根據(jù)日本抗震構(gòu)造協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2005年在日本，隔震住宅所占的比重已提高至48%；在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，至2003年已有超過(guò)20棟以上的隔震住宅案例，目前數(shù)量仍在急速增加中，隔震建筑已轉(zhuǎn)為以普通民生需求為主。中國(guó)內(nèi)陸在經(jīng)歷汶川地震后，建筑隔震技術(shù)研究應(yīng)用也在深入推進(jìn)中。

隔震結(jié)構(gòu)利用隔震裝置延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期，增加阻尼比，以降低地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。常見(jiàn)的隔震裝置有低阻尼橡膠隔震支座、高阻尼橡膠隔震支座；鉛芯橡膠隔震支座（LRB），主要應(yīng)用于橋梁及建筑物；滑動(dòng)式隔震裝置（FPS），多應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)；滾動(dòng)式隔震裝置，經(jīng)證實(shí)對(duì)設(shè)備物隔震有顯著的效果。

隔震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的隔震層是關(guān)鍵樓層，其施工質(zhì)量與精度的要求相對(duì)嚴(yán)格。工程中，隔震裝置底面平整度要求為1/500，水平位置精度為±5mm，此精度對(duì)鋼筋混凝土而言相當(dāng)嚴(yán)格，現(xiàn)澆施工很難達(dá)到精度控制要求，一般需進(jìn)行二次整修，但施工效率不高。采用裝配式施工法進(jìn)行隔震層施工，是控制隔震層施工精度，達(dá)到理想施工質(zhì)量的有效做法。

1 臺(tái)灣大學(xué)土木研究大樓隔震設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

以臺(tái)灣大學(xué)土木研究大樓為例，介紹隔震層裝配式施工。臺(tái)大土木研究大樓是一綜合試驗(yàn)、辦公、會(huì)議及研究等功能的隔震建筑物，其隔震層采用全預(yù)制混凝土裝配式隔震施工法。

建筑物地下1層、地上9層，屋面突出2層，隔震層設(shè)置于2層，屬中間層隔震體系，隔震層上部為框架系統(tǒng)，下部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用3m深筏式基礎(chǔ)?？偨ㄖ娣e為10084㎡，建筑平面屬長(zhǎng)條形，長(zhǎng)寬比約為4.4，各層高分別為：地下1層4.2m，1層6.5m（大廳及材料實(shí)驗(yàn)室），2層(隔震層)3.2m，3~9層均為3.6m，不含屋面突出部分總高度為35.7 m(圖1)，建筑物的高度與長(zhǎng)向、短向的比值分別為0.57∶1與2.53∶1。

                            圖1  臺(tái)大土木研究大樓結(jié)構(gòu)立面圖

1.2 隔震層設(shè)置與LRB隔震支座選用

本項(xiàng)目地下室為停車(chē)場(chǎng)與機(jī)房，1層為入口大廳與實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室地板厚600mm，考慮到總體工程造價(jià)與使用性能要求，項(xiàng)目的隔震層主要設(shè)置于地上2層，柱下均設(shè)置鉛芯橡膠隔震支座，共19個(gè)。此外，隔震層附加配置速度型阻尼器，以提高阻尼、降低位移，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮阻尼器的貢獻(xiàn)，隔震層配置平面圖如圖2所示。

圖2  臺(tái)灣大學(xué)土木研究大樓隔震層配置平面圖

隔震支座LRB的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將建筑物有效周期控制在3s左右。根據(jù)隔震層最大水平位移控制值，選取LRB的高度。在最大地震作用（50年超越概率2％）下，使橡膠層水平方向剪應(yīng)變控制在250%以內(nèi)，以保證鉛芯橡膠隔震支座具有較好的穩(wěn)定性。假設(shè)上部結(jié)構(gòu)(隔震層以上的結(jié)構(gòu))的基底固定，按一般剛性結(jié)構(gòu)分析時(shí)，其第1階振動(dòng)周期為0.90s，按照隔震周期延長(zhǎng)目標(biāo)值，經(jīng)迭代運(yùn)算，并參考廠商的隔震器規(guī)格后，選用的LRB規(guī)格如圖3所示。豎向剛度Kv為338100kN/m, 剪切初始剛度為20710kN/m，剪切屈服剛度1500kN/m，兩鉛芯直徑均為φ145mm。

圖3  臺(tái)灣大學(xué)土木研究大樓選用的LRB規(guī)格說(shuō)明

LRB天然橡膠每層厚度取8mm，28層總高224mm，加上頂?shù)卒摪搴穸?，LRB總高度為342mm(不含上下基座鋼板)，考慮最大地震作用，且不考慮阻尼器效應(yīng)時(shí)，其位移設(shè)計(jì)值為500mm，剪應(yīng)變?yōu)?23%，小于250%。

混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比取2%，基本設(shè)計(jì)地震作用(DBE，50年超越概率10％)下，結(jié)構(gòu)等效阻尼比為26.18%，隔震樓層有效總剛度為46618kN/m，隔震結(jié)構(gòu)的等效周期為2.93s；最大地震作用(MCE，50年超越概率2％)下，結(jié)構(gòu)等效阻尼比為20.98%，隔震樓層有效總剛度為40415kN/m，等效周期為3.14s，符合隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

按中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，隔震支座應(yīng)具有足夠的抗風(fēng)強(qiáng)度，風(fēng)荷載作用下不可產(chǎn)生屈服。臺(tái)灣大學(xué)土木研究大樓南北向受風(fēng)面積最大，圖3規(guī)格的LRB可滿足規(guī)范的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)要求。

2  裝配式隔震層預(yù)制分割及施工

裝配式施工法是指將隔震層結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元分解，對(duì)施工各步驟環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，采用3D軟件建模進(jìn)行碰接檢核，并對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行3D模擬，以簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高工程質(zhì)量，達(dá)到高精度要求與縮短工期的施工方式。

隔震建筑物通常分為隔震層上部結(jié)構(gòu)、隔震層以及隔震層下部結(jié)構(gòu)，其中隔震層分解為：LRB下承支座、LRB與上下定位鋼板、LRB上承支座以及上承支座上部結(jié)構(gòu)四大裝配組件（圖4）。也可進(jìn)一步拆解為更小的裝配單元，或?qū)RB隔震墊與上下承支座合為一整體裝配單元。裝配單元的設(shè)計(jì)與分割需考慮結(jié)構(gòu)性能、加工制造條件以及安裝可行性等問(wèn)題，使施工效益提升。

圖4  隔震層組件

2.1  LRB下承支座

LRB下承支座可采用鋼筋籠與模板預(yù)裝組件、半預(yù)制混凝土組件以及全預(yù)制混凝土組件等方式進(jìn)行施工，組件單元見(jiàn)圖5。圖5(a)為將鋼筋籠預(yù)組成單元，并與其模板事先組合好，預(yù)組單元吊至現(xiàn)場(chǎng)安裝定位后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿。采用此模式需事先詳細(xì)檢核其與上下接口的關(guān)系以避免安裝沖突產(chǎn)生，采用此模式可進(jìn)一步減少現(xiàn)場(chǎng)的模板作業(yè)。

 圖5  LRB下承支座組件

圖5（b）為將LRB及其下承支座作為一個(gè)半預(yù)制單元在工廠進(jìn)行制作，底座上方約5cm部分在現(xiàn)場(chǎng)灌注無(wú)收縮砂漿，現(xiàn)場(chǎng)施工步驟為預(yù)制部分安裝定位、隔震墊(LRB)下底板定位、下底板周?chē)饽?、無(wú)收縮砂漿灌注、拆模。

圖5（c）為一完整的全預(yù)制單元，與半預(yù)制單元不同，其隔震墊（LRB）下底板預(yù)制已在下承支座構(gòu)件中，現(xiàn)場(chǎng)只有預(yù)制單元吊裝、定位與安裝作業(yè)項(xiàng)目。本項(xiàng)目采用鋼筋籠與模板預(yù)裝組件形式。

2.2 LRB及其上、下定位鋼板

LRB是由鉛芯、橡膠與分層鋼板組成的隔震裝置，通過(guò)定位鋼板與混凝土上、下承支座進(jìn)行固定，其基本組件有下定位鋼板、LRB與上定位鋼板，也可將上、下底板分別與上、下承支座以預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)局部灌注方式進(jìn)行連接。

圖6  LRB及其上、下定位鋼板組件

圖6（a）為L(zhǎng)RB下定位鋼板，板下側(cè)設(shè)有剪力釘與固定螺栓孔，通過(guò)定位鋼板，使LRB固定于下承支座；圖6（b）為L(zhǎng)RB積層鉛芯橡膠隔震墊，與下承支座及下定位鋼板連接；圖6（c）為L(zhǎng)RB與上定位鋼板，板上設(shè)有剪力釘與固定螺栓孔，通過(guò)此鋼板將LRB固定于上承支座。

2.3 LRB上承支座

LRB上承支座將隔震層以上的荷載向LRB隔震墊傳遞，上承支座與上部結(jié)構(gòu)的梁、柱及樓板連接，其下部與LRB固定，上承支座與LRB合并一個(gè)預(yù)制單元（圖7(a)）。本項(xiàng)目是LRB與上承支座為一個(gè)整體預(yù)制單元，現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位方式進(jìn)行施工。當(dāng)?shù)跹b等條件允許時(shí)，上承支座與LRB及下承支座合并為整體預(yù)制單元（圖7(b)）。

圖7  LRB預(yù)制承座組件

2.4 上承支座與上部結(jié)構(gòu)

與上承支座連接的上部結(jié)構(gòu)，包括柱、梁、樓板，可采用預(yù)制方式，通過(guò)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)處混凝土，將系統(tǒng)結(jié)合為整體。待預(yù)制下承支座，LRB及上承座組件吊裝就位后，將其上部梁構(gòu)件就位，鋪放上層鋼筋，進(jìn)行樓板澆筑，此樓板可以是疊合板或現(xiàn)澆板（圖8）。

圖8  上承支座與上部結(jié)構(gòu)

2.5 隔震層施工流程

本項(xiàng)目隔震層分隔方案見(jiàn)圖9,隔震層中的現(xiàn)澆模塊的鋼筋為工廠組模，預(yù)制模塊為上層支座與LRB及其上層鋼板組件。

圖9  隔震層分割

隔震層安裝施工時(shí)，第一步：先放樣，檢查下層柱出筋；第二步：安裝下承支座鋼筋籠，進(jìn)行模板組裝；第三步：進(jìn)行下承支座試灌漿；第四步：對(duì)下承支座正式灌漿（含50mm無(wú)收縮砂漿灌注）；第五步：拆模；第六步：LRB與上承支座組件吊裝；第七步：上承支座上部結(jié)構(gòu)吊裝；第八步：進(jìn)入上部結(jié)構(gòu)施工工序。如圖10所示。

(a)下層柱出筋檢查

（b）下承支座與下定位板就位

(c)下承支座試灌漿

(d)下承支座灌漿

(e）灌漿與拆模模擬

(f)LRB與上承支座模擬

 (g)LRB與上承支座吊裝就位

(h)上部結(jié)構(gòu)吊裝模擬

（i）上部結(jié)構(gòu)吊裝

圖10  隔震層裝配施工圖

3 施工過(guò)程

項(xiàng)目于2007年7月開(kāi)始進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，經(jīng)功能定義、空間規(guī)劃、建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取得許可后，2008年1月12日開(kāi)挖動(dòng)土。陸續(xù)完成基礎(chǔ)、地下室、1層實(shí)驗(yàn)室、隔震層及其上部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外墻與機(jī)電管線等于2008年6月23日通過(guò)驗(yàn)收投入使用。地上結(jié)構(gòu)體工期58d（3月16日到5月12日），包含1層挑高預(yù)制大廳與實(shí)驗(yàn)室、隔震層、2~8層標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制層以及屋突等，其中隔震層施工時(shí)間為13d，整個(gè)項(xiàng)目工期緊湊，環(huán)環(huán)相扣。隔震層支座完工如圖11所示，建筑完工后實(shí)景見(jiàn)圖12。

圖11  隔震支座完工

圖12  建筑完工后實(shí)景

更多內(nèi)容詳見(jiàn)《減震技術(shù)》第4期文章：臺(tái)大土木研究大樓裝配式隔震層預(yù)制設(shè)計(jì)施工介紹；作者：尹衍梁1，王瑞禎2，吳子良2，唐雪梅3；單位：1 潤(rùn)泰集團(tuán), 臺(tái)北 105； 2 潤(rùn)弘精密工程事業(yè)股份有限公司, 臺(tái)北 105；3 潤(rùn)鑄建筑工程（上海）有限公司, 上海 200436。