CN108222308A - 一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及其设计方法，该振震一体化控制结构包括在建筑物地下室中增设的满层连梁，在满层连梁下方的建筑结构梁，以及在满层连梁与建筑结构梁之间设置的隔振层，隔振层包括钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器，钢质弹簧减振器设置在满层连梁与建筑结构梁之间的建筑支柱被打断形成的上下两段建筑支柱之间，粘滞阻尼器设置在满层连梁与建筑结构梁之间。在此结构基础上建立了一套完整可行的定量分析一体化的设计方法，该结构和设计方法可同时满足地铁振动控制运行和抗震设防需求，且更换和维修方便。

Description

一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及设计方法
技术领域
本发明涉及一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及设计方法，属于工程减振隔震技术领域。
背景技术
针对地铁上盖、毗邻、穿建等工程中，地铁运行对建筑物会造成不利影响，需要对地铁上盖建筑物进行隔振，一般需设置隔振层，而且多采用橡胶减振器减振，但是针对建筑物有空间等方面的限制而无法设置隔振层时，目前还没有一套统一的标准和设计流程，多为依靠经验来设计隔振方案，或直接套用相似已建工程的方案。传统设计方法具有以下不足：
(1)对橡胶减振器的误区。橡胶减振器广泛应用于建筑工程中，对于建筑物的隔振来说，其往往并不是最佳的选择，比如在对地铁上盖建筑物进行隔振时，地铁的卓越频段为3～20Hz，橡胶隔振器固有频率一般大于等于12Hz，钢质弹簧减振器固有频率一般可达到3～5Hz甚至更低，显然用钢质弹簧减振器的减振效果更好。
(2)无统一设计标准，多为经验工程。对于地铁上盖建筑物的隔振设计，目前缺少一套完整、可行的定量分析一体化控制技术，仅靠以往经验来设计隔振方案，缺少针对性和科学合理性，因此设计的方案很可能达不到预期的隔振效果，影响建筑物的正常使用，甚至带来安全隐患，并给后期的设备维护带来一系列问题，个别的还需要返工或重新设计，造成很多不必要的花销。
发明内容
针对地铁上盖、毗邻、穿建等工程中，地铁运行对建筑物造成的不利影响，且建筑物上部结构空间有较大限制无法设置隔振层的情况，本发明提出了一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及其减振和抗震设计方法，其在建筑物地下室设置隔断层，该结构和技术可以在不改变建筑物上部结构设计参数的情况下，同时满足建筑振动控制要求以及罕遇地震下的抗震设防，以保证建筑物的正常使用和地震作用下人员的安全。
为了实现本发明，其采用了如下技术方案：
一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，其特征在于，该振震一体化控制结构包括在建筑物地下室中增设的满层连梁，在满层连梁下方的建筑结构梁，以及在满层连梁与建筑结构梁之间设置的隔振层，所述隔振层包括钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器，所述钢质弹簧减振器设置在满层连梁与建筑结构梁之间的建筑支柱被打断形成的上下两段建筑支柱之间，所述粘滞阻尼器设置在满层连梁与建筑结构梁之间。
作为上述方案的替代方案，可采用另一个满层连梁代替建筑结构梁，在两层满层连梁之间设置所述隔振层。
进一步地，所述钢质弹簧减振器对建筑物的竖向进行减振，所述粘滞阻尼器对建筑物的横向进行减振。
进一步地，所述钢质弹簧减振器为多个，所述粘滞阻尼器为多个。
上述一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构的减振和抗震设计方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将建筑物和隔振层作为整体结构建模，计算整体结构各阶振型的基本频率和振型质量参与系数；
(2)对整体结构施加静力荷载，进行重力作用静力计算，计算各支点的支反力，依据支反力初选钢质弹簧减振器；
(3)进行初步隔振分析和设计，通过整体结构模态计算，反复比较调整水平刚度，确保整体结构整体振型质量参与系数最大化，以满足振动容许值和舒适度容许值；
(4)进行罕遇地震验算，施加粘滞阻尼器，以满足隔振层变形协调；
(5)根据设计需要，结合钢质弹簧减振器的产品规格性能，对初步计算的钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器分别进行定型分组分类刚度优化，确定参数，进行二次振动控制验算和抗震设防验算，使得整体结构满足减振和抗震综合要求；
(6)进行整体结构的细化。
进一步地，所述步骤(1)的整体结构建模采用振动控制FE有限元建模。FE有限元建模为本领域技术人员所熟知，因此并不详述。
进一步地，所述步骤(2)的静力荷载为恒荷载和0.5活荷载之和。
进一步地，所述步骤(2)的钢质弹簧减振器的初选包括减振器承载力和减振器数量的选择，将各支点支反力除以竖向最大变形得到各支点竖向弹簧刚度，从而初步确定各支点钢质弹簧的数量，进而确定所需的减振器承载力和减振器数量。
进一步地，所述步骤(4)，通过地震反应谱分析，验算整体结构在罕遇地震作用下是否满足要求，如不满足要求，施加粘滞阻尼器，保证整体结构顶部最大变形值、层间位移角和钢质弹簧减振器侧向变形同时满足要求。
进一步地，所述步骤(6)的整体结构的细化包括确定粘滞阻尼器的布置，所述粘滞阻尼器的布置原则是：分析整体结构侧向变形最大的弹簧支座，将粘滞阻尼器布置在结构侧向变形最大的弹簧支座处，将粘滞阻尼器沿建筑物周边进行横向和纵向的双向布置，提高整体结构在地震作用下的抗扭能力。
本发明的技术效果如下：
本发明通过在建筑物地下室中增设的满层连梁，在满层连梁下方的建筑结构梁，以及在满层连梁与建筑结构梁之间设置的隔振层，隔振层包括钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器，综合考虑了振动作用和抗震设防要求，实现了地铁上盖建筑物振震一体化控制，并建立了一套完整可行的定量分析一体化控制技术，该结构和技术可同时满足地铁振动控制运行和抗震设防需求，且更换和维修方便。
附图说明
图1本发明的振震一体化控制结构示意图；
图2本发明的振震一体化控制结构的减振和抗震设计方法流程图。
图中：1-满层连梁；2-建筑结构梁；3-粘滞阻尼器；4-钢质弹簧减振器；5-建筑物基础；6-建筑支柱。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构及设计方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，如图1所示，该振震一体化控制结构包括在建筑物地下室中增设的满层连梁1，在满层连梁下方的建筑结构梁2，以及在满层连梁1与建筑结构梁2之间设置的隔振层，所述隔振层包括粘滞阻尼器3和钢质弹簧减振器4，所述钢质弹簧减振器设置在满层连梁与建筑结构梁之间的建筑支柱6被打断形成的上下两段建筑支柱之间，所述粘滞阻尼器设置在满层连梁与建筑结构梁之间。
振震一体化控制结构的减振和抗震应符合相关要求，其设计方法的步骤如下，如图2所示：
(1)将建筑物和隔振层整体结构建模，采用振动控制FE建模，计算整体结构各阶振型的基本频率和振型质量参与系数；FE(有限元)建模为本领域所熟知，因此并不详述；
(2)对整体结构施加静力荷载，进行重力作用静力计算，计算各支点的支反力，依据支反力初选钢质弹簧减振器；
静力荷载为恒荷载和0.5活荷载之和；钢质弹簧减振器的初选包括隔振器承载力和数量的选择；将各支点支反力除以竖向最大变形得到各支点竖向弹簧刚度，从而初步确定各支点钢质弹簧的数量；
(3)进行初步隔振分析和设计，满足振动容许目标：
通过整体结构模态计算，反复比较调整水平刚度，进行水平刚度优化，直至整体结构满足整体模态，确保整体结构整体振型质量参与系数最大化，满足振动容许值和舒适度容许值；
(4)进行罕遇地震验算，施加减震粘滞阻尼器，满足隔振层变形协调：
通过地震反应谱分析，验算整体结构在罕遇地震作用下是否满足要求，如不满足要求，施加减震粘滞阻尼器，保证整体结构顶部最大变形值、层间位移角、钢质弹簧减振器侧向变形同时满足要求。
(5)对初步计算的钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器分别进行定型分组刚度优化，二次振动控制验算和抗震设防验算，使得整体结构满足减振和抗震综合要求:
详细根据设计需要，结合钢质弹簧减振器的产品规格性能，对初步计算的钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器分别进行定型分组分类刚度优化，确定参数，进行二次振动控制验算和抗震设防验算；
(6)进行整体结构的细化：
确定粘滞阻尼器的布置，分析整体结构侧向变形最大的弹簧支座，将粘滞阻尼器布置在结构侧向变形最大的弹簧支座处，将粘滞阻尼器沿建筑物周边进行横向和纵向的双向布置，提高整体结构在地震作用下的抗扭能力。
上述方案通过设置地下室隔断层，可有效去除地铁振动的影响。轨道交通(卓越频段在5～20Hz)运行时产生的振动以及轮轨摩擦等形成的噪音污染使得地铁上盖建筑物无法使用；通过在建筑物地下室设置隔振层，采用钢质弹簧减振器(基频3～5Hz)可有效消除地铁振动的影响，满足建筑物正常使用的需求。同时，满足抗震设防要求，可有保证建筑物使用安全，通过布置粘滞阻尼器耗散地震能量以减少结构受到的地震作用而产生较大变形，满足在罕遇地震下上部结构的层间位移角D<1/550的要求，保证建筑物的使用安全；而且可更换，便于维修，钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器的安装与拆卸都极为方便，在必要时，只需使用千斤顶原位顶升上部结构后，进行钢质弹簧减振器维修或更换，整个维修置换过程极为简单，不会对建筑结构造成大的损伤。

Claims (10)

1.一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，其特征在于，该振震一体化控制结构包括在建筑物地下室中增设的满层连梁，在满层连梁下方的建筑结构梁，以及在满层连梁与建筑结构梁之间设置的隔振层，所述隔振层包括钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器，所述钢质弹簧减振器设置在满层连梁与建筑结构梁之间的建筑支柱被打断形成的上下两段建筑支柱之间，所述粘滞阻尼器设置在满层连梁与建筑结构梁之间。
2.根据权利要求1所述的一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，其特征在于，采用另一个满层连梁代替建筑结构梁，在两层满层连梁之间设置所述隔振层。
3.根据权利要求1或2所述的种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，其特征在于，所述钢质弹簧减振器对建筑物的竖向进行减振，所述粘滞阻尼器对建筑物的横向进行减振。
4.根据权利要求1或2所述的一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构，其特征在于：所述钢质弹簧减振器为多个，所述粘滞阻尼器为多个。
5.根据权利要求1或2所述的一种地铁上盖建筑物振震一体化控制结构的减振和抗震设计方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将建筑物和隔振层作为整体结构建模，计算整体结构各阶振型的基本频率和振型质量参与系数；
(2)对整体结构施加静力荷载，进行重力作用静力计算，计算各支点的支反力，依据支反力初选钢质弹簧减振器；
(3)进行初步隔振分析和设计，通过整体结构模态计算，反复比较调整水平刚度，确保整体结构整体振型质量参与系数最大化，以满足振动容许值和舒适度容许值；
(4)进行罕遇地震验算，施加粘滞阻尼器，以满足隔振层变形协调；
(5)根据设计需要，结合钢质弹簧减振器的产品规格性能，对初步计算的钢质弹簧减振器和粘滞阻尼器分别进行定型分组分类刚度优化，确定参数，进行二次振动控制验算和抗震设防验算，使得整体结构满足减振和抗震综合要求；
(6)进行整体结构的细化。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)的整体结构建模采用振动控制FE有限元建模。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的静力荷载为恒荷载和0.5活荷载之和。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的钢质弹簧减振器的初选包括减振器承载力和减振器数量的选择，将各支点支反力除以竖向最大变形得到各支点竖向弹簧刚度，从而初步确定各支点钢质弹簧的数量，进而确定所需的减振器承载力和减振器数量。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)，通过地震反应谱分析，验算整体结构在罕遇地震作用下是否满足要求，如不满足要求，施加粘滞阻尼器，保证整体结构顶部最大变形值、层间位移角和钢质弹簧减振器侧向变形同时满足要求。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)的整体结构的细化包括确定粘滞阻尼器的布置，所述粘滞阻尼器的布置原则是：分析整体结构侧向变形最大的弹簧支座，将粘滞阻尼器布置在结构侧向变形最大的弹簧支座处，将粘滞阻尼器沿建筑物周边进行横向和纵向的双向布置，提高整体结构在地震作用下的抗扭能力。
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