2021年12月30日整理發(fā)布：除了古建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施，項目成果業(yè)已應(yīng)用于許多其他民生工程，如中小學(xué)校舍、醫(yī)院等重要建筑的隔震加固工程，以及高層隔震住宅區(qū)的建造工程。各類別的項目合計已有60余項，總建筑面積約336萬平方米，直接經(jīng)濟效益達到15.4億元。
科技大獎中的“民生”關(guān)鍵詞③
2021年是唐山大地震45周年。在過去的半個世紀當(dāng)中，為了應(yīng)對地震給我國造成的挑戰(zhàn)，保障人民生命財產(chǎn)安全，科技界和產(chǎn)業(yè)界付出了巨大努力。20世紀90年代以來，隔震逐漸成為減災(zāi)抗災(zāi)領(lǐng)域的重要概念之一。
在日前召開的2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項目獲得了國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。該項目由北京建筑大學(xué)、東南大學(xué)、中國建筑科學(xué)研究院、北京建筑設(shè)計研究院、中國建筑標準設(shè)計研究院、北京基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司和江蘇鴻基節(jié)能新技術(shù)股份有限公司等單位共同完成。專家委員會鑒定表明，該項目成果總體達到國際先進水平，其中高性能隔震建筑設(shè)計方法和高性能隔震裝置達到國際領(lǐng)先水平。項目成果已應(yīng)用于多項重大工程。
何為隔震，項目中的“高性能”應(yīng)該如何理解，哪些重大民生工程已經(jīng)應(yīng)用了高性能隔震技術(shù)?科技日報記者聯(lián)系到多家相關(guān)單位，請他們對這些問題做出了專業(yè)解答。
隔震核心特點是“以柔克剛”
“隔震就像是讓建筑踩上了‘溜冰鞋’。”在2021年7月舉辦的防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)應(yīng)用技術(shù)成果展上，來自減隔震制造業(yè)商家震安科技的工作人員向科技日報記者介紹了隔震技術(shù)的特點。“傳統(tǒng)建筑抗震理念是硬碰硬，‘以剛制剛’，主要手段是增加構(gòu)件的物理強度，這樣會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的地震作用更強。而減隔震技術(shù)的核心理念是‘以柔克剛’，在建筑物的基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，如橡膠支座、阻尼器等設(shè)備，減少輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量，這樣可以把地震作用降低到原來的1/4到1/8。”
現(xiàn)場演示的實物模型表明，當(dāng)“地震”發(fā)生時，采用了隔震裝置的上層建筑只發(fā)生了相對較小幅度的平行移動，而未采用隔震技術(shù)的建筑出現(xiàn)的甩動則劇烈得多。“這就是隔震的基本原理。”工作人員介紹說。
但是，這個簡單的模型并不足以呈現(xiàn)隔震技術(shù)的完整內(nèi)涵?，F(xiàn)實當(dāng)中的技術(shù)應(yīng)用必須應(yīng)對各種復(fù)雜的需求和場景，例如高層住宅、醫(yī)院、地鐵、歷史建筑等都對隔震技術(shù)有不同的條件和要求。在隔震建筑的設(shè)計和建設(shè)中，國際上長期存在設(shè)計理論缺乏適用性、設(shè)計技術(shù)缺乏系統(tǒng)性、關(guān)鍵裝置缺乏高效性和質(zhì)量控制缺乏規(guī)范性等四大問題。為此，“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項目應(yīng)運而生，旨在解決關(guān)于高性能隔震技術(shù)的一系列關(guān)鍵問題。
既有理論突破也有現(xiàn)實應(yīng)用
針對長期存在的四大問題，項目主要實現(xiàn)了四大創(chuàng)新，分別是高性能隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、隔震結(jié)構(gòu)多目標一體化設(shè)計技術(shù)、系列功能可調(diào)控高性能隔震裝置、隔震建筑建設(shè)質(zhì)量控制技術(shù)并主編系列標準。
“我們這個項目歷時二十多年，產(chǎn)出了大量成果，內(nèi)容十分豐富。”在接受科技日報專訪時，獲獎項目第二完成人、東南大學(xué)土木工程學(xué)院教授郭彤解讀說，該項目共發(fā)表論文166篇，獲發(fā)明專利30項，出版著作5部，成果應(yīng)用于60多項重要工程。
“舉例來說，我們研發(fā)了多種高性能隔震支座，例如超低模量、高阻尼的橡膠支座，可調(diào)控、頻率低敏感型復(fù)合隔震支座，新型受拉可控隔震支座等。除了支座，還有其它裝置，例如可調(diào)控黏滯阻尼器和大變形柔性管道，這些都是我們在裝置研發(fā)方面取得的成果。但是項目成果不只有裝置，設(shè)計理論、設(shè)計技術(shù)、質(zhì)量標準都很重要。”郭彤補充說。
作為獲獎項目的第二完成單位，東南大學(xué)牽頭完成了多個項目成果，涵蓋了以上四個創(chuàng)新的主要方面。除了設(shè)計、理論等方面的創(chuàng)新，項目在工程應(yīng)用與推廣方面也有許多成果，而這些成果有許多業(yè)已落地，成為百姓日常生活中民生工程的一部分。
已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民生工程
為古建“添底”，給地鐵“加蓋”……在“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項目的應(yīng)用成果當(dāng)中，不乏這樣的“神來之筆”。
1933年，在蔡元培等人的倡議下，國立中央博物院人文館在南京落成，即今天的南京博物院。在隔震技術(shù)成果的幫助下，這座八十余歲的全國重點文物保護建筑變得更加“年輕”了——憑借整體提升(3米)、隔震加固等先進技術(shù)，建筑的抗震水平得到了有效提升，外觀風(fēng)貌也沒有遭到損害，建筑的內(nèi)部空間也擴大了，給了文保單位和參觀游客更多余裕。工程完成之后，住建部防災(zāi)研究中心把南京博物院的這次加固收錄為經(jīng)典案例，還選為出版叢書的封面。
在千里之外的另一座歷史文化名城北京，隔震技術(shù)成果同樣大顯身手。比起南京，北京的部分自然人文條件更加復(fù)雜：處于地震多發(fā)地區(qū)，自古以來地震頻繁;擁有全世界運行長度最多的地鐵系統(tǒng);人口眾多且交通樞紐集約用地緊張。在建設(shè)高性能建筑的工程當(dāng)中，隔震技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在北京地鐵6號線琨御府、8號線公園悅府和16號線北安河上蓋等項目中，復(fù)雜高層隔震結(jié)構(gòu)系列關(guān)鍵技術(shù)得到推廣應(yīng)用，應(yīng)用面積高達89萬平方米，是目前國際上總面積最大的蓋層間隔震建筑群。
除了上述地鐵上蓋隔震建筑，北京還有一項重大基礎(chǔ)設(shè)施工程采用了項目成果。項目第五完成單位，中國建筑標準設(shè)計研究院提供的資料顯示，由該單位主編的《建筑隔震柔性管道》國家行業(yè)標準已經(jīng)應(yīng)用于北京大興機場的高性能隔震裝置。位于北京中軸線南方延長線上的大興機場是目前世界上最大的單體隔震建筑，航站樓總共使用了1152套隔震裝置，采用的橡膠隔震支座，無論是體量還是單個支座的噸位都創(chuàng)下國內(nèi)之最。
大興機場的一大特點就是可以實現(xiàn)不同交通工具同站換乘，航站樓的負二層供高鐵、地鐵和城際列車通行。列車的高速出入會產(chǎn)生較強的震動和較大的風(fēng)壓，這也是我國隔震技術(shù)業(yè)已克服的困難之一。
郭彤介紹說，除了古建筑、交通基礎(chǔ)設(shè)施，項目成果還應(yīng)用于許多其他民生工程，如中小學(xué)校舍、醫(yī)院等重要建筑的隔震加固工程，以及高層隔震住宅區(qū)的建造工程，例如總面積約114萬平方米的河北燕郊天洋創(chuàng)新城項目，以及位于9度區(qū)近斷層(地震放大系數(shù)為1.5)的四川西昌領(lǐng)地項目。各類別的項目合計已有60余項，總建筑面積約336萬平方米，直接經(jīng)濟效益達到15.4億元。
四川省地震局資料顯示，早在2015年，我國應(yīng)用隔震技術(shù)的樓房總數(shù)就已經(jīng)超過6000棟，總數(shù)占到世界一半，多于的5000棟，位居世界第一。震安科技工作人員表示，目前我國應(yīng)用隔震技術(shù)的樓房已經(jīng)超過1萬棟。
郭彤評論說，作為一種高效的結(jié)構(gòu)防震手段，隔震技術(shù)有著廣闊的未來應(yīng)用前景，技術(shù)人員仍在不斷開發(fā)各種性能優(yōu)異的隔震裝置和拓展其應(yīng)用范圍，為提高城市的防災(zāi)能力貢獻力量。
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