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技术知识

揭秘芦山“楼坚强”:83个弹簧以柔克刚

标签:[db:TAG]    浏览次数:     时间:2015-09-23 12:22:49

距离震中10余公里的芦山县城,当时地震烈度等级介于八、九度,设计为抗烈度七度的芦山县人民医院新门诊综合楼却几乎毫发未伤,玻璃没碎,墙没裂缝,只脱落了少量的乳胶漆。

造就“楼坚强”的关键就是大楼地基与地面建筑之间那83根橡胶隔震支座。

探访“楼坚强”

玻璃没碎墙没裂缝

只有少量乳胶漆脱落

在每次地震中,当地建筑物的安全总是社会关注焦点。本次“4.20”芦山7.0级地震中,记者发现,芦山县城新区大部分建筑均无大恙。其中,芦山县人民医院新门诊综合楼更是几乎以毫发无损的姿态挺过了7.0级地震,在网络上被称作“楼坚强”。

成都商报记者从当年设计专家处了解到,这栋大楼之所以如此“坚强”,其奥秘在于建筑中上部结构与基础之间安装的“橡胶隔震支座”。广州大学公共安全与防灾减灾研究中心主任周云教授参观后感叹:“这是我国首栋经受强震考验的隔震建筑。”这栋楼采用了框架结构体系,总层数为7层,结构抗震设防烈度7度,系澳门特区政府援建项目。如果不是因为院内众多的帐篷,几乎很难看出芦山县人民医院新门诊综合楼(下简称新门诊大楼)刚刚经历了一场7.0级地震。

昨日下午,成都商报记者依次查看了新门诊楼的一到三楼,发现除了极少量的乳胶漆脱落,整栋大楼内部梁柱和墙构件都基本完好。而从外立墙面看,不仅不见裂缝,甚至连瓷砖都几乎没有脱落,窗户玻璃也没有受到破坏。就建筑本身内外整体而言,新门诊大楼确实可称基本完好。

芦山县人民医院院长曾建江介绍,新门诊大楼于2008年汶川(微博)地震后开建,去年5月建成,今年1月投入使用。不料刚刚使用四个月不到,就遇到地震。多位医生和护士向记者证实,虽然当日新门诊大楼水平摇晃很厉害,但摇晃得很慢,没有出现因为建筑物受损造成的人员伤亡。目前,经过当地建设部门震后快检,新门诊大楼暂时排除危险,并已逐步恢复使用。昨日上午,曾建江也带着来自成都的多名专家在新门诊大楼逐层考察,准备恢复工作。

“楼坚强”是怎样炼成的?

就像打太极将震动能量消耗

这栋大楼这次之所以如此“坚强”,是因为在地基和上部结构之间通过分析与设计采用83个直径为500mm和600mm的橡胶隔震支座。

以柔克刚有弹性并耗散能量

分析与设计芦山人民医院新门诊综合楼隔震结构的周云告诉成都商报记者,所谓橡胶隔震技术,简单地说,有点像在建筑物的地基部分安装了缓冲弹簧,但从原理上说,它与弹簧的区别在于弹簧只有弹性不能耗散能量,而橡胶隔震支座就可以,并最终起到“以柔克刚”的作用。该装置就像打太极一样,将震动能量转换、消耗。

具体而言,橡胶隔震技术就是在建筑物的上部结构(地面建筑)和下部结构(地基)之间,设置一层水平较柔的橡胶隔震支座,以隔离或耗散地震从下而上输入的能量,从而确保建筑结构在地震作用下的安全。一旦地震发生,隔震结构会使建筑物的变形集中在隔震层,阻止地震波能量从下往上传播,使上部结构的层间基本不会变形,从而保护地面建筑结构基本不被破坏。周云举例解释,这就如同海洋中的巨轮,在风浪的作用下,轮船的变形主要发生在其水面接触部位,在耗散了风浪的能量后,轮船本身就不会出现覆倒。目前隔震领域实际运用最多是叠层橡胶支座隔震支座,迄今使用量占隔震建筑占90%以上。

在地基上花小钱在主体上省大钱

周云介绍,采用橡胶隔震技术,并不一定意味着建筑成本的提高。他说,根据设计抗震目标不同、建筑结构类型不同、建筑所在地方不同,成本有可能增加,也有可能减少。减少是因为,有些建筑在采用了这样的抗震技术后,就可以减少地面以上建筑主体中梁结构、墙结构的投入成本。“在地基上花了一些小钱,在主体建筑上省了大钱。”不过,周云强调,这不能一概而论。如果是增加成本,一般为总体成本的5%到10%,如果是降低成本,可能在5%左右。苏州和四川的两家橡胶隔震基座生产厂家称,500mm的单个报价大约在5000到10000元之间,600mm的单个报价在8000到12000元之间。

建筑防震从“抗”到“隔”技术已成熟

这是基础隔震理念的转变,已经从“抗”到“隔”,一般可降低地震烈度0.5—2度。1977年法国第一次将橡胶隔震技术应用于原子能反应堆中。我国第一幢使用橡胶隔震支座房屋,位于汕头市,1991年建成,楼高8层,目前已经经历过两次地震,都完好无损。茂县行政集中办公大楼按抗震设防烈度8度进行抗震计算,通过运用橡胶隔震支座,可使建筑物在地震时水平加速度降低50%-60%。

“橡胶隔震支座类似弹簧”

在地面建筑和地基之间,设置一层水平较柔的橡胶隔震支座,以隔离或耗散地震从下而上输入的能量,有点像在建筑物的地基部分安装了缓冲弹簧。一旦地震发生,隔震结构会使建筑物的变形集中在隔震层,阻止地震波能量从下往上传播,使上部结构的层间基本不会变形,从而保护地面建筑结构基本不被破坏

“水平摇晃很厉害,但摇晃得很慢”

加了橡胶隔震支座的效果,就是让房屋不再大幅度的左右摇晃,而是小幅度的左右平移(右图),减少地面建筑变形。

“隔震建筑”防震原理

1、假设房子悬浮于地面,则地震完全不会对它产生影响,但悬浮在现实中几乎不可能

2、承担房子重量需要支撑,用摩擦力小的滚珠示意,房子在水平方向的固定成了难题

3、为了在水平方向上固定房子,我们增设弹簧,但一旦产生振动就很难停止下来

4、为了让房子停下来,再增加阻止振动持续的阻尼装置。滚珠、弹簧及阻尼,三者合起来就是隔震弹簧的原理

任何一个隔震结构都可简化为图2或图4的情形,其中,弹簧和阻尼的大小会影响减震的效果。隔震系统一般由隔震器、阻尼器等构成。建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡胶隔震支座,将上部建筑结构与下部地基结构隔离,通过柔性隔震层吸收和耗散地震能量,阻止并减轻地震能量向上部结构的传递,使整个建筑的自振周期得以延长,以减轻上部结构的地震反应。

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