王靜

摘 要：本文以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與隔震技術(shù)應(yīng)用為研究視角，分析我國在建筑領(lǐng)域防御地震方面經(jīng)歷的主要階段，通過目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有隔震工程的應(yīng)用案例分析，提出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與隔震技術(shù)的實現(xiàn)路徑及方法，研究成果將形成建筑業(yè)的核心技術(shù)，從而形成建筑業(yè)的核心競爭力，有利于建筑業(yè)進一步開拓與鞏固市場，具有良好市場前景。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；隔震技術(shù)；應(yīng)用分析；實現(xiàn)路徑

中圖分類號：TU352 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-8122（2016）11-0155-04

一、引 言

地震是一種不可抗力，屬于自然世界中難預(yù)測、難預(yù)防與難控制的破壞性活動（如表1、圖1所示）。地震防御技術(shù)與防震減震技術(shù)的發(fā)展受到動力學(xué)與經(jīng)濟成本的雙重制約與相互促進。建國初期，地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低，人員傷亡損失也大，但是基于薄弱的經(jīng)濟基礎(chǔ)，其震害損失總額不大，但是對人們的生產(chǎn)生活影響重大；近年來經(jīng)濟得到了飛速發(fā)展，但是抗震設(shè)防水平在西部山區(qū)和丘陵地區(qū)得到的普及也較少，汶川地震帶給我們巨大的災(zāi)難，使我們認識到地震對居住載體危害是巨大的，影響是深遠的。

我國在建筑領(lǐng)域防御地震方面經(jīng)歷了三個主要的階段：首先是抗震設(shè)計，這也是目前國內(nèi)規(guī)范的主流，主張增加截面剛度，以自身的抗力來抵抗地震力，消耗了大量的建筑工程材料，增加了能源與資源消耗，代價高昂（如圖2所示）；隨著人們對地震作用影響機理的認識，隔震結(jié)構(gòu)的發(fā)展主張“以柔克剛”，通過增加結(jié)構(gòu)自振周期，使其自振頻率遠離共振區(qū)，降低震動擴大系數(shù)，減小地震的危害（如圖3所示）；第三個階段也就是目前正在研究的智能制震階段，其手段依賴高智能材料和智能傳感網(wǎng)絡(luò)，造價高昂，需要國民經(jīng)濟發(fā)展到一定階段再進行論證使用。

隔震技術(shù)在日本、美國應(yīng)用廣泛，我國目前走在前列的省份當(dāng)屬云南。1999年云南建設(shè)廳發(fā)文批示鼓勵橡膠隔振器，在既有高烈度區(qū)域的使用占比高于10%，該批文重點考慮了地震的危害性與當(dāng)前國民經(jīng)濟的發(fā)展水平，認為使用隔震技術(shù)可以在大體量的結(jié)構(gòu)中可以降低總體使用造價。

根據(jù)隔震的機理與隔震層的布設(shè)位置，隔震分為基礎(chǔ)隔震和層間隔震兩種，前者具有普遍的適應(yīng)性，后者則多用于底部大空間、裙樓和主樓連接緊密、沿海、山區(qū)等建筑結(jié)構(gòu)，其布設(shè)可以降低高聳結(jié)構(gòu)的“鞭梢效應(yīng)”，增強減震能力。例如：2013年4月20日四川雅安發(fā)生7.0級地震以后，采用地基“彈簧緩沖”的隔震技術(shù)修建的蘆山縣人民醫(yī)院外觀完整且受損較小引起人們關(guān)注。

通過本文的研究，對建筑公司內(nèi)部承接高烈度設(shè)防建筑進行設(shè)計施工雙優(yōu)化，節(jié)約建筑用材，減少碳排放，提高建筑結(jié)構(gòu)防震性能，增大設(shè)計自由度，節(jié)約施工成本，提高建設(shè)工程的投資/效益比。

二、目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有隔震工程的應(yīng)用案例

1.昆明新機場

昆明機場結(jié)構(gòu)長度1120m，寬度855m，單層建筑面積18萬m2。前中心區(qū)長324m，寬256m，混凝土及鋼結(jié)構(gòu)都未設(shè)置變形縫。航站樓屋面鋼結(jié)構(gòu)劃分為7段，設(shè)置6道變形縫，最大長度達392m。

昆明新機場隔震采用1810個直徑達1000mm的隔震支座，同時采用長度達4.8m的粘滯阻尼器，組合采用了隔震加粘滯阻尼技術(shù)。隔震建筑長324m，寬260m，單層面積達8萬m2。中國建筑第八工程局有限公司通過施工昆明新機場，研究和開發(fā)了機場類建筑隔震施工技術(shù)，包括：

（1）橡膠隔震支座安裝施工技術(shù)；

（2）橡膠隔震支座更換施工技術(shù)；

（3）隔震建筑與周邊建筑及管線的處理；

（4）隔震支座變形監(jiān)測技術(shù)；

（5）粘滯阻尼器安裝施工技術(shù)；

（6）超長、超大混凝土無縫結(jié)構(gòu)隔震工程施工技術(shù)。

2.上海友緣綠化建設(shè)工程

本工程抗震設(shè)防烈度為9度，設(shè)計基本地震加速度為0.4g，場地類別IV類，設(shè)計場地特征周期0.9s.采用隔震、減震設(shè)計，采用隔震、減震措施后，結(jié)構(gòu)可按7度設(shè)防，設(shè)計基本地震加速度為0.15g。本工程的隔震部件由三部分組成彈性滑板支座、橡膠支座以及粘滯阻尼器；設(shè)置彈性橡膠支座（32個）、彈性滑板支座（120個）、黏滯阻尼器（30個）。其中彈性滑板支座只承受豎向力，橡膠支座提供水平初始剛度，不受豎向力，阻尼器起耗能和緩沖器作用。

3.玉樹州紅旗小學(xué)消能減震

玉樹州紅旗小學(xué)屬災(zāi)后重建項目，項目地址位于青海省玉樹州結(jié)古鎮(zhèn)民主路，總建筑面積13127.9m2，其中教學(xué)綜合樓建筑面積12161.88m2，地上四層，主體為框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度。教學(xué)綜合樓共采用12根屈曲約束支撐，分布于2個柱間，設(shè)置層數(shù)為第1～3層。在設(shè)置屈曲約束支撐位置處的框架梁和框架柱處設(shè)有預(yù)埋件和鋼連接節(jié)點。鋼結(jié)構(gòu)梁、柱位置處預(yù)留的連接節(jié)點與屈曲約束支撐現(xiàn)場焊接連接，焊縫為對接焊縫，焊縫質(zhì)量等級為二級，現(xiàn)場采用焊條電弧焊焊接方式。

4.中國博覽會會展綜合體項目（北塊）施工總承包

中國博覽會會展綜合體項目（北塊）北至崧澤高架、南至規(guī)劃盈港東路、西至諸光路、東至規(guī)劃淶港路，施工總承包（二標(biāo)段）工程建筑面積60萬平米，占地面積85.6公頃。鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、電梯工程、精裝修工程等。

C1區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為多跨連續(xù)三角形空間管桁架結(jié)構(gòu)，寬270m，長338m，標(biāo)高范圍為32.579m～42.000m。主結(jié)構(gòu)由橫向主桁架及縱向連系桁架組成，在上弦平面布置柔性支撐與檁條相結(jié)合的支撐系統(tǒng)。屋蓋支撐柱為混凝土柱，共80個，通過抗震支座支撐屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，抗震支座由滑動支座、橡膠支座、粘滯阻尼器組合而成。C1區(qū)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)示意圖見圖13。

三、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與隔震技術(shù)的實現(xiàn)路徑及方法

1.實現(xiàn)路徑

（1）隔震研究方向?qū)儆诮Y(jié)構(gòu)動力學(xué)的更高層次的分支，該學(xué)科較為復(fù)雜，需要防災(zāi)減災(zāi)與防護工程專業(yè)人才的支持與支撐，與施工企業(yè)一起，完成理論與實踐結(jié)合的目標(biāo)。

（2）需要與在技術(shù)研究領(lǐng)域有多年研究經(jīng)驗的教授合作，進行耗費較大的動力試驗，主要是振動臺試驗和MTS耗能原件滯回性能試驗，其耗資較大，試驗?zāi)Ｐ偷慕?、振動傳感網(wǎng)絡(luò)的搭設(shè)頗費時間與金錢。

（3）由于房屋建筑結(jié)構(gòu)體系多樣性強，對于混凝土框架和普通剪力墻結(jié)構(gòu)的試驗和分析和對于鋼結(jié)構(gòu)的分析需要試驗-仿真雙重模擬，需要投入大量的人力專門專項，分頭同步進行研究。

（4）如何尋找一種普遍適應(yīng)性的經(jīng)濟學(xué)模型去分析隔震設(shè)置前后經(jīng)濟效益的成本對比情況，需要具有一定施工經(jīng)驗的人參與進來進行評估。

（5）不同類型的隔震器選型與布置對于不同類型地震波的敏感性不同，如何綜合評價一個隔震體系的優(yōu)劣需要建立一個相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.實現(xiàn)方法

（1）施工單位開展隔震研究，主要是把近幾年的隔震施工技術(shù)成果進行分析總結(jié)，完成設(shè)計優(yōu)化、與施工優(yōu)化的分析，能夠使得隔震設(shè)備在地震下更好地發(fā)揮效能，救災(zāi)減災(zāi)，保護人們生命財產(chǎn)安全。

（2）通過開展既有隔震建筑加固改造，對近年來地震預(yù)測區(qū)的既有重要建筑進行改造示范，優(yōu)化設(shè)計、便捷快速施工，形成既有建筑抗震能力的提升。

（3）對高烈度區(qū)而言，隔震的效果會更好，能夠減小抗震構(gòu)件的尺寸和含鋼率，從而降低經(jīng)濟投入，節(jié)約工程總體造價。

（4）預(yù)制裝配式建筑的震害比較厲害，也是唐山震害后一直沒有復(fù)興的主要原因，通過研究與預(yù)制裝配式建筑相適應(yīng)的隔震技術(shù)，減小預(yù)制構(gòu)件的尺寸和含鋼率，增加預(yù)制構(gòu)件的震害生存指標(biāo)。

四、結(jié) 語

研究成果可以推廣應(yīng)用到房屋建筑領(lǐng)域，可降低地震動對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與振幅、降低地震危害，減少次生災(zāi)害的發(fā)生。該技術(shù)可以在同樣抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)前提下降低既有建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸與配筋率，降低工程造價，減小工程風(fēng)險，保護人民群眾的生命安全和生產(chǎn)生活物資安全，其經(jīng)濟與社會效益十分顯著。該研究成果將形成建筑業(yè)的核心技術(shù)，從而形成建筑業(yè)的核心競爭力，有利于建筑業(yè)進一步開拓與鞏固市場，具有良好的市場前景。

參考文獻：

[1] 曾得民.橡膠隔震支座的剛度特征與隔震建筑的性能實驗研究[D].北京：中國建筑科學(xué)研究院，2013.

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001（2006 版））.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068-2001）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014 .

[4] 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011-2010）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] 周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制[M].北京：地震出版社，2013：49-56、141-1472.

[6] 日本免震構(gòu)造協(xié)會編.葉列平譯.圖解隔震結(jié)構(gòu)入門[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[7] 周云.隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用與發(fā)展[J].華南建設(shè)學(xué)報，2015（10）.

[8] 蘇經(jīng)宇，曾德民.我國建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].地震工程與工程振動，2001：94-101.

[9] James M.Kelly.The Current State of Base Isolation in the United States.Proceedings of thesecond World Conference Oil Structural Control，2011： Kyoto，Japan， p.1043-10520.

[10] Vulcano，Alfonso.Comparative study of tire earthquake and wind dynamic responses ofbase—isolated buildings.Journal of Wing Engineering and Industrial Aerodynamics.V01.74-76，April I，2013，p 751-7640.

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