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[摘要]针对隔震建筑实际工程现状,文章呼吁需切实加强隔震建筑的技术管理,从隔震建筑的特点和需求出发,阐述了隔震管理的重点内容,并建议采取加强培训和建立管理机制等措施,切实维护隔震建筑良好的功能状态。
[关键词]隔震;管理;伪隔震建筑
隔震技术具有独特的减震理念、特别的产品与构造、卓越的减震效果,可大大提高建筑的抗震性能。采用良好隔震技术的建筑,地震发生时不仅不会破坏,更能成为生命财产安全的保护伞、安全岛。相比传统抗震技术,隔震技术这样特殊非凡减震能力,对建筑结构设计与构造,自然也有其特殊要求。由于这些要求与常规认知差异显著甚至相反,所以,有必要专门管理,特殊对待。
1隔震技术的特别之处
1.1独特的减震理念
常规建筑抗震,采用的是强度理念。依靠结构梁、柱、剪力墙的刚度和强度来抵抗地震作用,要求结构强度大、刚度大。建筑与地基紧密连接,当地震发生,即地面强烈晃动时,建筑根部与大地成为一体,不能发生相对运动,而上部建筑由于惯性(保持其原来状态的性能),会发生来回的摆动。建筑隔震,采用的是变形理念。建筑与地基基础之间设置了水平刚度极小的隔震层,通过延长结构自振周期降低地震作用。当地面强烈晃动时,隔震层的水平大变形能力能够化解地震作用,而使得上部建筑地震响应大大衰减。因此,隔震支座极低的水平刚度是隔震的关键,而隔震层能确保其自由水平变形不受任何障碍,同样至关重要,见图2。一般建筑采用抗震技术,采用越强越大的“抵抗”理念,接近大众的理解能力,自然对承重墙与框架梁柱具有普遍重视。而隔震建筑,水平方向刚度和强度越弱,减震效果越明显,是越柔越好的“妥协”理念,与大众的惯常的思维模式完全相反,不易被采纳。因此,隔震建筑特别需要进行技术管理。
1.2特别的产品
天然橡胶和薄钢板通过叠合而成的隔震支座,见图2。竖向抗压刚度与强度非常大,其指标相当于C100混凝土,而其水平向的抗侧刚度和承载力非常低,几乎完全等同于天然橡胶,其变形能力可达到400%的橡胶层厚度,水平位移在200mm~600mm之间,甚至更大。隔震技术,就一定要让隔震支座发挥其大变形能力才能实现隔震性能。
1.3特殊的构造
与隔震支座的水平大变形要求相适应,隔震层除了隔震支座及其必要的黏滞阻尼器之外,水平方向不能有任何阻碍其变形的设施。因此,建筑室外踏步、坡道、栏杆、平台等都必须设置必要的竖向隔震沟和水平隔震缝,各种上下水管、煤气管等通过隔震层的管道必须设置能够发生上述大位移的特殊柔性连接接头。
2隔震项目管理需求
从1994年我国第1栋隔震住宅,隔震技术开始较大规模的应用,尤其是2008年汶川地震之后。截止目前,隔震建筑至少达到1000万m2。但是从应用现状看尚存在突出的问题:隔震技术规范与隔震构造图集亟待更新与完善,产品尚未标准化,检测亟待严格保管,工程招标、施工监理、质检等严重缺乏相应的技术匹配,更关键的是,隔震建筑后期使用过程,尚缺乏维护管理这一重要的环节。致使隔震构造严重滞后隔震理念,隔震建筑管理严重滞后隔震设计建造,造成实际上存在大量的“伪隔震建筑”。见图3,地震真的来了,隔震层受到障碍不能自由水平变形,隔震效果势必大大折扣,甚至不及抗震。
3隔震项目技术管理内容
3.1隔震设计管理
(1)新版隔震技术国家标准正在最后的审核阶段,对隔震建筑的性能标准有了更高的要求,对设计方法分析的更加明确。(2)新版隔震构造国家标准图集也正在最后的修改完善阶段,隔震构造做法更加详尽、完善。在实施过程中,需要加强专业之间的协调配合,一定要明确,隔震不仅仅是结构专业的事,建筑、水、电各专业都有责任。(3)组织管理上,应设置结构专业的项目负责人,由该项目负责人提出隔震相应要求,并统筹隔震设计细节。应在竣工验收前进行各专业参加的隔震专项验收。(4)建筑方案报批阶段,要及早介入。隔震层的设置牵涉到建筑高度、外轮廓线、地下夹层面积等问题。初步设计阶段,应给出隔震设计专篇,结构专业给出减震目标,其他专业给出隔震层建筑构造、水管、煤气管等柔性大位移连接做法和要求,以编制隔震分项造价。施工图阶段,建筑、结构与水电设备各专业应分别给出隔震设计的要求及构造详图。对新建和加固工程,应给出隔震支座更换时的托换方案。(5)各专业设计,应设置便于后期检查的通道、照明、排水等设施。构造大样应选用便于后期检查、维护的材料与做法。
3.2隔震装置管理
隔震技术涉及天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、弹性滑板支座、摩擦摆支座、黏滞阻尼器、抗风及抗拉装置等设施。由于没有标准化,每个厂家的产品各有差别,没有统一。相比常用的梁柱剪力墙等构件,要复杂的多。因此,应做好产品的技术资料档案管理。(1)由于目前投标多采用低价中标政策,生产厂家多采用天然胶,天然胶比氯丁胶容易老化,更有甚者掺加再生胶,常规检测很难判别。因此,一定要首先确保隔震支座的材质性能。(2)产品厂商应提供完整的产品技术资料,检测报告。每个型号的产品必须提供。检测报告出力学性能检测外,必要提供有效的型式检验报告。(3)对于绝大多数的基础隔震,隔震层位于地下,常年潮湿,常规处理的连接件,锈蚀问题普遍存在,严重影响性能发挥,因此钢构件的防锈标准应提高。
3.3隔震施工管理
隔震建筑的施工,必须严格执行隔震的相关要求,监管重点是:(1)支座的平整度必要严格执行,防止上下面不平齐,造成支座内部内部橡胶出现“鱼鳞裂”。(2消防水管抗剪能力很大,必须采用柔性接头。比如:DN150×4.5镀锌钢管,钢材截面积2055.915mm2,Q235级普通碳素钢,截面抗剪承载力256kN。1只500mm直径的铅芯支座,100%位移时抗剪承载力设计值是200kN。二者能力相当。因此,如果钢管未设置柔性连接接头,隔震层的抗侧刚度将大大增加,隔震效果无法实现。图4中,坡道为做隔震沟,煤气管道未做柔性连接,都阻碍了隔震层的自由位移,并且万一煤气管被剪断,更会造成煤气泄漏的次生灾害。
3.4隔震建筑的维护管理
隔震建筑竣工时,应进行隔震专项验收。为确保整个隔震系统符合隔震要求,隔震作用能够切实发挥。还必须在隔震建筑的使用过程中,必须加强以下工作:(1)常规检查规范对隔震建筑提出了完整的检查项目、方法、要求,但苦于没有实际的运行机制,基本形同虚设。为保持隔震支座、隔震沟、设备管线等状态符合设计时要求,必须采用措施,进行实施。(2)清理打扫应进行隔震层的日常清理打扫,确保隔震沟净宽范围内无杂物填塞,保持隔震层能够自由移动。排除地下隔震层积水,避免隔震连接金属件生锈。(3)改造装修的管理隔震沟盖板外侧,再隔震沟同等宽度范围内,不应有障碍物,或设置永久性隔离桩。在隔离带范围内不能种植树木,搭设临时建筑,确保隔震盖板自由移动。图5是日本大阪市某隔震建筑,采用木质护栏设置建筑隔离带,有效地保护了隔震建筑的良好隔震能力。室外设置的一个平台,可能会限制隔震层自由错动的设施。比如,建筑入口处设置了4个200mm×500mm的毛石矮墙,砂浆采用M7.5,矮墙抗剪强度设计值是76kN。1只500mm直径的橡胶支座,100%位移时抗剪承载力设计值是76kN。二者能力相当。因此,如果任何一个临时砌筑的平台,其刚度也不容忽视。
4管理措施
4.1专业技能培训
(1)针对目前隔震工程施工、监理、质检、维护等专业技能普遍缺乏的现状,建议开展隔震专业技能培训及资格认证,具有相应资质的技术人员才能上岗参与隔震项目的施工管理。(2)建设样板工程,把隔震有关的建筑构造、结构大样、设备各专业管线柔性连接等完整清晰地展示出来,让学员一目了然。(3)建立模拟振动台(见图6),模拟抗震与隔震不同状态的,以及隔震层完全没有任何阻碍、隔震有部分阻碍的隔震效果,让学员亲自实际感受隔震建筑的特点,便于深刻理解、领受,共享高科技带来的美好生活。
4.2专业隔震咨询机构
目前设计院、隔震厂商、施工单位对于隔震也各有所长各有缩短。因此,设置专门的隔减震技术咨询机构,业主隔震项目的技术管理,委托第3方技术咨询机构进行,开展专业规范的常规检查、改造维修的隔震审核等隔震安全运营维护。
4.3健康监测
将隔震建筑的检查、检测等系统接入楼宇智慧监测运维一体化平台,利用GIS(Geo-Informationsystem)、BIM(BuildingInformationModeling)、VR(VirtualReality)新技术手段,与城市消防、防灾等管理网络接轨,实现实时监测、监控集成、在线公布。以减低成本,实现客观高效与规范管理,提高现代物业管理水平,提升防灾减灾能力。
5结语
减震隔震之所以具有卓越的减震效率,使建筑在地震时有坟墓变为安全岛,就是来自于独特的理念、产品、构造,隔震建筑具有优常规抗震建筑完全不同的技术要求。必须采取可行可靠的措施加强技术管理,从设计、产品检验、施工验收等环节,严格按照隔震的要求进行建造。并且,尤其要加强建筑使用期间的维护和运营管理,保持理想的隔震状态,随时具备设定的隔震能力。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范:GB50011-2010(2016年版)[S].中国建筑工业出版社,2016.
[2]鲁风勇.实用隔震构造设计[J].江苏建筑,2018(1).
[3]建筑结构隔震构造详图:03SG610-1[S].中国建筑标准设计研究院,2003.
作者:袁旭东 鲁风勇 单位:鞍钢建设集团有限公司钢结构公司 东南大学建筑设计研究院有限公司