大型摩擦擺減隔震支座在大跨度桁架中的應(yīng)用

夏 睿，魏 恒，謝 聰，馬志同

（中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 43000）

1 工程概況

1.1 工程整體概況

武漢恒隆廣場為香港恒隆地產(chǎn)在武漢投資建設(shè)的特大型商業(yè)綜合體，位于武漢市江漢區(qū)京漢大道與民意四路路口，建成以后將是武漢商業(yè)、購物、娛樂的中心。恒隆廣場占地面積超過8 萬m2，被南北走向的游藝路劃分為東西2 個(gè)地塊，地上3層以上通過鋼連廊將兩個(gè)地塊連接成整體。

鋼連廊為西側(cè)剛接，東側(cè)鉸接的簡支梁結(jié)構(gòu)體系，為減少地震荷載和溫度應(yīng)變引起結(jié)構(gòu)變形對鋼連廊的影響，鉸接端設(shè)置4 個(gè)大噸位摩擦擺式減隔震支座。本文通過對恒隆廣場項(xiàng)目摩擦擺減隔震支座的運(yùn)用的介紹，證明在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，大噸位摩擦擺減隔震支座在建筑行業(yè)值得廣泛地推廣和運(yùn)用。

1.2 摩擦擺減隔震支座的布置

鋼連廊設(shè)置在地上3～7 層，其中3～5 層為鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，六層及以上為鋼框架，整個(gè)連廊結(jié)構(gòu)高度為50m，最大跨度達(dá)到68m。4 個(gè)大噸位摩擦擺式減隔震支座的布置如圖1 所示。

圖1 摩擦擺減隔震支座布置圖

摩擦擺減隔震支座設(shè)計(jì)豎向荷載為55 000kN和45 000kN，最大縱向位移為±100mm，橫向位移為40mm，隔振周期為0.02s，為摩擦擺減隔震支座在國內(nèi)民用建筑行業(yè)運(yùn)用的最大規(guī)格。武漢恒隆廣場項(xiàng)目支座規(guī)格及型號信息如表1所示。

表1 摩擦擺減隔震支座信息匯總表

2 摩擦擺減隔震支座的設(shè)計(jì)

2.1 支座的功能

1）非地震工況下 支座可以滿足上部結(jié)構(gòu)承載、轉(zhuǎn)動(dòng)及溫度位移要求。

2）地震工況下 支座以設(shè)置的隔震位移和摩擦系數(shù)進(jìn)行滑移，延長建筑物振動(dòng)周期，降低建筑物受到的地震力?；七^程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能，同時(shí)通過摩擦，逐步消耗地震能量。隨著地震逐步衰弱，支座往復(fù)滑移位移逐步減小，最終停留在初始位置附近，其安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 摩擦擺減隔震支座安裝示意圖

2.2 支座的組成

摩擦擺減隔震支座（圖3）主要由下支座板、球冠、上支座板、轉(zhuǎn)動(dòng)耐磨板、滑動(dòng)耐磨板、高強(qiáng)螺栓、錨棒等組成。

圖3 摩擦擺減隔震支座結(jié)構(gòu)圖

3 摩擦擺減隔震支座的試驗(yàn)和檢驗(yàn)

3.1 豎向承載力和水平滯回性能試驗(yàn)

摩擦擺式減隔震支座完成以后，在75 000kN多功能試驗(yàn)機(jī)（圖4）上進(jìn)行豎向承載力和水平滯回性能試驗(yàn)。

圖4 用于試驗(yàn)的75000kN多功能試驗(yàn)機(jī)

試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)同時(shí)在豎直方向和水平軸向進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。豎向荷載的力由6 個(gè)12 500kN 的油缸所提供，水平方向的力則由4 個(gè)1 500kN 的油缸所提供，每個(gè)水平油缸的行程為1 200mm，并由2 個(gè)伺服閥控制。該系統(tǒng)動(dòng)力由持續(xù)供應(yīng)800L/min 流量油的泵站所提供，為完成高速試驗(yàn)所需要的峰值速度通過總共儲存有16 800L 的油及氮?dú)獾男钅芷魉峁?/p>

3.2 試驗(yàn)成果與數(shù)據(jù)分析

以規(guī)格為45 000kN 的摩擦擺減隔震支座為例進(jìn)行說明，分別在以下6 種工況下對支座施加荷載，如表2 所示。每種工況試驗(yàn)完成結(jié)果如圖5～圖10 所示。

圖5 支座在豎向荷載作用下位移曲線圖

表2 6種工況下對支座施加荷載

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論。

1）耐磨板未見永久性變形，滑動(dòng)曲面未見因機(jī)械阻尼不足而產(chǎn)生的滑動(dòng)現(xiàn)象。

2）摩擦擺減隔震支座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、水平位移值、滑動(dòng)摩擦系數(shù)、EDC 能耗均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 支座在5mm/s正弦波（20循環(huán)）作用下水平位移曲線圖

圖7 支座在50mm/s正弦波（3循環(huán)）作用下水平位移曲線圖

圖8 支座在83.5mm/s正弦波（3循環(huán)）作用下水平位移曲線圖

圖9 支座在166.5mm/s正弦波（3循環(huán)）作用下水平位移曲線圖

圖10 支座在333mm/s正弦波（3循環(huán)）作用下水平位移曲線圖

4 摩擦擺減隔震支座的安裝及監(jiān)測

4.1 摩擦擺減隔震支座安裝

武漢恒隆廣場項(xiàng)目摩擦擺減隔震支座施工順序：主體施工階段預(yù)留、預(yù)埋→支座下蓋板安裝、調(diào)平→支座與連接蓋板上下固定→支座上部鋼結(jié)構(gòu)安裝（圖11～圖12）。

圖11 主體施工階段支座處預(yù)留、預(yù)埋

圖12 支座上部鋼結(jié)構(gòu)安裝

支座下蓋板通過地腳螺栓與混凝土柱頂部結(jié)構(gòu)連接，螺栓位置必須精確且與下蓋板螺栓孔一一對應(yīng)。為保證安裝精度，避免混凝土澆筑時(shí)影響螺栓位置，采用在結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時(shí)預(yù)留錨栓孔、后期安裝錨栓并灌漿的方式安裝支座下蓋板。金屬套管支架拼裝完成后，在支墩鋼筋綁扎時(shí)，將支架固定在設(shè)計(jì)位置。

支座下蓋板安裝時(shí)，調(diào)整下蓋板位置，使其上面預(yù)留的安裝螺栓孔與安裝螺栓對應(yīng)，再將地腳螺栓對應(yīng)錨栓孔放入，支座下蓋板由安裝螺栓上的調(diào)平螺母支撐。為保證支座的標(biāo)高及平整度滿足要求，支座下蓋板安裝完成后，通過調(diào)節(jié)安裝螺栓上的調(diào)平螺母進(jìn)行調(diào)平，將下蓋板調(diào)節(jié)水平且每個(gè)支座蓋板頂標(biāo)高一致，如圖13～圖14 所示。

圖13 支座下蓋板安裝、調(diào)平

圖14 支座與連接蓋板上下固定

支座調(diào)平層灌漿完成，養(yǎng)護(hù)至合格后，進(jìn)行支座安裝。支座與下蓋板通過地腳錨栓連接，地腳螺栓穿過支座下方的預(yù)留錨栓孔，用螺栓固定。螺栓安裝時(shí)螺母朝下充分緊固，不留絲口。支座上部結(jié)構(gòu)安裝前，需再次復(fù)核支座位置、標(biāo)高無誤，檢查限位鋼板固定無誤后，即可進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)安裝。支座上部結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求與支座上蓋板連接，采用焊接固定。

4.2 鋼連廊及支座處監(jiān)測

在鋼連廊施工區(qū)域的四周建立6 個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)組成的控制網(wǎng)，為了便于鋼連廊整體及支座處的測量工作，增設(shè)4個(gè)輔助控制點(diǎn)，如圖15所示。

圖15 鋼連廊及支座測量控制網(wǎng)布置圖

測量工根據(jù)圖紙定位用全站儀、經(jīng)緯儀，從測量基線網(wǎng)上引出支座中心控制線和標(biāo)高控制線，此控制線經(jīng)檢查復(fù)測，確認(rèn)無誤后使用。利用施工測量控制網(wǎng)和在混凝土表面彈設(shè)的定位墨線標(biāo)識，選支座上端口各角點(diǎn)作為標(biāo)高控制(表4）。

表4 允許偏差控制

在支座安裝及上部鋼連廊安裝施工中對支座處水平位置、中心標(biāo)高偏差，支座處鋼柱四角坐標(biāo)及標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測。在整體工程施工工況中支座處結(jié)構(gòu)偏差均滿足設(shè)計(jì)要求(圖16）。

圖16 摩擦擺減隔震支座在武漢恒隆廣場的運(yùn)用

5 結(jié)語

恒隆廣場項(xiàng)目游藝路鋼連廊最大跨度68m，鉸接端最大支座反力達(dá)到55 000kN，最大允許水平位移為100mm，常規(guī)支座無法滿足設(shè)計(jì)要求。本工程借鑒橋梁工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的摩擦擺隔震支座，設(shè)計(jì)了一種適合大跨度鋼桁架連廊的支座。

在武漢恒隆廣場項(xiàng)目的成功運(yùn)用，一方面滿足了各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，一方面為大型摩擦擺減隔震支座在建筑行業(yè)推廣和運(yùn)用提供了有力支撐。