張翀

摘 要：本文作者經(jīng)過多年設(shè)計經(jīng)驗，從人防結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，對二者進行了系統(tǒng)的比較，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；人防結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計；比較分析

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計就是通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計安排，能夠預(yù)防一定地震級別對建筑物的摧殘，而人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的主要是為了保護常規(guī)武器或者核武器進攻之下的震動對群眾帶來的人身安全。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(zhì)不一致，因此實際的施工設(shè)計手段也存在差異。下面對其進行簡單的介紹：

1 建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容

1.1 建設(shè)工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計

人防建筑結(jié)構(gòu)在建筑施工之前需要進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須進行科學的數(shù)據(jù)分析和實地勘探考察，設(shè)計質(zhì)量與施工質(zhì)量二者有明顯的關(guān)系?？茖W的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠產(chǎn)生相應(yīng)的人防效果，在戰(zhàn)爭時期和和平時期都能夠?qū)θ罕姷纳敭a(chǎn)起到保護作用。從目前的施工建設(shè)經(jīng)驗分析，主要存在的人防結(jié)構(gòu)設(shè)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 建設(shè)工程抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

雖然我國的地震發(fā)生概率比較小，地震帶來的危害較之地震頻發(fā)國家來說相對較小，但是為了保證建筑物使用質(zhì)量，確保用戶的人身財產(chǎn)安全，減少地震發(fā)生時的重大人身傷亡，進行必要的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計也是必不可少的，尤其是對于地震發(fā)生概率比較高的省份來說，更應(yīng)該成為建設(shè)施工的重點?，F(xiàn)有的建設(shè)施工安全文件規(guī)定安全性指標是指建筑工程結(jié)構(gòu)在正常地設(shè)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(xiàn)的各種荷載或變形，特殊情況下發(fā)生的偶然荷載或突發(fā)事件要保證在發(fā)生事件前后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能不變。而適應(yīng)性指標主要是指在建筑結(jié)構(gòu)正常使用的情況下能夠在規(guī)定使用期限內(nèi)其結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生變形、裂縫和振動等。

2 建筑工程人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的對比分析

2.1 設(shè)計原則的對比

從理論上分析，無論是人防結(jié)構(gòu)還是抗震結(jié)構(gòu)都是以提高抗震動帶來的危害為基礎(chǔ)，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(shè)計原則。此外，二者的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念都尊重整體建筑的協(xié)調(diào)性和合作性。以往的建設(shè)施工實踐表明，即使整體的建構(gòu)設(shè)計都符合基本的承受系數(shù)標準，但是只要存在一個環(huán)節(jié)甚至是一個小結(jié)構(gòu)的弱承受能力，在地震等災(zāi)害發(fā)生時，該小的薄弱環(huán)節(jié)就成為災(zāi)難發(fā)生的源泉，這一點與工程力學上所講的應(yīng)力集中現(xiàn)象類似。按照物力學力的基本原理，我們發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部各個組成部分具有一定的收縮系數(shù)標準，換句話說，施工人員可以通過提高建筑內(nèi)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(shù)。基于這一理論，建筑施工人員可以從動能力量俄轉(zhuǎn)換角度出發(fā)，進行設(shè)計施工。例如可以充分地利用結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件或大偏心受壓構(gòu)件的變形吸收動荷載的能量，通過緩沖作用減輕各個構(gòu)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(jié)構(gòu)在完全曲屈服前不再出現(xiàn)另外的剪切力破壞，在屈服后還具有足夠的延性以保證構(gòu)件形成最終的塑性破壞，從而達到提高建筑結(jié)構(gòu)整體承載力的目的。

2.2 設(shè)計方法的對比

從物理學角度分析，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是提高力的承受能力，因此，它的設(shè)計方法也是從物理學應(yīng)用實際出發(fā)，現(xiàn)行主要的設(shè)計方法是采取等效靜荷載的辦法展開設(shè)計分析工作。由于建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是基于擬建工程結(jié)構(gòu)在施工或使用的條件下的設(shè)計過程，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各種動荷載的綜合作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)靜荷載作用下?lián)锨€非常相似，而且在動荷載的作用下建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)的靜荷載作用下的破壞規(guī)律也相似，因此在動力分析過程中，可以通過將建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進一步簡化為一種單自由度體系，查表可得相應(yīng)的動力系數(shù)，以動力系數(shù)與動荷載峰值相乘得到等效靜荷載。這樣一來，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件相當于在等效靜荷載的作用下，而其各項內(nèi)力就是在各種動荷載作用下的內(nèi)力最大值。此外，提高人防結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，不僅要選用科學的設(shè)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(jié)構(gòu)材料，現(xiàn)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(nèi)加入材料強度綜合調(diào)整系數(shù)予以調(diào)整修正，最后通過建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計結(jié)果。

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

2.3 荷載作用方式的對比

人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計二者在荷載作用方式方面的相同點在于都為偶然動荷載，設(shè)計時均可以以具有一次作用效果考慮，而主要的不同點在于防震結(jié)構(gòu)的荷載作用方式是由于地震事件造成地面運動而引起的動態(tài)慣性作用力，是間接的。人防結(jié)構(gòu)所承受的動荷載主要是外部動能量直接作用于人防結(jié)構(gòu)的附屬構(gòu)件，而人防結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件只是間接的承受附屬構(gòu)件以及建筑上部結(jié)構(gòu)的荷載作用。人防結(jié)構(gòu)所承受荷載是在短時間內(nèi)迅速爆發(fā)出來的，由于時間短，能量大，所以表現(xiàn)的破壞力也就相對較大，而且會隨著時間的不斷延長而逐漸消耗。在人防動荷載的作用下，材料的力學性能與在靜荷載作用下相比，材料的力學性質(zhì)發(fā)生了比較明顯的變化，主要的表現(xiàn)是材料在快速加載作用過程中各種材料強度的提高和結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力可靠性指標的變化。

總之，從目前的建筑施工現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)分析，我國的建筑設(shè)計越來越重視人防結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)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(zhì)量要求也相對提高。筆者依據(jù)多年的建筑施工經(jīng)驗和理論知識認為，人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計在某些方面存在共同點，同時也存在差異，設(shè)計人員可以取長補短，通過優(yōu)勢互補，提高建筑物的使用質(zhì)量和使用年限，推動我國建筑行業(yè)快速發(fā)展。

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