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

周忠凌

（江西省井岡山應(yīng)用科技學(xué)校，江西 吉安 343000）

0 引言

從建筑抗震角度分析，是對(duì)地震作用對(duì)于建筑產(chǎn)生的破壞情況進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于建筑抗震能力進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置抗震構(gòu)造，保證建筑使用安全。人防結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是保證人們居住安全，因此二者設(shè)計(jì)最終目標(biāo)相同。然而，人防設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容方面還存在差異，需要設(shè)計(jì)者綜合考量，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，尋找抗震、人防設(shè)計(jì)的異同之處，合理運(yùn)用設(shè)計(jì)策略，才能提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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

建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際建設(shè)要求，對(duì)建筑的穩(wěn)定性、安全性以及耐用性全方位考慮，合理設(shè)計(jì)，才能保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員具備一定的專業(yè)能力，雖然二者存在著不同的設(shè)計(jì)理念，但是兩種設(shè)計(jì)要點(diǎn)融合應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，可有效提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)安全[1]。所以，為了提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，需要設(shè)計(jì)人員高度關(guān)注建筑人防、抗震設(shè)計(jì)策略運(yùn)用。

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

2.1 遵循強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)原則

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，需要將人防設(shè)計(jì)和防震設(shè)計(jì)綜合考慮，以建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度提升為目標(biāo)，從整體設(shè)計(jì)出發(fā)，合理設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)部分。為了加強(qiáng)建筑物的整體質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”等原則。具體而言，“強(qiáng)柱弱梁”指的是柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高于梁結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻ㄖ航Y(jié)構(gòu)受到破壞主要是構(gòu)件被破壞，也是局部破壞，柱結(jié)構(gòu)屬于豎向構(gòu)件，如若受到破壞，就會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)整體安全，甚至還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌，故而在抗震設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該遵循建筑“強(qiáng)柱弱梁”的原則。“強(qiáng)剪弱彎”具體是指建筑構(gòu)件抗剪性能要優(yōu)于抗彎性能，且剪切破壞所屬脆性破壞，具有瞬時(shí)發(fā)生特點(diǎn)，彎曲破壞屬于延性破壞，事先有所征兆，所以設(shè)計(jì)過程中，需要最大限度控制剪切破壞，以免地震發(fā)生之時(shí)建筑結(jié)構(gòu)被破壞[2]。

2.2 遵循建筑結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)性與合作性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)者應(yīng)該遵循人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)于整體的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，提高設(shè)計(jì)建設(shè)方案應(yīng)用的可行性。保證設(shè)計(jì)參與數(shù)的選擇合理，能夠滿足建筑抗震和人防設(shè)計(jì)整體協(xié)調(diào)性要求。根據(jù)力學(xué)原理分析，需要對(duì)建筑物的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)方案能夠和施工方案高效配合，控制建筑建設(shè)和使用階段發(fā)生危險(xiǎn)的可能性，提高建筑的建設(shè)質(zhì)量。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)整體性與合作性，提高設(shè)計(jì)效益，推動(dòng)我國(guó)當(dāng)前的建筑行業(yè)快速發(fā)展。

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

建筑結(jié)構(gòu)的人防設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)師從整體規(guī)劃角度出發(fā)，結(jié)合工程的地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，嚴(yán)格按照抗震、人防等設(shè)計(jì)規(guī)范參與設(shè)計(jì)過程，并且根據(jù)數(shù)據(jù)資料的信息收集，滿足人防設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)要求，規(guī)避設(shè)計(jì)問題，提高設(shè)計(jì)效益。雖然現(xiàn)在是和平年代，但是也需要通過人防設(shè)計(jì)保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，體現(xiàn)出人防設(shè)計(jì)的重要作用[3]。人防設(shè)計(jì)主要是通過暗挖式以及開掘式兩種措施，設(shè)計(jì)地下車庫(kù)，內(nèi)部存在給排水、人防門、通信和通風(fēng)等設(shè)施。

合理性設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)能夠降低地震發(fā)生之時(shí)對(duì)于建筑造成的損傷，因此，設(shè)計(jì)人員需要高度重視。根據(jù)建筑所處區(qū)域的地震發(fā)生規(guī)律，確認(rèn)建筑框架結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等，科學(xué)運(yùn)用抗震構(gòu)造，保證設(shè)計(jì)科學(xué)性，對(duì)于施工方案的制定提供指導(dǎo)[4]。

4 建筑結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)措施

4.1 人防結(jié)構(gòu)主體設(shè)計(jì)

人防主體結(jié)構(gòu)主要包括板、墻以及其他可能遭受打擊的部位。在人防機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中也會(huì)存在不同，而且頂板在受到攻擊時(shí)，會(huì)直接承受打擊的力量，因此應(yīng)該加厚頂板，提高其對(duì)外力的抵抗能力。為了保證建筑結(jié)構(gòu)安全，還需要應(yīng)用致密性的材料進(jìn)行建設(shè)。一般會(huì)采用防水混凝土進(jìn)行地板建筑，而且很多為了實(shí)現(xiàn)人防工程的建筑穩(wěn)定性，一般會(huì)采用柱和墻進(jìn)行支撐。比如：某建筑為甲類6 級(jí)二等掩蔽工程，人防單元根據(jù)防護(hù)單元進(jìn)行劃分，各單元在2000m2之內(nèi)，單元需要設(shè)計(jì)主次入口分別1 處，注意主入口上方不可存在其他建筑，且次入口可利用核心筒樓梯完成。主次入口、風(fēng)井以及擴(kuò)散室分別選擇鋼混結(jié)構(gòu)混凝土墻，厚度300mm，擴(kuò)散室開門厚度500mm，防化室和機(jī)房等結(jié)構(gòu)厚度200mm，人防樓梯的高度180mm，踏步寬度250mm，臨空墻厚度300mm。

4.2 抗震設(shè)計(jì)分析

建筑場(chǎng)地不同對(duì)于抗震設(shè)計(jì)的要求存在區(qū)別。一般情況下高層建筑對(duì)抗震要求較高，并且對(duì)建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有較高要求。而且在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行工程所在區(qū)域的地質(zhì)信息展開評(píng)估，并分析周圍的建筑物和構(gòu)筑物展開分析。對(duì)施工周圍環(huán)境進(jìn)行考察，能夠找到科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

高層建筑設(shè)計(jì)過程，既要保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，又要保證建筑結(jié)構(gòu)具備隔振作用，以確保建筑整體設(shè)計(jì)抗震效果，降低地震對(duì)于建筑物造成的危害?？墒褂脴痘⑻烊坏鼗?，保證地基強(qiáng)度、剛度等，注意地基埋深控制，可增加埋深。從設(shè)計(jì)方案當(dāng)中明確回填工程、夯實(shí)工程技術(shù)要求，以提高建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定性。上層結(jié)構(gòu)可鑲嵌在基礎(chǔ)梁圈之內(nèi)，使結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間連接緊固。適當(dāng)將建筑周圍結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低，控制墻體質(zhì)量，提高抗震能力[5]。

4.3 做好結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算

合理選擇建筑抗震設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量?？拐痼w系需設(shè)置不同的抗震防線。具體而言，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮建筑設(shè)防烈度、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地特點(diǎn)、整體高度、材料使用和施工要求，綜合對(duì)比技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件，合理選擇抗震結(jié)構(gòu)。多個(gè)抗震防線的設(shè)計(jì)有助于建筑載重能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震能力的提升。第1道防線設(shè)計(jì)，主要目的是地震發(fā)生之時(shí)通過延性構(gòu)件吸收地震能量。當(dāng)?shù)? 道防線屈服以后，第2 道防線和第3 道防線依次屈服，這類設(shè)計(jì)能夠提高建筑結(jié)構(gòu)整體安全。注意建筑底層高度不可設(shè)計(jì)過大，需在4.5m 以內(nèi)，否則極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。因?yàn)榈讓痈叨仍黾拥臅r(shí)候，建筑剛度會(huì)降低，重心提升，將框架柱的長(zhǎng)細(xì)比增加。所以抗震防線設(shè)計(jì)，需要保證強(qiáng)度、剛度分配均勻，以免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱區(qū)域，導(dǎo)致塑性變形或者集中應(yīng)力過高。

4.4 建筑空間的結(jié)構(gòu)布置

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要按照規(guī)范要求，對(duì)于收進(jìn)尺寸進(jìn)行合理控制。如果建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可將其劃分為規(guī)則的單元體型，對(duì)結(jié)構(gòu)展開動(dòng)力分析，針對(duì)發(fā)生剛度突變的結(jié)構(gòu)，可采取構(gòu)件加強(qiáng)措施。柔性層應(yīng)該設(shè)置強(qiáng)韌性結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)承受側(cè)向位移的能力。如果同層柱結(jié)構(gòu)的高度不足，需要及時(shí)調(diào)整，避免柱結(jié)構(gòu)承受過高應(yīng)力?？拐饓?yīng)該連續(xù)設(shè)計(jì)，剛度超過50%。建筑空間結(jié)構(gòu)能夠決定建筑形狀，簡(jiǎn)單形狀建筑在受到地震影響的時(shí)候，受力分布有規(guī)律性。復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，凸形結(jié)構(gòu)在剛度、強(qiáng)度發(fā)生突變的時(shí)候，不容易集中應(yīng)力或者變形。凹形結(jié)構(gòu)、帶有角的結(jié)構(gòu)有可能產(chǎn)生抗震薄弱區(qū)。所以，如果建筑平面設(shè)計(jì)，凸出長(zhǎng)度小于寬度時(shí)，應(yīng)控制凸出長(zhǎng)度小于同方向總長(zhǎng)30%，建筑立面收進(jìn)長(zhǎng)度應(yīng)該低于同方向長(zhǎng)度25%。立面而形狀變化可能影響抗震構(gòu)件發(fā)生變化，對(duì)于結(jié)構(gòu)縱向高度也有影響，整體而言，樓層高度應(yīng)該超過相鄰上層結(jié)構(gòu)70%，3 層以內(nèi)樓層連續(xù)剛度變化應(yīng)在50%以內(nèi)[6]。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)整體規(guī)劃，可以采取分層設(shè)計(jì)方案，仔細(xì)劃分層次，對(duì)于外部結(jié)構(gòu)有效調(diào)整，并且調(diào)整外部的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)建筑的合理布局，保證結(jié)構(gòu)銜接合理，通過科學(xué)的數(shù)據(jù)分析輔助工程建設(shè)。通過荷載力學(xué)計(jì)算，能夠?qū)ㄖ氖芰η闆r以及內(nèi)外部的建筑構(gòu)造進(jìn)行整合，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.5 提高延性設(shè)計(jì)構(gòu)造

房屋建設(shè)中考慮人防設(shè)計(jì)，需要根據(jù)實(shí)際的建設(shè)情況展開有效設(shè)計(jì)。整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)需要保證提高延性設(shè)計(jì)，從而強(qiáng)化整個(gè)工程的人防結(jié)構(gòu)要求。為了提高塑性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可配置足夠的鋼箍，提高建筑整體抗壓強(qiáng)度，保證工程的質(zhì)量問題。規(guī)范的人防設(shè)計(jì)，提高房屋建設(shè)的整體質(zhì)量。

4.6 采取“三水準(zhǔn)” “二階段”的設(shè)計(jì)方法

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵從人防設(shè)計(jì)與防震設(shè)計(jì)要求，雖然要求的類型不同，但是在專業(yè)的角度，都為動(dòng)荷載?？梢蕴岣咴诙虝r(shí)間內(nèi)的有效的施工設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)人防結(jié)構(gòu)和防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的探究。人防荷載作用時(shí)間短，而且其中的量值比較大，需要通過不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)人防結(jié)構(gòu)中的相關(guān)的問題的和理解解決。抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該保證小震不壞，中震可以修繕，大震不倒的目標(biāo)。所以需要考慮實(shí)際的設(shè)計(jì)方案，可以提高建筑能夠達(dá)到最大的在外力結(jié)構(gòu)，通過抗震構(gòu)造形成相應(yīng)的措施，提高整體設(shè)計(jì)質(zhì)量，滿足三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。人防設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析，可以將構(gòu)件合理調(diào)整。并且通過對(duì)動(dòng)力系數(shù)的荷載，進(jìn)行內(nèi)部的受力分析，選擇適合的設(shè)計(jì)方案，對(duì)靜荷載的系數(shù)與動(dòng)荷載系數(shù)進(jìn)行有效的計(jì)算，保證設(shè)計(jì)滿足建設(shè)要求。

4.7 人防設(shè)計(jì)與規(guī)劃要點(diǎn)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)下，城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程也不斷加快，城市人口也快速增加。城市也被逐漸劃分成了多種功能區(qū)，人口的分布并不廣泛，商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)之間存在的差異很大，再加上城市人口的流動(dòng)性較大，隨著人們生活、上班，人口分布也會(huì)出現(xiàn)不同的流動(dòng)，在晚上休息時(shí)，是居住區(qū)人口最為密集的時(shí)候，工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)在白天上班的時(shí)候的人口是最為密集的，這些都在一定程度上為城市人防建設(shè)工程設(shè)計(jì)增加了一定難度。在實(shí)際建設(shè)中，需要考慮的因素也更多。而規(guī)劃的主要目標(biāo)也是為了確保在危險(xiǎn)真正來臨的時(shí)候，各區(qū)域的人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)趕到防空洞，所以，防空洞的大小規(guī)模還需結(jié)合城市規(guī)模與人口數(shù)量的綜合分析來做出更科學(xué)、嚴(yán)格的規(guī)劃，也只有這樣才能夠保障地下空間可以得到科學(xué)利用，才能夠確保人防設(shè)計(jì)的積極作用得到有效發(fā)揮。為此，在設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，應(yīng)對(duì)以下兩個(gè)方面作出充分考慮。

（1）結(jié)合城市戰(zhàn)略地位來合理規(guī)劃人防工程。我國(guó)雖然有很多城市，但是真正具有戰(zhàn)略意義的城市較少，且一般都分布在東南沿海等區(qū)域。在設(shè)計(jì)規(guī)劃中，一定要對(duì)人防設(shè)施的科學(xué)防護(hù)做出充分考慮，加強(qiáng)專業(yè)培訓(xùn)，確保其人防工程在建設(shè)之前能夠做好充分準(zhǔn)備工作，為施工質(zhì)量、工程強(qiáng)度提供一定保障。

（2）重視人防建設(shè)、地下城市空間開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展。人防建設(shè)、地下城市空間開發(fā)之間存在的聯(lián)系是非常密切的，人防建設(shè)通常情況下都是地下、半地下的模式。但需要注意的是，城市發(fā)展中，對(duì)地下空間的需求也很大，也需要科學(xué)的開發(fā)利用地下空間，如，地鐵、地下商城等等。所以，在設(shè)計(jì)、規(guī)劃過程中，要結(jié)合具體情況，對(duì)兩者作出恰當(dāng)調(diào)整，以此來達(dá)到合二為一的效果。比如，促進(jìn)地下空間利用率的提升，在正常建設(shè)地下停車場(chǎng)的同時(shí)，還要重視與人防建設(shè)的巧妙結(jié)合，這樣在滿足停車場(chǎng)使用需求的同時(shí)，還可以大幅度的節(jié)省人防使用空間。另外，若能夠?qū)崿F(xiàn)人防建設(shè)、地下城市空間開發(fā)的協(xié)調(diào)發(fā)展，也可以節(jié)省下來更多的資金，城市地下空間的利用率也能夠得到大幅度提升，且節(jié)省下來的資金也能夠?yàn)橹蟮某鞘袆?chuàng)新發(fā)展、工程建設(shè)提供有力支持。為此，在建筑設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)師要聯(lián)系實(shí)際情況，以更新的材料、更新的理念與方式來不斷優(yōu)化人防設(shè)計(jì)、規(guī)劃，以此來從整體上提升人防建設(shè)水平，為我國(guó)建筑行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，以及城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的進(jìn)一步提升提供有力支持。

5 結(jié)語

總而言之，建筑設(shè)計(jì)是工程施工非常重要的依據(jù)，保證整個(gè)工程能夠建設(shè)順利進(jìn)行，需要對(duì)建筑的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行全面思考。建筑結(jié)構(gòu)中一般人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，注重建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)人員質(zhì)量意識(shí)，并且能通過對(duì)人防設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的有效研究，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，讓兩項(xiàng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，積累更多設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為同類建筑的設(shè)計(jì)提供參考，促進(jìn)建筑設(shè)行業(yè)發(fā)展。