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减隔震技术是减轻地震灾害的有效途径

来源:本网站 发布日期:2020-04-15 浏览量:1484

【引子】国家司法部于2019年10月8日发布了《建设工程抗震管理条例》(征求意见稿),在工程建设行业内引起广泛热烈的讨论,其中,减隔震技术被全面系统地纳入管理条例引发行业高度关注。征求意见稿全文共五十一条,其中涉及减隔震技术的条文达十条之多,表明我国减隔震技术体系及应用条件已经成熟,尤其汶川地震、雅安地震以后,减隔震建筑经历强震考验,实践证明:减隔震技术是减轻地震灾害的有效途径。


地震是对人类生命和财产安全造成严重威胁的自然灾害之一,人类为此付出沉痛的代价,如何建造地震中不倒的房子?如何在保证地震中房子不倒塌的情况下尽量减少经济损失?如何在保证地震中房子不倒、损失最小并且震后能够尽快恢复使用功能?科学家们为防震减灾技术的进步而持续不断的努力,也取得了很大的进步。隔震、减震及结构控制技术是近四十年来地震工程领域的重大创新成果,是城乡建筑大幅提高地震安全性、防止地震破坏的最有效途径。

一、减隔震技术基本原理

1、隔震技术原理及特点

隔震技术是通过在结构底部设置柔性隔震支座,从而使结构自振周期变长,有效避开地震加速度峰值,达到有效隔离地震动输入的目的,大幅降低隔震层上部结构的加速度反应(可减震75%~90%),提高上部建筑抗震安全性能4~8倍。

 隔震结构最大的特点是不但能够保护建筑物在大地震中结构安全,还能保护建筑内部设施不受损坏,使建筑物使用功能不被中断。隔震技术已经广泛应用于建筑和桥梁工程,尤其是对建筑安全性能要求较高的教育建筑、医疗建筑、大型场馆建筑、生命线工程、数据通讯指挥中心、银行、博物馆、文物工程、桥梁工程、既有工程加固改造等。

1、减震技术原理及特点

消能减震技术是通过在结构振动反应敏感部位设置阻尼耗能装置,从而增大结构附加阻尼,通过阻尼装置大量消耗地震能量,减小结构振动反应(可减小20%~50%),减少结构的破坏程度,提高结构的抗倒塌安全性。

消能减震技术不但用于防御地震,还广泛应用于高柔、大跨结构的风致振动或其他致振因素造成影响建筑物正常使用的振动控制,在我国结构中的应用范围和形式越来越广泛,在各种重要建筑、超高层及大跨度结构、高柔结构、复杂不规则结构、桥梁结构、对结构震(振)动反应及人体舒适度敏感的结构、既有建筑抗震加固等工程中均有较多的应用。

二、我国减隔震技术的发展历程及工程应用现状

我国有许多著名的古代建筑都经历过多次地震的考验而屹立不倒,如:应县木塔、浑源县悬空寺、蓟县独乐寺观音阁、故宫交泰殿及神武门城楼等,从科学研究的结论看,他们大都符合减隔震技术的基本原理,这可以说是减隔震技术在我国古代建筑工程中的应用。然而,关于减隔震技术系统的科学研究和理论体系的建立,则始于1980年代。

1976年唐山大地震灾后调查中发现裂而未倒、整体滑移的房子,引起工程行业人士的极大关注,随后投入一系列的课题研究和试验。1980年代初,王光远院士系统论述了建筑结构振动及振动控制的概念。1980年由冶金部建筑研究总院李立在北京主持建成的砂粒滑移层隔震房屋。1986年由西南建筑科学研究所刘德馨、曾国林等在西昌主持建成石墨砂浆滑移层(加钢棒消能)隔震房屋。1993年由西安建筑开发总公司税国斌在大理和西安主持建成的滑移块隔震房屋。1993年由建筑科学研究院周锡元、王亚勇等在新疆独子山主持建成的聚四氟乙烯滑移板隔震房屋。辽宁省建筑科学研究院、西南建筑设计研究院、江苏省地震局工程研究中心、国家地震局工程力学研究所、西安建筑科技大学、同济大学、机械部设计研究总院、天津大学等科研院所在1980年代均对我国减隔震技术的研究和发展做出了开拓性贡献。我国早期的减隔震技术以设计理论和试验研究为主,工程实践应用受经济条件局限,减隔震装置大多以低成本原材料为主,并且早期试点工程大多未经受实际地震检验,随着城乡建设发展而被拆除了。

在“八五”、“九五”期间,我国在减隔震技术科研立项上给予空前的支持,一大批重大课题研究在中国建筑科学研究院、国家地震局工程力学研究所、哈尔滨建筑大学、同济大学、东南大学、天津大学、武汉工业大学、华南建设学院(西院)等院校和机构展开,并取得了一系列理论成果,建筑基础隔震、消能减震一系列产品标准、技术标准逐步建立,一系列试点工程在新疆、云南、四川、甘肃、山西、陕西、北京、江苏宿迁、广东汕头、河南安阳等高烈度地震设防地区建成。

进入新千年以来,我国迎来城镇化快速发展的黄金时期,房地产和基础设施建设蓬勃发展。减隔震技术推广应用也得到空前的快速发展,据不完全统计,2004年全国建成隔震房屋约450余幢,而到2017底全国减隔震建筑数量达6000余幢,工程应用总数量和应用单体最大建筑面积均居世界第一。典型工程案例如下:

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北京大兴国际机场

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昆明长水国际机场

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海口美兰国际机场

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采用橡胶隔震支座的四川芦山县人民医院门诊综合楼,经受2013年芦山县7级地震强震考验,也是目前我国唯一经历强震震中考验的隔震建筑。

  三、我国减隔震技术体系及规范

经历近四十年来的理论试验研究和工程推广应用,我国已经具备基本完备的减隔震技术理论体系和技术标准。自2001年国家建筑抗震设计规范将隔震和消能减震设计单列一个章节,一系列产品标准、行业标准、地方标准相继颁布实施。

已颁布实施的技术标准如下:

1《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010 第 2016 版)

2《建筑与桥梁 橡胶隔震支座》(GB/T 20688-2007)

3《建筑隔震工程施工及验收规范》(JGJ 360-2015)

4《建筑隔震橡胶支座》(JG-T118-2018)

5《建筑工程抗震性态设计通则》(CECS160-2004)

6《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS 126-2001)

7《既有砌体结构隔震支座托换技术规程》(CECS 387-2014)

8《既有混凝土框架结构隔震加固技术规程》(T/CECS 648-2019)

9《砌体房屋钢管混凝土柱支座隔震技术规程》(T/CECS478:2017)

10《模块化装配整体式建筑隔震减震技术标准》(T/CECS 576-2019)

11《混凝土建筑结构基础隔震技术规程》(DB62/T 25-3121-2016)

12《既有建筑隔震加固技术规程》(DGJ32/T J215-2016)

13《深圳市建筑隔震与消能减震技术规程》(SJG56-2019)

14《建筑隔震设计标准》(报批稿2019.6)

15《建筑工程隔震橡胶支座和装置施工及验收规程》(DBJ/T13-252-2016)

16《建筑消能阻尼器》(JG/T209-2012)

17《建筑消能减震技术规程》(JGJ-297-2013)

18《建筑结构消能减震(振)设计》(09SG610-2)

19《建筑结构隔震构造详图》(03SG610-1)

20《建筑消能减震加固技术规程》(T/CECS 547-2018)

21《新疆-建筑消能减震应用技术规程》(XJJ075-2016)

22《福建省建筑工程隔震橡胶支座和装置施工及验收规程》(DBJ/T13-252-2016)

  四、我国减隔震技术推广应用政策

我国减隔震技术的推广应用始于1980年代。1990年代,我国减隔震技术在建筑工程尤其是民用建筑工程中得到试点应用,理论及试验研究取得丰富成果。

2004年,全国首届防震减灾工程技术研讨会在广州成功召开,会议得到中国工程院、中国土木工程学会的大力支持,减隔震技术成为会议的重要主题。

2005年,中国土木工程学会防震减灾工程技术推广委员会筹备会得到中国土木工程学会正式批准。2008年中国土木工程学会防震减灾工程技术推广委员会获批注册,2010年在武汉大学召开第五届全国防震减灾工程学术研讨会暨防震减灾工程技术推广委员会成立大会,成为国家发展土木工程防震减灾科学与技术事业的重要社会力量。

2007年10月31日,国务院发布《国家防震减灾规划(2006—2020年)》,明确推进隔震等新技术在工程设计中的应用。

2008年5月12日汶川大地震,是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。6月18日,《汶川地震灾后恢复重建对口支援方案》正式颁布,7月30日,国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》颁布并同时实施,对学校、医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施,明确提出应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计,增强抗震设防能力的要求。同日发布国家标准《建筑抗震设计规范》局部修订。12月27日,《中华人民共和国防震减灾法》由中华人民共和国第十一届全国人民代表大会常务委员会第六次会议修订通过。在灾后重建中,减隔震技术得到大力推广和应用。

2013年4月20日四川雅安市芦山县发生的7.0级地震。采用隔震技术的芦山县人民医院门诊综合楼经受7.0级强震考验,也是目前为止我国唯一一幢经受7.0级强震考验的隔震建筑,震后快速恢复医院正常使用功能,被人们誉为“楼坚强”。6月9日,国家行业标准《建筑消能减震技术规程》颁发实施。

2014年2月8日,住房和城乡建设部工程质量安全监管司2014年工作要点明确推进减隔震技术应用,完善相应的设计、施工、检测、验收和维护等管理制度;研究起草《建设工程抗震管理条例》。随后住房和城乡建设部工程质量安全监管司历年工作要点中对减隔震技术推广应用的内容更加丰富、明确。2月21日,住房和城乡建设部《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》(建质〔2014〕25号)发布,随后各省市住建行政主管部门相继转发实施,尤其在云南、新疆、甘肃、四川等地,减隔震工程应用进入快车道。

2015年2月25日,住房和城乡建设部关于印发2014年城乡建设抗震防灾有关统计数据的函(建质抗函[2015]12号),减隔震建筑进入统计数据专项。

2016年11月21日,住房和城乡建设部《城乡建设抗震防灾“十三五”规划》(建质(2016)256号)发布,数据统计显示“十二五”期间,累计建成减隔震建筑3400余栋。明确提出:大力推广减隔震技术,鼓励和支持减隔震、抗震加固改造等新型产业发展,高烈度设防区和灾后重建地区新建学校、医院建筑采用减隔震技术比例达到20%。加强质量监管,切实提高建筑工程可持续抗震能力。

2018年2月1日,住房和城乡建设部《建设工程抗震管理条例》(征求意见稿)发布,同年11月完成送审稿,并报请国务院审议。司法部收到此件后,多次征求有关方面意见,进行实地调研,会同住房城乡建设部反复研究、修改,形成了《建设工程抗震管理条例》(征求意见稿)

2019年10月8日发布了《建设工程抗震管理条例》(征求意见稿),减隔震技术被系统性地纳入国家法规文件,标志着我国减隔震技术体系、产业体系、管理体系已经基本成熟。

五、我国减隔震技术发展趋势

1、应用市场空间日益增大

随着国家对防震减灾事业的重视,防震减灾相关法律法规日趋健全,人们对建筑物和基础设施的防震减灾能力要求越来越高,国家在基础设施建设及对基础设施防御灾害能力建设的投入日趋加大,减隔震技术应用的市场空间也越来越大。对标发达国家在新建及加固工程中减隔震技术应用的比率,日本达到50%以上,美国加州地区、意大利南部地区达到10%以上,而我国目前的仅有0.2%左右,还有较大的市场发展空间。

2、减隔震产品更加丰富

随着减隔震技术体系的日趋成熟完善,减隔震产品研发能力不断增强,减隔震产品将日益丰富。目前国际市场上各类型的主流产品在我国均已具备生产能力。但我国减隔震产品仍有较大的开发空间,专利产品技术成果转化能力有待加强,尤其对高精尖类型的产品还要加大研发投入。

3、专业人才队伍更加健全

随着国家防震减灾教育专业体系的完善,减隔震技术专业领域人才日益增多,对减隔震技术的认知和应用起到积极的推动作用,工程应用对专业人才日益增长的需求也进一步激发人才培养的动力,相辅相成,相得益彰,因此,减隔震全产业链技术人才队伍将日趋完善健全。

4、应用范围日益扩大

目前,我国减隔震技术应用领域大多集中于高烈度地区设防类别比较高的建筑,如中小学建筑、医院、大型场馆等新建建筑,重大桥梁工程,超高层地标类建筑。而随着我国城市更新、历史建筑保护以及人们对居住环境减振降噪需求的提高,减隔震技术在既有建筑加固、历史文物保护、机械设备振动控制或城市轨道交通振动控制、室内隔音降噪等领域的应用将日趋增大。



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