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科普小讲堂——隔震如何保护我们的建筑

发布时间:2023-09-21      浏览量:

1、为什么要用隔震

 传统的建筑是固定在地面上,由于建筑物自身重量大,而且建筑物的振动频率跟地震很接近,所以在以往多次大地震里有很多建筑物发生倒塌。隔震技术就是把房屋建造在隔震支座上,隔震支座在水平方向很柔,这样将上部房屋和地面运动隔离开。在地震期间,上部房屋就像穿了旱冰鞋,房屋变形主要集中在隔震层处,上部房屋受地震影响就比较小。 


地震中隔震建筑(左)和非隔震建筑(右)变形对比

自2008年汶川地震以来,我国许多房屋都开始采用隔震技术。在高地震风险区,隔震技术可以降低上部房屋的设计荷载,节约房屋建造成本。对于功能性建筑(如医院、灾害指挥中心和实验室),隔震技术可以降低地震期间建筑物内的震,保护财产安全和建筑物功能。

 

芦山地震中的芦山县人民医院住院楼(非隔震)和综合楼(隔震)

 

2隔震建筑长什么样

框架结构通常是把隔震支座布置在基础立柱的上方、接近室外地坪的位置。支座安装在地下室上。隔震支座可以安装在室外地坪以下,这样对上部建筑功能性影响较小。但是此时一定要留出防震缝,使得上部结构与土体之间有一定的缝隙,否则在地震下上部结构不能水平运动,隔震支座就会失去效果。另一种解决办法则是把隔震支座设在高于地面的地方。此外,需要注意在隔震支座外设置保护层,减少雨水侵蚀和其他污染物进入。

框架结构(带地下室)隔震支座位置

建筑底部的隔震支座(摄影:Miyuki Meinaka)

隔震沟警示牌,显示建筑在地震下最大变形可达60厘米(摄影:keyaki)

 

3典型隔震建筑案例

把房子建在地铁站上:北京通惠家园

北京的通惠家园小区在1998年开始建设,建筑隔震建筑面积48万平方米,是当年世界面积最大的层间隔震建筑群。

整个小区共有17栋9层的住宅楼,建设在距地面高11.6米的地铁车辆段大平台上,下面跑地铁,上面住人。这个大平台长1300米,宽250米,难以采用基底隔震的方案。所以选择隔震支座安装在大平台上,小区内的住宅楼则分别建造在隔震支座上。这种构造被称为层间隔震,此时在大平台和住宅楼之间设置了柔性管。

地铁上盖的建筑物会受到地铁运行的振动影响,这种小幅高频振动与地震下的振动有很大差别。为此,这个隔震建筑采用三维隔震支座,把层叠钢板橡胶支座里的橡胶层厚度增大,让支座在竖向的刚度也减小,这样就可以减小竖向的振动,这种支座被称为厚层橡胶支座,厚层橡胶支座在水平向也能起到和普通层叠橡胶支座一样的隔震作用。

通惠家园实景图

隔震支座照片,隔震层内有许多管道穿过

 

我国机场航站楼隔震初试:昆明长水机场

昆明长水机场于2012年竣工,是当时世界上最大的单体隔震建筑。机场下部采用钢筋混凝土,屋顶采用钢结构,就像一顶帽子放在了支架上。长水机场航站楼的隔震支座放置在地下三层底部和基础连接的位置,深埋入地下。共采用了1810个隔震橡胶支座,其中铅芯橡胶支座654个,天然橡胶支座1156个,单个支座重量约为1.9吨。此外还采用了108根黏滞阻尼器,最大推力达到160吨。

2015年3月9日,昆明市嵩明县发生4.5级地震,震中距昆明长水国际机场约28km,由于航站楼工程设置了强震观测系统,得到了实际地震动记录。隔震后第3层处的加速度仅为基础处加速度的1/3~1/5,展现了隔震支座的效果。

昆明长水国际机场(摄影:N509FZ

隔震支座的安装,1根柱子上安装4个隔震支座