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?鄧 烜:提升建筑隔震水平 助力打造韌性城市
2021-01-20 10:47:29來源:中國建設報    作者:王建業


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近年來,我國地震災害頻發,不僅給社會生活生產帶來極大損失,也嚴重威脅到人民的生命財產安全,為此,韌性城市成為輿論關注的熱點。中國建筑標準設計研究院(以下簡稱“標準院”)工程技術研究所所長鄧烜認為,韌性城市理念有多個維度,抵御地震災害便是其中之一。

以城市韌性應對地震“任性”

疫情給社會生產生活帶來了不小的影響,也讓社會各界更加關注韌性城市的建設?!吨泄仓醒腙P于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》將建設韌性城市列為推進以人為核心的新型城鎮化中的重要任務。北京、上海等城市的新一輪城市總體規劃中,也均有加強城市應對災害的能力和提高城市韌性等相關表述。

何為韌性城市?倡導地區可持續發展國際理事會將其定義為,城市能夠憑自身的能力抵御災害,減輕災害損失,并合理地調配資源以從災害中快速恢復過來。

鄧烜認為,隨著城鎮化推進,我國城市聚集的人口越來越多,城市抵御災害的能力變得愈加重要。城市災害包括自然災害(如洪澇、地震)、社會重大影響的事件(如戰爭)和健康(如疫情)等,其中地震是建筑工程領域最為關注的城市災害之一。

我國位于世界兩大地震帶——環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震斷裂帶十分活躍。我國地震活動頻度高、強度大、震源淺、分布廣。中國地震臺網中心數據顯示,2016年1月10日至2021年1月10日,我國共發生4級以上地震741次,其中4.0到4.9級597次,5.0到5.9級120次,6.0級到6.9級23次,7.0級以上1次。2021年1月1日至1月12日,我國就已經發生了23次地震。

地震災害給我國經濟社會帶來了重大損失。國家統計局數據顯示,2000年至2019年,我國地震災害造成的人員傷亡為48.8950萬人,造成的直接經濟損失為11370.4331億元。提高城市應對地震災害的能力、推進建設韌性城市已刻不容緩。2017年6月,中國地震局提出啟動《國家地震科技創新工程》,其中包括實施“韌性城鄉”計劃,提出要進行工程韌性技術研究,發展新型工程結構隔震及消能減震關鍵技術等。

隔震“神器”讓建筑不再“搖擺”

一直以來,建筑工程的抗震設計規范均以“大震不倒,中震可修,小震不壞”為抗震設計原則,通過增強結構強度來抵抗地震。雖然這種傳統抗震方式能夠有效減輕地震傷害,但是結構本身不斷累積的損傷不僅影響建筑本身的安全性,而且還很難修復。為了更有效地保障建筑物安全,同時提升建筑功能的震后可持續性,建筑隔震技術應運而生。

建筑隔震技術是在建筑物基礎或下部與上部結構之間設置由隔震裝置、阻尼裝置等組成的隔震層,隔離地震能量向上部結構傳遞,減少輸入到上部結構的地震能量,同時延長上部結構的自振周期,降低上部結構的地震反應,達到預期的抗震防震要求,使建筑物的安全得到更可靠的保證。

鄧烜說,抗震建筑是“以剛克剛”,結構層間變形和加速度反應大、內部設備及裝修破壞嚴重。隔震建筑是“以柔克剛”,結構層間變形和加速度反應小、內部設備及裝修完好。目前,國際上隔震建筑主要使用的是橡膠隔震支座,但是橡膠隔震支座在耐久性、性能穩定等方面存在一定的劣勢。針對這種情況,標準院自主研發了超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置。該裝置不僅性能優越、隔震效果好,而且相關技術處于世界領先水平。

據了解,超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置的主體材料為金屬,相比于橡膠隔震支座,其具有性能穩定、耐久性好、承載力大、大變形無損傷等性能優勢。由于摩擦擺隔震裝置作用原理是通過水平滑動變形,隔絕地震傳給上部樓體的能量,所以摩擦擺隔震裝置的摩擦系數非常重要。如果摩擦系數過高,摩擦擺隔震裝置就會因阻力過大難于水平滑動,無法充分發揮隔震作用。

據鄧烜介紹,目前國際上摩擦擺隔震裝置的摩擦系數為0.05至0.07,但標準院通過技術攻關將摩擦系數降低到0.02,達到了世界領先水平,在實際應用中,標準院自主研發的超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置也實現了良好效果。

2020年12月28日,甘肅隴南市宕昌縣發生3.9級地震,震源深度13公里。據了解,隴南市宕昌縣以及離震中較近的甘南州舟曲縣縣城均有震感。但是,地震時正在宕昌縣職業中等專業學校實訓樓頂層6樓上課的師生普遍反映震感輕微、擺動不明顯。校方相關負責人解釋說,雖然該校距離地震震中僅有10公里,但由于實訓樓采用了超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置,極大降低了地震對樓體的作用影響,使得樓內的人群對地震的感受輕微。

鄧烜說,該校實訓樓采用了超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置,雖然此次地震顯現出超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置良好的隔震效果,但3.9級地震并沒有讓超低摩擦系數摩擦擺隔震裝置完全發揮出其潛在的隔震能力。

落實“硬”規范 注意“柔”連接

我國正在大力推進隔震技術的研究與應用。在汶川、蘆山等地區的地震中,一些應用了減隔震技術的工程,經受住了地震考驗,保障了人民生命財產安全,產生了良好的社會效益。2014年2月,住房和城鄉建設部發布的《關于房屋建筑工程推廣應用減隔震技術的若干意見(暫行)》指出,位于抗震設防烈度8度(含8度)以上地震高烈度區、地震重點監視防御區或地震災后重建階段的新建3層(含3層)以上學校、幼兒園、醫院等人員密集公共建筑,應優先采用減隔震技術進行設計。鼓勵重點設防類、特殊設防類建筑和位于抗震設防烈度8度(含8度)以上地震高烈度區的建筑采用減隔震技術。對抗震安全性或使用功能有較高需求的標準設防類建筑提倡采用減隔震技術。

《建設工程抗震管理條例(征求意見稿)》指出,位于高烈度設防地區、地震重點監視防御區的新建學校、幼兒園、醫院、養老機構、應急指揮中心、應急避難場所等公共建筑應當采用隔震減震技術,保證發生本區域設防地震時不喪失建筑功能。國家鼓勵在裝配式建筑中應用隔震減震技術,提高抗震性能。

住房和城鄉建設部發布了一系列標準規范,比如《建筑隔震工程施工及驗收規范》《疊層橡膠支座隔震技術規程》《建筑摩擦擺隔震支座》,隔震技術在我國的研究與應用迎來了前所未有的發展期。對于隔震技術的未來發展趨勢,鄧烜認為,未來隔震裝置將更加多樣化、產品性能更加優良,高層和大跨復雜結構建筑也將逐步應用隔震技術。此外,隔震技術的理論體系、設計方法等將不斷完善。

目前,隔震技術在實際應用中存在一些問題,比如,雖然安裝了隔震裝置,但是部分建筑的隔震層與周圍其他構件之間沒有留足空間,建筑在地震中滑動遇阻,無法達到隔震效果。此外,如果建筑中穿過隔震層的設備管線不具備柔性,就如同被“綁”在大地上,即使安裝了隔震裝置,建筑也無法通過滑動達到隔震效果。

對此鄧烜建議,一方面要加強設計方與施工方的溝通以及工程監理的作用;另一方面,各相關方一定要落實標準規范要求。比如,在建筑設計領域,《建筑抗震設計規范》要求,穿過隔震層的設備配管、配線,應采用柔性連接或其他有效措施以適應隔震層的罕遇地震水平位移;在建筑施工領域,《建筑隔震工程施工及驗收規范》要求,對穿過隔震層的設備配管、配線,應采用柔性連接或其他有效措施。

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