建筑物整体平移与隔振技术研究

[文章编号]　100228412(2007)0520017204

建筑物整体平移与隔振技术研究

张　鑫1

,张　青1

,叶列平

2

(11山东建筑大学工程鉴定加固研究所,山东济南250014;21清华大学土木工程系,北京100084)

[摘　要]　因道路拓宽对建筑物进行平移,平移到位后,用于加固的上轨道托盘及滚轴不再取出,同时采用隔振技术,在建筑

物下设计安装隔振橡胶垫,使滚轴与橡胶垫共同承受上部结构传来的荷载,并且在地震作用下共同起减震作用。在橡胶垫安装前后,分别对建筑物进行了现场动力测试,表明在平移后的建筑物下安装橡胶垫减振效果明显。

[关键词]　建筑物;隔振;橡胶垫

[中图分类号]　T U35211;T U74614 [文献标识码]　A

Study on Building Moving and Isolation

Zhang Xin 1

,Zhang Qing 1

,Ye Lie 2ping 2

(1.Research Institute o f Engineering Assessment and Repair ,Shandong Jianzhu Univer sity ,

Jinan 250014,China ;2.Department o f Civil Engineering ,Tsinghua Univer sity ,Beijing 100084,China )

Abstract :Because the path need to be broadened ,the building is m oved ,and the underpinning plate of the cons olidating upward track including rollers will not be taken out after m oving.At the same time ,rubber bearings are placed ,which resist the loads of the superstructure and abs orb the earthquake vibration together with the rollers.The site dynamic test on the building is carried out separately before and after the placing of rubber bearings.The results indicate that the anti 2seismic capacity of the building which is placed the rubber bearings after the m ovement is im proved significantly.

K eyw ords :building ;is olation ;rubber bearing

[收稿日期]　2007203214

1　引言

建筑物平移在国外最早发端于19世纪末,应用较早的欧美、东欧、前苏联等少数几个国家,对于有继续使用和文物价值的建筑物都很珍爱,不惜重金通过移位工程将其移至合适位置予以保护。世界上第一座建筑物整体平移工程是位于新西兰新普利茅

斯市的一所一层农宅,使用蒸汽机作为牵引装置[1]

。1901年美国衣阿华大学科学馆进行了整体平移,而且在移动过程中采用了转向技术将其旋转了45度,此项移位工程采用的是圆木滚轴滚动装置,用螺旋千斤顶将建筑物顶起和提供水平牵引力。在此后100多年的时间里,许多国家都有过平移工程的实例。1999年丹麦哥本哈根飞机场由于扩建需要将候机厅从机场一端移至另一端,平移时将建筑物的荷载均匀地落在60台自推动多轮平板拖车上,用金刚石链条锯将框架柱在地面处切断,采用了多种规

格的自推动多轮平板车来保证平移的速度。总之建

筑物整体平移技术在发达国家已发展到相当高的水平,早期的平移工程使用千斤顶(螺旋、液压)牵引较多,有的工程也用卷扬机作为牵引设备,在河道和海上使用船只拖运的工程也有若干例,目前使用最多的一种平移设备是多轮平板拖车,一般由汽车或挖掘机等进行牵引,最近又出现了一种自身可提供动力的多轮平板车,并在多个工程的应用中获得了理想的效果。中国掌握建筑物移位技术相对较晚,大约是在20世纪的90年代,但发展迅速,此项技术在中国发展日臻成熟,完成的建筑物平移工程也越来越多,且规模越来越大。

建筑物平移时,一般是在基础顶将建筑物断开,然后用刚度很大的托梁结构体系进行托换,到位后再进行连接。建筑物平移到位后的连接方式是大家普遍关注的问题,传统方法一般是进行整体连接,费工费时,有时候整体性还难以保证。如果采用隔振技术进行连接,问题将会迎刃而解。隔振体系是指

第29卷第5期2007年10月

工程抗震与加固改造

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting

V ol.29,N o 15

Oct.2007

在结构物底部与基础面之间设置某些隔振消能装置而构成的结构体系。建筑物平移时已具备了设置隔振消能装置的条件,用于隔振体系的隔振消能装置有夹层橡胶隔振装置、滚珠(或滚轴)隔振加钢板消能和粉粒垫层隔振装置[2]。夹层橡胶垫通常设置在建筑物底部,在基础与上部结构之间,起底部隔振作用。目前,世界上有20多个国家已开始在建筑物中使用橡胶支座隔振技术,日本、新西兰、美国、意大利、中国等应用实例较多。美国旧金山大地震中,某建筑由于上部结构与基础间安装了橡胶垫隔振器使建筑物经受住了地震考验。日本阪神大地震中使用橡胶隔振垫的建筑使用功能基本正常[3]。我国已有800多栋建筑物采用橡胶支座隔振,其中汕头、大理和咸阳使用隔振器的建筑不同程度地经受了台湾海峡、云南丽江和陕西咸阳附近地震的考验,隔振减灾效果良好。国内第一幢,也即当时世界上最高的隔振住宅房屋就是汕头市陵海路8层框架结构商住楼,广州大学城行政楼A栋采用普通型橡胶隔振支座和铅芯型橡胶隔振支座,是目前内地单体面积最大的隔振工程[4]。

建筑物平移就位后,在新基础上放置隔振橡胶垫,可以很小的代价明显地提高结构的抗震安全性能。现结合“山东丰大银行”工程,对其进行研究。2　工程概况

“山东丰大银行”工程是一座欧洲风格的古典建筑,如图1所示,是济南市早期有代表性的古建筑之一,至今已有80多年的历史,该建筑为3层砖石结构,木楼板,建筑面积约600多m2。因道路拓宽对其进行了平移,建筑物平移到位后,建筑物的连接方式是大家普遍关注的问题。为保证该建筑物的安全,用于加固的上轨道托盘及滚轴不再取出,使建筑物基础比原来扩大一倍多,同时采用抗震隔振技术,在建筑物下设计安装抗震隔振橡胶垫,使滚轴与橡胶垫共同承受上部结构传来的荷载,并且在地震作用下共同起减震作用

。

3　橡胶垫的布置

311　场地条件

济南设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0105g。设计地震分组为第二组,建筑场地类别为

Ⅱ类,特征周期T

g

=014s,多遇地震αmax=0104,罕

遇地震α

max

=0128。

312　隔振垫参数和方案

图1　山东丰大银行

根据竖向承载力,按照丙类建筑,且支座S

2

>5

的假定,考虑以下方案:

房屋总重:M=1500t,G=15000kN。

初步方案选定12个300型的铅芯支座,局部采用4个400型的铅芯支座。

按照已经提供的产品指标,300型产品屈服后

的刚度(即纯橡胶垫的水平刚度)为K

h1

=0161kNΠmm,400型产品屈服后的刚度(即纯橡胶垫的水平刚

度)为K

h1

=0185kNΠmm,由于济南设防烈度为6度,铅芯屈服剪力系数可取为115%,则铅芯总屈服剪

力为Q

y

=15000×115%=225kN。

假定大震作用下隔振层最大水平位移u

max

= 011m,则达到最大水平位移时隔振结构的等价刚度:

K=K d+

Q y

u max

=0161×12+0185×4+2125 =1310kNΠmm

等效周期:

T=2π

M

K

=2114s>5T g=210s

等价阻尼比:

ζ=h

eq

=

1

4π

4Q y(u max-u y)

1

2Ku

2

max

=15%

曲线下降段衰减指数:

γ=019+0105-ζ

015+5ζ

=0182

倾斜段下降斜率调整指数:

η

1

=0102+

0105-ζ

8

=010075

阻尼调整系数:

　・18　・工程抗震与加固改造2007年10月