【摘 要】抗震结构设计是为了抵抗一定等级地震对建筑的损害，而人防结构设计是为了防止核武器或常规武器在爆炸中产生的冲击波危及群众的人身安全。因此，从根本上来讲，抗震结构设计与人防结构设计的目的都是为了减少震动所带来的危害，但它们所承受的震动具有不同的性质，因此在实际施工设计中存在一定的差异。据此，笔者结合工程实践，比较分析抗震结构设计与人防结构设计。
【关键词】抗震结构设计；人防结构设计；比较
引言
人防结构要求在建筑施工前，通过分析具体数据并进行实地勘探考察来完成进一步的设计，而较为常用的施工方式包括暗挖式和掘开式两种，其中暗挖式又分为坑道式和地道式；而掘开式分为单建式和附建式。人防结构设计是为了保护群众免受核武器或常规武器震动所害。与此相比，地震结构设计的目的是为了减轻地震对建筑的破坏，保护人民生命财产安全。为了确保建筑整体的安全性和稳定性，并充分发挥其人防和抗震功能，笔者分别从如下方面比较分析人防结构设计和抗震结构设计：
一、设计原则的比较
在设计原则上，人防结构设计与抗震结构设计可从如下几个方面进行比较：一是人防结构与抗震结构的共同目的都是为了提高建筑的抗震动性，因此人防结构与抗震结构设计都应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计原则。二是人防结构与抗震结构设计都应遵循建筑整体的协调性与合作性，但从既有建筑的施工实践可知，在建筑整体结构设计与其基本承受标准相符的情况下，一旦遭受地震等大灾害，即便是极小的薄弱点，也会成为重大灾害的源点，而这一现象类似于工程力学上的应力集中现象。三是从工程力学角度来看，工程结构的内部组成都存在一定的收缩标准，即通过提高建筑的内部动能运动和吸收能力，可在一定程度上降低其危害系数，从而减轻外部震动对建筑结构的破坏，因此可从动能转换的角度出发进行设计施工。综上，可先利用结构构件变形来吸收动荷载能量，再经过缓冲来降低受力柱的抗压负担及构件支座的抗剪负担，以保证建筑结构在完全屈服前不出现剪切破坏及在屈服后仍具有较高的延性，从而提升建筑结构的整体承载力。
二、设计方法的比较
在设计方法上，人防结构与抗震结构可从如下方面进行比较：站在物理学角度上看，人防结构设计主要通过提高建筑结构的承载能力来保证建筑的安全性能，因此其设计手法应要与物理学应用实际紧密联系，而目前最为常用的设计方法是等效静荷载法。由于建筑抗震结构设计是在施工或使用的条件下对工程结构进行设计的一个过程，在各种动荷载的共同作用下，建筑结构构件的振型与相应的静荷载时产生的挠曲线相似，此外，动、静荷载对建筑结构的破坏规律也及其相似，由此可见，在动力分析的过程中，可将建筑结构构件简化为单自由度体系，并通过查表获得动力系数，然后再将其与动荷载峰值相乘，最后可得出等效静荷载。值得注意的是，人防结构承载力的提高不仅要求优化设计方案，还要求所选的结构材料具备一定的延性。为了考虑结构材料在动荷载下的强度提高，设计单位一般会加入材料强度调整系数来进行修正，然后再通过控制结构构件在动荷载作用下的延性比来验算其弹塑性能，从而获得设计结果。另外，地震等灾害不仅具有极强的破坏力，且其存在不可预测性，因此从预防地震灾害的角度来讲，建筑结构设计的难度比较大。现行的抗震结构设计理念如下：在低等级的地震中，保证建筑不出现破坏性的损伤；在相对高等级的地震中，允许产生一定的破坏但可通过后期维护和修补来恢复使用；在高等级的地震中，保证建筑不坍塌及被困人员能安全撤离。
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三、荷载作用方式的比较
在荷载作用方式上，可从如下方面比较人防结构设计与抗震设计：人防结构设计与抗震设计均为偶然动荷载，自然地震存在着很大的偶然性，同样，战争时武器的爆炸冲击波也具有偶然性，因此，在对建筑结构进行设计时，即可按照一次作用效果的方式来考虑。人防荷载具有作用时间短、能量大且递减的特征，因此，人防结构设计考虑的核心要点是如何抵抗空气冲击波，这种振动会直接作用在结构构件的外表面上，而内部构件则是间接承担着附属构件所传递的荷载作用，在这样的情况下，明显地改变了建筑材料的力学性质，这就是设计人员应重点考虑的方向和内容。对于抗震结构设计，首先应知道地震动荷载是地面在运动中产生的动态作用，是间接作用于建筑结构构件，其实质是一种惯性力。与人为引发的振动相比较，其在量能上明显要小，但是其振动的时间相对要更持久，总体而言，其产生的动态总量相当大，振动所波及的范围广，这种惯性力会影响到大范围内的建筑构建。因此，设计人员在进行设计工作时，应综合考虑建筑结构的整体性和均衡性。
四、延性设计的比较
针对延性设计，人防结构设计与抗震设计的比较如下：一是核武器和常规武器的爆炸为偶然性荷载，而在动荷载作用下的结构构件已处在弹塑性工作阶段，则结构构件的延性较大及有助于吸收动能和抵抗动荷载。为此，人防结构设计应坚持“强节点弱杆件、强柱弱梁、强剪弱弯”的原则，比如对受弯构件双面配筋时，可承受由动荷载产生的回弹及防止构件在大挠度下坍塌。二是将梁柱剪跨比、剪压比和柱轴压比控制在规定范围中，其中可在塑性铰区配置足量的箍筋来提高混凝土的应变极值、抗压强度及防止裂缝进一步扩宽，从而通过挖掘塑性铰的耗能与变形能力开增强梁柱的延性；用箍筋支撑纵向钢筋来防止纵筋压屈，从而充分发挥纵筋的抗压强度。另外，为了防止框架柱在地震作用下过早步入屈服阶段，则需通过提高纵向钢筋的配筋率来增大柱在屈服时的变形能力、耗能能力和延性。三是在结构设计时，保证节点处不产生脆性剪切破坏，从而充分发挥梁柱的变形能力和承载能力。四是框架破坏机制主张梁柱比尽早或多发生塑性屈服及底层柱的柱根较晚形成塑性铰，同时将柱子的屈服顺序打乱。五是在框架梁柱设计时，保证构件的抗剪承载力比抗弯承载力大，以使构件产生的弯曲破坏具有较好的延性，同时保证塑性铰在出现以后，构件没有过早剪坏。
五、结束语
通过比较发现，人防结构设计与抗震结构设计在设计原则、方法、延性设计和荷载作用方式上都存在一些共同点和差异性。因此，设计人员在实际设计中，应在充分论证分析的基础上，提出最佳的设计方案，以保证建筑结构的可靠性和稳定性，从而提高工程的整体质量及维护人民的切身利益。
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论文作者:林霖
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/10
标签：结构设计论文; 人防论文; 荷载论文; 构件论文; 延性论文; 结构论文; 建筑结构论文; 《低碳地产》2016年13期论文;