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中國隔震行業發展概況及其未來前景及行業技術水平及特點分析
發布日期:2018-02-06 瀏覽次數:1485次

1、隔震行業發展概況

地震是人類無法避免的自然災害,地震引起的震動對建筑物的破壞是毀滅性的,給生命和財產安全造成了巨大的損失。歷次震害調查表明,地震災害造成的經濟損失和人員傷亡主要源于建筑物和工程設施的破壞、倒塌以及由此引發的次生災害。因此,世界各國的建筑工程師一直沒有停止過對建筑防震抗震的研究,其中,建筑隔震技術成為建造高性能防震建筑物的重要課題之一。

建筑隔震技術的快速發展始于 20 世紀60 年代。20 世紀60 年代中后期,新西蘭、日本、美國等多地震國家對隔震技術開展深入、系統的理論和試驗研究,取得了較好的成果。70 年代,新西蘭學者W.H.Robinson 率先開發出鉛芯疊層橡膠支座,大大推動了建筑隔震技術的實用化進程。南斯拉夫的貝斯特洛奇小學是最早采用天然橡膠隔震的建筑,隔震墊被設計成方形,且中間無鋼板;1984 年,新西蘭建成4 層威廉—惠靈頓政府辦公大樓,它是世界上首座以鉛芯疊層橡膠墊做隔震元件的建筑物;同年,美國利用新西蘭技術第一個用建筑隔震方法對鹽湖城市政大廈進行抗震加固。

到 20 世紀90 年代,全世界至少有30 多個國家和地區開展建筑隔震技術的研究,并在美、日、法、新、意等20 多個國家修建了數百座隔震建筑物。其中,日本的技術發展最快、技術最成熟,也是應用最廣泛,特別是在1995 年阪神大地震和2011 年東日本大地震中,采用橡膠支座隔震的建筑,經受住地震的考驗,隔震性能良好。建筑隔震技術得到日本政府的大力推廣,不僅應用于政府辦公大樓和醫院,而且也越來越多地應用到住宅建筑。

近幾年來,許多國家針對隔震行業陸續推出強制性法律法規和支持性政策,進一步刺激了行業的需求,行業未來發展潛力巨大。

2、我國隔震行業發展概況及其未來前景

我國地處歐亞板塊的東南部,受環太平洋地震帶和歐亞地震帶的影響,是個地震多發國家。據統計,我國大陸7 級以上的地震占全球大陸7 級以上地震的1/3,因地震死亡人數占全球的1/2;我國有41%的國土、一半以上的城市位于地震基本烈度7 度及7 度以上地區,6 度及6 度以上地區占國土面積的79%。我國幾個地震活動較為強烈的地區是:青藏高原和云南、四川西部,華北太行山和京津唐地區,新疆及甘肅、寧夏,福建和廣東沿海,臺灣地區等。據統計,我國30 個省份發生過6 級以上地震,19 個省份發生過7 級以上地震,12 個省份發生過8 級地震。

中國地震烈度區劃圖


尤其是我國西部地區,大部分地區處于地震帶,長期飽受地震災害的困擾。云南省全部國土面積都處于6 度及以上的地震烈度設防區,其中7 度和8 度設防面積占全省總面積的78.6%,加上9 度區,占總面積的84%,設防區面積之大,烈度之高,居全國首位。

另外,同等強度地震下,發展中國家由于抗震技術落后,其受到地震的損害比發達國家更嚴重。在大地震中,發達國家的傷亡人數僅為發展中國家十分之一左右,其中一個主要原因在于發達國家的房屋建筑物大量采用隔震技術,從而提高了房屋建筑物的抗震性能。

國內外重大地震死亡人數對比

因此,在我國研發和應用建筑隔震技術更加具有重要的意義和現實需求。上世紀 80 年代后期,我國學者開始重點關注橡膠隔震支座技術。由廣州大學周福霖、華中科技大學唐家祥等學者作為學術帶頭人,進行了橡膠隔震支座研制、隔震結構分析和設計方法、結構模型振動臺試驗、橡膠支座產品性能檢驗、檢測技術、施工技術等全方位的系統研究工作,提出了橡膠支座隔震建筑的成套技術。

我國最早的隔震建筑是 1993 年由周福霖院士設計建造的汕頭陵海路八層框架結構商住樓。1994 年5 月,聯合國工業發展組織權威專家將這個隔震居民樓的建成譽為“世界建筑隔震技術發展的第三個里程碑”。2001 年,建筑隔震技術與消能減震技術寫入國標《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2001),標志著隔震技術在我國的重要發展。

目前,建筑隔震技術在全國大部分省市自治區都有應用,包括云南、新疆、四川、陜西、甘肅、河北、江蘇、山西、北京、山東、寧夏、天津、海南、福建、內蒙、青海等省市,已建成隔震建筑3,000 多棟。

鑒于建筑減震技術與隔震技術有一定的替代關系,以下分析減隔震在全國范圍的應用情況。

根據國家住房和城鄉建設部工程質量安全監管司在2015 年2 月25 日頒布的《關于印發2014 年城鄉建設抗震防災有關統計數據的函》(建質抗函[2015]12號)、在2016 年2 月26 日頒布的《關于印發2015 年城鄉建設抗震防災有關統計數據的函》(建質抗函[2016]7 號)以及在2017 年3 月7 日頒布的《關于印發2016年城鄉建設抗震防災有關統計數據的函》(建質抗函[2017]8 號)的統計情況,截至2014 年、2015 年和2016 年,全國累計已建成隔震房屋建筑工程分別為2,662棟、3,181 棟和3,659 棟,全國累計已建成減震房屋建筑工程分別為174 棟、270棟和432 棟,全國累計已建成減、隔震房屋建筑工程分別為2,836 棟、3,451 棟和4,091 棟。其中,云南省由于減隔震技術發展起步較早,技術普及程度高,形成了研究、設計、產品制造相關成套技術,同時政府支持力度較大,使減隔震技術得到了較好的推廣和應用。2014 年、2015 年和2016 年,云南省隔震房屋建筑數量分別占到全國81.55%、74.90%和67.85%,云南省減震房屋建筑數量分別占到全國36.74%、29.57%和35.55%,均為全國最高比例。云南省已成為國內減隔震技術推廣應用的代表地區,對全國其他省份推廣應用減隔震技術具有很強的示范作用。

截至 2016 年底,全國減、隔震房屋建筑工程情況如下(單位:棟):

2014 年、2015 年和2016 年全國房屋建筑減隔震行業的容量及增長趨勢情況如下(單位:棟):


目前,全國房屋減、隔震行業以隔震建筑為主,截至2014 年末、2015 年末和2016 年末,全國累計建成房屋隔震建筑分別為2,662 棟、3,181 棟和3,659棟,占比分別為93.86%、92.18%和89.44%。最近三年,全國房屋建筑減、隔震行業的容量有增長趨勢,2015 年和2016 年,全國累計已建成的減、隔震建筑分別增加了21.69%和18.55%。其中,2015 年,減震建筑增加了55.17%,隔震建筑增加了19.50%;2016 年,減震建筑增加了60.00%,隔震建筑增加了15.03%。

近幾年,隨著政府對于隔震行業的法規規范和政策扶持,國家對抗震防災工作的重視和隔震技術宣傳普及度的提高,未來隔震技術推廣和應用總體呈上升趨勢,整個行業處于平穩成長期,未來市場前景廣闊,屬于典型的朝陽產業。

3、行業技術水平及特點

(1)建筑隔震技術與傳統抗震技術的比較

傳統抗震技術通過增強結構強度來抵抗地震,同時允許結構構件在地震時進入非彈性狀態,具有一定的延性,以某些特定結構本身的損壞為代價消耗地震能量,減輕地震反應。由于結構構件在地震中的不斷損傷,累計到一定程度還會引起房屋倒塌,不能保證房屋在超大地震下的安全,即使房屋沒有倒塌,房屋也很難在震后修復,造成的經濟損失較大。與傳統的抗震技術相比,建筑隔震技術的抗震效果更好。

建筑隔震技術就是在建筑物的基礎或下部結構和上部結構之間設置隔震裝置(由隔震器、阻尼裝置等組成),形成隔震層,隔離地震能量向上部結構傳遞,減少輸入到上部結構的地震能量,同時延長上部結構的自振周期,降低上部結構的地震反應,達到預期的抗震防震要求,使建筑物的安全得到更可靠的保證。采用隔震技術,不僅可以保證建筑結構的整體完整、防止非結構構件的破壞,還能避免建筑物內部結構、設施的破壞以及由此引起的次生災害。工程試驗經驗和近10 多年的地震災害損失案例表明,隔震技術能有效降低地震對建筑物水平方向的破壞,采用隔震技術的建筑物,基本可以保證房屋在大地震中不倒塌。采用隔震技術可以減少房屋建筑物上部結構的地震作用50%-80%。而且“地震越大,隔震效果越好”

傳統抗震技術與建筑隔震技術的效果對比

(2)建筑隔震技術與建筑減震技術的比較

建筑減震技術,又稱建筑消能減震技術,是在建筑物的某些部位(如支撐、剪力墻、連接縫或連接件)設置耗能裝置,通過該裝置產生摩擦,彎曲(或切、扭轉)、彈塑性(或黏彈性)滯回變形來耗散或吸收地震輸入結構的能量,以減小主體結構的地震反應,從而避免結構產生破壞或倒塌,達到抗震目的。

建筑隔震技術與建筑減震技術的比較如下:

從上述對比來看,對于抗地震效果來說,隔震技術比減震技術更加有效。

建筑隔震技術與建筑減震技術的替代關系如下:

①抗震原理

隔震技術是指在房屋基礎、底部或下部結構與上部結構之間設置由橡膠隔震支座和阻尼裝置等部件組成具有整體復位功能的隔震層,以延長整個結構體系的自振周期,減少輸入上部結構的水平地震作用,達到預期防震要求。

減震技術是指在房屋結構中設置消能器,通過消能器的相對變形和相對速度提供附加阻尼,以消耗輸入結構的地震能量,達到預期防震減震要求。

②抗震效果

從抗震效果角度,隔震技術能降低地震作用的 50%-80%,減震技術能降低地震作用的20%-30%。

③抗震設計對建筑結構的要求

根據國家標準《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010),建筑結構采用隔震技術時,應符合如下要求:

A、結構高寬比宜小于4,且不應大于相關規范規程對非隔震結構的具體規定,其變形特征接近剪切變形,最大高度應滿足本規范非隔震結構的要求;高寬比大于4 或非隔震結構相關規定的結構采用隔震技術時,應進行專門研究;

B、建筑場地宜I、II、III 類,并應選用穩定性較好的基礎類型;

C、風荷載和其他非地震作用的水平荷載標準值產生的總水平力不宜超過結構總重力的10%;

D、隔震層應提供必要的豎向承載力、側向剛度和阻尼;穿過隔震層的設備配管、配線,應采用柔性連接或其他有效措施以適應隔震層的罕遇地震水平位移。

消能減震技術可用于鋼、鋼筋混凝土、鋼-混凝土混合等結構類型的房屋。

④抗震技術的應用范圍

隔震技術主要用于抗地震,減震技術應用范圍較廣,可用于抗地震、抗風震。因此,隔震技術與減震技術在抗震原理、抗震效果、抗震設計對建筑結構的要求以及抗震技術的應用范圍方面都有區別,兩種抗震技術并不具有完全替代關系,而是各有利弊。


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