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”。
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。
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。
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
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。