隔震技術(shù)的開發(fā)應用是抗震設計的補充和發(fā)展

王芙蓉

摘 要:隔震技術(shù)首先在新西蘭進行開發(fā),后來相繼在日本、臺灣得到發(fā)展。中國是在六十年代出現(xiàn)沙墊層基礎(chǔ)隔震方法,并廣泛應用在建構(gòu)筑物、設備、橋梁、電器儀表、大型計算機系統(tǒng)等領(lǐng)域,在經(jīng)歷大地震的考驗后,人們確認隔震技術(shù)在減輕地震災害中發(fā)揮了抗震技術(shù)不可替代的作用。隔震技術(shù)的開發(fā)應用是抗震設計的補充和發(fā)展。

關(guān)鍵詞:隔震技術(shù)發(fā)展方向抗震設計

中圖分類號:P315 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0020-02

隔震技術(shù)首先在新西蘭進行開發(fā),后來相繼在日本、臺灣得到發(fā)展。中國是在20世紀60年代出現(xiàn)沙墊層基礎(chǔ)隔震方法。經(jīng)過近20年的研究和實踐,隔震技術(shù)日益成熟,并廣泛應用在建構(gòu)筑物、設備、橋梁、電器儀表、大型計算機系統(tǒng)等領(lǐng)域,在經(jīng)歷大地震的考驗后,人們確認隔震技術(shù)在減輕地震災害中發(fā)揮了抗震技術(shù)不可替代的作用。但在中國了解隔震技術(shù)的人還比較少,對它的重要性還認識不足,本人有幸參與過江蘇省地震局和中國石油的合作隔震,有了一個初步了解,現(xiàn)將隔震技術(shù)的基本情況介紹如下。

1 隔震技術(shù)的發(fā)展概況

1909年活動建筑物的誕生;1924年彈簧、球體隔震方法的出現(xiàn);1934年柔性柱支承建筑說實現(xiàn);1965年搖動球座裝置隔震論文發(fā)表;1969年橡膠支承墊建筑建成;1974年多種耗能器應用于多層建筑物;1981年雙重柱隔震裝置在教學樓中采用;1982年含鉛心的多層橡膠支承墊用于工程;

2 隔震技術(shù)的原理和設計方法

2.1 隔震的基本原理

將建筑物與地基用隔震裝置隔開,使地面運動的地震能量直接由基礎(chǔ)的隔震支座和耗能裝置吸收,建筑物相對不受影響,從而達到減震的目的,同時也在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部采取了減震的措施,隔震方法分類有(1)球體支承(2)TFE支承(3)搖動球座(4)雙重柱構(gòu)造(5)多層橡膠墊(6)動力陰尼器(7)慣性泵阻尼器(8)自動控制絕緣法(9)主動質(zhì)量阻尼器

目前基礎(chǔ)隔震采用的形式多為滑動方式或彈性支承方式,兩種形式見圖1。

2.2 隔震技術(shù)設計概念

隔震結(jié)構(gòu)使建筑物地震力降低,層間相對變形小,故其設計重點不是增加結(jié)構(gòu)材料強度,改善變形能力;對隔震結(jié)構(gòu)要進行動力分析;建筑設計大大減化;隔震建筑和一般建筑其變形和加速度變化完全不同。

2.3 常用的隔震裝置介紹

多層橡膠墊:由鋼板與橡膠逐層接合而成其原理見圖2。

阻尼器:它是吸收地震能量抑制變形的裝置,有鋼棒阻尼器、粘性阻尼器、鉛阻尼器等。阻尼器種類見圖3。

3 隔震技術(shù)的應用范圍

隔震技術(shù)應用范圍是相當廣泛的,特別是工業(yè)比較發(fā)達的國家尤為如此。歸納起來已采用隔震裝置的領(lǐng)域大致有以下幾個方面:

(1)核能電廠及相關(guān)設施;(2)變電所、加壓站等設施;(3)電子計算機中心、雷達站等設施;(4)尖端、精密儀表工業(yè),如半導體工廠、精密機床等;(5)大型公共建筑如醫(yī)院、教學樓、辦公樓、俱樂部、通訊樓等;(6)博物館、美術(shù)館、紀念館等文物設施;(7)制造或貯存化學藥品、有毒物質(zhì)、危險物品的工程設施;(8)交通振動、機器振動直接受害的建筑物;(9)生命線系統(tǒng)工程中的重要建筑物;(10)橋梁、儲罐、水塔及設備等。

4 對隔震技術(shù)的發(fā)展方向的預測

對隔震技術(shù)發(fā)展方向的預測筆者在1988年提出過一個設想,即“走抗震與隔震相結(jié)合的道路”。時間已過去兩年了,在中國已經(jīng)有愈來愈多的人開始研究隔震技術(shù),有的學者在某一結(jié)構(gòu)體系上采用抗震措施的同時又人為地設計了具有隔震效果的桿件,這說明采用多種方法抗御地震已成為當今世界共同的發(fā)展趨勢。

目前隔震技術(shù)尚未全面推廣的主要障礙是造價問題。隔震裝置的造價相當于一層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的造價,也就是說,采用隔震裝置的造價相當于總造價的15—20％。如果造價降下來,隔震技術(shù)將會得到迅速發(fā)展。

中國和日本、美國、新西蘭等國不僅國情不一樣,經(jīng)濟實力也相差甚大,甚至建筑材料也不相同。例如在日本磚石結(jié)構(gòu)已經(jīng)絕跡,但在中國仍廣泛采用秦磚漢瓦。外國言先在建筑物上采用隔震裝置,而我們中國在大量磚混結(jié)構(gòu)房屋上推廣這一技術(shù)就不現(xiàn)實。當前我們迫切需要解決的重點似應在以下幾個方面:

4.1 貴重浮放設備的隔震

我國大量貴重浮放設備均沒有防震措施。當遭受破壞性地震時,放置在地面、樓層面或樓層的臺面的儀器設備可能移動,相互碰撞以致墜落損壞、丟失珍貴得數(shù)據(jù)、影響正常的生產(chǎn),甚至會造成不可挽回的損失。隔震技術(shù)用于這些浮放設備、能保持地震時相對不動而使這些浮放設備在地震時完整無損。人所共知,有些設備的造價比一座建筑物要貴得多。設備損壞造成停產(chǎn),損失是無法計算的。

4.2 計算機樓板需要隔震

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,大型計算機中心相繼一個個建成,但是放置計算機軟硬件的樓板并不隔震、樓板的架空層都是積木式的活動樓板,一旦有震．機件的倒塌碰撞將不可避免,所以采用隔震樓板是保證計算機重要部件在地震時不受損壞數(shù)據(jù)不丟失的重要措施。中國建研院抗震所和中國石油天然氣總公司物探

局共同開發(fā)的計算機隔震樓板值得推廣。

4.3 高烈度區(qū)生命線系統(tǒng)中的重要建筑物可以采用基礎(chǔ)隔震裝置

上面介紹的各種多層橡膠墊和各種阻尼器都是成熟的技術(shù)。但是全靠引進不行,少量引進、立足自己研制是正確的方向。在認真消化吸收國外的先進隔震技術(shù)的同時,要創(chuàng)制出中國自己的隔震技術(shù)來。如李立教授等研制的砂墊層隔震、魏璉

教授等研制的滑動摩擦耗能減震方法都是大有可取之處的

4.4 要突破目前隔震結(jié)構(gòu)使用上的局限性

目前日本采用隔震裝置的建筑物均在30m高度以下,建筑物基本周期控制在4s以內(nèi),地基都比較好。超高層建筑、軟弱地基上如何采用隔震技術(shù)尚無研究。如何有針對性地研究這類問題,大有探討的必要。

隔震技術(shù)是世界的發(fā)展趨勢,中國不久的將來定會出現(xiàn)各種類型的隔震裝置。

隔震的優(yōu)越性不僅在國外得到檢驗,也一定會在中國大地上得到體現(xiàn)。

5 結(jié)語

中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB183-2001)剛剛頒布,建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2001)也剛剛出版,許多新的概念,新的參數(shù),新的方法需要學習消化,傳統(tǒng)的設計觀念需要調(diào)整,未來的地震趨勢還要進一步追蹤,國家的防震減災政策方針還要加深理,還有許多深層次問題尚未涉足,所以對我們工程界的管理人員、技術(shù)人員盡快提高防震減災管理水平、技術(shù)水平的任務還相當艱巨,生命線工程的防震、減災、設計、生產(chǎn)、管理都面臨著許多新問題,目前我們還提不出一套對策來。

例如:水電訊、消防系統(tǒng)的應急的對策;大型油氣儲庫的減災的對策;長輸管道的地質(zhì)災害對策;大型穿跨越工程的抗震對策;活斷層處工程設施地震破壞機理研究;埋地管道抗震設防標準研究;液化地基綜合判別及處理措施研究;設備隔震減震標準化系列化研究;生命線系統(tǒng)震害預測方法研究等等。我們了解的還不多,甚至有些還相當陌生,為此,我們還將付出艱辛的努力,發(fā)揚江澤民總書記在視察唐山時(1996年)提出的“公而忘私、百折不撓、患難與共、勇往無前”的抗震精神,把“十五”期間的防震減災工作抓深抓實抓到底,為確保石油工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,為推進石油工程抗震工作做出我們的貢獻！