福建省建筑结构应用隔震技术的必要性分析

王曼婷 邱蕴佳 余生辉 连礼鸿 黄净

(福州大学土木工程学院 福建福州 350108)



福建省建筑结构应用隔震技术的必要性分析

王曼婷 邱蕴佳 余生辉 连礼鸿 黄净

(福州大学土木工程学院 福建福州 350108)

福建省地处我国东南沿海，靠近环太平洋地震带，但建筑结构应用隔震技术起步较晚，相比国内其他省份推广缓慢。为了进一步提高福建省建筑结构的安全性和经济性，通过分析地震灾害对福建省的影响、对比抗震与隔震原理、梳理国内外隔震技术的发展情况、对采用隔震设计原理的厦门市几栋学校教学楼跟踪调查、与相关单位研究讨论等方法，对福建省已建成的隔震建筑进行综合分析，认为福建省推广应用隔震技术在技术和经济上都是可行的，并且可以取得良好的经济效益和社会效益。

建筑结构；隔震技术；社会效益；经济效益

0 引言

据我国住房与城乡建设部抗震办的不完全统计，至2016年6月，我国已建成隔震建筑超过3 500栋，总量已达世界第二。这些隔震建筑主要分布在我国云南、四川、江苏、新疆、甘肃和北京等省市，并且其中已有少部分隔震建筑经受住了实际地震的考验，抗震性能优良，与抗震建筑相比，体现出较高的经济效益和社会效益。在技术规范方面，国家及各级人民政府在认识到隔震建筑历经近几年数次地震后所表现出的良好的抗震性能后，逐渐提高了对推广应用隔震建筑必要性的认识，陆续出台相关指导性文件，修订抗震设计规范，制定隔震技术规程等。

在政府政策方面，国务院于2010年下发《关于进一步加强防震减灾工作的意见》，对提高城乡建筑物抗震能力、提高基础设施抗震设防和保障能力等作出了细致的要求。云南省作为地震灾害严重的主要省份之一，基于住建部和国务院的政策推广通知，连续出台了《关于贯彻国务院进一步加强防震减灾工作意见的实施意见》《关于进一步加快推进福建省减隔震技术发展与应用工作的通知》《关于加快推进减隔震技术应用的通知》。其中规定设防烈度为8度及以上的地区中小学校舍、幼儿园、县以上的医院必须采用减隔震技术；在高校建立科研实验室；加强减隔震技术支持与产品服务；进一步做好宣传引导等工作。

2014年住房和城乡建设部印发的《关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)》(建质〔2014〕25号)进一步支持设防烈度为8度及以上的高烈度区、地震重点监视防御区或地震灾后重建的学校、医院、幼儿园等人员密集的公共建筑、地震重点设防类、特殊设防类的建筑优先采用隔震技术设计[1]。此后，四川、陕西、海南、新疆维吾尔自治区等省、市、地区也分别转发了该文件；云南省、甘肃省、新疆维吾尔自治区、海南省、西安市、山西市、合肥市等省、市还发布了强制性文件，推广隔震技术。

福建省虽然转发了住建部建质〔2014〕25号文件，但仅有厦门市发布了隔震技术推广文件《厦门市建设局关于在我市房屋建筑工程中推广应用减隔震技术的意见》(厦勘设〔2016〕3号)，该文件提倡厦门市乙类建筑采用减隔震技术，并没有强制推广减隔震技术。

因此福建省建筑结构应用隔震技术发展缓慢，在建和已建成的隔震建筑共计约28栋,总建筑面积超过160 000m2，总量相比需求仍十分微小。基此，本文对福建省现有的应用隔震技术的建筑结构进行现状调查，对福建省建筑结构应用隔震技术的发展进行研究，论述福建省建筑结构应用隔震技术的必要性。

1 地震灾害对福建省的影响

福建省的沿海地区紧邻地震活跃的台湾地震带，自19世纪以来，已有多次地震对福建省造成了不同程度的破坏。1985年，国家将福建沿海几个城市列入重点抗震设防城市(7度设防区，加速度0.10g)，2008年7月调整为7度设防区(加速度0.15g)，其中，厦门、漳州、泉州均为7度设防区(加速度0.15g)，福州为7度设防区(加速度0.10g)。由此看出，福建省是建筑抗震需求较高的主要省份之一，省内经济发达地区防震减灾要求也较高，且都位于东南沿海次级板块边界。历史上，1600年至1605年东南沿海次级板块边界爆发两次7.5级到8级地震，1次7.0级～7.4级地震以及两次6.5级地震，因此一旦发生大地震，将对福建省人口稠密的城市群地区造成连续冲击，后果不可接受。

1.1 地震灾害对福建省的政治影响

福建省位于中国东南沿海，东隔台湾海峡与台湾宝岛隔海相望，具有得天独厚的地理优势。人口3 693万，城市人口比重达到57%，是我国城镇化率较高和经济发展较快的省份。在两岸和平繁荣稳定的总体方针下，福建沿海地区作为两岸交流的大陆门户，获得了中央的政策扶持。2004年福建省提出了海峡西岸经济区的发展战略，国家将海西经济区定义为：两岸人民交流合作的先行先试区域、服务周边地区发展新的对外开放综合通道、东部沿海地区先进制造业的重要基地和我国重要的自然和文化旅游中心。2014年12月，国务院批准中国(福建)自由贸易试验区成立，该自由贸易区是“一带一路”战略构想的重要组成部分，主要包括福州片区、平潭片区和厦门片区。该构想促进各国文化沟通，促进区域和平发展。可见，一旦发生地震，若无成熟的科学技术应对，对国家战略方针的实施进程将产生重大影响。福建省的政治地位要求其建筑结构必须达到高烈度区的抗震要求，在地震来临时有能力将损失降到最低，不影响两岸交流，不迟滞国家战略部署的进程。

1.2 地震灾害对福建省的经济影响

目前推动福建省经济发展的主要有自贸区和“一带一路”战略构想两大因素，这两大战略构想主要影响我国的经济带(图1)。

福建省是古代海上丝绸之路的发源地，泉州更被认为是古代海上丝绸之路的起点，而今福建省是“一带一路”建设的核心区，具备良好的经济发展机遇。不仅自身经济可以转型升级，还可以形成可复制、借鉴的经验，推动其他地区经济发展。

据福建省国民经济和社会发展统计公报统计，2015年福建省经济总量居全国第11，地区生产总值25 979.82亿元，比上年增长9.0%，有自贸区建设和“一带一路”构想两个发展契机，有望在2016年跻身全国前十。同时，2015年在全国7个进出口值超万亿元的省市中，福建省进口、出口增速均位列第4名，其中，进口增速高于浙江、北京和山东，出口增速高于江苏、上海和北京。参考1995年日本阪神地震不难发现，今日的厦门、福州与1995年的大阪、神户城市经济水平相似，而当年阪神地震造成的经济损失总计超过960亿美元，还波及邻近工业地带和日本的对外贸易。由此可以预见，如果没有先进的防震减灾技术，一旦发生地震，福建乃至全国将会面临巨大的经济损失，还将影响国家台海战略及对外交流合作。

2 隔震技术与抗震技术原理比较

隔震技术是指，在建筑物下部结构与上部结构之间，设置一层由橡胶支座、阻尼器等设备组成的水平向隔震系统，形成柔性底层，用来吸收和耗散能量，是一种以柔克刚的抗震方法[2]。而传统抗震措施是一种“硬抗”的方法，即通过增大结构构件的截面，来加强其强度、刚度和延性，从而吸收更多地震能量。两种结构地震时建筑反应比较(图2)。

目前福建省应用建筑结构应用隔震技术的形式主要分为基础隔震和底层柱顶隔震。大量实验研究结果表明，建筑结构应用隔震技术对减少结构水平地震反应十分有效。因此，推广隔震技术的应用能有效提高福建省防震减灾工作的效率，提升建筑工程的抗震设防能力，最大限度地减轻地震灾害带来的损失，有效确保人民群众的生命财产安全，变被动救灾为主动防灾。

3 国内外隔震技术应用情况

3.1 国外隔震技术应用情况

20世纪60年代，南斯拉夫贝斯特洛奇小学首次应用天然橡胶支座隔震元件，该建筑在地震中没有遭受损害，由此，建筑抗震领域开始重视橡胶隔震产品。20世纪90年代中期，美国、日本、新西兰、法国和意大利等国相继应用橡胶支座建造了400余栋隔震建筑和桥梁[3]。基于隔震建筑在地震中的优异表现，世界各国加快了对隔震建筑的研究和工程应用，并相继制定出本国的隔震建筑设计规范和隔震支座质量验收和维护标准[4]，以指导隔震建筑的建设，扩大使用范围。

日本是建筑隔震领域发展应用最为成熟的国家，己建成6 000多栋隔震建筑。20世纪90年代初，日本阪神7.3级大地震造成人员和财产的重大损失，虽然很多建筑未遭受严重破坏，但因为塑性变形过大使修复成本过高或丧失正常功能，但是距震中35km安装了橡胶隔震支座的日本西部邮政大楼在这次地震中安然无恙。因此，全国达成共识，全面推广建筑结构应用隔震技术，日本的隔震结构迅速发展起来，日本的隔震建筑设计的目标[5]为大震不坏，其颁布的《建筑隔震设计指南》规定：在大地震时，隔震建筑上部结构不会破坏，人员财产和室内设备的安全均能得到保证。

美国的隔震技术应用也位居世界前茅，现已建成超过1 200栋隔震建筑。1994年，洛杉矶北岭地震，美国南加州大学医院采用了叠层橡胶隔震支座，在强地震的袭击下完全完好，室内的医疗设备丝毫无损，震后运转正常，成为震区灾后的急救中心，使伤者能够以最快的速度接受治疗，对减轻地震伤亡起了关键作用[7]。受此影响，美国加州在灾后颁布的1953号加固立法案中，要求在2008年前，重要的高级医院必须进行加固，在2020年前，震区其他所有医院都必须被加固。按照该立法案的要求，加州的老人中心和长滩医疗中心采用叠层橡胶支座进行隔震加固改造[7]。

此外，新西兰、意大利等国家也相继出台了许多推广应用隔震措施的文件和相关政策，鼓励加大隔震技术的应用范围。可见隔震技术是一项成熟的新技术，很多国家已经广泛应用隔震技术并获得了良好的社会效益和经济效益，可以借鉴国外成熟的应用经验进一步推广其在福建省的应用。

3.2 国内建筑结构应用隔震技术情况

我国的隔震技术应用研究始于20世纪 70 年代，并于 1994 年建成了第一幢叠层橡胶支座隔震住宅楼。此后，采用橡胶隔震支座的隔震建筑在我国不断得到应用。我国已建成的隔震建筑主要分布在云南、四川、江苏、新疆、甘肃和北京等多个省市，其中已有部分建筑成功经受住了地震的考验。2013年雅安地震中，位于震中芦山县人民医院综合大楼因其采用了隔震技术，抵御地震的效果远好于临近的采用抗震设计的住院楼。隔震技术应用最为广泛的云南省，在抗震设防烈度8度和9度地区内，符合适用条件的所有中小学教学建筑和学生宿舍、医院、通信、电力及交通枢纽等重大建筑工程已经全面推广使用隔震技术。可见我国建筑结构应用隔震技术已具备全面推广的技术基础，其他省市的成功案例也值得福建省参考。

4 福建省建筑结构应用隔震技术情况

福建省第一栋应用隔震技术的建筑结构是位于泉州洛江区的某住宅项目，建设时间是1999年，由福建省建设厅抗震办、同济大学设计，6层的框架结构，建筑面积为1 500m2，采用底层柱顶的隔震形式；2001年，福建省第一栋应用隔震技术的公建项目——地震局防灾指挥中心建成。这两栋建筑代表着隔震技术在福建省进入了试点工程阶段。这个阶段过程中，建筑结构应用隔震技术的主要设计人员为省外专家，推广应用的项目以政府公建项目为主。

2008年起，在福州大学结构减隔震应用研究课题组祁皑教授、吴应雄副教授的带领下，展开了一系列关于建筑隔震技术理论与试验的研究，在实际工程试点应用过程中，考虑经济性因素，针对福建省较为广泛的底层架空结构隔震体系进行了较为深入的研究。结合福建省建筑发展现状，高校的研究推广使隔震技术在福建省由新技术引进阶段，迈向了初步应用阶段。

2012年起，在厦门市建设局和湖里区的支持下，湖里区教育局的新建项目开始广泛应用隔震技术，并由福州大学配合进行新建学校建筑的隔震专项设计。

福建省隔震建筑发展可分为3个阶段，期间先后建造了20余个工程项目。

(1)试点工程阶段

运用底层柱顶隔震技术的泉州洛江区吉苑小区住宅；

运用基础隔震技术的福建省地震局大楼。

(2)初步应用阶段

运用底层柱顶隔震的厦门同安森林公安扑救队综合楼、厦门市新圩卫生院医技楼、梅花伞业股份公司员工宿舍楼(晋江市)、惠安县民宅；

运用底层柱顶隔震+基础隔震+滑移支座的厦门同安公安分局训练教学楼和运用基础隔震的泉州市5栋别墅、福建莆田部队办公楼工程、福州市马尾区2栋别墅、福州市晋安区鼓山第六小学2栋教学楼。

(3)应用推广阶段

运用底层柱顶隔震技术的厦门湖里区东渡小学附属教学楼、厦门湖里中学南区1#教学楼、厦门湖里中学南区2#教学楼、厦门湖里中学北区1#教学楼、厦门湖里实验幼儿园；

运用基础隔震技术的厦门湖里加州花园幼儿园、厦门湖里塘边幼儿园、厦门湖里上湖安置房幼儿园、厦门湖里和通里幼儿园、厦门湖里湖边小学、厦门湖里教师进修学校附属第二小学。

分析可知，目前福建省应用隔震技术的建筑结构以学校、医院、幼儿园等人员密集的公共建筑、地震重点设防类、特殊设防类的建筑为主。在设计方面，福建省设计人员已经具有一定的隔震建筑设计经验，并且成功设计了一批隔震建筑。与此同时，一部分施工团队和图审人员也逐步在具体工程项目中积累经验，现已掌握与隔震技术有关的专业知识。因此，在福建省推广建筑结构应用隔震技术已经具备技术基础。

5 福建省建筑结构应用隔震技术的经济可行性

根据2015年统计情况，福建省全省实现生产总值25 979.82亿元，增长9.0%，全年全省居民人均可支配收入23 331元，比上年增长10.0%。同时，福建省遇到国家大力发展海西经济区这一历史契机，经济处于高速发展中。因此，福建省发展隔震技术，具有一定的经济基础。在达到更好的抗震水平条件下，隔震结构与抗震结构相比，造价增加不多。如应用基础隔震的厦门湖里区实验幼儿园的造价约增加了65万元，占单体土建总造价的8.98%(单体土建造价约为724万元)。值得注意的是，这个工程增加的造价小于工程总投资的6.0%。再如应用柱顶隔震的厦门湖里区湖里中学的三栋教学楼，工程造价约增加了142万元，约占单体土建工程总造价的6.04%(单体土建工程总造价约为2 350万元)。特别要说明的是，这个工程增加的造价小于工程总投资的4.0%。因此，这两栋建筑工程造价虽有少量的增加，但结构的抗震安全性却显著提高，具有良好的综合效益。建筑结构应用隔震技术的工程造价在可接受范围内，建筑结构应用隔震技术具有经济可行性。

6 建筑结构应用隔震技术的综合效益

6.1 建筑结构应用隔震技术的经济效益

从隔震技术与抗震技术的原理比较可以看出，隔震建筑在震后减小损失方面表现更好。随着建筑业的发展，许多建筑的装修和内部设备的造价超过土建造价。这样的建筑如果在强震中产生破坏，其维修或重建的费用是惊人的[8]。文献[9]通过对甘肃省的4栋实际工程经济数据分析，得出隔震设计合理时，地震损失及震后维修一般可减小结构失效损失费用约8%～35%。文献[10]通过对福建省某幼儿园建筑工程项目进行决策实例分析，得出隔震方案功能系数相对于抗震方案较高，体现在室内设备抗倾覆、建筑抗震需求以及社会影响力3个主要影响因素；相比传统抗震建筑，隔震建筑在灾后建筑失效损失方面的作用无可比拟，能够大幅度降低建筑在面临地震时的结构和非结构性的时效损失。同时，由于隔震体系的特性，面临地震时隔震层上部结构平动的特点，能够有效避免室内设备装置倾覆，保证室内财产不受破坏，保护室内人员安全。可见，隔震建筑具备良好的经济效益，尤其体现在灾后结构失效损失费用上，能大幅度降低地震造成的经济损失。

6.2 建筑结构应用隔震技术的社会效益

文献[6]根据历史上的震害统计分析发现，地震震害直接导致的人员伤亡仅仅是地震引发的全部人员伤亡的5%，而由建筑物倒塌造成的人员伤亡占比达到95%。因此，面临地震灾害最为有效的方案就是提升建筑安全性。

在历次震害的调查报告中，保持基本完好的结构类型均严格按照抗震规范设计，符合设防烈度要求的建筑，有效地保证了人民生命安全和室内设备财产。因此，依靠建筑减隔震技术的进步，可以有效提高建筑结构的抗震能力，抵御地震灾害。

如果按照传统抗震设计要求，虽然在设防烈度的大震作用下，可以实现建筑主体不倾覆，保障建筑物内部人员生命安全，但传统的抗震结构通过“硬抗”的方式，固定基础、上部结构层间位移较大，产生剪切变形，虽然主体结构能不受损伤，但容易造成室内门窗开裂、天花板脱落、家具倾倒等破坏，建筑功能将不能维持正常使用，对灾后的救援工作十分不利，易造成更为严重的二次破坏和伤亡。相比抗震结构“硬抗”的方式，隔震结构通过设置水平向隔震层，留设水平位移空间和竖向隔震检修空间，将建筑物与外界隔开，并利用隔震支座的性能，达到上部结构基本平动的效用，减少层间位移，保障室内人员、家具和设备的稳定。

2013年雅安地震中，采用隔震技术的芦山县人民医院综合大楼，位于震中，但在地震后主体结构保存完好，且医院内部医疗器械设备工作正常，该大楼在灾后成为震中的医疗救灾指挥中心。而相邻的应用抗震技术的住院楼虽没倒塌，但室内设备仪器破坏严重，非结构构件大面积损坏，可见，应用隔震技术的大楼抵御地震的效果远好于采用抗震设计的住院楼。该大楼通过媒体的报道宣传，被誉为震中“不倒翁”，引起学者和全社会的广泛关注。因此建筑结构应用隔震技术的推广迎合了社会发展的需求，具有良好的社会效益。

7 结论

(1)福建省作为建筑抗震需求较高的主要省份之一，有必要推广隔震技术。

(2)结合国内外及福建省隔震技术应用情况，福建省已经具备成熟的经验和技术，因此福建省建推广建筑结构应用隔震技术具有技术可行性。

(3)福建省的经济水平足以承担隔震技术增加的费用，隔震技术造价在可接受范围内，福建省推广建筑结构应用隔震技术具备经济可行性。

综上，福建省推广建筑结构应用隔震技术是可行且必要的。

[1] 关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的若干意见(暂行)[Z].(建质〔2014〕25号)．

[2] 商昊江，祁皑．基础隔震技术在中国的研究与应用[J]．福建建筑，2007(09):28-29,38．

[3] 刘鹏飞，刘伟庆，王曙光，等．基于性能的基础隔震结构设计基本框架[J]．四川建筑科学研究，2010，(04):153-157．

[4] 赵亚敏，苏经宇，马东辉.建筑结构基础隔震标准化研究[J]．世界地震工程，2006(01):37-41．

[5] 崔鸿超．日本超高层建筑结构抗震新技术的发展现状及思考[J]．建筑结构，2013(16):1-7+53．

[6] A. R. Bixio, M. Dolce, D. Nigro, et al．Repeatable dynamic release tests on a base-isolated building[J]．Journal of Earthquake Engineering．2001, 5(3)：369-393．

[7] F. Braga, M. Laterza．Field testing of low-rise base isolated building[J]． Engineering Structures, 2008, 10(6)： 1599-1610．

[8] 祁皑.层间隔震技术评述[J].地震工程与工程振动，2004，4(6)：114-120.

[9] 党育，杜永峰，毕长松．隔震建筑的经济性分析[J]．工程抗震与加固改造，2006，28(4):37-40．

[10] 吴应雄，卢梦超，吴小清．基于价值工程的建筑应用隔震技术分析[J]，土木工程与管理学报，2015，31(3):16-21．

[11] 周云，张超，邓雪松．由汶川地震反思我国防震减灾能力建设[A]．中国土木工程学会、中国工程院土木水利与建筑工程学部、中国土木工程学会防震减灾工程技术推广委员会、福建省土木建筑学会，2009(09)．

The Analysis on Necessity of Fujian Provincial Building Structure Applying Isolation Technology

WANGMantingQIUYunjiaYUShenghuiLIANLihongHUANGJing

(College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108)

Fujian province is located in the southeast coast of China, near the Pacific seismic belt. However, the isolation technology used in building structure started late, and the promotion of isolation technology developed slowly comparing to other provinces in China. In order to further enhance the safety and economy of building structure in Fujian province, we systematically analyzed the building structure designed with isolation technology through multiple methods. For example, we analysed the influence of earthquake disasters in Fujian province, compared the seismic isolation principle and the seismic resistance principle, combined the domestic and foreign development of isolation technology, tracked the buildings in Xiamen designed with isolation technology down, and discussed with relevant units . In the end, we can come to a conclusion that promoting the application of isolation technology in Fujian province is feasible in technology and economy, which will achieve good economic and social benefits.

Building structure; Isolation technology; Social benefits; Economic benefits

福建省大学生创新创业训练计划基金资助(项目编号：201510386058)

王曼婷(1995.9- )，女。

吴应雄(1969-)，男,副教授

E-mail:wyxfz2006@163.com

2016-05-05

TU352.1+2

A

1004-6135(2016)0706-0030-05