建筑結(jié)構(gòu)中的人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)

張念華

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

本文主要分析了建筑抗震結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的重要作用和意義，介紹了建筑結(jié)構(gòu)和體系抗震設(shè)計(jì)間的關(guān)系[1]。從本質(zhì)上講人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)兩種建筑施工的主要目的都是降低地震帶來的危害，因此也就存在很多相似之處，但由于這兩種方式在震動的程度上承載范圍存在差異，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)上也存在差異。因此，為了提高人們的生活質(zhì)量，我們要做到積極融合兩者的優(yōu)劣點(diǎn)，從多方面入手尋找共通點(diǎn)并加強(qiáng)對兩者的利用效率，使二者更好地為我們服務(wù)。

1 建筑事業(yè)中人防、抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容

1.1 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

在進(jìn)行建筑人防結(jié)構(gòu)的建設(shè)之前，必須要先進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)，并且要先一步對實(shí)地進(jìn)行考核，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合數(shù)據(jù)更合理地分析，施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系。想要達(dá)到人防設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用就要合理運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無論是戰(zhàn)爭年代還是和平的年代都能夠?qū)θ松戆踩拓?cái)產(chǎn)安全進(jìn)行有效合理的保護(hù)，在當(dāng)前的工程施工上主要有開掘式以及暗挖式兩種方式，分析當(dāng)前工程施工的經(jīng)驗(yàn)我們得到暗挖式的地道式和坑道式兩種工程施工方式。

1.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他國家相比擁有巨大的優(yōu)點(diǎn)，我國地震發(fā)生的頻率也相對較低且地震帶來的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也很小，僅除個別超大型地震外。因此進(jìn)一步加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，加大仿真技術(shù)的研究投入力度，為我國人民提供更安全的居住環(huán)境確保在地震的威脅下保持建筑物的完整就迫在眉睫。尤其是對于我國一些地震發(fā)生頻率較大的地區(qū)，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性成為建筑物工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要部分。當(dāng)前擁有的工程施工安全條文中有關(guān)安全性能的規(guī)定是在正常施工和設(shè)計(jì)上進(jìn)行的。建筑結(jié)構(gòu)要能夠承載施工的壓力在使用時產(chǎn)生各種形變和壓力的負(fù)荷在各種突發(fā)性情況發(fā)生前后都能夠保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)本質(zhì)不會發(fā)生變化。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)中人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的對比

2.1 對比分析設(shè)計(jì)原理

人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)都能夠提高建筑物的防抗震能力，以防止地震造成危害為基礎(chǔ)，兩者的施工的主要方向都是加強(qiáng)關(guān)于地震方面設(shè)備以及結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)。保證遇到地震時建筑物的完整性，提高建筑物的安全系數(shù)。就這一方面來說，雙方都擁有重柱弱梁的建筑設(shè)計(jì)觀念。此外，建筑工程的合作性以及協(xié)調(diào)性是抗震結(jié)構(gòu)與人防結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時應(yīng)嚴(yán)格按照這兩方面進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，即使建筑結(jié)構(gòu)中每一個接受承載的構(gòu)造都符合標(biāo)準(zhǔn)，都能夠滿足規(guī)定的承載系數(shù)，但一旦出現(xiàn)一絲的紕漏，在任何一個細(xì)小的環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差而無法承載足夠的重量，那么發(fā)生地震時便會造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，成為巨大災(zāi)害的發(fā)源地，這和工程力學(xué)中描述到的集中應(yīng)力有極大的相似。建筑結(jié)構(gòu)的各個組成部分都擁有相應(yīng)的收縮系數(shù)，這和物理學(xué)的力學(xué)原理存在很大的聯(lián)系，也就是說建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的動能和吸收動能的能力都能夠得到加強(qiáng)，建筑工程人員可以根據(jù)這一特性加強(qiáng)建筑對外界動能的抵抗能力以減少外界動能對建筑的威脅和破壞，達(dá)到有效降低危險系數(shù)的目的，減少未接對建筑物的威脅保證人們的人身安全[3]。因此在此基礎(chǔ)上，建筑施工人員就能夠在建筑動能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)改造的設(shè)計(jì)。例如可以加強(qiáng)建筑中能夠受彎的結(jié)構(gòu)件，加強(qiáng)其受彎曲程度來吸收負(fù)荷的能量，保證建筑物在受外界能量的壓迫下能夠保持完好等。

2.2 對比分析設(shè)計(jì)方法

分析角度轉(zhuǎn)移到物理學(xué)的角度來說人防結(jié)構(gòu)建設(shè)的最主要目的是提高建筑結(jié)構(gòu)的壓力承載力，因此其設(shè)計(jì)方法就要從物理學(xué)的實(shí)際應(yīng)用方面出發(fā)，充分結(jié)合物理學(xué)方面的知識進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前高層建筑中人防設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的是等效靜荷載技術(shù)，是目前施工范圍最廣泛的一種技術(shù)。進(jìn)行防震結(jié)構(gòu)的擬態(tài)模型構(gòu)建是建筑工程防震的前提也是在使用條件下的基礎(chǔ)。建筑防震結(jié)構(gòu)類型與相應(yīng)的動荷載繞曲線之間在各個方面動荷載的綜合作用影響下有極高的相似度，并且通過分析實(shí)際應(yīng)用我們發(fā)現(xiàn)，在動荷載影響下所產(chǎn)生的建筑結(jié)構(gòu)的損毀程度與建筑結(jié)構(gòu)破壞的規(guī)律與在靜荷載作用影響下造成的建筑物結(jié)構(gòu)破壞的規(guī)律和程度極為相似，因此，就可以簡化建筑物的結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N單自由度的體系來進(jìn)行動力檢測分析。而相應(yīng)的動力參數(shù)可以根據(jù)表盤進(jìn)行收集，動力系數(shù)與動荷載之間的關(guān)系得到等效靜荷載?，F(xiàn)在一些施工單位為達(dá)到加強(qiáng)建筑材料的使用效果的目的，在進(jìn)行建筑材料選擇時通常會加入材料綜合調(diào)整系數(shù)進(jìn)行修正，最后再加強(qiáng)相關(guān)材料的在建筑物中的綜合性能的延展性，以延性比的標(biāo)準(zhǔn)得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法[4]。

地震的預(yù)防方面的工作難度同樣艱巨，地震的預(yù)防工作在建筑物的施工項(xiàng)目中也有極高的難度系數(shù)?，F(xiàn)今擁有的抗震理念主要有當(dāng)突發(fā)震級相對較低的自然災(zāi)害時，保證建筑物能夠不受損害，建筑物本體能夠正常使用，當(dāng)?shù)卣鸺墑e再高一點(diǎn)的建筑物要做到只有輕微損壞，并在后期能夠采用維修方法進(jìn)行維修，且維修后能夠正常投入使用。而地震級別較高時要保證建筑物不會發(fā)生坍塌，保證內(nèi)部居民在遭遇自然災(zāi)害時能順利撤離，并且在地震過后建筑物穩(wěn)定下來要進(jìn)行修繕，避免直接投入使用造成安全風(fēng)險。

2.3 對比分析不同的荷載作用方式

荷載作用在人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)中都擁有相同的偶然動荷載，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時都可以以一次性為設(shè)計(jì)前提。二者之間存在的最主要的差異就是間接與直接的關(guān)系，抗震結(jié)構(gòu)所受到的壓力是地震震動通過地面間接傳導(dǎo)到建筑物本體的動能，是一種間接作用到建筑物本體的動態(tài)慣性。而人防結(jié)構(gòu)所承受的動荷能都是由直接作用于建筑物結(jié)構(gòu)件的外界能量，而人防機(jī)構(gòu)內(nèi)部的構(gòu)建對外部動能的承受是間接地。由于人防結(jié)構(gòu)所承載的負(fù)荷載是在短時間內(nèi)突然爆發(fā)，其時間段沒有充足的時間做出應(yīng)對且能量大，建筑外表的損毀情況也就相對較重。材料的力學(xué)性質(zhì)以及性能在受到靜荷載影響的情況下，產(chǎn)生較明顯的變化。其中材料性能的提高以及材料在進(jìn)行快速加載中強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度的提高都是主要的表現(xiàn)。

3 人防設(shè)計(jì)以及規(guī)劃要點(diǎn)

經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化加快、城市面積不斷增大，城市人口也進(jìn)入了急速膨脹的時代，不斷出現(xiàn)超過千萬人口的大型城市。而城市則劃分成多種功能區(qū)，人口的分布并不廣泛，商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和工業(yè)區(qū)之間存在極大的差異，城市人口流動極大，人口的分布隨著人們上班、生活而流動，晚上休息時居住區(qū)人口最密，白天上班是工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)人口最密，為城市的人防建設(shè)工程的進(jìn)展帶來了極大的困難。要求了城市人防工程的建設(shè)時要考慮更多的因素。規(guī)劃的最主要目標(biāo)是確保危險來臨是各區(qū)域人員都能夠在最短的時間內(nèi)到達(dá)防空洞，而防空洞的大小規(guī)模都要按照城市的規(guī)模和人口數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)劃，以確保地下空間得到最大限度的利用。

3.1 根據(jù)城市戰(zhàn)略地位對人防工程進(jìn)行合理的規(guī)劃

雖然我國城市眾多，但真正擁有戰(zhàn)略意義的城市卻非常少，且大多數(shù)分布在東南沿海等地區(qū)。我國一些發(fā)展時間較長的國際性大都市，在城市中都建有大量的軍事設(shè)施，這些軍事設(shè)施在戰(zhàn)爭年間都將成為敵軍的重點(diǎn)針對目標(biāo)，因此就要加強(qiáng)對這些設(shè)施的防護(hù)工作，加大工作人員的防護(hù)力度，加強(qiáng)專業(yè)的培養(yǎng)。在進(jìn)行施工前必須做好準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)施工質(zhì)量，提高工程的強(qiáng)度。

3.2 協(xié)調(diào)人防建設(shè)與地下城市空間開發(fā)

人防建設(shè)和地下城市之間存在很大的聯(lián)系，人防建設(shè)多為地下和半地下模式，而城市的發(fā)展對地下空間的需求同樣巨大，一些發(fā)展離不開對地下空間的開發(fā)，例如地鐵、隧道、地下商城。因此只要對二者稍加改變就能達(dá)到合二為一的目的，例如，提高地下空間的利用效率在確保地下停車場正常建設(shè)的前提下，將地下停車場與人防建設(shè)相結(jié)合，這樣既保證了停車場的正常應(yīng)用還節(jié)省了人防使用空間。因此加大城市建設(shè)和人防工程的融合不但能節(jié)省大量成本，還有效提高了城市地下空間的利用效率，減少資金的投入，使更多資金流向利于城市發(fā)展的工程。

4 結(jié)語

根據(jù)多年的建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)展的研究，我們發(fā)現(xiàn)人防結(jié)構(gòu)和抗震就夠之間存在千絲萬縷的聯(lián)系，其在很多方面都存在共通點(diǎn)，也同樣存在差異性，這也就要求工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時要取長補(bǔ)短，不斷提高我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度和建筑物實(shí)際使用效率。