抗震結構設計就是通過結構的設計安排,能夠預防一定地震級別對建筑物的摧殘,而人防結構設計的目的主要是為了保護常規武器或者核武器進攻之下的震動對群眾帶來的人身安全。從根本上說二者的建筑施工都是以減少震動危害為目的的,因此具有一定程度的相同點,同時由于二者所承受的震動性質不一致,因此實際的施工設計手段也存在差異。
人防即人民防空,人民防空的任務是根據國防的需要,動員和組織群眾采取防護措施,防范和減輕空襲危害。除采取人員疏散的措施之外,也是戰時防空的最重要的措施之一。防空地下室結構設計的主要內容包含兩方面:一是主體結構設計,包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計,二是孔口防護設計,包括出入口的防護和消波系統(防護設備),其中出入口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算、出入口通道(包括風井)的計算等幾個方面,而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室(箱)的設計。
(1)抗震設防烈度。其按頻度和強度劃分為小震烈度、中震烈度和大震烈度。(2)建筑抗震設防類別甲類特殊要求的建筑。乙類國家重點抗震城市的生命線工程建筑。丙類建筑其他建筑。丁類次要建筑。(3)設計近震和設計遠震。其以震中距1000km為界限100-1000km以內為近震,1000km以外為遠震。宜選擇對建筑抗震有利的地段如開闊平坦的堅硬場地等、避開對建筑抗震不利地段如飽和松散粉細砂等易液化土人工填土及軟弱場地土等、不應再危險地段建造甲、乙、丙類建筑。危險地段一般指地震時可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地段。同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上也不宜部分采用天然地基部分采用樁基。當地基有軟弱粘土、可液化土新近填土或嚴重不均勻土層時宜加強基礎的整體性和剛性以防止地震引起的動態和永久的不均勻變形。在地基穩定的條件下還應考慮結構與地基的震動特性力求避免共振的影響。
從理論上分析,無論是人防結構還是抗震結構都是以提高抗震動帶來的危害為基礎,他們的施工特點都是提高建筑物的抗震動能力,保證在遭受到重大震動時建筑物能夠最大程度的保持完好,從這一方面來說,二者都遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等基本設計原則。此外,二者的結構設計理念都尊重整體建筑的協調性和合作性。以往的建設施工實踐表明,即使整體的建構設計都符合基本的承受系數標準,但是只要存在一個環節甚至是一個小結構的弱承受能力,在地震等災害發生時,該小的薄弱環節就成為災難發生的源泉,這一點與工程力學上所講的應力集中現象類似。按照物力學力的基本原理,我們發現建筑結構的內部各個組成部分具有一定的收縮系數標準,換句話說,施工人員可以通過提高建筑內部的動能運動和吸收能力,來減少外部受到的動能威脅,從而降低外部震動帶來的建筑物嚴重破壞,或者降低危害系數。基于這一理論,建筑施工人員可以從動能力量俄轉換角度出發,進行設計施工。例如可以充分地利用結構受彎構件或大偏心受壓構件的變形吸收動荷載的能量,通過緩沖作用減輕各個構件支座截面的抗剪負擔和受力柱的抗壓負擔,以確保建筑結構在完全曲屈服前不再出現另外的剪切力破壞,在屈服后還具有足夠的延性以保證構件形成最終的塑性破壞,從而達到提高建筑結構整體承載力的目的。從物理學角度分析,人防結構設計主要是提高力的承受能力,因此,它的設計方法也是從物理學應用實際出發,現行主要的設計方法是采取等效靜荷載的辦法展開設計分析工作。由于建筑抗震結構設計是基于擬建工程結構在施工或使用的條件下的設計過程,建筑結構構件在各種動荷載的綜合作用下,結構構件振型與相應靜荷載作用下撓曲線非常相似,而且在動荷載的作用下建筑結構構件的破壞規律與相應的靜荷載作用下的破壞規律也相似,因此在動力分析過程中,可以通過將建筑結構構件進一步簡化為一種單自由度體系,查表可得相應的動力系數,以動力系數與動荷載峰值相乘得到等效靜荷載。這樣一來,建筑結構構件相當于在等效靜荷載的作用下,而其各項內力就是在各種動荷載作用下的內力最大值。此外,提高人防結構的質量,不僅要選用科學的設計方案,還需要選用具有一定承受力和荷載力的高效建筑結構材料,現在施工單位為了提高原有建筑材料的使用效果,通常在建筑材料內加入材料強度綜合調整系數予以調整修正,最后通過建筑結構構件在綜合動荷載作用下的變形極限允許延性比加以控制,按照允許延性比進行彈塑性能的驗算得到最終的設計結果。由于地震災害的破壞力大,而且地震災害具有不可預測的性質,因此對于地震災害的預防工作,在建筑施工過程中難度系數非常高。現有的抗震結構設計理念基本可以概括為,抗震建筑物能夠在較低級別的地震災害中確保質量安全,不發生破壞,而在相對高的地震災害發生時,出現細微的破壞性,但是可以通過后期的修補和維護繼續居住,在較高級別的地震災害發生時,建筑物能夠保證不坍塌,內部居住居民可以安全撤離,減少地震發生時的破壞力,但是建筑物無法進行二次使用,需要在災后進行重建。這種設計理念與人防結構設計之間存在差異性,人防結構設計的方法一般先取小震地震動參數計算結構彈性下的地震作用效應進行相關的結構構件截面承載力的驗算,然后是對大震下的結構彈塑性變形力驗算完成“二階段”設計要求,最后通過應用工程結構概念設計和抗震構成措施來完成“大震不倒”的第三水準設計要求。人防結構設計與抗震結構設計二者在荷載作用方式方面的相同點在于都為偶然動荷載,設計時均可以以具有一次作用效果考慮,而主要的不同點在于防震結構的荷載作用方式是由于地震事件造成地面運動而引起的動態慣性作用力,是間接的。人防結構所承受的動荷載主要是外部動能量直接作用于人防結構的附屬構件,而人防結構內部構件只是間接的承受附屬構件以及建筑上部結構的荷載作用。人防結構所承受荷載是在短時間內迅速爆發出來的,由于時間短,能量大,所以表現的破壞力也就相對較大,而且會隨著時間的不斷延長而逐漸消耗。在人防動荷載的作用下,材料的力學性能與在靜荷載作用下相比,材料的力學性質發生了比較明顯的變化,主要的表現是材料在快速加載作用過程中各種材料強度的提高和結構構件承載能力可靠性指標的變化。
從目前的建筑施工現狀調查數據分析,我國的建筑設計越來越重視人防結構和抗震結構的設計質量,尤其是在遭受到兩次重大地震和如今國際局勢的影響之下,用戶對二者施工的質量要求也相對提高。人防結構設計與抗震結構設計在某些方面存在共同點,同時也存在差異,設計人員可以取長補短,通過優勢互補,提高建筑物的使用質量和使用年限,推動我國建筑行業又好又快發展起來。