农村地区隔震技术的应用
2016-10-18杜秋男孙海峰王丽梅
杜秋男 孙海峰 王丽梅 刘 双 康 健
农村地区隔震技术的应用
杜秋男孙海峰王丽梅刘双康健
杜秋男,工程师,硕士研究生学历,2009年毕业于沈阳建筑大学岩土工程专业,现于黑龙江省地震局从事岩土工程、工程抗震等方面的研究与管理工作,近年来开展农村地区农居隔震技术的应用探索。
孙海峰,博士,高级工程师,中国地震局地质研究所活动构造专业博士后在站,黑龙江省地震局“十二五”项目负责人,黑龙江省地震学会理事。主要从事岩土工程专业、结构工程专业和地震工程专业相关工作。目前,已经从事结构工程和岩土工程学习、工作11年。已发表学术论文20篇,其中EI收录10篇,ISTP收录3篇。
据震害调查表明,1900—1986年间地震死亡人数占所有自然灾害死亡人数的58%,其中我国的地震死亡人数最多,占42%,主要是因为我国人口密集,而且房屋抗震能力差,地震导致大量的房屋倒塌造成大量人员伤亡。隔震技术能有效地减轻地震造成的房屋破坏,隔震技术是在建筑物或构筑物的基底或某个位置设置隔震装置,隔离或耗散地震能量,以避免或减少地震能量向上部结构的传递,减轻结构振动反应,从而保障地震时建筑物安全。目前国内外工程界大多专注于高层、大跨桥梁等城市重要结构的隔震研究,而事实上,我国地震中损失最惨重的是各类砖、土、石、木等量大面广的农村民居建筑,农村地区“小震致灾”的情况时有发生。因此,在农居工程中推广应用隔震技术对减少地震损失尤为重要。
图1 汶川地震民居破坏——砖木结构平房的破坏
图2 汶川地震民居破坏——木结构房屋的破坏
农居震害现状
据震害调查表明,地震造成的死亡人员近60%为村镇人口,而且85%~97%直接经济损失来自房屋破坏。例如:海城地震中,极震区的农村民房破坏尤为严重,全县总共56万间房屋,其中14万间(约25%)倒塌或严重破坏;2009年云南省姚安县发生6.0级地震,造成房屋建筑毁坏84万平方米,破坏763万平方米,民用房屋直接经济损失为13亿元人民币;汶川地震造成69197人遇难,700多万间房屋倒塌,2300多万间房屋损坏,其中多为村镇房屋的倒塌和损坏(见图1、图2),直接经济损失达8452亿元人民币;青海省玉树7.1级地震造成2689人遇难,并造成了当地大量村镇房屋倒塌(见图3、图4、图5),农房倒塌受损尤为严重。因此,如果能在农居中广泛应用减隔震技术,将有效地减少地震造成的损失,减轻地震灾害。
图3 玉树地震民居破坏——土木房屋倒塌
图4 玉树地震民居破坏——土坯房整体倒塌
图5 玉树地震民居破坏——砖木结构前纵墙倒塌
图6 采用改性沥青SBS阻尼垫建造的房屋
图7 采用钢筋-沥青复合隔震层建造的房屋
农村民居的隔震技术研究现状
隔震体系是指在上部结构与下部之间合理设置隔震装置来实现与地震隔离的目的。通过隔震装置调整结构动力性能,消耗地震能量,减轻结构地震反应,使建筑物遭受地震荷载作用时仍处于弹性阶段,从而保证建筑物内生命和财产安全。根据隔震层的设置位置不同,可以分为基础隔震、首层隔震、层间隔震和顶层隔震四种隔震类型。在我国农居中,多为低矮的建筑,因此主要采用基础隔震方法。
目前,基础隔震主要有两种方式。一是在基础底部设置以橡胶支座为代表的隔震原件;二是在基础底部设置垫层的摩擦滑移隔震法。第一种方式由于造价较高,施工难度较大,多在政府机关、生命线工程、容易产生次生灾害的重要建设工程中应用;第二种方式造价相对较低,选取合适的材料及工艺,可在农村民居结构中应用。
农居理论研究现状
砂垫层是目前国内经常使用的隔震材料,砂垫层隔震是通过在地基和基础之间放置一定粒径、厚度、密实度和含水量的砂垫层,在地震作用时,利用砂子的非线性变形特点,增大地震能量的衰减,从而减轻地震对建筑物的破坏。刘晓立、窦远明、赵少伟等人对砂垫层隔震性能进行了研究;沥青作为经济、施工简易的建筑材料,具有良好的性能,也是一种很好的减隔震材料。钱国祯、田杰等对沥青隔震层进行了研究,研究表明,砂垫层和沥青隔震垫在农村民居中具有较好的应用前景。
还有一些学者对砂垫层和沥青垫层做了改进。尚守平等对钢筋-沥青复合隔震层进行了研究,将其应用于一个农村三层民居,并进行了试验,结果表明,该房屋的隔震层可以消耗大部分地震能量,有效地减轻了上部结构的破坏,具有良好的隔震效果;李玉荣等对砂与橡胶粒混合隔震垫层进行了研究,表明砂与橡胶粒混合隔震垫层能够降低结构在地震动作用下的加速度反应,起到很好的隔震效果。
农居工程隔震技术应用
农居工程建设由于缺少监管,大多没有按照抗震设防要求设计与施工,更不用说应用隔震技术了。目前采用隔震技术的农居在全国为数不多,大多是试点工程。隔震技术在农居工程中应用的典型案例有:浙江省平湖市广陈镇一两层的农村住宅采用了改性沥青SBS阻尼垫隔震技术(见图6);湖南省长沙市先导区莲花镇五丰乡一农户自行建造的房屋采用了钢筋-沥青复合隔震层(见图7);浙江省平湖市广陈镇一3层房屋采用了约束砂垫层隔震(见图8),这几种方法虽然都达到了很好的减隔震效果,但是都没有得到很好的大面积推广应用。
图8 平湖市广陈镇试点工程
隔震技术在农居中的推广难度
防震减灾意识淡薄
农村经济社会发展水平较低,广大农民的防震减灾意识不强,存在侥幸心理,尤其是有感地震较少的农村地区,对地震的破坏性认识不足,对自身居住环境的地震安全问题重视不够,缺乏防范意识,新建农居往往只追求美观和宽敞。此外,大部分农村地区经济相对落后,经济不富裕,导致农村建房时,只追求面积,不注重质量,从结构上到材料上都只注重简单、方便和便宜。
农居建设随意性强
由于农民对房屋设计的重要性认识不足或者是由于资金有限,大多根据自身的需求自行设计,或是参照邻里的式样修建新房。由于缺少专业知识,所以设计的方案就必然带有很大的盲目性,随意性比较强。
农村民居建筑的施工一般也是农民自己或农村泥瓦匠根据以往的经验施工,没有结构方面的专业知识。即使有些经济相对富裕的地区,农村盖房开始大量使用钢筋水泥,但结构设计不合理,施工不规范,构件之间缺少可靠的连接,建筑抗震构造措施不满足抗震设防要求或无抗震构造措施,更没有采取减隔震措施,无法达到较好的抗震效果。随着农村经济水平的发展,农民的居住建筑已开始向大开间、大进深和二层或三层楼房发展。因此,如果采取有效的减隔震技术方案,可大大提高农居的地震安全。
监管体制不健全
目前农村民居大多是农民自筹资金建设,国家未将农村房屋纳入建设行政主管部门的基本建设管理范围,多数建筑未经正规设计和施工,造成农村建筑不符合抗震设防要求,基本无抗震能力。经济条件较好的农民虽然能够参照城市建筑建造具有钢筋混凝土构造,如柱、地梁、圈梁及墙体拉结钢筋等,但往往不规范、不完整,还存在施工不规范,抗震柱及地梁、圈梁的拉结钢筋规格、形状、混凝土的强度等不符合抗震要求,经济条件有限的农民,干脆就没有任何抗震措施。一旦发生地震这样的房屋就很容易受到损坏,即使不坍塌,也会出现裂缝等,最终成为危房。所以抗震设防管理要覆盖农村,实现城乡一体化管理。
隔震技术在农居中的推广建议
(1)建立农村建筑技术咨询服务体系。对建设过程进行事前、事中、事后全过程技术服务:举办农村工匠减隔震技术培训班,普及建筑抗震和隔震知识,指导农村工匠隔震施工技术的细节和要点,使农村工匠理解基本原理,了解隔震方法的目的;在建设过程中提供专业的技术指导,为农村民居提供有针对性的适用隔震方法;指导建筑物的后期维护。
(2)大力推进防震减灾科普宣传进农村。由科技和宣教人员组成宣讲团,以点带面方式选取农村教育点,以宣传片和宣传手册形式,并努力打造通俗易懂和喜闻乐见的科普精品,对广大农村百姓进行防震减灾及隔震知识讲解,提高农村百姓防震减灾和隔震意识,最终实现全面覆盖和家喻户晓。
(3)加大政府监管和扶持力度。建立和完善农村民居抗震设防行政监管机构和监督检查制度,将农村民居抗震设防要求纳入基本建设程序,并落实到项目的工程设计和施工等环节中,大力推进隔震技术推广;建立农村民居减隔震技术应用专项补贴资金,同时出台减免优惠政策,调动广大农民采取隔震措施的积极性。
结语
地震给人们带来了巨大的经济损失,严重威胁人们的生命安全,在量大面广的农村地区应用隔震技术,将带来十分巨大的经济效益和社会效益。因此,将隔震技术在农居工程中推广应用是未来中国减少地震损失的主要途径之一。
(本项目由中国地震局“地震科技星火计划项目”资助)