人防結構設計與抗震結構設計的比較

李 婷

（山西潞安工程勘察設計咨詢有限責任公司，山西 長治 046204）

抗震結構設計就是通過結構的設計安排，能夠預防一定地震級別對建筑物的摧殘，而人防結構設計的目的主要是為了保護常規武器或者核武器進攻之下建筑物的震動影響到的群眾的人身安全，除此之外，人防結構設計也應能承受地震動荷載。從根本上說二者的建筑施工都是以減少震動危害為目的的，因此具有一定程度的相同點，同時由于二者所承受的震動性質不一致，因此實際的施工設計手段也存在差異。

1 建筑工程人防結構設計與抗震結構設計的內容

1.1 建筑工程人防結構設計

人防建筑結構在建筑施工之前需要進行系統的結構設計，結構設計必須進行科學的數據分析和實地勘探考察，設計質量與施工質量二者有明顯的關系。科學的結構設計能夠產生相應的人防效果，在戰爭時期和和平時期都能夠對群眾的生命財產起到保護作用。從目前的施工建設經驗分析，主要存在的人防結構設計手段有掘開式人防工程和暗挖式人防工程兩種，其中掘開式人防工程又包括單建式人防工程和附建式人防工程，而暗挖式人防工程則包括坑道式和地道式兩種。

1.2 建筑工程抗震結構設計

雖然我國的地震發生概率比較小，地震帶來的危害較之地震頻發國家來說相對較小，但是為了保證建筑物使用質量，確保用戶的人身財產安全，減少地震發生時的重大人身傷亡，進行必要的抗震結構設計也是必不可少的，尤其是對于地震發生概率比較高的省份來說，更應該成為建設施工的重點。現有的建設施工安全文件規定安全性指標是指建筑工程結構在正常地設計、施工和使用條件之下，能夠承受在施工與使用情況下出現的各種荷載或變形，特殊情況下發生的偶然荷載或突發事件要保證在發生事件前后結構的穩定性能不變；而適應性指標主要是指在建筑結構正常使用的情況下能夠在規定使用期限內其結構不產生變形、裂縫和振動等。建筑抗震應達到通常所說的“小震不壞、中震可修、大震不到”的設防目的。

2 建筑工程人防結構設計與抗震結構設計的對比分析

2.1 設計原則的對比

從理論上分析，無論是人防結構還是抗震結構都是以提高抗震震動帶來的危害為基礎，他們的施工特點都是提高建筑物的抗震動能力，保證在遭受到重大震動時建筑物能夠最大程度的保持完好，從這一方面來說，二者都遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等基本設計原則。此外，二者的結構設計理念都尊重整體建筑的協調性和合作性。所以人防結構設計與抗震結構設計的設計原則是一致的。以往的建設施工實踐表明，即使整體的結構設計都符合基本的承受系數標準，但是只要存在一個環節甚至是一個小結構的弱承受能力，在地震等災害發生時，該微小的薄弱環節就成為災難發生的源泉，這一點與工程力學上所講的應力集中現象類似。按照物理學的基本原理，我們發現建筑結構的內部各個組成部分具有一定的收縮系數標準，換句話說，施工人員可以通過提高建筑內部的動能運動和吸收能力，來減少外部受到的動能威脅，從而降低外部震動帶來的建筑物嚴重破壞，或者降低危害系數。基于這一理論，建筑施工人員可以從動能力量轉換角度出發，進行設計施工。

2.2 設計方法的對比

人防結構設計的動力分析是基于擬建工程結構在施工或使用的條件下的設計過程，建筑結構構件在各種動荷載的綜合作用下，結構構件振型與相應靜荷載作用下撓曲線非常相似，而且在動荷載的作用下建筑結構構件的破壞規律與相應的靜荷載作用下的破壞規律也相似，因此在動力分析過程中，可以通過將建筑結構構件進一步簡化為一種單自由度體系，查表可得相應的動力系數，以動力系數與動荷載峰值相乘得到等效靜荷載。這樣一來，建筑結構構件相當于在等效靜荷載的作用下，而其各項內力就是在各種動荷載作用下的內力最大值。此外，提高人防結構的質量，不僅要選用科學的設計方案，還需要選用具有一定承受力和荷載力的高效建筑結構材料，現在施工單位為了提高原有建筑材料的使用效果，通常在建筑材料內加入材料強度綜合調整系數予以調整修正，最后通過建筑結構構件在綜合動荷載作用下的變形極限允許延性比加以控制，按照允許延性比進行彈塑性能的驗算得到最終的設計結果。

由于地震災害的破壞力大，而且地震災害具有不可預測的性質，因此對于地震災害的預防工作，在建筑施工過程中難度系數非常高。現有的抗震結構設計理念基本可以概括為，抗震建筑物能夠在較低級別的地震災害中確保質量安全，不發生破壞，而在相對高的地震災害發生時，出現細微的破壞性，但是可以通過后期的修補和維護繼續居住，在較高級別的地震災害發生時，建筑物能夠保證不坍塌，內部居住居民可以安全撤離，減少地震發生時的破壞力，但是建筑物無法進行二次使用，需要在災后進行重建。這種設計理念與人防結構設計之間存在差異性，抗震結構設計的方法一般先取小震地震動參數計算結構彈性下的地震作用效應進行相關的結構構件截面承載力的驗算，然后是對大震下的結構彈塑性變形力驗算完成“二階段”設計要求，最后通過應用工程結構概念設計和抗震構成措施來完成“大震不倒”的第三水準設計要求。

2.3 荷載作用方式的比較

兩者均為動荷載，設計時均按一次作用考慮，荷載作用時間都很短。人防荷載具有量值大、作用時間短且不斷衰減等特點。人防地下室結構設計主要考慮抵抗空氣沖擊波，因此人防荷載對結構構件外表面的是直接作用，其動荷載直接作用于構件，其作用為外力；而地震動荷載則是由于地震時地面運動引起的動態作用，是間接的作用。抗震區的建筑物均會承受地震作用。由于核爆動荷載是偶然性荷載，鋼筋混凝土構件又允許開裂，因此比之靜荷載作用下構件的安全度可適當降低。在核爆動荷載作用下，地基承載力有較大提高，同時安全系數也可取較低，在這種瞬間荷載作用下，一般不會產生因地基失效引起結構破壞，因此基礎計算一般可以不考慮人防荷載，但一些建筑需要考慮地震作用效應。《人防規范》將人防荷載簡化成等效靜荷載，它只代表作用效果的等效，等效靜荷載并不是實際作用的力，但它方便了設計計算可以用靜力分析的模式進行內力計算；設計時等效靜荷載的大小的確定主要與設防抗力等級有關。人防荷載的分項系數=1，原因是偶然性荷載不乘分項系數；人防結構可靠度要求比工民建結構低。地震作用大小與筑物所處的場地條件及土質情況、及建筑物自振周期、振型、阻尼及抗震設防烈度有關。根據抗震設防烈度和場地條件確定不同的抗震等級。

3 結語

隨著科學技術的不斷發展以及城市化進程的提高，人們對建筑質量提出了更高的要求，更加注重建筑的安全性以及整體結構的穩定性。基于這種時代大背景，建筑行業的不斷發展和完善，努力的滿足了人們的期望和標準。現階段，我國建筑設計中常用的結構設計主要有人防結構設計和抗震結構設計兩種。這兩種設計在現代生活中都是必不可少的，此二者無論在設計原則，還是在設計方法、動力荷載的作用方式上，都存在一定的相同點和差異性。相關設計人員一定要對此有充分的了解和認知，以此提升建筑主體的穩定性和安全系數，從而有效保障人們的生命財產安全，進而保障社會的和諧發展。