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隔震橡膠支座的技術原理

隔震橡膠支座還可以劃分為普通橡膠、鉛芯橡膠兩種,前者主要是有機結合橡膠層、鋼板來促進建筑結構側向抗壓力、水平變形力,以及承載力的不斷提升,而后者通常都擁有較高的阻尼,可以有效削弱地震給建筑結構帶來的一系列作用、影響,更重要的是可以有效避免隔震層出現(xiàn)位移現(xiàn)象,在防止建筑結構受到地震嚴重破壞的同時,為其安全使用性能的發(fā)揮,以及使用壽命提供有力保障橡膠隔震支座是為建筑物配置合理的橡膠支座,從而讓建筑物在遭受地震的時候能夠減少自振的頻率,從而降低建筑物上部由于地震而導致的可能的破壞。疊層橡膠隔震支座隔震技術的核心裝置便是橡膠支座,可以僅安裝配置橡膠支座,也可以和阻尼器一起配合,從而使建筑物擁有一個隔震層。疊層橡膠隔震支座在豎直的方向具有很大的承載力,而在水平的方向則剛度不大,所以在水平側能夠允許較大幅度的位移量。這個特點使其一方面能夠盡可能緩解震害在水平方向的破壞,另一方面還可以承受垂直方向的地震破壞,屬于當前很多發(fā)達國家均使用的一種有效的隔震模式。

隔震橡膠支座的優(yōu)點

結構方面

隔震橡膠支座與其他的防震措施相比,有不少先進性:首先是這種結構能夠在豎直方向擁有較好的承載剛度,在受力壓縮的情況下不易明顯變形,十分便于將建筑體支撐起來,從而保證建筑的可靠性;其次是在水平方向上,隔震橡膠支座十分便于承受水平的變形,當發(fā)生剪切變形的情況下甚至能夠完全不被毀損,可以顯著降低配置了此種結構的建筑在地震中受到的破壞度,尤其是降低建筑物上部在地震中的水平方向位移;第三是隔震橡膠支座在變形復位方面擁有高彈性,當?shù)卣鸢l(fā)生之后能夠迅速讓其所承載的建筑物恢復原來的位置;第四是隔震橡膠支座的使用壽命較長,不易老化,在建筑物的生命周期中不必更換;第五是隔震橡膠支座在結構方面并不復雜、施工起來較為方便,也能夠保證施工的質量達標。

工程的成本造價方面

當建筑物使用了隔震橡膠支座隔震模式,如前文所述,建筑物上部的抗震性顯著增強,因此在構造方面的標準可以適當降低,建筑截面的配筋使用量可以降低,為控制建筑上部造價起到了關鍵作用;并且,結合我國對于建筑物抗震設計的國家標準:在建筑抗震方面的地基抗震驗算依舊是基于本地區(qū)烈度的。所以在一些地震頻發(fā)的地區(qū),進行抗震驗算并將其作為建筑物設計必須遵循的標準時,能夠顯著降低建筑造價。由于采用疊層橡膠隔震技術而新增的.成本包括:首先是建筑必須設置隔震檢修層,所以在施工時會導致土方工程的上升,由此而產生更多的成本;其次是如果建筑隔震層設計了地下室,結合抗震國家標準,應該對所有的地下室進行抗震驗算,而在驗算時還應結合發(fā)生地震的各類情況來計算,所以會導致相關成本的上升;建筑在設計階段時,由于為了盡可能減少地震破壞,而在設計方案中體現(xiàn)出的保守性,同樣能夠使工程項目的成本上升。但是即便如此,綜合起來看,以我國目前的建筑施工水平和建筑材料造價標準,傳統(tǒng)的隔震設計和隔震橡膠支座的隔震結構相比較,后者更為經濟。

實際應用方面

不少的工程實踐案例均能夠證明,基于隔震橡膠支座的建筑物能夠在地震發(fā)生時充分發(fā)揮其豎向承載的優(yōu)勢,能夠有效而穩(wěn)定地支撐建筑結構,避免地震的破壞。以我國當前的類似結構建筑工程來說,大部分使用的隔震橡膠支座均產自國內,其實際承載力一般能夠超過千噸級別,而一些性能更優(yōu)異的產品承載力目前甚至已經超過了萬噸級別。隔震橡膠支座在構造上并不復雜,也能夠靈活地配置在建筑物不同高度,如果建筑物存在地基不均勻沉降的情況,隔震橡膠支座不會受到較大的影響;無論是在剛度的指標上還是在阻尼指標上表現(xiàn)均十分穩(wěn)定。在對這種結構進行仿真分析時,其仿真結果和實地測量值十分接近,因此在建筑設計階段便能夠通過合理的運算分析而得到建筑完工時的抗震性能。隔震橡膠支座還擁有較為良好的彈性復位特性,因此在發(fā)生地震時可以自動從移位狀態(tài)中回復正常;尤其是隔震橡膠支座擁有其他結構難以比擬的水平剛度可變性。如果所在地區(qū)發(fā)生臺風或者小型的地震,則隔震橡膠支座一開始呈現(xiàn)出比較大的剛度,能夠顯著減少建筑物的結構位移。而在發(fā)生中級地震甚至強震的情況下,隔震橡膠支座的水平剛度迅速減少,其阻尼值依舊維持原值,從而起到隔震的作用。而如果隔震橡膠支座在水平方面出現(xiàn)了較大的位移,此時恰好水平剛度增強,能夠有效抑制隔震橡膠支座平側,保護建筑安全。實踐能夠證明,這種隔震技術最適合的使用范圍是6度至9度地震的建筑物,可以顯著降低建筑在地震中受到的破壞,當?shù)孛姘l(fā)生震動的時候,建筑物的上部依舊可以保持彈性的狀態(tài),從而使建筑物受到的震害降至最低限度,最大程度地確保建筑物本身的安全以及人身安全。

隔震橡膠支座施工工藝

工藝流程

測量放線→下支墩鋼筋安裝→下預埋組件安裝→澆筑下支墩混凝土→清理預埋板、定位校正→安裝橡膠隔震支座→安裝支座上部連接套筒及錨固鋼筋→安裝上支墩和隔震層頂板模板、鋼筋→混凝土澆筑→隔震橡膠支座檢查及維護。

施工操作要點

下支墩鋼筋安裝

由于橡膠隔震支座下支墩鋼筋比較密實，在鋼筋下料時應嚴格控制柱墩豎向鋼筋下料尺寸，使彎折位置控制在同一位置，角度嚴格控制在90°，安裝時應注意給預埋錨筋（套筒）留有安裝的空間，預埋錨筋長度滿足圖紙規(guī)范要求，深入鋼筋籠內。

下預埋組件安裝

（1）下預埋組件包括套筒、錨筋和預埋鋼板。三者之間通過支座連接螺栓進行臨時固定。

（2）利用水準儀測定預埋鋼板的標高位置，在柱四周豎筋上焊制4根直徑12mm的鋼筋支撐，鋼筋支撐頂部標高為混凝土完成面標高與預埋鋼板厚度之差，將套筒+錨筋從預埋鋼板相應孔放入，用螺栓預擰緊，利用水平尺和經緯儀調整預埋板水平度和位移，位置確定好以后用鋼筋頭把套筒與下部構件主筋點焊，焊接完成后對鋼板標高進行二次復核及利用水準尺檢查平整度，合格后將螺栓擰緊，鋼筋頭焊接牢固。

（3）組裝定位完成后，對螺栓頭進行保護，以免澆筑時弄臟螺栓螺紋。

下支墩混凝土澆筑

（1）混凝土澆筑采用定制方形漏斗，方形漏斗下口尺寸小于預埋板預留口尺寸，上口尺寸為400mm*400mm，從預埋板預留口進行澆筑，澆筑時料斗下口高于方形漏斗上口500mm以上，防止料斗碰觸漏斗，邊澆筑混凝土邊振搗，振動棒不宜接觸主筋及預埋件，澆筑完畢后要求抹平上表面混凝土，并及時將殘余的混凝土清理干凈。

（2）嚴禁施工作業(yè)人員在澆筑混凝土時踩踏承臺鋼筋、模板及預埋件。

清理、檢查預埋板安裝尺寸

（1）待混凝土達到設計強度后，拆除連接螺栓，并清掃預埋鋼板表面的沙石等。

（2）根據(jù)下支墩控制線，檢查預埋板安裝尺寸偏差，是否符合要求。

隔震支座安裝

由于橡膠隔震支座本身較重（本工程單個支座重量最低0.6噸，最大1.2噸），待柱墩混凝土達到一定強度（80%設計強度）時才能進行吊裝，且吊裝須采用塔吊，吊裝時帶有套筒螺栓的法蘭板朝上；就位時在塔吊司機、塔機指揮以及技術安裝工人的共同配合下，支座下部法蘭板的螺栓孔對準柱墩頂部預埋板上的螺栓孔后緩慢落下（連接螺栓事先卸下），并最終對準就位；松開塔機起吊繩并穿入螺栓后，由技術安裝工人進行精確校正；最后扭緊下部法蘭板上的螺栓。同時需要對隔震支座頂面的水平度、隔震支座中心的平面位置和標高進行觀察并記錄。

支座上部連接套筒及錨固鋼筋安裝

（1）當隔震支座與下部構架固定好后，將上預埋鋼板放置在隔震支座頂部，螺栓穿過隔震橡膠支座連接鋼板的螺栓孔后扭入套筒內并擰緊；把伸入上支墩部分的預埋套筒和預埋錨筋與上部鋼筋網綁扎牢固。

（2）對隔震支座上預埋鋼板水平度和軸線位置進行復檢，同時檢查橡膠隔震支座外觀是否正常，如有脫漆現(xiàn)象，必須進行修補，包括螺栓頭部分。

（3）上預埋鋼板作為結構的部分底模，連接板與模板的縫隙均需用雙面膠帶粘貼牢固，該部位由于上預埋鋼板將與上部結構的柱和梁相交，隔震支座上的柱底模采用定型專用模板，模板底部采用50mm厚擠塑聚苯板封堵嚴密。

（4）柱、梁、板模板采用15mm厚覆膜板，按施工方案要求進行加固支設，待建設單位、監(jiān)理單位驗收完成后方可進行混凝土澆筑。

（5）邊澆筑混凝土邊振搗，振動棒不宜接觸主筋及預埋件。

隔震橡膠支座檢查及維護

（1）隔震支座上部每澆筑一次混凝土后，由專人對隔震支座進行檢查。主要是支座外觀變形情況，并做好檢查記錄。

（2）建筑隔震橡膠支座在使用期間應定期進行檢查及維護（建議一年一次）。

（3）對上下外連接鋼板脫漆處，應重新補刷油漆(注：油漆一般用環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵漆+聚胺脂面漆。各層漆膜厚度不小于80μm，總厚度不小于240μm。)。

（4）當支座有不可修復的開裂等重大缺陷時應進行更換。

質量控制標準

（1）隔震支座的支墩頂面水平度誤差不宜大于5‰，在隔震支座安裝后，隔震支座頂面的水平度誤差不宜大于8‰。

（2）隔震支座中心的平面位置與設計位置的偏差不應大于5.0mm。

（3）隔震支座中心的標高與設計標高的偏差不應大于5.0mm。

（4）同一支墩上多個隔震支座之間的頂面高差不宜大于5.0mm。

施工注意事項

（1）預埋板安裝時必須保持表面水平，用水平尺校平后妥善固定，不得將預埋件螺栓套筒與支墩鋼筋焊接，同時也不得將預埋板與其他鋼筋焊接。

（2）隔震支座下的混凝土、附近的梁柱混凝土必須振搗密實，不得出現(xiàn)蜂窩麻面。若鋪設找平層，必須確保其強度。

（3）隔震支座連接板和外露連接螺栓應采取防銹保護措施。

（4）在工程施工階段對隔震支座宜有臨時覆蓋保護措施。

（5）安裝設備管線時應注意以上以下幾個問題：

1上下水的進戶管在隔震層處應設置水平向可任意錯動的連接，一般采用不銹鋼波紋管等柔性接頭；

2上下水的進戶管采用柔性連接構造時，連接件的兩端應用絲扣活節(jié)連接，連接后連接器應處于豎直狀態(tài)；

3管道柔性接頭連接可靠后，在管道固定之前，應先試驗管道的變形量是否能達到設計要求，且無泄露后方可使用。否則應及時檢查，并與設計方聯(lián)系，協(xié)商解決。

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