央视《透视新科技》专家评隔震新技术,明确新方向!

减隔震支座 行业新闻来源:减震技术3,993阅读模式

2019年9月25日,北京大兴国际机场正式通航,作为目前世界最大空港的超级工程,它的正式投入使用,吸引了全世界人的目光。大气美观的造型,宽阔的视野,便捷的换乘,这些让旅客感到舒适方便的设计,对于抗震性能来说,却是设计上的难题。我国设计人员如何克服技术难题,大兴机场的隔震技术又有哪些独到之处呢?

2020年4月6日,央视《透视新科技》 栏目邀请北京大兴国际机场结构设计总负责人束伟农以及北京防灾科技学院周洋博士,对隔震技术进行解读。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

一、隔震技术基本特征及优势 :文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

1)安装位置在建筑结构底部,对上部保护有利;文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

2) 材质及制作工艺:竖向橡胶支座(橡胶层+钢板+橡胶层);文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

3) 抗震效果:阻绝80%能量;抗震能力提升8-10倍;文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

3) 其他优势:成本低(初步结构造价节省10%);占用有效空间小;更助于保护人员、设备、财产;文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

二、当前情况与展望:文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

1)现在全国几乎无6度以下地区;文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

2)目前标准“小震不坏、中震可修、大震不倒”仍然较低,未充分考虑财产保护;文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

3)预计未来会向日本一样广泛推广,空间广阔。文章源自建筑隔震支座_隔震橡胶支座_密封件_厂家定制批发-http://www.go-we.com/2010.html

三、案例

案例一: 大兴机场

1)世界最大层间隔震:地下有高铁通过,隔震层上移,设计与施工难度较大;

2)世界最大单体隔震建筑:大厅支柱少,只有8个;

3)同时采用隔震产品与减震产品;最大直径的1500毫米,单个橡胶支座重达5.6吨,这么大的支座目前在国内属于首次使用。

案例二: 庐山县人民医院门诊楼

该楼是汶川地震后修建,2013年雅安7级地震时几乎毫发无损,5米之外的医技楼损坏严重。

四、要点回顾

 

五、采访原文(复制后文链接至浏览器查看完整视频)

问:北京大兴国际机场采用了隔震措施,这种设计究竟是一种什么样的技术?

一般来讲,所有的建筑都要做抗震设计,隔震技术也属于抗震设计的一种。简单来讲,隔震技术就是要在建筑物内要增设一个隔震层,来降低或者减轻地震对建筑物的破坏。

问:隔震层是在什么位置呢?

隔震层一般是要修建在什么样的位置,地震波的传播,是从大地传到结构上的。那么我把这个隔震层设计在越靠近底部,那么我对上部的保护就越有利,效果就越显著,所以通常隔震层是要设置在底部。

问:那么在地震袭来的时候,隔震层是如何实现隔震的?中间的科学原理,又是什么?

隔震层最主要的一个设施或者是叫设备是隔震支座。目前咱们国内用的最多的也是最普遍的就是橡胶隔震支座。橡胶隔震支座是由两部分材料构成的,一个是橡胶层,那么咱们都知道橡胶它的承载能力是很低的,变形是非常大的,那么只有橡胶层是不够的,橡胶层和橡胶层之间又增加了一个钢板,通过一些硫化工艺,让钢板和橡胶能够紧紧的连接在一起,这样既约束了橡胶层的变形,又提高了隔震支座的承载力,所以在地震过程当中隔震支座有两部分作用,第一个作用它能够起到一个竖向支撑的作用,因为它承载力是很可观的。还有一个作用就是它侧向刚度是非常柔弱的,在很小的地震的作用下,它就能够发生一个比较大的往复位移,这样一来相当大一部分的地震力就被阻隔在了隔震层,而不能继续向上传播,进而保护了上部的结构。现在目前我们根据已有的资料,还有工程案例来说,采用隔震技术以后能够阻隔地震作用大约是80%左右,它的抗震性能指标能提高8~10倍。所以说从概念上来说,隔震技术把抗震性能会提高很高。

鉴于日本地震的情况,我们也了解日本大量采用隔震建筑,在历史强震记录中已经得到考验了,所以说明这个技术是很好的技术,而且从目前为止也没有一栋隔震建筑会垮塌的。

所以从这个角度看,我们可以这么说,我们目前国内工程,芦山地震经历过一次,芦山县人民医院的项目经历过强震考验,对比很明显。

2013年4月20日,在四川雅安7.0级强烈地震中,150万人受灾,上万房屋受损。但是芦山县人民医院门诊综合楼却几乎毫发无损,而相距不足5米的医技楼则损坏严重,无法使用。地震中很多的受伤群众都是在门诊综合楼里进行救治,这个楼也因此被网友赞为“楼坚强”。

问:具体隔震技术在实践当中是如何发挥作用的?接下来我们通过一个实验来和各位分享一下。(传统建筑与隔震建筑模型对比)

咱们看一下,在开始实验之前,先看看这这两栋建筑,这两栋建筑物从外观上来看应该是完全一致的。那么我相信在地震的时候咱们就会知道它,它们的表现是完全不一样的。我能够明显的看出来这两栋楼上的水箱中水的晃动幅度是不一样的,是不是?你看我左手边这栋建筑物,水花四溅,另一栋四平八稳。这个就是隔震给我们带来的功效。我们可以看台座,这个是一个制动台,这两栋建筑物都是放在台上,但是我左手边这个是没有隔震的,就是传统建筑在地震的时候,它的震动就是这个样子,晃动得非常明显,但是我们的隔震建筑几乎是看不到震动的,它的变形基本上是被隔震层给抵消掉了,只有20%、30%的地震力传到上面来,所以它的晃动是非常小的。

问:大兴机场的隔震技术的使用和其他的建筑隔震技术的使用相比而言有什么样的不同吗?

其实从技术来说,基本上都是一致的,但是也有不同的地方,比如大兴机场最大的问题是下面有高铁,高铁穿越航站楼以后,因为不能设置隔震层,所以隔震层要上移,设计难度要加大了一点。主要的区别其实从原理上和概念上都是一致的。从规模上来说,大兴国际机场可能是目前世界上最大的单体隔震建筑,同时也是世界上最大的隔震机场。

问:您刚刚提到一个词叫做大型单体建筑,这是什么意思?

就这个意思,我们要单体建筑,比如你几个楼在一起,那就是好几个楼住在一个建筑,就是单体建筑组成一个建筑群有100万平米,而航站楼上项目是一个单体航站楼,它自己本身的航站楼本身面积是80多万平米,它地下轨道交通加起来又加起来100万平米,就这样的话我们叫单体。

问:这种隔震层上移的设计,在其他的建筑当中曾经有没有实践过?

大兴国际机场比是比较先进,因为这个项目确实是在这么大的机场工程中采用层间隔震的很少,过去也采用过层间隔震,都是比较小型的项目,像这个项目规模这么大的条件是第1次。因为层间隔震会带来很多问题,比如防火问题,还有管道管线穿越隔热层的问题,电梯、竖向交通的问题,一切问题都要考虑。当然层间隔震衍生出来的问题比较多。

问:我们知道大兴国际机场在修建和设计的时候,只使用了8根支柱,这8根支柱对于抗震设计而言,包括对于隔震层的建筑而言,有没有产生一些什么样的挑战?

我们追求的两个特点,一个是叫无柱空间,然后这样的话就形成了8个C型柱。主要是负荷面积比较大,负荷面积大了以后,它的柱下的荷载就特别大,所以导致我们隔震支座选择就特别难,这是一个我们当时考虑的问题。另外一个问题,因为采用8个柱子以后,要提高整个航站楼的抗震性能,要通过隔震来解决是最好的方法,但是带来的难题就是因为荷载是极不均匀的,因为这个大厅18万平米就8个柱子,那么下面的荷载要传下去以后,那么隔震支座的要求也提高了。所以我们用到国内目前最大的歌能制作1米5直径的隔震支座,就是为了针对这个工程定制的。

问:大兴机场使用了很多的减隔震的技术,具体的表现有哪些?我们来通过短片了解一下。

大型机场的主航站楼面积为105万平方米,航站楼主要采用隔震技术,为了达到抗震设防标准,同时使用了隔震产品和减震产品,其中隔震装置1320套,减震装置阻尼器144根,最大直径的1500毫米,单个橡胶支座重达5.6吨,直径这么大的橡胶支座,目前在国内属于首次使用。

问:这些隔震产品是如何保护大型机场的?为何要选用这么大的隔震支座?隔震支座在其中又是如何发挥作用的?

其实隔震支座这一块设计是可以通过计算来确定的,大型公共建筑,它荷载的是很不均匀的,所以我们隔震支座选择范围是很大的,当时考虑最主要的一个因素就是量大面广的,首先选的是1米2的直径的隔震支座,然后在荷载比较大的地方,我们采用1米3、1米5,主要是根据竖向承载力需求和位移需求两个目的来选择隔震支座。

问:隔震支座的直径是达到了1米5,为什么要用这么大的一个隔震支座呢?

航站楼的规模比较大,而且支撑结构追求的是无柱空间,这样的话支支撑点比较少,柱子比较少的话情况下,个别点的荷载就特别集中,因为需要承担竖向荷载和水平荷载两个部分,对竖向荷载的话,那是必须满足要求的,所以当时我们也考虑这个项目的情况,根据大量的计算情况下来我们发现1米5的隔震支座才能满足这个要求,后来没想到1米5直径支座是国内最大的隔震支座了,所以说也是创下了一个记录。

问:是不是就意味着隔震支座越大,它的抗震效果就越好?

隔震支座的大小主要对抗震效果没有什么太大的影响,它主要是增加了施工的难度和建造的难度。隔震支座越大,那么工艺肯定要求的就要越高。

问:那么隔震支座的大小主要是由什么来定的?

就跟刚才束总讲的一样,主要是靠它的上部的荷载的大小来决定了你隔震支座的表面截面面积的大小。

据我所了解到大兴机场所采用的隔震支座,它的直径达到1米5,但是它的性能一点都没有降低。咱们国家标准要求隔震支座的能够承载的最大变形是350%,然后大兴机场采用的隔震支座,它的变形性能是要优于国家标准的,它的最大的变形量能够达到总橡胶总厚度的400%。这个数据在目前来说在国际上来说也是很先进的。

问:高铁从机场下穿,那么对于隔震支座的设计和建造而言,从科学的角度上来说,又提出了什么样的难题?

限制了隔震支座的选择。因为在基础隔震的时候,一个支座不够的时候我可以加两个支座或者加三个支座,但是我们在层间隔震的时候,一个柱子上只能摆一个支座,所以这个项目里面所以我们使用了最大的隔震支座,1米5直径,就是这个原因造成的。

这里的难度大概来说可以分成两部分,第1个,高铁的高速穿过它本身是会产生震动的,这个震动对于大型机场来说它也是很要命的。第2个,是要保证高铁的连续和贯通,这样一来就必然要在高铁的正投影的下方不能够去设置隔震支座,隔震支座要上移,上移之后整个隔震层就要在这个地方发生一个上抬,上抬以后设计、施工都带来了很多的困难,都需要再重新的计算,重新的设计。

问:轨道交通的使用,对于大兴机场而言,使得隔震层向上提了一层,这是施工的难度之一。除此之外,对于隔震层施工的难度,还有其他一些什么因素的影响吗?

因为我们航站楼中心区采用层间隔震,它的建筑面积达到18万平米,所以这样的话,本身混凝土收缩徐变,还有温度作用会产生很多问题。所以这样的话保证隔震支座的垂直,这是我们目前要考虑的问题,所以我们在这上面也做了很多措施,来保证隔震支座垂直,这样的话垂直以后,才能够定下最大的位移,发挥它最大作用,这是一个方面考虑。这是第1个方面。

第2个方面考虑就是,隔震支座在柱顶上,它就是一个支座只在一个位置上,所以它对施工上的安装精度要求特别高,要平整度,而且这次是1811个隔震支座,那么我需要保证它的平整度,像这么大面积下保证平稳度的难度也是很大的。这个工程里面,所以我们讲施工上难度有两个大难度。

对设计来说,我解决的主要是构造问题,原理是一样的。但是工程小的话,这些问题好解决。但工程特别大的时候,难度就是加倍的。

问:之前我们提到很多建筑物的隔震层是修建在最底部的,那么对于大兴国际机场而言,隔震层又向上移了一层,这样对于抗震效果而言的话,会不会有衰减?

隔震技术原理是非常清晰明了的,通过我施加一个柔弱层,让我的地震力就减少向上的传播,所以你设置在什么位置,对我的建筑物来讲,保护效果是一样的,但是可能保护的量没有那么多了。甚至在顶层甚至在次顶层的话,只能保护顶层。那么要是在基础层,它可能就保护基础往上的所有层,这是效果的差别,原理都是一样的。

我觉得不会衰减,因为抗震是通过计算来确定放在什么位置上,其实放在什么位置上它都能达到隔震的效果。如果放在基础是把整个建筑全保护起来,如果放在地下一层,地下的二层我们就没法保护。

问:大兴国际机场使用了减隔震技术,我们在今天也和大家分享了很多的技术亮点,对于其他的建筑而言,这样的一些设计和应用可以带来一些什么样的新思路吗?为什么要采用隔震技术?或者说采用这种隔震、基础隔震,主要是为了对抗什么?

为了要满足地震的时候,房屋不坏或者房屋不倒,那么我要增大我的柱截面,我要采用更多的钢筋,采用更多的混凝土,这是第1个增加了我的成本。第2个是柱子变大了,有效的利用空间就少了。还有一个是即便增大了我的柱子,用了更多的钢筋,用了更多的混凝土,也不见得在地震的时候就不坏,所以就为了抗御避免这些抗震设计的弊端,我们要采用隔震技术。

采用隔震技术有那么有几点考量。第1个是隔震技术,能够去给我提供一个更好的一个安全岛。地震来了以后,地震只是在我的建筑物的下部去发生震动,但是只有很少量的地震能够传递到我这个结构上方,所以结构上方能够形成一个安全岛。这是第1个。第2个采用隔震技术以后,经济性能够得到了一个很好的保障,我增加的成本不多,甚至于我是降低我的建造成本的。那么第3个是采用隔震技术以后,我不但要保障结构的完好,很多情况是这样的,如果地震一来我这个房子可能没有倒,但是我里面的设施还有我的人员,比如说我天花板是很有可能会掉到下面来,如果说人在底下的话,把人砸破头了,碰伤你,这个是很现实的,那么我采用隔震技术以后,人的安全和设备的安全就得到了一个保障。

问:我们也了解到了有关隔震技术的很多细节,放在宏观的角度来讲,大兴国际机场的隔震技术有哪些创新呢?

因为一些机场类隔震建筑里面,虽然过去美国有旧金山机场,但是土耳其也有机场做过隔震,但是我们大兴机场一旦做完隔震以后,肯定是机场类最大的,世界上最大的一个,也超越了昆明长水国际机场,成为是隔震建筑的标杆了。

第2个,采用隔震技术以后,还有一个特别好处就是什么?从概念上说,我们由于降低地震作用,因为把地震力减小了以后,抗震要求就降低了,这样的话从概念上也可以节省工程造价,初步的结构造价能够降低10%。第3个目的,因为采用技术以后,我们目前这种超大项目,隔震技术的应用,产生了一些技术和一些成果,就会为我们国家建筑隔震支座标准的更新,提供有利的依据,这是一方面。

最后一个方面,也是我们这个项目里面特有的,因为这种层间隔震大面积施工技术,也是填补了我们国家目前这种层间隔震技术的一个工法,就是施工工法、工艺工法。所以这也是我们通过技术的应用以后产生的成果。

问:我国的减隔震技术的推广,目前而言是一个什么样的状态?在二位看来未来还会有什么样的发展?

我觉得现在是有几个高潮,在国内来讲有几个高潮,第1个就是咱们2013年的芦山地震,咱们国内到目前为止,经历过地震检验的隔震建筑,大概是有7栋,但是比较知名的社会上知道比较多的是2013年芦山地震的芦山县人民医院门诊楼,那个时候社会上是咱们主流媒体是大幅报道的,所以它引起了一个比较大的社会效应。

问:刚才我们提到了芦山县人民医院是使用了隔震技术的,在地震到来的时候这个技术是如何发挥作用的?

周博士:这里我先介绍一下。建筑地震完了之后,我是第一时间到达现场的,所以我是亲眼目睹了它的有效性。芦山县人民医院是汶川地震以后修建的,当时一共是修建了3栋,其中有一栋就是最前面门诊楼,是采用了隔震技术,其余两栋是咱们普通的传统的抗震设计的建筑。采用隔震技术的门诊楼,在地震的时候几乎是完好的,因为地震之后有很多伤员,所有的大型手术都是在这个医院里边去开展的。当时他们院长就如果说如果门诊楼没有采用隔震技术的话,可能是要加重地震造成的破坏的,对人员的伤亡可能是要加重的。

第2个就是束总您做的北京大兴国际机场,这个机场它应该是一个是国家标志性建筑,它是一个国家名牌,这个建筑采用了隔震技术。我相信隔震技术应该是会在咱们国内在未来应该是会大面积的去普遍采用的这么这么一个态势。

束总:我的看法,我认为,因为现在我们国家区划图以后,我们国家基本上全部成为抗震区,因为现在没有6度区以下的地区了,基本上都6度以上了,所以这样的话我觉得通过引领作用,其实隔震技术是有一个认识的过程,一个人认识一个东西好坏肯定需要一个过程。

问:所以这个过程是需要我们工程界的人宣传,对吧?

这也是一个推广,这个东西最后结果其实也是为社会做贡献的地方,其实隔震技术采用多了,抗震水平就会提高,性能会提高,但对人、财产的安全保护都是好的。

所以我认为,这项技术日本现在已经做了很多了,我相信中国未来也是跟它一样,其实这东西都是技术都是一样的,其实谁来做都是一样,只不过是观念问题了,改变以后,我相信会得到推广的。

问:束工您作为大兴国际机场的结构设计总负责人,关于隔震设计的应用给您带来什么样新的启发?

从大型国际机场的项目来看,因为我就是一个想法,现在目前传统的抗震设计方法都是大震不倒,我们目前就是保证建筑大震不倒,刚才周博士也说了这个思路,但是我认为这个设防标准到目前来看,我认为不算太高,为什么?因为你只是保证大震不倒,但是这里面的房屋破坏以后,性能破坏以后,只是保证人员安全,财产安全都没有考虑进去。我觉得像隔断技术的应用以后会带来的,刚才谈到很多好处,就能保证一个人的生命是能保证,那么房屋本身的安全也能保证。另外还有轻隔墙,还有家具各种方面的问题,所以我认为隔震技术的标准相对来说,就把我们国家的抗震设防标准相对提高了,如果采用这个技术以后,相对于来说就提高了我们目前的抗震设防水准,所以我希望是在全国推广这种这个技术,确实我们认为是比较好的技术。

问:周洋博士,我国现在的抗震设防标准是怎样?

中国的现行的抗震设防水准是“小震不坏,中震可修、大震不倒”,设防水准是不高的。因为可以保证人的生命安全,但是保障不了财产安全。1989年美国加州地震里边有一个橄榄景医院,医院严重破坏,但是没有倒塌,里面有21亿美金的设备不能使用了。太可惜了,损失是非常大的。

问:大兴国际机场的抗震设防标准究竟是什么样的?

大型国际机场的抗震设防标准,按照国家标准是按8度设防,但是由于这个项目重要性,所以说这个项目相对于把标准提高了一部分,但是采用隔震技术以后,这个项目的抗震性能又提了一步。我可以这么说,在大震下,大地震超越我们设防烈度的情况下,这个项目还是可以能够保证完好的。

问:像机场的项目为什么要做隔震?

其实也是因为机场是生命线工程,因为在抗震救灾了,在重大灾情情况下它要发挥作用,如果在地震下它首先坏了,这对后续不太好。

继续阅读
广告也精彩
 
减隔震支座
  • 版权声明 本文源自 减震技术, 减隔震支座 整理 发表于 2020年5月6日13:14:21
  • 转载请务必保留本文链接:http://www.go-we.com/2010.html
隔震支座厂家