CN112948926A - 基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法，其特征在于，包括：(a)根据建筑结构的设计方案，确定聚氨酯隔振层初步设计方案；(b)利用有限元分析方法，对建筑结构进行结构筏板承载力精细化计算，包括分块柱节点下筏板变形刚度计算；(c)根据步骤(b)的计算结果，确定各分块区域的氨酯隔振层的厚度；以及(d)基于步骤(c)中确定的厚度，来进一步优化步骤(a)的初步设计方案，使之满足隔振要求。本发明基于建筑结构承载力不均匀分布原理，考虑筏板构建竖向变形一致条件，对聚氨酯隔振垫尺寸、厚度与布局进行优化调整，使建筑物隔振措施更经济合理。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构振动控制技术领域，具体涉及一种基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法。
背景技术
目前在实际工程中，针对地铁上盖建筑物采用筏板基础时，往往采用聚氨酯隔振垫，运用此方法时，大多依靠经验采用统一的聚氨酯厚度布设，但是实际工程中不同位置的承载力分布不均匀，同时大部分聚氨酯过厚，用来减振仍有大部分浪费，或者是采用统一的聚氨酯厚度后，势必会导致局部位置因聚氨酯厚度不足不能满足抗振要求，因此，传统工程中采用的统一的聚氨酯规格会造成极大的资源浪费，或减振要求不满足。同时一平方米聚氨酯材料价格为2000人民币左右，如果采用统一的聚氨酯材料将会产生巨大的金钱耗费，业主难以接受。
针对地铁上盖建筑物采用筏板基础聚氨酯隔振设计时，传统方案仅依靠经验来确定一个统一的厚度，但是现实工程实际中的承载力分布一定是不均匀的，会造成各个部位的挠度变形不一致，进而导致建筑物底部的不均匀沉降，对建筑物结构的耐久性将产生巨大的影响，同时会导致筏板基础不同部位产生不均匀的刚度浪费，刚度损失，使结构的抗力产生一定幅度的变化。
针对地铁上盖建筑物采用筏板基础聚氨酯隔振设计时，现有工程一般都是依据经验直接确定聚氨酯隔振层的厚度，进行统一铺设，但是由于实际建筑物受力环境复杂，荷载组合形式复杂，变化多样，造成筏板基础不同部位承受不一样的荷载，同时由于采用的统一厚度的聚氨酯隔振层，造成了不同部位聚氨酯隔振层产生的变形不一致，同时由于不同部位的承载力不一致，造成聚氨酯部分部位有很大的厚度没有被利用，或者部分位置的聚氨酯厚度不能满足减振要求，因此，传统的依靠经验布设方案既不科学也不合理，还会造成了巨大的浪费。
因此，需要新的技术和方法，已解至少部分决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
针对当前采用筏板基础下放聚氨酯隔振垫减少地铁上盖建筑振动危害的方法存在性能不匹配和材料浪费的问题，通过优化计算，在受力大的基础下加厚隔振垫，受力小的基础下减少隔振垫的厚度，避免了全部铺设成同等厚度的聚氨酯隔振垫造成较大经济损失的问题，提高了该方法的经济性。
根据本发明的一方面，提供一种基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法，包括：
(a)根据建筑结构的设计方案，确定聚氨酯隔振垫初步设计方案；
(b)利用有限元分析方法，对建筑结构进行结构筏板承载力精细化计算，包括分块柱节点下筏板变形刚度计算；
(c)根据步骤(b)的计算结果，确定各分块区域的氨酯隔振层的厚度；以及
(d)基于步骤(c)中确定的厚度，来进一步优化步骤(a)的初步设计方案，使之满足隔振要求。
根据本发明的实施方案，步骤(b)的有限元分析方法包括振源的振动测试、有限元数值建模以及振动允许目标确认。
根据本发明的实施方案，步骤(b)包括计算各节点位移差值，步骤(c)根据位移差值来量化聚氨酯的设计厚度，由此保证各节点位移协调变形。
根据本发明的实施方案，所述基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法还包括在步骤(d)之后的步骤(e)：进行满足造价预算分析，局部优化调整范围，直至满足造价要求，确定最终优化设计方案。
根据本发明的实施方案，氨酯隔振层中包含聚氨酯弹性减振体、固定于弹性减振体二端的螺柱以及在弹性减振体内预埋的与二端螺柱构成一体的压板。
本发明的技术可主要应用于对环境振动具有较高要求且基础形式为筏板基础的建筑结构；可作为该类工程中的筏板基础上聚氨酯隔振垫厚度选择的依据。该系统使用时，需要根据基本力学原理，结合有限元法计算筏板基础下部各节点的位移，在其下部布置厚度不同的聚氨酯以保证其基础下部位移大致相等。该技术具有如下优点：
(1)合理用材，节约投资。本发明通过有限元分析方法，计算出基底各节点位移差值，量化聚氨酯的设计厚度，在系统受到干扰发生时，可保证各节点位移协调变形。与传统铺垫聚氨酯材料采用统一厚度的方式相比，大大减少了材料的用量，使投资最低化，节省项目成本。
(2)设计科学合理。由于采用模块化聚氨酯材料隔振垫，通过精细化分析，计算材料用量，结合理论论证和试验验算反复调整，可实现筏板基础底部位移在同一个量级内，无需进行大规模集中配置隔振垫，避免了各点位移不协调，产生内力，增加不必要的载荷，损失结构刚度。
(3)隔振垫材料适用性高。根据基本力学原理计算出的位移差，可使筏板底部位移连续且相差不大，既不同类型的筏板基础底部铺设的隔振垫材料规格类型基本相同，材料供应厂家只需根据厚度量化生产。因此整套系统的隔振垫材料适用性较高，便于各种工程中相同聚氨酯材料同一标准配置使用或运行维护阶段替换使用。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
图1为根据本发明一个实施方案的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法流程示意图；
图2为根据本发明一个实施方案的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振设计结构示意图，图中示出了不同厚度的聚氨酯隔振垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种地铁临近古建筑振动控制结构及设计方法作进一步阐述。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本发明。
图1为根据本发明一个实施方案的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法流程示意图；图2为根据本发明一个实施方案的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振设计结构示意图。参考图1-2，根据本发明的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法，首先基于建筑结构的设计方案，利用传统的方法来确定聚氨酯隔振垫初步设计方案；然后利用有限元分析方法，对建筑结构进行结构筏板(10)承载力精细化计算，包括分块柱(20)节点下筏板变形刚度计算，例如通过振源的振动测试、有限元数值建模以及振动允许目标确认等进行精细化计算；计算各节点位移差值，并根据位移差值来量化聚氨酯垫(30)的设计厚度，确定各分块区域的氨酯隔振垫的厚度，由此进一步优化初步设计方案，保证各节点位移协调变形。
如图2所示，本发明的方法所涉及的结构包括柱(柱基础)(20)：为用于单柱或高耸构筑物并自成一体的基础；筏板(10)(筏板基础)：由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大，地基承载力较弱，常采用砼底板筏板，承受建筑物荷载，形成筏基，其整体性好，能很好地抵抗地基不均匀沉降；以及聚氨酯隔振垫(30)：聚氨酯隔振垫可以采用现有技术中的，例如其可以包括聚氨酯弹性体，在其弹性体内预埋有与二端的螺柱构成一体的压板，且与弹性减振体形成一体。本方案采用此结构，拉伸强度、抗撕裂强度高，弹性好，减振效果佳，且抗腐蚀、抗老化性能以及整体质量均超过现有的橡胶减振器。
参考图1，本发明的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法还可以包括后续步骤，例如进行满足造价预算分析，局部优化调整范围，直至满足造价要求，也即，在技术上满足隔振要求之后，还可以进一步调整参数，以在经济上进行优化，由此确定最终优化设计方案。
本发明方法条理清晰，可执行性强，带来的经济效果好，同时使资源极大的节约，是一个全新的独特的解决思路。另外，针对地铁上盖建筑物采用筏板基础聚氨酯隔振层时，由于结构基础承载力不均匀，因此以采用分区分块隔振的思路和方法，依据结构承载力精细化计算，分块柱节点下筏板变形刚度计算，确定分块区的聚氨酯厚度，以此来实现分区隔振的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法，其特征在于，包括：
(a)根据建筑结构的设计方案，确定聚氨酯隔振垫初步设计方案；
(b)利用有限元分析方法，对建筑结构进行结构筏板承载力精细化计算，包括分块柱节点下筏板变形刚度计算；
(c)根据步骤(b)的计算结果，确定各分块区域的氨酯隔振垫的厚度；以及
(d)基于步骤(c)中确定的厚度，来进一步优化步骤(a)的初步设计方案，使之满足隔振要求。
2.根据权利要求1所述的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法,其特征在于，步骤(b)的有限元分析方法包括振源的振动测试、有限元数值建模以及振动允许目标确认。
3.根据权利要求1所述的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法,其特征在于，步骤(b)包括计算各节点位移差值，步骤(c)根据位移差值来量化聚氨酯的设计厚度，由此保证各节点位移协调变形。
4.根据权利要求1所述的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法,其特征在于，还包括在步骤(d)之后的步骤(e)：进行满足造价预算分析，局部优化调整范围，直至满足造价要求，确定最终优化设计方案。
5.根据权利要求1所述的基于承载力不均匀分布的结构筏板聚氨酯隔振优化设计方法,其特征在于，氨酯隔振层中包含聚氨酯弹性减振体、固定于弹性减振体二端的螺柱以及在弹性减振体内预埋的与二端螺柱构成一体的压板。
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