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          給建筑裝上“隔震墊” 以柔克剛抵御地震危害

          2021-12-29 09:22:45

          來源:科技日報(bào)

            15.4億元

            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。

            科技大獎中的“民生”關(guān)鍵詞③

            ◎?qū)嵙?xí)記者 孫明源

            2021年是唐山大地震45周年。在過去的半個世紀(jì)當(dāng)中,為了應(yīng)對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)獎勵大會上,“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)步獎二等獎。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)?科技日報(bào)記者聯(lián)系到多家相關(guān)單位,請他們對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’?!痹?021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報(bào)記者介紹了隔震技術(shù)的特點(diǎn)?!皞鹘y(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?!?/p>

            現(xiàn)場演示的實(shí)物模型表明,當(dāng)“地震”發(fā)生時,采用了隔震裝置的上層建筑只發(fā)生了相對較小幅度的平行移動,而未采用隔震技術(shù)的建筑出現(xiàn)的甩動則劇烈得多。“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)對各種復(fù)雜的需求和場景,例如高層住宅、醫(yī)院、地鐵、歷史建筑等都對隔震技術(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)。

            “我們這個項(xiàng)目歷時二十多年,產(chǎn)出了大量成果,內(nèi)容十分豐富。”在接受科技日報(bào)專訪時,獲獎項(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,這些都是我們在裝置研發(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?!惫a(bǔ)充說。

            作為獲獎項(xiàng)目的第二完成單位,東南大學(xué)牽頭完成了多個項(xiàng)目成果,涵蓋了以上四個創(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號線琨御府、8號線公園悅府和16號線北安河上蓋等項(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支座的噸位都創(chuàng)下國內(nèi)之最。

            大興機(jī)場的一大特點(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。列車的高速出入會產(chǎn)生較強(qiáng)的震動和較大的風(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,多于日本的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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