工程
橡胶

怎样设计建筑物才能抗震

抗震橡胶支座

首次引入建筑物抗震理念

“地震本身并不伤人,造成人员伤亡的,是由它引发的房屋倒塌、山体滑坡等次生灾害,其中前者又在人员伤亡统计中占绝大部分。就目前的科技能力而言,减轻地震灾害损失的最佳办法,应放在提高建筑物抗震设计上。”原建设部抗震办公室副主任、高级工程师刘志刚5月30日在接受《中国经营报》采访时说。

刘志刚是我国最早从事建筑物抗震研究的专家之一,据他介绍,我国的建筑物抗震规范是在一次次灾难教训中逐渐改善的。新中国成立时,首次引入建筑物抗震理念是第一个五年计划(1953~1957年)期间,在苏联援建中国的151个工程中,首次引进了建筑物的抗震设计规范。1966年河北邢台地震,引起国家有关部门重视,于1974年颁布《建筑抗震设计规范》;1978年吸取唐山大地震的经验教训,对部分内容予以修正;1989年又再度修改。我们现在使用的是2001年版《建筑抗震设计规范》。《建筑抗震设计规范》中的抗震设防烈度,是根据国家地震局公布的《烈度区划图》确定的。

据刘志刚介绍,建筑抗震设防标准是“小震不坏,中震可修,大震不倒”。所谓中震,是指建筑物要达到所在地区在《烈度区划图》中划定的烈度标准。小震、大震,是在这个标准下调、上浮1.55至1度。如在汶川地区,它的一般建筑物的抗震烈度是7度,就是说在发生烈度为5.45的地震情况下,建筑物不应该损坏;在烈度为7度的情况下,建筑物仍可修复;在发生8.3度或9度的情况下,建筑物不应该倒塌。在发生地震时,即使烈度超过建筑物的承受极限(大震),某些韧性好的建筑物也不是瞬间倒塌,应该有逃生时间。

基础隔震让建筑物有缓冲安装盆式橡胶支座

鉴于地震预报仍然是世界性的难题,各国都将重点放在如何提高建筑抗震性能上。

许多国家在研究和应用抗震建筑的时候,离不开抗震理论的指导,其中“基础隔震”作为最为成熟的抗震理论,已经在国内外得到了广泛应用。“基础隔震”是在建筑物底部与地基之间,增加适当的缓冲物,使建筑物在受到地震波作用后的加速度反应大大减弱,同时让建筑物的位移主要由隔震系统提供,从而使建筑在地震过程中发生的变形非常小,达到防护目的。目前的基础隔震技术主要分为两大类:叠层橡胶支座;滚动、滑动支座,包括砂垫层、石墨垫层。在实践中隔震建筑的抗震效果令人惊叹,这促使各国相继制定出适合自己国情的隔震设计标准,尤以中、美、日三国最具有代表性。

我国的《建筑抗震设计规范》(2001年)在基础隔震设计目标上规定:在遭受小强度地震影响时,建筑结构基本不受损坏和影响使用功能;当遭遇设防烈度的地震影响时,不需修理仍可继续使用;当遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时,将不发生危及生命安全和丧失使用功能的破坏。美国在《建筑统一设计规范》(1997年)中规定了如下隔震设计目标:受中、小地震作用时,结构元件、非结构元件或建筑物内的设备等不出现破坏;受大震作用时,隔震体系不出现破坏,结构原件不出现大的破坏,非结构元件不出现重大破坏,并且不影响结构的功能。日本在《日本建筑隔震设计指南》中的隔震设计目标较为简略:在大地震时,隔震建筑上部结构构件不会产生破坏,人员安全和财产安全可以得到保证

加装“阻尼器”消耗地震能量

在抗震加固技术上,国内外目前广泛采用的是消能减震技术,即在建筑结构中增加各种“阻尼器”。在物理学上,使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用,称阻尼。安置在结构系统上的“特殊”构件,如板式橡胶支座的衍生品种,可以提供阻力来耗减运动能量的装置,就称为阻尼器。这种阻尼器用在建筑物的关键节点上,可大量消耗地震波输入到建筑物的能量,保护主体结构免遭破坏。与增强梁、柱、墙来提高抗振动的传统方法相比,阻尼器消能减震技术具有保持建筑原貌、效果明显、节约经费和缩短工期的优势。

据介绍,美国旧金山的威尔斯·法戈银行大楼在1989年地震中受损,其加固就采用了金属阻尼器;美国波士顿的一幢35层建筑在1996年进行抗震加固,共安装了40个黏滞流体阻尼器。国内在这方面也有不少的工程应用,1997年沈阳市政府大楼在抗震加固中采用了摩擦耗能阻尼器,1998年启动的首都防震减灾示范区中,北京的一些标志性建筑如火车站、北京展览馆、北京饭店等,均采用黏滞阻尼器进行了加固。

参考辞典:震级与烈度震级是以地震活动释放的能量多少来确定的。震级标准采用里氏分级表,共分9个等级。烈度是指地震在地面造成的实际影响,也就是破坏程度。影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。一般来讲,一次地震发生后,震中区的破坏最重,烈度最高,称为震中烈度,此次汶川地震的震中烈度就达11度。从震中向四周扩展,地震烈度逐渐减小。一次地震,可以划分出好几个烈度不同的地区。这就像一颗炸弹爆炸后,近处与远处破坏程度不同。炸弹的炸药量,好比是震级;炸弹对不同地点的破坏程度,就是烈度。

我国对地震烈度分为12度:小于3度,人无感觉,只有仪器才能记录到;4~5度,睡觉的人会惊醒,吊灯摇晃;6度,人站立不稳,家畜外逃,器皿倾倒,房屋轻微损坏;7~8度,房屋受到破坏,烟囱损坏,地面出现裂缝及喷沙冒水;9~10度,房屋倒塌,地面破坏严重;10~12度,可造成毁灭性破坏。