隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于建筑的要求已經(jīng)不僅限于安全性，對(duì)于舒適度的要求也在提高，這不僅是我們?cè)谧≌?、學(xué)校、辦公室等生活場景中的體感需求，也是存有精密設(shè)備儀器的科研、實(shí)驗(yàn)室建筑的實(shí)際需求。本期向大家介紹的是中元建筑工程三院與工程振動(dòng)控制研究中心合作的一項(xiàng)地鐵上蓋建筑隔振/抗震工程——北京大學(xué)景觀樓項(xiàng)目。

1 項(xiàng)目概況

       該項(xiàng)目位于中關(guān)村北大街北京大學(xué)東門的東北方向，兼具教學(xué)與科研功能，北京地鐵4號(hào)線沿縱向穿過項(xiàng)目下方，建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)超標(biāo)，無法進(jìn)行正常的教學(xué)及科研工作。

       結(jié)構(gòu)主體為混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下1層，地上4層，基底標(biāo)高-5m，筏板距地鐵隧道頂5m，未做任何隔振措施。

2 減振方案

      經(jīng)研究，將原地下室由1層變?yōu)?/span>2層，將地下室結(jié)構(gòu)柱斷開設(shè)置鋼質(zhì)彈簧減振器，確保增設(shè)后整體建筑結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)頻率低于5Hz，實(shí)測表明原軌道交通卓越頻段為10~80Hz。根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震要求和軌道交通減振要求，采用振/震合一設(shè)計(jì)，適當(dāng)在地下室層間柱斷開處施加阻尼器。

       使用SAP2000建立分析模型，使用LINK單元建立豎向彈簧，彈簧剛度由豎向荷載下節(jié)點(diǎn)變形一致的原則確定。

      在布置彈簧支座的基礎(chǔ)上，加設(shè)粘滯阻尼器以減少結(jié)構(gòu)受到的地震作用，同時(shí)對(duì)隔振支座起限位作用，減少隔振支座在地震作用下的水平位移。為提高阻尼器的工作效率，將阻尼器布置在結(jié)構(gòu)側(cè)向變形最大的支座處，建筑兩端部區(qū)域的彈簧支座變形最大，因此，將阻尼器布置在此處。同時(shí)，將阻尼器沿建筑周邊雙向布置，提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗扭能力，共布置30個(gè)阻尼器。

        罕遇地震作用下，有若干彈簧支座的變形過大，超過彈簧的設(shè)計(jì)極限變形，此情形下，彈簧剛度增加較大，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生較大的沖擊荷載。為了減小下彈簧支座的豎向變形，使彈簧豎向變形滿足設(shè)計(jì)要求，在每個(gè)限位墩上布置聚氨酯減振墊，在地震作用下，當(dāng)彈簧豎向變形超過某一閾值（本設(shè)計(jì)取40mm）后，由彈簧支座和聚氨酯減振墊構(gòu)成并聯(lián)彈簧共同承擔(dān)地震作用。

3 減振計(jì)算結(jié)果

       隔振后，結(jié)構(gòu)的周期對(duì)比如下，可見，豎向振動(dòng)周期由10Hz變?yōu)榱?/span>3.344Hz，避開了原軌道交通的卓越周期。

       同時(shí)將樓板細(xì)分，輸入實(shí)測的基底加速度，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析，評(píng)價(jià)樓板豎向振動(dòng)加速度的變化。

       隔振前后評(píng)價(jià)點(diǎn)的豎向加速度頻譜分解后的對(duì)比結(jié)果如下，可見在主要的頻段上，幅值都有明顯下降，隔振效果良好。

4 抗震計(jì)算結(jié)果

       該項(xiàng)目位于8度0.2g地區(qū)，場地類別為III類，特征周期0.55s。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)彈簧支座在中震和大震下的豎向和水平變形進(jìn)行嚴(yán)格限制，同時(shí)保證鋼彈簧與結(jié)構(gòu)的連接螺栓強(qiáng)度滿足抗拉、抗剪要求。

        選取小震7條波（2條人工波和5條天然波）和大震7條波（2條人工波和5條天然波）進(jìn)行三向輸入的時(shí)程分析。彈簧支座最大變形驗(yàn)算結(jié)果如下：

       支座變形驗(yàn)算結(jié)果如下：

       基底剪力驗(yàn)算結(jié)果如下，可見，隔振結(jié)構(gòu)的基底剪力小于未隔振結(jié)構(gòu)的基底剪力。

       小震、中震和大震下，黏滯阻尼器的出力情況如下所示，可見，阻尼器滯回曲線飽滿，發(fā)揮了良好的耗能特性。

       黏滯阻尼器在小震、中震、大震下的耗能情況如下圖所示，小震下附加阻尼比平均值為0.023，中震下為0.02，大震下為0.015。

5 結(jié)語

       隨著城市化進(jìn)程，越來越多的城市將發(fā)展地下軌道交通工程，今后會(huì)有更多項(xiàng)目毗鄰或跨越地鐵，不可避免地會(huì)涉及振動(dòng)問題，而作為建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)也要考慮地震作用，特別是高烈度地區(qū)。目前來說，二者兼顧是有一定技術(shù)難度的，中元建筑工程三院與工程振動(dòng)控制中心通力合作，做出了富有成果的工作，希望能對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有所貢獻(xiàn)。

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