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1、人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較
摘要：本文對(duì)抗震結(jié)構(gòu)與人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，并提出提高延性的構(gòu)造措施。
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關(guān)鍵詞：人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
甲類人防地下室應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載的分別作用，乙類人防地下室應(yīng)能承受常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載的作用，人防地下室一般也有抗震設(shè)防要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要能承受地震動(dòng)荷載及武器爆炸動(dòng)荷載作用。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有相同之處也有不同之處。
1 荷載
兩者均為動(dòng)荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用考慮，荷載作用時(shí)間都很短。人防荷載具有量值大、作用時(shí)間短且不斷衰減等特點(diǎn)。人防地下
2、室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮抵抗空氣沖擊波，因此人防荷載對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表面的是直接作用，其動(dòng)荷載直接作用于構(gòu)件，其作用為外力；而地震動(dòng)荷載則是由于地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)作用，是間接的作用。抗震區(qū)的建筑物均會(huì)承受地震作用。由于核爆動(dòng)荷載是偶然性荷載，鋼筋混凝土構(gòu)件又允許開(kāi)裂，因此比之靜荷載作用下構(gòu)件的安全度可適當(dāng)降低。在核爆動(dòng)荷載作用下，地基承載力有較大提高，同時(shí)安全系數(shù)也可取較低，在這種瞬間荷載作用下，一般不會(huì)產(chǎn)生因地基失效引起結(jié)構(gòu)破壞，因此基礎(chǔ)計(jì)算一般可以不考慮人防荷載，但一些建筑需要考慮地震作用效應(yīng)。
《人防規(guī)范》將人防荷載簡(jiǎn)化成等效靜荷載，它只代表作用效果的等效，等效靜荷載并不是實(shí)際作用的力
3、，但它方便了設(shè)計(jì)計(jì)算可以用靜力分析的模式進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算；設(shè)計(jì)時(shí)等效靜荷載的大小的確定主要與設(shè)防抗力等級(jí)有關(guān)。人防荷載的分項(xiàng)系數(shù)=1，原因是偶然性荷載不乘分項(xiàng)系數(shù)；人防結(jié)構(gòu)可靠度要求比工民建結(jié)構(gòu)低。
地震作用大小與筑物所處的場(chǎng)地條件及土質(zhì)情況、及建筑物自振周期、振型、阻尼及抗震設(shè)防烈度有關(guān)。根據(jù)抗震設(shè)防烈度和場(chǎng)地條件確定不同的抗震等級(jí)。
2 設(shè)計(jì)理念
抗震設(shè)計(jì)方法通常為“三水準(zhǔn)、二階段”的設(shè)計(jì)方法，設(shè)防目標(biāo)為“小震不壞，中震可修，大震不倒”。為實(shí)現(xiàn)設(shè)防目標(biāo)取小震下地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng)，進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算。第二階段是大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算。并通過(guò)概念設(shè)計(jì)和抗震
4、構(gòu)造措施來(lái)滿第三水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。
在人防動(dòng)荷載作用下，防空地下室結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析采用等效靜荷載法，即將動(dòng)力作用下求內(nèi)力問(wèn)題轉(zhuǎn)化成靜力作用下求內(nèi)力問(wèn)題，防空地下室結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可按一般靜力結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，并可采用靜力計(jì)算手冊(cè)和相應(yīng)圖表來(lái)計(jì)算內(nèi)力。
由于在動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)靜荷載作用下?lián)锨€很相近，且動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)靜荷載作用下破壞規(guī)律基本一致，所以在動(dòng)力分析時(shí)，可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡(jiǎn)化為單自由度體系，用動(dòng)力系數(shù)乘以動(dòng)荷載峰值得到等效靜荷載，這時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在等效靜荷載作用下的各項(xiàng)內(nèi)力就是動(dòng)荷載作用下相應(yīng)內(nèi)力的最大值。按等效靜荷載分析計(jì)算的模式代替動(dòng)力分析，給防空地
5、下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大方便。采用等效靜荷載分析時(shí)，為滿足抗力要求，結(jié)構(gòu)材料參數(shù)應(yīng)乘以材料強(qiáng)度綜合調(diào)整系數(shù)。最后結(jié)構(gòu)構(gòu)件在動(dòng)荷載作用下的變形極限用允許延性比[β]來(lái)控制。按允許延性比進(jìn)行彈塑性工作階段的防空地下室，即可認(rèn)為滿足防護(hù)和密閉要求。
3 設(shè)計(jì)原則
人防設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則一樣：
3.1 脆性破壞的構(gòu)件安全儲(chǔ)備小，延性破壞的構(gòu)件安全儲(chǔ)備大，因此結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能有足夠的延性，避免脆性破壞，鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)采取“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則。
3.2 各結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力相協(xié)調(diào)的原則，避免出現(xiàn)薄弱部位。防空地下室的結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分考慮各部位作用荷載值不同，破壞形態(tài)不同以
6、及安全儲(chǔ)備不同等因素，保證在規(guī)定的動(dòng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)各部位（如出入口和主體結(jié)構(gòu)）都能正常地工作，防止由于存在個(gè)別薄弱環(huán)節(jié)致使整個(gè)結(jié)構(gòu)抗力明顯降低。如果某個(gè)部位失效，將導(dǎo)致整個(gè)人防區(qū)失效。同樣抗震設(shè)計(jì)也十分強(qiáng)調(diào)避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)（如薄弱層，軟弱層等），因?yàn)榇笳饡r(shí)薄弱層或軟弱層出失效將導(dǎo)致建筑物倒塌，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
4 提高延性的設(shè)計(jì)構(gòu)造措施
4.1 核武器與常規(guī)武器爆炸均屬于偶然性荷載，具有量值大，作用時(shí)間短且不斷衰減的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受動(dòng)荷載時(shí)已經(jīng)處于彈塑性工作階段，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的延性，對(duì)吸收動(dòng)能，抵抗動(dòng)荷載是十分有利的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)造上應(yīng)采取“強(qiáng)剪弱彎”“強(qiáng)柱弱梁”
7、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)原則。如可充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形吸收武器爆炸動(dòng)荷載作用的能量，以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負(fù)擔(dān)，確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性，最終形成塑性破壞，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力；又如受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋，對(duì)承受動(dòng)荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下構(gòu)件坍塌十分重要。
4.2 對(duì)梁、柱剪跨比和梁、柱剪壓比及柱軸壓比都需限制在合理范圍內(nèi)，規(guī)范中也有一定的規(guī)定。在塑性鉸區(qū)需配置足夠的箍筋，可約束核心混凝土，顯著提高塑性鉸區(qū)混凝土的極限應(yīng)變值，提高抗壓強(qiáng)度，防止斜裂縫的開(kāi)展，從而可充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能力，提高梁、柱的延性；而且鋼箍作
8、為縱向鋼筋的側(cè)向支承，阻止縱筋壓屈，使縱筋充分發(fā)揮抗壓強(qiáng)度。為了避免地震作用下框架柱過(guò)早地進(jìn)入屈服階段，增大屈服時(shí)柱的變形能力，提高柱的延性和耗能能力，全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)過(guò)小。
4.3 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)原則。由于節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力狀況非常復(fù)雜，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)只有保證各節(jié)點(diǎn)不出現(xiàn)脆性剪切破壞，才能使梁、柱充分發(fā)揮其承載能力和變形能力。即在梁、柱塑性鉸順序出現(xiàn)完成之前，節(jié)點(diǎn)區(qū)不能過(guò)早破壞。
4.4 強(qiáng)柱弱梁。較合理的框架破壞機(jī)制應(yīng)是梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生，底層柱柱根的塑性鉸較晚形成，各層柱子的屈服順序應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，不要集中在某一層。這種破壞機(jī)制的框架，就是強(qiáng)柱弱梁型框架。
4.5 強(qiáng)剪弱彎。適筋梁或大偏壓柱，在截面破壞時(shí)可以達(dá)到較好的延性，可以吸收和耗散地震能量，使內(nèi)力重分布得以充分發(fā)展；而鋼筋混凝土梁柱在受到較大剪力時(shí)，往往呈現(xiàn)脆性破壞。所以在進(jìn)行框架梁、柱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使構(gòu)件的受剪承載力大于其受彎承載力，使構(gòu)件發(fā)生延性較好的彎曲破壞，避免發(fā)生延性較差的剪切破壞，而且保證構(gòu)件在塑性鉸出現(xiàn)之后也不過(guò)早剪壞，這就是“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則，它實(shí)際上是控制構(gòu)件的破壞形態(tài)。
這些都可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性上述這些措施人防設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)的原則是一致的。
人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較
