四川汶川地震災后重建應大力推廣隔震技術(shù)_圖文

1、汶川地震災后重建應大力推廣隔震技術(shù)(摘要:四川汶川512大地震給我們帶來了無窮的災難,盡管地震不可預測不可避免,但我們現(xiàn)在有成熟的技術(shù)可以盡量讓我們的房屋不至于倒塌,最大限度減少人員的傷亡,那就是建筑隔震技術(shù)。本文較全面地介紹了隔震技術(shù)及其優(yōu)越性,并結(jié)合汶川地震出現(xiàn)大量的底層框架立柱塑性鉸成因分析,進一步闡述了隔震技術(shù)運用的必要性,最后建議“積極穩(wěn)步地推進隔震技術(shù)運用”。一.引言:四川汶川512大地震給我們帶來了無窮的災難,因房屋的大量倒塌造成數(shù)萬人的傷亡,我們卻束手無策,作為一名四川人我深感內(nèi)疚。盡管地震不可預測不可避免,但我們現(xiàn)在有成熟的技術(shù)可以盡量讓我們的房屋不至于倒塌,最大限度減少人員

2、的傷亡,那就是建筑隔震技術(shù)。二.隔震技術(shù)工作原理其實很簡單,并非遠離人們想象。假設我們把建筑懸空,不與地面接觸,地震來臨時建筑就不會受到絲毫破壞,不就隔離了地震作用?但建筑物在地球的引力作用 (圖1下,又不可能懸空而建,那我們就得想辦法來協(xié)調(diào)這對矛盾-在建筑基礎與上部結(jié)構(gòu)之間設臵隔離地震的裝臵不就可以解決問題。于是我們又得思考隔震裝臵他需要實現(xiàn)的主要功能:(1具有可靠支撐上部結(jié)構(gòu)的承載能力(2具有較小的水平剛度,以延緩地震動的反應速度,提高建筑自身的震動周期。(3為控制建筑的水平位移量在設計適當范圍內(nèi),隔震裝臵應有消耗地震傳遞給建筑的能量的功能。(4應具有復位的能力,以確保建筑在地震后盡量恢復

3、原位。最后,通過世界各國建筑專家的不斷研究和探索,發(fā)明了疊層橡膠鉛芯隔震支座,摩擦滑動隔震支座等多種類型,在目前隔震領域?qū)嶋H運用最多是疊層橡膠支座隔震支座,迄今使用量占隔震建筑占90%以上。三.典型的疊層橡膠鉛芯隔震支座結(jié)構(gòu): (圖2疊層橡膠隔震支座分無鉛芯和有鉛芯兩種類型,其結(jié)構(gòu)基本相同,主要區(qū)別在于有無耗能鉛芯。有鉛芯的隔震支座結(jié)構(gòu)如圖2所示:由上連接板、上封板、耗能鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板、保護層橡膠、下封板、下連接板組成。由于采用疊層橡膠技術(shù),大大改善了原來單層橡膠支座的豎向剛度,提高了支座的承載能力,為延長建筑的反應周期,橡膠隔震支座采用選用較低抗剪模量膠料,達到降低水平剛度的目的,

4、鉛不僅屈服點低,并且具有重結(jié)晶性能,是優(yōu)秀的阻尼材料,在地震反復作用下,既能消耗地震傳給建筑能量,又能利用重結(jié)晶特性保持延性不斷裂破壞,由于鉛芯臵于橡膠隔震支座中的鉛芯實質(zhì)上起到阻尼器的作用,使鉛芯的隔震支座成為隔震器和阻尼器的復合體;疊層橡膠鉛芯隔震支座具備了上述隔震裝臵的4大功能,不但具有支撐上部結(jié)構(gòu)的承載能力和具有較小的水平剛度,還可延緩地震動的反應速度,提高建筑自身的震動周期,主要起到承載、隔震、耗能的作用,隔震器和阻尼器融為一體,減小了隔震支座安裝尺寸,間接地減小了支撐立柱的截面。因此,疊層橡膠鉛芯隔震支座是理想的隔震裝臵。四.傳統(tǒng)抗震建筑與隔震建筑設計思想比較: (圖3傳統(tǒng)抗震建筑

5、的設計思想是將建筑物在一定的設防烈度的基礎上,將建筑物基礎和上部結(jié)構(gòu)都設計得足夠強,以建筑的自身強度來抵抗地震的破壞。于是我們運用混凝土框架結(jié)構(gòu),運用剪力墻結(jié)構(gòu),并按“強柱弱梁”進行設計,加大柱與梁的截面,增加鋼筋量,殊不知,隨著設計結(jié)構(gòu)剛度的增強,上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也隨之增加,加之上部結(jié)構(gòu)與基礎剛性連接,地震輸入能量將不衰減地全部傳給上部結(jié)構(gòu),建筑物左右搖晃,薄弱層自身強度和剛度不足以抵抗地震能量時,將先期破壞,建筑出現(xiàn)倒塌,造成大量的人員傷亡。隔震建筑是依靠橡膠鉛芯隔震支座將上部結(jié)構(gòu)和基礎通過柔性的方式連接的,地震時自身幾乎保持不動,只相對于地面作水平移動,傳遞給上部結(jié)構(gòu)的地震能量將大大衰減,

6、同時地震加速度隨樓層的增加也大幅度衰減,建筑上部結(jié)構(gòu)不會受到破壞。五.汶川地震中框架底層柱形成塑性鉸破壞對傳統(tǒng)建筑抗震設計思想提出了嚴峻挑戰(zhàn): (圖4(圖5(圖6傳統(tǒng)的建筑抗震設計思想是將建筑基礎和上部結(jié)構(gòu)都設計得足夠強,以建筑的自身強度來抵抗地震的破壞,那真正能實現(xiàn)我們預設的目標嗎?此次汶川地震已給出答案:第一基于經(jīng)濟的原因和地震成因還未完全清楚,地震的設防烈度劃分不精確。第二按設防烈度設計的傳統(tǒng)建筑僅能保證在小于設防烈度時建筑安全。當?shù)卣鸪^當?shù)卦O防烈度時,結(jié)構(gòu)的破壞成了消耗釋放能量的唯一途徑。汶川地震不同類型的建筑大量倒塌已證明,即便是我們按建筑抗震設計思想建造的抗震能力強的框架結(jié)構(gòu)也出

7、現(xiàn)了大量破壞,要抵抗地震是無法實現(xiàn)的。為了進一步加以說明,我們有必要對框架結(jié)構(gòu)主要破壞形式-底層柱發(fā)生塑性鉸破壞(如圖4,5,6所示原因從力學、能量兩方面進行分析。由于框架結(jié)構(gòu)建筑是按抵抗地震的建筑思想進行設計,具有優(yōu)良的剛性,但柔性不足,地震時,其地震反應加速度幾乎與地震波同步,同時沒有多少衰減,從而大量的地震能量傳遞給建筑,其能量可以按公式E=MV2/2進行計算,其中M=建筑恒載+活載+地震附加荷載(質(zhì)量;V為有效速度。M越大其能量E就越大(底層立柱承受的重量比1層以上的大,樓層越高相應的立柱承受的重量越小,由于加速度的原因,會導致建筑水平搖擺速度加大,又因地震動周期短,根據(jù)Ft=MV動量

8、與沖量相等,則左右擺動力F很大,進而底層立柱來回受到大的正負彎矩的作用,最終出現(xiàn)塑性鉸破壞。那么,如果不采取硬抗的方式,而是采用自適應方法,在底層立柱上部設臵橡膠鉛芯隔震支座,上部框架結(jié)構(gòu)優(yōu)良的剛性就能充分得以體現(xiàn),地震時隔震支座作水平剪切變形,同時鉛芯消耗地震的能量,上部結(jié)構(gòu)幾乎保持不動或小位移平動,建筑會非常安全,因立柱破壞而引起倒塌的危險將有效避免。六.隔震建筑非隔震建筑經(jīng)濟指標綜合比較案例: 本例選自一4層框架結(jié)構(gòu)教學樓,無地下室。長34.2,寬9.3米,層高3.6米,總高度14.56米,建筑面積1290平方米,設防烈度9度,場地類別類。該案例設計實施時間為2006年前(框架結(jié)構(gòu)按當?shù)?/p>

9、950元/m2計算,隔震結(jié)構(gòu)比非隔震結(jié)構(gòu)總造價降低4.88%。目前在隔震支座生產(chǎn)方面技術(shù)更加成熟,生產(chǎn)廠家更多,加之橡膠價格和鋼材價格均下降,在隔震支座成本方面價格大幅下降,隔震建筑的抗震性價比更趨明顯。 七.國內(nèi)外隔震建筑成功運用實例目前隔震技術(shù)已大量運用于建筑工程。我們知道日本和我國一樣是地震多發(fā)地區(qū),但每次地震日本的人員傷亡比例是很小的,其中一個最主要原因的日本大量地將隔震技術(shù)運用在學校、醫(yī)院、政府部門等重要建筑上。下面列舉的實例反映隔震建筑在抗地震方面具有傳統(tǒng)建筑無法比擬的安全性。實例1:1994年洛杉磯6.7級地震,31座醫(yī)院嚴重破壞,9座醫(yī)院局部破壞而疏散,USC Universi

10、ty 醫(yī)院為地下1層,地上7層的隔震結(jié)構(gòu),地震中絲毫未損,沒有一個花瓶摔下,醫(yī)院周圍建筑物普遍嚴重破壞,醫(yī)院屋內(nèi)人員竟然未意識到發(fā)生了強烈地震,各種設備未損壞,醫(yī)院功能得到維持,成為救災中心,對震后緊急救援起到了十分重要的作用。而距離1公里外的洛杉磯中心醫(yī)院造成損失達3.89億美元。實例2:1995年日本阪神7.2級地震中,有2幢隔震結(jié)構(gòu)建筑取得了成都隔震科技有限公司 地震觀測記錄。西部郵政大樓建筑面積 46000 平方米，6 層，是日本 最大的隔震建筑。 地震記錄觀測地面 1 層水平方向的最大加速度只有 基礎的 1/3-1/4，該建筑震后完好，設備無損，在救災中發(fā)揮了較大 作用，隔震效果得到了充分發(fā)揮。Matsumura-Gumi 研究所大樓為 3 層隔震樓，該大樓和毗鄰的管理大樓為 3 層非隔震樓，兩棟都得到了 地震觀測記錄。隔震樓 1 層最大加速度值比基礎減小，而非隔震樓屋 面最大加速度比隔震樓大 2-5 倍。 實例 3：2008 年汶川 8 級地震，甘肅隴南市一隔震宿舍樓與同市的大 量建筑出現(xiàn)了嚴重破壞形成了鮮明對比， 在地震中不僅建筑物沒有產(chǎn) 生任何裂紋，而且室內(nèi)柜式空調(diào)機上的花瓶也沒傾倒。 八結(jié)束語： 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，人文關懷已得到了充分關注，建 安全的房屋是今天人們生活最大需要。隔震技術(shù)作為抗震新技術(shù)，我 國(GB500