建筑隔震、减震设计前景？

地震是全球重大灾害之一，重大地震可造成人员伤亡、建筑倒塌、内部放置物损坏等影响，我国多区域位于环太平洋地震带，2016-2019年期间中国及周边5级以上地震年均20-33次，2020年以来仅2月就已11次。因此建筑结构抗震设计的重要性凸显，国内的政策要求愈加严格，目前我国云南（最早）、四川、海南、山西、甘肃、新疆、合肥、深圳已在建筑抗震方面推行了不同程度的相关要求，建筑抗震设计实施多数为高烈度地区（7度或8度以上）的学校、医院等公共建筑为主。

建筑结构抗震设计主要包括两类，隔震技术与减震技术，其中隔震技术的抗震效果相对更强，可降低地震作用50-80%。2011年日本9级大地震中死亡人群仅5%因房屋倒塌所致，据日本东京工业大学的笠井和彦教授调查（抽取327栋隔震建筑），所有隔震建筑上部结构均完好无损，仅有约15%的隔震建筑的隔震层中的阻尼器出现不同程度的问题。

隔震技术的抗震原理关键在“隔”。隔震技术是指在房屋基础、底部或下部结构之间设置柔性隔离层来隔离和耗散地震能量的隔震层（主要由橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成），以延长整个结构体系的自振周期，避开地震时地面运动输入的主要周期，减少输入上部结构的水平地震作用，减轻结构的地震响应，从而使上部结构地震作用大幅减弱。简言之，即将地震带来的破坏性能量传递与建筑主体进行“隔离”，以实现隔震的效果。

我国历史最早的隔震出现于五十年代，最初使用砂垫层隔震，造价低，但性能相对不稳定。90年代起，日本隔震技术已较为成熟，我国橡胶隔震支座和球面摆式滑移支座的研究才逐步开展。但建筑结构抗震规范最早加入减隔震技术章节是在2001年后，由于当时规范性程度低，实际应用较少，2008年汶川地震后抗震领域再度引发重视，规范性政策与推行性政策逐步增多，2019年建筑工程抗震立法征求意见稿发布，抗震技术领域将成为最重要的建筑设计环节之一。

减震技术原理与隔震不同，其在于消耗地震能量。减震技术是将结构的一些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等）设置为变性能力很强的消能构件，或在结构的某些部位如层间、节点处、连接缝等装置消能装置，以吸收或消耗地震作用于建筑结构的能量，从而降低主体结构的地震反应以实现减震。

隔震建筑是指在建筑物中设置隔震装置而形成的结构体系，其包括上部结构、隔震层、下部结构和基础。隔震建筑的设计应根据建筑抗震设防类别、设计地震动参数、场地条件、建筑结构类型和使用要求，确定合理的隔震方案。

如何确定建筑该用什么样的隔震标准？可依据隔震建筑的抗震设防类别，即执行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223，甲类建筑（涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等）宜按本地区设防烈度提高一度的要求进行设计。

如何确定建筑所在地的地震动参数？应参照《中国地震动参数区划图》GB 18306 －2015 ，为强制性国家标准，是关于建设工程地震安全和抗震设防的最低要求。

隔震层是隔震建筑的设计关键，该层是指设置在被隔震的上部结构与下部结构或基础之间的全部隔震装置的总称，包括全部隔震支座、阻尼装置、抗风装置、限位装置、抗拉装置、附属装置及相关的支承或连接构件。

从设计到施工：

隔震支座是最主要的隔震装置，包括橡胶隔震支座，弹性滑板隔震支座ESB，弹簧隔震支座SI，摩擦摆隔震支座FPS等：

1）橡胶隔震支座主要材料为柔性材料橡胶，设置在建筑物的底部或下部，与上部结构之间形成柔性隔震层，“以柔克刚”，吸收和消耗地震能量。

2）摩擦摆隔震支座通过球面摆动延长结构振动周期和滑动界面摩擦消耗地震能量实现隔震功能，多用于桥梁中。

3）弹性滑板支座是一种竖向承载构件，当水平力大于摩擦力时，上部结构与基础将发生相对滑动，以保障上部结构。

橡胶隔震支座是目前最主流的隔震产品，也是目前建筑领域中应用最广泛、抗震性能最好的一类。据2018版标准《建筑隔震橡胶支座JGT_118-2018》，建筑隔震橡胶支座可定义为“由多层橡胶和多层钢板或其他材料交替叠置结合而成的隔震装置，包括天然橡胶支座（LNR）、铅芯橡胶支座（LRB）和高阻尼橡胶支座（HDR）”。

从性能上来看，铅芯橡胶支座在天然橡胶支座中心插入铅芯，改善提高了支座的阻尼性能，除承受结构物的重力和水平力外，铅芯的滞后阻尼塑性变形还能够吸收能量并通过橡胶提供水平恢复力；而高阻尼支座在天然橡胶中加入了各种配合剂，以提高其橡胶的阻尼性能，同时无铅芯更加环保。

橡胶隔震支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合，并经过高温、高压硫化而成，主要工艺流程包括钢板及预埋件流程、橡胶加工流程和硫化装配流程。橡胶支座要求较高的物理机械性能、抗老化、防腐、耐火等性能，因此橡胶加工配方至关重要。

隔震支座对其结构安装精度要求较高，因此其现场施工环节至关重要。

主要施工环节包括测量定位、安装下预埋件、隔震支座下支墩混凝土浇筑、隔震支座安装、隔震支座上预埋件安装，其中最重要的环节是下预埋板的安装，该环节安装失误将造成隔震支座无法精确安装，甚至地震时上部结构整体翻覆。

同时在预埋件安装、支座安装、柱墩浇筑等过程中，必须控制一定的允许偏差，以保证施工精度，在安装完成后，需进行隔震层的专项检验，并在建筑寿命期间进行维护。

隔震橡胶支座的生产需保证其使用质量和性能，目前执行的国家标准为2018年新改版的《JG/T 118-2018 建筑隔震橡胶支座》。该标准对隔震支座的橡胶物理机械性能、外观质量、尺寸允许偏差、支座竖向和水平力学性能、耐久性（包含老化性能、徐变性能、疲劳性能）等作出了针对三类橡胶支座的相关要求。

建筑隔震橡胶支座应满足所需要的竖向承载力、竖向和水平刚度、水平变形能力、阻尼比等，并应具有不少于60年的使用寿命。1）竖向承载能力应与等截面钢筋混凝土的承载力相当，竖向承载力越大，越能够保证隔震建筑稳定支撑。2）水平变形能力大，要求极限剪切变形不应小于橡胶总厚度的400%（即恒力作用下至破坏的临界值）。3）竖向极限压应力应不小于90MPa（S2>5时，S2为内部橡胶层有效宽度/内部橡胶总厚度），竖向极限拉应力应不小于1.5MPa。4）保证合理的阻尼特性，能够有效减小上部结构的水平位移。

隔震装置应同时具备防火、防腐蚀等性能，以保证其橡胶支座的承载能力。《建筑隔震设计标准》规定1h燃烧试验后，冷却24h以上再测试其竖向极限压应力和竖向刚度，变化率不应大于30%。

2018版标准执行前，国标执行标准为2010年的《GB 50011-2010 建筑抗震设计规范》与《GB 20688.3-2006 橡胶支座第3部分：建筑隔震橡胶支座》，其对支座的物理性能要求较低，如极限剪应变指标，两版要求分别为300%和150%-350%，而2018新版标准要求该指标至少达到400%，目前已达到日本水平。

从经营模式来讲，隔震类企业属于工业制造企业，保持“以销定产”的生产模式，同时维持合理库存以应对供需改变的突 ** 况。隔震企业经营依照“拿单→生产→发货→安装→确认收入”为一般流程，以震安科技为例，一般签订合同后，收取客户0-30%的预收款，产品发货前，收货方客户支付至合同金额的60-90%，隔震支座安装完成后支付至95%，隔震层分部分项工程进行专项验收后，将收入全部合同金额。

应收账款确认：隔震公司对外销售商品或提供劳务形成的应收账款，以向购货方应收的合同或协议价作为初始确认金额。

收入确认：依照权责发生制，隔震企业在将销售的商品发出后，经客户验收并签收确认单，即确认收入。

由于隔震支座多用于建筑承重结构主体，安全性要求高，对相关企业的综合实力亦有较高要求，因此我们认为隔震行业属高壁垒行业，主要体现在新进入者转入难，小公司扩张难，行业或将持续呈现“强者恒强”。

1，小公司扩张难：

1）获单环节：在招投标时业主会参考企业的历史工程业绩，历史业绩优异的企业更有获单竞争力，尤其是较优的大型工程历史业绩将成为促成签单的一大助力，小公司在重大项目订单上竞争力小，难以通过大单实现突破性成长。

2）研发环节：隔震装置是力学和材料研发设计等各环节的综合成果，对人才和资金的要求都较高，小规模企业融资渠道少，投资研发资金承担能力较弱。一些小规模企业现有产品性能低，在新的产品标准颁布实施时，往往会被被较长的研发周期和自身较弱的资金流所拖累。

3）设计环节：我国之前并未对减隔震做大范围强制要求，相关地方设计院对于减隔震体系的设计相对生疏，因此对合作的减隔震生产企业要求具备独立设计能力，而小规模企业常无法进行大项目设计或不具备设计实力。

4）销售环节：大公司不仅与各业主单位长期维持较稳定的业务往来，同时具备较好的管理体系，如奖励机制完备等，平均销售费用相对较低，在市场快速扩张时更易获取超额订单，市场不济时也能够力挽狂澜。

减震行业新进入者门槛高（假设不为资金所困）：

1）研发周期长：隔震橡胶支座的橡胶配方为各企业独有，新产品研发周期长，在研发团队、实验室齐备的情况下也往往需要2-3年以上时间。

2）市场开拓难：新进入者无相关项目历史业绩，在拿单环节上说服力相对较弱。

我国隔震行业发展较发达国家相对落后。日本地震学会1881年便已成立，中国地震学会于1979年经中国科协批准后方成立。日本自20世纪30年的“刚柔之争”后已正式奠定隔震建筑研究基础，1983年日本第一座橡胶支座诞生（我国为1994年），2014年日本隔震建筑数量增至4700栋（中国为2662栋）。期间1995年阪神与2011年东日两次大地震为产业发展两大拐点，分别基于WEST大楼与石卷红十字医院隔震建筑震后无损的优质表现。我国减隔震技术的发展拐点是2008年汶川地震，该事件再度警示减隔震发展必要性，此后政策发行密度明显增加，2014年-2017年期间隔震建筑数扩张1.6倍至4295栋。

当前我国正经历“提量”向“提质”转变，建筑物的质量要求逐步提高，建筑结构抗震设计规范近几年愈加严格。与发达国家对标，我国减隔震行业引入“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念，随着政策环境逐步完善，产业后发优势有望持续驱动。

从政策角度来看，一方面，住建部近几年发布多项建筑减隔震相关标准文件，又于18年11月正式发布修订版《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018，2019年4月1日起已严格执行，初步印证了国家对建筑抗震性能提升工作推进的信心，同时《建设工程抗震管理条例》立法落地预期也进一步增强。另一方面，近年国常会等高层会议多次强调民生保障工作，加之近期武汉突发疫情，我国对突发灾害的事前准备工作重视度有望提升，或将进一步催化抗震立法推进。

立法落地预期加强背景之下，预计减隔震市场空间将扩大20倍以上。

行行查，行业研究数据库：

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