農(nóng)村地區(qū)隔震技術(shù)的應(yīng)用

杜秋男　孫海峰　王麗梅　劉　雙　康　健

農(nóng)村地區(qū)隔震技術(shù)的應(yīng)用

杜秋男孫海峰王麗梅劉雙康健

杜秋男，工程師，碩士研究生學(xué)歷，2009年畢業(yè)于沈陽(yáng)建筑大學(xué)巖土工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)于黑龍江省地震局從事巖土工程、工程抗震等方面的研究與管理工作，近年來(lái)開(kāi)展農(nóng)村地區(qū)農(nóng)居隔震技術(shù)的應(yīng)用探索。

孫海峰，博士，高級(jí)工程師，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所活動(dòng)構(gòu)造專(zhuān)業(yè)博士后在站，黑龍江省地震局“十二五”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，黑龍江省地震學(xué)會(huì)理事。主要從事巖土工程專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)和地震工程專(zhuān)業(yè)相關(guān)工作。目前，已經(jīng)從事結(jié)構(gòu)工程和巖土工程學(xué)習(xí)、工作11年。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文20篇，其中EI收錄10篇，ISTP收錄3篇。

據(jù)震害調(diào)查表明，1900—1986年間地震死亡人數(shù)占所有自然災(zāi)害死亡人數(shù)的58%，其中我國(guó)的地震死亡人數(shù)最多，占42%，主要是因?yàn)槲覈?guó)人口密集，而且房屋抗震能力差，地震導(dǎo)致大量的房屋倒塌造成大量人員傷亡。隔震技術(shù)能有效地減輕地震造成的房屋破壞，隔震技術(shù)是在建筑物或構(gòu)筑物的基底或某個(gè)位置設(shè)置隔震裝置，隔離或耗散地震能量，以避免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)，從而保障地震時(shí)建筑物安全。目前國(guó)內(nèi)外工程界大多專(zhuān)注于高層、大跨橋梁等城市重要結(jié)構(gòu)的隔震研究，而事實(shí)上，我國(guó)地震中損失最慘重的是各類(lèi)磚、土、石、木等量大面廣的農(nóng)村民居建筑，農(nóng)村地區(qū)“小震致災(zāi)”的情況時(shí)有發(fā)生。因此，在農(nóng)居工程中推廣應(yīng)用隔震技術(shù)對(duì)減少地震損失尤為重要。

圖1　汶川地震民居破壞——磚木結(jié)構(gòu)平房的破壞

圖2　汶川地震民居破壞——木結(jié)構(gòu)房屋的破壞

農(nóng)居震害現(xiàn)狀

據(jù)震害調(diào)查表明，地震造成的死亡人員近60%為村鎮(zhèn)人口，而且85%～97%直接經(jīng)濟(jì)損失來(lái)自房屋破壞。例如：海城地震中，極震區(qū)的農(nóng)村民房破壞尤為嚴(yán)重，全縣總共56萬(wàn)間房屋，其中14萬(wàn)間（約25%）倒塌或嚴(yán)重破壞；2009年云南省姚安縣發(fā)生6.0級(jí)地震，造成房屋建筑毀壞84萬(wàn)平方米，破壞763萬(wàn)平方米，民用房屋直接經(jīng)濟(jì)損失為13億元人民幣；汶川地震造成69197人遇難，700多萬(wàn)間房屋倒塌，2300多萬(wàn)間房屋損壞，其中多為村鎮(zhèn)房屋的倒塌和損壞（見(jiàn)圖1、圖2），直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8452億元人民幣；青海省玉樹(shù)7.1級(jí)地震造成2689人遇難，并造成了當(dāng)?shù)卮罅看彐?zhèn)房屋倒塌（見(jiàn)圖3、圖4、圖5），農(nóng)房倒塌受損尤為嚴(yán)重。因此，如果能在農(nóng)居中廣泛應(yīng)用減隔震技術(shù)，將有效地減少地震造成的損失，減輕地震災(zāi)害。

圖3　玉樹(shù)地震民居破壞——土木房屋倒塌

圖4　玉樹(shù)地震民居破壞——土坯房整體倒塌

圖5　玉樹(shù)地震民居破壞——磚木結(jié)構(gòu)前縱墻倒塌

圖6　采用改性瀝青SBS阻尼墊建造的房屋

圖7　采用鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層建造的房屋

農(nóng)村民居的隔震技術(shù)研究現(xiàn)狀

隔震體系是指在上部結(jié)構(gòu)與下部之間合理設(shè)置隔震裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)與地震隔離的目的。通過(guò)隔震裝置調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能，消耗地震能量，減輕結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，使建筑物遭受地震荷載作用時(shí)仍處于彈性階段，從而保證建筑物內(nèi)生命和財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)隔震層的設(shè)置位置不同，可以分為基礎(chǔ)隔震、首層隔震、層間隔震和頂層隔震四種隔震類(lèi)型。在我國(guó)農(nóng)居中，多為低矮的建筑，因此主要采用基礎(chǔ)隔震方法。

目前，基礎(chǔ)隔震主要有兩種方式。一是在基礎(chǔ)底部設(shè)置以橡膠支座為代表的隔震原件；二是在基礎(chǔ)底部設(shè)置墊層的摩擦滑移隔震法。第一種方式由于造價(jià)較高，施工難度較大，多在政府機(jī)關(guān)、生命線工程、容易產(chǎn)生次生災(zāi)害的重要建設(shè)工程中應(yīng)用；第二種方式造價(jià)相對(duì)較低，選取合適的材料及工藝，可在農(nóng)村民居結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。

農(nóng)居理論研究現(xiàn)狀

砂墊層是目前國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用的隔震材料，砂墊層隔震是通過(guò)在地基和基礎(chǔ)之間放置一定粒徑、厚度、密實(shí)度和含水量的砂墊層，在地震作用時(shí)，利用砂子的非線性變形特點(diǎn)，增大地震能量的衰減，從而減輕地震對(duì)建筑物的破壞。劉曉立、竇遠(yuǎn)明、趙少偉等人對(duì)砂墊層隔震性能進(jìn)行了研究；瀝青作為經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)易的建筑材料，具有良好的性能，也是一種很好的減隔震材料。錢(qián)國(guó)禎、田杰等對(duì)瀝青隔震層進(jìn)行了研究，研究表明，砂墊層和瀝青隔震墊在農(nóng)村民居中具有較好的應(yīng)用前景。

還有一些學(xué)者對(duì)砂墊層和瀝青墊層做了改進(jìn)。尚守平等對(duì)鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層進(jìn)行了研究，將其應(yīng)用于一個(gè)農(nóng)村三層民居，并進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，該房屋的隔震層可以消耗大部分地震能量，有效地減輕了上部結(jié)構(gòu)的破壞，具有良好的隔震效果；李玉榮等對(duì)砂與橡膠粒混合隔震墊層進(jìn)行了研究，表明砂與橡膠?；旌细粽饓|層能夠降低結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)作用下的加速度反應(yīng)，起到很好的隔震效果。

農(nóng)居工程隔震技術(shù)應(yīng)用

農(nóng)居工程建設(shè)由于缺少監(jiān)管，大多沒(méi)有按照抗震設(shè)防要求設(shè)計(jì)與施工，更不用說(shuō)應(yīng)用隔震技術(shù)了。目前采用隔震技術(shù)的農(nóng)居在全國(guó)為數(shù)不多，大多是試點(diǎn)工程。隔震技術(shù)在農(nóng)居工程中應(yīng)用的典型案例有：浙江省平湖市廣陳鎮(zhèn)一兩層的農(nóng)村住宅采用了改性瀝青SBS阻尼墊隔震技術(shù)（見(jiàn)圖6）；湖南省長(zhǎng)沙市先導(dǎo)區(qū)蓮花鎮(zhèn)五豐鄉(xiāng)一農(nóng)戶自行建造的房屋采用了鋼筋-瀝青復(fù)合隔震層（見(jiàn)圖7）；浙江省平湖市廣陳鎮(zhèn)一3層房屋采用了約束砂墊層隔震（見(jiàn)圖8），這幾種方法雖然都達(dá)到了很好的減隔震效果，但是都沒(méi)有得到很好的大面積推廣應(yīng)用。

圖8　平湖市廣陳鎮(zhèn)試點(diǎn)工程

隔震技術(shù)在農(nóng)居中的推廣難度

防震減災(zāi)意識(shí)淡薄

農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平較低，廣大農(nóng)民的防震減災(zāi)意識(shí)不強(qiáng)，存在僥幸心理，尤其是有感地震較少的農(nóng)村地區(qū)，對(duì)地震的破壞性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)自身居住環(huán)境的地震安全問(wèn)題重視不夠，缺乏防范意識(shí)，新建農(nóng)居往往只追求美觀和寬敞。此外，大部分農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，經(jīng)濟(jì)不富裕，導(dǎo)致農(nóng)村建房時(shí)，只追求面積，不注重質(zhì)量，從結(jié)構(gòu)上到材料上都只注重簡(jiǎn)單、方便和便宜。

農(nóng)居建設(shè)隨意性強(qiáng)

由于農(nóng)民對(duì)房屋設(shè)計(jì)的重要性認(rèn)識(shí)不足或者是由于資金有限，大多根據(jù)自身的需求自行設(shè)計(jì)，或是參照鄰里的式樣修建新房。由于缺少專(zhuān)業(yè)知識(shí)，所以設(shè)計(jì)的方案就必然帶有很大的盲目性，隨意性比較強(qiáng)。

農(nóng)村民居建筑的施工一般也是農(nóng)民自己或農(nóng)村泥瓦匠根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)施工，沒(méi)有結(jié)構(gòu)方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。即使有些經(jīng)濟(jì)相對(duì)富裕的地區(qū)，農(nóng)村蓋房開(kāi)始大量使用鋼筋水泥，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，施工不規(guī)范，構(gòu)件之間缺少可靠的連接，建筑抗震構(gòu)造措施不滿足抗震設(shè)防要求或無(wú)抗震構(gòu)造措施，更沒(méi)有采取減隔震措施，無(wú)法達(dá)到較好的抗震效果。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，農(nóng)民的居住建筑已開(kāi)始向大開(kāi)間、大進(jìn)深和二層或三層樓房發(fā)展。因此，如果采取有效的減隔震技術(shù)方案，可大大提高農(nóng)居的地震安全。

監(jiān)管體制不健全

目前農(nóng)村民居大多是農(nóng)民自籌資金建設(shè)，國(guó)家未將農(nóng)村房屋納入建設(shè)行政主管部門(mén)的基本建設(shè)管理范圍，多數(shù)建筑未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)和施工，造成農(nóng)村建筑不符合抗震設(shè)防要求，基本無(wú)抗震能力。經(jīng)濟(jì)條件較好的農(nóng)民雖然能夠參照城市建筑建造具有鋼筋混凝土構(gòu)造，如柱、地梁、圈梁及墻體拉結(jié)鋼筋等，但往往不規(guī)范、不完整，還存在施工不規(guī)范，抗震柱及地梁、圈梁的拉結(jié)鋼筋規(guī)格、形狀、混凝土的強(qiáng)度等不符合抗震要求，經(jīng)濟(jì)條件有限的農(nóng)民，干脆就沒(méi)有任何抗震措施。一旦發(fā)生地震這樣的房屋就很容易受到損壞，即使不坍塌，也會(huì)出現(xiàn)裂縫等，最終成為危房。所以抗震設(shè)防管理要覆蓋農(nóng)村，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化管理。

隔震技術(shù)在農(nóng)居中的推廣建議

（1）建立農(nóng)村建筑技術(shù)咨詢服務(wù)體系。對(duì)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行事前、事中、事后全過(guò)程技術(shù)服務(wù)：舉辦農(nóng)村工匠減隔震技術(shù)培訓(xùn)班，普及建筑抗震和隔震知識(shí)，指導(dǎo)農(nóng)村工匠隔震施工技術(shù)的細(xì)節(jié)和要點(diǎn)，使農(nóng)村工匠理解基本原理，了解隔震方法的目的；在建設(shè)過(guò)程中提供專(zhuān)業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，為農(nóng)村民居提供有針對(duì)性的適用隔震方法；指導(dǎo)建筑物的后期維護(hù)。

（2）大力推進(jìn)防震減災(zāi)科普宣傳進(jìn)農(nóng)村。由科技和宣教人員組成宣講團(tuán)，以點(diǎn)帶面方式選取農(nóng)村教育點(diǎn)，以宣傳片和宣傳手冊(cè)形式，并努力打造通俗易懂和喜聞樂(lè)見(jiàn)的科普精品，對(duì)廣大農(nóng)村百姓進(jìn)行防震減災(zāi)及隔震知識(shí)講解，提高農(nóng)村百姓防震減災(zāi)和隔震意識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)全面覆蓋和家喻戶曉。

（3）加大政府監(jiān)管和扶持力度。建立和完善農(nóng)村民居抗震設(shè)防行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)和監(jiān)督檢查制度，將農(nóng)村民居抗震設(shè)防要求納入基本建設(shè)程序，并落實(shí)到項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)和施工等環(huán)節(jié)中，大力推進(jìn)隔震技術(shù)推廣；建立農(nóng)村民居減隔震技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼資金，同時(shí)出臺(tái)減免優(yōu)惠政策，調(diào)動(dòng)廣大農(nóng)民采取隔震措施的積極性。

結(jié)語(yǔ)

地震給人們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅人們的生命安全，在量大面廣的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用隔震技術(shù)，將帶來(lái)十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，將隔震技術(shù)在農(nóng)居工程中推廣應(yīng)用是未來(lái)中國(guó)減少地震損失的主要途徑之一。

（本項(xiàng)目由中國(guó)地震局“地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目”資助）