人防结构设计与抗震结构设计的比较

李 婷

（山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司，山西 长治 046204）

抗震结构设计就是通过结构的设计安排，能够预防一定地震级别对建筑物的摧残，而人防结构设计的目的主要是为了保护常规武器或者核武器进攻之下建筑物的震动影响到的群众的人身安全，除此之外，人防结构设计也应能承受地震动荷载。从根本上说二者的建筑施工都是以减少震动危害为目的的，因此具有一定程度的相同点，同时由于二者所承受的震动性质不一致，因此实际的施工设计手段也存在差异。

1 建筑工程人防结构设计与抗震结构设计的内容

1.1 建筑工程人防结构设计

人防建筑结构在建筑施工之前需要进行系统的结构设计，结构设计必须进行科学的数据分析和实地勘探考察，设计质量与施工质量二者有明显的关系。科学的结构设计能够产生相应的人防效果，在战争时期和和平时期都能够对群众的生命财产起到保护作用。从目前的施工建设经验分析，主要存在的人防结构设计手段有掘开式人防工程和暗挖式人防工程两种，其中掘开式人防工程又包括单建式人防工程和附建式人防工程，而暗挖式人防工程则包括坑道式和地道式两种。

1.2 建筑工程抗震结构设计

虽然我国的地震发生概率比较小，地震带来的危害较之地震频发国家来说相对较小，但是为了保证建筑物使用质量，确保用户的人身财产安全，减少地震发生时的重大人身伤亡，进行必要的抗震结构设计也是必不可少的，尤其是对于地震发生概率比较高的省份来说，更应该成为建设施工的重点。现有的建设施工安全文件规定安全性指标是指建筑工程结构在正常地设计、施工和使用条件之下，能够承受在施工与使用情况下出现的各种荷载或变形，特殊情况下发生的偶然荷载或突发事件要保证在发生事件前后结构的稳定性能不变；而适应性指标主要是指在建筑结构正常使用的情况下能够在规定使用期限内其结构不产生变形、裂缝和振动等。建筑抗震应达到通常所说的“小震不坏、中震可修、大震不到”的设防目的。

2 建筑工程人防结构设计与抗震结构设计的对比分析

2.1 设计原则的对比

从理论上分析，无论是人防结构还是抗震结构都是以提高抗震震动带来的危害为基础，他们的施工特点都是提高建筑物的抗震动能力，保证在遭受到重大震动时建筑物能够最大程度的保持完好，从这一方面来说，二者都遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等基本设计原则。此外，二者的结构设计理念都尊重整体建筑的协调性和合作性。所以人防结构设计与抗震结构设计的设计原则是一致的。以往的建设施工实践表明，即使整体的结构设计都符合基本的承受系数标准，但是只要存在一个环节甚至是一个小结构的弱承受能力，在地震等灾害发生时，该微小的薄弱环节就成为灾难发生的源泉，这一点与工程力学上所讲的应力集中现象类似。按照物理学的基本原理，我们发现建筑结构的内部各个组成部分具有一定的收缩系数标准，换句话说，施工人员可以通过提高建筑内部的动能运动和吸收能力，来减少外部受到的动能威胁，从而降低外部震动带来的建筑物严重破坏，或者降低危害系数。基于这一理论，建筑施工人员可以从动能力量转换角度出发，进行设计施工。

2.2 设计方法的对比

人防结构设计的动力分析是基于拟建工程结构在施工或使用的条件下的设计过程，建筑结构构件在各种动荷载的综合作用下，结构构件振型与相应静荷载作用下挠曲线非常相似，而且在动荷载的作用下建筑结构构件的破坏规律与相应的静荷载作用下的破坏规律也相似，因此在动力分析过程中，可以通过将建筑结构构件进一步简化为一种单自由度体系，查表可得相应的动力系数，以动力系数与动荷载峰值相乘得到等效静荷载。这样一来，建筑结构构件相当于在等效静荷载的作用下，而其各项内力就是在各种动荷载作用下的内力最大值。此外，提高人防结构的质量，不仅要选用科学的设计方案，还需要选用具有一定承受力和荷载力的高效建筑结构材料，现在施工单位为了提高原有建筑材料的使用效果，通常在建筑材料内加入材料强度综合调整系数予以调整修正，最后通过建筑结构构件在综合动荷载作用下的变形极限允许延性比加以控制，按照允许延性比进行弹塑性能的验算得到最终的设计结果。

由于地震灾害的破坏力大，而且地震灾害具有不可预测的性质，因此对于地震灾害的预防工作，在建筑施工过程中难度系数非常高。现有的抗震结构设计理念基本可以概括为，抗震建筑物能够在较低级别的地震灾害中确保质量安全，不发生破坏，而在相对高的地震灾害发生时，出现细微的破坏性，但是可以通过后期的修补和维护继续居住，在较高级别的地震灾害发生时，建筑物能够保证不坍塌，内部居住居民可以安全撤离，减少地震发生时的破坏力，但是建筑物无法进行二次使用，需要在灾后进行重建。这种设计理念与人防结构设计之间存在差异性，抗震结构设计的方法一般先取小震地震动参数计算结构弹性下的地震作用效应进行相关的结构构件截面承载力的验算，然后是对大震下的结构弹塑性变形力验算完成“二阶段”设计要求，最后通过应用工程结构概念设计和抗震构成措施来完成“大震不倒”的第三水准设计要求。

2.3 荷载作用方式的比较

两者均为动荷载，设计时均按一次作用考虑，荷载作用时间都很短。人防荷载具有量值大、作用时间短且不断衰减等特点。人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波，因此人防荷载对结构构件外表面的是直接作用，其动荷载直接作用于构件，其作用为外力；而地震动荷载则是由于地震时地面运动引起的动态作用，是间接的作用。抗震区的建筑物均会承受地震作用。由于核爆动荷载是偶然性荷载，钢筋混凝土构件又允许开裂，因此比之静荷载作用下构件的安全度可适当降低。在核爆动荷载作用下，地基承载力有较大提高，同时安全系数也可取较低，在这种瞬间荷载作用下，一般不会产生因地基失效引起结构破坏，因此基础计算一般可以不考虑人防荷载，但一些建筑需要考虑地震作用效应。《人防规范》将人防荷载简化成等效静荷载，它只代表作用效果的等效，等效静荷载并不是实际作用的力，但它方便了设计计算可以用静力分析的模式进行内力计算；设计时等效静荷载的大小的确定主要与设防抗力等级有关。人防荷载的分项系数=1，原因是偶然性荷载不乘分项系数；人防结构可靠度要求比工民建结构低。地震作用大小与筑物所处的场地条件及土质情况、及建筑物自振周期、振型、阻尼及抗震设防烈度有关。根据抗震设防烈度和场地条件确定不同的抗震等级。

3 结语

随着科学技术的不断发展以及城市化进程的提高，人们对建筑质量提出了更高的要求，更加注重建筑的安全性以及整体结构的稳定性。基于这种时代大背景，建筑行业的不断发展和完善，努力的满足了人们的期望和标准。现阶段，我国建筑设计中常用的结构设计主要有人防结构设计和抗震结构设计两种。这两种设计在现代生活中都是必不可少的，此二者无论在设计原则，还是在设计方法、动力荷载的作用方式上，都存在一定的相同点和差异性。相关设计人员一定要对此有充分的了解和认知，以此提升建筑主体的稳定性和安全系数，从而有效保障人们的生命财产安全，进而保障社会的和谐发展。