某高烈度区建筑基础隔震支座施工关键技术研究

2022-01-27彭世成

福建建筑 2021年12期

彭世成

(中国水利水电第七工程局有限公司四川成都 610000)

0 引言

隔震技术在房屋建筑工程中的应用日趋广泛，主要形式有基础隔震和层间隔震等。其采用的隔震支座主要有：隔震橡胶支座、滑板支座和摩擦摆等[1]。基础隔震技术，是通过建筑基础顶部设置水平刚度较小隔震层，延长结构周期；同时隔震支座具有较大的阻尼，从而减少地震能量的输入，保护上部主体结构，减少地震灾害造成的人员和财产损失。汶川地震后，隔震技术在国内的应用显著增加。根据中国勘察设计协会抗震防灾分会的统计，截止2020年底，目前国内建成及在建的隔震建筑，已超过一万五千栋。

四川省凉山州西昌市处于我国南北地震带中南段，抗震设防烈度为9度。中国水利水电第七工程局有限公司第二分局承接了西昌市2个城中村棚户区改造项目，项目均采用基础隔震技术，隔震层的支座均为隔震橡胶支座。

1 工程概况

本研究依托西昌市宁远水镇城中村棚户区改造项目、西昌市袁家山城中村棚户区(二期)改造项目进行隔震系统关键技术研究。

(1)宁远水镇城中村棚户区改造项目

项目位于西昌市姜坡路口东侧。总规划建筑面积为206 813.21 m2，地上建筑面积148 272.31 m2，地下建筑面积为58 540.9 m2。项目包括9栋单元式住宅楼，结构形式，采用混凝土剪力墙结构，其中1#-9#楼层数为18～20层。2层地下室结构形式采用混凝土-框剪结构。每栋楼均在-1层和1层之间设置隔震层，共采用573个直径为1000 mm～1200 mm的隔震支座。

(2)袁家山城中村棚户区(二期)改造项目

项目位于西昌市菜子山大道旁。总规划建筑面积为181 695.15m2，地上建筑面积132 249.03 m2，地下建筑面积为49 446.12 m2。项目包括6栋单元式住宅楼、1栋酒店式公寓、1栋沿街商业楼和1栋幼儿园。单元式住宅楼结构形式采用钢筋混凝土剪力墙结构，楼层数为11-17层。14层酒店式公寓采用钢筋混凝土-框剪结构。沿街4层商业楼采用钢筋混凝土框架结构。3层幼儿园采用钢筋混凝土框架结构。2层地下室结构形式采用钢筋混凝土-框剪结构。每栋楼均在-1层和1层之间设置隔震层，共采用510个直径为1000 mm～1200 mm的隔震支座。

以上两项工程均采用基础隔震技术，隔震层支座均为大直径隔震橡胶支座。建筑抗震类别丙类，抗震设防烈度9度。-1层和1层间设置隔震层为专用检修功能，高度2800 mm。

全部单元式住宅楼结构形式和概况，以宁远水镇城中村棚户区改造项目6#高层基础隔震住宅楼为例进行分析，其工程概况如下：6#住宅楼地下2层，地上20层，总建筑高度60.80 m，总建筑面积11 356 m2。隔震层高度为2800 mm，主要框架梁(上支墩拉梁)梁下净高为1500 mm，主要结构剖面如图1所示。隔震层共布置52个Ⅱ型隔震支座，其中29个LRB1200，23个LNR1000。隔震支座平面布置如图2所示。

图1 建筑主要剖面图(单位：mm)

图2 隔震支座平面布置图(单位：mm)

2 研究内容及目标

2.1 研究内容

本科技项目研究主要包括以下几大项内容：①隔震支座支墩施工精度及质量控制研究；②隔震缝及隔震层管线连接技术研究；③隔震建筑施工监测与维护技术研究。

2.2 研究目标

针对上述在建筑隔震的工程应用中存在的问题，本项目研究提出以下几点目标：

(1)解决高层建筑隔震支座支墩施工的技术难点，形成提高和保障隔震支座支墩施工精度与施工质量的技术手段和具体工法。

(2)得出隔震缝及隔震层管线柔性连接的优化构造和措施，明确施工与质量控制要点。

(3)弄清隔震建筑全寿命监测的技术要点和瓶颈，形成隔震建筑全寿命监测的优化技术和具体方案，并建立隔震系统维护的规范化体系和作业导则。

2.3 主要创新点

(1)支座定位平衡板等新型施工辅助器具的创新和工法的优化；

(2)下支墩钢筋与下连接板套筒避免位置冲突的优化；

(3)房屋建筑隔震系统施工技术的系统化与标准化建设。

3 隔震支座支墩施工精度及质量控制

3.1 下定位板安装精度控制及质量控制

下定位板施工精度控制目标设计如下：预埋连接螺栓处的顶面标高与设计标高偏差不大于5 mm，定位板顶面水平度误差不应大于5%[3]。预埋钢筋(即锚筋)应垂直，且固定牢固[3]。为了达到下定位板施工精度控制目标，故在施工技术上提出以下方案：①安装高程定位螺栓。②定位板运输。③放线对齐。④下预埋件安装。

3.2 下支墩质量控制及下支墩顶面平整度精度

为确保下定位板革新技术顺利实施，对上支墩顶面施工精度控制目标设计如下：支墩中心标高与设计标高之差为±2.5 mm，下支墩顶面的水平度误差不大于不宜大于5‰[4]。提出以下方案：

(1)下支墩钢筋与下连接板套筒避免位置冲突的优化；

(2)下支墩混凝土浇筑；

(3)拆除下定位板；

(4)下支墩顶面打磨；

(5)上支墩施工的精度控制。

3.3 下支墩(柱)混凝土浇筑试验研究

3.3.1 前期准备

①下支墩(柱)配筋；②预埋钢板安装；③模板安装。

3.3.2 混凝土浇筑

商品混凝土进场后查看其出厂合格证明及其配合比，并使用坍落度桶测量该批次混凝土的坍落度，试验用商品混凝土坍落度为140 mm～160 mm，符合坍落度测试要求。

3.3.3 试验结果

隔震支座下支墩(柱)混凝土浇筑试验，得到以下结论：

(1)预埋钢板下部混凝土应采用高流动性细石混凝土二次浇筑法，或高强灌浆料二次灌浆法施工，不应采用一次(常规)浇筑法。

(2)下支墩预埋钢板底部混凝土浇筑填充过程，应采用单点下料的方式进行浇筑，不允许采用多点下料的方式，以保证混凝土填充的密实度。

4 隔震缝及隔震层管线连接技术研究

隔震层重要节点构造包括隔震缝构造、隔震支座节点构造、楼电梯构造以及柔性管线构造。其中构造设计重点在于竖向隔离缝与水平隔离缝的留置是否正确、填充材料是否合适、隔震支座节点处理、楼电梯相关构造以及柔性管线的使用[5]。项目组在工程调研中发现，隔震层重要节点的构造往往不被重视。在地震时，容易发生碰撞，限制隔震效用发挥，将增加震后维修费用。

4.1 隔震缝构造

(1)水平隔震缝宽大于防震缝两侧隔震支座在罕遇地震下最大水平位移之和的1.2倍，且大于800 mm[6]；

(2)工程采用聚苯板填充水平隔震缝，填充后，采用沥青胶泥收边；

(3)竖向隔震缝宽度大于400 mm，注意竖向隔震缝的处理，避免竖向隔震缝封堵；

(4)竖向隔震缝盖板构造做法：在竖向隔震缝中部填充防火岩棉，两侧盖板采用12 mm的厚硅酸钙板。

4.2 隔震支座节点处构造分析

为规范化隔震支座节点处的构造设计，根据隔震支座所处位置的不同，具体提出中柱隔震支座节点、边柱隔震支座节点、角柱隔震支座节点的构造做法。

(1)中柱隔震支座节点:隔震支座位于建筑层中间位置，当上支墩底部与另一方向框架梁底部平齐时，隔震支座外侧至四周填充墙侧的尺寸，填充墙顶部与上部框架梁底部间的水平隔离缝，应满足水平隔离缝的高度要求[7-8]。

(2)边柱隔震支座节点：隔震支座位于建筑层外边缘。根据边柱外边缘与外墙是否平齐，可分为两种情况，其竖向隔离缝与水平隔离缝的预留方法，可按照上支墩底部与另一方向框架梁底部是否平齐，参照中柱的设计方法进行设计。

(3)角柱隔震支座节点：隔震支座下支墩四周与两面墙相交。根据角柱外边缘与外墙是否平齐，同样可分为两种情况。其竖向隔离缝的预留方法与上同。

4.3 楼、电梯构造

(1)楼梯隔震构造：将上段楼梯踏步增加，梯板伸长，下段楼梯踏步减少，使下段楼梯踏步顶面低于框架梁底面，下段楼梯与隔震层框架梁脱离；将下段楼梯最上一级踏步向右平移延长，梯梁同距离平移，使上段楼梯末级踏步与下段楼梯最上级踏步之间的搭接长度满足规范要求[9]。

(2)电梯隔震构造：采用悬挂式电梯，悬挂式电梯井悬挂于隔震层梁下方。电梯隔离坑的空间也应满足要求，考虑地震作用下不影响电梯正常使用，电梯井道与抗震结构构造净距应与竖向隔震缝宽度一致，电梯井道与墙体的净距大于等于400 mm，电梯井道与底层柱顶拉梁大于等于400 mm。考虑满足排水、清洁的要求，电梯井道侧壁与电梯隔离坑的净距宜大于等于600 mm，电梯井道底面与电梯隔离坑顶的净距宜大于等于600 mm[10]。

4.4 柔性管线

隔震层要求穿越隔震层的设备管线必须采用柔性连接，其目的是在保证管道系统正常使用的前提下，适应隔震支座的允许最大位移。设备管线包括：上水管道、下水管道、消防管道、暖气管道及通风空调、电气及煤气等各类管线。《抗震规范》规定，对穿过隔震层的设备配管、配线，应采用柔性连接或其他有效措施，其预留的水平变形量不应小于隔离缝宽度的1.4倍。

柔性管道，是指设备管道穿过隔震层时的设置，能满足隔震层相应水平位移要求的柔性管材。隔震结构柔性管道产品在隔震层最大允许位移条件下的疲劳循环次数，应大于10次且不应渗漏。目前常用的柔性管道有金属软管、橡胶软管和PVC伸缩管。