既有隔震建筑隔震支座更新改造技術(shù)研究及試點應(yīng)用

• 國內(nèi)首例采用自主生產(chǎn)疊層橡膠隔震支座進行中試的隔震建筑。

• 多層磚砌體結(jié)構(gòu)。

• 隔震支座共79個：直徑200mm、高度105mm。

• ?隔震縫沿豎向300mm，上部為上墻梁，下部為磚墻頂部圈梁或鋼筋混凝土墻頂。

• ?上墻梁底局部下反195mm高的小支墩。

改造前狀況

• 規(guī)范的變化：建設(shè)時無規(guī)范依據(jù)，2001規(guī)范納入，2010規(guī)范調(diào)整提高。按新規(guī)范要求，大震作用下原隔震支座變形能力偏小。（解決方案：部分更換大直徑支座）

• 受當(dāng)時經(jīng)濟條件限制，未采取大震作用下附加保護措施。（解決方案：增設(shè)后備支座）

• 隔震層的管線未做柔性連接。（解決方案：管線改造）

• 汶川地震后，部分支座存在明顯殘余變形；房屋使用十多年后，支座連接鋼板和錨板存在一定程度的銹蝕。（解決方案：部分更換、部分維修鋼件）
  

  
  

置換方案的確定

部分更換為直徑400mm ：

• 各項條件滿足，方案可行，更換數(shù)量41個 。

• 后備支座設(shè)置：隔震支座在罕遇地震作用下已經(jīng)損壞失去承載力的情況下，作為后備的臨時支座支承上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，確保結(jié)構(gòu)不至于立即倒塌。達到結(jié)構(gòu)“大震不倒”，最大限度的保證人員生命和財產(chǎn)安全。

隔震支座更換平面布置圖

采用反應(yīng)譜法和時程分析分別計算

后備支座的設(shè)置

置換部分隔震支座后的隔震結(jié)構(gòu)，在罕遇地震作用下（Ⅱ類場地條件），其隔震支座水平向位移最大值為186mm，置換后隔震支座的最大水平位移小于55%的隔震支座有效直徑和支座內(nèi)部橡膠總厚度3.0倍的較小值，滿足規(guī)范要求。但原隔震支座的最大水平位移，不滿足規(guī)范要求。如不采取適當(dāng)措施，在罕遇地震條件下該型橡膠支座會發(fā)生大變形失穩(wěn)破壞，進而影響建筑結(jié)構(gòu)的整體安全。為保證罕遇地震作用下房屋整體抗震性能，考慮采用具有“軟著陸”保護措施（后備支座）的隔震體系進行加強。

后備支座平面布置圖

計算復(fù)核

罕遇地震作用下驗算：

1)?錨栓、錨板的抗剪、承壓驗算（錨栓抗剪、連接板承壓）

2)?上下支墩的承壓計算 （整體受壓、局部受壓）

3)?錨板與連接板的抗剪（螺栓）驗算、連接板計算?

4)?下支墩承載力驗算

5)?后備支座驗算（豎向應(yīng)力）

施工圖設(shè)計

1) 更換的隔震支座與原結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計。

2) 上支墩的節(jié)點設(shè)計。

3) 下支墩的節(jié)點設(shè)計。

4) 新增后備支座設(shè)計。

管線改造：

隔震層在大震下會發(fā)生很大的相對水平位移,為保證主體建筑大震后能正常使用,設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)備管線在隔震層間具有一定的水平位移適應(yīng)能力。本工程隔震層現(xiàn)有設(shè)備管線需改造為柔性連接。

1.支座更換工序

原隔震支座79個，更換41個。設(shè)計后備支座110個，其中外墻42個，內(nèi)墻68個。

整體更換順序

• 先外墻、后內(nèi)墻 。

• 對稱間隔（間隔兩個以上支座）? 。

• 每批不超過4個，更換批次10～20批。

2.支撐托換分析

基本思路：

• 隔震縫豎向300mm，空間較大，原有隔震支座高度105mm，其上部有高度為195mm的下反小支墩，新隔震支座高165mm，隔震縫中有135mm的空間可利用；

• 對新、舊隔震支座豎向受壓分析，新支座就位后各個支座的最大豎向壓縮量約為2.3mm左右；

• ?“托換轉(zhuǎn)移”，不同步頂升。荷載在施工過程中先轉(zhuǎn)移到臨時支撐上，待新支座就位后在逐步緩慢卸除臨時支撐，將荷載轉(zhuǎn)移回新支座。有一定豎向變形，要求絕對值很小，需嚴(yán)格控制；

• 臨時支撐：應(yīng)有足夠的剛度和穩(wěn)定性，卸除時需緩慢而均勻；

• 剛性后備支座(剛度大、變形小) ＋ 千斤頂，以便于分級卸載、穩(wěn)定控制。

支頂分析：

• 盡可能減少新支座壓縮變形過程中豎向荷載對原支座的影響，后備支座澆筑混凝土頂緊和千斤頂支頂協(xié)調(diào)進行，千斤頂微量（約2mm）反頂后再澆筑后備支座頂部混凝土。

• ?對隔震支座處豎向壓力計算和對比，確定千斤頂?shù)拇笮『椭ы敺桨福鹤畲蟮闹ёQ向壓力為1302kN，偏保守假定該壓力全部由千斤頂承擔(dān)，每個支座選用兩臺千斤頂，每臺起重量不小于65.1t（實際采用100t），準(zhǔn)備10套千斤頂，某批更換數(shù)量最多4個時，2套備用和機動。

• 為避免卸荷轉(zhuǎn)移過程中支撐點改變后對上墻梁產(chǎn)生不利影響，千斤頂?shù)陌卜盼恢迷谛轮ёФ盏膬蓚?cè)，并盡可能靠近新支墩。

卸荷轉(zhuǎn)移分析（共三次）：

• 第一次：

后備支座混凝土達到設(shè)計強度，切除原有隔震支座上部的下反小支墩，拆除原有隔震支座。原隔震支座承擔(dān)的荷載轉(zhuǎn)移至千斤頂及后備支座共同承擔(dān)。千斤頂及后備支座剛度大、壓縮量很微小，且要求千斤頂微量（約2mm）反頂，本次豎向變形很小。

• 第二次：

新支座上、下支墩混凝土達到設(shè)計強度，緩慢移除千斤頂。由千斤頂及后備支座共同承擔(dān)的荷載轉(zhuǎn)移至由新隔震支座及后備支座共同承擔(dān)。

千斤頂移除嚴(yán)格控制行程，緩慢且兩臺同步。同時對支座處上墻梁的豎向變形做實時監(jiān)測。

分級卸荷，每臺千斤頂每級50～100kN，穩(wěn)定不少于1h，監(jiān)測穩(wěn)定后再進行下一級卸荷，并以實時監(jiān)測結(jié)果互動修正。

? 本次新支座產(chǎn)生一定豎向壓縮變形，但由于兩個后備支座同時承擔(dān)豎向荷載，新支座尚不會產(chǎn)生較大的集中豎向變形。

• 第三次：

逐步緩慢剔鑿后備支座頂部。由后備支座及新隔震支座共同承擔(dān)的荷載全部轉(zhuǎn)移至新隔震支座。為防止千斤頂卸荷時控制不穩(wěn)或因設(shè)備液壓不穩(wěn)出現(xiàn)突然的集中卸荷，將最后一道也是最集中的卸荷轉(zhuǎn)移放在后備支座剔鑿步驟。

該次荷載轉(zhuǎn)移量最大，新隔震支座豎向壓縮量較為集中發(fā)生。

采用人工剔鑿方式，并嚴(yán)格控制剔鑿進度及剔鑿質(zhì)量，保證同步，并做實時監(jiān)測以便及時修正。

3.監(jiān)測方案

監(jiān)測點的設(shè)置

• 相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件監(jiān)測點：

  隔震支座中心點對應(yīng)的上墻梁側(cè)面與梁底交界點

  后備支座處上梁側(cè)面與梁底交界點

• 整體建筑物監(jiān)測點：

  建筑物四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每10～15m處

監(jiān)測周期及頻率

• 監(jiān)測周期

  施工監(jiān)測：施工前初始記錄→施工全過程

  后期監(jiān)測：施工完成后→變形穩(wěn)定

• 監(jiān)測頻率

  監(jiān)測頻率的調(diào)整：

  1.狀況穩(wěn)定，加大間隔時間，先密后疏；

  2.基礎(chǔ)附近荷載突然增減、基礎(chǔ)四周積水、長時間連續(xù)降雨……增加頻率；

  3.異常因素導(dǎo)致建筑物突發(fā)明顯沉降、不均勻沉降、相關(guān)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，立即進行連續(xù)觀測，對超過允許偏差的測點復(fù)測，數(shù)據(jù)確定異常后，采取專門方案解決。

4.項目實施情況

本項目現(xiàn)已竣工，施工周期約 5 個月，施工過程中除地下室隔震層外，房屋其余部分正常使用，未受影響。項目竣工后，該建筑經(jīng)受了雅安地震考驗，基本未出現(xiàn)震害。

往期回顧：

供? ?稿：

建研抗震／肖偉、張立峰

編? ?輯：

市場部資源推廣中心／孟鶴