上海玉佛禪寺大雄寶殿隔震就位連接關(guān)鍵技術(shù)

盧文勝 李 軒

同濟(jì)大學(xué) 上海 200092

1 工程概況

上海玉佛禪寺保護(hù)性修繕過程中考慮到大雄寶殿的歷史文物建筑價值，以及其結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)狀，在大雄寶殿平移頂升后，采取了隔震就位連接方式，以實現(xiàn)對這座木結(jié)構(gòu)古建筑的隔震保護(hù)。

2 摩擦滑移組合隔震技術(shù)

隔震性能目標(biāo)如下：

1）設(shè)防地震下，隔震后上部結(jié)構(gòu)水平向地震作用比隔震前降低半度。

2）罕遇地震下，隔震層最大位移不大于300 mm。由于大雄寶殿的場地條件較差，為Ⅳ類軟土地基，且木結(jié)構(gòu)具有長周期柔性結(jié)構(gòu)的特點，若采用常規(guī)的橡膠隔震支座方案，則要求隔震層剛度相對較小，但在強(qiáng)震作用下隔震層將發(fā)生較大的水平及豎向變位，會導(dǎo)致隔震支座的失穩(wěn)或強(qiáng)度破壞。最終，本工程采用了一種以彈性滑板支座為主，輔以少量厚層橡膠隔震支座及黏滯阻尼器的摩擦滑移組合隔震方案。

摩擦滑移隔震對地震動頻譜特性不敏感，適合于軟土場地結(jié)構(gòu)隔震[1]。并且一旦滑板支座滑移后，隔震層等效剛度大大降低，可有效限制地震作用向上部結(jié)構(gòu)的傳遞。隔震后大雄寶殿將具有多水準(zhǔn)隔震結(jié)構(gòu)等效自振周期，即隨著地震作用水準(zhǔn)的提升，隔震層滑移量增大，隔震結(jié)構(gòu)的等效自振周期也隨之不斷增大，因此可取得良好的隔震效果。此外，將少量厚層橡膠隔震支座與黏滯阻尼器引入摩擦滑移隔震系統(tǒng)，可在保持減震效果的前提下，限制隔震層的不利位移及減小隔震系統(tǒng)的震后殘余變形，從而滿足罕遇地震下隔震層位移限值要求。

3 隔震層平面布置方案

摩擦滑移組合隔震方案設(shè)計有彈性滑板支座、厚層橡膠隔震支座和黏滯阻尼器等3種隔震裝置。隔震層的平面布置應(yīng)盡量規(guī)則、均勻，保證隔震層剛度中心與上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心的重合，本方案的隔震層偏心率為0.6%，滿足文獻(xiàn)[2]提出的3%限值要求（圖1）。

圖1 隔震層平面布置

3.1 彈性滑板支座

每根木柱底下均對應(yīng)布置1個彈性滑板支座〔圖2（a）〕，在大雄寶殿室內(nèi)荷載較大的中央佛像區(qū)域，另外增設(shè)2個彈性滑板支座。根據(jù)支座面壓條件，選取直徑350、450 mm的2種規(guī)格支座。驗算重力荷載作用下，各彈性滑板支座長期面壓大多在4 MPa左右，因此彈性滑板支座在豎向承載力方面可具有較大的安全儲備，且可較好地保證隔震層在豎向荷載下的變形協(xié)調(diào)?；逯ёΣ烈驍?shù)定為0.015，可以滿足減震效果要求，并保證隔震層在風(fēng)載等較小水平向荷載作用下不致發(fā)生滑動。

3.2 厚層橡膠隔震支座

在本工程中，橡膠支座起降低隔震層的最大水平位移及殘余變形作用，而不是常規(guī)意義上的承壓及隔震作用。厚層橡膠隔震支座因其具有較小的剛度以及較大的變形適應(yīng)能力，可以較好地滿足本工程的需求。在隔震層四角共布置4個φ600 mm的厚層橡膠隔震支座〔圖2（b）〕，其不直接承受柱底傳來的豎向荷載，橡膠支座的穩(wěn)定控制條件得到釋放[3]，可適應(yīng)摩擦滑移隔震層水平變位大的特點。此外，由于厚層橡膠支座數(shù)量較少，單個支座的水平剛度也較小，因此不會對隔震方案的減震效果造成明顯不利影響。

3.3 黏滯阻尼器

在提供的總阻尼力相同的條件下，黏滯阻尼器宜多不宜少。本工程所用黏滯阻尼器〔圖2（c）〕沿結(jié)構(gòu)x向、y向各布置4個，且均布置在隔震層的外圍，單個阻尼器的質(zhì)量相對較小。黏滯阻尼器通過阻尼力消耗地震能力，為隔震層提供附加阻尼比[4]，可減小隔震層罕遇地震下的不利變形。

圖2 摩擦滑移組合隔震裝置

4 隔震支座及阻尼器的連接構(gòu)造

彈性滑板支座、厚層橡膠隔震支座均通過上、下支墩與隔震層頂板、底板相連（圖3）。值得一提的是，摩擦滑移面板設(shè)置于彈性滑板支座上端，可以有效防止面板上落灰、污染，便于支座維護(hù)，保障支座摩擦滑移性能可靠。黏滯阻尼器兩端采用球鉸連接（圖4），一端與厚層橡膠支座的上支墩連接，另一端在下基礎(chǔ)梁上設(shè)支墩進(jìn)行連接。

支墩是傳遞隔震層與上部結(jié)構(gòu)間剪力的重要構(gòu)件。文獻(xiàn)[5]要求隔震層支墩應(yīng)能傳遞罕遇地震下支座的最大水平剪力和彎矩，因此隔震層支墩的配筋往往較大，施工時應(yīng)務(wù)必保證支墩混凝土的施工質(zhì)量。此外，支墩處設(shè)置的用于安裝支座或阻尼器的外露預(yù)埋件，應(yīng)保證其具有可靠的防銹措施，其錨固鋼筋應(yīng)滿足不小于250 mm，且宜大于20倍錨固鋼筋直徑的要求。

隔震裝置的施工順序依次是彈性滑板支座、厚層橡膠支座、阻尼器。因此在隔震裝置施工過程中，應(yīng)保證隔震層具有可靠的穩(wěn)定性及抗滑移性能。本工程的彈性滑板支座在施工階段裝有抗滑移鋼條，且隔震層上下頂板在外圍焊接抗拉裝置以臨時固定隔震層。

圖3 隔震支座連接方式

圖4 黏滯阻尼器連接

5 隔震結(jié)構(gòu)復(fù)位技術(shù)

由于摩擦滑移隔震體系不具備大震下的自復(fù)位功能[6]，因此在隔震層的四周布置4個復(fù)位節(jié)點，在震后可通過安裝千斤頂?shù)确绞綄Υ笮蹖毜钸M(jìn)行復(fù)位（圖5）。

圖5 復(fù)位節(jié)點示意

同時，復(fù)位節(jié)點可兼作其他用途，如在復(fù)位節(jié)點處安裝激振裝置，檢測大雄寶殿結(jié)構(gòu)的動力特性；同樣可以利用復(fù)位節(jié)點來推動整個建筑，測試隔震層的力學(xué)性能；還可以在復(fù)位節(jié)點上設(shè)置常用的限位器，如圓柱鋼螺旋彈簧、高阻尼橡膠墊、軟鋼剪切鋼板等，將其作為限位裝置用。復(fù)位節(jié)點側(cè)面設(shè)置預(yù)埋件，方便上述各種裝置的安裝或更換。

6 其他隔震構(gòu)造措施

上文所述的摩擦滑移隔震技術(shù)、裝置連接、復(fù)位技術(shù)可以看作是主要的隔震技術(shù)措施，但隔震結(jié)構(gòu)還需其他必要的隔震構(gòu)造措施，以保證其可以有效、長久地實現(xiàn)隔震功能，這些構(gòu)造措施包括隔震溝（縫）、樓梯處隔震縫處理、預(yù)留檢修的措施等。

大雄寶殿隔震工程由于建筑保護(hù)及功能要求所限，無法設(shè)置常規(guī)的隔震溝。本工程在隔震層四周砌筑強(qiáng)度較弱的圍護(hù)墻，可在地震大變形時被沖切破壞，從而實現(xiàn)隔震層的無阻礙滑移變形。同理，大雄寶殿的前后殿樓梯臺階處也進(jìn)行了相應(yīng)的構(gòu)造處理。此外，為便于今后檢查或替換隔震層裝置，大雄寶殿基臺側(cè)面圍護(hù)墻上預(yù)留了檢修入口。此外，鑒于大雄寶殿結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（佛像、古建筑構(gòu)造等）的重要性，以及其作為軟土場地長周期木結(jié)構(gòu)隔震工程的特殊性，應(yīng)加強(qiáng)對大雄寶殿上部結(jié)構(gòu)及隔震層的監(jiān)測、維護(hù)等。

7 結(jié)語

本文介紹了上海玉佛禪寺大雄寶殿平移頂升項目隔震層的設(shè)計與布置、隔震裝置的連接構(gòu)造、隔震層位移變形后的復(fù)位技術(shù)，以及相關(guān)隔震構(gòu)造等關(guān)鍵技術(shù)措施，主要如下：

1）玉佛禪寺大雄寶殿在建筑移位后，采取摩擦滑移組合隔震技術(shù)進(jìn)行隔震加固，提升結(jié)構(gòu)主體與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能，滿足預(yù)期隔震目標(biāo)。

2）大雄寶殿隔震層在震后產(chǎn)生殘余變形時，可通過在復(fù)位節(jié)點安裝千斤頂?shù)姆绞綄Ω粽饘舆M(jìn)行復(fù)位。

3）設(shè)置較弱圍護(hù)墻、預(yù)留檢修孔口等構(gòu)造措施，以及適度的監(jiān)測手段，可保證隔震層有效、長久地實現(xiàn)其隔震功能，確保大雄寶殿在地震災(zāi)害作用下的安全。