文/儀皓楠 臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院 浙江臺州 318000

建筑結(jié)構(gòu)中人防設(shè)計(jì)及抗震設(shè)計(jì)探究

文/儀皓楠 臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院 浙江臺州 318000

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)水平和物質(zhì)生活水平均得到大幅度提高，加之地震災(zāi)害頻發(fā)，國際形勢不容樂觀，人們也越來越重視建筑人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量。本文依次對建筑結(jié)構(gòu)中人防設(shè)計(jì)及抗震設(shè)計(jì)的意義、原則、內(nèi)容及方法進(jìn)行了探討。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；人防設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)

引言：

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指通過科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)防一定級別地震的目的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在有效預(yù)防核武器或常規(guī)武器造成的震動對廣大人民群眾的危害。就本質(zhì)而言，兩種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本目的相同，均是為有效降低震動危害，因此，人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)具有一定相似之處，但兩種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對的震動性質(zhì)不同，因此，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)中，也存在一定的差異。

1 建筑結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)的意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要引起設(shè)計(jì)人員高度重視的設(shè)計(jì)指標(biāo)有很多，其中建筑物的安全性與穩(wěn)定性、可靠性、耐久性成為幾大重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對此，建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)與人防設(shè)計(jì)需要引起設(shè)計(jì)人員的廣泛重視。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)盡管都是為了通過設(shè)計(jì)過程的不斷優(yōu)化，進(jìn)一步提高工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度，但是二者存在一定的差別；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)人員通過科學(xué)的設(shè)計(jì)流程，能夠設(shè)計(jì)一種預(yù)防一定地震等級的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)建筑物；而人防設(shè)計(jì)的主要目的則是通過技術(shù)人員設(shè)計(jì)，主要起到遏制常規(guī)核武器以及在常規(guī)核武器強(qiáng)烈振動下對民眾造成的巨大安全威脅。從設(shè)計(jì)的本質(zhì)來看，二者的設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)都是為了起到安全的效果，但是由于二者的概念不同，存在的震動等級強(qiáng)度不同，在施工設(shè)計(jì)時所采用的設(shè)計(jì)方式與設(shè)計(jì)理念也不同。

2 建筑結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)的原則

2.1 應(yīng)該遵循“強(qiáng)柱弱梁”與“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，無論是設(shè)計(jì)原理還是設(shè)計(jì)方法，人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)均可以提升建筑物本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通常情況下，設(shè)計(jì)方經(jīng)過人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)，可以使建筑物在受到較大的地震作用力之下，依然保持完好。因此，為了保證建筑物設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該遵循“強(qiáng)柱弱梁”與“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則。從這一原理出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，技術(shù)人員可以充分利用建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)受彎構(gòu)件以及大偏心的受壓構(gòu)建變形對內(nèi)部動荷載能量進(jìn)行有效吸收，從而通過外部結(jié)構(gòu)的緩沖作用，進(jìn)一步釋放建筑結(jié)構(gòu)中受力柱的抗壓負(fù)擔(dān)以及各構(gòu)件支座的截面抗剪負(fù)擔(dān)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)在受到外界的巨大荷載作用力之后形成塑性破壞，從而保證建筑物整體結(jié)構(gòu)的安全性與完整性。

2.2 應(yīng)該遵循建筑工程整體協(xié)調(diào)性與合作性

設(shè)計(jì)過程中除了應(yīng)該遵循一定的設(shè)計(jì)原則之外，設(shè)計(jì)師還應(yīng)該將“建筑工程整體的協(xié)調(diào)性與合作性”這一設(shè)計(jì)理念融合到整個人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)過程中。從我國傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)情況看，由于設(shè)計(jì)師沒有遵循一定的設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)理念，因此導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)的很多的問題，使建筑整體結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)均無法達(dá)到我國建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，只要有任何一個環(huán)節(jié)存在安全隱患，當(dāng)?shù)卣鸬戎卮蟮耐饨缫蛩刈饔弥?，建筑物結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性就會大大受到影響。這些細(xì)小的隱患點(diǎn)將成為整個建筑物的應(yīng)力集中點(diǎn)以及災(zāi)害源點(diǎn)。根據(jù)力學(xué)原理分析，建筑物的不同結(jié)構(gòu)部分都有相關(guān)的收縮系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合這一特性，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)時只要能夠?qū)⒔ㄖ飪?nèi)部的能量與運(yùn)動動能進(jìn)行有效釋放與吸收，建筑物的破壞程度就會大大下降，以此降低建筑物的危險(xiǎn)系數(shù)。

3 建筑結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)的人防設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)之前就需要對建筑物進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)規(guī)劃，在設(shè)計(jì)的過程中要結(jié)合實(shí)際的工程情況進(jìn)行地質(zhì)勘察分析，通過數(shù)據(jù)資料的收集保證設(shè)計(jì)質(zhì)量符合我國人防設(shè)計(jì)的要求?？茖W(xué)的人防設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生積極的人防效益，不管是在和平年代還是在戰(zhàn)爭年代，都能夠確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全以及人身安全。通常來講，人防設(shè)計(jì)主要采用暗挖式以及開掘式兩種不同的人防工程設(shè)計(jì)手段，其中開掘式的人防設(shè)計(jì)工程又可分為單建式設(shè)計(jì)與附建式設(shè)計(jì)兩種不同的設(shè)計(jì)方式；而暗挖式的人防設(shè)計(jì)工程又包括了坑道式設(shè)計(jì)與地道式設(shè)計(jì)兩種方式。

與人防設(shè)計(jì)工程相比，抗震設(shè)計(jì)帶來的危害性相對較小，而且我國地震災(zāi)害發(fā)生的頻率較低，為了有效減少地震等地質(zhì)災(zāi)害對我國的建筑物造成嚴(yán)重的損害，需要展開抗震設(shè)計(jì)，特別是對于我國某些地震災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)而言，抗震設(shè)計(jì)成為建筑物設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況以及建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個抗震設(shè)計(jì)的過程包括制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)施工圖紙三個環(huán)節(jié)。制定抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時一定要嚴(yán)格根據(jù)我國工程設(shè)計(jì)地質(zhì)勘測報(bào)告分析結(jié)果以及建筑物所在地的實(shí)際地震抗震設(shè)防烈度、建筑物的高度以及建筑物樓層層數(shù)、建筑物場地設(shè)計(jì)類型等多種相關(guān)的情況展開科學(xué)設(shè)計(jì)。與此同時，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合建筑物的重要性來設(shè)計(jì)建筑物抗震的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)設(shè)計(jì)師確定建筑物的結(jié)構(gòu)形式后，還要進(jìn)一步根據(jù)不同抗震結(jié)構(gòu)的形式特點(diǎn)和要求，科學(xué)選擇并布置抗震結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件以及承重體系材料。

4 建筑結(jié)構(gòu)中的人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)的方法

4.1 進(jìn)行合理規(guī)劃、計(jì)算和驗(yàn)證

在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行人防與抗震設(shè)計(jì)前，首先要對建筑物的整體設(shè)計(jì)思路進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原理將建筑物進(jìn)行分項(xiàng)、分層、分段、而且再將每一個設(shè)計(jì)小項(xiàng)進(jìn)行逐一細(xì)化。通過建筑設(shè)計(jì)，要將整體的建筑結(jié)構(gòu)空間在圖紙上清晰體現(xiàn)出來。建筑結(jié)構(gòu)的人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)不僅要準(zhǔn)確反映建筑物的外部整體造型、大小、建筑物層數(shù)以及輪廓、內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)等情況，更應(yīng)該將建筑物的外部整體受力情況、內(nèi)部構(gòu)造以及實(shí)際的結(jié)構(gòu)接縫組合等細(xì)節(jié)，通過荷載力學(xué)計(jì)算，經(jīng)過科學(xué)論證。

4.2 采取“三水準(zhǔn)、二階段”的設(shè)計(jì)方法

建筑結(jié)構(gòu)中的人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)盡管類型不同，但是二者從力學(xué)設(shè)計(jì)角度講，都屬于動荷載。人防荷載具有作用時間短、量值大而且不斷衰減的特點(diǎn)，因此在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中首要考慮的設(shè)計(jì)問題就是如何有效抵抗空氣中的巨大沖擊波；而抗震設(shè)計(jì)時，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。首先需要通過建筑結(jié)構(gòu)的承載力驗(yàn)算，進(jìn)一步確定最大外力結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)；另外還要科學(xué)驗(yàn)算大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形情況；通過抗震構(gòu)造措施與概念設(shè)計(jì)，不斷滿足“三水準(zhǔn)”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。至于人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)該采用等效靜荷載法對人防結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，特別是在建筑結(jié)構(gòu)的動力分析時，可將建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件簡化為單自由度體系，此時等效靜荷載值可以通過動力系數(shù)乘以動荷載峰值獲得。但需要注意的是，當(dāng)采用等效靜荷載對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析時，為了進(jìn)一步滿足建筑物的抗力要求，材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)應(yīng)乘以結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。此外，對于建筑物的鋼筋混凝土梁、柱剪跨比以及柱軸壓比、柱剪壓比等參數(shù)的設(shè)計(jì)都需要控制在一定的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，表1是鋼筋混凝土通道頂板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)值kN/m2。