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(zhǎng)整個(gè)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(jì)

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(yàn)，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(jì)?？擅黠@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(jì)設(shè)備層、地下室及停車場(chǎng)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(jì)和消能減震設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)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(jì)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的對(duì)比分析后，確定其設(shè)計(jì)方案。所以，為了推動(dòng)隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展，在降低隔震裝置造價(jià)的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)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(duì)隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，只考慮影響其變化的某一個(gè)或某幾個(gè)因素，沒有較全面完整地對(duì)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(jì)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(duì)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(fèi)用(初始造價(jià))和震后的維修重建以及生命財(cái)產(chǎn)的損失所造成的費(fèi)用[6-7]。

3.2.1工程建設(shè)費(fèi)用

在工程建設(shè)費(fèi)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(jià)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(jì)時(shí)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(fèi)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(jiǎn)化，引起材料節(jié)省和費(fèi)用降低。⑶基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸減小，可降低相當(dāng)可觀費(fèi)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(gè)樓面，增加了一個(gè)結(jié)構(gòu)樓面的費(fèi)用。⑵增加隔震器和阻尼器的費(fèi)用。⑶增加管線需要采用柔性連接的費(fèi)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(fèi)用的降低、增加“兩個(gè)結(jié)構(gòu)樓面”以及設(shè)置隔震器和阻尼器的所需費(fèi)用3個(gè)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(duì)具體問題作具體分析，只要精心設(shè)計(jì)，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(duì)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(chǎng)，以免除僅僅因?yàn)樵O(shè)置隔震層引起的“兩個(gè)結(jié)構(gòu)樓面”費(fèi)用的增加，從而可有效把“兩個(gè)樓面”費(fèi)用從“增加”部分中除去。

3.2.2地震損失估計(jì)分析

破壞性地震對(duì)于一座城市的社會(huì)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(lái)的災(zāi)害后果。同時(shí)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(dòng)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(jì)，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(xiàng)目損失和人員傷亡[6]。根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析的思想，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看（建筑的正常使用期限50年），工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)包括初期造價(jià)和地震災(zāi)害后的經(jīng)濟(jì)損失值。傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)的房屋其初期造價(jià)可能稍低于隔震設(shè)計(jì)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(jià)所節(jié)省的費(fèi)用，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看其經(jīng)濟(jì)效益要低于隔震結(jié)構(gòu)。

4工程實(shí)例

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

4.2經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)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(jià)，而應(yīng)用于磚混結(jié)構(gòu)可能會(huì)增加土建造價(jià)。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(diǎn)的斷面、配筋減少，增加建筑使用面積，構(gòu)造及施工簡(jiǎn)單，所以雖然隔震裝置需增加造價(jià)，但建筑總造價(jià)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(huì)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(dòng)性能和抗震安全性方面提高了建筑物的附加價(jià)值，因此，與抗震建筑比較時(shí)，應(yīng)同時(shí)對(duì)這個(gè)附加價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在考慮投資時(shí)，應(yīng)該把工程建設(shè)費(fèi)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(cái)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(duì)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(wú)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(jià)，還可以大幅提高結(jié)構(gòu)的安全性，目前或長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，都將獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（2）對(duì)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(jià)稍高或與傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)持平，但從地震損失估計(jì)的角度分析，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益還是比較好的。然而，目前對(duì)此還應(yīng)更加注意考慮工程項(xiàng)目的實(shí)際條件，與采用抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的對(duì)比分析后，確定其設(shè)計(jì)方案。

（3）對(duì)于抗震設(shè)防烈度小于8度的建筑結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴捎酶粽鸺夹g(shù)時(shí)土建造價(jià)較高，而其后帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益又不大，對(duì)此除特殊要求外一般不宜采用隔震設(shè)計(jì)。本文在分析過程中，著重對(duì)問題進(jìn)行定性分析，但因統(tǒng)計(jì)樣本的有限，相對(duì)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(lái)，建立分析模型，把定性分析和定量計(jì)算有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以做到更準(zhǔn)確評(píng)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。