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减隔震技术对工程造价的影响
熊彦雯，李国柱
（华信众恒工程项目咨询有限公司，四川 成都 610000）
摘 要：随着建筑技术的不断发展，减隔震技术在建筑结构中的应用日益广泛。本文旨在分析减隔震技术与工程造价的关系，并探讨其在不同建筑结构类型中的应用。通过对减隔震技术中材料、生产工艺、安装费用等方面的研究，揭示减隔震技术通过降低工程造价带来的经济效益。同时，阐明减隔震技术在提高建筑抗震性能、保障生命财产安全方面的重要作用，为工程设计和决策提供参考依据。
关键词：减隔震技术；工程造价；影响
0 引言
研究减隔震技术对工程造价的影响，有助于我们明确在何种建筑类型、规模以及地震风险区域中运用减隔震技术能够实现最优的成本效益，为项目的预算编制提供精确依据，确保工程造价处于可控范围之内，避免因对减隔震技术成本预估不足而导致预算超支的情况。
1 减隔震技术的发展背景
我国位于环太平洋地震带与亚欧板块地震带的交汇之处，地震活动颇为频繁，大约有一半城市位于基本烈度7度及以上地区，在118个百万以上人口的大城市中，近2/3的面积处于基本烈度7度及其以上地区。未来10年内，考虑地震危险性、地震后灾情影响程度以及社会影响程度，经国务院批准，需要采取强化措施的地区为地震重点监视防御区。
地震重点监视防御区覆盖接近全国70%GDP的地区，涵盖了高烈度区的主要城市，也就是说 8 度以上的城市基本都是地震重点监视防御区，因此建筑物在地震中的安全性备受关注（见图1所示）。传统方式主要是通过增强结构的刚度和强度来进行抗震，但这种方法在面对强烈地震时往往效果有限，而且可能致使结构过于笨重且造价高昂，在这样的背景下，减隔震技术应运而生，提升了建筑物的抗震性能。
图1 我国地震重点监视防御区
2 减隔震技术在建筑领域中的重要性
减隔震技术在建筑领域中的重要性有三点。
第一：提高建筑安全性，保护人员生命财产。地震是一种不可预测且具有巨大破坏力的自然灾害。减隔震技术能够有效地减轻地震对建筑物的影响，降低结构在地震作用下的变形和内力，从而减少建筑物倒塌和严重损坏的风险。当建筑物在地震中能够保持结构的完整性和稳定性时，内部的人员就有更大的机会逃生，财产也能得到更好的保护，这对于学校、医院、商场等人员密集场所尤为重要。
第二；降低维修成本，增强建筑的耐久性。在经过地震后，未采用减隔震技术的建筑可能会遭受严重破坏，需要大量的资金和时间进行维修和重建。而使用了减隔震技术的建筑，受损程度通常较轻，降低了维修成本，从而减少地震对建筑结构的反复冲击和疲劳损伤，延长了使用寿命，维护和更新费用降低。
第三：减隔震技术可以促进建筑设计的创新，符合可持续发展理念。减隔震技术的应用为建筑设计师提供了更多的设计可能性，他们可以不再仅仅依赖于增加结构的刚度来抵抗地震，而是能够设计出更加灵活、美观且功能多样的建筑形式，减少对环境的负面影响。
3 常见的减隔震技术的主要类型和特点
（1）传统隔震支座：包括但不限于铅芯橡胶支座、天然橡胶支座、高阻尼橡胶支座、弹性滑板支座、低摩擦弹性滑板支座。
特点如下：450%水平极限剪切，30Mpa 0.55D、抗拉≥4.5Mpa，寿命≥100年。
（2）特殊隔震支座：包括但不限于耐低温隔震橡胶支座、防火隔震支座、监测隔震支座。
特点如下：适用于极寒地区，可达-45℃以下，耐火极限不低于3小时，物联网监测（大数据）。
（3）震振双控支座：包括但不限于三维摩擦摆隔震支座、三维弹性滑板支座、叠层橡胶弹簧隔震支座、钢弹簧隔振支座、竖向抗拉隔振支座。
特点如下：价格较低，可单独振动控制，可震振双控。
（4）黏滞阻尼类：包括但不限于黏滞阻尼器、黏滞阻尼墙。
特点如下：无间隙链接方式，常规疲劳性可达国标数倍。
（5）屈曲约束支撑：包括但不限于屈曲约束支撑、高疲劳屈曲约束支撑、双阶屈曲约束支撑。
特点如下：能与钢结构完美搭配，疲劳性能不少于国标2倍，双阶屈服或者多阶适应多阶耗能建筑。
（6）摩擦阻尼器：包括但不限于板式摩擦阻尼器、板式变摩擦阻尼器、旋转摩擦阻尼器。
特点如下：大震耗能更强，疲劳性能不少于国标的2倍，可部分替代软钢阻尼器，安装空间更灵活。
（7）黏弹阻尼器：包括但不限于速度型黏弹阻尼器、高阻尼橡胶阻尼器。
特点如下：可抗风可抗震，疲劳性能不少于国标的2倍。
（8）震/振动保护：包括但不限于机房、酒窖、文物等保护。
特点如下：可单独使用，可配合减隔震建筑使用，保护精密设备或贵重物品。
4 减隔震技术对工程造价的影响
4.1 减隔震技术在工程施工过程中的应用
减隔震技术在工程施工过程中的应用主要包括减震和隔震两方面。
减震：通常在主体结构施工期间，就需于相应位置安装预埋件。阻尼器本体的安装具有一定灵活性，能够依据结构特性、现场实际状况的差异，选择平行安装或者后装，且需在装修之前完成安装工作。减震是于结构物的某些部位（像是支撑处、剪力墙、连接缝或者连接件）设置耗能装置，借助该装置产生的摩擦、弯曲（或者剪切、扭转）、弹塑性（或者黏弹性）滞回变形来消耗或吸收地震输入到结构中的能量，以此降低主体结构的地震反应，进而防止结构出现破坏或倒塌的情况，达成减震控制的目标[1]。常见的消能减震阻尼器包括黏滞阻尼器等，运用减震技术能够将地震作用降低20%至30%。
隔震：在隔震支座直接相连的支柱施工的过程中，隔震设备就得进场，并且要在隔震支座支柱的位置进行连接件的预埋工作。待支柱混凝土浇筑完成后，再安装隔震支座。隔震支座通常设置在正负零层、正负零以下的一层，当存在地下室时，往往布置在地下室顶板往上的一层。建筑隔震技术指的是在房屋的基础、底部或者下部结构跟上部结构之间，设置由叠层橡胶隔震支座等构成的具备整体复位功能的隔震层，以此延长整个结构体系的自振周期，降低输入到上部结构的水平地震作用，从而实现预期的防震要求[2]。运用隔震技术，不但能够确保建筑结构的整体完好、阻止非结构构件遭受破坏，还能够避免建筑物内部结构、设施被损坏以及由此引发的次生灾害。据相关统计，采用隔震技术能够降低房屋建筑物上部结构的地震作用50%至80%。隔震技术由于受到抗倾覆要求的限制，主要应用于中低层的建筑，不过一些突破高宽比限值4以及层间隔震等技术难度较大的隔震建筑也有所应用。
减隔震技术的采用，需要及早规划和设计，才能在保证建筑安全的基础上充分体现其经济性和可行性。所以，在项目立项阶段就需要确定是否采用减隔震技术，以及选择哪种类型的减隔震技术。
4.2 使用减隔震技术与不使用减隔震技术的工程造价对比
以某小学建设项目为例：项目建设地点为成都市，设防烈度为7度区，地上建筑面积为6853㎡，场地类别为Ⅱ类，结构体系为5层框架结构。下图2为以某小学为模型的抗震体系、减震体系、隔震体系的钢筋混凝土用量示意图，
下表将根据各体系的钢筋混凝土用量，计算出各体系的钢筋混凝土造价差值。
注：混凝土综合单价预估600元/立方；钢筋综合单价预估5000 元/t（考虑到综合总价，减震未考虑悬臂墙混凝土和含钢量）。
综上所述：减震技术的应用相较于传统抗震技术，能够降低混凝土、钢筋总造价达74万元，而隔震技术在减震技术的基础上应用，还能够进一步降低混凝土、钢筋造价成本约为14万元。
4.3 减隔震技术对建筑结构设计和材料选择的影响
从建筑结构设计来看，减隔震技术在不同建筑类型中的应用效果各异。在多层砌体结构中，减隔震技术能有效降低地震对墙体的破坏，减少墙体开裂和倒塌的风险。在钢筋混凝土结构中，减隔震技术可以显著减小结构的地震响应，降低柱子和梁的内力，减少混凝土裂缝的产生，提高结构的整体抗震性能。在结构建筑中，减隔震技术有助于控制结构的变形，增强结构的稳定性。所以减隔震技术的出现使得建筑的高度和跨度有了更大的突破。以往由于抗震要求的限制，一些高层建筑和大跨度建筑的设计受到很大约束，而现在借助高性能的减隔震装置，这些建筑能够更加安全地矗立在地震多发地区。
从材料选择来看，减隔震技术所使用的主要原材料包括钢材、橡胶、铅锭、胶黏剂等。钢板为减隔震装置提供了足够的承载力和塑形能力；橡胶赋予了隔震支座灵活活动和自动复位的能力；铅芯在地震中是有效的能量耗散机制；胶黏剂使同质或异质物体表面紧密粘接。这些原材料的性能和质量直接影响减隔震技术的效果。为了与减隔震技术更好地配合，一些新型的轻质、高强材料被引入建筑设计中，不仅提高了建筑的抗震性能，还降低了建筑的自重。除了减震隔震功能，还可能具备防火、隔音、环保等多种性能，满足建筑设计的多元化需求。
5 减隔震技术的经济效益
5.1 减隔震技术通过降低工程造价带来的经济效益
减隔震技术通过降低工程造价能够带来显著的经济效益，主要体现在以下几个方面。
（1）材料成本降低：减隔震技术的应用可以减少建筑结构中某些构件的尺寸和配筋量。例如，在传统抗震设计中，为了抵抗地震力，柱子、梁等构件需要较大的截面尺寸和较多的钢筋配置。而采用减隔震技术后，地震作用减小，这些构件的尺寸和配筋可以相应减小，从而减少了材料的使用量。
（2）施工成本减少：由于减隔震技术减轻了结构的自重，在施工过程中，起重设备负荷降低，施工难度减小，缩短了施工周期。施工周期缩短意味着人工成本的降低，其中包括工人工资、设备租赁费用等。
（3）基础成本降低：减隔震技术能够有效减小传递到基础的地震力，使得基础的设计尺寸和配筋可以优化，降低基础的造价。
（4）维护和修复成本降低：采用了减隔震技术的建筑，其结构受损程度相对较小，减少了震后维修和加固的费用。而且，由于结构的耐久性提高，长期的维护成本也相应减少。如在某次地震中，相邻的两栋建筑，采用减隔震技术的建筑震后修复费用仅为传统抗震建筑的 30%。
（5）土地利用率提高：减隔震技术允许在相同的抗震要求下，增加建筑的层数或提高建筑的使用空间。这意味着在相同的土地面积上可以获得更多的建筑面积，土地的利用效率提高，从而经济收益提高。
例如：某航城3-7地块项目，从上部结构造价估算，采用隔震技术后钢筋水泥用量减少，预计可减少造价76.93万元，结构总重减少1665吨；基础费用可降低，施工周期缩短了3个月，人工成本和设备租赁成本节省，预计减少造价估算为20万元。在采用隔震技术后，地下室剪力墙减少造价23.57万元；按市场指导价估算，隔震支座费用约为95万元，综合成本节省约25.5万元。
5.2 减隔震技术对工程造价的影响
在短期经济效益中，使用减隔震技术对工程造价带来的影响主要体现上部结构含钢量、混凝土用量减少，增加了隔震装置、构造措施费用，地下室车位增加、建筑面积增加提高综合房价等。在正常情况下，减隔震技术耗量为隔震支座：100-150㎡/套、阻尼器：200㎡/套、阻尼墙：250-300㎡/套。以成都为例，成都属于7度地区，据估算项目前期费用在80-100元/㎡左右。除成都之外各烈度地区在增加减隔震技术后，建筑综合造价增减比例：7度地区增加投资2%—5%，8度地区减少投资8%—10%，9度地区减少投资15%—20%。
但减隔震技术在长期经济效益中，效果更为显著。例如：维护成本降低、保险费用降低、功能持续性保障、资产保值增值等，更能节约社会资源，从宏观角度看，有利于社会经济的可持续发展。
6 结论
综上所述，减隔震技术对工程造价的影响是复杂而多面的，不能仅仅从初始投资来衡量，而需要综合考虑长期的材料节省、维修减少以及功能保障等多方面因素，才能全面评估其对工程造价的实际影响。并且减隔震技术在建筑领域具有巨大的潜在应用价值，要充分发挥其作用，努力提高建筑抗震安全性、延长建筑使用寿命、提升建筑使用舒适度、促进建筑设计创新。随着科技的进步和研究的深入，未来还可以结合不同建筑类型和地理条件，进一步优化减隔震技术的结构和参数设计。制定更完善的施工规范和标准，加强施工人员培训，确保产品安装质量和施工进度。完善减隔震技术的相关标准和规范，以保障产品质量和性能的一致性。相信随着技术的进步和理念的更新，减隔震技术将在建筑领域发挥更大的作用。
参考文献：
[1]唐黎标.《防震减灾新技术在公共建筑中的应?》.2016
[2]杨忠平.雷远德.邓烜.郁银泉.李戚?. 《采?摩擦摆隔震?座的钢筋混凝?框架结构设计与分析》 .《建筑结构》. 2021
