唐山新华文化广场位于唐山市路南区、文化路与新华东道交叉口东北角, 地处唐山市商业中心区, 总建筑面积24.2万m², 主要包括6层商业裙房、3栋高层住宅及1栋办公楼, 地下4层和地下3层局部设置防核武器抗力级别为5, 6级的人防区, 战时分别为二等人员掩蔽所和甲类人防物资库, 平战结合, 平时为汽车库。整个建筑地上部分不设结构缝, 划分为5个结构单元:1号楼 (酒店) 地上29层, 建筑高度120m;2号楼 (高层住宅) 地上12层, 建筑高度52.75m;3号楼 (高层住宅) 地上18层, 建筑高度71.65m;4号楼 (高层住宅) 地上27层, 建筑高度99.9m;5号楼 (商业) 地上6层, 建筑高度34.5m, 室内外相对高差为0.300m。如图1所示。

本工程建筑结构安全等级二级, 设计使用年限50年, 地基基础设计等级甲级, 商业部分乙类重点设防, 其他部分丙类标准设防。本地区基本抗震设防烈度8度, 本工程抗震设防烈度商业裙房9度、其他部分8度, 设计基本地震加速度0.20g (8度) , 0.40g (9度) , 设计地震分组第1组, 建筑场地土类别II类, 场地特征周期0.5s, 场地标准冻深0.8m, 场地地基土不会产生地震液化。在结构布置上, 高层住宅部分采用框架-剪力墙结构, 酒店部分采用框架-核心筒结构, 商业部分采用框架-剪力墙结构。其中5号楼为超过2万m²的大型商业, 根据唐山当地要求, 需要提高1度地震作用, 即按抗震9度设防, 为满足建筑功能需要并节约工程造价, 本结构采用了隔震设计, 在-1.700m标高处设置隔震层, 隔震支座根据结构受力需要采用直径900~1 200mm。

本工程使用了388套直径1.2m隔震支座 (1号楼88个、2号楼22个、3号楼45个、4号楼47个、5号楼186个) , 安装时间2个月, 是目前我国在建的使用隔震支座直径最大、建筑高度最高的工程。

新型限位隔震支座包括底盘、FRP隔震墩、限位螺栓3部分。60mm×1 660mm×1 660mm钢板四周焊接60mm×60mm防护板后形成下凹60mm×1 540mm×1 540mm的底盘, 下底盘预埋在下部隔震结构构件 (下支墩) 的上部, 防护板内侧留8个孔深60mm的Φ32mm螺栓孔、中间开DN300排气孔。上底盘无排气孔, 平行下底盘预埋在上部隔震结构构件 (上支墩) 的下部, 中间放置FRP隔震墩, 采用长630mm的Φ32mm高强限位螺栓与下底盘连接。FRP隔震墩由碳纤维 (CFRP) 、玻璃纤维 (GFRP) 及芳纶纤维 (AFRP) 制作1 200mm×1 200mm×600mm矩形柱体, 与上下底盘防护板边框距离为地震作用下建筑物最大水平允许位移的1/2。如图2所示。

为便于FRP隔震墩日后更换, 在隔震支座上下表面铺设1层3mm厚SBS油毡。

由于隔震墩与底盘四周存在间隙, 在多遇地震作用下, 隔震层水平位移较小, 此时隔震层的水平刚度较小, 隔震建筑自振周期较大, 上底盘、下底盘、FRP隔震墩三者之间的摩擦提供较小的水平阻尼力就可使上部结构得到较好的减震效果。

在罕遇地震作用下, 隔震层水平位移较大时, 高强限位螺栓及底盘四周防护板约束FRP隔震墩的移动, 上底盘、下底盘、FRP隔震墩三者之间的摩擦提供水平阻尼力及高强限位螺栓、防护板提供的水平阻尼力共同吸收和耗散地震能量, 阻止并减轻地震能量向上部结构的传递, 最终达到减轻上部结构地震破坏的目的。

更换隔震墩, 需采用2个液压千斤顶撑起底盘, 割除同一侧上下底盘的防护板, 拆除限位螺栓, 更换新的FRP隔震墩及SBS油毡并重新安装限位螺栓、焊接上下底盘防护板。

这种隔震技术不仅可以保证结构的整体安全, 而且能够防止非结构部件的破坏, 避免建筑物内部装修、室内设备的损坏以及由此引起的次生灾害。

工艺流程为:施工准备→测量定位→绑扎下支墩钢筋→支设下支墩模板→安装下底盘→校正固定下底盘→限位螺栓预拧→隔震层竖向管线处理→浇筑混凝土→安装FRP隔震墩→安装上底盘→上支墩施工。

根据施工图纸和施工部位提出材料计划, 做好预埋底盘的技术交底。隔震支座进场后严格核对进场的上下底盘数量和规格, 并按照图纸要求焊接长度为35d的28锚筋。

混凝土强度达到1.2N/mm²时, 可进行测量定位。为确保隔震支座的平面位置准确, 采用全站仪测设每个隔震支座中心点的投影位置, 标定在混凝土面上。

下支墩顶设计标高为-1.700m, 钢筋很密, 为确保预埋锚筋位置准确, 在混凝土面上预先标定8个隔震支座预埋锚筋的竖向投影位置, 以避免预埋锚筋时被主筋阻挡的情况发生。

先绑扎主筋, 再绑扎外侧箍筋和拉钩。梁顶面标高以下的箍筋和拉钩全部绑扎到位, 以上的箍筋和拉钩待梁筋绑完后再施工。在下底盘4个角部各焊1根短钢筋 (与柱墩中附加的钢筋焊在一起) , 短钢筋的顶标高为下底盘下表面标高, 同时将下支墩底模支设完毕。如图3所示。

为方便施工, 应与设计及参建单位沟通, 对于支座处箍筋较密的进行等强代换, 保证下底盘在不破坏钢筋的前提下顺利安装。

为确保下支墩钢筋位置和在浇筑混凝土时上部钢筋不动, 必须在支座上加焊与下支墩梁钢筋同规格的马凳钢筋, 要求马凳高度为:支座高度-{支座部分底部钢筋直径+支座部分顶部钢筋直径+2层 (或3层以上具体根据梁柱节点梁钢筋层数确定) 梁上部钢筋直径+25}, 保证支座部位的下保护层垫块加密垫平, 支座垫块承受的荷载值应大于支座和底部支承部分钢筋、底盘及混凝土自重与所有施工荷载的累加值。

绑扎下支墩钢筋时, 切忌碰撞下底盘, 如单排钢筋位置与预埋锚筋位置冲突时, 可将下支墩钢筋呈2排或多排布置, 箍筋肢数不变。

下支墩模板采用15mm厚木胶合板、50mm×100mm方木。在下支墩下一层模板拆除后, 根据下底盘尺寸支设下部模板, 方木作龙骨, 碗扣架、U形托作为支承体系。支好模板后, 在上面放出隔震支座的平面位置控制线。

因底盘质量比较大, 荷载较集中, 尤其是偏柱心的双底盘, 木方和龙骨必须加密, 次龙骨按照间距150mm布置, 纵立杆按照间距400mm布置。

为保证下底盘顺利穿过下支墩钢筋, 利用木胶合板制作下底盘模型, 根据底模上的定位在下支墩钢筋绑扎时放置。32mm螺栓孔位置插入直径≤20mm的钢筋, 同时套上60mm塑料管, 采用直径≤20mm的钢筋焊接下底盘与下支墩钢筋固定的定位筋, 用以保证浇筑混凝土时下底盘不移位, 完成定位筋焊接后安装、加固下支墩侧模。

利用塔式起重机将下底盘吊至下支墩上, 然后利用葫芦吊将下底盘吊装到位, 下底盘标高和位置调整准确后简单固定。根据隔震支座定位控制下底盘的位置, 初步固定下底盘和控制下底盘水平度, 微调, 保证预埋下底盘的水平度控制在2~3mm, 不同支座的高差≤5mm。

对影响下底盘的梁上个别钢筋穿好不绑扎, 个别主筋调整间距, 等下底盘定位安装好再绑扎牢固。下支墩钢筋绑扎完成后, 对下底盘进行精确校正并固定牢固。

认真复核下底盘轴线、标高及位置, 根据定位线校正下底盘, 必须保证与图纸的符合性。要求下底盘标高高于其支承上铁标高至少50mm, 保证可以微调水平螺母。

为保证下底盘上螺栓孔的位置准确, 同时也为了防止浇筑混凝土过程中套筒内落入混凝土, 先行将高强限位螺栓拧到下底盘上, 但不用拧紧;然后用废旧木胶合板做一块与下底盘形状一致的木板盖上, 防止浇筑混凝土时污染下底盘表面。

在地震作用下塔楼之间最大水平允许位移可达300mm, 因此, 所有穿过隔震夹层的管线、槽、避雷引下线均要进行特殊处理。

直径不大的管线可直接预留一定的伸缩量或做个U形伸缩节进行补偿, 直径较大的管线穿过隔震层的部分应使用柔性波纹金属软管, 使其在位移产生时不被破坏。

保证下支墩混凝土的密实, 没有混凝土收缩空隙, 保证上部楼层集中力通过上底盘、FRP隔震墩传到下支墩后上、下底盘不变形, 采用梁板与下支墩的混凝土一次性浇筑。为防止布料机振动使下底盘发生位移, 采用汽车泵浇筑。

待下支墩混凝土强度达到设计强度的75%以后, 将下底盘螺栓孔清理干净, 涂上黄油。在下底盘上铺设1层3mm厚SBS油毡后将FRP隔震墩放置到下底盘中心位置。

在FRP隔震墩上部铺设1层3mm厚SBS油毡后, 将上底盘扣在FRP隔震墩上, 并用高强限位螺栓牢固地与下底盘连接。

高强限位螺栓应对称拧紧, 拧紧过程分为初拧、复拧、终拧3个阶段, 并在同一天完成。螺栓连接时, 严禁用锤敲打等破坏方法强行穿入螺栓, 另外要保持构件摩擦面的清洁干燥, 严禁雨中作业。

隔震支座检查合格后, 用废旧木胶合板做1块尺寸1 670mm×1 670mm×610mm的矩形木框, 箍住隔震支座, 用塑料胶带封闭上底盘下部与矩形木框间的空隙, 防止施工上支墩时污染、破坏隔震支座。

对上支墩和上部结构墙柱进行测量定位, 验收合格后支设上支墩模板, 用15mm厚木胶合板支设上支墩和梁、板的模板, 上支墩底模上表面标高比上底盘下表面标高高10mm;然后依次绑扎上支墩钢筋、支梁底模、绑扎梁筋、支梁侧模与板底模、绑扎隔震层顶板钢筋、浇筑混凝土。

监测单位应根据需要监测的内容, 有针对性地进行监测装置选择、测点布置、监测次数、监测时间、监测数据的精度等, 根据提出的监测内容编制监测方案, 报请有关单位批准。

工程施工阶段, 监测单位应对隔震支座的竖向变形进行观测并记录。建筑隔震支座的竖向总变形<5mm, 隔震支座之间的差异沉降<3mm。

隔震支座安装阶段, 应对支墩 (或柱) 顶面、隔震支座顶面的水平度、隔震支座中心的平面位置和标高进行观测并记录。建筑隔震支座的安装要求:单个支座的倾斜≤0.5%;支座底部的中心标高偏差≤3mm。

对新型限位FRP建筑隔震支座在温度作用下的水平变形限值不做具体要求, 但需随时观测和记录, 如有异常应及时报业主、参建及相关单位。

通过新型限位隔震新技术在唐山新华文化广场工程中的应用实践可知, 隔震设计可以有效减小上部结构的截面尺寸和配筋, 从而降低工程造价;同时它使结构水平变形集中于隔震层, 使上部结构的层间位移大大减少, 既保护了结构的自身安全, 又能保护结构装修以及内部的仪器设备。相比以前的类似工程, 本工程有以下创新。

1) 隔震墩采用FRP代替橡胶, 刚度、柔韧性好、强度高, 各个部件连接简单且具有轻质的特点, 工艺简单且总体质量轻, 易于推广应用。

2) 采用一次预埋到位, 施工简单方便, 效率高。

3) 为保证限位螺栓的垂直度, 在锚筋底部焊Φ16定位箍筋, 以确保锚筋不产生水平位移;为防止锚筋在浇筑混凝土时偏位, 在隔震支座相同位置处开螺栓孔, 以便于锚筋平面位置和标高的精确定位。

4) 为保证模板下混凝土浇筑密实, 采用木胶合板, 拼缝可以兼作通气孔。