CN113605548A - 具有多级减振防线的轨道交通上盖结构及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及振动及噪声控制结构技术领域，公开了一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，包括基岩层、支撑桩、桩周减振层、三维减振隔振层、支撑结构、楼板、竖向TMD减振装置。若干根支撑桩设于基岩层上；每根支撑桩的外周侧上包覆有桩周减振层；三维减振隔振层设于若干条支撑桩上；若干个支撑结构排列布设在三维减振隔振层上；至少两层楼板沿支撑结构的上下方向间隔布设在若干个支撑结构上且位于三维减振隔振层的上方；楼板上设有竖向TMD减振装置。本发明提供的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构形成多级减振防线，有效地减少振动传递至上部结构，起到良好的减振作用，有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动，推动轨道交通上盖物业的开发。

Description

具有多级减振防线的轨道交通上盖结构及其设计方法
技术领域
本发明涉及振动及噪声控制结构技术领域，特别是涉及一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构。
背景技术
轨道交通以其便利快捷的出行体验，在大城市得到快速发展。以轨道交通为导向的TOD物业开发模式，在我国超大城市得到飞速发展。轨道上盖住宅物业具有非常高的经济价值，开发商在大力开发地铁上盖物业时，遇到的最主要技术问题就是如何使上盖结构满足国家的振动和噪音的规范要求，这一技术问题成为开发地铁上盖物业开发最大障碍。
人体对低频振动最敏感，最难接受低频振动的影响，低频振动最容易引发人的不适，造成居民的投诉。且现行的国家规范要求对低频振动要求的限值比中高频振动要求限值严格许多，低频振动难以减少且要求严格是现在地铁上盖结构开发遇到的最主要难题。现有的轨道交通上盖竖向减振结构的研究主要集中三维隔振减振支座或者土层减振措施，均为单一的减振措施，且未能有效减少地铁振动波诱发的结构低频振动有效措施。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，该有多级减振防线的轨道交通上盖结构以桩周减振层、三维减振隔振层、竖向TMD减振装置、减振褥垫层形成多级减振防线，有效地减少振动传递至上部结构，起到良好的减振作用，有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动，推动轨道交通上盖物业的开发；还提供一种用于施工形成具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下方案：
具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，包括：
基岩层；
支撑桩，若干根所述支撑桩设于所述基岩层上；
桩周减振层，每根所述支撑桩的外周侧上包覆有所述桩周减振层；
三维减振隔振层，其设于若干条所述支撑桩上；
支撑结构，若干个所述支撑结构排列布设在所述三维减振隔振层上；
楼板，至少两层所述楼板沿所述支撑结构的上下方向间隔布设在若干个所述支撑结构上且位于所述三维减振隔振层的上方；
竖向TMD减振装置，所述楼板上设有所述竖向TMD减振装置。
进一步地，所述三维减振隔振层包括上顶板、三维隔振支座和底层板；若干个所述支撑结构排列布设在所述上顶板上；所述底层板设于若干条所述支撑桩上；若干个所述三维隔振支座排列布设在所述上顶板和底层板之间。
进一步地，所述三维隔振支座包括上支座、弹性件和下支座；所述下支座设于所述底层板上；所述上支座对应所述下支座的位置设于所述上顶板上；所述弹性件设于所述下支座与所述上支座之间。
进一步地，所述底层板的底端面上铺设有减振褥垫层。
进一步地，所述减振褥垫层由下至上依次包括泡沫混凝垫层、钢板层和橡胶层；所述泡沫混凝垫层与所述支撑桩的上端连接；所述橡胶层与所述三维减振隔振层的下端面连接；
所述泡沫混凝垫层的厚度为200-300mm；所述钢板层的厚度为5-10mm；所述橡胶层的厚度为10-15mm。
进一步地，所述桩周减振层由内至外依次包括内圈钢护筒层、减振填充层和外圈钢护筒层；所述内圈钢护筒层的厚度为5-10mm；所述减振填充层的厚度为10-20mm；所述外圈钢护筒层的厚度为5-10mm。
进一步地，所述竖向TMD减振装置包括质量块、液体粘滞阻尼器、螺旋钢弹簧、连接板、钢丝束、上固定螺栓和下固定螺栓；至少两条所述液体粘滞阻尼器连接在所述质量块和连接板之间；至少两条所述螺旋钢弹簧连接在所述质量块和连接板之间；所述上固定螺栓和下固定螺栓分别设于所述连接板和质量块上；所述钢丝束的两端分别与所述上固定螺栓和下固定螺栓连接且位于所述质量块和连接板之间。
进一步地，所述竖向TMD减振装置还设于所述上顶板上；相邻的两个所述三维隔振支座之间均具有至少一个位于所述上顶板上的所述竖向TMD减振装置；每层所述楼板上排列布设有若干个所述竖向TMD减振装置。
进一步地，所述支撑结构上设有横向TMD减振装置。
本发明还提供了一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法，用于施工形成如上述所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，所述设计方法包括如下步骤：
S1.根据建筑图，利用结构分析有限元软件和BIM技术建立轨道交通上盖结构的有限元模型，其中，轨道交通上盖结构的有限元模型包括基岩层、支撑桩、支撑结构和楼板；
S2.对桩周减振层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的桩周减振层；
S3.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S4步骤；
若否，则重新执行S2步骤；
S4.对减振褥垫层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的减振褥垫层；
S5.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S6步骤；
若否，则重新执行S4步骤；
S6.布设三维隔振支座；
S7.进行水平地震验算，计算出三维隔振支座水平地震验算数值和竖向减振验算数值，其中，水平地震验算数值包括层间位移角、竖向应力、水平变形限值；竖向减振验算数值包括竖向变形数值；
S8.利用上述计算出的水平地震验算数值与设定的水平地震验算范围进行水平地震验算，其中，设定的水平地震验算范围包括设定的层间位移角范围、设定的竖向应力范围、设定的水平变形限值范围；
S9.判断上述计算出的水平地震验算数值是否满足设定的水平地震验算范围；
若是，则执行S10步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
S10.进行隔振竖向减振验算，利用上述计算出的竖向减振验算数值与设定的竖向减振验算的范围进行竖向减振验算；
S11.判断上述计算出的竖向减振验算数值是否满足设定的竖向减振验算的范围；
若是，则执行S12步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
S12.确定竖向TMD减振装置的减振频率点；
S13.根据上述的减振频率点，确定单个竖向TMD减振装置的设计参数，其中，设计参数包括竖向TMD减振装置的阻尼比、圆频率、阻尼系数和竖向总弹簧刚度；
S14.布设竖向TMD减振装置的位置；
S15.检验竖向TMD减振装置的位置是否满足设定的减振效果；
若是，则结束，导出施工图纸；
若否，则重新执行S12步骤。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过将基岩层、支撑桩、桩周减振层、三维减振隔振层、支撑结构、楼板和竖向TMD减振装置相结合，以桩周减振层、三维减振隔振层、竖向TMD减振装置、减振褥垫层形成多级减振防线，有效地减少振动传递至上部结构，起到良好的减振作用，有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动，推动轨道交通上盖物业的开发。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1是本发明的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的结构示意图。
图2是本发明的桩周减振层的结构示意图。
图3是本发明的减振褥垫层的结构示意图。
图4是本发明的竖向TMD减振装置的结构示意图。
图5是本发明的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法流程图。
图中包括：
基岩层1、支撑桩2、桩周减振层3、内圈钢护筒层31、减振填充层32、外圈钢护筒层33、三维减振隔振层4、上顶板41、三维隔振支座42、上支座421、弹性件422、下支座423、底层板43、支撑结构5、楼板6、竖向TMD减振装置7、质量块71、液体粘滞阻尼器72、螺旋钢弹簧73、连接板74、钢丝束75、上固定螺栓76、下固定螺栓77、减振褥垫层8、泡沫混凝垫层81、钢板层82、橡胶层83、横向TMD减振装置9、上部结构10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图5所示，一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，包括基岩层1、支撑桩2、桩周减振层3、三维减振隔振层4、支撑结构5、楼板6、竖向TMD减振装置7和减振褥垫层8。其中，若干根所述支撑桩2设于所述基岩层1上；每根所述支撑桩2的外周侧上包覆有所述桩周减振层3，以桩周减振层3作为第一级减振防线，可以有效降低振动波的衰减，减少振动传递至上部结构10；三维减振隔振层4设于若干条所述支撑桩2上；若干个所述支撑结构5排列布设在所述三维减振隔振层4上；该所述支撑结构5为支墩或剪力墙；至少两层所述楼板6沿所述支撑结构5的上下方向间隔布设在若干个所述支撑结构5上且位于所述三维减振隔振层4的上方；所述楼板6上设有所述竖向TMD减振装置7，该竖向TMD减振装置7即为竖向调谐质量阻尼器减振装置，TMD为调谐质量阻尼器的英文简称，即TMD(Tuned MassDamper)；所述三维减振隔振层4的底端面上铺设有减振褥垫层8。
该具有多级减振防线的轨道交通上盖结构将基岩层1、支撑桩2、桩周减振层3、三维减振隔振层4、支撑结构5、楼板6、竖向TMD减振装置7、减振褥垫层8相结合，以桩周减振层3、三维减振隔振层4、竖向TMD减振装置7形成多级减振防线，其中，首先，基于振动波传递衰减的原理(即振动波在不同刚度介质中传递特性差异较大，且相邻的介质刚度差异越大，振动波的传递衰减越明显，100Hz以上的高频介质在经过此层时可有效得到衰减)，在支撑柱的外周设置桩周减振层3作为第一级减振防线，能够实现振动波的多次衰减，阻碍振动波向上传递，具有良好的减振效果；其次，在三维减振隔振层4的底端面上设置减振褥垫层8，作为第二级减振防线；该减振褥垫层8由多层柔性或刚性的垫层组合而成。地铁或其他轨道交通的振动波会传递给支撑桩2或者土层，再由支撑桩2或者土层传递给结构的三维减振隔振层4，振动波会通过三维减振隔振层4传递给上部结构10，在振动波传递给三维减振隔振层4时，在三维减振隔振层4的底端面上设置多层柔性或刚性的减振层，可直接减少振动波传递到上部结构10，100Hz以上的高频介质在经过该减振褥垫层8时可有效得到衰减，隔开三维减振隔振层4与支撑桩2或者土层的接触，减少振动传播；然后以三维减振隔振层4作为第三级减振防线，利用三维减振隔振层4改变上部结构10的整体竖向动力特性，使上部结构10竖向趋向整体运动，能减少上部结构10约30％的竖向加速度振动响应，减振系数整体上呈现出楼层越高、减振系数越小、减振效果越明显的趋势，并且可以减少地铁振动波在30-100Hz频带范围内的振动成分；最后在支撑结构5上的设置竖向TMD减振装置7，作为第四级减振防线，能够有效地减少上部结构10低频的振动，特别是地铁振动波在0-30Hz频带范围内的振动成分，抑制上部结构10的低频振动，防止轨道交通诱发的竖向振动激起结构的竖向一阶低频共振，避免振动及振动二次噪音超标，从而以桩周减振层3、三维隔振支座42、竖向TMD减振装置7、减振褥垫层8形成多级减振防线，有效地减少振动传递至上部结构10，起到良好的减振作用，有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动，推动轨道交通上盖物业的开发。
为了衰减振动波的传递，阻碍振动波向上传递，所述桩周减振层3由内至外依次包括内圈钢护筒层31、减振填充层32和外圈钢护筒层33；该减振填充层32为由橡胶、陶粒、砂粒，碎石等组合而成的松散的介质层。所述内圈钢护筒层31的厚度为5-10mm；所述减振填充层32的厚度为10-20mm；所述外圈钢护筒层33的厚度为5-10mm。振动波在不同刚度的介质层中传递特性差异较大，且相邻的介质层的刚度差异越大，振动波的传递衰减越明显，因此，在支撑柱的外周设置桩周减振层3，以桩周减振层3作为第一级减振防线，由内至外依次为内圈钢护筒层31、减振填充层32和外圈钢护筒层33，将减振填充层32设置在内圈钢护筒层31和外圈钢护筒层33之间，可以对减振填充层32起到良好的围护作用，形成完整的减振层，防止地下水和地下土层对桩周减振层3的减振效果有影响。与此同时，地铁或其他轨道交通的振动波会传递给土层，再由土层传递给结构的支撑柱，再通过支撑柱传递给上部结构10的，在振动波传递给支撑柱时，在支撑柱周边设置桩周减振层3，内圈钢护筒层31、减振填充层32和外圈钢护筒层33三层介质层的刚度差异较大，可以使振动波在传递过程中经过多层不同刚度的介质层，可以发生多次明显的振动衰减，从而直接阻碍振动波向上部结构10传递，100Hz以上的高频介质在经过该桩周减振层3时可有效得到衰减，形成良好的减振效果。
为了减少振动波传递至三维减振隔振层4，减振褥垫层8由下至上依次包括泡沫混凝垫层81、钢板层82和橡胶层83；所述泡沫混凝垫层81与所述支撑桩2的上端连接；所述橡胶层83与所述三维减振隔振层4的下端面连接。所述泡沫混凝垫层81的厚度为200-300mm，优选为200mm，刚度适中，竖向承载力足够大；所述钢板层82的厚度为5-10mm，优选为10mm；该钢板层82具有良好的刚度，有助于减少竖向振动传播；所述橡胶层83的厚度为10-15mm，优选为10mm，该橡胶层83具有良好的弹性作用，三维减振隔振层4可以压缩使其可适当变形，能够减少竖向振动。在地铁或其他轨道交通的振动波传递至三维减振隔振层4的下端面时，减振褥垫层8作为第二级减振防线，由多层柔性或刚性的垫层组合而成，由下至上依次分别为泡沫混凝垫层81、钢板层82和橡胶层83，振动波经过泡沫混凝垫层81，再经过钢板层82，最后经过柔性的橡胶层83，使振动波在传递过程中经过多层不同刚度的介质层，可以发生多次明显的振动衰减，从而直接减少振动波传递到上部结构10，100Hz以上的高频介质在经过该减振褥垫层8时可有效得到衰减，隔开三维减振隔振层4与支撑桩2或者土层的接触，减少振动传播。
在本具体实施方式中，所所述三维减振隔振层4包括上顶板41、三维隔振支座42和底层板43；若干个所述支撑结构5排列布设在所述上顶板41上；所述底层板43设于若干条所述支撑桩2上；若干个所述三维隔振支座42排列布设在所述上顶板41和底层板43之间。通过在上顶板41与底层板43之间设置若干个三维隔振支座42，起到良好的减振作用，能够更好地减少地铁振动波在30-100Hz频带范围内的振动成分，进而有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动。
所述三维隔振支座42包括上支座421、弹性件422和下支座423；所述下支座423设于所述底层板43上；所述上支座421对应所述下支座423的位置设于所述上顶板41上；所述弹性件422设于所述下支座423与所述上支座421之间。其中，所述弹性件422为碟形弹簧或螺旋弹簧；所述上支座421和下支座423均为橡胶隔震支座。通过采用碟形弹簧或螺旋弹簧作为弹性件422，采用橡胶隔震支座作为上支座421和下支座423，上支座421、弹性件422和下支座423三者连接形成三维隔振支座42，具有良好减振效果。该三维隔振支座42原理主要分为两部分，一方面是振动通过上支座421和下支座423后，振动会衰减，减少上部结构10的竖向振动；另一方面是三维减振隔振层4的整体作用，由于底层板43的水平刚度和竖向刚度较普通结构的小，利用三维隔振支座42改变上部结构10的整体竖向动力特性，使上部结构10竖向趋向整体运动，能减少上部结构10约30％的竖向加速度振动响应，减振系数整体上呈现出楼层越高、减振系数越小、减振效果越明显的趋势，并且可以减少地铁振动波在30-100Hz频带范围内的竖向和水平振动，提高结构地震安全性。
为了加强具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的支撑稳定性，所述支撑桩2的数量、三维隔振支座42的数量、支撑结构5的数量均相同；每个所述三维隔振支座42对应每个所述支撑桩2的位置设于所述底层板43上；每个所述支撑结构5对应每个所述三维隔振支座42的位置设于所述上顶板41上。通过将支撑桩2、三维隔振支座42和支撑结构5一一对应，受力支撑稳定性好，提高该具有多级减振防线的轨道交通上盖结构整体稳定性和安全性。
所述竖向TMD减振装置7包括质量块71、液体粘滞阻尼器72、螺旋钢弹簧73、连接板74、钢丝束75、上固定螺栓76和下固定螺栓77；该质量块71的重量为1-5吨，占用的体积为0.1-0.6m3；该连接板74通过定位螺栓分别与上顶板41和楼板6连接；至少两条所述液体粘滞阻尼器72连接在所述质量块71和连接板74之间，作为系统耗散振动能量的结构；至少两条所述螺旋钢弹簧73连接在所述质量块71和连接板74之间，可以提供系统的竖向刚度和弹性恢复力；所述上固定螺栓76和下固定螺栓77分别设于所述连接板74和质量块71上；所述钢丝束75的两端分别与所述上固定螺栓76和下固定螺栓77连接且位于所述质量块71和连接板74之间，有助于保证质量块71不会发生过大的位移或者掉下来，保证连接的稳定可靠性，进而保证住宅用户的安全。通过质量块71、液体粘滞阻尼器72、螺旋钢弹簧73、连接板74、钢丝束75、上固定螺栓76和下固定螺栓77相结合，形成竖向TMD减振装置7，作为第四级减振防线，能够有效地减少上部结构10低频的(0-30Hz)振动，抑制上部结构10的低频振动，达到减振的目的，防止轨道交通诱发的竖向振动激起结构的竖向一阶低频共振，避免振动及振动二次噪音超标。当然，竖向TMD减振装置7也可以为单频带减振TMD装置、多频带减振TMD装置和混合减振的STMD装置等。
具体的，液体粘滞阻尼器72的数量具有2个，螺旋钢弹簧73的数量具有3个，通过3个螺旋钢弹簧73和2个液体粘滞阻尼器72实现结构与质量块71连接，3个螺旋钢弹簧73通过设计刚度要求实现不同的刚度取值，可以实现竖向的变形提供弹性的恢复力，保证竖向的变形和恢复。2个液体粘滞阻尼器72则是耗散竖向TMD减振装置7的变形能力，实现竖向减振耗能的目的。
优选的，所述竖向TMD减振装置7还设于所述上顶板41上；相邻的两个所述三维隔振支座42之间均具有至少一个位于所述上顶板41上的所述竖向TMD减振装置7；每层所述楼板6上排列布设有若干个所述竖向TMD减振装置7。通过在上顶板41上设置竖向TMD减振装置7的位置和数量，以及在楼板6上设置竖向TMD减振装置7的位置和数量，对竖向方向的低频振动起到良好的加强抑制作用，能够有效地减少上部结构10低频的振动，特别是地铁振动波在0-30Hz频带范围内的振动成分，抑制上部结构10的低频振动，达到减振的目的，防止轨道交通诱发的竖向振动激起结构的竖向一阶低频共振，避免振动及振动二次噪音超标。
在本具体实施方式中，所述支撑结构5上设有横向TMD减振装置9。所述竖向TMD减振装置7与所述横向TMD减振装置9相同的结构，横向TMD减振装置9设置在支撑结构5上。通过在支撑结构5上设置横向TMD减振装置9，能够有效地减少上部结构10低频的振动，特别是地铁振动波在0-30Hz频带范围内的振动成分，对水平方向的低频振动起到良好的抑制作用，达到减振的目的。
本发明还提供了一种具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法，用于施工形成如上述所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，所述设计方法包括如下步骤：
S1.根据建筑图，利用结构分析有限元软件和BIM技术建立轨道交通上盖结构的有限元模型，其中，轨道交通上盖结构的有限元模型包括基岩层、支撑桩、支撑结构和楼板。
S2.对桩周减振层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的桩周减振层；具体的，主要对桩周减振层的三层介质层的厚度和刚度进行确定，即内圈钢护筒层、减振填充层、外圈钢护筒层三者的厚度和刚度进行确定，进而确定设计的桩周减振层；其中，确定所述内圈钢护筒层31的厚度为5-10mm；所述减振填充层32的厚度为10-20mm；所述外圈钢护筒层33的厚度为5-10mm。
S3.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S4步骤；
若否，则重新执行S2步骤；
在S3步骤中，振动波频率大于或等于100Hz。
S4.对减振褥垫层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的减振褥垫层；具体的，主要对减振褥垫层的三层介质层的厚度和刚度进行确定，即泡沫混凝垫层、钢板层和橡胶层三者的厚度和刚度进行确定，进而确定设计的减振褥垫层；其中，确定所述泡沫混凝垫层的厚度为200-300mm；所述钢板层的厚度为5-10mm；所述橡胶层的厚度为10-15mm。
S5.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S6步骤；
若否，则重新执行S4步骤；
在S5步骤中，振动波频率大于或等于100Hz。
S6.布设三维隔振支座；具体的，在底层板与上顶板之间布设三维隔振支座的位置和数量。其中，三维隔振支座需要保证结构的安全，满足《建筑抗震设计规范》、《建筑隔震设计标准》的相关要求，应该应符合下列基本原则要求：①隔震层刚度中心宜与上部结构6的质量中心重合，偏心率小于3％；②同一房屋选用多种规格的隔震支座时，应注意充分发挥每个橡胶支座的竖向承载力和水平变形能力。同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压应力宜均匀，支座竖向承载力不能超过产品性能指标，并保留一定的安全冗余度。即三维隔振支座的数量和位置的布设形成的刚度中心应与上部结构6的质量中心重合，偏心率小于3％；而且三维隔振支座的竖向承载力和水平变形能力宜均匀，不能超过产品性能指标，并保留一定的安全冗余度。
S7.进行水平地震验算，计算出三维隔振支座水平地震验算数值和竖向减振验算数值，其中，水平地震验算数值包括层间位移角、竖向应力、水平变形限值；竖向减振验算数值包括竖向变形数值；
S8.利用上述计算出的水平地震验算数值与设定的水平地震验算范围进行水平地震验算，其中，设定的水平地震验算范围包括设定的层间位移角范围、设定的竖向应力范围、设定的水平变形限值范围；
S9.判断上述计算出的水平地震验算数值是否满足设定的水平地震验算范围；
若是，则执行S10步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
具体的，在S7至S9步骤中，在进行水平地震验算时，具体的判断步骤：
1.设防地震或罕遇地震下，满足《建筑隔震设计标准》规范楼层的层间位移角限值要求，即为设定的层间位移角范围
2.在罕遇地震作用下，三维隔振支座不宜出现拉竖向应力，当少数三维隔振支座出现拉竖向应力时，其拉竖向应力不应大于1MPa。以及在罕遇地震作用下，三维隔振支座压竖向应力不应大于30MPa，以满足三维隔振支座的性能要求的竖向应力限值，以作为三维隔振支座的设定的竖向应力范围。
3.三维隔振支座的水平变形限值应小于其有效直径的0.55倍和内部橡胶总厚度3倍二者的较小值，也应满足其产品性能要求的水平变形限值，即为设定的水平变形限值范围。
S10.进行隔振竖向减振验算，利用上述计算出的竖向减振验算数值与设定的竖向减振验算的范围进行竖向减振验算；
S11.判断上述计算出的竖向减振验算数值是否满足设定的竖向减振验算的范围；
若是，则执行S12步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
具体的，在S10至S11步骤中，在进行水平地震验算时，在地铁振动作用下，应满足三维隔振支座竖向变形要求，竖向变形不宜过大，要满足各个不同位置的竖向变形基本一致，且应满足三维隔振支座性能要求的竖向变形限值，作为竖向减振验算的范围。当然，在执行S6至S7步骤时，还应满足竖向减振效果的目标要求。验算上部结构6的竖向振动响应是否满足规范中(GB 50868-2013建筑工程容许振动标准、GBT 50355-2018住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准)的Z振级和1/3倍频程的要求。
S12.确定竖向TMD减振装置的减振频率点；具体的，通过有限元模拟分析，确定设置三维减振隔振层的三维隔振支座的竖向一阶振动频率f结，一般来说结构的一阶竖向振动频率点即为竖向TMD减振装置的竖向减振频率点。当然，若需要也可以额外设置二阶竖向振动频带点的竖向TMD减振装置。
S13.根据上述的减振频率点，确定单个竖向TMD减振装置的设计参数，其中，设计参数包括竖向TMD减振装置的阻尼比、圆频率、阻尼系数和竖向总弹簧刚度；
在S13步骤中，首先优选确定TMD减振频率fT，一般地fT＝f结，或fT非常接近结构的竖向一阶振动频率f结；然后竖向TMD减振装置的质量为为mT，取TMD减振装置的阻尼比为δT＝0.05，竖向TMD减振装置的圆频率ωT＝2πfT，竖向TMD减振装置的阻尼系数CT＝2mTωTδT/1000，T竖向TMD减振装置的竖向总弹簧刚度
Figure BDA0003203303390000171
根据上述步骤，确定单个竖向TMD减振装置的设计参数。
S14.布设竖向TMD减振装置的位置；根据振动分析的需要和结合有限元模型分析结果，在结构振动较为明显的地方，确定结构竖向加速度较大的位置布置竖向TMD减振装置，可有效减少结构振动。根据有限元加速度云图结果，找出结构振动加速度响应较为明显的位置，在振动加速度响应较大的位置布置竖向TMD减振装置。
S15.检验竖向TMD减振装置的位置是否满足设定的减振效果；
若是，则结束，导出施工图纸；
若否，则重新执行S12步骤。
在S15步骤中，对比在三维减振隔振层上设置竖向TMD减振装置和不设置竖向TMD减振装置两种情况的竖向加速度响应，根据现有的环境振动舒适度评价规范中(GB 50868-2013建筑工程容许振动标准、GBT 50355-2018住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准)中的1/3倍频程限值和Z振级，确定减振效果是否满足要求。
通过上述具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法，施工形成上述所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，以桩周减振层、三维减振隔振层、竖向TMD减振装置、减振褥垫层形成多级减振防线，有效地减少振动传递至上部结构，起到良好的减振作用，有效地减少轨道交通上盖结构的竖向振动，推动轨道交通上盖物业的开发。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，包括：
基岩层；
支撑桩，若干根所述支撑桩设于所述基岩层上；
桩周减振层，每根所述支撑桩的外周侧上包覆有所述桩周减振层；
三维减振隔振层，其设于若干条所述支撑桩上；
支撑结构，若干个所述支撑结构排列布设在所述三维减振隔振层上；
楼板，至少两层所述楼板沿所述支撑结构的上下方向间隔布设在若干个所述支撑结构上且位于所述三维减振隔振层的上方；
竖向TMD减振装置，所述楼板上设有所述竖向TMD减振装置。
2.根据权利要求1所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述三维减振隔振层包括上顶板、三维隔振支座和底层板；若干个所述支撑结构排列布设在所述上顶板上；所述底层板设于若干条所述支撑桩上；若干个所述三维隔振支座排列布设在所述上顶板和底层板之间。
3.根据权利要求2所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述三维隔振支座包括上支座、弹性件和下支座；所述下支座设于所述底层板上；所述上支座对应所述下支座的位置设于所述上顶板上；所述弹性件设于所述下支座与所述上支座之间。
4.根据权利要求2所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述底层板的底端面上铺设有减振褥垫层。
5.根据权利要求4所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述减振褥垫层由下至上依次包括泡沫混凝垫层、钢板层和橡胶层；所述泡沫混凝垫层与所述支撑桩的上端连接；所述橡胶层与所述三维减振隔振层的下端面连接；
所述泡沫混凝垫层的厚度为200-300mm；所述钢板层的厚度为5-10mm；所述橡胶层的厚度为10-15mm。
6.根据权利要求1所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述桩周减振层由内至外依次包括内圈钢护筒层、减振填充层和外圈钢护筒层；所述内圈钢护筒层的厚度为5-10mm；所述减振填充层的厚度为10-20mm；所述外圈钢护筒层的厚度为5-10mm。
7.根据权利要求1所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述竖向TMD减振装置包括质量块、液体粘滞阻尼器、螺旋钢弹簧、连接板、钢丝束、上固定螺栓和下固定螺栓；至少两条所述液体粘滞阻尼器连接在所述质量块和连接板之间；至少两条所述螺旋钢弹簧连接在所述质量块和连接板之间；所述上固定螺栓和下固定螺栓分别设于所述连接板和质量块上；所述钢丝束的两端分别与所述上固定螺栓和下固定螺栓连接且位于所述质量块和连接板之间。
8.根据权利要求5所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述竖向TMD减振装置还设于所述上顶板上；相邻的两个所述三维隔振支座之间均具有至少一个位于所述上顶板上的所述竖向TMD减振装置；每层所述楼板上排列布设有若干个所述竖向TMD减振装置。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，其特征在于，所述支撑结构上设有横向TMD减振装置。
10.具有多级减振防线的轨道交通上盖结构的设计方法，其特征在于，用于施工形成如权利要求1至8任意一项所述的具有多级减振防线的轨道交通上盖结构，所述设计方法包括如下步骤：
S1.根据建筑图，利用结构分析有限元软件和BIM技术建立轨道交通上盖结构的有限元模型，其中，轨道交通上盖结构的有限元模型包括基岩层、支撑桩、支撑结构和楼板；
S2.对桩周减振层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的桩周减振层；
S3.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S4步骤；
若否，则重新执行S2步骤；
S4.对减振褥垫层的各层厚度和各层刚度进行确定，形成设计的减振褥垫层；
S5.判断振动波频率经过上述设计的桩周减振层是否满足减振效果；
若是，则执行S6步骤；
若否，则重新执行S4步骤；
S6.布设三维隔振支座；
S7.进行水平地震验算，计算出三维隔振支座水平地震验算数值和竖向减振验算数值，其中，水平地震验算数值包括层间位移角、竖向应力、水平变形限值；竖向减振验算数值包括竖向变形数值；
S8.利用上述计算出的水平地震验算数值与设定的水平地震验算范围进行水平地震验算，其中，设定的水平地震验算范围包括设定的层间位移角范围、设定的竖向应力范围、设定的水平变形限值范围；
S9.判断上述计算出的水平地震验算数值是否满足设定的水平地震验算范围；
若是，则执行S10步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
S10.进行隔振竖向减振验算，利用上述计算出的竖向减振验算数值与设定的竖向减振验算的范围进行竖向减振验算；
S11.判断上述计算出的竖向减振验算数值是否满足设定的竖向减振验算的范围；
若是，则执行S12步骤；
若否，则重新执行S6步骤；
S12.确定竖向TMD减振装置的减振频率点；
S13.根据上述的减振频率点，确定单个竖向TMD减振装置的设计参数，其中，设计参数包括竖向TMD减振装置的阻尼比、圆频率、阻尼系数和竖向总弹簧刚度；
S14.布设竖向TMD减振装置的位置；
S15.检验竖向TMD减振装置的位置是否满足设定的减振效果；
若是，则结束，导出施工图纸；
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