建筑減隔震技術(shù)的適用性及在云南推廣模式研究

張 維，孫 靜，甘祖兵，普萬里（云南省科學(xué)技術(shù)情報研究院，云南 昆明 650051）

建筑減隔震技術(shù)的適用性及在云南推廣模式研究

張 維，孫 靜，甘祖兵，普萬里
（云南省科學(xué)技術(shù)情報研究院，云南 昆明 650051）

云南是中國內(nèi)陸地震的多發(fā)區(qū)，在云南推廣建筑減隔震技術(shù)對于提升建筑結(jié)構(gòu)抗震水平和節(jié)約工程造價具有重大意義。建設(shè)減隔震技術(shù)是在建筑物的上部結(jié)構(gòu)與地基之間，設(shè)置由隔震支座和阻尼器組成的隔震層，通過改變結(jié)構(gòu)體系震動特性，延長結(jié)構(gòu)周期。云南減隔震技術(shù)研發(fā)與全國同步。1993年，云南省地震工程研究院等單位承擔(dān)的“八五”科技攻關(guān)項目“隔震橡膠支座開發(fā)研究”，經(jīng)鑒定達國際先進水平。從實證上說明建筑減隔震技術(shù)具有經(jīng)濟實用性。建筑減隔震技術(shù)，技術(shù)成熟，可使建筑物節(jié)省造價，只要采取適宜的推廣模式，就能實現(xiàn)以科技應(yīng)對自然災(zāi)害發(fā)揮作用。

減隔震技術(shù)；適用性；云南；推廣

0　引言

云南地處印度板塊與歐亞板塊碰撞帶東緣，地殼運動劇烈，是當(dāng)前世界內(nèi)陸地震最為頻繁的地區(qū)之一，被劃分在中國五大地震區(qū)內(nèi)。國家地震局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近100年以來，中國內(nèi)陸7級以上大震和6級以上強震有23.6%和18.8%在云南發(fā)生，僅2014下半年到2015年3月，就相繼發(fā)生了魯?shù)?.5級、景谷6.6級、滄源5.5級和嵩明4.5級地震。

建筑減隔震技術(shù)是可在云南抗震設(shè)防區(qū)大規(guī)模推廣的技術(shù)。云南省“八五”時期完成的重點攻關(guān)項目“隔震橡膠支座開發(fā)研究”達到國際先進水平，并實現(xiàn)了工程應(yīng)用。但由于各種原因，建筑隔震技術(shù)這項成熟、有效的抗震減災(zāi)技術(shù)還沒有得到高度重視和廣泛推廣應(yīng)用，甚至連許多的相關(guān)職能部門和工程設(shè)計人員也不太了解和熟悉這項技術(shù)。本文回顧了建筑減隔震技術(shù)的發(fā)展，對建筑減隔震技術(shù)原理及其經(jīng)濟適用性進行了分析，提出了若干推廣模式。

1　建筑減隔震技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r概述

建筑減隔震技術(shù)［1］，是在建筑物的上部結(jié)構(gòu)與地基之間，設(shè)置由隔震支座和阻尼器組成的隔震層，通過改變結(jié)構(gòu)體系振動特性，延長結(jié)構(gòu)周期。地震時，隔震層的水平大變形運動將消耗掉大部分地震能量，減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)的輸入，降低地震引起的建筑物上部結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)引起的變形，從而減小地震對建筑的破壞。

上世紀(jì)60年代起，新西蘭、美國等開始對減隔震技術(shù)進行理論和實驗方面的研究，并進行工程應(yīng)用。上世紀(jì)70年代新西蘭最先在彈性支座中加入鉛芯形成隔震支座，之后意大利也開始采用減隔震技術(shù)。美國從1979年開始推廣疊層橡膠支座減隔震技術(shù)，1994年洛杉磯6.7級地震中，使用疊層橡膠支座減隔震技術(shù)，設(shè)置了149個隔震支座的美國南加州大學(xué)醫(yī)院8層大樓絲毫未損，樓內(nèi)部分人員沒有強烈的震感，醫(yī)療設(shè)備未受損，震后成為急救中心；而同一震區(qū)未采用減隔震技術(shù)的6層橄欖景醫(yī)院則遭到了嚴(yán)重破壞，20多天后救護功能才得以恢復(fù)。采用減隔震技術(shù)的日本西部郵政大樓也經(jīng)受住了1995年阪神7.2級地震的考驗，結(jié)構(gòu)良好，內(nèi)部裝設(shè)和設(shè)備完好。

1993年，我國最早的橡膠支座隔震建筑在汕頭建成，被聯(lián)合國評價為“世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個里程碑”。2008年“5.12”汶川地震中，采用隔震技術(shù)的甘肅省隴南武侯區(qū)的幾棟6層建筑完好無損，居民無強烈震感，經(jīng)受了實踐的檢驗。

云南省減隔震技術(shù)的研發(fā)與全國同步。1993年云南省地震工程研究院、云南省橡膠制品研究所、云南省設(shè)計院和昆明理工大學(xué)等聯(lián)合承擔(dān)的云南省科委（現(xiàn)云南省科技廳）重點“八五”攻關(guān)項目“隔震橡膠支座開發(fā)研究”成果［2］，經(jīng)驗收鑒定達到國際先進水平，并實現(xiàn)工程應(yīng)用。目前，云南已引進周福霖院士設(shè)立工作站，成立了云南省減隔震技術(shù)研發(fā)示范基地及抗震工程技術(shù)研究中心，在昆明新機場建成全世界最大的單體隔震建筑，在國內(nèi)首次進行了實體高層隔震建筑原位動力試驗。

2 建筑減隔震技術(shù)的適用性分析

2.1 建筑減隔震原理模型分析

建筑減隔震技術(shù)需要考慮2個基本因素，一是隔震系統(tǒng)對地面震動反應(yīng)不靈敏，二是采取減震和吸震措施衰減地面震動的振幅。這里基于仿真原理［3］，用阻尼彈簧振子對建筑減隔震系統(tǒng)進行仿真，當(dāng)?shù)卣鸩ㄗ饔脮r，地面產(chǎn)生振動，則減隔震系統(tǒng)的震動可用受迫阻尼振動模型描述，此時系統(tǒng)的振動振幅與地面振動振幅比為：

T（f）=減隔震振幅/地面振幅

式中，T（f）為減隔震系統(tǒng)振動傳遞系數(shù)，k是有效彈性系數(shù)，M是系統(tǒng)的總質(zhì)量，b是阻尼系數(shù)，f是振動頻率。

2.2 建筑減隔震技術(shù)經(jīng)濟適用性分析

我們通過經(jīng)典教科書的一個算例［4］，分別采用疊層橡膠支座減隔震技術(shù)和傳統(tǒng)框架抗震技術(shù)進行造價對比，來說明建筑減隔震技術(shù)的經(jīng)濟適用性。

該建筑是位于9度設(shè)防區(qū)，Ⅲ類場地上的4層鋼筋混凝土教學(xué)樓，長34.2米，寬9.3米，層高3.6米，總高度34.2米，建筑面積1 290平方米。經(jīng)計算采用18個疊層橡膠支座，以框架造價每平方米1 500元［5］，物料消耗及概算對比如表1所示：

表1（非）減隔震技術(shù)建筑應(yīng)用物料消耗及概算對比表

以每噸鋼材5 000元計算，根據(jù)4項綜合，應(yīng)用減隔震技術(shù)相比傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，理論上在結(jié)構(gòu)土建部分造價節(jié)省每平方米47元，節(jié)約百分比為5%。另外，根據(jù)云南洱源中學(xué)教學(xué)樓和云南防震中心綜合樓建造實際，兩棟建筑主體結(jié)構(gòu)部分造價節(jié)約分別是每平方米46元和每平方米35元，節(jié)約百分比分別是5%和4%，從實證上也充分說明了建筑減隔震技術(shù)的經(jīng)濟適用性。

3 云南建筑減隔震技術(shù)推廣模式研究

目前，雖然云南應(yīng)用減隔震技術(shù)的建筑工程已達600多棟，面積超過500萬平方米［6］，但減隔震建筑技術(shù)應(yīng)用面積不足建筑工程面積的萬分之一，有必要對云南建筑減隔震技術(shù)推廣模式進行研究。

3.1建筑減隔震技術(shù)商品型推廣模式

商品型推廣是指由實物流轉(zhuǎn)而引起的技術(shù)推廣。從技術(shù)哲學(xué)角度看，以生產(chǎn)手段和勞動產(chǎn)品形態(tài)出現(xiàn)的實物，都是特定技術(shù)的物化，都能從中反應(yīng)某種技術(shù)的存在。建筑減隔震技術(shù)采取這種模式進行推廣，是通過出售減隔震核心部件“疊層橡膠支座”來實現(xiàn)實物的空間流動或轉(zhuǎn)讓，這是所謂的“硬”推廣，主要體現(xiàn)為建筑減隔震產(chǎn)品安裝設(shè)計及施工、隔震裝置托換、隔震監(jiān)測系統(tǒng)的綜合成套設(shè)備出售等。

3.2建筑減隔震技術(shù)服務(wù)及延伸型推廣模式

服務(wù)及延伸型推廣是指技術(shù)技能、經(jīng)驗和方法等精神范疇，不依賴實物的轉(zhuǎn)移、直接傳播和流動所引發(fā)的技術(shù)推廣。建筑減隔震技術(shù)采取這種模式進行推廣，是建筑減隔震專利技術(shù)、技術(shù)訣竅、信息情報等知識形態(tài)的商品持有者進行技術(shù)咨詢、許可、交易、投資建廠實現(xiàn)成果推廣。這是所謂的“軟”推廣，主要體現(xiàn)為建筑減隔震個性化方案咨詢、設(shè)計，核心部件產(chǎn)品性能及質(zhì)量檢驗，技術(shù)持有者異地直接投資進行產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)。

3.3建筑減隔震技術(shù)人力資源型推廣模式

人力資源型推廣是由人力資源流動而進行的成果推廣。由于技術(shù)無論呈現(xiàn)何種具體形態(tài)，其核心都是以人為終極存在的，技術(shù)為人所發(fā)明，被人所掌握和應(yīng)用。因此，建筑減隔震技術(shù)采取這種模式進行推廣，是建筑減隔震專利技術(shù)、技術(shù)訣竅、信息情報等掌握者，通過異地遷徙、調(diào)動、招聘、交流往來、培養(yǎng)等實現(xiàn)技術(shù)在異地的推廣，包括建立的院士專家工作站、研發(fā)示范基地、工程技術(shù)研究中心等。這是所謂的“本地化”推廣模式，是建筑減隔震技術(shù)推廣模式的高級形態(tài)，但這種模式需要在前兩種模式基礎(chǔ)上進行。

目前，對于地震設(shè)防區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化的公共基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施和民居聚居區(qū)，宜用商品型推廣模式，多采取政府示范工程的形式開展建設(shè)；對特定地質(zhì)構(gòu)造和民族特色的個性化的設(shè)防區(qū)，宜用服務(wù)及延伸型推廣模式，市場化的形式較多；而提高區(qū)域的建筑減隔震技術(shù)應(yīng)用，增強技術(shù)應(yīng)用的力度，宜采用人力資源型的推廣模式。在實際的運行過程中，應(yīng)以某種模式為主導(dǎo)并兼容另外的模式，或采取混合模式，以求達到最大效果。

4　結(jié)論和展望

按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），云南省129個縣（市、區(qū)）均位于抗震設(shè)防烈度6度及其以上地區(qū)，其中，9度設(shè)防區(qū)3個、8度設(shè)防區(qū)56個、7度設(shè)防區(qū)57個、6度設(shè)防區(qū)13個，云南城鄉(xiāng)建設(shè)抗震設(shè)防工作面臨十分嚴(yán)峻的形勢。歷次震害調(diào)查表明，地震災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡主要源于建（構(gòu)）筑物和工程設(shè)施的破壞、倒塌以及由此引發(fā)的次生災(zāi)害。建筑減隔震技術(shù)在技術(shù)上成熟，經(jīng)濟上不但不會增加成本，還可使建筑物節(jié)省造價，只要采取適宜的推廣模式，將為云南依靠科學(xué)技術(shù)防震減災(zāi)，實現(xiàn)以科技主動應(yīng)對自然災(zāi)害發(fā)揮重要作用。

［1］ 李艷霞. 隔震和消能減震技術(shù)的應(yīng)用［J］. 中國公路， 2012 （20）：120—121.

［2］ 谷一山， 安曉文， 宋廷蘇. 減隔震技術(shù)在云南的推廣應(yīng)用［J］. 防災(zāi)博覽， 2011（3）：55—61.

［3］ 吳重光. 仿真技術(shù)［M］. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2000： 44—50.

［4］ 王亞勇，戴國瑩. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范算例［M］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［5］ 云南省住建廳. 2013年云南省土建工程預(yù)算定額［S］.云南： 云南省住建廳， 2013.

［6］ 潘文. 近年來我省減隔震技術(shù)應(yīng)用若干進展及問題［J］. 云南建筑，2013（2）： 8—10.

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A

1004-1168（2015）04-0070-03

2015-06-04

張 維（1978-），男，云南昆明人，助理研究員，工學(xué)碩士，從事技術(shù)轉(zhuǎn)移、區(qū)域經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟等研究工作。