尹 金 宋曉勝

(華北理工大學(xué)，河北 唐山 063210)

1 概述

盡管近幾年我國的城鎮(zhèn)化發(fā)展速度很快，然而我國仍有94%的農(nóng)村地區(qū)和數(shù)量可觀的農(nóng)村人口，數(shù)量眾多的農(nóng)村建筑的抗震減震問題仍是并且長期是我國需要解決的問題。除此之外，我國是一個(gè)地震易發(fā)國，全國80%的地區(qū)處于地震強(qiáng)度6級(jí)以上，且這些地區(qū)大多分布在村鎮(zhèn)。比起城市，村鎮(zhèn)建筑的抗震能力普遍較差，除上述原因外，還與村鎮(zhèn)人口的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)以及房屋的抗震性能有關(guān)，故而在地震發(fā)生時(shí)，地震對(duì)于村鎮(zhèn)建筑的破壞尤為嚴(yán)重，且造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡都十分巨大。從2008年發(fā)生在四川省汶川地區(qū)的大地震到2020年發(fā)生在云南省巧家地區(qū)的地震就能看出：地震對(duì)于村鎮(zhèn)地區(qū)建筑物的破壞力十分巨大，并且，會(huì)帶來更多的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，給村鎮(zhèn)人口帶來毀滅性打擊，因此，對(duì)于村鎮(zhèn)建筑物的抗震減震技術(shù)的研究十分必要。

為了盡快解決農(nóng)村民房設(shè)防差的問題，早在21世紀(jì)初，就有多位專業(yè)人員向上級(jí)提出在我國實(shí)施“地震安全農(nóng)居工程”的建議。在2019年年底，國家相關(guān)部門公布了《關(guān)于做好農(nóng)房抗震改造試點(diǎn)的補(bǔ)充通知》，鼓勵(lì)農(nóng)民住房抗震重建，各地政府要發(fā)揮組織協(xié)調(diào)作用，對(duì)那些自身建設(shè)有困難，但有統(tǒng)一建設(shè)意愿的農(nóng)民，要放松要求，支持他們選派合格的施工隊(duì)伍統(tǒng)一施工。此外，還要求迅速開展2019年地震災(zāi)后重建試點(diǎn)，到2020年年底完成全部工程。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震主要是保證結(jié)構(gòu)自身具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性，以滿足一定的抗震要求，為了增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，目前出現(xiàn)了許多新的抗震新技術(shù)，如：隔震技術(shù)、耗能減震技術(shù)、吸振減震技術(shù)等。隔震技術(shù)是指在建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震支座和減震裝置，從而改變建筑物與基礎(chǔ)的固結(jié)形式，形成隔震層，正是由于隔震層的隔震、減震作用，使得發(fā)生地震時(shí)，上部結(jié)構(gòu)近似平動(dòng)，最終獲得合適的減震效果[1]。目前，對(duì)農(nóng)村建筑隔震技術(shù)的研究相對(duì)缺乏，技術(shù)還不成熟。本文將對(duì)村鎮(zhèn)建筑隔震技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并在總結(jié)的基礎(chǔ)上提出筆者的看法和建議，為今后農(nóng)村民居地震安全工程的實(shí)施提供理論上的參考。

2 村鎮(zhèn)建筑隔震

隔震技術(shù)的核心是建筑物基礎(chǔ)與地基之間的材料選取即隔震層材料的選取，不同的學(xué)者選取不同的材料作為隔震層材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出不同材料作為隔震層的效果，并對(duì)其優(yōu)越性和不足進(jìn)行了總結(jié)。本文將從四個(gè)方面對(duì)不同學(xué)者的隔震研究進(jìn)行描述和分析。

2.1 砂墊層隔震

砂墊層隔震是在建筑物基礎(chǔ)和地基之間放置一定厚度的砂粒墊層，其粒徑、厚度、密實(shí)度和含水率不一。在我國，砂石這種材料自然界分布廣泛、壓實(shí)性能好、承載力和抗剪強(qiáng)度均比較高，而且價(jià)格低廉，因此將砂墊層應(yīng)用在我國村鎮(zhèn)在建或已建房屋的隔震中是十分有必要的。趙少偉等[2]通過對(duì)不同粒徑不同厚度的砂墊層做振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析得到厚度不同的砂墊層，有著不同的減震效果，且砂墊層越厚，減震效果越好。竇遠(yuǎn)明等[3]在砂墊層隔震性能的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入EI-Centro時(shí)，砂墊層厚度增加，減震效果增強(qiáng)，但當(dāng)輸入其他波時(shí)，厚度變化對(duì)減震效果影響不大；隨著砂墊層密實(shí)度(即砂墊層剛度)的減少，減震效果增強(qiáng)。王海剛[4]在村鎮(zhèn)建筑砂墊層摩擦滑移隔震性能試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，在不同加速度峰值的三種地震波(EI-Centro波、Taft波和正弦波)作用下，在不同工況作用下，砂墊層能起到一定的隔震減震效果，最大減震率可達(dá)67.20%。

砂墊層隔震技術(shù)的局限性在于，砂粒與基礎(chǔ)面的基礎(chǔ)方式為點(diǎn)接觸，經(jīng)過多次運(yùn)動(dòng)后，砂粒容易發(fā)生碎裂，從而增大了接觸面的摩擦系數(shù)，造成隔震效果不理想。今后，在其設(shè)計(jì)方面應(yīng)加以突破，并且還應(yīng)詳細(xì)其設(shè)計(jì)及施工規(guī)范的制定，使其更加科學(xué)化。

2.2 石墨層隔震

石墨材料成本低，與砂粒材料相比，耐久性能更好，它的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)在0.15～0.23之間，此外，相鄰表面的材料、厚度和干、濕程度對(duì)其摩擦性能影響不大，適合作為隔震層的滑移材料。樓永林等[5]在多層磚房底部滑移減震研究中發(fā)現(xiàn)，石墨與礫砂、豆粒和石臘相比，是一種更為理想的摩擦滑移材料，且符合摩擦滑移隔震技術(shù)對(duì)隔震層材料的要求。谷偉等[6]在雙向地震耦合作用對(duì)基礎(chǔ)摩擦隔震結(jié)構(gòu)的影響研究中，通過數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，水平地震作用不僅對(duì)基礎(chǔ)摩擦隔震體系有一定的影響，而且豎向地震作用也不容忽視。為了發(fā)展村鎮(zhèn)地區(qū)低層砌體房屋的低成本隔震技術(shù)，曹萬林等[7]改進(jìn)石墨隔震層的材料，提出了一種玻璃珠—石墨基礎(chǔ)滑移隔震系統(tǒng)，通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，該滑移隔震系統(tǒng)具有良好的性能，可以顯著降低對(duì)上部砌體結(jié)構(gòu)的地震影響。王光潔等[8]提出一種新型隔震體系，由石墨滑移層和簡(jiǎn)易隔震橡膠組成。并以海南省某典型的磚混結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了實(shí)例分析，還進(jìn)行了1∶4振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和理論分析。結(jié)果表明，隔振系統(tǒng)具有良好的減震效果。特別是在罕遇地震中，減震效果非常明顯。頂層加速度比臺(tái)面降低近40%，具有良好的能耗能力。

石墨層隔震雖有較小的摩擦系數(shù)，但其局限性是沒有恢復(fù)力，當(dāng)發(fā)生地震作用時(shí)，隔震層位移因無法控制，會(huì)發(fā)生過大的位移，如何使用阻尼器或其他限位裝置來約束它的過大位移，是我們必須要面對(duì)的問題。另外，石墨層也應(yīng)有保護(hù)措施，避免長時(shí)間的風(fēng)吹日曬對(duì)其造成的損耗，從而影響其隔震性能。

2.3 瀝青層隔震

瀝青是土木工程中非常重要的材料之一，被廣泛的應(yīng)用于房屋建筑、路橋、水利工程以及其他防水防潮工程中。瀝青也是很好的一種減隔震材料。錢國楨等[9]提出一種新型的瀝青阻尼隔震墊(BS墊)，將其應(yīng)用在一幢磚混住宅建筑中，進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并與一幢相鄰的同種建筑作對(duì)比，對(duì)該隔震墊也進(jìn)行了相關(guān)物理特性、耐久性和隔震機(jī)理的研究，結(jié)果表明，采用BS墊的隔震建筑的自振周期要比未采用此墊的自振周期明顯延長,且上部結(jié)構(gòu)的峰值加速度得到了明顯衰減，從而起到了減震的效果。尚守平等[10]在瀝青隔震層中設(shè)置豎向鋼筋對(duì)瀝青墊層的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)新型隔震層進(jìn)行了足尺模型擬動(dòng)力試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明：在不同地震波的作用下，上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)可以得到明顯衰減，具有良好的減震效果。

瀝青材料相比較于砂粒和石墨，因其有良好的彈性和阻尼性能，能更廣泛的應(yīng)用于村鎮(zhèn)建筑隔震技術(shù)中，但其局限性在于它的抗老化能力，添加何種材料，何種配合比以及隔震層的合理的設(shè)計(jì)方法均是之后需要關(guān)注的。

2.4 其他隔震

目前，疊層橡膠隔震技術(shù)和摩擦擺隔震技術(shù)以其良好的耗能能力和自復(fù)位能力主要應(yīng)用在一些重大工程中，但對(duì)于村鎮(zhèn)建筑此類隔震技術(shù)的研究較少，改善此類隔震技術(shù)的構(gòu)造措施與施工工藝，降低成本，讓其在我國村鎮(zhèn)建筑上推廣和應(yīng)用也能成為可行。譚平等[11]提出一種新型工程塑料板橡膠隔震支座，該支座改變普通橡膠支座中的鋼板的應(yīng)用，采用不飽和聚酯纖維加強(qiáng)復(fù)合材料板替代，因其具有重量輕、成本低、運(yùn)輸和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于農(nóng)村低層建筑。并對(duì)該支座進(jìn)行了相關(guān)力學(xué)性能試驗(yàn)。李曉東等[12]設(shè)計(jì)了一種玄武巖纖維混凝土摩擦擺隔震支座。并對(duì)其進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，研究了該新型支座在相同的豎向荷載作用，兩種摩擦在不同頻率下的滯回性能，得到了新型支座的基本力學(xué)性能，通過利用SAP2000有限元分析軟件對(duì)采用該新型支座隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力時(shí)程進(jìn)行了分析，比較了新型支座與傳統(tǒng)鋼摩擦擺支座的滯回性能、施工方式和經(jīng)濟(jì)性。從而發(fā)現(xiàn)該新型隔震支座的滯回性能要低于傳統(tǒng)的摩擦擺支座，隔震效果較好，顯著且易成型，造價(jià)低廉，便于施工。

其他隔震因其良好的耗能能力和自復(fù)位能力之后會(huì)越來越多地應(yīng)用到村鎮(zhèn)建筑當(dāng)中，成本低、性能優(yōu)良的材料將是之后研究的重點(diǎn)。

3 結(jié)語

隨著人們認(rèn)識(shí)的加深和社會(huì)的發(fā)展，村鎮(zhèn)建筑隔震技術(shù)已取得了一定的成果。農(nóng)村民居的抗震發(fā)展對(duì)我國的整體抗震發(fā)展至關(guān)重要，加強(qiáng)我國村鎮(zhèn)建筑隔震技術(shù)的使用是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。除了考慮造價(jià)因素，有些問題仍需要深入探索：

1)性能優(yōu)良的低摩擦材料的研發(fā)。

2)改善大震之后建筑物滑移位移量大的復(fù)位問題，并考慮阻尼器的使用。

3)完善相關(guān)隔震技術(shù)的理論分析方法與試驗(yàn)研究，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4)新型基礎(chǔ)隔震技術(shù)的應(yīng)用。