專案背景
我國村鎮建築地域分佈廣泛,通常是就地取材,按照當地的傳統習慣建造,因而建築形式及結構型別豐富多樣,具有鮮明的地域特點。我國既有村鎮住宅建築的結構型別可歸為砌體結構、木結構、生土結構和石結構四大類,其中砌體結構房屋居多。我國農村居民住宅絕大部分是以家庭自行建造為主,沒有專業的設計,也沒有執行國家各地區關於房屋建築的各種規範條文,也沒有抗震設防措施,並且絕大多數存在結構不合理的情況。這是造成我國農村民居在地震災害中倒塌傷人的重要原因。
村鎮住宅建築型別示意圖
2021年中央一號檔案提出“健全農房建設質量安全法律法規和監管體制,3年內完成安全隱患排查整治。完善建設標準和規範,提高農房設計水平和建設質量。繼續實施農村危房改造和地震高烈度設防地區農房抗震改造。”
國家相關政策和指導意見
在汶川、蘆山、玉樹地震中,遭受破壞和倒塌的房屋除建成時間較久遠、未經抗震加固或因施工質量存在重大問題的城市建築外,基本上都是村鎮建築。其中,砌體結構的村鎮建築震害較為嚴重,造成人員傷亡的數量比重較大,呈現小震大破壞的特點。
地震後房屋倒塌的示意圖
雲南省玉溪市玉溪市通海縣興蒙鄉示範工程由昆明理工大學和震安科技股份有限公司(簡稱:震安科技)合作完成,將今天新以柔克剛的減隔震技術運用到老的木結構老建築中,達到抗震加固的效果,讓這些承載著幾代人記憶的老建築煥發了新的生機。
本示範專案銘牌
專案亮點
1、大幅度提升建築抗震效能,加固工程量小,且未改變建築的風格和佈局
2、實踐了現代技術和傳統建築的有機結合;
3、 校企合作能夠很快地將研究的理論付諸實踐,並形成可以市場化的技術儲備,隨時可以滿足後續啟用的相應的市場需求;
專案實施情況
興蒙鄉的蒙古族是當年隨忽必烈的大軍征戰雲南時鎮守在河西鎮,而後駐守杞麓山的蒙軍兵士留下的後裔,已有750多年的歷史。
2014年4月國家住房城鄉建設部、文化部、國家文物局、財政部將興蒙鄉白閣、下村正式列入第二批中國傳統村落名錄。興蒙鄉屬於中國傳統村落,村中的傳統民居距今也已經超過100年。由於房屋年久失修,自身抗震效能已經不能滿足住戶需求,所以進行本次加固改造。
中國傳統村落示意圖
2021年3月-5月期間課題組成員多次前往興濛濛古族鄉,對該地區典型“一顆印”建築風格木結構民居進行實地調研與測繪。調研測繪的物件有華家祠堂、奎家祠堂、白閣下村王家民居、趙家民居、華兆才民居,蒐集的資訊為示範工程的後續工作奠定基礎。
課題組專家、成員進行實地調研
2021年6月-11月期間課題組首先分析總結了典型傳統竹木結構民居的結構特點、薄弱環節和災害破壞特徵,其次在昆明理工大學實驗室開展了木材材性試驗、西南地區典型榫卯節點擬靜力試驗,進一步認識了木結構榫卯節點的結構特徵和力學特性,在此基礎上初步制定示範點木結構民居加固方案。
實施方案的確定
2022年1月-5月對各加固方案進行試驗論證,並對木結構消能減震構件進行效能測試,同步進行排期生產,而後有序進行了施工安裝。
阻尼器的實驗&生產過程
同類粘彈阻尼器示意圖
部分典型阻尼器佈置方案示意圖
隅撐黏彈阻尼器安裝圖
節點轉動型黏彈阻尼器安裝圖
最終的實施結果是,華兆才和王家民居一直有老人居住儲存較好,安裝了一些阻尼器後就完成了加固。奎家祠堂和華家祠堂等均有不同程度的破損,其中奎家祠堂破損較為嚴重,先修復主體結構以及屋頂而後再安裝了阻尼器。
村委會表示加固完成的民居現在住起來更放心了,後續將會更好地用起來。
國外同類項目情況
我們的鄰國日本類似的減隔震技術(隔震、減震)加固的應用有很多,如下:
第一種
就是和我們雲南省玉溪市玉溪市通海縣興蒙鄉示範工程一樣採用減震技術,在一些不顯眼的位置消能減震阻尼器,不損害建築的外觀還能提高建築抗震效能;
傳統建築減震保護示意圖
第二種
是在傳統建築的下面整個做隔震構造,這樣可以保護傳統建築不受地震影響(抗震效能更強)的同時土地的有效利用也會提高,但是成本會偏貴一些;
傳統建築隔震保護示意圖
與此同時,日本也為新建的木製建築開發了豐富的輕量化的阻尼器產品。這些也是值得我們適當借鑑參考的案例。
輕量化阻尼器示意圖
校企合作的前景
隨著社會的發展,無論是學校還是企業,都越來越重視校企合作。
昆明理工大學LOGO
昆明理工大學
是工程抗震領域的排頭兵,研究方向切合雲南省省情和經濟建設需要,對解決高烈度地震區基礎設施建設、城市建設、工業與民用建築、生命線工程等重大實際問題發揮了巨大作用,具有重要的理論和現實意義,促進了邊疆少數民族地區的社會進步和經濟繁榮。
震安科技股份有限公司
是隔震、減震技術全套解決方案提供商和全生命週期服務提供商,是行業高新技術企業,周福霖院士工作站,2019年3月在深交所A股成功上市,成為我國建築隔震、減震行業第一股,併入選工信部首批“小巨人”企業名單,成為國家級製造業單項冠軍。校企雙方的合作本身就在抗震領域具有非常好的代表意義。
震安科技製造業單項冠軍證書
在本專案中:
1、雙方透過各自的角度驗證了課題需求的可行性和必要性,以及探索了未來市場化的可能性;
2、單獨執行各有不足,雙方透過明確的分工和資源調配提高了課題執行的效率;
3、加強了企業相關技術的理論儲備和技術儲備,強化高校學生的動手能力,搭建了和企業的人才橋樑。
校企合作教學科研實踐基地銘牌
總結
綜上所述,我國是農業大國,農村人口數眾多,所以(抗震薄弱的)村鎮建築結構的整體抗震效能的高低直接影響到我國抗震防災的整體能力。目前隔震減震技術正逐步引入到村鎮建築的抗震減災中,特別是採用減隔震技術加固對建築的風格、外貌以及佈局影響最小,能夠最原汁原味地保留傳統建築的傳承、民俗等內容,容易被廣大的村鎮居民接受,同時避免鄉村也出現千篇一律的鋼筋混凝土住宅,符合國家提出的“鄉村振興戰略”,助力打造更美麗更豐富多彩的鄉村。
少數民族耕種春祭活動示意圖
山西農房貼春聯迎春示意圖