王 赟，袁 毅

(四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都610081)

2008年“5·12”汶川8.0級(jí)大地震及2013年“4·20”蘆山7.0級(jí)地震造成了大量的人員傷亡和工程結(jié)構(gòu)的破壞，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。強(qiáng)烈的地表運(yùn)動(dòng)和變形是引起破壞的根本原因。如何在未來(lái)地震中保證工程結(jié)構(gòu)的安全以有效避免人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失？建筑隔震技術(shù)是其中的一個(gè)研究方向。隨著隔震裝置的研發(fā)更新和隔震技術(shù)的日趨成熟，基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在提高結(jié)構(gòu)抗震安全性和減震效果上的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)同。但是很多設(shè)計(jì)人員和業(yè)主對(duì)隔震結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)上的合理性還存在疑慮：采用隔震技術(shù)的建筑在提高抗震安全性的同時(shí)是否意味著工程費(fèi)用的明顯增加，建筑投資與取得的效益關(guān)系如何等問(wèn)題，使得越來(lái)越多的投資方和設(shè)計(jì)人員開(kāi)始關(guān)注隔震設(shè)計(jì)對(duì)工程總造價(jià)的影響。可以說(shuō)，目前隔震技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系仍然是制約業(yè)主(尤其是房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商)進(jìn)行隔震決策的主要因素，是阻礙隔震技術(shù)在我國(guó)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵[1]。

1 建筑隔震技術(shù)簡(jiǎn)介

建筑隔震技術(shù)即建筑基礎(chǔ)隔震技術(shù)，是在建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)(或下部結(jié)構(gòu))之間設(shè)置可以人為改變結(jié)構(gòu)體系震動(dòng)特性的隔震系統(tǒng)(隔震層)，使建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基“隔開(kāi)”，“隔斷”地震能量向上部結(jié)構(gòu)的有效傳遞路徑，以延長(zhǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的自振周期、增大阻尼、減小輸入上部結(jié)構(gòu)的地震作用，達(dá)到預(yù)期的防震要求[2]。而傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是抗震設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)的是“抗”，即主要致力于保證結(jié)構(gòu)自身具有一定的強(qiáng)度、剛度和延性，以滿足一定的抗震設(shè)計(jì)要求。此時(shí)結(jié)構(gòu)處于被動(dòng)抵御的地位，是一種消極的抗震方式。再者，隨著地震強(qiáng)度的增大，結(jié)構(gòu)的斷面和配筋都要相應(yīng)的增大，造成經(jīng)濟(jì)上的“浪費(fèi)”。

2 某酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

該酒店位于四川省阿壩州松潘縣，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，屬于高烈度地區(qū)。該酒店客房部有5棟多層單體建筑，筆者選擇其中一個(gè)6層單體進(jìn)行計(jì)算分析。該6層單體建筑面積為6 360 m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，無(wú)地下室，結(jié)構(gòu)平面布置圖見(jiàn)圖1，主要柱網(wǎng)尺寸為9.900 m×6.600 m，一層層高為4.5 m，其余各層均為3.6 m，房屋高度22.5 m，房屋高寬比小于4?？紤]到是否為隔震建筑對(duì)基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)基本沒(méi)有影響，故做經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析時(shí)本案例只考慮基礎(chǔ)以上部分。

在樓面各層恒載、活載相同的情況下，得到非隔震結(jié)構(gòu)模型和隔震結(jié)構(gòu)模型，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足規(guī)范要求但又不富余過(guò)多。并通過(guò)結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出圖紙，利用廣聯(lián)達(dá)專業(yè)算量軟件,計(jì)算得出該建筑隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的鋼筋含量、砼用量及模板的工程量，再用宏業(yè)清單計(jì)價(jià)專家軟件進(jìn)行組價(jià)(按該地區(qū)2013年7月造價(jià)水平考慮)，得出最終的實(shí)際工程造價(jià)。

圖1 酒店結(jié)構(gòu)平面布置

3 隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)工程量的對(duì)比分析

3.1 主體結(jié)構(gòu)鋼筋用量比較

經(jīng)計(jì)算得出主體結(jié)構(gòu)的鋼筋含量，見(jiàn)表1。隔震結(jié)構(gòu)鋼筋用量為36.83 kg/m2，非隔震結(jié)構(gòu)鋼筋用量為48.37 kg/m2，隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)相比可節(jié)約鋼筋11.54 kg/m2，占非隔震結(jié)構(gòu)鋼筋用量的23.9%。鋼筋用量的節(jié)約主要得益于隔震結(jié)構(gòu)較非隔震結(jié)構(gòu)的地震水平作用影響系數(shù)由0.16降低到0.062，可見(jiàn)采用隔震結(jié)構(gòu)后的地震作用可以降低一度，隔震結(jié)構(gòu)第1層較非隔震結(jié)構(gòu)鋼筋用量多，這是因?yàn)楦粽鸾Y(jié)構(gòu)第1層是隔震層，隔震層的樓板厚度和樓蓋梁板剛度因《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中有更高的要求所致，盡管如此，但是鋼筋用量還是有明顯的降低。

表1 主體結(jié)構(gòu)鋼筋含量表 t

3.2 主體結(jié)構(gòu)砼用量比較

經(jīng)計(jì)算得出主體結(jié)構(gòu)的砼用量，見(jiàn)表2。隔震結(jié)構(gòu)砼用量為0.281 m3/m2，非隔震結(jié)構(gòu)砼用量為0.307 m3/m2，隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)相比可節(jié)約砼0.026 m3/m2，占非隔震結(jié)構(gòu)砼用量的8.5%。由于該房屋未設(shè)置地下室，隔震結(jié)構(gòu)較非隔震結(jié)構(gòu)多出一個(gè)隔震層，雖然梁、柱砼用量減少明顯，但板的砼用量有所增加，總體砼用量節(jié)約并不大。不過(guò)，由于梁截面高度的降低，可使室內(nèi)的凈高增加，窗高增加，增強(qiáng)了室內(nèi)的采光等，為建筑專業(yè)設(shè)計(jì)提供了更優(yōu)的發(fā)揮空間，也提高了酒店的舒適度。

表2 主體結(jié)構(gòu)砼用量表 m3

3.3 主體結(jié)構(gòu)模板用量比較

表3 主體結(jié)構(gòu)模板用量表 m2

經(jīng)計(jì)算得出主體結(jié)構(gòu)的模板用量，見(jiàn)表3。隔震結(jié)構(gòu)模板用量為2.08 m2/m2，非隔震結(jié)構(gòu)模板用量為2.14 m2/m2，隔震結(jié)構(gòu)和非隔震結(jié)構(gòu)相比可節(jié)約模板0.06 m2/m2，占非隔震結(jié)構(gòu)模板用量的2.8%。由于模板的單價(jià)相對(duì)鋼筋、砼而言相對(duì)較低，而且這兩種結(jié)構(gòu)的模板工程量相差很小，故模板的造價(jià)對(duì)建筑是否采用隔震技術(shù)的總造價(jià)影響很小。

4 主體結(jié)構(gòu)短期經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析

在暫不考慮隔震支座費(fèi)用的情況下，將上述工程量輸入計(jì)價(jià)軟件中，按照松潘縣2013年7月的造價(jià)水平考慮，隔震結(jié)構(gòu)造價(jià)為297.62萬(wàn)元，單位造價(jià)為467.96元/m2；非隔震結(jié)構(gòu)造價(jià)為354.58萬(wàn)元，單位造價(jià)為557.52元/m2。隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)相比可節(jié)約造價(jià)89.56元/m2，即56.96萬(wàn)元，占非隔震結(jié)構(gòu)造價(jià)的16.1%。

根據(jù)隔震支座廠家的報(bào)價(jià)，隔震支座的費(fèi)用約為80元/m2(根據(jù)樓層的高低和支座數(shù)量的變化等而略有不同)，即本工程的支座費(fèi)用為50.88萬(wàn)元。則隔震結(jié)構(gòu)與非隔震結(jié)構(gòu)相比最終的造價(jià)可節(jié)約9.56元/m2，即6.08萬(wàn)元,占非隔震結(jié)構(gòu)造價(jià)的1.7%，可見(jiàn)，隔震支座的費(fèi)用是影響隔震建筑造價(jià)的一個(gè)很重要的因素?？偟脑靸r(jià)降低6萬(wàn)元對(duì)于一個(gè)約6 000 m2的公共建筑來(lái)說(shuō)，已微不足道?？梢?jiàn)隔震建筑相比一般非隔震建筑而言，工程建造成本并不具有優(yōu)越性。

5 主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益的對(duì)比分析

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)致的酒店不能正常經(jīng)營(yíng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

作為該地區(qū)高級(jí)休閑度假酒店，裝修費(fèi)用很可能比建設(shè)費(fèi)用高，隔震結(jié)構(gòu)較非隔震結(jié)構(gòu)震后的加固維修和重建的費(fèi)用以及室內(nèi)設(shè)備、物品維修和更換費(fèi)用的直接經(jīng)濟(jì)損失將大大降低。隔震建筑的室內(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，可以確保房屋能夠盡快恢復(fù)運(yùn)營(yíng)，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)安全，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震安全性，間接降低了地震帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。此外，隔震結(jié)構(gòu)對(duì)于災(zāi)害指揮中心、監(jiān)測(cè)中心、通訊大樓、中心醫(yī)院、交通樞紐等重要生命線工程來(lái)說(shuō)，在減少了經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也帶來(lái)了不可估計(jì)的社會(huì)效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述的對(duì)比分析可以得出，隔震建筑的短期經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，本案例工程造價(jià)只節(jié)約了6.08萬(wàn)元。但就長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益而言，隔震建筑從根本上避免或者大幅度降低地震帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，隔震建筑具有傳統(tǒng)抗震建筑無(wú)法比擬的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 馬玉宏，趙桂峰，譚平，等.基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)全壽命費(fèi)用研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2012(5)：178-185

[2] 黨育，杜永峰，李慧.基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工指南[M].中國(guó)水利水電出版社，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2007