某宿舍樓隔震建筑施工工藝技術(shù)分析

吳志堅

(福建省閩南建筑工程有限公司 福建泉州 362100)

引 言

2002年，我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)增加了建筑結(jié)構(gòu)隔震和減震設(shè)計章節(jié);2002年，發(fā)布了《疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程》[1];這樣建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計有了設(shè)計依據(jù)，因此隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中得到初步的應(yīng)用;2006年，發(fā)布了《橡膠支座第3部分:建筑隔震橡膠支座》，這對橡膠隔震支座的生產(chǎn)加工制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足了隔震建筑實際應(yīng)用的需求;2008年5月，我國四川汶川發(fā)生大地震后，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)[2]增加和修改了隔震和減震章節(jié)，對隔震設(shè)計及計算提出更加詳細(xì)的要求，這樣容易被工程技術(shù)人員在實踐中操作和引用。隔震技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用正逐步成熟，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止目前，我國已建成隔震建筑約3000余棟，總量比日本國少，但位居世界第二，這些隔震建筑主要分布在我國云南、四川、江蘇、新疆、甘肅和北京等省市[3]。

由隔震技術(shù)應(yīng)用的要求可知[3]，隔震支座及其相關(guān)構(gòu)造的安裝和施工質(zhì)量決定了隔震技術(shù)的實際應(yīng)用效果。在隔震建筑的隔震層和關(guān)鍵節(jié)點施工工藝及質(zhì)量控制方面，目前缺乏專門的國家施工規(guī)范。也可以說，我國隔震建筑建設(shè)中普遍存在著參與各方單位對隔震技術(shù)應(yīng)用原理缺乏認(rèn)識和安裝施工經(jīng)驗不足等情況，成為制約隔震建筑發(fā)展應(yīng)用的因素之一[3，4]。因此，本文通過對一棟多層框架結(jié)構(gòu)底層柱頂隔震房屋的隔震層和關(guān)鍵節(jié)點安裝施工過程分析，對隔震房屋的施工工藝流程和施工質(zhì)量控制進(jìn)行討論。討論分析結(jié)果供隔震房屋的建設(shè)提供參考。

1 隔震技術(shù)簡介

隔震技術(shù)是在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間或結(jié)構(gòu)的某一層，設(shè)置一層水平向剛度較柔的隔震系統(tǒng)(一般由橡膠支座和阻尼器等組成)，這樣使建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)完全隔開。地震發(fā)生時，隔震系統(tǒng)能吸收地震能量，水平變形集中發(fā)生在隔震層，阻止地震能量向建筑物上部結(jié)構(gòu)傳遞，保持建筑物上部結(jié)構(gòu)近似平動，延長建筑物自振周期，使建筑結(jié)構(gòu)基本不被破壞，保護(hù)建筑物內(nèi)部人員安全，有效減少財產(chǎn)損失。實際檢測結(jié)果表明，隔震建筑的最大水平加速度響應(yīng)僅為傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的1/3～1/5。隔震建筑與傳統(tǒng)抗震建筑在地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)變形對比如(圖1)。

2 項目概況

工程位于福建省泉州市晉江東石鎮(zhèn)，七層宿舍樓，底層架空，二層至七層為宿舍，總建筑面積為10508m2，二 層至七層平面見(圖2)，南立面圖見(圖3)。東西向長度79.4m，南北向最小寬度13.9m。設(shè)防烈度7度，設(shè)計基本地震加速度為0.15g，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s;框架結(jié)構(gòu)，主要柱網(wǎng)尺寸為7200mm×7700mm和7200mm×5700mm，填充墻砌體外墻為多孔磚，內(nèi)墻為加氣混凝土砌塊。

結(jié)構(gòu)隔震層位于底層柱頂，底層柱頂設(shè)有框架梁(柱頂拉梁)以增強整體性，隔震層布置有 4個GZP500、12 個 GZP600、5 個 GZP700、12 個 GZY500、13個 GZY600和7個 GZY700，共53個隔震橡膠支座，其布置平面見(圖4)。

圖1 隔震建筑與傳統(tǒng)抗震建筑在地震作用下的對比

3 隔震層施工準(zhǔn)備

隔震支座屬于專用的材料，通常由業(yè)主單位采購。為了不影響施工的進(jìn)度，業(yè)主單位應(yīng)提早組織人員與廠家對接，擬定訂貨合同，跟蹤產(chǎn)品出廠供應(yīng)質(zhì)量。隔震支座的產(chǎn)品性能檢驗按照抗震規(guī)范和施工圖紙隔震專篇的要求，需由建設(shè)部認(rèn)定的具有檢測資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行檢測合格后方可使用。

圖2 層2～7平面圖

圖3 南立面圖

圖4 隔震支座平面布置圖

在隔震支座運送到施工現(xiàn)場時，施工單位應(yīng)按有關(guān)規(guī)定做詳細(xì)的進(jìn)場驗收檢查。內(nèi)容主要包括:1)產(chǎn)品書面文件確認(rèn);2)隔震產(chǎn)品及配套安裝連接件的數(shù)量及型號確認(rèn);3)產(chǎn)品的形狀及尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn);4)產(chǎn)品有無缺陷、破損。同時施工單位做好隔震橡膠支座的成品保護(hù)工作。隔震橡膠支座外觀如(圖5)。

圖5 隔震橡膠支座

4 隔震層施工工藝流程

在隔震層施工前，施工單位相關(guān)人員集中學(xué)習(xí)隔震技術(shù)，統(tǒng)一思想認(rèn)識，了解隔震建筑的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工工藝、發(fā)展等相關(guān)知識，為更好的完成隔震建筑的施工任務(wù)做好準(zhǔn)備。請教隔震技術(shù)支持單位(福州大學(xué)土木工程學(xué)院)，在施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)下，制定隔震專項施工方案，并送業(yè)主單位、監(jiān)理單位和設(shè)計單位組織審核通過。隔震層施工工藝主要有，隔震層下支墩鋼筋和梁底模板安裝，下支墩預(yù)埋板安裝，下支墩混凝土澆筑，隔震支座安裝，上支墩及隔震層梁板施工。

4.1 隔震層下支墩鋼筋和梁底模板安裝

下支墩預(yù)埋板安裝前，需將底層框架獨立柱澆至預(yù)埋板錨筋底部。下支墩部位鋼筋比較密集，有柱鋼筋、支墩鋼筋、梁鋼筋、板鋼筋等，各種鋼筋縱橫交錯，需合理安排鋼筋綁扎順序及其位置。柱子主筋接長改為直螺紋連接，避免搭接處鋼筋過密。綁扎下支墩外側(cè)梁頂面標(biāo)高以下的箍筋和拉鉤，與此同時，將梁底模支設(shè)安裝完成。下支墩鋼筋綁扎應(yīng)注意支墩鋼筋下料長度應(yīng)達(dá)到預(yù)埋板下沿。

4.2 下預(yù)埋鋼板安裝

上、下預(yù)埋板是指預(yù)埋于隔震支座上、下支墩中，使隔震支座與下部底層和上部結(jié)構(gòu)相互連接的受力鋼板。上、下預(yù)埋板由套筒、鋼板和錨筋組成如(圖6)。預(yù)埋件需進(jìn)行進(jìn)場檢驗。根據(jù)開孔尺寸，將其吊裝至支墩上，然后利用人工將預(yù)埋件鋪設(shè)到位，可利用調(diào)節(jié)螺栓控制預(yù)埋件水平和垂直方向如(圖7)。

圖6 隔震支座預(yù)埋件

4.3 下支墩混凝土澆筑

預(yù)埋件混凝土澆灌過程中應(yīng)將套筒用密封布料將其扎緊，避免雜物混入，同時為方便振搗隔震支座下部構(gòu)件或基礎(chǔ)的混凝土，在下部埋件鋼板中心開孔，通常設(shè)計要求直徑150～200mm。振搗完成待混凝土初凝前用加入同直徑的石子二次振搗，保證預(yù)埋件下支墩混凝土能夠密實充分見圖8(a)。經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后，混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的50%，將預(yù)埋件表面磨光見圖8(b)，這樣方便于隔震支座的安裝和定位。

4.4 隔震支座安裝

混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的75%后可進(jìn)行隔震支座安裝，安裝前必須進(jìn)行定位復(fù)測并記錄，復(fù)測內(nèi)容包括預(yù)埋件標(biāo)高、中心位置及平整度。復(fù)測滿足要求后可進(jìn)行隔震支座安裝。安裝前應(yīng)將下支墩面清理干凈。在吊裝隔震支座過程中需要2名工人進(jìn)行配合，對稱擰緊螺栓，保證隔震支座定位準(zhǔn)確，同時需要一名廠家技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行指導(dǎo)。吊裝隔震支座后，擰緊高強螺栓。隔震支座安裝完后，復(fù)測隔震支座標(biāo)高及平面位置并記錄。安裝過程如(圖9)。

圖7 調(diào)節(jié)螺栓控制預(yù)埋件水平和垂直方向

圖8 下支墩混凝土澆筑

隔震支座安裝質(zhì)量精度控制:安裝過程中，對支座水平度和軸線位置的控制精度要求較高，必須滿足如下要求:

(1)隔震支座的標(biāo)識齊全、清晰、絲扣無裂紋損毀。

(2)隔震支座表面清潔、無油污、泥沙、破損等，防腐涂層均勻、光潔無漏刷現(xiàn)象。

(3)支承隔震支座的下支墩，其頂面水平度誤差不宜大于5‰;在隔震支座安裝后，隔震支座頂面的水平度誤差不宜大于8‰。

(4)隔震支座中心的平面位置與設(shè)計位置的偏差小于5.0mm。

(5)隔震支座中心的標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高的偏差小于5.0mm。

(6)同一支墩上多個隔震支座之間的頂面高差小于5.0mm。

圖9 隔震支座安裝

(7)連接板和外露連接螺栓采取防銹保護(hù)措施。

(8)支座安裝階段，應(yīng)對支墩(或柱)頂面、隔震支座頂面的水平度、隔震支座中心的平面位置和標(biāo)高進(jìn)行測量并記錄。

4.5 上支墩及隔震層梁板施工

(1)上支墩預(yù)埋件固定

將上部預(yù)埋件用高強螺栓連接到隔震支座上，注意隔震層上層梁板受力筋與套筒位置關(guān)系。綁扎梁鋼筋時，切忌碰撞預(yù)埋板，如單排鋼筋位置與預(yù)埋錨筋和預(yù)埋螺栓套筒位置沖突時如(圖10)，施工中也可將梁鋼筋呈二排或多排布置，箍筋肢數(shù)不變。

(2)上支墩底模安裝鋼筋綁扎

依次安裝上支墩底模，綁扎上支墩鋼筋、支側(cè)模、澆筑混凝土。此部分施工方法與常規(guī)做法相同。

(3)由于隔震支座安裝過程和模板支撐、拆除過程中不可避免對隔震支座油漆造成損壞及污染，待上支墩混凝土施工完畢，模板拆除后，對隔震支座油漆進(jìn)行修補并清潔除污。

(4)上支墩鋼筋網(wǎng)片加密

上支墩鋼筋網(wǎng)片加密做法按照圖紙設(shè)計要求制作和施工。鋼筋網(wǎng)片的作用是抗沖擊，本工程設(shè)計為縱橫向直徑 12鋼筋間距 150mm，上下三排，排距50mm，施工中應(yīng)注意和上支墩縱筋的箍筋結(jié)合施工，必要時采用點焊固定位置。

圖10 梁底筋與套筒位置沖突

經(jīng)過設(shè)計的隔震建筑需要具有一定的水平位移量，施工中不能有建筑構(gòu)件阻礙其水平變形，抗震規(guī)范要求水平和垂直隔震縫的寬度分別不小為200mm和15mm，本工程設(shè)計要求分別為250mm和20mm。墻體與之形成的縫隙填充瀝青膠泥等柔性粘結(jié)材料，這種材料可以適應(yīng)一定的變形且不老化。施工中隔震層墻體垂直隔震縫留置如圖11(a)所示。隔震層當(dāng)頂部遇有梁時，梁邊墻體兩側(cè)需要留置寬度250mm的空腔，如圖11(b)所示，空腔內(nèi)填充柔性材料，表面

圖11 隔震層墻體構(gòu)造做法

5 隔震層其他構(gòu)造施工要點

5.1 隔震層墻體

塑料板封口，允許地震時塑料板破壞，支座與墻體隔震構(gòu)造做法如圖11(c)所示。

5.2 隔震層處樓梯構(gòu)造

樓梯隔震層處理應(yīng)在相應(yīng)梯段處斷開，梯段上部與二層梁板懸臂連接，梯段下部與底層柱整體澆筑。如(圖12)所示。施工中，模板工程認(rèn)真安裝，確保質(zhì)量，使得隔震上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)完全斷開，斷開的垂直高度為50mm，面層裝修后，實際剩下15mm，填充瀝青膠泥，這樣的施工方法能夠完全滿足要求。

5.3 設(shè)備管線構(gòu)造

圖12 梯段斷縫構(gòu)造處理

通過隔震層的全部設(shè)備管線(如電線、上下水管、消防管、避雷線等)均做柔性處理，以適應(yīng)隔震層的變形，防止地震發(fā)生時產(chǎn)生次生災(zāi)害，如圖13(a)所示。設(shè)備管線的隔震措施不足之處在于，經(jīng)工程竣工驗收，認(rèn)為部分軟接頭長度過小，長度小于400mm，不能充分發(fā)揮作用，建議調(diào)換軟接頭，長度為2倍的水平變形量，既不小于500mm。調(diào)換后如圖13(b)所示。

圖13 設(shè)備管線柔性構(gòu)造處理

5.4 建筑沉降和隔震支座壓縮變形觀測

隔震建筑需對隔震支座的壓縮變形進(jìn)行觀測，本工程采用的觀測方法是在隔震層上的二層柱底放置觀測預(yù)埋件，掛重錘進(jìn)行變形觀測。在隔震支座附近的上下連接部位四邊分別彈一條水平線，量取這四組水平線之間的豎向距離并平均。隔震支座壓縮變形量超過10%，需對隔震支座進(jìn)行更換。工程竣工至今，經(jīng)過觀測，壓縮變形量為3-6mm，滿足要求。平均每周觀測一次，全過程主要的三次沉降觀測分別是(1)主體框架梁柱澆搗后;(2)砌體工程結(jié)束后;(3)工程竣工前。

建筑物的沉降觀測仍然按照傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)沉降觀測方法。有所不同的是，基礎(chǔ)沉降的值還需疊加隔震支座產(chǎn)生的壓縮變形值。

6 結(jié)語

以某底層柱頂隔震宿舍樓建筑為例，介紹了隔震層的施工過程，提出了底層柱頂隔震建筑施工工藝流程，得到了以下結(jié)論。

(1)提出了下支墩的混凝土施工質(zhì)量控制方法以及隔震支座安裝的質(zhì)量控制要點和方法。

(2)結(jié)合隔震技術(shù)原理，提出隔震建筑的填充墻體、線路管線、樓梯等構(gòu)造處理措施，并提出隔震支座沉降和變形觀測方法。

(3)此外，施工過程中發(fā)現(xiàn)由隔震技術(shù)應(yīng)用所引起的施工增加難度，延長施工工期和相應(yīng)工程造價的增加，均不能體現(xiàn)在工程造價定額構(gòu)成中，有待進(jìn)一步研究。

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[2]張樹傳.某高層建筑隔震設(shè)計[J].福建建筑，2010，149(11):59-63.

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[10]吳應(yīng)雄.低位層間隔震技術(shù)在某框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究[J].福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，40(6):807-813.

[11]GB50755-2012，鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范[S].