隔震建筑的經(jīng)濟(jì)效益分析

隔震建筑的經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)在，隨著我國長距離建筑的普及，在推廣隔震技術(shù)時(shí)，最重要的是讓業(yè)主了解隔震技術(shù)和隔震建筑。居民們最關(guān)心的是隔震建筑是否安全，以及是否節(jié)省。通過對隔震建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性的分析,使業(yè)主對隔震建筑有更深的認(rèn)識,使業(yè)主對其安全性放心,對其經(jīng)濟(jì)性滿意。1隔震技術(shù)應(yīng)用展望到目前為止,國外已建成的隔震建筑,在經(jīng)歷了大地震考驗(yàn)后,都表現(xiàn)了良好的抗震性能。安然度過“4·20”蘆山地震的蘆山縣人民醫(yī)院成為中國首幢經(jīng)過強(qiáng)震考驗(yàn)的隔震建筑,其良好的抗震性能也被媒體稱為“樓堅(jiān)強(qiáng)”。在我國,以疊層橡膠支座體系為主要研究對象的隔震技術(shù)經(jīng)過近30a的研究、發(fā)展和應(yīng)用已日漸成熟,隔震分析、隔震計(jì)算、模型分析等技術(shù)已相當(dāng)可靠。隨著國內(nèi)疊層橡膠隔震支座制作工藝和生產(chǎn)質(zhì)量的提高,隔震技術(shù)在高烈度地區(qū)的推廣和應(yīng)用將成為趨勢。隔震建筑的安全性主要是通過其明顯的隔震效果和隔震裝置(主要是隔震支座)的耐久性來體現(xiàn)。1.1隔震建筑較少,成為設(shè)計(jì)、施工、安裝的一個重要的原因采用隔震技術(shù)的南加州大學(xué)醫(yī)院在美國1994年北嶺地震(6.7級)中幾乎未受損壞,醫(yī)院功能得到維持,并在災(zāi)后救助中發(fā)揮重要作用。而附近采用傳統(tǒng)抗震的OliveView醫(yī)院一棟大樓則受損嚴(yán)重,僅維修費(fèi)用就高達(dá)4億美元。日本兵庫縣WEST大樓和松村組技術(shù)研究大樓等隔震結(jié)構(gòu)在1995年阪神地震的強(qiáng)震觀測記錄,證實(shí)了隔震結(jié)構(gòu)的有效性。1994年臺灣集集7.3級地震,汕頭市烈度為6度,各類房屋劇烈搖晃,居民驚慌失措,水桶的水濺出了1/3左右,而陵海路隔震樓上的人無震感或震感甚微,不知道地震發(fā)生。甘肅隴南地區(qū)的武都縣北山郵政職工住宅是甘肅省最早的隔震建筑,在汶川地震實(shí)際地震記錄加速度達(dá)到0.17g的情況下,房屋上部主體部分沒有任何損壞,墻體上無引發(fā)的裂縫,明顯好于其他建筑。隔震建筑在經(jīng)歷了許多大震的考驗(yàn)后,表現(xiàn)出比傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)更好的抗震性能,原因主要有:(1)傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生較大變形的情況下不倒塌,重點(diǎn)是放在提高結(jié)構(gòu)的延性上,將塑性變形分散到整個建筑結(jié)構(gòu)中,由建筑結(jié)構(gòu)整體吸收地震能量。事實(shí)上,建筑結(jié)構(gòu)的搖晃方式大多取決于地震動的特性,很難使塑性變形平均分散到各層,通常嚴(yán)重的損壞多集中于特定層,并且很難在地震前明確。與此相反,隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將隔震層作為薄弱層在地震作用下最先變形,從而吸收地震能量,按照我們預(yù)先設(shè)定的方式很好地保護(hù)了上部結(jié)構(gòu)。(2)經(jīng)過長年的研究和工程實(shí)踐,雖然結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形能力大有提高,但非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(比如玻璃幕墻等)多數(shù)還是使用脆性材料。隔震層的存在隔開了地震作用向上傳遞的途徑,隔震建筑即使遭遇大震,上部結(jié)構(gòu)層間變形量也很小,所以在進(jìn)行非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和施工時(shí),幾乎不需要考慮層間變形。隔震技術(shù)能有效地減小地震作用,從而提高了結(jié)構(gòu)和次要構(gòu)件的安全性,在保護(hù)建筑內(nèi)部重要財(cái)產(chǎn)、IT設(shè)備的同時(shí),也極大地提高居民居住的安全感。除此之外,由于隔震建筑層間位移小,所以能夠大幅簡化非結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝。另外,在可持續(xù)發(fā)展資源戰(zhàn)略和重視資源循環(huán)利用的社會大環(huán)境下,通過對現(xiàn)有建筑的隔震加固來提高房屋的抗震能力,其發(fā)展前景廣闊,建筑隔震技術(shù)已納入2010版建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)。1.2橡膠材料的老化華中科技大學(xué)對疊層橡膠支座進(jìn)行熱空氣加速劣化時(shí)間和壓剪實(shí)驗(yàn)對隔震支座的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,疊層橡膠支座中橡膠片的劣化速度非常緩慢,其水平剛度沒有明顯改變,隔震支座的耐久性能夠滿足該結(jié)構(gòu)全壽命期的要求。此外,疊層橡膠支座中由于鋼板使橡膠與空氣隔離,隔離了橡膠的老化源,提高了橡膠的抗老化性能。另外,從工程應(yīng)用的實(shí)例分析認(rèn)為疊層橡膠支座具有足夠的耐久性,可以滿足隔震建筑的安全性:(1)研究人員從始建于1889年墨爾本市的一座鐵路高架橋上安裝的天然橡膠墊上切下一塊橡膠進(jìn)行測試的結(jié)果表明,橡膠的天然老化僅限制在表面區(qū)域,橡膠墊對橋梁安全性的影響很小;(2)1982年,研究人員從1962年建成的英國M2高速公路橋上移出兩個疊層橡膠支座,測量其壓縮剛度和剪切剛度,并將其中一個切開研究橡膠的情況,結(jié)果是支座的壓縮及剪切剛度沒有明顯的變化,表面也無任何開裂和氧化的征兆;(3)1996年建成的倫敦奧爾班尼6層公寓,采用了疊層橡膠支座來隔離地鐵振動,建成后對疊層橡膠支座進(jìn)行8年的定期觀測,從外觀未發(fā)現(xiàn)劣化現(xiàn)象,硬度也無變化,根據(jù)這些測量結(jié)果,預(yù)測100a后的總徐變量為5.4mm左右。2短期經(jīng)濟(jì)效益分析隔震建筑的經(jīng)濟(jì)性主要通過兩部分與傳統(tǒng)抗震建筑進(jìn)行比較:一部分是直接建設(shè)費(fèi)用,主要是節(jié)約的鋼材、混凝土等原材料減小的費(fèi)用和用于購買隔震裝置和阻尼器增加的費(fèi)用,根據(jù)這些材料的現(xiàn)行市場價(jià)格信息進(jìn)行對比分析,即短期經(jīng)濟(jì)效益;一部分是考慮到未來該建筑遭遇較大地震的情況時(shí),震后的修復(fù)及減小損失的費(fèi)用,即長期經(jīng)濟(jì)效益。2.1國內(nèi)震建筑的影響隔震建筑工程建設(shè)費(fèi)用不計(jì)建筑震后修復(fù)、重建以及生命財(cái)產(chǎn)的損失所造成的費(fèi)用,與傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)相比的增減情況為:(1)鋼筋和混凝土的費(fèi)用減少。隔震建筑受到地震作用減小,上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面及配筋可相應(yīng)減小,甚至結(jié)構(gòu)形式及方案也可進(jìn)行調(diào)整,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝修錨固連接構(gòu)造可以簡化,這些都使費(fèi)用減少。(2)增加了隔震裝置和阻尼器的費(fèi)用。國產(chǎn)隔震裝置及阻尼器的造價(jià),按建筑面積估算,上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí),隔震橡膠支座價(jià)格為50~100元/m2。另外,隔震裝置和阻尼器的費(fèi)用依賴于隔震裝置和阻尼器布置的效率,通過合理布置隔震裝置和阻尼器會使增加的費(fèi)用盡量少。2.2有利于降低間接損失從長期角度分析,即考慮到未來該建筑遭遇較大地震的情況。傳統(tǒng)的建筑遭遇地震時(shí),其經(jīng)濟(jì)損失包括直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失兩類。直接經(jīng)濟(jì)損失是指地震后建筑加固維修和重建的費(fèi)用以及室內(nèi)設(shè)備、物品維修和更換的費(fèi)用。間接經(jīng)濟(jì)損失是指由地震造成的建筑、設(shè)備和物品等損壞導(dǎo)致的企業(yè)、工廠等不能正常工作和生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。地震所帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失是顯而易見的,間接經(jīng)濟(jì)損失也是非常巨大的,間接經(jīng)濟(jì)損失往往會超過直接經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)抗震建筑的抗震設(shè)計(jì)原則是“小震不壞、中震可修、大震不倒”。采用隔震技術(shù)后,可使建筑的抗震設(shè)防目標(biāo)達(dá)到“小震不壞,中震不壞或輕微破壞,大震不喪失使用功能或可修”,在遭遇較大地震時(shí),隔震建筑及室內(nèi)設(shè)備、物品不損壞或輕微損壞(不維修或簡單維修即可使用),因此采用隔震技術(shù)從根本上避免或者大大降低了直接經(jīng)濟(jì)損失,從而有效地降低間接經(jīng)濟(jì)損失。極大地提高了結(jié)構(gòu)的地震安全性,隔震建筑具有傳統(tǒng)抗震建筑無法比擬的長期經(jīng)濟(jì)效益。2.3隔震設(shè)計(jì)對工程投資的影響大量的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明:在九度區(qū)采用隔震設(shè)計(jì)工程造價(jià)明顯降低;八度區(qū)工程造價(jià)稍有降低,結(jié)構(gòu)安全度明顯提高;在七度區(qū)、六度區(qū)采用隔震設(shè)計(jì),工程造價(jià)基本持平或略有增加,但結(jié)構(gòu)安全度顯著提高。另外,隔震費(fèi)用占工程總體造價(jià)的比例十分微小。因此,從短期和直接的經(jīng)濟(jì)投入角度分析,在八、九度區(qū)采用隔震設(shè)計(jì),不僅使得結(jié)構(gòu)抗震能力大大提高,而且使得工程造價(jià)大幅降低;在七度區(qū)、六度區(qū)采用隔震設(shè)計(jì),成本持平或略有增加,但結(jié)構(gòu)安全度顯著增強(qiáng)。同時(shí)高烈度區(qū)采用隔震設(shè)計(jì),梁柱截面減小,房屋使用面積增加。2.4良好經(jīng)濟(jì)性是隔震技術(shù)推廣的方向因減小損失的費(fèi)用不易具體估算,以下主要比較分析直接建設(shè)費(fèi)用,即短期經(jīng)濟(jì)效益。表1中統(tǒng)計(jì)了17個隔震項(xiàng)目,上部結(jié)構(gòu)水平地震作用在當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防水準(zhǔn)基礎(chǔ)上至少降低了一半,抗震措施相應(yīng)降低。分析統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)性表明,高烈度