淺析隔震技術(shù)在中國的應(yīng)用和展望

錢 坤 徐 達(dá)

（吉林建筑大學(xué)， 吉林 長春 130000）

地震會(huì)導(dǎo)致建筑物的嚴(yán)重倒塌，引起巨大的傷亡和損失，但目前人類還無法預(yù)見和阻止地震的發(fā)生。恰逢我國處于大規(guī)模城市建設(shè)的階段，越來越多的高層建筑矗立在城市的中央。尤其像北京、上海、廣州等一大批城市的高層建筑數(shù)量眾多，一旦發(fā)生地震將產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。隔震技術(shù)與傳統(tǒng)抗震設(shè)施相比擁有明顯優(yōu)勢，所以在構(gòu)建城市高層建筑時(shí)，選擇合適的隔震措施必然會(huì)成為我國抗震工作的潮流方向。

1 隔震技術(shù)的原理、要求及特點(diǎn)分析

1.1 隔震原理

隔震技術(shù)，就是在建筑物的基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)之間，用橡膠支座和其他隔震裝置設(shè)置一道“隔震層”，通過隔震層的變形和損壞消耗大部分地震能量，只有少部分能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，相當(dāng)于延長了結(jié)構(gòu)本身的振動(dòng)周期，保證建筑物在遇到強(qiáng)烈地震時(shí)不出現(xiàn)倒塌和嚴(yán)重破壞，有效降低地震的損害。

1.2 隔震技術(shù)的應(yīng)用要求

現(xiàn)階段對于隔震技術(shù)的應(yīng)用還存在一些要求。首先隔震技術(shù)并不適用于所有場地，現(xiàn)階段的隔震技術(shù)主要應(yīng)用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類較好的硬土場地。若基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定，地基松軟或是液化場地就會(huì)造成建筑物的塌陷傾斜，從而導(dǎo)致隔震層的變形破壞，使隔震支座減小或失去隔震作用。此外，還要重視建筑物走向和震向的問題，在設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，要避免建筑物的走向和震向出現(xiàn)平行的狀況，應(yīng)該盡量使兩者垂直，平行的狀態(tài)會(huì)增加建筑物倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 隔震技術(shù)的演變發(fā)展

現(xiàn)階段隔震技術(shù)的理論研究日趨成熟并且發(fā)展出了多種隔震方式，如基礎(chǔ)隔震、層間隔震、局部隔震等；按支座形式又可分為懸掛隔震、滑動(dòng)隔震、摩擦滾擺隔震等。在眾多的隔震技術(shù)中對于橡膠支座隔震的研究處于核心地位。橡膠支座隔震技術(shù)是世界上發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣泛的隔震技術(shù)，隔震效果也最為顯著。具體應(yīng)用方法是將疊層橡膠支座有規(guī)律的布置在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間,形成一層塑性連接裝置,既增大了建筑物的振動(dòng)周期,又可以減小結(jié)構(gòu)的水平剛度和水平加速度,并消耗掉了一部分地震能,從而減少了地震對上部結(jié)構(gòu)的破壞。并且橡膠耐腐蝕性較好，可使用年限達(dá)80～100 年，更換橡膠支座也非常方便。

2 國內(nèi)外隔震技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r

2.1 國外隔震技術(shù)現(xiàn)狀

由于日本和美國的西海岸是世界上地震最頻發(fā)的地區(qū)，所以日本和美國是最早進(jìn)行隔震技術(shù)探索的主要國家。八十年代美國和日本各自建成了第一座采用橡膠支座的隔震建筑，此后隔震技術(shù)的研究在全球各地區(qū)都有展開。但是在諸多國家中，日本的隔震技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用也最廣泛。日本在1983 年建成了國內(nèi)第一座采用隔震橡膠支座的住宅，日本建筑界稱之為“日本第一號”。然而隔震支座在此住宅中的使用并沒有帶動(dòng)隔震技術(shù)在日本大規(guī)模應(yīng)用，直到1995 年阪神地震的發(fā)生才走進(jìn)日本政府和民眾的視野中。在該次地震中，采用了隔震技術(shù)的建筑顯示了良好的抗震效果，基本沒有出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，建筑內(nèi)部的物品和設(shè)施也保存較好。此后隔震技術(shù)獲得了日本政府的青睞也引起了世界的關(guān)注，被廣泛的應(yīng)用于學(xué)校、地鐵、寫字樓，住宅、醫(yī)院等方面。

2.2 國內(nèi)隔震技術(shù)現(xiàn)狀

我國隔震技術(shù)起步較晚，對疊層橡膠支座的研究直到80 年代后期才展開。周福霖院士在90 年代初主持建造了我國最早的隔震居民樓，被業(yè)界譽(yù)為“世界隔震技術(shù)的第三個(gè)里程碑”。目前全國各地區(qū)隔震建筑的數(shù)量已經(jīng)超過6000 棟。其中云南省因地震災(zāi)害頻繁、烈度高、范圍廣，成為我國最早研究隔震技術(shù)，并且發(fā)展最快、應(yīng)用最多的省份。經(jīng)過長期發(fā)展，我國的隔震技術(shù)后來居上，已經(jīng)建成了一批具有世界先進(jìn)水平的隔震建筑。其中最具代表性的建筑就是2019 年落成的北京大興機(jī)場。機(jī)場的建設(shè)區(qū)域涉及三個(gè)地震帶，據(jù)歷史地震資料統(tǒng)計(jì)顯示，該區(qū)域地震活動(dòng)頻繁，因此機(jī)場的設(shè)計(jì)、施工對于抗震的要求非常高，也正是因此成就了它“世界最大單體隔震建筑”的地位。機(jī)場的航站樓共使用了1152 套隔震裝置，其中橡膠隔震支座的體量和單個(gè)噸位都刷新了國內(nèi)使用記錄。大興機(jī)場的建設(shè)，在極大程度上豐富了我國隔震技術(shù)的理論創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也表明了我國隔震技術(shù)水平已處于世界前列。

3 隔震技術(shù)在中國的展望

3.1 我國政策、規(guī)范重視隔震技術(shù)的應(yīng)用

早在2001 年，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）就納入了隔震技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。2006 年出臺的《房屋建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》中明文規(guī)定：“國家支持采用隔震減震等及時(shí)適用的抗震新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)體系，并將其納入規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際工程中推廣使用”。2010 年新修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》擴(kuò)大了隔震技術(shù)的適用范圍，刪減了許多有關(guān)隔震減震設(shè)計(jì)的限制。住建部在2015年發(fā)布了《建筑隔震工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 (JGJ 360—2015)，該規(guī)范明確了隔震建筑工程的施工、使用、維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，并且在很大程度上促進(jìn)了我國隔震技術(shù)的發(fā)展。

3.2 中國高層建筑發(fā)展趨勢

目前世界十大高樓中國占了七座。2018 年，全世界范圍內(nèi)竣工的高度超過200m 以上的143 座高層建筑中，中國有88 座，占61.5%，連續(xù)23 年位居世界榜首。根據(jù)中國目前在建的高層建筑項(xiàng)目推測，到2020 年底，全球最高的20 棟超高層建筑中，中國將占11 棟，中國已經(jīng)當(dāng)之無愧地成為世界高層建筑第一大國。所以在未來較長時(shí)間內(nèi)，中國仍將是超高層建筑的主要開發(fā)市場。據(jù)相關(guān)資料顯示截止2019 年三季度，中國高層寫字樓總建筑面積已高達(dá)5800 萬平方米，直至2022 年，中國仍將有4200 萬平方米以上的高層寫字樓投放市場。相比龐大的高層建筑數(shù)量，已經(jīng)應(yīng)用隔震技術(shù)的高層建筑只占很少一部分。

3.3 前景分析

我國國土面積的79%為6 度及以上地震烈度區(qū)，有一半以上城市位于7 度及以上烈度區(qū)。然而傳統(tǒng)抗震措施在面對地震時(shí)的表現(xiàn)難以令人滿意，所以隔震技術(shù)脫穎而出。隔震技術(shù)可減少50%～80%的地震作用，保證建筑在遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)不發(fā)生倒塌，避免了震后大量的維修費(fèi)用。另外應(yīng)用隔震技術(shù)的建筑還可節(jié)省大量的混凝土和鋼筋的用量，許多工程案例都表明可節(jié)約10%～20%的工程造價(jià)，顯示出明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。所以隔震建筑在中國呈逐年增長態(tài)勢，最近三年增長率都保持在50%以上。據(jù)相關(guān)資料預(yù)測到2020 年增長率可達(dá)70%，隔震市場規(guī)?？蛇_(dá)22 億元。雖然目前我國隔震技術(shù)日益成熟，但就全世界范圍來看仍處于發(fā)展階段，在我國及全世界大部分地區(qū)還未全面普及應(yīng)用，因而前景十分廣闊。

4 結(jié)語

目前我國已建和待建的高層建筑數(shù)量十分龐大，隔震技術(shù)卻未全面普及應(yīng)用。相信在國家政策規(guī)范的鼓勵(lì)支持下，在建筑市場的龐大需求面前，隔震技術(shù)本身具有的多種優(yōu)勢將全面發(fā)揮，隔震技術(shù)必將在中國得到極大的應(yīng)用和發(fā)展，中國也必將引領(lǐng)隔震技術(shù)邁向新的臺階。