成都博物馆作为国家珍贵文物的陈列中心, 对地震的抵抗能力有极高的要求。该建筑创新地采用了地震动+馆舍+展具+文物的系统防震设计。通过将多连体橡胶支座安装在结构底部和基础之间的隔震技术, 大大减弱了地震对建筑的影响, 多连体橡胶支座隔震体系由多个构造为下支墩、橡胶隔震支座、上支墩的橡胶支座焊接而成。由于该体系作为隔震层时水平刚度小、柔性强, 当发生地震时, 将代替上部结构承受较大的位移^[1], 使上部结构漂浮在该体系上, 达到隔震目的。

建筑物通过设置多连体橡胶支座隔震体系 (见图1) , 延长了自振周期, 在面对相同激励的情况下, 减弱了上部结构受到的地震影响;同时多连体橡胶隔震支座形成的柔性隔震层会吸收和消耗地震能量^[2], 减轻地震造成的不利影响。

对于特定的隔震结构, 需要通过设计计算确定最佳的弹性刚度和阻尼比, 才能达到理想的减震效果。该套多连体橡胶支座隔震体系的等效水平刚度和等效阻尼比均适用于成都博物馆。施工过程中工艺不佳或成品保护不足, 造成较大误差, 将会改变该体系的等效水平刚度和等效阻尼比。不合适的橡胶隔震支座在地震作用下, 可能产生过大的水平位移, 难以保证竖向承载面积, 且结构在震后难以自动复位, 甚至可能因二次弯矩过大导致结构倾倒^[3]。在地震高烈度区, 竖向地震动分量对建筑物的危害也较大, 橡胶支座初始拉伸刚度受剪切变形影响较大^[4]。

通过对多连体橡胶支座隔震体系工作原理的分析, 认为若使该体系能发挥较好的隔震效果, 必须在安装过程中避免出现因施工造成的过大剪切和受拉变形, 最终确定控制重点为橡胶支座的水平位置、标高、因组合支座安装造成的残余装配应力而产生的变形、成品保护等。

在安装多连体橡胶支座隔震体系的过程中, 由施工原因造成的允许范围内的误差、橡胶隔震支座的日渐老化等影响均在该体系的设计考虑范围内。但是如果这类影响超出了允许范围, 那么该体系成型后的等效水平刚度和等效阻尼比将和设计值差异较大, 难以起到应有的隔震作用, 不能减少地震造成的重大损失。

1) 安装辅助模具以保证下支墩的安装精度。设计要求:隔震支座底部的中心标高偏差≤5mm, 平面位置对中误差≤3mm, 单个支座的倾斜度≤1/300。假如安装过程中, 下支墩的安装精度不够, 则可能发生如图2所示的形变, 产生装配应力。支座水平位移的增加会减少支座核心区的受压面积, 减弱内部约束, 随着剪应变的增加, 橡胶支座的等效水平刚度和等效阻尼比均逐步减小^[5]。

2) 使用简易标高控制装置协助完成预埋板标高达到精度要求。如果标高控制不精确, 不仅各橡胶支座间难以形成整体, 且会产生装配应力, 使橡胶支座事先处于受压或受拉状态。橡胶支座在工程受力范围内, 竖向压力对等效水平刚度的影响较小^[6], 当支座受拉时, 内部产生空隙, 支座的性能参数受影响较大。

3) 橡胶支座安装后, 务必先进行成品保护再安装上支墩预埋件。上支墩预埋件安装、主体钢结构施工等焊接工作产生的少量臭氧、高温会极大加速橡胶老化。橡胶老化会使材料常数、等效水平刚度、等效阻尼比等发生变化^[7], 影响该隔震体系的实际效果和使用寿命。

4) 将多连体隔震体系上支墩预埋件在工厂切割并开单V形坡口, 现场安装进行高精度等强焊接, 控制多连体隔震体系整体精度达到要求。各橡胶支座安装时均会产生不同的精度误差, 假如上支墩组合预埋件整体安装过程中, 上支墩预埋件与橡胶支座连接牢固后, 必然会使预埋件交界处的钢板变形, 在整体数量较多、误差累计的情况下, 装配应力会使橡胶支座受较明显的拉、弯、剪等作用, 从而改变该体系的等效水平刚度和等效阻尼比。为保证隔震体系的正常工作, 上支墩组合预埋件采用提前切割、单个安装后再组合的方式。

施工流程:支座基础钢筋→测量定位→配合辅助模具安装预埋钢板→定位、校核并固定钢板→支设下支座基础模板→浇筑下支座基础混凝土, 凝结前检验复核预埋件位置→安装橡胶隔震支座→成品保护→与上部埋件进行连接→支设上部模板→浇筑上部混凝土→拆模及模板支撑→检查验收。

下支墩钢筋笼绑扎后, 直接将橡胶支座预埋件安装在土建钢筋笼上。施工前利用CAD按照实际尺寸绘制大比例节点钢筋布置图, 理顺各钢筋的空间位置及摆放顺序。

下支墩立筋弯锚太长的部分需提前截断, 仅保留5d的弯锚长度, 防止弯锚端影响下预埋件锚筋的就位;预埋件安装到位后再进行下支墩短方向箍筋绑扎;预埋件安装到位、检查合格后方可进行水平方向钢筋网片的绑扎 (见图3) 。

引测轴线到辅助模具上, 将麻绳拉成通线, 同时在下预埋板上弹出十字中线, 施工前提前使用辅助模具进行预埋位置障碍物的清除, 以保证下支墩安装时能精确就位, 完成中心点的控制;辅助模具是与预埋件同尺寸的钢板, 钢板上开有预埋件锚筋位置孔和套筒孔, 将辅助模具放置在下支墩钢筋笼上, 查看钢筋笼的立筋是否妨碍预埋件就位, 并及时处理过长的立筋 (见图4) 。

安装标高控制装置, 使用相应吨位的倒链拉放调整下支墩预埋件, 并使用倒链将下支墩预埋件提升至标高控制装置上表面, 完成标高控制。

利用水准仪初步对预埋板四角进行一次标高复核后, 在下支墩预埋件锚筋的底端焊接平整度控制件, 平整度控制件底部保持水平, 保证下支墩安装的平整度和水平误差, 对预埋板进行二次标高复核和水准尺平整度检查, 确保误差在允许范围内, 完成平整度的调整。

平整度控制件为若干等长的倒T形短肢钢筋, 预埋件角部的短肢钢筋再加设4根斜撑, 既能充分保证整个预埋件的平整度及水平误差, 又能保证不伤及主筋 (见图5) 。

组合预埋件在工厂已切割成双组合件, 为保证双预埋件的相对位置, 现场将单个预埋件就位后先进行点焊, 点焊后安放相等大小的模具, 紧固高强螺栓并校正无误后进行满焊。在下支墩钢筋笼上先点焊下支墩预埋件, 然后在相邻2块下支墩预埋件上表面盖上加固模具, 接着进行2块预埋件间的满焊, 加固模具是与2块相邻下支墩预埋件尺寸相同的钢板。

安装轴线控制装置, 使用轴线控制装置中的螺旋千斤顶顶拉控制大轴线, 使用手拉葫芦吊拉控制细部轴线, 两者配合使用, 完成轴线的控制。轴线控制装置为2根型钢立柱, 设置在下支墩预埋件的相邻两侧, 型钢立柱带有底板且底板与地面固定, 型钢立柱与地面间还设有斜撑柱。型钢立柱上固定有螺旋千斤顶, 螺旋千斤顶支顶在下支墩预埋件的侧边上。通过预埋板水平移动, 控制其平面定位 (见图6) 。

为保证浇筑混凝土过程中预埋件不发生位移, 所有的下支墩预埋件校正到位后必须在其上表面搭设刚性连接件, 既保证预埋件的相对位置, 又保证其中心误差。

支设下支墩模板并浇筑下支墩混凝土, 在下支墩混凝土凝结前拆除轴线控制装置 (见图7) 。

叉车配合人工进行橡胶支座就位, 在橡胶隔震支座上、下封板上放出中心线, 用墨线弹出标记, 使上、下封板中心线与下预埋件中心线对正, 就位后用普通螺栓固定, 最终校正定位后用高强螺栓替换普通螺栓, 进行初拧, 确认无误后进行终拧。

橡胶支座安装完成后必须先对其进行成品保护, 随后进行上预埋件的安装。保护措施为在每个橡胶支座外用厚型双层隔水薄膜包裹, 接头处用透明胶布粘贴牢固, 再在外面包裹1层防火岩棉布。

如因检查验收、沉降观测、成品试验等工作需临时拆除防护措施, 事后必须及时按照上述措施恢复到位。

同时还需用竹胶板加外衬方木进行防护 (见图8) , 考虑到竹胶板不好弯裹, 所以做成正方形, 待上部混凝土浇筑完成后拆除。螺栓部位刷防腐漆, 以保证螺栓的耐久性。

上支墩预埋件需在工厂沿最短方向切割成2个组合件, 且需开单V形坡口, 方便现场等强焊接。

用普通螺栓把橡胶支座连接板与上支墩预埋件紧固连接, 防止焊接上预埋件时的焊接变形;为焊接时不损伤橡胶支座, 橡胶支座连接板与预埋件先不连接到位, 预留10~20mm的缝隙, 缝隙中增加垫铁, 如图9所示。

为防止焊接变形, 相邻2块上支墩预埋件连接处下侧设置衬板, 使用扁铁作为衬板, 材质同母材, 衬板下用10t千斤顶顶紧。

现场安装完成后进行等强焊接, 焊接时注意防火安全及焊接变形技术要求, 进入下一道工序前, 焊缝探伤必须合格。

上支墩施工流程:钢筋放样→钢筋笼绑扎→上支墩模板支设→混凝土浇筑。

预埋件钢筋和上支墩钢筋密集, 浇筑过程中必须振捣密实。

成都博物馆已于2016年3月30日竣工并投入使用, 其中多连体橡胶支座隔震体系全部一次验收合格, 各项性能指标均满足设计要求。通过下支墩预埋件的精确定位、橡胶支座的成品保护、上支墩组合预埋件切割分开安装再组合, 使多连体橡胶支座隔震体系的功能得到保证, 圆满地完成了成都博物馆抗震体系施工的第1步。该安装方法极大提高了橡胶支座的一次成活率, 给工程实施带来了极大的便利。