挥不去的“痛”与“责”--唐山大地震45周年祭
2021.10.25
每到7月28日,便是想起那段人们都不想提起的话题,更是我们结构人挥之不去的“痛”,23秒的浩劫,是地震,抹去了一切美好!
剩下的是支离破碎的残屋断柱;
是压在一块楼板下的一双儿女;
是一个母亲扎心的失去和抉择;
是唐山人们心底挥之不去的,弥久的伤痕……
冯小刚执导的《唐山大地震》将灾难重现,直击视觉和心灵。面对地震,人类太渺小,但人类的努力从未止步,结构人的努力也未止步。
1、维拓“高层隔震住宅”设计
唐山大地震后,全国抗震减灾专家周福霖院士受到废墟中两栋4层未倒砖楼带来的灵感启发,于1993年设计建成了我国首栋采用夹层橡胶垫的多层隔震住宅——汕头市陵海路八层框架结构商住楼,也是当时世界上最高最大隔震住宅楼。
而25年后,新《中国地震动参数区划图》的颁布,催生了燕郊地区的一个隔震住宅——燕郊天洋城五期住宅隔震项目。这也是维拓设计的第一个高层隔震住宅项目(29层,近80米)。、
▲中国地震动峰值加速度区划图
新区划图颁布后,项目所在地廊坊市燕郊镇(8度,三类场地,第一组)的基本地震加速度由之前的0.2g调整为0.3g,特征周期由0.45s调整为0.55s,此时通过增加墙厚,增加梁高等常规的”硬碰硬“的加强措施已不能满足建筑的使用要求。
▲燕郊天洋城五期住宅隔震项目
于是通过在建筑底层设计一层柔性隔震层,通过隔震层吸收和耗散地震能量,组织或减轻地震能量向上部结构传递,不仅可以保证上部主体结构的安全,更重要的是防止非结构构件的破坏,避免室内建筑物内部装修,室内设备的破坏。
▲传统建筑与隔震建筑地震表现
设计时采用三维动力分析方法对隔震结构的性能和支座安全进行研究,确保隔震支座在正常使用情况和罕遇地震作用下均能正常工作,且隔震层上部结构水平地震作用至少减小为原来的一半,并实现了大震不倒的性能目标。目前该项目隔震支座已安装完毕。
▲维拓副总裁、结构总工李洪求带队现场指导工作
2、维拓“消能减震住宅”设计
除了隔震建筑,再说减震建筑。
▲建筑减震
在2003年1月21日晚发生在墨西哥地区的里氏7.6级强烈地震,房屋受损非常严重,唯有一幢57层的超高层屹然而立、毫发未损。震后专家分析,这得益于结构内部安置的震动吸收阻尼器(shock-absorbing dampers)。楼内共24个巨型阻尼器和74个小型阻尼器形成一个巨型减震系统。
“减震”其实大家并不陌生,在汽车里,如果没有减震器吸收能量,汽车上下颠簸,随时都有脑袋穿顶的危险,你的身体会随着惯性上下晃动。
将这一理念用到了建筑结构中,称之为消能减震器,其核心思想是:主动破坏“弱者”来保护“强者”,减震器消化了地震带给建筑物的能量,从而降低了对地震对建筑物带来的撕裂效应。
“一定给曾经历过浩劫的唐山人更安全的家”
这是我们接到第一个唐山住宅项目后所有设计师的想法,也正是这种想法,维拓在唐山地区打造了第一代消能减震住宅产品。于是百度输入“君熙太和”、“唐山晚报”等关键词,她会给出这样真真切切的答案:
针对君熙太和剪力墙结构住宅项目(地上31层,总高度98.7m),结构设计时在墙体内安装复合金属阻尼器,每栋楼共设60个阻尼器。这种阻尼器优点是可以根据具体工程订制尺寸和规格,不影响建筑使用功能,使用寿命长,性能稳定,建筑物使用期间无需更换。
▲唐山君熙太和消能减震住宅
▲阻尼器平面及立面布置
在常规荷载,风荷载和小震作用下金属阻尼器可以提高侧向刚度,减小侧向位移。大震时提高结构的阻尼比减小地震作用下输入结构的地震能量,相当于九度罕遇水平地震作用下能满足规范侧移要求,结合FEMA可以判断连梁和剪力墙都可以实现CP状态。通俗的将可以实现 九度地震“大震不倒”。同年申请一项国家实用新型专利。
▲实用新型阬震专利
3、维拓“超高层减震”设计
消能减震技术的应用的实践,在维拓可以追溯回到2010年的鄂尔多斯正东广场,这座复杂高层双塔连体结构,塔楼刚度大,连体部分要协调两侧塔楼结构的变形,在地震作用下的反应远比普通结构复杂;此项目的创新点是利用屈曲支撑的不失稳和耗能的特点,将其用于空间大跨度桁架的腹杆,在地震作用下耗能减震,避免了普通支撑易失稳而连续倒塌,实现了大震不倒。
▲鄂尔多斯正东广场防震结构设计
中国银行内蒙古分行、兰州环球中心等项目也应用了此类消能减震技术来提升建筑整体的安全性和可靠性。
▲中国银行内蒙古分行
▲兰州环球中心
4、维拓“大跨度减震”设计
在大跨度空间结构上,减隔震技术也在实现自己的价值。在哈尔滨万达茂室内雪场中,利用粘滞阻尼器减小上部钢结构纵向地震作用时的地震反应。
▲哈尔滨万达茂\融创西安雪场防震设计
在融创西安雪场和三亚体育中心项目设计中,采用BRB屈曲约束支撑增大 小震下的刚度和大震下的耗能,来提高结构的抗震性能。
▲西安融创茂
▲三亚体育中心
5、维拓“加固改造减震”设计
汶川地震后,消能减震技术已广泛应用到抗震加固改造工程中,尤其是中小学,幼儿园的加固改造。在鸿誉学校台湖校区和翡翠东第幼儿园项目中,分别应用了软钢阻尼器和屈曲支撑及粘滞阻尼器等消能减震技术,减小地震对主结构作用,降低构造措施。从而解决了丙类建筑改乙类建筑抗震措施提高问题和乙类建筑不能采用单跨框架问题。利用消能减震技术,可以为建设方减小了大量的改造成本,为建筑改造提供可行性,为老旧建筑的重新再利用提供手段,为绿色城市和城市更新尽微薄之力。
▲普通支撑及其框架体系
▲防屈曲支撑及其框架体系
▲改造后项目实景图
不到十年的时间里,已有十余个维拓设计项目采用了隔减震设计。
在建筑防震方式上,结构设计经历了从刚性设计、柔性设计、延性设计,再到智能设计的不断演变,维拓结构人始终没有停止过对结构防震技术的研究与实践,始终走在建筑防震减灾的最前沿。
无论何时,维拓结构人都不会忘记身上的那份“责”,都不会停止过对减隔震技术的探索和追求,用建筑防震的新技术,让地震远离生命……
用实践工程演绎着那句经典:
”RAGING EARTH,INTELLIGENT CIVIL ENGINEER” 地球的怒吼不停,结构人的追求不止!
(文章供稿:冷冬梅)