減震技術丨減隔震方案經(jīng)濟性對比分析

三泰書齋 2020-07-10

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來源：昆明正東設計。

0、前言

2016年12月1日，云南省住房和城鄉(xiāng)建設廳發(fā)布了《云南省隔震減震建筑工程促進規(guī)定實施細則》（以下簡稱《實施細則》），細則中要求抗震設防烈度7度以上區(qū)域內三層以上、且單體建筑面積1000平方米以上的學校、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。根據(jù)《實施細則》中的要求，云南省內的中小學均采用減隔震技術進行設計。

1、工程概況

萬科新一學校（九年一貫制）項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，距離昆明市滇池國際會展中心1KM，項目平面效果圖詳圖1。

圖1 項目平面效果圖

圖2 地下室平面輪廓圖（洋紅色線范圍）

由圖2可知，中學教學樓坐落在地下室頂板上，均可以采用減震技術或隔震技術進行設計，其中地下室頂板兼做隔震層底部。由《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011-2010(2016年版)可知抗震設防烈度 8 度，設計基本地震加速度峰值為 0.2g，設計地震分組第三組，Ⅲ類場地，場地特征周期 0.65s。采用框架結構，隔震層以上主要結構層為 6 層。屬于重點設防類，乙類建筑。其中減震計算模型及隔震計算模型詳圖3。

圖3 隔震計算模型

表1 主要截面表

范圍	構件類型	混凝土強度等級	典型構件截面尺寸（隔震）	典型構件截面尺寸（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)濟性分析

2.1上部結構的經(jīng)濟分析（隔震方案）

2.1.1 鋼筋用量比較（注：含鋼量僅為主要結構構件的配筋，不包括其他構造鋼筋）

采用隔震技術后，輸入到上部結構的地震能量大大減低,建筑隔震上部結構遭受的地震力僅相當于不隔震房屋的50%-80%。所以根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在進行上部結構設計時可以適當降低輸入到上部結構的地震作用，根據(jù)本工程的具體情況，上部結構的地震作用按照降低一度的作用進行輸入，故上部結構主要構件的鋼筋用量大大減少,從上表可以看出，含鋼量從非隔震結構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)計算軟件得出隔震結構與非隔震結構的混凝土用量，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》5.2.5條及條文說明，隔震結構的樓層最小剪力系數(shù)值按照原設防烈度進行控制，采用隔震技術，地震作用為降一度后水平地震作用，但是最小剪力系數(shù)卻要按照原設防烈度下的剪力系數(shù)進行控制，故導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，對結構的剛度進行了一定的加強，隔震層的結構梁、板混凝土用量比非隔震結構用量大，但由于上部結構采用隔震技術，柱子截面減小，由上表可知，隔震結構所耗費的混凝土用量相比非隔震結構少了69.92 m³。

2.1.3 隔震層增加的費用

采用隔震技術后，根據(jù)結構上部面壓初步估計了隔震支座布置圖，詳見圖4，其中隔震墊的數(shù)量統(tǒng)計詳表2：

表2 使用支座數(shù)量統(tǒng)計表

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

根據(jù)隔震廠家支座報價，隔震支座、隔震構造措施等費用約34萬元。

2.1.4 直接經(jīng)濟效益

采用隔震技術后，上部結構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，不需單獨設置隔震層，故隔震層本身的費用可不計。隔震技術上部結構抗震設防烈度可減少一度，減少造價約0.5X80+0.04X69.92=43萬。直接經(jīng)濟效益=上部結構減少的費用-下部結構增加的費用=43-34=9萬元。即該棟建筑采用隔震技術后總體造價不僅沒有增加，而且造價會減少約9萬元。

2.1.5 額外設置隔震層的造價估算

若初中教學樓需要設置隔震層，每平米按0.15萬元計算，隔震層的額外造價為0.15X864.82=13萬元。由此可得，主樓下方無地下室，采用隔震技術后，直接經(jīng)濟效益=上部結構減少的費用-下部結構增加的費用=43-34-13=-4萬元。即該棟建筑采用隔震技術后總體造價略增加，增加造價約4萬元。

2.1.6 長期經(jīng)濟效益

傳統(tǒng)的建筑遭遇地震時，其經(jīng)濟損失包括直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失兩個方面。直接經(jīng)濟損失是指地震后建筑加固維修和重建的費用以及室內設備、物品維修和更換的費用。間接經(jīng)濟損失是指由地震造成的建筑、設備和物品等損壞導致的建筑物功能不能正常使用所帶來的經(jīng)濟損失。

地震所帶來的直接經(jīng)濟損失是顯而易見的，間接經(jīng)濟損失也是非常巨大的。在遭遇較大地震時，室內設備損壞、墻體開裂、管道破裂、家具傾倒，也會造成人員傷亡，維修費用很高，間接經(jīng)濟損失完全可能超過直接經(jīng)濟損失。而采用隔震技術后，在遭遇較大地震時，隔震建筑及室內設備、物品完好或輕微損壞即不維修或簡單維修即可使用，震后可以確保建筑能夠盡快正常投入使用，保護了人員和財產(chǎn)安全，提高了整個結構的地震安全性?？梢哉f采用隔震技術從根本上避免或者大大降低了直接經(jīng)濟損失，從而有效地降低間接經(jīng)濟損失,隔震建筑具有傳統(tǒng)抗震建筑無法比擬的長期經(jīng)濟效益。

2.1上部結構的經(jīng)濟分析（隔震方案）

本項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-黏滯阻尼器作為對比。

采用摩擦阻尼器的減震技術方案，平面布置詳圖5，布置在1-4層，總計約為40套（噸位預估為20t），造價約32萬；檢測件2件，檢測費約2萬。減震主體結構為鋼筋混凝土框架結構，消能子結構需要按罕遇地震下計算結果作配筋計算，需要增加鋼筋用量，上部結構附加阻尼后可使結構減少鋼筋含量，總體此部分會導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為32+2=34萬，即增加造價約34萬。

若采用黏滯阻尼器的減震技術方案，布置在2-4層，總計約為32套（噸位預估為30t），造價約38.4萬；檢測件16件，檢測費約19.2萬。減震主體結構為鋼筋混凝土框架結構，消能子結構需要按罕遇地震下計算結果作配筋計算，需要增加鋼筋用量，但結構附加阻尼后又可為結構減少鋼筋含量，總體此部分造價基本持平。

即減震直接造價為38.4+19.2=57.6萬。即若采用減震技術，造價約57.6萬。阻尼器需設預埋件和節(jié)點板，安裝簡便，施工速度快，不影響工期。減震直接造價為42.6+12=54.6萬。

三、結論

根據(jù)以上的隔震方案和減震方案對比可看出，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，那么采用隔震技術以后，由于輸入到上部結構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行設計，含鋼量也會大大降低，可以明顯降低工程造價，節(jié)約資源，同時隔震技術是“以柔克剛”，大大提高了結構本身的安全儲備，隔震建筑的設防目標一般應高于非隔震建筑。通過合理的隔震設計，建筑的設防目標可以達到“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”，有時甚至超過此目標，實現(xiàn)基于性能的設計思想。本項目若采用減震方案，雖然也能顯著降低上部結構地震作用，但減震方案并不能帶來整個結構含鋼量及混凝土用量的大幅減少，采用減震技術的整體經(jīng)濟性不如隔震技術。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到隔震要求，該部分可以兼作隔震層，略去隔震層的費用后，顯然隔震方案的經(jīng)濟性要比減震方案的經(jīng)濟性好，可優(yōu)先使用隔震技術。