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建筑防震新材料的前景

发布时间:2019-10-14  来源:78建筑网   【】【】【】  loading...

   近几年来,全球地震频发,给人类带来了巨大的灾难。而灾难的发生,往往猝不及防。我国是一个多地震的国家,约有20多条地震带,关于地震记载的史料长达3000多年。其中多条地震带上居住着大量人口,这就给这些地区的建筑物的结构设计与材料的选择提出了高要求、严标准。

建造轻钢结构或是趋势地震灾害过后,是灾区的重建工作,这是一项大工程。城镇现代化让人们过上了舒适的生活,但并非是集中在水泥方块里面临着更大的生存威胁。因此,对于处在地震带上的地区,抗震材料的使用在很大程度上可以减少灾难带来的损失。经过调查发现,市场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场。同时,社会各界也在呼吁建筑物,特别是高层建筑要使用抗震材料。

如今,一些相关人士提倡轻钢结构抗震建筑材料。据业内专家介绍,从地震对建筑物所造成的破坏来看,地震频发或促使建材业进一步思考如何提高建筑物自身的牢固性和安全性。而轻钢结构建筑恰恰能在这一点上弥补灾害带来的严重影响,日益受到国内建筑的青睐。随着时代的发展,建筑材料从最初的青砖变成了红砖,到现在越来越多的建筑开始使用轻钢结构。而从抗震性能上来讲,轻钢结构建筑无疑是很好的选择,这一结构中剪力墙、框剪、框架抗震性能都很强,这也正是砖混等砌体结构建筑所缺少的。因为缺少钢筋提供徐变阶段,砖混等砌体结构建筑遭到高强度的摇晃后,容易发生结构破坏,所以相对安全性能要差一些,这就是自建砌筑房容易倒塌原因之一。另一方面来说,使用钢筋混凝土结构的建筑在坍塌后,至少还可能制造出一定的安全空间,而不至于造成人员掩埋,抢救困难等现象。中国建筑材料科学研究总院院长办公室主任张继军提到,总院三板一住轻钢结构抗震节能型乡镇建筑,不仅能满足建筑抗震要求,同时还节能环保,已在北京、山西、山东和四川等地成功应用。中建钢构有限公司成都分公司总经理张晓明透露,抗震系数高的钢构方案在四川地区非常受欢迎。也有一些人士认为轻钢结构建筑的普及还需要时间。虽然钢结构技术已经基本成熟,但是由于缺乏产业化条件,墙面材料、地板、卫浴等配套材料技术并不成熟,因此将其产业化,还需要进行大量配套工作。随着城镇化进程的逐步推进,城市里高层建筑越来越多,轻钢结构防震建筑的推广与应用可以有效提升建筑物的安全系数。同时,老房改造和重建时,出现的不应该是豆腐渣工程,而是切实有效抵御灾害的防震楼,轻钢结构建筑无疑是值得参考的选择。

加固新材料有用武之地中国建筑装饰协会会长李秉仁在汶川地震时候曾讲过,通过学习和借鉴先进的规划理念,先进的抗震设防技术,一定能更好、更快地推进灾后恢复重建工作。灾后恢复重建,重视新材料、新技术的运用,才能确保灾后重建如期完成。由于地震的不断发生,材料领域在建筑结构加固方面的研究逐渐深入,在积极探索研发新材料来减小灾害对建筑物造成的损伤。碳纤维复合材料的出现,犹如一针强心剂,给行业带来了莫大的信心,也让建筑物抗震的作用达到最大化。碳纤维复合材料早期是伴随着军工事业的发展而成长起来的新型材料,属于高新技术产品。由于它具有高比强度、耐高温、耐疲劳、抗蠕变等一系列优异性能,既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。其中,作为纤维增强混凝土材料,碳纤维增强混凝土开始逐步用作高层建筑的外墙墙板。这一材料利用碳纤维具有震动阻尼特性,可吸收震动波等特点,从而使建筑防地震能力和抗弯强度提高十几倍。

一位在建筑加固领域工作多年的李先生告诉记者,利用碳纤维材料来加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚,但近几年这一研究呈现不断发展的趋势,最初仅有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心一个单位,相继有清华大学、同济大学等10所家高等学校和科研设计单位尝试地进行过国产和进口碳纤维织物加固混凝土构件等方面的研究,取得了实质性成果,并在工业与民用建筑、桥梁与隧道中得到应用,收到了良好的抗震效果。碳纤维新材料用来加固建筑物抗震技术研究开发成功后,将会给建筑领域加固改造技术带来重大变革,采用碳纤维材料加固建筑将比以往传统的技术更优越、更有效率和更方便经济,可以解决传统的加固方法不能解决的技术问题,具有重大的经济和社会效益。北京的一位建筑加固专家认为,特别是碳纤维加固修复混凝土结构技术研究开发成功,将为碳纤维材料及其他高性能纤维材料应用于建筑业打下深厚的基础,为建筑物抗震提供了保证,开辟了新的产业途径。同时,这将会极大地带动我国碳纤维新材料高技术领域的发展。

参考国外建筑有讲究提起地震,不得不想到我们的邻国——日本。日本地震频发,但它却是世界公认的第一抗震强国。多次地震中,日本虽遭受了严重的经济损失,但大多数建筑仍坚挺不倒,堪称“楼坚强”,这跟日本建筑所采用的工艺与材料有很大的关系。日本建筑在选材上十分讲究。砖瓦材料已经不会出现在日本的建筑中。关东大地震后,砖瓦就被辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构所替代。由于木材也具备优秀的抗震性能,在日本也被民宅大量应用。

日本的民宅大都是柔性的木结构材料。木结构房屋在承受地震作用引起的晃动时,可以很好地释放力量,不容易散开和松动。在此基础上,日本民宅均采用箱体设计,地震灾害发生时房屋可以整体翻滚而不损毁。20世纪80年代后,日本研究开发了主要应用于民居的“免震建筑技术”,就是在建筑物和地基之间设置用柔和的材料制成的免震层。发生地震时,能够保住建筑物完好无损。由此可见,在我国地震多发的农村地区,木质结构建筑的推广有着十分重要的现实意义。值得一提的是,这种木结构材料房屋成本低,技术可靠。据说修建一所免震的个人住宅,只需投入一辆普通汽车的费用。此外,日本政府也给予适当的补贴鼓励私人进行抗震加固。在高层建筑中,日本同样多采用抗震性能优异的钢筋混凝土结构,并且应用“地基地震隔绝”技术,即在建筑物底部安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等抗震缓冲装置。三井不动产公司一座公寓外围使用了高强度16积层橡胶,这种装置能使建筑物的受力减少一半。新西兰也是一个多地震国家。据新西兰皇家地质与核科学研究所高级研究员余嘉顺博士介绍,新西兰在1934年通过了新的房屋建造法案,要求所有建造在地震多发地带的建筑基础必须以钢筋水泥建造。此后法案几次进行修正,又允许了几种新材料建造房屋(比如钢框架)并增加对建筑物强度的要求。

如今,新西兰多数住宅都采用了钢筋混凝土结构基础及木基结构板材为上部结构的结构形式,即下重上轻建筑形式。下部的钢筋混凝土结构可以帮助稳固地基,而上部的轻型木结构自身质量轻、强度高、抗震性强。发展相关标准待完善翻看我国有关材料的标准法规,很少提及抗震材料。或许正是缺少全国性的权威解读,才使得我国抗震材料的发展不均衡,抗震材料在地震频发阶段建筑物的使用并没有全面普及开来。

经过研究,目前发现国家关于房屋抗震规范的标准不少,其中最为关键的标准是《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)。该标准经过几次修订后提出,钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。除此之外,还有很多相关房屋抗震要求,无论是梁的钢筋配置还是混凝土的强度、钢材的抗拉强度都有详细的规范要求和严格的计算公式。此外,《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准,对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体划分。

尽管如此,这些法规中都没有明确规定地震多发地区的建筑物应该使用什么样的抗震材料,抗震材料的准入门槛也没有涉及。显然,少了权威标准,不法之徒便有机可乘,尤其是打着抗震材料的旗号,在灾区重建过程中建造豆腐渣工程,这无疑对灾区人民是又一次的灾难性打击。这一点,我们应该向邻国日本学习。作为地震大国,日本的建筑物要遵守严格的抗震标准。而日本建筑的抗震标准依据的是《建筑基准法》和《建筑基准法施行令》。规定中都明确指出,房屋的结构、高度、面积等,都决定采用何种标准的石块、砖、混凝土预制板等。只有符合标准,才允许建造。同样,美国的《统一建筑法规》规定,住宅建筑要求建材要有耐损性、抗震性,并尽量减少可能的保养。建筑所用材料必须符合所在州和当地的建筑标准。在美国加州等地震多发带,建筑必须符合当地房屋抗震规定,框架结构连结点要用专门的金属连件。相关法规和标准的完善,对于规范建筑物抗震材料的使用有着极其重要的作用。希望在不久的将来,能够有一部关于抗震材料的标准出台。我们也相信,随着有关法规标准的不断完善与落实,高性能抗震建材一定会被运用到建筑中,并得到很好的推广。

黄冈市新型建材产业园是一个汇集建筑材料生产制作企业,以新型建筑材料为主导产业的新型工业园区,定位于新技术、新材料、新工艺,着力于打造国家级的绿色高科技建筑材料生产,发展相关配套产业和具有高科技含量的工业园区。可为市政建设提供大量建设用材,同时可延伸配套周边钢铁、机械制造等工业园区的上下游产品。建筑物抗震性能的高低很大程度上取决于材料的使用。抗震材料的推广与应用,可以很大程度上降低地震所造成的损失,也从根本上保证人民的生命财产安全。多难兴邦,在灾难面前,人类是那么渺小,面对灾难显得又是那么无助。从源头做起,从基础设施做起,从新材料做起,当废墟过后,大部分人定会选择坚守家乡,而抗震建筑材料在重建美丽家园的使用,会给灾后重生的人民带来希望的明天。

【责任编辑:78建筑网】

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