北京大兴国际机场航站楼核心区工程层间隔震支座及防火包封施工技术
1 工程概况
北京大兴国际机场航站楼核心区总建筑面积约60万m2,地下2层,地上5层,地下2层为轨道交通层,共设5条轨道,其中西侧为京雄高速铁路,部分车辆以≥300km/h速度过站不停车;工程主体结构为现浇钢筋混凝土框架结构,局部型钢混凝土结构,工程抗震设防烈度为8度。航站楼核心区主体结构在±0.000位置设置隔震层,一方面满足重要的公共建筑和国家重点工程有抗震设防的要求,另一方面可减小高速列车通过产生的振动对上部结构的影响。
北京大兴国际机场航站楼核心区工程隔震层设置在±0.000位置、地下1层框架柱顶部,隔震构件全部位于地下1层上部空间内。地下1层北侧为地下2层轨道交通的连接过厅、预留远端卫星指廊的APM旅客站台和各类机房及机电管廊与各类后勤保障用房,局部为结构空间。以天然橡胶和钢板叠合而成的橡胶隔震支座有防火的功能需求。
2 层间隔震设计方案
北京大兴国际机场航站楼核心区工程隔震层设置在本工程隔震层位于±0.000处,隔震层由铅芯橡胶隔震支座、普通橡胶隔震支座、弹性滑板隔震橡胶支座和黏滞阻尼器组成。隔震层布置范围及结构剖面如图1所示。
隔震层内隔震支座类型统计如表1所示,隔震构件分布如图2所示。
3 隔震支座构造及安装方法
3.1 构造
1) 普通橡胶支座普通橡胶支座由圆柱形层叠天然橡胶钢板和法兰盘组成,法兰盘一端通过螺栓与层叠的橡胶钢板连接,另一端通过螺栓连接的锚固钢筋锚固在混凝土结构内。普通橡胶支座构造如图3所示。
2) 铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座为在普通橡胶支座中心增加1根竖向铅棒,增大支撑横向阻尼系数。
3) 弹性滑板支座滑板支座是取消橡胶支座叠层橡胶钢板上端与法兰盘的连接螺栓,在上端连接板与法兰盘间设聚四氟乙烯板,并增大上部法兰盘,使下部橡胶支座相对于上部结构有更大位移量。弹性滑板支座构造如图4所示。
3.2 安装方法
混凝土结构施工时,隔震支座通过上、下法兰盘使用螺栓与预埋在混凝土结构内钢筋以套筒形式进行机械连接 (见图5) 。
地下1层框架柱钢筋绑扎后,通过定位预埋板先将法兰连接螺栓与预埋锚固钢筋通过套筒临时固定 (见图6) ,并精确找平,保证预埋螺栓位置、标高精度。
隔震支座下端的预埋定位板在柱混凝土浇筑完毕后拆除,将柱头混凝土浮浆及松散混凝土剔凿后再将预埋板安装后灌注灌浆料,待灌浆料养护至一定强度后即可安装支座,支座上部锚筋与支座同时安装,并保证上端法兰盘位置模板拼缝严密,上部结构浇筑时不得接触法兰盘振捣。
4 防火包封设计
4.1 隔震支座特点
1) 隔震支座有多种型号和类型隔震支座分为3种:普通橡胶支座、铅芯橡胶支座、弹性滑板支座。每种类型支座又分为不同型号,共计6种规格,不同种类及规格的隔震支座因支座与混凝土结构相对位置关系不同,需针对每个规格支座进行针对性构造设计。
2) 隔震支座环境复杂航站楼核心区工程所有地下1层框架柱顶端均设有隔震支座,地下1层设有轨道交通转换大厅、预留通向中央指廊的APM通道、设备机房、服务车道、后勤服务用房等,局部为结构空间,隔震支座工作状态所处的环境差异较大。
3) 隔震支座跨越防火分区核心区地下1层内所有框架柱顶部均设有隔震支座,地下1层根据建筑功能及面积划分为几十个防火分区,部分框架柱及上部隔震支座位于防火分区的分隔位置,则隔震支座防火要求需按防火分隔墙标准执行。
4) 外观应满足装饰要求地下1层大部分空间无吊顶或为吸顶吊顶,隔震支座防火包封将外露,防火包封外观效果需满足装饰要求。
5) 工作环境下的变形航站楼核心区平面超长、超宽,即使在工程竣工后的正常使用状态,夏季与冬季温差仍会导致隔震层上部结构具有一定的因热胀冷缩造成的变形,防火应能适应结构正常使用状态下的变形。
6) 考虑地震作用下的变形使用能力航站楼核心区隔震支座在罕遇地震作用下极限变形为600mm,隔震支座变形应综合考虑使用情况、设计生命周期内的变形、建筑功能布局及安装空间等。
4.2 普通橡胶支座、铅芯橡胶支座防火包封设计
4.2.1 聚苯颗粒防火砖
防火包封第1道措施是在隔震橡胶支座四周设置1道100mm厚聚苯颗粒防火砖,防火砖分为上、下2部分,分别使用环形钢板与隔震支座的法兰盘连接,防火砖上、下2部分间使用防火密封胶封堵。使用100mm厚防火砖可有效起到防火保护作用;在防火砖中间设置10mm宽空隙,可在较大变形情况下避免隔震支座与防火砖碰撞;防火砖采用聚苯颗粒材料,强度较低,即使隔震支座与防火砖发生碰撞,防火砖会先破坏,且支座外层有橡胶保护层,不会破坏支座,不影响结构安全;防火砖之间的10mm宽空隙使隔震支座在较大变形情况下,保持上、下2部分防火砖的相对完整,防火密封胶保证在正常情况下的防火包封的密闭性。第1道防火砖深化设计如图7所示。
4.2.2 防火帘+锥形钢板
防火包封第2道措施是在隔震支座防火砖外侧绑扎固定1道30mm厚防火无机布,在支座下端固定1道开口向上的锥形钢板。在隔震支座变形后,聚苯颗粒防火砖防火胶密封位置会有相对变形,乃至脱开,严重情况可能会有碎块脱落,锥形钢板可形成一个托盘,避免破碎防火砖掉落下方,防止伤人;隔震支座位于框架柱顶端,在发生火灾情况下,火势会自下而上,锥形钢板在隔震支座下端形成伞状防护,可在隔震支座外侧形成一定隔离区域;防火帘为无机布,固定在隔震支座上端法兰盘外侧,且为通高设置,配合锥形钢板可有效隔离明火与防火帘内侧构件的直接接触,起到防火、隔热作用。
锥形钢板上口开口尺寸取300mm,尽管隔震支座设计极限变形为600mm,但极限变形的条件是在罕遇地震情况下,发生概率小,航站楼核心区主要设备机房均在地下1层,管线密集,空间受限。航站楼核心区结构设计基准期为50年,多遇地震理论重现期为50年,设防烈度地震为475年,罕遇地震随烈度高度变化而有所区别。经与设计方沟通,锥形钢板开口尺寸按多遇地震考虑,取300mm可满足隔震支座变形要求。防火帘及锥形钢板深化设计如图8所示。
4.2.3 防火分区节点
隔震支座外侧防火包封采用“防火砖+防火帘+锥形钢板”构造保护隔震支座,但锥形钢板为环状,在防火分隔墙位置,锥形钢板与防火帘间存在300mm宽空隙,为预留变形空间,需进行防火封堵。
1) 锥形钢板边缘以下随地下1层砌筑墙体砌筑,相对于下部结构固定。
2) 锥形钢板上部为轻钢龙骨墙体,隔墙固定在上部混凝土结构上,轻钢龙骨隔墙与锥形钢板上口及下部砌筑隔墙间预留20mm空隙。
3) 轻钢龙骨隔墙与下部砌筑墙体间空隙使用岩棉封堵后,在墙面上设置金属盖板,分为2部分,分别固定,并具有相对滑动变形的能力。
4) 锥形钢板内使用双层无机布,按防火帘标准进行封堵 (见图9) ,达到功能需求。在正常使用状态下,可保证封堵完好,在多遇地震情况下,地震波影响时间一般约10s,地震波影响结束后隔震支座可基本恢复原位,无机布封堵会出现局部破损,属于可接受情况。
4.3 弹性滑板支座防火包封设计
弹性滑板支座防火包封做法与普通橡胶支座、铅芯橡胶支座的防火包封基本一致,因上部支座直径较大,为便于分隔墙体部位封堵,将无机布防火帘设置在锥形钢板内侧边缘,并增设1道防火砖 (见图10) 。
5 防火包封施工
5.1 防雷接地扁钢处理
隔震支座防火包封前,先将隔震支座四周的4根接地Ω环调整就位,Ω环弧度应满足防火砖、防火帘的安装,且不能凸出锥形钢板,并满足隔震支座在地震作用下的变形要求。Ω环焊接需采用钢板遮挡避免损坏隔震支座。隔震支座外层保护层在防火砖安装前不得拆除,避免因失误造成隔震支座表面损伤。
5.2 防火砖施工
隔震支座防火砖安装前先安装连接钢板,连接钢板分为上、下2部分,厚2mm、高150mm, 1个圆周分为4块,与隔震支座法兰盘电焊连接。
100mm厚聚苯颗粒防火砖一周分为4块,每块使用4颗自攻螺钉与连接钢板固定,防火砖为企口拼接,自攻螺钉长度需穿过连接板20mm,使用黏结砂浆封堵自攻螺钉。防火砖节点如图11所示。
下部防火砖安装应保证上表面平整,下部防火砖安装完毕后,在防火砖上端面铺贴10mm厚阻燃橡胶片,安装上部防火砖,上部防火砖与防火柔性材料搁置接触,然后再安装固定,固定方法同下部防火砖。上部防火砖固定完毕后,将阻燃橡胶片外侧使用防火密封胶封闭。防火砖与隔震支座上、下支墩及拼接企口均使用砂浆砌筑。
5.3 防火帘安装
防火帘上端固定位置每30cm设置1个固定环扣 (见图12) ,用于穿钢丝绳。先将防火帘沿防火板与上支墩接合圆周线包覆一周并拉紧,同时将搭接处粘合在一起,然后将防火帘上端耐高温钢丝绳使用锁紧机构将软帘上端固定在上防火板处,最后使用耐高温钢丝绳将软帘搭接处两端带圈螺栓锁紧牢固,防火帘下端自由垂下。
5.4 锥形钢板安装
每个隔震支座需用6件锥形钢板,组成围护圆周。安装锥形钢板时,锥形钢板下端内圆弧面与下支墩顶的圆形钢圈贴合紧密,并点焊固定;上端搭接处点焊固定。最后安装1块锥形钢板,锥形钢板下端采用六角螺栓拧紧固定;上端搭接处采用自攻螺钉固定。锥形钢板安装完毕后,焊点、防火涂层磨损处应补喷防火涂料;防火帘下端自由端落入贴紧锥形钢圈。锥形钢板安装前面层除锈后进行防腐、防火涂料喷涂,安装后进行修补。面层在装饰施工时随装饰房间的吊顶情况进行处理。
6 结语
北京大兴国际机场航站楼核心区工程为重要的航空交通枢纽工程,工程内隔震层防火包封采取多道设防,可有效控制火灾情况下橡胶隔震支座的表面温度,保证结构安全。
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