給建筑裝上隔震墊可以抵御地震危害

2021年12月30日整理發(fā)布：除了古建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施，項(xiàng)目成果業(yè)已應(yīng)用于許多其他民生工程，如中小學(xué)校舍、醫(yī)院等重要建筑的隔震加固工程，以及高層隔震住宅區(qū)的建造工程。各類別的項(xiàng)目合計(jì)已有60余項(xiàng)，總建筑面積約336萬平方米，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到15.4億元。

科技大獎(jiǎng)中的“民生”關(guān)鍵詞③

2021年是唐山大地震45周年。在過去的半個(gè)世紀(jì)當(dāng)中，為了應(yīng)對(duì)地震給我國造成的挑戰(zhàn)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，科技界和產(chǎn)業(yè)界付出了巨大努力。20世紀(jì)90年代以來，隔震逐漸成為減災(zāi)抗災(zāi)領(lǐng)域的重要概念之一。

在日前召開的2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目由北京建筑大學(xué)、東南大學(xué)、中國建筑科學(xué)研究院、北京建筑設(shè)計(jì)研究院、中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院、北京基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司和江蘇鴻基節(jié)能新技術(shù)股份有限公司等單位共同完成。專家委員會(huì)鑒定表明，該項(xiàng)目成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中高性能隔震建筑設(shè)計(jì)方法和高性能隔震裝置達(dá)到國際領(lǐng)先水平。項(xiàng)目成果已應(yīng)用于多項(xiàng)重大工程。

何為隔震，項(xiàng)目中的“高性能”應(yīng)該如何理解，哪些重大民生工程已經(jīng)應(yīng)用了高性能隔震技術(shù)?科技日?qǐng)?bào)記者聯(lián)系到多家相關(guān)單位，請(qǐng)他們對(duì)這些問題做出了專業(yè)解答。

隔震核心特點(diǎn)是“以柔克剛”

“隔震就像是讓建筑踩上了‘溜冰鞋’。”在2021年7月舉辦的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)應(yīng)用技術(shù)成果展上，來自減隔震制造業(yè)商家震安科技的工作人員向科技日?qǐng)?bào)記者介紹了隔震技術(shù)的特點(diǎn)。“傳統(tǒng)建筑抗震理念是硬碰硬，‘以剛制剛’，主要手段是增加構(gòu)件的物理強(qiáng)度，這樣會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的地震作用更強(qiáng)。而減隔震技術(shù)的核心理念是‘以柔克剛’，在建筑物的基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，如橡膠支座、阻尼器等設(shè)備，減少輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量，這樣可以把地震作用降低到原來的1/4到1/8。”

現(xiàn)場(chǎng)演示的實(shí)物模型表明，當(dāng)“地震”發(fā)生時(shí)，采用了隔震裝置的上層建筑只發(fā)生了相對(duì)較小幅度的平行移動(dòng)，而未采用隔震技術(shù)的建筑出現(xiàn)的甩動(dòng)則劇烈得多。“這就是隔震的基本原理。”工作人員介紹說。

但是，這個(gè)簡單的模型并不足以呈現(xiàn)隔震技術(shù)的完整內(nèi)涵。現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的技術(shù)應(yīng)用必須應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的需求和場(chǎng)景，例如高層住宅、醫(yī)院、地鐵、歷史建筑等都對(duì)隔震技術(shù)有不同的條件和要求。在隔震建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，國際上長期存在設(shè)計(jì)理論缺乏適用性、設(shè)計(jì)技術(shù)缺乏系統(tǒng)性、關(guān)鍵裝置缺乏高效性和質(zhì)量控制缺乏規(guī)范性等四大問題。為此，“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生，旨在解決關(guān)于高性能隔震技術(shù)的一系列關(guān)鍵問題。

既有理論突破也有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

針對(duì)長期存在的四大問題，項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)了四大創(chuàng)新，分別是高性能隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、隔震結(jié)構(gòu)多目標(biāo)一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、系列功能可調(diào)控高性能隔震裝置、隔震建筑建設(shè)質(zhì)量控制技術(shù)并主編系列標(biāo)準(zhǔn)。

“我們這個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)二十多年，產(chǎn)出了大量成果，內(nèi)容十分豐富。”在接受科技日?qǐng)?bào)專訪時(shí)，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目第二完成人、東南大學(xué)土木工程學(xué)院教授郭彤解讀說，該項(xiàng)目共發(fā)表論文166篇，獲發(fā)明專利30項(xiàng)，出版著作5部，成果應(yīng)用于60多項(xiàng)重要工程。

“舉例來說，我們研發(fā)了多種高性能隔震支座，例如超低模量、高阻尼的橡膠支座，可調(diào)控、頻率低敏感型復(fù)合隔震支座，新型受拉可控隔震支座等。除了支座，還有其它裝置，例如可調(diào)控黏滯阻尼器和大變形柔性管道，這些都是我們?cè)谘b置研發(fā)方面取得的成果。但是項(xiàng)目成果不只有裝置，設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都很重要。”郭彤補(bǔ)充說。

作為獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的第二完成單位，東南大學(xué)牽頭完成了多個(gè)項(xiàng)目成果，涵蓋了以上四個(gè)創(chuàng)新的主要方面。除了設(shè)計(jì)、理論等方面的創(chuàng)新，項(xiàng)目在工程應(yīng)用與推廣方面也有許多成果，而這些成果有許多業(yè)已落地，成為百姓日常生活中民生工程的一部分。

已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民生工程

為古建“添底”，給地鐵“加蓋”……在“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項(xiàng)目的應(yīng)用成果當(dāng)中，不乏這樣的“神來之筆”。

1933年，在蔡元培等人的倡議下，國立中央博物院人文館在南京落成，即今天的南京博物院。在隔震技術(shù)成果的幫助下，這座八十余歲的全國重點(diǎn)文物保護(hù)建筑變得更加“年輕”了——憑借整體提升(3米)、隔震加固等先進(jìn)技術(shù)，建筑的抗震水平得到了有效提升，外觀風(fēng)貌也沒有遭到損害，建筑的內(nèi)部空間也擴(kuò)大了，給了文保單位和參觀游客更多余裕。工程完成之后，住建部防災(zāi)研究中心把南京博物院的這次加固收錄為經(jīng)典案例，還選為出版叢書的封面。

在千里之外的另一座歷史文化名城北京，隔震技術(shù)成果同樣大顯身手。比起南京，北京的部分自然人文條件更加復(fù)雜：處于地震多發(fā)地區(qū)，自古以來地震頻繁;擁有全世界運(yùn)行長度最多的地鐵系統(tǒng);人口眾多且交通樞紐集約用地緊張。在建設(shè)高性能建筑的工程當(dāng)中，隔震技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在北京地鐵6號(hào)線琨御府、8號(hào)線公園悅府和16號(hào)線北安河上蓋等項(xiàng)目中，復(fù)雜高層隔震結(jié)構(gòu)系列關(guān)鍵技術(shù)得到推廣應(yīng)用，應(yīng)用面積高達(dá)89萬平方米，是目前國際上總面積最大的蓋層間隔震建筑群。

除了上述地鐵上蓋隔震建筑，北京還有一項(xiàng)重大基礎(chǔ)設(shè)施工程采用了項(xiàng)目成果。項(xiàng)目第五完成單位，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院提供的資料顯示，由該單位主編的《建筑隔震柔性管道》國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)應(yīng)用于北京大興機(jī)場(chǎng)的高性能隔震裝置。位于北京中軸線南方延長線上的大興機(jī)場(chǎng)是目前世界上最大的單體隔震建筑，航站樓總共使用了1152套隔震裝置，采用的橡膠隔震支座，無論是體量還是單個(gè)支座的噸位都創(chuàng)下國內(nèi)之最。

大興機(jī)場(chǎng)的一大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)不同交通工具同站換乘，航站樓的負(fù)二層供高鐵、地鐵和城際列車通行。列車的高速出入會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震動(dòng)和較大的風(fēng)壓，這也是我國隔震技術(shù)業(yè)已克服的困難之一。

郭彤介紹說，除了古建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施，項(xiàng)目成果還應(yīng)用于許多其他民生工程，如中小學(xué)校舍、醫(yī)院等重要建筑的隔震加固工程，以及高層隔震住宅區(qū)的建造工程，例如總面積約114萬平方米的河北燕郊天洋創(chuàng)新城項(xiàng)目，以及位于9度區(qū)近斷層(地震放大系數(shù)為1.5)的四川西昌領(lǐng)地項(xiàng)目。各類別的項(xiàng)目合計(jì)已有60余項(xiàng)，總建筑面積約336萬平方米，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到15.4億元。

四川省地震局資料顯示，早在2015年，我國應(yīng)用隔震技術(shù)的樓房總數(shù)就已經(jīng)超過6000棟，總數(shù)占到世界一半，多于的5000棟，位居世界第一。震安科技工作人員表示，目前我國應(yīng)用隔震技術(shù)的樓房已經(jīng)超過1萬棟。

郭彤評(píng)論說，作為一種高效的結(jié)構(gòu)防震手段，隔震技術(shù)有著廣闊的未來應(yīng)用前景，技術(shù)人員仍在不斷開發(fā)各種性能優(yōu)異的隔震裝置和拓展其應(yīng)用范圍，為提高城市的防災(zāi)能力貢獻(xiàn)力量。

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