大型摩擦摆减隔震支座在大跨度桁架中的应用

夏 睿，魏 恒，谢 聪，马志同

（中建三局集团有限公司，湖北 武汉 43000）

1 工程概况

1.1 工程整体概况

武汉恒隆广场为香港恒隆地产在武汉投资建设的特大型商业综合体，位于武汉市江汉区京汉大道与民意四路路口，建成以后将是武汉商业、购物、娱乐的中心。恒隆广场占地面积超过8 万m2，被南北走向的游艺路划分为东西2 个地块，地上3层以上通过钢连廊将两个地块连接成整体。

钢连廊为西侧刚接，东侧铰接的简支梁结构体系，为减少地震荷载和温度应变引起结构变形对钢连廊的影响，铰接端设置4 个大吨位摩擦摆式减隔震支座。本文通过对恒隆广场项目摩擦摆减隔震支座的运用的介绍，证明在保证结构安全的前提下，大吨位摩擦摆减隔震支座在建筑行业值得广泛地推广和运用。

1.2 摩擦摆减隔震支座的布置

钢连廊设置在地上3～7 层，其中3～5 层为钢桁架结构形式，六层及以上为钢框架，整个连廊结构高度为50m，最大跨度达到68m。4 个大吨位摩擦摆式减隔震支座的布置如图1 所示。

图1 摩擦摆减隔震支座布置图

摩擦摆减隔震支座设计竖向荷载为55 000kN和45 000kN，最大纵向位移为±100mm，横向位移为40mm，隔振周期为0.02s，为摩擦摆减隔震支座在国内民用建筑行业运用的最大规格。武汉恒隆广场项目支座规格及型号信息如表1所示。

表1 摩擦摆减隔震支座信息汇总表

2 摩擦摆减隔震支座的设计

2.1 支座的功能

1）非地震工况下 支座可以满足上部结构承载、转动及温度位移要求。

2）地震工况下 支座以设置的隔震位移和摩擦系数进行滑移，延长建筑物振动周期，降低建筑物受到的地震力。滑移过程中动能转化为势能，同时通过摩擦，逐步消耗地震能量。随着地震逐步衰弱，支座往复滑移位移逐步减小，最终停留在初始位置附近，其安装示意图如图2 所示。

图2 摩擦摆减隔震支座安装示意图

2.2 支座的组成

摩擦摆减隔震支座（图3）主要由下支座板、球冠、上支座板、转动耐磨板、滑动耐磨板、高强螺栓、锚棒等组成。

图3 摩擦摆减隔震支座结构图

3 摩擦摆减隔震支座的试验和检验

3.1 竖向承载力和水平滞回性能试验

摩擦摆式减隔震支座完成以后，在75 000kN多功能试验机（图4）上进行竖向承载力和水平滞回性能试验。

图4 用于试验的75000kN多功能试验机

试验时，试验机同时在竖直方向和水平轴向进行动态控制。竖向荷载的力由6 个12 500kN 的油缸所提供，水平方向的力则由4 个1 500kN 的油缸所提供，每个水平油缸的行程为1 200mm，并由2 个伺服阀控制。该系统动力由持续供应800L/min 流量油的泵站所提供，为完成高速试验所需要的峰值速度通过总共储存有16 800L 的油及氮气的蓄能器所提供。

3.2 试验成果与数据分析

以规格为45 000kN 的摩擦摆减隔震支座为例进行说明，分别在以下6 种工况下对支座施加荷载，如表2 所示。每种工况试验完成结果如图5～图10 所示。

图5 支座在竖向荷载作用下位移曲线图

表2 6种工况下对支座施加荷载

根据试验结果得出如下结论。

1）耐磨板未见永久性变形，滑动曲面未见因机械阻尼不足而产生的滑动现象。

2）摩擦摆减隔震支座结构强度、水平位移值、滑动摩擦系数、EDC 能耗均满足设计要求。

图6 支座在5mm/s正弦波（20循环）作用下水平位移曲线图

图7 支座在50mm/s正弦波（3循环）作用下水平位移曲线图

图8 支座在83.5mm/s正弦波（3循环）作用下水平位移曲线图

图9 支座在166.5mm/s正弦波（3循环）作用下水平位移曲线图

图10 支座在333mm/s正弦波（3循环）作用下水平位移曲线图

4 摩擦摆减隔震支座的安装及监测

4.1 摩擦摆减隔震支座安装

武汉恒隆广场项目摩擦摆减隔震支座施工顺序：主体施工阶段预留、预埋→支座下盖板安装、调平→支座与连接盖板上下固定→支座上部钢结构安装（图11～图12）。

图11 主体施工阶段支座处预留、预埋

图12 支座上部钢结构安装

支座下盖板通过地脚螺栓与混凝土柱顶部结构连接，螺栓位置必须精确且与下盖板螺栓孔一一对应。为保证安装精度，避免混凝土浇筑时影响螺栓位置，采用在结构混凝土浇筑时预留锚栓孔、后期安装锚栓并灌浆的方式安装支座下盖板。金属套管支架拼装完成后，在支墩钢筋绑扎时，将支架固定在设计位置。

支座下盖板安装时，调整下盖板位置，使其上面预留的安装螺栓孔与安装螺栓对应，再将地脚螺栓对应锚栓孔放入，支座下盖板由安装螺栓上的调平螺母支撑。为保证支座的标高及平整度满足要求，支座下盖板安装完成后，通过调节安装螺栓上的调平螺母进行调平，将下盖板调节水平且每个支座盖板顶标高一致，如图13～图14 所示。

图13 支座下盖板安装、调平

图14 支座与连接盖板上下固定

支座调平层灌浆完成，养护至合格后，进行支座安装。支座与下盖板通过地脚锚栓连接，地脚螺栓穿过支座下方的预留锚栓孔，用螺栓固定。螺栓安装时螺母朝下充分紧固，不留丝口。支座上部结构安装前，需再次复核支座位置、标高无误，检查限位钢板固定无误后，即可进行上部结构安装。支座上部结构根据设计图纸要求与支座上盖板连接，采用焊接固定。

4.2 钢连廊及支座处监测

在钢连廊施工区域的四周建立6 个基准控制点组成的控制网，为了便于钢连廊整体及支座处的测量工作，增设4个辅助控制点，如图15所示。

图15 钢连廊及支座测量控制网布置图

测量工根据图纸定位用全站仪、经纬仪，从测量基线网上引出支座中心控制线和标高控制线，此控制线经检查复测，确认无误后使用。利用施工测量控制网和在混凝土表面弹设的定位墨线标识，选支座上端口各角点作为标高控制(表4）。

表4 允许偏差控制

在支座安装及上部钢连廊安装施工中对支座处水平位置、中心标高偏差，支座处钢柱四角坐标及标高进行监测。在整体工程施工工况中支座处结构偏差均满足设计要求(图16）。

图16 摩擦摆减隔震支座在武汉恒隆广场的运用

5 结语

恒隆广场项目游艺路钢连廊最大跨度68m，铰接端最大支座反力达到55 000kN，最大允许水平位移为100mm，常规支座无法满足设计要求。本工程借鉴桥梁工程领域广泛应用的摩擦摆隔震支座，设计了一种适合大跨度钢桁架连廊的支座。

在武汉恒隆广场项目的成功运用，一方面满足了各项设计参数要求，一方面为大型摩擦摆减隔震支座在建筑行业推广和运用提供了有力支撑。