人防結構設計與抗震結構設計的比較研究

余申江

摘要：在遭受唐山大地震和汶川大地震兩次重大地震后，人們認識到建筑項目的抗震重要性，于是人防結構和抗震結構的設計質量越來越受到人們的重視。人防結構設計與抗震結構設計在某些方面存在共同點，同時也存在差異，設計人員可以取長補短，通過優勢互補，提高建筑物的使用質量和使用年限，鑒于此，本文主要分析探討了人防結構設計與抗震結構設計的比較情況，以供參閱。

關鍵詞：人防結構;抗震結構;設計比較

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荷載作用下建筑物的震動不影響到群眾的人身安全，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，因此實際的設計手段也存在差異。

1設計原則的對比

建筑工程人防結構設計原則與抗震結構設計原則相同，二者的結構設計都要盡可能地要求高延性，盡量避免設計建筑工程結構的脆性破壞，人防結構設計與抗震結構設計對于擬建建筑工程鋼筋混凝土結構構件通常都具有“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等基本設計原則。同時，二者還遵循建筑工程內部結構構件之間的相互協調、協同工作的原則，盡量較少在結構構件設計與施工當中出現薄弱環節或部位。人防結構設計還需考慮結構構件各個部位能夠正常地工作，杜絕出現存在薄弱環節或部位導致工程結構整體抵抗應力作用不足等情況，而工程抗震結構設計同樣著重強調于此點，以防止因為發生偶然荷載或突發事件造成大震結構薄弱環節或部位的倒塌，這一點與工程力學上所講的應力集中現象類似。由于建筑結構構件如果具有較大的延性，可利用吸收結構內部動能和抵抗結構外部動荷載。因此，對于工程結構設計提高延性極具可實施性，人防結構設計與抗震結構設計對如何提高延性的構造措施主要是通過利用以上原則展開的，如可以充分地利用結構受彎構件或大偏心受壓構件的變形吸收動荷載的能量，通過緩沖作用減輕各個構件支座截面的抗剪負擔和受力柱的抗壓負擔，以確保建筑結構在完全曲屈服前不再出現另外的剪切力破壞，在屈服后還具有足夠的延性以保證構件形成最終的塑性破壞，從而達到提高建筑結構整體承載力的目的。

2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設計方式對比

以物理學角度分析，人防結構設計旨在提高構件的受壓能力。人防結構設計方法也是以物理方式利用等效靜荷進行設計工作。建筑抗震結構設計是以建筑工程在施工和使用過程中進行基礎設計，輔助建筑構件在動荷載整合作用下，利用構件與相應靜電荷載下撓曲線相似性，同時利用動荷載作用下建筑構件破壞規律與靜荷載作用破壞規律的相似性進行整體作用。動力分析狀態下，建筑結構構件可以簡化為自由體系，通過分析得出動力指數，以動力系數和動荷載相乘便可得到等效靜荷載。在等效靜荷載作用下，建筑結構構件各項內力可以在各種動荷載作用下呈現最大值。另外，提高人防結構質量，需要選取科學合理的設計方案，還需采用較為高效的建筑結構材料。目前施工企業為了提高原有建筑材料的使用性能，一般在建筑材料內加入一些其他材料用來調整材料強度，然后通過建筑構件在動荷載作用下的變形作用進行延性加升，最后按照允許延性比計算設計。由于地震危害較大，且具有不可預測性，因此對于預防地震災害在建筑施工過程中難度較大。目前國內的抗震結構設計理念基本上就是：抗震建筑物能夠在較低傷害中確保質量安全，建筑物不發生損壞，在危害較大的地震災害中出現輕微破壞并且可以通過后期修復可以繼續居住。在一些高強度地震發生時，建筑物不會出現坍塌并且居民可以安全撤離，災后可以進行重建或者二次使用。設計理念與人防結構設計存在一定的差異性，人防結構通常只以小地震參數計算結構彈性下地震效應以及結構承載面計算，然后完成剩余階段的計算，最后通過應用工程結構設計概念和抗震措施完成“大震不陷”的設計要求。

4結束語

綜上所述，我國的建筑設計越來越重視人防結構和抗震結構的設計質量，尤其是在遭受到兩次重大地震和如今國際局勢的影響之下，用戶對二者施工的質量要求也相對提高。筆者依據多年的建筑施工經驗和理論知識認為，人防結構設計與抗震結構設計在某些方面存在共同點，同時也存在差異，設計人員可以取長補短，通過優勢互補，提高建筑物的使用質量和使用年限，推動我國建筑行業快速發展。

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（作者單位：安徽省人防建筑設計研究院）