農(nóng)宇春

（廣西南寧市人防科研設(shè)計院，廣西南寧 530000）

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，人防與抗震設(shè)計是兩個十分重要的內(nèi)容，關(guān)系到建筑的使用功能及安全。因此，在實際工作中應(yīng)根據(jù)工程實際情況，結(jié)合相關(guān)要求認(rèn)真開展設(shè)計，保證設(shè)計的合理性、經(jīng)濟性與可行性，從而為之后的建筑施工與使用奠定良好基礎(chǔ)。

1 工程概況

某建筑的人防工程處在兩條市政路之間的交匯部位，工程周圍存在很多地標(biāo)性建筑，地形相對復(fù)雜，且人口密集。該建筑為地下2 層，總建筑面積在3.5 萬左右，主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)時作為人員掩蔽所使用，防護等級確定為丙級，地下第1 層的抗力確定為6 級，地下第2 層的抗力確定為5 級。該建筑能有效緩解人車不分流造成的交通擁擠，通過科學(xué)合理的布局，能對周圍的商業(yè)運營及人文項目等都造成積極影響。

該工程的地層，從上到下依次為：①填土層，層厚在2～4m 范圍內(nèi)；②第四季沖洪積粘土層，層厚在1.6～7.4m 范圍內(nèi)，其主要構(gòu)成為粉細(xì)砂或粗砂，K 值為6.2×10-5cm/s；③中粗砂層，層厚在1.3～4.2m 范圍內(nèi)，其主要構(gòu)成包括石英質(zhì)和少量粘土，K 值為1.7×10-3cm/s；④亞粘土層，層厚在 4.4～8.6m 范圍內(nèi)，其主要構(gòu)成為風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，K 值為2.3×10-4cm/s；⑤全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，層厚在1.5～5.8m 范圍內(nèi)，其主要構(gòu)成為土狀風(fēng)化礦物，K 值為 5.2×10-4cm/s；⑥強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，層厚在 0.7～3.6m 范圍內(nèi)，其主要構(gòu)成為短柱狀或餅狀碎塊。

該工程的人防結(jié)構(gòu)主要參數(shù)包括：①結(jié)構(gòu)的安全等級為一級；②結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50 年；③抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度；④基礎(chǔ)的設(shè)計等級為甲級；⑤地下第1 層的人防抗力等級為6 級，地下第2 層的人防抗力等級為5 級。

2 人防和抗震設(shè)計

2.1 人防設(shè)計

對該工程進(jìn)行人防設(shè)計時，主要是對過去人防工程存在的缺點予以補充，以此改善人們的舒適度，營造良好的商業(yè)氛圍，人防主體結(jié)構(gòu)組成部分如圖1 所示。人防結(jié)構(gòu)的主體包括頂?shù)装搴蛢?nèi)外墻，在主體結(jié)構(gòu)中，不同部分受到的打擊力有很大不同，設(shè)計中應(yīng)引起注意[1]。人防結(jié)構(gòu)受到打擊后，頂板往往是直接受到打擊作用力的部位，對此，頂板厚度一般要達(dá)到250mm 以上，確保頂板在受到打擊后發(fā)揮出良好的抵抗力。此外，為應(yīng)對化學(xué)武器攻擊，在頂板澆筑過程中可考慮使用密實度較高的防水混凝土。為切實保證頂板穩(wěn)定性，可采用柱或剪力墻予以可靠支撐。

圖1 人防主體結(jié)構(gòu)組成部分

2.2 抗震設(shè)計

該工程結(jié)構(gòu)埋深在5m 左右，地下部分周圍土體的密度為1.9～2.1t/m3。結(jié)構(gòu)采用強度等級為C30 的混凝土通過澆筑而成，混凝土的密度值和彈性模量分別為2.52×103kg/m3、2.9×104MPa。在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中，首先利用QUARTERS 分析該建筑結(jié)構(gòu)橫斷面的地震反應(yīng)情況，將梁作為單元實施模型建立，結(jié)構(gòu)周圍的土體均按照實體單元來建立相應(yīng)的模型。應(yīng)注意，中柱和頂?shù)装寮皞?cè)墻均有所不同，主要是按照相同的間隔距離進(jìn)行布置的，在這種情況下，可將其等效成縱墻，選擇具體研究對象時，頂?shù)装搴蛡?cè)墻基本一致，都可以將單位長度作為分析和研究的對象，在分析施結(jié)構(gòu)橫斷面的地震反應(yīng)過程中，等效前后所有抗震設(shè)計參數(shù)均不產(chǎn)生變化，包括截面剛度（抗彎和抗剪剛度）、截面積與抗壓能力等，中柱等效之后，其密度值和彈性模量分別確定為 7.2×102kg/m3、8.62×103MPa[2]。

表1 抗震內(nèi)力計算結(jié)果

根據(jù)該工程的實際情況和特點，可借助反應(yīng)位移的方法，采用該方法進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)先做出一定的假設(shè)，且不考慮空間這一因素的作用，將所有地震力計算都假設(shè)為在結(jié)構(gòu)平面上分布的作用力，并充分結(jié)合結(jié)構(gòu)位移、荷載與工程的實際情況，視作靜力問題實施分析，實際工作中，可將產(chǎn)生于地表的位移采用強制方法將其移植至結(jié)構(gòu)當(dāng)中。在設(shè)計工作中，還要對場地平面進(jìn)行專門的地震反應(yīng)測定，具體可按照線性等效程序進(jìn)行。然而，考慮到無法徹底收齊所有動力參數(shù)，故只能借助剪切模量及應(yīng)力應(yīng)變的實際變化曲線來完成分析考察。

若將地震波假設(shè)成一個剪切波，具體的傳播方向是豎直向上，則它的振動平面將和結(jié)構(gòu)橫斷面吻合。根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有地震數(shù)據(jù)相關(guān)記錄，找出和工程地質(zhì)條件相接近的，輸入最近一段時間收集到的所有地震波數(shù)據(jù)，此時要注意地震波采用的是剪切波形式，之后方可開始地震力的分析。根據(jù)近幾年國內(nèi)外相關(guān)研究成果可以看出，在接收到該工程的水平方向地震力數(shù)據(jù)后，在水平方向的變形方面，側(cè)墻和中柱沒有太大的差別；因截面中面積最小部位處在中柱的下部，這一結(jié)構(gòu)體系在受力之后，將最先達(dá)到最大的承載力，很容易產(chǎn)生破壞，這是需要得到重點關(guān)注的一個結(jié)構(gòu)截面。另外，在側(cè)墻的下部受力之后將產(chǎn)生一定彎矩，這也需要在抗震設(shè)計過程中充分考慮[3]。對此，在實際的設(shè)計計算過程中，應(yīng)重點考查下列各項參數(shù)：柱頂和柱底部水平方向位移、中柱和側(cè)墻底部產(chǎn)生的彎矩。對于結(jié)構(gòu)截面上的彎矩，主要采用單位長度對應(yīng)的彎矩來表示。在實際的分析過程中可使用以下幾種方法來進(jìn)行：動力時程法、柔度系數(shù)法和自由場變形法等，在分析過程中要注意不同方法存在的區(qū)別和聯(lián)系，而且還注意不同方法對應(yīng)的加速度實際分布情況?？拐饍?nèi)力的計算結(jié)果如表1 所示[4]。

從以上分析結(jié)果可以看出，在理論支撐上，采用反應(yīng)位移法具有很高優(yōu)勢，但如果按照相關(guān)規(guī)范提出的模式來確定剛度，則理論值會和實際情況存在很大差異，很難精確反映出結(jié)構(gòu)和土體之間的相互作用；采用反應(yīng)加速法以后，可以將結(jié)構(gòu)和周圍土體之間存在的作用力施加到建立的模型當(dāng)中，不論是從變形還是從截面內(nèi)力上考慮，都能有效提高計算結(jié)果的精確度。在該工程中，采用絕對峰值加速度分布方法，可以最大限度保證計算結(jié)果精度，進(jìn)而保證抗震設(shè)計成果的安全性和準(zhǔn)確性[5]。

3 柱網(wǎng)和邊跨布置

在柱網(wǎng)布置過程中，建議采用矩形，若沒有特殊要求不可使用正方形，其長短跨之比不能超過0.75，這樣能有效保證經(jīng)濟性，而對于正交跨長比，應(yīng)按照0.65～0.70 的范圍控制，以此保證設(shè)計的實用性和經(jīng)濟性[6]。

在邊跨設(shè)計過程中，柱網(wǎng)的設(shè)計必須充分考慮內(nèi)跨柱間隔距離應(yīng)比邊跨柱之間的距離大15%～20%。若設(shè)計采用等跨框架梁的形式，并在兩端采用懸臂梁，則能有效減小邊跨的彎矩。若懸臂長度是跨度的40%，則等跨連續(xù)梁中每個支座的彎矩應(yīng)按照qL2/12 的要求控制；若跨度達(dá)到9m 以上，則懸臂部位的彎曲變形將過大。

4 結(jié)語

綜上所述，提高建筑的人防和抗震設(shè)計技術(shù)水平，對保證工程質(zhì)量和保證工程安全都有重要作用與意義。目前，該建筑工程的人防與抗震設(shè)計均已順利完成，經(jīng)實踐驗證合理可行，值得類似建筑工程參考借鑒，從而不斷提高設(shè)計水平。