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第六期:涼山州某既有隔震建筑隔震支座更新改造工程

  • 既有建筑 隔震支座更新
2021年03月26日


所屬課題

既有隔震建筑隔震支座更新改造技術研究及試點應用


項目概況

  • 國內首例采用自主生產疊層橡膠隔震支座進行中試的隔震建筑。

  • 多層磚砌體結構。

  • 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

  • 規范的變化:建設時無規范依據,2001規范納入,2010規范調整提高。按新規范要求,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

  • 受當時經濟條件限制,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)


隔震支座置換分析

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,更換數量41個 。

  • 后備支座設置:隔震支座在罕遇地震作用下已經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構的豎向荷載,確保結構不至于立即倒塌。達到結構“大震不倒”,最大限度的保證人員生命和財產安全。

隔震支座更換平面布置圖

采用反應譜法和時程分析分別計算


后備支座的設置

置換部分隔震支座后的隔震結構,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部橡膠總厚度3.0倍的較小值,滿足規范要求。但原隔震支座的最大水平位移,不滿足規范要求。如不采取適當措施,在罕遇地震條件下該型橡膠支座會發生大變形失穩破壞,進而影響建筑結構的整體安全。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


隔震層改造配套設計

計算復核

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(豎向應力


施工圖設計

1) 更換的隔震支座與原結構的連接設計。

2) 上支墩的節點設計。

3) 下支墩的節點設計。

4) 新增后備支座設計。


管線改造:

隔震層在大震下會發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,設計時應考慮設備管線在隔震層間具有一定的水平位移適應能力。本工程隔震層現有設備管線需改造為柔性連接。


施工配套技術及實施情況

1.支座更換工序

原隔震支座79個,更換41個。設計后備支座110個,其中外墻42個,內墻68個。

整體更換順序

  • 先外墻、后內墻 。

  • 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;

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

  • 臨時支撐:應有足夠的剛度和穩定性,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調進行,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,確定千斤頂的大小和支頂方案:最大的支座豎向壓力為1302kN,偏保守假定該壓力全部由千斤頂承擔,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),準備10套千斤頂,某批更換數量最多4個時,2套備用和機動。

  • 為避免卸荷轉移過程中支撐點改變后對上墻梁產生不利影響,千斤頂的安放位置在新支座支墩的兩側,并盡可能靠近新支墩。

卸荷轉移分析(共三次):

  • 第一次:

后備支座混凝土達到設計強度,切除原有隔震支座上部的下反小支墩,拆除原有隔震支座。原隔震支座承擔的荷載轉移至千斤頂及后備支座共同承擔。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計強度,緩慢移除千斤頂。由千斤頂及后備支座共同承擔的荷載轉移至由新隔震支座及后備支座共同承擔。

千斤頂移除嚴格控制行程,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測。

分級卸荷,每臺千斤頂每級50~100kN,穩定不少于1h,監測穩定后再進行下一級卸荷,并以實時監測結果互動修正。

  本次新支座產生一定豎向壓縮變形,但由于兩個后備支座同時承擔豎向荷載,新支座尚不會產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的荷載全部轉移至新隔震支座。為防止千斤頂卸荷時控制不穩或因設備液壓不穩出現突然的集中卸荷,將最后一道也是最集中的卸荷轉移放在后備支座剔鑿步驟。

該次荷載轉移量最大,新隔震支座豎向壓縮量較為集中發生。

采用人工剔鑿方式,并嚴格控制剔鑿進度及剔鑿質量,保證同步,并做實時監測以便及時修正。


3.監測方案

監測點的設置

  • 相關結構構件監測點:

    隔震支座中心點對應的上墻梁側面與梁底交界點

    后備支座處上梁側面與梁底交界點

  • 整體建筑物監測點:

    建筑物四角、大轉角處及沿外墻每10~15m處

監測周期及頻率

  • 監測周期

    施工監測:施工前初始記錄→施工全過程

    后期監測:施工完成后→變形穩定

  • 監測頻率

    監測頻率的調整:

    1.狀況穩定,加大間隔時間,先密后疏;

    2.基礎附近荷載突然增減、基礎四周積水、長時間連續降雨……增加頻率;

    3.異常因素導致建筑物突發明顯沉降、不均勻沉降、相關構件出現裂縫,立即進行連續觀測,對超過允許偏差的測點復測,數據確定異常后,采取專門方案解決。


4.項目實施情況

本項目現已竣工,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,該建筑經受了雅安地震考驗,基本未出現震害。


作者介紹

肖偉

研究員,一級注冊結構工程師,結構及抗震工程專家,建研(北京)抗震工程結構設計事務所有限公司總工程師

張立峰

高級工程師,一級注冊結構工程師,建研(北京)抗震工程結構設計事務所有限公司副總經理


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

可轉載,轉載需標明圖文來源

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