从“楼坚强”解析隔震设计

2013-05-03  来源：中华建筑报  作者：实习记者/曾佑蕊 

         在四川省芦山“4·20”7.0级强烈地震中，约50万间住房受损，芦山县人民医院综合大楼却安然无恙，成为“楼坚强”的代言人。据悉，该大楼保持原貌的要诀在于，其地基部分的橡胶隔震支座起到了较大的隔震作用。

　　“隔震设计古已有之，后来，才有了现代隔震技术。”北京清华城市规划设计研究院结构工程师徐珂说。

　　以柔克刚  化解地震能量

　　所谓橡胶隔震技术，就是在建筑与地基之间，设置一层橡胶隔震支座，以隔离地震自下而上产生的能量，从而确保建筑结构安全。一旦发生地震，隔震结构会变形，阻止地震波产生的能量从下向上传播，使上部结构基本不变形，从而保护地面建筑结构基本不被破坏。

　　徐珂解释说，就像打太极一样，隔震装置将消耗地震产生的能量，以柔克刚，大大降低建筑物承受的破坏力。

　　资料表明，合理的隔震设计一般可使结构的水平地震加速度反应降低50%~60%，可降低地震烈度0.5度~2度，有效地减轻建筑物受到的破坏。

　　追溯唐代  隔震历史悠久

　　徐珂告诉记者，在我国，基础隔震技术最早可追溯到唐代。

　　位于西安的小雁塔始建于唐代，已建成一千余年，历经两次大地震而未倒塌。研究表明，小雁塔的基础与地基连接处采用的是圆弧形球面，塔身和基础坐落于圆弧球面上，形成了一个类似“不倒翁”的结构。

　　北京紫禁城是木结构建筑群，主要建筑都建在大理石高坛上，下面有一层柔软的糯米层，可以使建筑物免遭震灾。

　　始建于1921年的日本东京帝国饭店，用密集的短桩穿过坚硬的土层，伸到软泥层底部，将软泥土层作为隔震垫。虽然经历了1923 年关东7.9级大地震，但该建筑保持完好。

　　“现代隔震技术比较实用，叠合橡胶起了很大作用。”徐珂说。

　　目前，运用最多的隔震结构是叠层橡胶隔震支座，约占90%以上。1969年，灾后重建的南斯拉夫斯考比市在柏斯坦劳奇小学首次使用隔震橡胶支撑垫，但该支撑垫由橡胶层组成，中间未加钢板。

　　“这个是第一个现代意义上的隔震结构”。徐珂说。

　　1993年，在广州大学教授周福霖的主持下，汕头市建成了我国第一座夹层橡胶垫隔震大楼。5年后，周福霖主持建设了北京通惠家园，在距地面高11.6米的地铁车辆段大平台上建起了隔震建筑群，这是目前世界上隔震面积最大的建筑群。2012年竣工的昆明新机场航站楼，是全球最大的单体隔震建筑，面积达50多万平方米，采用了国际上先进的混合隔震技术，地震设防烈度超过9度。

　　“中国的隔震设计主要是向日本和美国学习，可以说紧跟世界潮流。”徐珂对记者说。

　　“楼坚强”成功一半

　　芦山县人民医院大楼经历强震而屹立不倒，受到各方媒体的关注。北京市建筑设计研究院副总工程师苗启松认为，这会推动未来隔震技术的应用，但是，芦山县人民医院主楼只能说成功了一半。

　　苗启松指出，大楼周边隔震沟设置不符合要求，影响了主体结构的滑动，影响了隔震效果。同时，未设置隔震垫检修通道，只留了参观孔，地震后无法检修全部隔震垫。

　　“隔震垫是橡胶制品，失效后如果不及时更换，地震时就一无所用。日本已经形成了很好的检查检验体制。”徐珂说，“芦山县人民医院大楼留出的沟不够宽，检修成本很高。如果隔震垫失效，更换将是个难题。”

　　资料表明，隔震支座的寿命可能超过50年，而我国一般建筑的设计基准期为50年。世界上目前已经有使用期超过50年的隔震支架仍可使用的记录，如澳大利亚墨尔本某铁路1889年建成，其橡胶隔震支座仍可继续使用，力学性能变化不大。

　　据了解，隔震建筑物不仅需要使用隔震垫，还需要采取一系列配套措施。比如，发生地震时，建筑物变形主要集中在隔震层，因此，隔震层的电梯、水管的连接管都要采用软管。

　　观念不改，隔震技术推广难

　　中国建筑研究院结构工程师李志伟介绍，2001版《建筑抗震设计规范》首次纳入隔震技术，2010版《建筑抗震设计规范》扩大了隔震技术的适用范围，对隔震设计的结构类型不作限制。

　　徐珂告诉记者，我国目前采用隔震、减震技术的建筑有1000多栋，日本已建成隔震建筑超过6000栋，就国内而言，这个数量是非常少的。

　　福斯特及合伙人有限公司工程师段小廿介绍说，2009年4月6日，意大利L’Aquila地震后，成功地完成了迄今为止世界上最大的建筑隔震工程的建设。仅用了9个月将7400个摩擦单摆型隔震器用在19个建筑工程场地，完成了185个3层住宅楼总共4600个公寓单元的重建，让在地震中失去家园的17000人很快有了新的家园。

　　段小廿建议：“重建雅安，可以把隔震技术作为选项之一加以论证并考察其成本。”目前，我国已能自行生产隔震器。据橡胶隔震基座生产厂家称，500厘米的单个隔震器报价大约5000元~10000元，600厘米的单个隔震器报价8000元~12000元。

　　李志伟告诉记者，隔震建筑增加了隔震的费用，但是由于上部结构地震作用被隔震层削弱，构件截面及配筋可以相应减小，甚至结构也可进行调整，建筑造价也可能有所降低。以建于1997年的杭州首幢试验隔震楼为例，该楼底层为商场采用钢筋混凝土柱承重，二至七层为住宅。建筑总层数7层，实际增加收益100多万元。

　　据报道，在地铁上建造的北京通惠家园，由于隔震设计增加建筑面积10万平方米，净增产值约达4亿元。徐珂说：“受隔震建筑推广观念制约的影响，现在的人买房子、盖房子，只关心价钱，不关心抗震性能。”

　　同时，徐珂建议，应尽快给农村做一些宣传，包括做一些简单的标准普及，让农民的观念有所改变。

　　段小廿说，采用隔震技术能显著降低对上部建筑结构的施工要求，使得建筑结构本身按常规方法设计施工，尤其适用于农村地区的自建房屋，农民可以使用厂商生产的隔震器，上部建筑结构按照常规方法施工即可。