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建筑防震新材料的前景

發布時間:2019-10-14  來源:78建筑網   【】【】【】  loading...

   近幾年來,全球地震頻發,給人類帶來了巨大的災難。而災難的發生,往往猝不及防。我國是一個多地震的國家,約有20多條地震帶,關于地震記載的史料長達3000多年。其中多條地震帶上居住著大量人口,這就給這些地區的建筑物的結構設計與材料的選擇提出了高要求、嚴標準。

建造輕鋼結構或是趨勢地震災害過后,是災區的重建工作,這是一項大工程。城鎮現代化讓人們過上了舒適的生活,但并非是集中在水泥方塊里面臨著更大的生存威脅。因此,對于處在地震帶上的地區,抗震材料的使用在很大程度上可以減少災難帶來的損失。經過調查發現,市場上并不缺少抗震建材。尤其在汶川地震后,一大批抗震建筑材料涌入市場。同時,社會各界也在呼吁建筑物,特別是高層建筑要使用抗震材料。

如今,一些相關人士提倡輕鋼結構抗震建筑材料。據業內專家介紹,從地震對建筑物所造成的破壞來看,地震頻發或促使建材業進一步思考如何提高建筑物自身的牢固性和安全性。而輕鋼結構建筑恰恰能在這一點上彌補災害帶來的嚴重影響,日益受到國內建筑的青睞。隨著時代的發展,建筑材料從最初的青磚變成了紅磚,到現在越來越多的建筑開始使用輕鋼結構。而從抗震性能上來講,輕鋼結構建筑無疑是很好的選擇,這一結構中剪力墻、框剪、框架抗震性能都很強,這也正是磚混等砌體結構建筑所缺少的。因為缺少鋼筋提供徐變階段,磚混等砌體結構建筑遭到高強度的搖晃后,容易發生結構破壞,所以相對安全性能要差一些,這就是自建砌筑房容易倒塌原因之一。另一方面來說,使用鋼筋混凝土結構的建筑在坍塌后,至少還可能制造出一定的安全空間,而不至于造成人員掩埋,搶救困難等現象。中國建筑材料科學研究總院院長辦公室主任張繼軍提到,總院三板一住輕鋼結構抗震節能型鄉鎮建筑,不僅能滿足建筑抗震要求,同時還節能環保,已在北京、山西、山東和四川等地成功應用。中建鋼構有限公司成都分公司總經理張曉明透露,抗震系數高的鋼構方案在四川地區非常受歡迎。也有一些人士認為輕鋼結構建筑的普及還需要時間。雖然鋼結構技術已經基本成熟,但是由于缺乏產業化條件,墻面材料、地板、衛浴等配套材料技術并不成熟,因此將其產業化,還需要進行大量配套工作。隨著城鎮化進程的逐步推進,城市里高層建筑越來越多,輕鋼結構防震建筑的推廣與應用可以有效提升建筑物的安全系數。同時,老房改造和重建時,出現的不應該是豆腐渣工程,而是切實有效抵御災害的防震樓,輕鋼結構建筑無疑是值得參考的選擇。

加固新材料有用武之地中國建筑裝飾協會會長李秉仁在汶川地震時候曾講過,通過學習和借鑒先進的規劃理念,先進的抗震設防技術,一定能更好、更快地推進災后恢復重建工作。災后恢復重建,重視新材料、新技術的運用,才能確保災后重建如期完成。由于地震的不斷發生,材料領域在建筑結構加固方面的研究逐漸深入,在積極探索研發新材料來減小災害對建筑物造成的損傷。碳纖維復合材料的出現,猶如一針強心劑,給行業帶來了莫大的信心,也讓建筑物抗震的作用達到最大化。碳纖維復合材料早期是伴隨著軍工事業的發展而成長起來的新型材料,屬于高新技術產品。由于它具有高比強度、耐高溫、耐疲勞、抗蠕變等一系列優異性能,既可作為結構材料承載負荷,又可作為功能材料發揮作用。其中,作為纖維增強混凝土材料,碳纖維增強混凝土開始逐步用作高層建筑的外墻墻板。這一材料利用碳纖維具有震動阻尼特性,可吸收震動波等特點,從而使建筑防地震能力和抗彎強度提高十幾倍。

一位在建筑加固領域工作多年的李先生告訴記者,利用碳纖維材料來加固修補混凝土結構技術在我國起步較晚,但近幾年這一研究呈現不斷發展的趨勢,最初僅有國家工業建筑診斷與工程技術研究中心一個單位,相繼有清華大學、同濟大學等10所家高等學校和科研設計單位嘗試地進行過國產和進口碳纖維織物加固混凝土構件等方面的研究,取得了實質性成果,并在工業與民用建筑、橋梁與隧道中得到應用,收到了良好的抗震效果。碳纖維新材料用來加固建筑物抗震技術研究開發成功后,將會給建筑領域加固改造技術帶來重大變革,采用碳纖維材料加固建筑將比以往傳統的技術更優越、更有效率和更方便經濟,可以解決傳統的加固方法不能解決的技術問題,具有重大的經濟和社會效益。北京的一位建筑加固專家認為,特別是碳纖維加固修復混凝土結構技術研究開發成功,將為碳纖維材料及其他高性能纖維材料應用于建筑業打下深厚的基礎,為建筑物抗震提供了保證,開辟了新的產業途徑。同時,這將會極大地帶動我國碳纖維新材料高技術領域的發展。

參考國外建筑有講究提起地震,不得不想到我們的鄰國——日本。日本地震頻發,但它卻是世界公認的第一抗震強國。多次地震中,日本雖遭受了嚴重的經濟損失,但大多數建筑仍堅挺不倒,堪稱“樓堅強”,這跟日本建筑所采用的工藝與材料有很大的關系。日本建筑在選材上十分講究。磚瓦材料已經不會出現在日本的建筑中。關東大地震后,磚瓦就被輔以輕型墻面材料的鋼筋混凝土結構所替代。由于木材也具備優秀的抗震性能,在日本也被民宅大量應用。

日本的民宅大都是柔性的木結構材料。木結構房屋在承受地震作用引起的晃動時,可以很好地釋放力量,不容易散開和松動。在此基礎上,日本民宅均采用箱體設計,地震災害發生時房屋可以整體翻滾而不損毀。20世紀80年代后,日本研究開發了主要應用于民居的“免震建筑技術”,就是在建筑物和地基之間設置用柔和的材料制成的免震層。發生地震時,能夠保住建筑物完好無損。由此可見,在我國地震多發的農村地區,木質結構建筑的推廣有著十分重要的現實意義。值得一提的是,這種木結構材料房屋成本低,技術可靠。據說修建一所免震的個人住宅,只需投入一輛普通汽車的費用。此外,日本政府也給予適當的補貼鼓勵私人進行抗震加固。在高層建筑中,日本同樣多采用抗震性能優異的鋼筋混凝土結構,并且應用“地基地震隔絕”技術,即在建筑物底部安裝橡膠彈性墊或摩擦滑動承重座等抗震緩沖裝置。三井不動產公司一座公寓外圍使用了高強度16積層橡膠,這種裝置能使建筑物的受力減少一半。新西蘭也是一個多地震國家。據新西蘭皇家地質與核科學研究所高級研究員余嘉順博士介紹,新西蘭在1934年通過了新的房屋建造法案,要求所有建造在地震多發地帶的建筑基礎必須以鋼筋水泥建造。此后法案幾次進行修正,又允許了幾種新材料建造房屋(比如鋼框架)并增加對建筑物強度的要求。

如今,新西蘭多數住宅都采用了鋼筋混凝土結構基礎及木基結構板材為上部結構的結構形式,即下重上輕建筑形式。下部的鋼筋混凝土結構可以幫助穩固地基,而上部的輕型木結構自身質量輕、強度高、抗震性強。發展相關標準待完善翻看我國有關材料的標準法規,很少提及抗震材料。或許正是缺少全國性的權威解讀,才使得我國抗震材料的發展不均衡,抗震材料在地震頻發階段建筑物的使用并沒有全面普及開來。

經過研究,目前發現國家關于房屋抗震規范的標準不少,其中最為關鍵的標準是《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)。該標準經過幾次修訂后提出,鋼筋混凝土房屋應根據烈度、結構類型和高度采用不同的抗震等級,并應符合相應的計算和構造措施要求。除此之外,還有很多相關房屋抗震要求,無論是梁的鋼筋配置還是混凝土的強度、鋼材的抗拉強度都有詳細的規范要求和嚴格的計算公式。此外,《建筑工程抗震設防分類標準》、《城市抗震防災規劃管理規定》等國家標準,對建筑物抗震設防分類、責任劃歸、防災規劃均有具體劃分。

盡管如此,這些法規中都沒有明確規定地震多發地區的建筑物應該使用什么樣的抗震材料,抗震材料的準入門檻也沒有涉及。顯然,少了權威標準,不法之徒便有機可乘,尤其是打著抗震材料的旗號,在災區重建過程中建造豆腐渣工程,這無疑對災區人民是又一次的災難性打擊。這一點,我們應該向鄰國日本學習。作為地震大國,日本的建筑物要遵守嚴格的抗震標準。而日本建筑的抗震標準依據的是《建筑基準法》和《建筑基準法施行令》。規定中都明確指出,房屋的結構、高度、面積等,都決定采用何種標準的石塊、磚、混凝土預制板等。只有符合標準,才允許建造。同樣,美國的《統一建筑法規》規定,住宅建筑要求建材要有耐損性、抗震性,并盡量減少可能的保養。建筑所用材料必須符合所在州和當地的建筑標準。在美國加州等地震多發帶,建筑必須符合當地房屋抗震規定,框架結構連結點要用專門的金屬連件。相關法規和標準的完善,對于規范建筑物抗震材料的使用有著極其重要的作用。希望在不久的將來,能夠有一部關于抗震材料的標準出臺。我們也相信,隨著有關法規標準的不斷完善與落實,高性能抗震建材一定會被運用到建筑中,并得到很好的推廣。

黃岡市新型建材產業園是一個匯集建筑材料生產制作企業,以新型建筑材料為主導產業的新型工業園區,定位于新技術、新材料、新工藝,著力于打造國家級的綠色高科技建筑材料生產,發展相關配套產業和具有高科技含量的工業園區。可為市政建設提供大量建設用材,同時可延伸配套周邊鋼鐵、機械制造等工業園區的上下游產品。建筑物抗震性能的高低很大程度上取決于材料的使用。抗震材料的推廣與應用,可以很大程度上降低地震所造成的損失,也從根本上保證人民的生命財產安全。多難興邦,在災難面前,人類是那么渺小,面對災難顯得又是那么無助。從源頭做起,從基礎設施做起,從新材料做起,當廢墟過后,大部分人定會選擇堅守家鄉,而抗震建筑材料在重建美麗家園的使用,會給災后重生的人民帶來希望的明天。

【責任編輯:78建筑網】

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