关于人防结构设计与抗震结构设计的比较

戴镜洲

（广州南方建筑设计研究院广东广州　510640）

关于人防结构设计与抗震结构设计的比较

戴镜洲

（广州南方建筑设计研究院广东广州510640）

我国经济的发展带动了城市化进程，建筑行业得到了迅速发展。随着人们对建筑质量和住房舒适度的要求，建筑设计成为建筑工程项目的关键环节。建筑设计是工程施工的基础，人防结构和抗震结构设计自然就显得非常重要。本文主要依据人防结构设计和抗震结构设计在建筑中的应用，对其进行分析，总结设计经验，以提高建筑物的质量和满意度。

人防结构；抗震结构；比较

1　引言

以工程学角度来说，甲类人防地下室能承受常规武器和核武器双重爆炸动荷载的分别作用，乙类人防能够承受常规武器爆炸动荷载作用。人防地下室一般都要求能够抗震设防，设计时需要能够承受地震和武器爆炸作用。抗震结构设计就是通过建筑结构设计安排，使建筑物能够预防一般地震的摧残。根本上说二者都以减少震动给居住者带动的伤害为目的，因此有一些共同点。但是二者所能够承受的震动性质又存在差别，因此施工过程也自然不一样。下面对二者进行简单的介绍和分析。

2　人防结构设计和抗震结构设计

2.1人防结构设计

2.1.1设计概念

人防结构设计，是指在常规武器或核武器爆炸动荷载情况发生时，能够确保建筑物保持正常和稳定，保证内部居民的生命财产安全。

2.1.2设计内容

人防结构设计，是现代建筑施工中一个重要的环节，直接关系到建筑工程的经济、社会以及战备效益。在一些危险区域，依旧存在不安定因素，加强人防结构设计、确保建筑设计安全合理不仅是当前建筑工程应有的标准，更是国际形势下的必然结果。正常情况下，人防工程设计是一种相对稳定性很高的特殊保护地下建筑类型工程，以建筑形势区分，可以划分为掘开式人防工程和暗挖式人防工程，各自拥有不同的形式，并且实际时需要结合实际情况进行分析，选取最恰当的方式进行施工。

2.1.3设计特点

（1）设计目标可靠指标可适当降低；一般的建筑工业与民用建筑使用的静电荷是永久使用的主要电荷，一旦破坏就会造成很严重的后果。在民用设计中结构构件承载力指标要求很高，而对于人防工程来说，由于炮弹冲击波或核爆炸作用时间短，而且考虑一次瞬时作用，允许防空结构有相对较低的安全度，承载能力极限可靠指标要求稍微降低。如图1为地下室人防结构设计规范。

（2）结构可采用弹塑性体系设计；静电荷作用下的钢筋混凝土构件，一旦构件进入变形塑性就会在静载作用下失去承载能力，防空地下室人防荷载为动荷载，具有瞬息、短暂作用性质。构件进入塑性只要不超过极限就可有阻尼的自由振动，使变形力降低，最后恢复到一定的静止平衡状态，虽仍有残余变形，对于防空来说却能达到承载要求。

图1　地下室人防结构设计规范

（3）设计材料强度值高；人防结构强调承受瞬间作用力，在快速加载状态下，材料破坏变形是来不及展开的。数值达到最大就会开始卸载，所以加强施工材料的强度，对于地基的承载力，人防动荷载作用力可以几倍到十几倍。

2.2抗震结构设计

2.2.1设计概念

抗震结构设计是指在建筑结构设计时，为了加强建筑物整体稳定性和安全性，提高建筑体抵抗自然灾害和人为灾害所进行的设计。在建筑物应有寿命年限内，使建筑物能够保持足够的耐久性和可用性。

2.2.2设计内容

建筑抗震结构设计，在现实施工过程中，必须注重建筑结构在使用过程中的可靠性和稳定性。其次，必须以人为主体，满足居民对建筑体安全性和舒适度的要求。现代抗震结构设计影响因素众多，环境要求不一样，设计时必须进行全面探查确保建筑设计的合理稳定。

2.2.3设计加强点和方法

（1）对塔楼的薄弱部位进行加强设计；与连接体相连的梁和柱需要提高抗震等级，连接体相连的柱需要用钢骨混凝土柱，钢骨柱需要从中层至顶层之间进行柱的轴压比控制。梁深入塔楼的第二跨，需要加强连接体与剪力墙的锚固，一面地震时连接体的拉脱。在塔楼薄弱层需要用箍筋加密加粗，水平钢筋也应加强。图2为塔楼基本结构设计图。

图2　塔楼基本结构设计图

（2）采用隔震加固法；结构刚度和地震作用成反比，结构周期变大时，刚度减小从而降低了地震作用。目前实践中，以增大周期隔震加固技术最为普遍，最有代表性的就是铅芯橡胶隔震。主要利用橡胶铅芯阻尼值高、水平变形力大且能能够吸收地震爆发能量的特点，将铅芯和橡胶隔震垫安放在地基基础和上部结构之间，再使二者分开。地震过程中，隔震垫会产生较大的水平变形并吸收热量，使上部结构水平速度降低，达到减小上部结构地震作用的目的。

（3）消能减震加固法；在工程抗震过程原理分析中，结构阻尼和地震之间呈反比例关系。增加结构阻尼主要通过结构变形较大的部位设置阻尼器的消能减震方法来实现。利用阻尼器控制结构在地震作用下的变形，降低建筑结构在水平和竖直方向的地震作用，确保建筑物在较大震动作用下不会出现大的破坏。

（4）外加构件法；在原建筑结构构件外部增加构件从而加强结构抗震能力、变形能力以及整体性的方式称为增设构件法。该方法主要对建筑物承载力和变形力不足进行加强，进行构件加固设计时，需要关注加固结构整体抗震性能的变化。

3　建筑工程人防结构设计与抗震结构设计的对比分析

3.1设计原则对比

在理论上，人防结构设计和抗震结构设计都是为了避免外在危害给建筑物和人带来伤害，因此二者共同的施工提点都以提高建筑物抗震动能力为前提，保证建筑物在遭受重大爆炸或者震动时能够保持相对完整。从另一个角度出发，二者都遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”的基本设计原则。另外，双方都需要尽量保证建筑整体协调和连接。由以往建筑实践表明，即便建筑物整体结构设计都符合规定安全系数标准，主要存在一个小的结构或者区域没有足够的承受能力，在地震等灾害发生时，也会成为事发点，一发不可收拾。

以力学基本原理分析，建筑结构内部具有一定的收缩系数，即施工人员可以通过施工方位和方式的改变提高内部建筑的动能运动和吸收能力，从而减少外部发生的动能压迫，降低震动带来的破坏。基于这个理论分析，我们可以使建筑人员在施工过程中充分利用环境因素转换动能，以此进行施工设计。例如，一些受弯结构或者偏心受压构件可以充分利用结构组织吸收动荷载能量，通过缓冲作用减轻构件支撑面和受力柱的压力，确保建筑结构不会出现多方向压力挤迫损坏，使构件在完全受损前能够恢复一些塑性增强建筑整体承载力。

3.2设计方式对比

以物理学角度分析，人防结构设计旨在提高力的受压能力。人防结构设计方法也是以物理方式利用等效静电荷进行施工工作。建筑抗震结构设计是以建筑工程在施工和使用过程中进行基础设计，辅助建筑构件在动荷载整合作用下，利用构件与相应静电荷载下挠曲线相似性，同时利用动荷载作用下建筑构件破坏规律与静荷载作用破坏规律的相似性进行整体作用。动力分析状态下，建筑结构构件可以简化为自由体系，通过分析得出动力指数，以动力系数和动荷载相乘便可得到等效静荷载。在等效静荷载作用下，建筑结构构件各项内力可以在各种动荷载作用下呈现最大值。另外，提高人防结构质量，需要选取科学合理的设计方案，还需采用较为高效的建筑结构材料。目前施工企业为了提高原有建筑材料的使用性能，一般在建筑材料内加入一些其他材料用来调整材料强度，然后通过建筑构件在动荷载作用下的变形作用进行延性加升，最后按照延性比计算弹性素能设计。由于地震危害较大，且具有不可预测性，因此对于预防地震灾害在建筑施工过程中难度较大。目前国内的抗震结构设计理念基本上就是：抗震建筑物能够在较低伤害中确保质量安全，建筑物不发生损坏，在危害较大的地震灾害中出现轻微破坏并且可以通过后期修复可以继续居住。在一些高强度地震发生时，建筑物不会出现坍塌并且居民可以安全撤离，灾后可以进行重建或者二次使用。设计理念与人防结构设计存在一定的差异性，人防结构通常只以小地震参数计算结构弹性下地震效应以及结构承载面计算，然后完成剩余阶段的计算，最后通过应用工程结构设计概念和抗震措施完成“大震不陷”的设计要求。

3.3荷载作用方式的对比

人防结构设计和抗震结构设计在荷载作用方式的共同点就是二者都是偶然动荷载设计都可以体现一次作用效果。不同点就在于防震结构荷载作用方式是由地震事件造成地面震动引起动态惯性作用力，是间接作用力。人防结构承载动荷载是在很短时间内快速爆发出来的，时间短能量大，破坏力也就很大，随时间延长而不断消耗。在人防动荷载作用下，建筑材料的力学性能和在静荷载作用下对比，性质发生了很明显的变化，主要表现在材料在快速作用下各种材料强度和结构构件性能的变化。

4　结语

由调查数据表明，我国建筑设计越来越注意人防结构和抗震结构的设计在工程建筑中的应用。尤其在国内和国际不断出现大的地震灾害情况的影响下，国内设计人员也开始不断提高建筑设计质量，以求做到最大的保护。本文通过调查研究和翻阅一些著作，总结出人防结构设计和抗震结构设计之间的差异化和共同之处，希望能够为建筑师之间相互学习提供一些可取之处。

[1]李航.关于人防结构设计与抗震结构设计的比较[J].中国房地产业·下半月，2012（10）.

[2]杨寿渝.人防结构设计和抗震结构设计的比较分析[J].门窗，2014（1）.

TU352.1+1

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1673-0038（2015）13-0011-02

2015-3-9