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“隔震垫”“减震器”……山西推广隔震减震技术,让建筑物地震时学会“打太极”

发布时间:2019-05-08 13:45:32 来源:
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  给建筑物底部加层“隔震垫”,或者在建筑物内部安上“减震器”,就能降低震感,提高地震时房屋的安全性,达到地动房不动或地大动房小动。

  5月7日上午,第11个全国防灾减灾日即将来临,山西省地震局和山西省应急管理厅组织媒体参观隔震减震元件生产工厂和太原市中心医院新址、五中新校区等应用隔震减震技术的建筑。

什么是隔震技术和消能减震技术?

运用了什么原理?

在建筑中是如何应用的?

下面

山西云媒体带你进行全面了解

  隔震是“以柔克刚”

  减震是“以消代抗”

  历史上致灾大震震例告诉我们,地震造成的人员伤亡和经济损失,90%以上源于建筑物倒塌所致,因此提高建设工程的抗震能力十分必要。隔震减震技术的使用,有望使建筑在地震中不倒塌真正成为可能。

  山西省地震工程勘察研究院高级工程师曾金艳介绍,隔震技术就是在建筑物基础与地基之间,设置隔震支座将其上下隔离,并设置消能器进行减震,使80%以上的地震能量不能传递至隔震层上部,以达到震时“地动房不动”或“地大动房小动”的目的。

  减震技术就是消能减震,通过“以消代抗”方式,颠覆了传统的结构抗震设计理念。传统抗震结构体系是通过加强和提高侧向刚度来满足抗震要求的,结构越加强,刚度越大,但同时地震作用也越大。消能减震技术则是通过在合适的位置,设置消能阻尼器来消能减震。

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▲减隔震技术的原理

  这种“以柔克刚”“以消代抗”的方式很像太极拳,应用了这种技术的建筑,就如同在地震发生时“打太极”。

  一层钢板一层橡胶

  隔震支座可隔离大部分地震能量

  上午10时,在山西一家研发、生产隔震支座的企业——太原恒晋减震科技有限公司的生产车间,工作人员正在生产隔震橡胶支座。这种支座为矮圆柱形,直径大小不等,特点是一层橡胶、一层钢板逐层叠加,在柱侧面上用一定厚度的橡胶统一裹覆,柱上下是厚的封板。

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▲制作中的隔震支座

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▲模型底部使用的黑色圆柱体就是隔震支座

  在车间内摆放的隔震结构演示平台上,有一座传统结构的楼栋模型和一座隔震结构的模型,上端都设计了水槽。但在模仿地震来临的晃动中,传统结构楼栋模型上面的水槽内“巨浪”不断,而隔震结构楼栋模型上方的水槽内液体表面只是泛起涟漪。隔震结构楼栋模型之所以稳固,就是由于使用了隔震支座。

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▲右边晃动剧烈的是传统结构楼栋模型,左边相对稳定的是隔震结构楼栋模型

  太原理工大学土木工程学院教授、山西抗震与隔震减震专委会主任张文芳介绍,将橡胶和钢板组装到一起后,再经过硫化,钢板和橡胶成为一个整体,最后在中心部位放置一个纯度99.99%的铅芯圆柱,组成一个完整的铅芯消能隔震支座。这样的支座既有柔性又可消能,当地震来临时,可以通过橡胶的受力变形,以柔克刚,使地震大部分能量得以缓冲消减,从而起到将地震能量与上面的建筑物“隔离”的效果。而当隔震支座发生位移时,铅芯圆柱又会起到一个类似“刹车装置”的作用,在最大程度上降低建筑物的地震损失。

  太原市中心医院新址就使用了这种隔震支座。进入隔震层观察发现,每个结构柱下面都有一个隔震支座。张文芳介绍,由隔震支座支撑起的类似“隔震垫”的隔震层,把建筑物的上部结构与下部结构分开,一旦发生地震,支座产生较大的水平位移变形,能隔离大量地震作用以降低上部结构所受的影响。

  据了解,遭受地震时,采用隔震技术的建筑物结构反应,是没有采用隔震技术的1/3—1/10。

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▲太原市中心医院的隔震支座

  建筑物安装“减震器”

  在地震发生时”打太极“

  不同于太原市中心医院新址用隔震支座防震,太原五中新校区大部分楼栋安装的是粘滞阻尼器,作用是消能减震。

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▲X型减震装置,中间是粘滞阻尼器

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▲屈曲约束支撑,也是减震装置

  山西省建筑设计研究院有限公司结构顾问、副总宋宁介绍,粘滞阻尼器是在结构减震设计中使用的,可以减轻强震对结构带来的破坏。这种粘滞阻尼器和液压“千斤顶”很像,由缸体、活塞杆、活塞、阻尼孔(位于活塞上)、硅油(黏滞流体阻尼材料)等组成。当受到地震作用时,活塞和缸体之间会发生相对运动,在结构出现变形时,可大量迅速地消耗能量,以保护主体结构的安全。

  在太原五中新校区,综合楼局部采用了屈曲约束支撑来减震。宋宁介绍,屈曲约束支撑在建筑结构中可发挥“保险丝”作用,全面提高建筑物在中震和大震下的抗震性能。

  据了解,2014年7月,山西省住建厅下发通知指出,全省学校和幼儿园的新建教学用房、学生宿舍、食堂以及医院的新建医疗建筑,必须采用隔震减震技术。在建筑施工、安装等各个环节采取相应的保障措施,确保隔震减震安装使用符合要求。

  曾金艳介绍,隔震减震技术在我国主要用于地震基本烈度8度及8度以上地区的住宅、学校、医院、高层建筑、复杂或大跨建筑、桥梁结构、核电站等工程中。目前我国已有将近1万栋建筑采用了隔震减震技术,还有一些重要的桥梁也使用了这项技术,像港珠澳大桥就是在桥墩顶部设置隔震支座,它是目前世界上最长的采取隔震措施的桥梁。

  在山西,主要在中小学校舍、医院等建筑物建设中推广使用。截至2018年,山西采用隔震减震技术的建设工程共有1000多栋,下一步将继续推进建筑隔震减震技术的应用。

  采写、摄影:田小丽  通讯员:李泽晖

  动图制作:刘卓君(实习)

  山西云媒体出品

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/n3HlUQjaqUOvRy37mmGeHw

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