減震技術(shù)丨減隔震方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

三泰書齋 2020-07-10

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來源：昆明正東設(shè)計(jì)。

0、前言

2016年12月1日，云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布了《云南省隔震減震建筑工程促進(jìn)規(guī)定實(shí)施細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱《實(shí)施細(xì)則》），細(xì)則中要求抗震設(shè)防烈度7度以上區(qū)域內(nèi)三層以上、且單體建筑面積1000平方米以上的學(xué)校、幼兒園校舍和醫(yī)院醫(yī)療用房建筑工程采用減隔震技術(shù)。根據(jù)《實(shí)施細(xì)則》中的要求，云南省內(nèi)的中小學(xué)均采用減隔震技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1、工程概況

萬科新一學(xué)校（九年一貫制）項(xiàng)目位于昆明市官渡區(qū)，南鄰滇池，環(huán)湖東路與福保路交叉口，距離昆明市滇池國(guó)際會(huì)展中心1KM，項(xiàng)目平面效果圖詳圖1。

圖1 項(xiàng)目平面效果圖

圖2 地下室平面輪廓圖（洋紅色線范圍）

由圖2可知，中學(xué)教學(xué)樓坐落在地下室頂板上，均可以采用減震技術(shù)或隔震技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中地下室頂板兼做隔震層底部。由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010(2016年版)可知抗震設(shè)防烈度 8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為 0.2g，設(shè)計(jì)地震分組第三組，Ⅲ類場(chǎng)地，場(chǎng)地特征周期 0.65s。采用框架結(jié)構(gòu)，隔震層以上主要結(jié)構(gòu)層為 6 層。屬于重點(diǎn)設(shè)防類，乙類建筑。其中減震計(jì)算模型及隔震計(jì)算模型詳圖3。

圖3 隔震計(jì)算模型

表1 主要截面表

范圍	構(gòu)件類型	混凝土強(qiáng)度等級(jí)	典型構(gòu)件截面尺寸（隔震）	典型構(gòu)件截面尺寸（減震）
地下室頂板～二層	墻、柱	C45	750X800	900X1000
地下室頂板～二層	梁、板	C40	350X600	300X800
二層～四層	墻、柱	C45、C40	600X700	800X900
二層～四層	梁、板	C40、C35	300X600	300X700
四層～屋面	墻、柱	C30	500X600	700X800
四層～屋面	梁、板	C30	300X600	300X700

2、經(jīng)濟(jì)性分析

2.1上部結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析（隔震方案）

2.1.1 鋼筋用量比較（注：含鋼量?jī)H為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋，不包括其他構(gòu)造鋼筋）

采用隔震技術(shù)后，輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量大大減低,建筑隔震上部結(jié)構(gòu)遭受的地震力僅相當(dāng)于不隔震房屋的50%-80%。所以根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)降低輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震作用，根據(jù)本工程的具體情況，上部結(jié)構(gòu)的地震作用按照降低一度的作用進(jìn)行輸入，故上部結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的鋼筋用量大大減少,從上表可以看出，含鋼量從非隔震結(jié)構(gòu)314084.768Kg降低到234309.604kg，節(jié)省79775.164kg，約80噸。

2.1.2 混凝土用量比較

根據(jù)計(jì)算軟件得出隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)的混凝土用量，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條及條文說明，隔震結(jié)構(gòu)的樓層最小剪力系數(shù)值按照原設(shè)防烈度進(jìn)行控制，采用隔震技術(shù)，地震作用為降一度后水平地震作用，但是最小剪力系數(shù)卻要按照原設(shè)防烈度下的剪力系數(shù)進(jìn)行控制，故導(dǎo)致隔震后的最小剪力系數(shù)不易滿足，為了滿足規(guī)范的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行了一定的加強(qiáng)，隔震層的結(jié)構(gòu)梁、板混凝土用量比非隔震結(jié)構(gòu)用量大，但由于上部結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)，柱子截面減小，由上表可知，隔震結(jié)構(gòu)所耗費(fèi)的混凝土用量相比非隔震結(jié)構(gòu)少了69.92 m³。

2.1.3 隔震層增加的費(fèi)用

采用隔震技術(shù)后，根據(jù)結(jié)構(gòu)上部面壓初步估計(jì)了隔震支座布置圖，詳見圖4，其中隔震墊的數(shù)量統(tǒng)計(jì)詳表2：

表2 使用支座數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

類別	LRB400	LRB500	LRB600	LNB700	合計(jì)
使用數(shù)量	11	6	8	6	31
總價(jià)	339190元

根據(jù)隔震廠家支座報(bào)價(jià)，隔震支座、隔震構(gòu)造措施等費(fèi)用約34萬元。

2.1.4 直接經(jīng)濟(jì)效益

采用隔震技術(shù)后，上部結(jié)構(gòu)鋼筋和混凝土量明顯減少，鋼筋按0.5萬元/噸、混凝土按0.04萬元/噸計(jì)算；由于該棟建筑下方有地下室，且上部有2米厚覆土，可兼作隔震層，不需單獨(dú)設(shè)置隔震層，故隔震層本身的費(fèi)用可不計(jì)。隔震技術(shù)上部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度可減少一度，減少造價(jià)約0.5X80+0.04X69.92=43萬。直接經(jīng)濟(jì)效益=上部結(jié)構(gòu)減少的費(fèi)用-下部結(jié)構(gòu)增加的費(fèi)用=43-34=9萬元。即該棟建筑采用隔震技術(shù)后總體造價(jià)不僅沒有增加，而且造價(jià)會(huì)減少約9萬元。

2.1.5 額外設(shè)置隔震層的造價(jià)估算

若初中教學(xué)樓需要設(shè)置隔震層，每平米按0.15萬元計(jì)算，隔震層的額外造價(jià)為0.15X864.82=13萬元。由此可得，主樓下方無地下室，采用隔震技術(shù)后，直接經(jīng)濟(jì)效益=上部結(jié)構(gòu)減少的費(fèi)用-下部結(jié)構(gòu)增加的費(fèi)用=43-34-13=-4萬元。即該棟建筑采用隔震技術(shù)后總體造價(jià)略增加，增加造價(jià)約4萬元。

2.1.6 長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益

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)損失兩個(gè)方面。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)致的建筑物功能不能正常使用所帶來的經(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。在遭遇較大地震時(shí)，室內(nèi)設(shè)備損壞、墻體開裂、管道破裂、家具傾倒，也會(huì)造成人員傷亡，維修費(fèi)用很高，間接經(jīng)濟(jì)損失完全可能超過直接經(jīng)濟(jì)損失。而采用隔震技術(shù)后，在遭遇較大地震時(shí)，隔震建筑及室內(nèi)設(shè)備、物品完好或輕微損壞即不維修或簡(jiǎn)單維修即可使用，震后可以確保建筑能夠盡快正常投入使用，保護(hù)了人員和財(cái)產(chǎn)安全，提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震安全性。可以說采用隔震技術(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,隔震建筑具有傳統(tǒng)抗震建筑無法比擬的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。

2.1上部結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析（隔震方案）

本項(xiàng)目選取了典型的位移型阻尼器-摩擦阻尼器及速度型阻尼器-黏滯阻尼器作為對(duì)比。

采用摩擦阻尼器的減震技術(shù)方案，平面布置詳圖5，布置在1-4層，總計(jì)約為40套（噸位預(yù)估為20t），造價(jià)約32萬；檢測(cè)件2件，檢測(cè)費(fèi)約2萬。減震主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，消能子結(jié)構(gòu)需要按罕遇地震下計(jì)算結(jié)果作配筋計(jì)算，需要增加鋼筋用量，上部結(jié)構(gòu)附加阻尼后可使結(jié)構(gòu)減少鋼筋含量，總體此部分會(huì)導(dǎo)致鋼筋用量稍有增加。采用摩擦阻尼器的減震方案直接造價(jià)為32+2=34萬，即增加造價(jià)約34萬。

若采用黏滯阻尼器的減震技術(shù)方案，布置在2-4層，總計(jì)約為32套（噸位預(yù)估為30t），造價(jià)約38.4萬；檢測(cè)件16件，檢測(cè)費(fèi)約19.2萬。減震主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，消能子結(jié)構(gòu)需要按罕遇地震下計(jì)算結(jié)果作配筋計(jì)算，需要增加鋼筋用量，但結(jié)構(gòu)附加阻尼后又可為結(jié)構(gòu)減少鋼筋含量，總體此部分造價(jià)基本持平。

即減震直接造價(jià)為38.4+19.2=57.6萬。即若采用減震技術(shù)，造價(jià)約57.6萬。阻尼器需設(shè)預(yù)埋件和節(jié)點(diǎn)板，安裝簡(jiǎn)便，施工速度快，不影響工期。減震直接造價(jià)為42.6+12=54.6萬。

三、結(jié)論

根據(jù)以上的隔震方案和減震方案對(duì)比可看出，由于建筑物有2米厚覆土可以作為隔震層，則抵消掉了此部分的土方造價(jià)，那么采用隔震技術(shù)以后，由于輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量大大降低，根據(jù)規(guī)范規(guī)定可以按照降低地震作用進(jìn)行設(shè)計(jì)，含鋼量也會(huì)大大降低，可以明顯降低工程造價(jià)，節(jié)約資源，同時(shí)隔震技術(shù)是“以柔克剛”，大大提高了結(jié)構(gòu)本身的安全儲(chǔ)備，隔震建筑的設(shè)防目標(biāo)一般應(yīng)高于非隔震建筑。通過合理的隔震設(shè)計(jì)，建筑的設(shè)防目標(biāo)可以達(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”，有時(shí)甚至超過此目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)基于性能的設(shè)計(jì)思想。本項(xiàng)目若采用減震方案，雖然也能顯著降低上部結(jié)構(gòu)地震作用，但減震方案并不能帶來整個(gè)結(jié)構(gòu)含鋼量及混凝土用量的大幅減少，采用減震技術(shù)的整體經(jīng)濟(jì)性不如隔震技術(shù)。由此可以看出，若建筑物有地下室，且地下室上部的覆土厚度已達(dá)到隔震要求，該部分可以兼作隔震層，略去隔震層的費(fèi)用后，顯然隔震方案的經(jīng)濟(jì)性要比減震方案的經(jīng)濟(jì)性好，可優(yōu)先使用隔震技術(shù)。

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