上海超高层大厦房屋建筑安装盆式橡胶支座消能隔震工法

1、房屋建筑安装盆式橡胶支座消能隔震工法1、前言橡胶支座一般是桥梁结构的一个重要组成部分，是桥梁上、下部结构的连接点，是在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置。其作用是将上部结构的荷载顺直、安全地传递到桥梁墩台上去，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形，以保护梁端、墩台帽梁不受损伤。据此原理盆式橡胶支座也适用于房建项目的变形缝部位，在楼层板的结构梁下设置盆式橡胶支座，支承于塔（主）楼结构的牛腿（竖向结构）上，将上部结构的荷载、温度伸缩变形、混凝土徐变以及在地震中消耗地震波能量等因素的作用下能够自由滑移，保证该处结构不被破坏，从而保护楼层里的人员财产的安全。

2、我司联合有关设计及科研单位，通过工程实践，采取在二层设置盆式橡胶支座的形式，解决了结构楼板部分缺失，楼面整体抗侧刚度不足的难题。该技术对于群、主楼之间因各自空间需要楼板部分缺失但必须满足抗震要求上有很大的推广价值和应用前景。2、工法特点2.1 隔震效果明显：地震时建筑物上部结构的反应类似于刚体平动，基本无反应放大作用，通过隔震层的相对大位移来降低上部结构所受的地震荷载。按照较高标准设计和采用基础隔震措施后，地震时上部结构的地震反应很小，结构构件和内部设备都不会发生破坏或丧失正常的使用功能。2.2 释放上部结构变形应力：由于长时间上部结构的活荷载的变化、夏热冬冷的温度变化和混凝土的徐变都会使混凝

3、土梁柱节点处产生应力，通过盆式橡胶支座的滑移作用可以及时的释放掉各种因素造成的应力。有利于结构的稳定。2.3 平衡不对称结构：现在的建筑物的造型到了没有想不到只有做不到的年代，标志性建筑越来越高、造型各异，内部结构要设计得完全对称相当困难（例如高档大厦大堂需要较高的净空，部分楼板架空），但是超高层框筒结构的结构不对称会对建筑的安全使用提出了不可回避的问题。因此盆式橡胶支座能够在一定的程度上解决由于框筒结构不对称产生的不利影响。2.4解决墙柱梁节点位置钢筋穿插困难：超高层建筑物中核心筒剪力墙、梁、板、柱交错的位置钢筋相当的密集，给钢筋师傅绑扎和直螺纹套接、浇注混凝土带来相当大的困难，甚至密不透光

4、。如果该处利用盆式橡胶支座不仅能达到消能隔震的作用，还能使得梁板的钢筋不用锚入墙柱结构中（橡胶支座的位置上部结构须和下部结构留足可滑移的空隙），适当减少节点的钢筋密度。2.5 承载力高、能360°自由伸缩徐变：盆式橡胶支座的结构是安置于密封钢盆中的橡胶块，在三向受力的情况下，而产生的反力，承受桥梁的垂直荷载，同时，利用橡胶的弹性，满足梁端的转动，通过焊接在上座板上的不锈钢板与聚四氟乙烯的自由滑移，完成桥梁上部构造的水平位移。本系列产品具有结构合理，承载能力大，变形小，水平位移量大，转动灵活，并有良好的缓冲性能，是建筑连续式桥梁的最佳支座。3、适用范围及施工准备3.1适用的建筑3.1.

5、1重要的建筑：一般为甲、乙类等特别重要的建筑。3.1.2 有特殊性使用要求的建筑：1）地震时不能中断使用功能的建筑：一般为首脑和指挥机关、消防、警察、医院建筑、信息系统、银行金融机构等。2）地震时容易发生火灾、爆炸等次生灾害的建筑：一般指加油站和存放有毒、爆炸等物品。3）比较重要的人员密集的公共建筑：一般为学校、医院病房楼、商场、办公楼等。3.1.3 有更高抗震要求的一般建筑对于建筑有更高的抗震性能要求，以保证地震时生命财产的安全。3.1.4 现有结构的加固改造工程对于原来不满足规范抗震性能要求的建筑或因加层和使用功能改变而抗震性能不能满足要求的既有建筑。3.2施工准备3.2.1材料及准备水、

6、商品混凝土、高性能钢材、钢筋连接接驳器、苯板、柔性材料、电焊机、布料机、经纬仪、水准仪、3m靠尺、5m及50m钢卷尺。3.2.2作业条件：现场施工盆式橡胶支座的楼层支模架、钢筋绑扎完成。根据图纸位置放出盆式橡胶支座的具体定位。4、工艺原理该工法的基本设计原理：隔震系统通过在下部结构和上部结构之间，设置一个专门的橡胶隔震支座，形成高度很低的柔性底层，称为隔震层。通过隔震层的隔震和耗能元件，使下部结构和上部结构断开，延长上部结构的基本周期，从而避开地震的主频带范围，使上部结构与水平地面运动在相当程度上解除了耦联关系，同时利用隔震层的高阻尼特性，消耗输入地震动的能量，使传递到隔震结构上的地震作用进一

7、步减小。为了更好地了解盆式橡胶支座的结构及性能（如图4-1），利用ANSYS软件模拟实际情况，进行恰当的简化计算盆式橡胶及支承混凝土视为一个组合体系来分析。但是，实际工程中，盆式橡胶支座支承混凝土之间是相互接触的，属于非线性行为。为了更恰当地对支座承载的情况进行分析，在此采用非线性接触分析进行计算。通过计算，一方面对支座的情况进行了较系统的分析，同时也对混凝土墩台的受力情况做了一系列的分析。图4-1 橡胶支座实物4.1本工程盆式橡胶支座选择办公塔楼结构体系为框架-核心筒梁板结构，由型钢混凝土柱/钢筋混凝土柱+钢筋混凝土梁、墙组成。由于塔楼二层约3/4楼板缺失，不能在平面内对柱、墙提供必要的约束

8、，故整体模型分析时忽略此层楼面体系对整体结构抗侧刚度之贡献，将首层及二层合建为1层（如图4.1-1）。二层重量则作为竖向荷载作用于结构相应位置处。因此此层楼面构件与竖向构件需要采用柔性连接。图4.1-1二层平面图在设计中选择了橡胶支座，橡胶支座作为连接上部结构和下部结构的重要结构部件，能将上部结构的反应力和变形（位移和转角）可靠的传递给下部结构，从而使结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。选用橡胶支座的型式必须根据橡胶支座所承受力和变形的自由度来确定。而且由于橡胶支座的位移和转角，将对橡胶支座产生附加反力，使橡胶支座反力的大小和作用方向发生相应的改变。为此就需要选择合适类型的橡胶支座。盆式

9、橡胶支座的结构原理是安置于密封钢盆中的橡胶块，在三向受力的情况下，而产生的反力，承受垂直荷载，同时，利用橡胶的弹性，满足梁端的转动，通过焊接在上座板上的不锈钢板与聚四氟乙烯的自由滑移，完成上部构造的水平位移。其结构合理，承载能力大，变形小，水平位移量大，转动灵活，并有良好的缓冲性能。如图（4.1-2）本工程选择了GPZ(II)系列盆式橡胶支座，其目前承载力为31个级别，位移形式可分为固定(GD)、单向活动(DX)和双向活动(SX)三种。根据楼层重量选择了承载力0.8MN级别，根据结构形式选择了可双向活动，纵向位移100mm，横向位移40mm。图4.1-2节点图首先具有足够的承载能力，可以保证安

10、全可靠的传递橡胶支座反力。其次对变形（位移和转角）的约束较小，适应梁体自由伸缩及转动的需要。4.2盆式橡胶支座有限元模型的建立取支座的轴向12截面为对象，采用平面轴对称模型进行有限元建模和计算。模型具体的相关参数：泊松比取0.4998。支座中钢盆采用PLAN42模拟，弹性模量E=2.05×105MPa,泊松比v=0.3（如图4.2-1）。其中支座承载形式为中心受压，采用竖向承载力为0.8KN，橡胶面板直径D=200mm，载荷大小为25 MPa，橡胶面与钢盆以及钢盆底面与墩台之间均采用接触单元连接，摩擦系数分别取为0.7和0.2。 建立支座有限元模型（如图4.2-2）。图4.2-1 盆

11、式橡胶支座构造图图4.2-2 弹性支承下支座的有限元模型4.3有限元计算结果分析4.3.1支座位移情况分析弹性支承下当支座在承受垂直载荷作用时，由于混凝土的弹性压缩，使支座发生了锅底状变形。图4.3-1中的承压橡胶板在靠近中心部位的变形较大，而在其边缘与钢盆接触的地方变形较小，这是由于钢盆与橡胶板之间的约束引起的，与实际情况相符合。4.32支座应力情况分析从图4中可以看出，支座承压时在盆底产生较高的局部应力，该值大于相应吨位下的盆环应力，这与试验情况相一致。试验表明，支座承压时最大应力出现在盆底，但是由于盆底处于三向应力状态，虽有较大的应力和变形，但仍未发生破坏。图4.3-1 弹性支承下支座的

12、复合位移云图图4.3-2 弹性支承下支座的等效应力云图4.33两种支承下支座几项重要数据对比分析支座的最大位移值就等于钢盆中承压橡胶板的最大位移值，这主要是与橡胶板的泊松比接近05，在钢盆中处于三向应力状态下几乎是不可压缩的情况相关。同时，支座的最大等效应力值与盆底的最大等效应力值相等，说明支座在中心受压时最大应力发生在盆底，这与试验情况相符。另外，对比两种不同类型的支承形式可以发现，刚性支承时盆环上的最大等效应力与盆底的最大等效应力相差不大，但是弹性支承时盆环上的最大等效应力相比盆底的最大等效应力来说显得小许多，比刚性支承时盆环上的最大等效应力也要小。这主要是由于支承混凝土的弹性压缩使支座发

13、生锅底状变形，导致盆环受压产生预压应力抵消了部分盆环拉应力所引起的，对盆环的受力是有利的。4.4计算模型需要符合以下规定:1）对甲、乙类建筑，隔震体系的计算模型宜考虑结构杆件的空间分布、隔震支座的位置、隔震房屋的质量偏心、在两个水平方向的平移和扭转、隔震层的非线性阻尼特性以及荷载 位移关系特性，并有不少于两个不同力学模型的计算结构进行比较分析。2）一般情况下，隔震体系的计算简图可采用剪切型结构模型；当上部结构的质心与隔震层刚度中心不重合时应计入扭转变形的影响。3）隔震层顶部的梁板结构，对钢筋混凝土结构应作为其上部结构的一部分进行计算和设计。 隔震层和隔震支座的力学模型1）采用等效线性化模型，当

14、按扭转耦联计算时，加入隔震支座的扭转刚度计算。2）对于隔震建筑的竖向震动、摇摆、翻转震动问题，考虑隔震支座的拉伸或上浮等变形。3）一般而言，采用多遇地震作用下的时程分析法进行计算，砌体结构及基本周期与其相当的结构可按简化算法计算。隔震层进行抗风验算。计算公式如下：抗风装置的水平承载力设计值。当抗风装置是隔震支座的组成部分时，取隔震支座的水平屈服荷载设计值；当抗风装置单独设置时，取抗风装置的水平承载力，可按材料屈服强度设计值确定。风荷载分项系数，取1.4；风荷载作用下隔震层的水平剪力标准值。隔震支座进行罕遇地震下的验算。隔震层在罕遇地震下应保持稳定，不宜出现不可恢复的变形。隔震层橡胶支座在罕遇地

15、震作用下，不宜出现拉应力，如有拉应力，不应超过1.2MPa。隔震支座对应于罕遇地震水平剪力的水平位移，应用下列公式验算：式中： 罕遇地震作用下，第i个隔震支座扭转的水平位移；第i个隔震支座的水平位移限值；对橡胶隔震支座，不应超过该支座有效直径的0.55倍和支座各橡胶总厚度3.0倍二者的较小值；罕遇地震下隔震层质心或不考虑扭转的水平位移第i个隔震支座的扭转影响系数，应取考虑扭转和不考虑扭转时i支座计算位移的比值，当隔震层以上结构的质心与隔震层刚度中心在两个主轴方向均无偏心时，边支座的扭转影响系数不应小于1.15。隔震支座与上部结构、下部结构之间应设置可靠的连接部件。隔震层连接部件（如隔震支座或抗

16、风装置的上、下连接件，连接用预埋件等）应按罕遇地震作用进行强度验算。隔震支座与上部结构、下部结构之间的联结螺栓和锚固钢筋，均必须在罕遇地震作用下对隔震支座在上下联结面的水平剪力、竖向力及其偏心距进行验算。锚固钢筋的锚固长度宜大于20倍钢筋直径，且不小于250mm。隔震层以上结构必要时需进行抗倾覆验算，并符合下列要求：隔震房屋的高宽比超过建筑抗震设计规范GB50011相应规定时，应进行抗倾覆验算。隔震房屋抗倾覆验算包括结构整体抗倾覆验算和隔震支座承载力验算。进行结构整体抗倾覆验算时，应按罕遇地震作用计算倾覆力矩，并按上部结构重力代表值计算抗倾覆力矩。抗倾覆安全系数应大于1.2。上部结构传递到隔震

17、支座的重力代表值应考虑倾覆力矩所引起的增加值。5、施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程安装盆式橡胶支座的施工工艺流程如下：下部结构施工预埋盆式支座下端调平橡胶支座成品保护浇筑下部结构混凝土支座接头处处理上部结构施工接头清理及约束构件解除。5.2 操作要点5.2.1 下部结构施工橡胶支座附近的梁应计算冲切和柱应计算局部承压，加密箍筋并根据需要配置网状钢筋。同时按照支座底板地脚螺栓间距及规格预留螺孔，预留螺孔直径地脚螺栓的三倍，深度为地脚螺栓长度L+50mm。调平橡胶支座安装支座下部结构施工支座接头处处理浇筑下部混凝土结构成品保护上部结构施工及浇筑接头清理及约束构件解除图5.2-1 安装施工工艺流

18、程图5.2.2安装橡胶支座橡胶支座顶部梁板的刚度和承载力，应大于一般楼面梁板的刚度和承载力。橡胶支座与上部结构、下部结构之间的连接件，应能传递罕遇地震下支座的最大水平剪力。支座在安装前方可拆箱，并检查支座各部位及装箱清单，支座在安装前不得随意拆卸。对于活动支座的安装，一定要注意支座安装时的滑移方向与设计方向一致。安装活动支座时，应考虑浇筑时的温度、预应力张拉、混凝土收缩和徐变对梁板的影响，设置相对于设计支承中心的预偏值。5.2.3 调平橡胶支座通过水准仪测量，保证三个点的平面水平，支座支承面四角高差不大于2mm。粗调可以通过调节预埋螺栓调节。细调可以通过调节盆式橡胶支座的螺栓。5.2.4 成品

19、保护盆式橡胶支座与牛腿钢筋点焊固定后，用塑料薄膜包住并用胶带捆绑扎实，绝对不允许混凝土进入橡胶支座内。5.2.5 浇筑下部结构混凝土浇筑下部支座混凝土时严禁在站在橡胶支座附近的钢筋或者支承上操作。振捣混凝土的时候应重点振捣橡胶支座下部处，使得混凝土能够浇筑密实。5.2.6 橡胶支座接头处理橡胶支座上部梁板结构施工时应保证上部结构和侧面竖向结构留出足够可能滑移的空隙，可以用苯板等材料代替模板，以便拆模后能够将里面清理干净。5.2.7 上部结构施工及浇筑上部结构的周边应设置防震缝，缝宽不小于盆式橡胶支座的的最大水平位移值1.2倍。上部结构（包括与其相连的任何构件）与下部结构（包括与其相连的任何构件

20、）之间，设置明确的水平隔离缝。当设置水平隔离缝确有困难时，应设置可靠的水平滑移垫层。浇筑橡胶制作上部混凝土时也必须对成品进行保护，保证模板拼缝不得大于2mm，且应在拼缝位置用胶带封口，确保混凝土不得进入支座内。5.2.8 接头清理及约束构件解除待荷载稳定后，及时拆除盆式支座上下连接螺栓，以免约束梁体位移。拆模后把缝隙内的苯板等材料清除干净。橡胶支座所有形成的缝隙根据使用功能要求，采用柔性材料封堵、填塞。上部结构及橡胶支座的部件应与周围固定物脱开。与水平方向固定物的脱开距离不宜少于橡胶支座在罕遇地震作用下最大位移的1.2倍，且不小于200mm；与竖直方向固定物的脱开距离宜取所采用的橡胶支座中橡胶

21、层总厚度最大者得1/25加上10mm，且不小于15mm。养护：盆式橡胶支座无需特殊的养护，只需每年对外露表面的积水、积尘加以清楚，并逐个检查地脚螺栓。若表面防锈漆脱落，则涂刷防锈漆，涂时注意不得污染滑移表面。6、材料与设备6.1 材料配备 水：一般应为自来水或可饮用水，水质不明的水应经过化验，符合要求后，方可使用。 水泥、砂和碎石：应按设计要求的商品混凝土。 钢筋及钢材：应按设计要求选用。 钢筋连接接驳器：符合钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003要求。 电焊条：E43。 苯板：其中间为泡沫板，两面是带刺钢丝栅格。 柔性材料：采用建筑胶。6.2 机具设备混凝土浇筑机具设备：混凝土地泵，

22、布料机，振动棒。直螺纹 套丝安装设备：力矩扳手、直螺纹套丝机。电焊机6.2.4 检测用的仪器有：经纬仪、水准仪、3m靠尺、5m及50m钢卷尺等。6.3 劳动力盆式橡胶支座所需操作人员2-3人即可。测量人员1-2位进行标高控制，作业人员必须持证上岗。7、质量控制7.1采用规范、标准和规程如下：工程测量规范 (GB50026-2007)<<混凝土结构工程施工质量验收规范>> (GB50204-2002)<<钢筋焊接及验收规程>> (JGJ18-2003)<<钢筋机械连接通用技术规程>> (JGJ107-2003)<<

23、;建筑机械使用安全技术规程>> (JGJ33-2002)公路桥梁盆式橡胶支座 （JT 391-1999）7.2 盆式橡胶支座质量标准：橡胶板外观质量缺陷名称要求气泡橡胶板直径小于500mm，允许有深度小于2mm，面积小于100mm2的气泡，但不得多于两处杂质橡胶板直径小于500mm，允许有深度小于2mm，面积小于100mm2的杂质，但不得多于两处凹凸不平所有规格支座橡胶板不允许呈凹形或凸形，除下述局部凹凸不平外，整个橡胶板应是平的橡胶板直径小于500mm，允许有深度小于2mm，面积小于100mm2的下凹或凸起，但不得多于两处明疤橡胶板直径小于500mm，允许有深度小于2mm，面积小

24、于100mm2的明疤，但不得多于两处压偏不得超过橡胶板直径的0.2%图7.2-1 盆式橡胶支座橡胶表面支座外露表面应平整、美观、焊缝均匀。漆膜表面应光滑，不应有露漆、流痕、皱褶等现象。（图7.2-1）支座组装时，应调平且上下对中，确认没有空气垫层后，用连接件将支座连成整体。支座组装后，支座高度偏差要求为：竖向承载力0.4MN20MN的支座，支座高度偏差不大于3mm。上部结构的模板安装拼缝不得大于2mm。8、安全措施8.1采用标准建筑工程施工现场供电安全规范 (GB50194-93)施工现场临时用电安全技术规范 （JGJ46-2005）建筑机械使用安全技术规范 (JGJ33-2001)建筑施工高

25、处作业安全技术规范 (JGJ80-91)8.2 安全教育所有专业工种必须结合工种和施工现场的特点，加强岗前培训，系统掌握有关安全知识，并通过考核合格后持证上岗。岗前安全教育，包括安全技术知识的考核，采用新设备、新工艺、新材料的安全操作教育等。8.3 用电安全配电箱、开关箱：应用标准电箱，电箱内开关电器必须完整无损，接线正确，电箱内应设置漏电保护器，选用合理的而定漏电动作电流进行分级匹配。配电箱应设总熔丝、分开关，动力和照明分别设置。技术外壳电箱应作接地或接零保护。开关箱与用电设备实行一机一闸保险。同一移动开关箱严禁有380V和220V两种电压等级。接地接零：接地采用角钢、圆钢或钢管，其截面不小

26、于48mm2，一组二根接地之间间距不小于2.5m，接地电阻符合规定，电杆转角杆、终端杆及总箱、分配电箱必须有重复接地。用电管理：安装、维修或拆除临时用电工程，必须有电工完成，电工必须持证上岗，实行定期检查制度，并做好检查记录。检修电气设备时必须停电作业，电源箱或开关握柄上挂有警示牌。钢筋加工：钢筋应按规格品种堆放整齐，多人合运钢筋要有专人指挥。拉直钢筋卡头要牢固，沿线2m区域内禁止行人。展开圆盘钢筋要一头卡牢，防止回弹。8.4机械设备使用插入式振捣器时，一人操作，一人掌握开关相配合。自然垂入混凝土中，拉管要慢，防止托管、漏电，振捣器不准放在初凝混凝土上和脚手架通道上减震，振捣器外壳保持清洁，以

27、免妨碍电机散热。8.5其他要求下部结构达到设计要求强度，才能施工支座上部结构。进入工地必须带好安全帽，主要进出口和危险地带设置明显的管理制度牌、警示牌项目部及施工队驻地设立保安人员，加强与当地公安部门的联系，共同维护好施工区域的治安管理。加强天气预报的监收，随时掌握不利自然条件的影响，及时采取对策，防止因自然灾害影响施工，造成不应有的损失。9、环保措施9.1 组织措施成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。对进出的施工队伍签订环保、文明施工协议书，把环保文明施工责任落到实处，提高全体施工人员自觉性与责任心。9.2 宣传教育积极贯彻执行建筑法，使每个职工牢固树立法制观念，增强遵纪守法自觉性，争做文明建筑工人。广泛深入的进行环境保护盒环境法制教育，使做好环境保护工作和坚持文明施工自觉地成为每个职工的行动。9.3现场布置监理施工责任区，划分区域，明确管理人，实行挂牌制，做到现场清洁整齐；卫生符合标准。设置施工标注牌，标明工程名称、建设单位、设计单位、监理单位、施工单位及其各自负责人，施工工期、质量目标等，以便于社会监督。9.4 防污