關(guān)于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較

戴鏡洲

（廣州南方建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州　510640）

關(guān)于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較

戴鏡洲

（廣州南方建筑設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510640）

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了城市化進(jìn)程，建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展。隨著人們對(duì)建筑質(zhì)量和住房舒適度的要求，建筑設(shè)計(jì)成為建筑工程項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計(jì)是工程施工的基礎(chǔ)，人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自然就顯得非常重要。本文主要依據(jù)人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑中的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行分析，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以提高建筑物的質(zhì)量和滿意度。

人防結(jié)構(gòu)；抗震結(jié)構(gòu)；比較

1　引言

以工程學(xué)角度來說，甲類人防地下室能承受常規(guī)武器和核武器雙重爆炸動(dòng)荷載的分別作用，乙類人防能夠承受常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載作用。人防地下室一般都要求能夠抗震設(shè)防，設(shè)計(jì)時(shí)需要能夠承受地震和武器爆炸作用。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安排，使建筑物能夠預(yù)防一般地震的摧殘。根本上說二者都以減少震動(dòng)給居住者帶動(dòng)的傷害為目的，因此有一些共同點(diǎn)。但是二者所能夠承受的震動(dòng)性質(zhì)又存在差別，因此施工過程也自然不一樣。下面對(duì)二者進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和分析。

2　人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1設(shè)計(jì)概念

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是指在常規(guī)武器或核武器爆炸動(dòng)荷載情況發(fā)生時(shí)，能夠確保建筑物保持正常和穩(wěn)定，保證內(nèi)部居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代建筑施工中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到建筑工程的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及戰(zhàn)備效益。在一些危險(xiǎn)區(qū)域，依舊存在不安定因素，加強(qiáng)人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確保建筑設(shè)計(jì)安全合理不僅是當(dāng)前建筑工程應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)，更是國際形勢(shì)下的必然結(jié)果。正常情況下，人防工程設(shè)計(jì)是一種相對(duì)穩(wěn)定性很高的特殊保護(hù)地下建筑類型工程，以建筑形勢(shì)區(qū)分，可以劃分為掘開式人防工程和暗挖式人防工程，各自擁有不同的形式，并且實(shí)際時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，選取最恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行施工。

2.1.3設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠指標(biāo)可適當(dāng)降低；一般的建筑工業(yè)與民用建筑使用的靜電荷是永久使用的主要電荷，一旦破壞就會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。在民用設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力指標(biāo)要求很高，而對(duì)于人防工程來說，由于炮彈沖擊波或核爆炸作用時(shí)間短，而且考慮一次瞬時(shí)作用，允許防空結(jié)構(gòu)有相對(duì)較低的安全度，承載能力極限可靠指標(biāo)要求稍微降低。如圖1為地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

（2）結(jié)構(gòu)可采用彈塑性體系設(shè)計(jì)；靜電荷作用下的鋼筋混凝土構(gòu)件，一旦構(gòu)件進(jìn)入變形塑性就會(huì)在靜載作用下失去承載能力，防空地下室人防荷載為動(dòng)荷載，具有瞬息、短暫作用性質(zhì)。構(gòu)件進(jìn)入塑性只要不超過極限就可有阻尼的自由振動(dòng)，使變形力降低，最后恢復(fù)到一定的靜止平衡狀態(tài)，雖仍有殘余變形，對(duì)于防空來說卻能達(dá)到承載要求。

圖1　地下室人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

（3）設(shè)計(jì)材料強(qiáng)度值高；人防結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)承受瞬間作用力，在快速加載狀態(tài)下，材料破壞變形是來不及展開的。數(shù)值達(dá)到最大就會(huì)開始卸載，所以加強(qiáng)施工材料的強(qiáng)度，對(duì)于地基的承載力，人防動(dòng)荷載作用力可以幾倍到十幾倍。

2.2抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)計(jì)概念

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了加強(qiáng)建筑物整體穩(wěn)定性和安全性，提高建筑體抵抗自然災(zāi)害和人為災(zāi)害所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。在建筑物應(yīng)有壽命年限內(nèi)，使建筑物能夠保持足夠的耐久性和可用性。

2.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)實(shí)施工過程中，必須注重建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中的可靠性和穩(wěn)定性。其次，必須以人為主體，滿足居民對(duì)建筑體安全性和舒適度的要求。現(xiàn)代抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素眾多，環(huán)境要求不一樣，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行全面探查確保建筑設(shè)計(jì)的合理穩(wěn)定。

2.2.3設(shè)計(jì)加強(qiáng)點(diǎn)和方法

（1）對(duì)塔樓的薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)；與連接體相連的梁和柱需要提高抗震等級(jí)，連接體相連的柱需要用鋼骨混凝土柱，鋼骨柱需要從中層至頂層之間進(jìn)行柱的軸壓比控制。梁深入塔樓的第二跨，需要加強(qiáng)連接體與剪力墻的錨固，一面地震時(shí)連接體的拉脫。在塔樓薄弱層需要用箍筋加密加粗，水平鋼筋也應(yīng)加強(qiáng)。圖2為塔樓基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖2　塔樓基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

（2）采用隔震加固法；結(jié)構(gòu)剛度和地震作用成反比，結(jié)構(gòu)周期變大時(shí)，剛度減小從而降低了地震作用。目前實(shí)踐中，以增大周期隔震加固技術(shù)最為普遍，最有代表性的就是鉛芯橡膠隔震。主要利用橡膠鉛芯阻尼值高、水平變形力大且能能夠吸收地震爆發(fā)能量的特點(diǎn)，將鉛芯和橡膠隔震墊安放在地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，再使二者分開。地震過程中，隔震墊會(huì)產(chǎn)生較大的水平變形并吸收熱量，使上部結(jié)構(gòu)水平速度降低，達(dá)到減小上部結(jié)構(gòu)地震作用的目的。

（3）消能減震加固法；在工程抗震過程原理分析中，結(jié)構(gòu)阻尼和地震之間呈反比例關(guān)系。增加結(jié)構(gòu)阻尼主要通過結(jié)構(gòu)變形較大的部位設(shè)置阻尼器的消能減震方法來實(shí)現(xiàn)。利用阻尼器控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，降低建筑結(jié)構(gòu)在水平和豎直方向的地震作用，確保建筑物在較大震動(dòng)作用下不會(huì)出現(xiàn)大的破壞。

（4）外加構(gòu)件法；在原建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部增加構(gòu)件從而加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震能力、變形能力以及整體性的方式稱為增設(shè)構(gòu)件法。該方法主要對(duì)建筑物承載力和變形力不足進(jìn)行加強(qiáng)，進(jìn)行構(gòu)件加固設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注加固結(jié)構(gòu)整體抗震性能的變化。

3　建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)比分析

3.1設(shè)計(jì)原則對(duì)比

在理論上，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是為了避免外在危害給建筑物和人帶來傷害，因此二者共同的施工提點(diǎn)都以提高建筑物抗震動(dòng)能力為前提，保證建筑物在遭受重大爆炸或者震動(dòng)時(shí)能夠保持相對(duì)完整。從另一個(gè)角度出發(fā)，二者都遵循“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”的基本設(shè)計(jì)原則。另外，雙方都需要盡量保證建筑整體協(xié)調(diào)和連接。由以往建筑實(shí)踐表明，即便建筑物整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都符合規(guī)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要存在一個(gè)小的結(jié)構(gòu)或者區(qū)域沒有足夠的承受能力，在地震等災(zāi)害發(fā)生時(shí)，也會(huì)成為事發(fā)點(diǎn)，一發(fā)不可收拾。

以力學(xué)基本原理分析，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有一定的收縮系數(shù)，即施工人員可以通過施工方位和方式的改變提高內(nèi)部建筑的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)和吸收能力，從而減少外部發(fā)生的動(dòng)能壓迫，降低震動(dòng)帶來的破壞。基于這個(gè)理論分析，我們可以使建筑人員在施工過程中充分利用環(huán)境因素轉(zhuǎn)換動(dòng)能，以此進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。例如，一些受彎結(jié)構(gòu)或者偏心受壓構(gòu)件可以充分利用結(jié)構(gòu)組織吸收動(dòng)荷載能量，通過緩沖作用減輕構(gòu)件支撐面和受力柱的壓力，確保建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)多方向壓力擠迫損壞，使構(gòu)件在完全受損前能夠恢復(fù)一些塑性增強(qiáng)建筑整體承載力。

3.2設(shè)計(jì)方式對(duì)比

以物理學(xué)角度分析，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旨在提高力的受壓能力。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也是以物理方式利用等效靜電荷進(jìn)行施工工作。建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以建筑工程在施工和使用過程中進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，輔助建筑構(gòu)件在動(dòng)荷載整合作用下，利用構(gòu)件與相應(yīng)靜電荷載下?lián)锨€相似性，同時(shí)利用動(dòng)荷載作用下建筑構(gòu)件破壞規(guī)律與靜荷載作用破壞規(guī)律的相似性進(jìn)行整體作用。動(dòng)力分析狀態(tài)下，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以簡(jiǎn)化為自由體系，通過分析得出動(dòng)力指數(shù)，以動(dòng)力系數(shù)和動(dòng)荷載相乘便可得到等效靜荷載。在等效靜荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件各項(xiàng)內(nèi)力可以在各種動(dòng)荷載作用下呈現(xiàn)最大值。另外，提高人防結(jié)構(gòu)質(zhì)量，需要選取科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，還需采用較為高效的建筑結(jié)構(gòu)材料。目前施工企業(yè)為了提高原有建筑材料的使用性能，一般在建筑材料內(nèi)加入一些其他材料用來調(diào)整材料強(qiáng)度，然后通過建筑構(gòu)件在動(dòng)荷載作用下的變形作用進(jìn)行延性加升，最后按照延性比計(jì)算彈性素能設(shè)計(jì)。由于地震危害較大，且具有不可預(yù)測(cè)性，因此對(duì)于預(yù)防地震災(zāi)害在建筑施工過程中難度較大。目前國內(nèi)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念基本上就是：抗震建筑物能夠在較低傷害中確保質(zhì)量安全，建筑物不發(fā)生損壞，在危害較大的地震災(zāi)害中出現(xiàn)輕微破壞并且可以通過后期修復(fù)可以繼續(xù)居住。在一些高強(qiáng)度地震發(fā)生時(shí)，建筑物不會(huì)出現(xiàn)坍塌并且居民可以安全撤離，災(zāi)后可以進(jìn)行重建或者二次使用。設(shè)計(jì)理念與人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的差異性，人防結(jié)構(gòu)通常只以小地震參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)彈性下地震效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)承載面計(jì)算，然后完成剩余階段的計(jì)算，最后通過應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念和抗震措施完成“大震不陷”的設(shè)計(jì)要求。

3.3荷載作用方式的對(duì)比

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在荷載作用方式的共同點(diǎn)就是二者都是偶然動(dòng)荷載設(shè)計(jì)都可以體現(xiàn)一次作用效果。不同點(diǎn)就在于防震結(jié)構(gòu)荷載作用方式是由地震事件造成地面震動(dòng)引起動(dòng)態(tài)慣性作用力，是間接作用力。人防結(jié)構(gòu)承載動(dòng)荷載是在很短時(shí)間內(nèi)快速爆發(fā)出來的，時(shí)間短能量大，破壞力也就很大，隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷消耗。在人防動(dòng)荷載作用下，建筑材料的力學(xué)性能和在靜荷載作用下對(duì)比，性質(zhì)發(fā)生了很明顯的變化，主要表現(xiàn)在材料在快速作用下各種材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能的變化。

4　結(jié)語

由調(diào)查數(shù)據(jù)表明，我國建筑設(shè)計(jì)越來越注意人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在工程建筑中的應(yīng)用。尤其在國內(nèi)和國際不斷出現(xiàn)大的地震災(zāi)害情況的影響下，國內(nèi)設(shè)計(jì)人員也開始不斷提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，以求做到最大的保護(hù)。本文通過調(diào)查研究和翻閱一些著作，總結(jié)出人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的差異化和共同之處，希望能夠?yàn)榻ㄖ熤g相互學(xué)習(xí)提供一些可取之處。

[1]李航.關(guān)于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較[J].中國房地產(chǎn)業(yè)·下半月，2012（10）.

[2]楊壽渝.人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較分析[J].門窗，2014（1）.

TU352.1+1

A

1673-0038（2015）13-0011-02

2015-3-9