浅析隔震技术在中国的应用和展望

2020-02-16钱坤徐达

四川水泥 2020年5期

钱坤徐达

（吉林建筑大学，吉林长春 130000）

地震会导致建筑物的严重倒塌，引起巨大的伤亡和损失，但目前人类还无法预见和阻止地震的发生。恰逢我国处于大规模城市建设的阶段，越来越多的高层建筑矗立在城市的中央。尤其像北京、上海、广州等一大批城市的高层建筑数量众多，一旦发生地震将产生灾难性的后果。隔震技术与传统抗震设施相比拥有明显优势，所以在构建城市高层建筑时，选择合适的隔震措施必然会成为我国抗震工作的潮流方向。

1 隔震技术的原理、要求及特点分析

1.1 隔震原理

隔震技术，就是在建筑物的基础、上部结构之间，用橡胶支座和其他隔震装置设置一道“隔震层”，通过隔震层的变形和损坏消耗大部分地震能量，只有少部分能量向上部结构传递，相当于延长了结构本身的振动周期，保证建筑物在遇到强烈地震时不出现倒塌和严重破坏，有效降低地震的损害。

1.2 隔震技术的应用要求

现阶段对于隔震技术的应用还存在一些要求。首先隔震技术并不适用于所有场地，现阶段的隔震技术主要应用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类较好的硬土场地。若基础土层不稳定，地基松软或是液化场地就会造成建筑物的塌陷倾斜，从而导致隔震层的变形破坏，使隔震支座减小或失去隔震作用。此外，还要重视建筑物走向和震向的问题，在设计和实践中，要避免建筑物的走向和震向出现平行的状况，应该尽量使两者垂直，平行的状态会增加建筑物倒塌的风险。

1.3 隔震技术的演变发展

现阶段隔震技术的理论研究日趋成熟并且发展出了多种隔震方式，如基础隔震、层间隔震、局部隔震等；按支座形式又可分为悬挂隔震、滑动隔震、摩擦滚摆隔震等。在众多的隔震技术中对于橡胶支座隔震的研究处于核心地位。橡胶支座隔震技术是世界上发展最成熟、应用最广泛的隔震技术，隔震效果也最为显著。具体应用方法是将叠层橡胶支座有规律的布置在基础与上部结构之间,形成一层塑性连接装置,既增大了建筑物的振动周期,又可以减小结构的水平刚度和水平加速度,并消耗掉了一部分地震能,从而减少了地震对上部结构的破坏。并且橡胶耐腐蚀性较好，可使用年限达80～100 年，更换橡胶支座也非常方便。

2 国内外隔震技术的应用发展状况

2.1 国外隔震技术现状

由于日本和美国的西海岸是世界上地震最频发的地区，所以日本和美国是最早进行隔震技术探索的主要国家。八十年代美国和日本各自建成了第一座采用橡胶支座的隔震建筑，此后隔震技术的研究在全球各地区都有展开。但是在诸多国家中，日本的隔震技术发展最快、应用也最广泛。日本在1983 年建成了国内第一座采用隔震橡胶支座的住宅，日本建筑界称之为“日本第一号”。然而隔震支座在此住宅中的使用并没有带动隔震技术在日本大规模应用，直到1995 年阪神地震的发生才走进日本政府和民众的视野中。在该次地震中，采用了隔震技术的建筑显示了良好的抗震效果，基本没有出现倒塌现象，建筑内部的物品和设施也保存较好。此后隔震技术获得了日本政府的青睐也引起了世界的关注，被广泛的应用于学校、地铁、写字楼，住宅、医院等方面。

2.2 国内隔震技术现状

我国隔震技术起步较晚，对叠层橡胶支座的研究直到80 年代后期才展开。周福霖院士在90 年代初主持建造了我国最早的隔震居民楼，被业界誉为“世界隔震技术的第三个里程碑”。目前全国各地区隔震建筑的数量已经超过6000 栋。其中云南省因地震灾害频繁、烈度高、范围广，成为我国最早研究隔震技术，并且发展最快、应用最多的省份。经过长期发展，我国的隔震技术后来居上，已经建成了一批具有世界先进水平的隔震建筑。其中最具代表性的建筑就是2019 年落成的北京大兴机场。机场的建设区域涉及三个地震带，据历史地震资料统计显示，该区域地震活动频繁，因此机场的设计、施工对于抗震的要求非常高，也正是因此成就了它“世界最大单体隔震建筑”的地位。机场的航站楼共使用了1152 套隔震装置，其中橡胶隔震支座的体量和单个吨位都刷新了国内使用记录。大兴机场的建设，在极大程度上丰富了我国隔震技术的理论创新和实践经验，也表明了我国隔震技术水平已处于世界前列。

3 隔震技术在中国的展望

3.1 我国政策、规范重视隔震技术的应用

早在2001 年，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）就纳入了隔震技术的相关内容。2006 年出台的《房屋建筑工程抗震设防管理规定》中明文规定：“国家支持采用隔震减震等及时适用的抗震新技术、新材料、新结构体系，并将其纳入规范、标准，在实际工程中推广使用”。2010 年新修订的《建筑抗震设计规范》扩大了隔震技术的适用范围，删减了许多有关隔震减震设计的限制。住建部在2015年发布了《建筑隔震工程施工及验收规范》 (JGJ 360—2015)，该规范明确了隔震建筑工程的施工、使用、维护的标准，并且在很大程度上促进了我国隔震技术的发展。

3.2 中国高层建筑发展趋势

目前世界十大高楼中国占了七座。2018 年，全世界范围内竣工的高度超过200m 以上的143 座高层建筑中，中国有88 座，占61.5%，连续23 年位居世界榜首。根据中国目前在建的高层建筑项目推测，到2020 年底，全球最高的20 栋超高层建筑中，中国将占11 栋，中国已经当之无愧地成为世界高层建筑第一大国。所以在未来较长时间内，中国仍将是超高层建筑的主要开发市场。据相关资料显示截止2019 年三季度，中国高层写字楼总建筑面积已高达5800 万平方米，直至2022 年，中国仍将有4200 万平方米以上的高层写字楼投放市场。相比庞大的高层建筑数量，已经应用隔震技术的高层建筑只占很少一部分。

3.3 前景分析

我国国土面积的79%为6 度及以上地震烈度区，有一半以上城市位于7 度及以上烈度区。然而传统抗震措施在面对地震时的表现难以令人满意，所以隔震技术脱颖而出。隔震技术可减少50%～80%的地震作用，保证建筑在遭遇强烈地震时不发生倒塌，避免了震后大量的维修费用。另外应用隔震技术的建筑还可节省大量的混凝土和钢筋的用量，许多工程案例都表明可节约10%～20%的工程造价，显示出明显的经济优势。所以隔震建筑在中国呈逐年增长态势，最近三年增长率都保持在50%以上。据相关资料预测到2020 年增长率可达70%，隔震市场规模可达22 亿元。虽然目前我国隔震技术日益成熟，但就全世界范围来看仍处于发展阶段，在我国及全世界大部分地区还未全面普及应用，因而前景十分广阔。