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​邓 烜:提升建筑隔震水平 助力打造韧性城市
2021-01-20 10:47:29来源:中国建设报    作者:王建业


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近年来,我国地震灾害频发,不仅给社会生活生产带来极大损失,也严重威胁到人民的生命财产安全,为此,韧性城市成为舆论关注的热点。中国建筑标准设计研究院(以下简称“标准院”)工程技术研究所所长邓烜认为,韧性城市理念有多个维度,抵御地震灾害便是其中之一。

以城市韧性应对地震“任性”

疫情给社会生产生活带来了不小的影响,也让社会各界更加关注韧性城市的建设。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》将建设韧性城市列为推进以人为核心的新型城镇化中的重要任务。北京、上海等城市的新一轮城市总体规划中,也均有加强城市应对灾害的能力和提高城市韧性等相关表述。

何为韧性城市?倡导地区可持续发展国际理事会将其定义为,城市能够凭自身的能力抵御灾害,减轻灾害损失,并合理地调配资源以从灾害中快速恢复过来。

邓烜认为,随着城镇化推进,我国城市聚集的人口越来越多,城市抵御灾害的能力变得愈加重要。城市灾害包括自然灾害(如洪涝、地震)、社会重大影响的事件(如战争)和健康(如疫情)等,其中地震是建筑工程领域最为关注的城市灾害之一。

我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间,地震断裂带十分活跃。我国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广。中国地震台网中心数据显示,2016年1月10日至2021年1月10日,我国共发生4级以上地震741次,其中4.0到4.9级597次,5.0到5.9级120次,6.0级到6.9级23次,7.0级以上1次。2021年1月1日至1月12日,我国就已经发生了23次地震。

地震灾害给我国经济社会带来了重大损失。国家统计局数据显示,2000年至2019年,我国地震灾害造成的人员伤亡为48.8950万人,造成的直接经济损失为11370.4331亿元。提高城市应对地震灾害的能力、推进建设韧性城市已刻不容缓。2017年6月,中国地震局提出启动《国家地震科技创新工程》,其中包括实施“韧性城乡”计划,提出要进行工程韧性技术研究,发展新型工程结构隔震及消能减震关键技术等。

隔震“神器”让建筑不再“摇摆”

一直以来,建筑工程的抗震设计规范均以“大震不倒,中震可修,小震不坏”为抗震设计原则,通过增强结构强度来抵抗地震。虽然这种传统抗震方式能够有效减轻地震伤害,但是结构本身不断累积的损伤不仅影响建筑本身的安全性,而且还很难修复。为了更有效地保障建筑物安全,同时提升建筑功能的震后可持续性,建筑隔震技术应运而生。

建筑隔震技术是在建筑物基础或下部与上部结构之间设置由隔震装置、阻尼装置等组成的隔震层,隔离地震能量向上部结构传递,减少输入到上部结构的地震能量,同时延长上部结构的自振周期,降低上部结构的地震反应,达到预期的抗震防震要求,使建筑物的安全得到更可靠的保证。

邓烜说,抗震建筑是“以刚克刚”,结构层间变形和加速度反应大、内部设备及装修破坏严重。隔震建筑是“以柔克刚”,结构层间变形和加速度反应小、内部设备及装修完好。目前,国际上隔震建筑主要使用的是橡胶隔震支座,但是橡胶隔震支座在耐久性、性能稳定等方面存在一定的劣势。针对这种情况,标准院自主研发了超低摩擦系数摩擦摆隔震装置。该装置不仅性能优越、隔震效果好,而且相关技术处于世界领先水平。

据了解,超低摩擦系数摩擦摆隔震装置的主体材料为金属,相比于橡胶隔震支座,其具有性能稳定、耐久性好、承载力大、大变形无损伤等性能优势。由于摩擦摆隔震装置作用原理是通过水平滑动变形,隔绝地震传给上部楼体的能量,所以摩擦摆隔震装置的摩擦系数非常重要。如果摩擦系数过高,摩擦摆隔震装置就会因阻力过大难于水平滑动,无法充分发挥隔震作用。

据邓烜介绍,目前国际上摩擦摆隔震装置的摩擦系数为0.05至0.07,但标准院通过技术攻关将摩擦系数降低到0.02,达到了世界领先水平,在实际应用中,标准院自主研发的超低摩擦系数摩擦摆隔震装置也实现了良好效果。

2020年12月28日,甘肃陇南市宕昌县发生3.9级地震,震源深度13公里。据了解,陇南市宕昌县以及离震中较近的甘南州舟曲县县城均有震感。但是,地震时正在宕昌县职业中等专业学校实训楼顶层6楼上课的师生普遍反映震感轻微、摆动不明显。校方相关负责人解释说,虽然该校距离地震震中仅有10公里,但由于实训楼采用了超低摩擦系数摩擦摆隔震装置,极大降低了地震对楼体的作用影响,使得楼内的人群对地震的感受轻微。

邓烜说,该校实训楼采用了超低摩擦系数摩擦摆隔震装置,虽然此次地震显现出超低摩擦系数摩擦摆隔震装置良好的隔震效果,但3.9级地震并没有让超低摩擦系数摩擦摆隔震装置完全发挥出其潜在的隔震能力。

落实“硬”规范 注意“柔”连接

我国正在大力推进隔震技术的研究与应用。在汶川、芦山等地区的地震中,一些应用了减隔震技术的工程,经受住了地震考验,保障了人民生命财产安全,产生了良好的社会效益。2014年2月,住房和城乡建设部发布的《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》指出,位于抗震设防烈度8度(含8度)以上地震高烈度区、地震重点监视防御区或地震灾后重建阶段的新建3层(含3层)以上学校、幼儿园、医院等人员密集公共建筑,应优先采用减隔震技术进行设计。鼓励重点设防类、特殊设防类建筑和位于抗震设防烈度8度(含8度)以上地震高烈度区的建筑采用减隔震技术。对抗震安全性或使用功能有较高需求的标准设防类建筑提倡采用减隔震技术。

《建设工程抗震管理条例(征求意见稿)》指出,位于高烈度设防地区、地震重点监视防御区的新建学校、幼儿园、医院、养老机构、应急指挥中心、应急避难场所等公共建筑应当采用隔震减震技术,保证发生本区域设防地震时不丧失建筑功能。国家鼓励在装配式建筑中应用隔震减震技术,提高抗震性能。

住房和城乡建设部发布了一系列标准规范,比如《建筑隔震工程施工及验收规范》《叠层橡胶支座隔震技术规程》《建筑摩擦摆隔震支座》,隔震技术在我国的研究与应用迎来了前所未有的发展期。对于隔震技术的未来发展趋势,邓烜认为,未来隔震装置将更加多样化、产品性能更加优良,高层和大跨复杂结构建筑也将逐步应用隔震技术。此外,隔震技术的理论体系、设计方法等将不断完善。

目前,隔震技术在实际应用中存在一些问题,比如,虽然安装了隔震装置,但是部分建筑的隔震层与周围其他构件之间没有留足空间,建筑在地震中滑动遇阻,无法达到隔震效果。此外,如果建筑中穿过隔震层的设备管线不具备柔性,就如同被“绑”在大地上,即使安装了隔震装置,建筑也无法通过滑动达到隔震效果。

对此邓烜建议,一方面要加强设计方与施工方的沟通以及工程监理的作用;另一方面,各相关方一定要落实标准规范要求。比如,在建筑设计领域,《建筑抗震设计规范》要求,穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施以适应隔震层的罕遇地震水平位移;在建筑施工领域,《建筑隔震工程施工及验收规范》要求,对穿过隔震层的设备配管、配线,应采用柔性连接或其他有效措施。

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