建筑經(jīng)濟(jì)防震減災(zāi)構(gòu)造研究

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1隔震結(jié)構(gòu)建筑的減震原理

隔震，即隔離地震。隔震結(jié)構(gòu)是指在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震層以隔離地震能量結(jié)構(gòu)。隔震指在房屋底部設(shè)置由隔震支座和阻尼器等部件組成高度很低的柔性底層，稱為隔震層，使基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)斷開，以延長整個體系的自振周期、增大阻尼，減少輸入上部結(jié)構(gòu)的地震能量，達(dá)到預(yù)期防震要求[1]。

2隔震技術(shù)在云南省建筑中的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1云南省隔震結(jié)構(gòu)建筑的地震設(shè)防烈度統(tǒng)計

目前，隔震技術(shù)在震害較嚴(yán)重的云南省的應(yīng)用已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，且已有一部分工程經(jīng)歷過幾次地震的考驗，證明了隔震房屋的良好抗震性能。根據(jù)調(diào)查及相關(guān)資料，云南省內(nèi)進(jìn)行隔震技術(shù)房屋的抗震設(shè)防烈度統(tǒng)計。可明顯看出，隔震結(jié)構(gòu)在云南省主要應(yīng)用于地震設(shè)防烈度為8及其以上的房屋建筑，特別是抗震設(shè)防烈度為9度的房屋建筑。

2.2隔震結(jié)構(gòu)建筑在云南省的應(yīng)用情況分析

根據(jù)收集到的調(diào)查資料，得到采用隔震技術(shù)的隔震結(jié)構(gòu)在云南省的發(fā)展應(yīng)用情況。從圖2可知，近些年特別是1995年以后隔震房屋在云南省發(fā)展迅速，隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性正在被更多的人所接受。云南省的隔震房屋所采用的結(jié)構(gòu)形式主要是磚混和框架，其它結(jié)構(gòu)形式所占比例極少。目前隔震房屋的層數(shù)多集中在五～八層，五層以下及十層以上的隔震房屋不多，設(shè)計設(shè)備層、地下室及停車場的隔震建筑所占比例也較小。3隔震結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)濟(jì)性分析

3.1影響隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的因素規(guī)范[5]

規(guī)定：建筑結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計和消能減震設(shè)計，應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地條件、建筑結(jié)構(gòu)方案和建筑使用要求，與采用抗震設(shè)計的設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的對比分析后，確定其設(shè)計方案。所以，為了推動隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展，在降低隔震裝置造價的同時，還應(yīng)對隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行較準(zhǔn)確的評估，并綜合考慮隔震結(jié)構(gòu)的功能、安全、經(jīng)濟(jì)因素之間的平衡。當(dāng)前在隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析方面的研究比較少，在對隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時，只考慮影響其變化的某一個或某幾個因素，沒有較全面完整地對經(jīng)濟(jì)性影響因素加以分析，沒能在房屋隔震和非隔震設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性比較方面作出較詳細(xì)的研究分析。本文在以往隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析及結(jié)合規(guī)范的基礎(chǔ)上，對影響隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的因素作了總結(jié)分析。

3.2隔震結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)性分析

隔震結(jié)構(gòu)的投資應(yīng)由兩部分組成，即工程建設(shè)費用(初始造價)和震后的維修重建以及生命財產(chǎn)的損失所造成的費用[6-7]。

3.2.1工程建設(shè)費用

在工程建設(shè)費用方面，主要考慮隔震結(jié)構(gòu)與抗震結(jié)構(gòu)的土建造價增減情況，其增減情況大體如下：

3.2.1.1減少部分

⑴上部結(jié)構(gòu)由于地震作用的減小使得構(gòu)件截面也可相應(yīng)減小，少用了鋼材、水泥，甚至可把抗震設(shè)計時必須采用的SRC結(jié)構(gòu)改為普通的RC結(jié)構(gòu)；把原本需采用框一剪結(jié)構(gòu)的改為框架結(jié)構(gòu)等，由此節(jié)省了大量費用。⑵隔震結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝修等，由于錨固連接的簡化，引起材料節(jié)省和費用降低。⑶基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸減小，可降低相當(dāng)可觀費用。

3.2.1.2增加部分

⑴由于設(shè)置隔震層，使地下土方開挖量增加，擋土墻需要加強(qiáng)，隔震層上下需要設(shè)置兩個樓面，增加了一個結(jié)構(gòu)樓面的費用。⑵增加隔震器和阻尼器的費用。⑶增加管線需要采用柔性連接的費用。以上情況表明，影響初始投資的因素比較復(fù)雜，主要有上部結(jié)構(gòu)費用的降低、增加“兩個結(jié)構(gòu)樓面”以及設(shè)置隔震器和阻尼器的所需費用3個因素。

3.2.1.3節(jié)省初始投資可采取的方案

初始投資是增加還是降低，不能一概而論，需要對具體問題作具體分析，只要精心設(shè)計，隔震建筑的初始投資是可以比抗震建筑低的。⑴采用多層建筑而不建低層建筑，以擴(kuò)大上部結(jié)構(gòu)相對節(jié)約投資的份量。⑵將隔震層兼作設(shè)備層、地下室或停車場，以免除僅僅因為設(shè)置隔震層引起的“兩個結(jié)構(gòu)樓面”費用的增加，從而可有效把“兩個樓面”費用從“增加”部分中除去。

3.2.2地震損失估計分析

破壞性地震對于一座城市的社會經(jīng)濟(jì)影響，不只限于地震和地質(zhì)效應(yīng)直接造成的物質(zhì)損失，以及公共設(shè)施喪失功能帶來的災(zāi)害后果。同時由于城市經(jīng)濟(jì)體系各部門之間的相互依存性，必然使得城市的經(jīng)濟(jì)活動受到影響，這種經(jīng)濟(jì)影響造成的損失值不容忽視。因此，城市的地震經(jīng)濟(jì)損失估計，除了工程結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的直接損失外，還要包括由此引起的各經(jīng)濟(jì)部門凈產(chǎn)出減少的間接損失值。通常地震災(zāi)害后果的定性數(shù)據(jù)可以表示為各項目損失和人員傷亡[6]。根據(jù)地震危險性分析的思想，從長遠(yuǎn)來看（建筑的正常使用期限50年），工程項目的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)包括初期造價和地震災(zāi)害后的經(jīng)濟(jì)損失值。傳統(tǒng)抗震設(shè)計的房屋其初期造價可能稍低于隔震設(shè)計的房屋，但由于其抗震性能相比較差，由于可能的地震災(zāi)害的發(fā)生，其造成的經(jīng)濟(jì)損失可能要大大超過其初期工程造價所節(jié)省的費用，所以從長遠(yuǎn)來看其經(jīng)濟(jì)效益要低于隔震結(jié)構(gòu)。

4工程實例

4.1經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對比分析

隔震技術(shù)應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)一般可降低土建造價，而應(yīng)用于磚混結(jié)構(gòu)可能會增加土建造價。由于隔震體系的上部結(jié)構(gòu)所受地震作用的降低，使上部結(jié)構(gòu)件和節(jié)點的斷面、配筋減少，增加建筑使用面積，構(gòu)造及施工簡單，所以雖然隔震裝置需增加造價，但建筑總造價還是可以降低的。如果再考慮隔震后上部結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度降低，隔震結(jié)構(gòu)的總高和層數(shù)可增加，土地利用率也將隨之提高，其經(jīng)濟(jì)效益會更為可觀，且有地震設(shè)防烈度越高，經(jīng)濟(jì)效益越明顯。另外，由于隔震建筑在振動性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加價值，因此，與抗震建筑比較時，應(yīng)同時對這個附加價值進(jìn)行綜合評價，在考慮投資時，應(yīng)該把工程建設(shè)費用和建筑物在使用期間遭受地震損壞引起的維修、重建、內(nèi)部物品損壞和財產(chǎn)損失等因素一并進(jìn)行全面考慮，這樣，隔震結(jié)構(gòu)就顯示出了更好的經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)論

（1）對于使用功能有特殊要求的建筑及抗震設(shè)防烈度為9度的建筑應(yīng)用隔震技術(shù)，無論采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)還是采用磚混結(jié)構(gòu)，都具有較好的經(jīng)濟(jì)性。一般不但可以減少1％～5％的土建造價，還可以大幅提高結(jié)構(gòu)的安全性，目前或長遠(yuǎn)看來，都將獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

（2）對于抗震設(shè)防烈度為8度的建筑應(yīng)用隔震技術(shù)，其土建造價稍高或與傳統(tǒng)抗震設(shè)計持平，但從地震損失估計的角度分析，經(jīng)濟(jì)和社會效益還是比較好的。然而，目前對此還應(yīng)更加注意考慮工程項目的實際條件，與采用抗震設(shè)計的設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的對比分析后，確定其設(shè)計方案。

（3）對于抗震設(shè)防烈度小于8度的建筑結(jié)構(gòu)，因為采用隔震技術(shù)時土建造價較高，而其后帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效益又不大，對此除特殊要求外一般不宜采用隔震設(shè)計。本文在分析過程中，著重對問題進(jìn)行定性分析，但因統(tǒng)計樣本的有限，相對缺乏定量分析。在此，筆者建議把影響隔震結(jié)構(gòu)的主要因素綜合起來，建立分析模型，把定性分析和定量計算有機(jī)結(jié)合起來，以做到更準(zhǔn)確評估隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，為隔震技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供幫助。