穿越支承型防震缝节点构造施工技术
1 技术背景
当2栋建筑在平面上存在较多重合区域时,由于建筑造型、使用功能及结构体系等原因,通常不适合在重叠区域边界以传统方式切直缝脱开;若采用强连接的方式将2栋建筑结合为1栋,则形成抗震严重不规则结构,在地震作用下,连接部位因2栋建筑震动不一致被严重破坏。
针对上述问题,在重叠区域边界节点处,需同时满足既可消除地震作用下2栋建筑间相互传递水平剪力及局部碰撞导致的结构抗震影响,又能为被穿越结构在支座节点处提供竖向支撑,该节点构造受力情况复杂、施工工艺难度大。
2 技术方案分析
建筑重合区域结构抗震主要依赖结构和构件的变形耗散地震能量,抗震设计中应发挥和提高结构与构件延性,采取措施使结构的破坏模式有更合理的变形和耗能机制,达到预期抗震能力。为消除地震对各主体结构的影响,提高房屋建筑的抗震能力。充分考虑重叠区域被穿越结构在重力荷载作用下的竖向力传递路径,保证地震时2栋建筑实现独立震动,在支承部位传递水平地震力及由于缝宽不足发生碰撞等导致结构破坏的假设下,得出穿越支承型防震缝节点构造技术方案初步思路。
穿越支承型防震缝节点构造,即在被穿越结构支座节点上设置用于穿越结构框架柱的孔洞,在穿越结构框架柱上设置环形支承牛腿,穿越结构框架柱穿过被穿越结构支座节点,被穿越结构支座节点放置于穿越结构框架柱的环形支承牛腿上,穿越结构框架柱与被穿越结构支座节点的孔洞间形成环形防震缝,缝宽满足结构地震时独立震动不发生碰撞的要求。
将被穿越结构支座节点放置于框架柱的环形支承牛腿上,同时在穿越结构框架柱与被穿越结构支座节点间形成环形防震缝,且环形防震缝满足缝宽设计要求,使2栋建筑在遭遇大地震时能相对滑动但不发生碰撞,且被穿越结构支座节点的环形防震缝还能将竖向力传递至穿越结构框架柱上。
结合模拟试验、工程实践等多重分析论证,进一步优化穿越支承型防震缝节点构造技术方案,推广至不同主体结构重叠区域边界节点的构造实施技术。穿越支承型防震缝节点构造包括被穿越结构支座节点及穿越结构框架柱,在被穿越结构支座节点上设置用于穿越结构框架柱穿过的孔洞,在穿越结构框架柱上设置环形支承牛腿,穿越结构框架柱穿过被穿越结构支座节点,且被穿越结构支座节点放置于穿越结构框架柱的环形支承牛腿上。其中环形支承牛腿顶面设置预埋钢板,预埋钢板通过钢板锚筋与环形支承牛腿固定连接,在被穿越结构支座节点底面设置支座节点底板,支座节点底板通过支座锚筋与被穿越结构支座节点固定连接,在预埋钢板上设置剪力释放板,设置支座节点底板的被穿越结构支座节点放置于剪力释放板上。
剪力释放板采用聚四氟乙烯板,并黏结固定在预埋钢板上。聚四氟乙烯(PTFE)是一种白色热塑性材料,具有极低的摩擦系数、较高的强度和较强的拉伸率。被穿越结构支座节点的竖向力可传递到穿越结构的环形支承牛腿上,由于接触部位设置聚四氟乙烯板,而聚四氟乙烯板与支座节点底板间摩擦系数很小,可有效阻隔传递水平力,因而能消除2栋建筑相互传递地震水平力的情况,使2栋建筑可独立设计,受力明确,避免接触部位的抗震影响。穿越支承型防震缝节点构造如图1所示。
在被穿越结构支座节点的孔洞内设置竖向环管,竖向环管底端部与支座节点底板内环边相焊接,竖向环管与穿越结构框架柱间形成环形防震缝,环形防震缝缝宽满足2栋建筑结构独立震动时不发生碰撞的位移要求,在环形防震缝内填充柔性材料,如沥青麻丝等,可保证建筑使用功能不受影响,且不会传递水平力影响环形防震缝的功能。
在竖向环管外周焊接环形补强钢板,被穿越结构支座节点在孔洞处被截断钢筋焊接于环形补强钢板上。将节点纵筋焊接在环形补强钢板上补强节点。被穿越结构支座节点开有较大孔洞,使支座节点处的纵筋不能连续通过,而该部位受力较大,将两侧附加钢筋的补强方式不能确保截断纵筋应力的有效传递。在竖向环管上焊接环形补强钢板,将不能穿过孔洞的钢筋焊在环形补强钢板上,实现节点两侧应力传递,从而确保节点强度,有效补强被穿越结构支座节点因孔洞截断较多钢筋导致的削弱。环形补强钢板如图2所示。
重力作用下,被穿越结构支座节点将竖向力传递至穿越结构框架柱的环形支承牛腿上。地震作用下,2栋建筑发生震动时,由于环形支承牛腿顶面的预埋钢板与被穿越结构支座节点底面支座节点底板间摩擦系数很小,基本不传递水平力,被穿越结构支座节点在环形支承牛腿上可自由滑动,且环形防震缝具有足够的宽度避免2栋建筑结构在大震时发生碰撞,从而消除固定连接导致的抗震影响。另外,将被穿越结构支座节点孔洞处被截断钢筋焊接在环形补强钢板上,从而有效传递被截断钢筋的应力,确保节点强度。被穿越结构支座节点孔洞内设置竖向环管可作为节点孔洞边的混凝土模板,以便环形防震缝的成型及保证缝宽。此外,竖向环管上焊接环形补强钢板还可提供支承固定,有利于节点在使用阶段的受力。
3 工程实例
实施穿越支承型防震缝节点构造技术的工程如图3所示。被穿越结构为室外单层连廊,采用板柱结构体系;穿越结构为高层办公楼,采用框架剪力墙结构体系;穿越结构框架柱为高层办公楼的跃层柱,穿过单层连廊。在2栋建筑相交部位采用穿越支承型防震缝节点构造技术,被穿越结构在相交部位有竖向支撑点,保证连廊结构在重力作用下受力合理。2栋建筑的动力特性差异极明显,地震作用下震动相差很大,通过本节点构造技术,可确保接触部位的自由滑动,不会因相互拉扯传递水平剪力,也不会因缝宽不足而碰撞,避免两侧结构的抗震影响。重叠区域如图4所示。
3.1 施工整体流程
施工整体流程:模板加固→钢筋绑扎→环形支承牛腿顶面钢板预埋→第1次混凝土浇筑→聚四氟乙烯板→竖向环管及环形补强钢板焊接→钢筋焊接→第2次混凝土浇筑→防震缝柔性材料填充。
3.2 各流程操作要点
3.2.1 模板加固
环形支承采用特制的15mm厚胶合木模板,由穿越柱中心定位开始,4道环形钢管作为次楞,与柱中心间距依次增加700,600,600,600mm。沿环形每30°设置1根钢管作为主楞,每条主楞沿高度方向垂直设置4根钢管斜撑。加固方式如图5所示。
3.2.2 环形支承牛腿钢板及被穿越结构底板钢板
经结构计算复核,预埋钢板(下锚板)采用10mm厚Q345B钢板,均匀排布2410,长150mm。被穿越结构支座节点底板(上锚板)采用10mm厚Q345B钢板,均匀排布2410,长150mm。具体排布方式如图6所示。
3.2.3 第1次混凝土浇筑
浇筑过程中,加强控制振捣过程,采用小型振捣棒及人工配合振捣,待强度>85%,进入下道工序。
3.2.4 剪力释放板
环形支承牛腿预埋钢板与支座节点底板钢板间需满铺聚四氟乙烯板,作为剪力释放板,聚四氟乙烯板与上下2层钢板间摩擦系数小,可有效阻隔水平力传递,能消除地震作用下2栋建筑相互传递的地震水平力。
3.2.5 被截断钢筋焊接
在竖向环管上焊接环形补强钢板,将不能穿过孔洞的钢筋焊接在环形补强钢板上,采用双面满焊实现被截断钢筋应力的有效传递,确保节点强度。
3.2.6 第2次混凝土浇筑
竖向环管作为施工节点孔洞边的混凝土模板,保证缝宽。浇筑前在上锚板外边缘浇筑油膏嵌缝,防止混凝土进入剪力施放板层,影响剪力施放效果。油膏位置如图7所示。
3.2.7 防震缝填充
防震缝需填充沥青麻丝柔性材料,保证建筑使用功能不受影响,且不会传递水平力影响环形防震功能。
穿越支承型防震缝节点构造技术仅依靠设计计算并不足以普适,还需依靠工程实践和经验总结。通过该工程的节点构造实施,结合现场实际情况加以优化,顺利实现建筑设计意图,结构承载抗震性稳定。
4 结语
当2栋建筑在水平投影上有重叠区域时,采用穿越支承型防震缝节点构造,不仅保证上部结构支承作用,提供被穿越结构的支承力,减少多余支承设计,消除地震作用下2栋建筑间水平剪力传递及局部碰撞导致的影响,具有很好的抗震性能。施工难度较低,作用效力更高。
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