戴鏡洲

（廣州南方建筑設計研究院廣東廣州　510640）

關于人防結構設計與抗震結構設計的比較

戴鏡洲

（廣州南方建筑設計研究院廣東廣州510640）

我國經濟的發(fā)展帶動了城市化進程，建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展。隨著人們對建筑質量和住房舒適度的要求，建筑設計成為建筑工程項目的關鍵環(huán)節(jié)。建筑設計是工程施工的基礎，人防結構和抗震結構設計自然就顯得非常重要。本文主要依據人防結構設計和抗震結構設計在建筑中的應用，對其進行分析，總結設計經驗，以提高建筑物的質量和滿意度。

人防結構；抗震結構；比較

1　引言

以工程學角度來說，甲類人防地下室能承受常規(guī)武器和核武器雙重爆炸動荷載的分別作用，乙類人防能夠承受常規(guī)武器爆炸動荷載作用。人防地下室一般都要求能夠抗震設防，設計時需要能夠承受地震和武器爆炸作用?？拐鸾Y構設計就是通過建筑結構設計安排，使建筑物能夠預防一般地震的摧殘。根本上說二者都以減少震動給居住者帶動的傷害為目的，因此有一些共同點。但是二者所能夠承受的震動性質又存在差別，因此施工過程也自然不一樣。下面對二者進行簡單的介紹和分析。

2　人防結構設計和抗震結構設計

2.1人防結構設計

2.1.1設計概念

人防結構設計，是指在常規(guī)武器或核武器爆炸動荷載情況發(fā)生時，能夠確保建筑物保持正常和穩(wěn)定，保證內部居民的生命財產安全。

2.1.2設計內容

人防結構設計，是現(xiàn)代建筑施工中一個重要的環(huán)節(jié)，直接關系到建筑工程的經濟、社會以及戰(zhàn)備效益。在一些危險區(qū)域，依舊存在不安定因素，加強人防結構設計、確保建筑設計安全合理不僅是當前建筑工程應有的標準，更是國際形勢下的必然結果。正常情況下，人防工程設計是一種相對穩(wěn)定性很高的特殊保護地下建筑類型工程，以建筑形勢區(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，并且實際時需要結合實際情況進行分析，選取最恰當?shù)姆绞竭M行施工。

2.1.3設計特點

（1）設計目標可靠指標可適當降低；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，一旦破壞就會造成很嚴重的后果。在民用設計中結構構件承載力指標要求很高，而對于人防工程來說，由于炮彈沖擊波或核爆炸作用時間短，而且考慮一次瞬時作用，允許防空結構有相對較低的安全度，承載能力極限可靠指標要求稍微降低。如圖1為地下室人防結構設計規(guī)范。

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

圖1　地下室人防結構設計規(guī)范

（3）設計材料強度值高；人防結構強調承受瞬間作用力，在快速加載狀態(tài)下，材料破壞變形是來不及展開的。數(shù)值達到最大就會開始卸載，所以加強施工材料的強度，對于地基的承載力，人防動荷載作用力可以幾倍到十幾倍。

2.2抗震結構設計

2.2.1設計概念

抗震結構設計是指在建筑結構設計時，為了加強建筑物整體穩(wěn)定性和安全性，提高建筑體抵抗自然災害和人為災害所進行的設計。在建筑物應有壽命年限內，使建筑物能夠保持足夠的耐久性和可用性。

2.2.2設計內容

建筑抗震結構設計，在現(xiàn)實施工過程中，必須注重建筑結構在使用過程中的可靠性和穩(wěn)定性。其次，必須以人為主體，滿足居民對建筑體安全性和舒適度的要求?，F(xiàn)代抗震結構設計影響因素眾多，環(huán)境要求不一樣，設計時必須進行全面探查確保建筑設計的合理穩(wěn)定。

2.2.3設計加強點和方法

（1）對塔樓的薄弱部位進行加強設計；與連接體相連的梁和柱需要提高抗震等級，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行柱的軸壓比控制。梁深入塔樓的第二跨，需要加強連接體與剪力墻的錨固，一面地震時連接體的拉脫。在塔樓薄弱層需要用箍筋加密加粗，水平鋼筋也應加強。圖2為塔樓基本結構設計圖。

圖2　塔樓基本結構設計圖

（2）采用隔震加固法；結構剛度和地震作用成反比，結構周期變大時，剛度減小從而降低了地震作用。目前實踐中，以增大周期隔震加固技術最為普遍，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，將鉛芯和橡膠隔震墊安放在地基基礎和上部結構之間，再使二者分開。地震過程中，隔震墊會產生較大的水平變形并吸收熱量，使上部結構水平速度降低，達到減小上部結構地震作用的目的。

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

（4）外加構件法；在原建筑結構構件外部增加構件從而加強結構抗震能力、變形能力以及整體性的方式稱為增設構件法。該方法主要對建筑物承載力和變形力不足進行加強，進行構件加固設計時，需要關注加固結構整體抗震性能的變化。

3　建筑工程人防結構設計與抗震結構設計的對比分析

3.1設計原則對比

在理論上，人防結構設計和抗震結構設計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都以提高建筑物抗震動能力為前提，保證建筑物在遭受重大爆炸或者震動時能夠保持相對完整。從另一個角度出發(fā)，二者都遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”的基本設計原則。另外，雙方都需要盡量保證建筑整體協(xié)調和連接。由以往建筑實踐表明，即便建筑物整體結構設計都符合規(guī)定安全系數(shù)標準，主要存在一個小的結構或者區(qū)域沒有足夠的承受能力，在地震等災害發(fā)生時，也會成為事發(fā)點，一發(fā)不可收拾。

以力學基本原理分析，建筑結構內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部建筑的動能運動和吸收能力，從而減少外部發(fā)生的動能壓迫，降低震動帶來的破壞。基于這個理論分析，我們可以使建筑人員在施工過程中充分利用環(huán)境因素轉換動能，以此進行施工設計。例如，一些受彎結構或者偏心受壓構件可以充分利用結構組織吸收動荷載能量，通過緩沖作用減輕構件支撐面和受力柱的壓力，確保建筑結構不會出現(xiàn)多方向壓力擠迫損壞，使構件在完全受損前能夠恢復一些塑性增強建筑整體承載力。

3.2設計方式對比

以物理學角度分析，人防結構設計旨在提高力的受壓能力。人防結構設計方法也是以物理方式利用等效靜電荷進行施工工作。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?lián)锨€相似性，同時利用動荷載作用下建筑構件破壞規(guī)律與靜荷載作用破壞規(guī)律的相似性進行整體作用。動力分析狀態(tài)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(shù)，以動力系數(shù)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(xiàn)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(yè)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，最后按照延性比計算彈性素能設計。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(fā)生損壞，在危害較大的地震災害中出現(xiàn)輕微破壞并且可以通過后期修復可以繼續(xù)居住。在一些高強度地震發(fā)生時，建筑物不會出現(xiàn)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(shù)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。

3.3荷載作用方式的對比

人防結構設計和抗震結構設計在荷載作用方式的共同點就是二者都是偶然動荷載設計都可以體現(xiàn)一次作用效果。不同點就在于防震結構荷載作用方式是由地震事件造成地面震動引起動態(tài)慣性作用力，是間接作用力。人防結構承載動荷載是在很短時間內快速爆發(fā)出來的，時間短能量大，破壞力也就很大，隨時間延長而不斷消耗。在人防動荷載作用下，建筑材料的力學性能和在靜荷載作用下對比，性質發(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度和結構構件性能的變化。

4　結語

由調查數(shù)據表明，我國建筑設計越來越注意人防結構和抗震結構的設計在工程建筑中的應用。尤其在國內和國際不斷出現(xiàn)大的地震災害情況的影響下，國內設計人員也開始不斷提高建筑設計質量，以求做到最大的保護。本文通過調查研究和翻閱一些著作，總結出人防結構設計和抗震結構設計之間的差異化和共同之處，希望能夠為建筑師之間相互學習提供一些可取之處。

[1]李航.關于人防結構設計與抗震結構設計的比較[J].中國房地產業(yè)·下半月，2012（10）.

[2]楊壽渝.人防結構設計和抗震結構設計的比較分析[J].門窗，2014（1）.

TU352.1+1

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