研究人防结构设计与抗震结构设计

关键词：建筑结构；人防结构设计；抗震结构设计；比较分析 

　　抗震结构设计就是通过结构的设计安排，能够预防一定地震级别对建筑物的摧残，而人防结构设计的目的主要是为了保护常规武器或者核武器进攻之下的震动对群众带来的人身安全。从根本上说二者的建筑施工都是以减少震动危害为目的的，因此具有一定程度的相同点，同时由于二者所承受的震动性质不一致，因此实际的施工设计手段也存在差异。下面对其进行简单的介绍： 

　　1 建筑工程人防结构设计与抗震结构设计的内容 

　　1.1 建设工程人防结构设计 

　　人防建筑结构在建筑施工之前需要进行系统的结构设计，结构设计必须进行科学的数据分析和实地勘探考察，设计质量与施工质量二者有明显的关系。科学的结构设计能够产生相应的人防效果，在战争时期和和平时期都能够对群众的生命财产起到保护作用。从目前的施工建设经验分析，主要存在的人防结构设计手段有掘开式人防工程和暗挖式人防工程两种，其中掘开式人防工程又包括单建式人防工程和附建式人防工程，而暗挖式人防工程则包括坑道式和地道式两种。 

　　1.2 建设工程抗震结构设计 

　　虽然我国的地震发生概率比较小，地震带来的危害较之地震频发国家来说相对较小，但是为了保证建筑物使用质量，确保用户的人身财产安全，减少地震发生时的重大人身伤亡，进行必要的抗震结构设计也是必不可少的，尤其是对于地震发生概率比较高的省份来说，更应该成为建设施工的重点。现有的建设施工安全文件规定安全性指标是指建筑工程结构在正常地设计、施工和使用条件之下，能够承受在施工与使用情况下出现的各种荷载或变形，特殊情况下发生的偶然荷载或突发事件要保证在发生事件前后结构的稳定性能不变。而适应性指标主要是指在建筑结构正常使用的情况下能够在规定使用期限内其结构不产生变形、裂缝和振动等。 

　　2 建筑工程人防结构设计与抗震结构设计的对比分析 

　　2.1 设计原则的对比 

　　从理论上分析，无论是人防结构还是抗震结构都是以提高抗震动带来的危害为基础，他们的施工特点都是提高建筑物的抗震动能力，保证在遭受到重大震动时建筑物能够最大程度的保持完好，从这一方面来说，二者都遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等基本设计原则。此外，二者的结构设计理念都尊重整体建筑的协调性和合作性。以往的建设施工实践表明，即使整体的建构设计都符合基本的承受系数标准，但是只要存在一个环节甚至是一个小结构的弱承受能力，在地震等灾害发生时，该小的薄弱环节就成为灾难发生的源泉，这一点与工程力学上所讲的应力集中现象类似。按照物力学力的基本原理，我们发现建筑结构的内部各个组成部分具有一定的收缩系数标准，换句话说，施工人员可以通过提高建筑内部的动能运动和吸收能力，来减少外部受到的动能威胁，从而降低外部震动带来的建筑物严重破坏，或者降低危害系数。基于这一理论，建筑施工人员可以从动能力量俄转换角度出发，进行设计施工。例如可以充分地利用结构受弯构件或大偏心受压构件的变形吸收动荷载的能量，通过缓冲作用减轻各个构件支座截面的抗剪负担和受力柱的抗压负担，以确保建筑结构在完全曲屈服前不再出现另外的剪切力破坏，在屈服后还具有足够的延性以保证构件形成最终的塑性破坏，从而达到提高建筑结构整体承载力的目的。 

　　2.2 设计方法的对比 

　　从物理学角度分析，人防结构设计主要是提高力的承受能力，因此，它的设计方法也是从物理学应用实际出发，现行主要的设计方法是采取等效静荷载的办法展开设计分析工作。由于建筑抗震结构设计是基于拟建工程结构在施工或使用的条件下的设计过程，建筑结构构件在各种动荷载的综合作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线非常相似，而且在动荷载的作用下建筑结构构件的破坏规律与相应的静荷载作用下的破坏规律也相似，因此在动力分析过程中，可以通过将建筑结构构件进一步简化为一种单自由度体系，查表可得相应的动力系数，以动力系数与动荷载峰值相乘得到等效静荷载。这样一来，建筑结构构件相当于在等效静荷载的作用下，而其各项内力就是在各种动荷载作用下的内力最大值。此外，提高人防结构的质量，不仅要选用科学的设计方案，还需要选用具有一定承受力和荷载力的高效建筑结构材料，现在施工单位为了提高原有建筑材料的使用效果，通常在建筑材料内加入材料强度综合调整系数予以调整修正，最后通过建筑结构构件在综合动荷载作用下的变形极限允许延性比加以控制，按照允许延性比进行弹塑性能的验算得到最终的设计结果。 

　　由于地震灾害的破坏力大，而且地震灾害具有不可预测的性质，因此对于地震灾害的预防工作，在建筑施工过程中难度系数非常高。现有的抗震结构设计理念基本可以概括为，抗震建筑物能够在较低级别的地震灾害中确保质量安全，不发生破坏，而在相对高的地震灾害发生时，出现细微的破坏性，但是可以通过后期的修补和维护继续居住，在较高级别的地震灾害发生时，建筑物能够保证不坍塌，内部居住居民可以安全撤离，减少地震发生时的破坏力，但是建筑物无法进行二次使用，需要在灾后进行重建。这种设计理念与人防结构设计之间存在差异性，人防结构设计的方法一般先取小震地震动参数计算结构弹性下的地震作用效应进行相关的结构构件截面承载力的验算，然后是对大震下的结构弹塑性变形力验算完成“二阶段”设计要求，最后通过应用工程结构概念设计和抗震构成措施来完成“大震不倒”的第三水准设计要求。 

　　2.3 荷载作用方式的对比 

　　人防结构设计与抗震结构设计二者在荷载作用方式方面的相同点在于都为偶然动荷载，设计时均可以以具有一次作用效果考虑，而主要的不同点在于防震结构的荷载作用方式是由于地震事件造成地面运动而引起的动态惯性作用力，是间接的。人防结构所承受的动荷载主要是外部动能量直接作用于人防结构的附属构件，而人防结构内部构件只是间接的承受附属构件以及建筑上部结构的荷载作用。人防结构所承受荷载是在短时间内迅速爆发出来的，由于时间短，能量大，所以表现的破坏力也就相对较大，而且会随着时间的不断延长而逐渐消耗。在人防动荷载的作用下，材料的力学性能与在静荷载作用下相比，材料的力学性质发生了比较明显的变化，主要的表现是材料在快速加载作用过程中各种材料强度的提高和结构构件承载能力可靠性指标的变化。 

　　总之，从目前的建筑施工现状调查数据分析，我国的建筑设计越来越重视人防结构和抗震结构的设计质量，尤其是在遭受到两次重大地震和如今国际局势的影响之下，用户对二者施工的质量要求也相对提高。笔者依据多年的建筑施工经验和理论知识认为，人防结构设计与抗震结构设计在某些方面存在共同点，同时也存在差异，设计人员可以取长补短，通过优势互补，提高建筑物的使用质量和使用年限，推动我国建筑行业快速发展。 

　　参考文献 

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　　[2]亢智敏，王立伟.论建筑结构设计中的抗震设计.科技资讯，2009，12（18）：102～104. 

　　[3]肖世健.浅谈人防地下室结构设计.山西建筑，2007，17（35）：90～91.