大型摩擦擺減隔震支座在大跨度桁架中的應用

夏 睿，魏 恒，謝 聰，馬志同

（中建三局集團有限公司，湖北 武漢 43000）

1 工程概況

1.1 工程整體概況

武漢恒隆廣場為香港恒隆地產在武漢投資建設的特大型商業綜合體，位于武漢市江漢區京漢大道與民意四路路口，建成以后將是武漢商業、購物、娛樂的中心。恒隆廣場占地面積超過8 萬m2，被南北走向的游藝路劃分為東西2 個地塊，地上3層以上通過鋼連廊將兩個地塊連接成整體。

鋼連廊為西側剛接，東側鉸接的簡支梁結構體系，為減少地震荷載和溫度應變引起結構變形對鋼連廊的影響，鉸接端設置4 個大噸位摩擦擺式減隔震支座。本文通過對恒隆廣場項目摩擦擺減隔震支座的運用的介紹，證明在保證結構安全的前提下，大噸位摩擦擺減隔震支座在建筑行業值得廣泛地推廣和運用。

1.2 摩擦擺減隔震支座的布置

鋼連廊設置在地上3～7 層，其中3～5 層為鋼桁架結構形式，六層及以上為鋼框架，整個連廊結構高度為50m，最大跨度達到68m。4 個大噸位摩擦擺式減隔震支座的布置如圖1 所示。

圖1 摩擦擺減隔震支座布置圖

摩擦擺減隔震支座設計豎向荷載為55 000kN和45 000kN，最大縱向位移為±100mm，橫向位移為40mm，隔振周期為0.02s，為摩擦擺減隔震支座在國內民用建筑行業運用的最大規格。武漢恒隆廣場項目支座規格及型號信息如表1所示。

表1 摩擦擺減隔震支座信息匯總表

2 摩擦擺減隔震支座的設計

2.1 支座的功能

1）非地震工況下 支座可以滿足上部結構承載、轉動及溫度位移要求。

2）地震工況下 支座以設置的隔震位移和摩擦系數進行滑移，延長建筑物振動周期，降低建筑物受到的地震力。滑移過程中動能轉化為勢能，同時通過摩擦，逐步消耗地震能量。隨著地震逐步衰弱，支座往復滑移位移逐步減小，最終停留在初始位置附近，其安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 摩擦擺減隔震支座安裝示意圖

2.2 支座的組成

摩擦擺減隔震支座（圖3）主要由下支座板、球冠、上支座板、轉動耐磨板、滑動耐磨板、高強螺栓、錨棒等組成。

圖3 摩擦擺減隔震支座結構圖

3 摩擦擺減隔震支座的試驗和檢驗

3.1 豎向承載力和水平滯回性能試驗

摩擦擺式減隔震支座完成以后，在75 000kN多功能試驗機（圖4）上進行豎向承載力和水平滯回性能試驗。

圖4 用于試驗的75000kN多功能試驗機

試驗時，試驗機同時在豎直方向和水平軸向進行動態控制。豎向荷載的力由6 個12 500kN 的油缸所提供，水平方向的力則由4 個1 500kN 的油缸所提供，每個水平油缸的行程為1 200mm，并由2 個伺服閥控制。該系統動力由持續供應800L/min 流量油的泵站所提供，為完成高速試驗所需要的峰值速度通過總共儲存有16 800L 的油及氮氣的蓄能器所提供。

3.2 試驗成果與數據分析

以規格為45 000kN 的摩擦擺減隔震支座為例進行說明，分別在以下6 種工況下對支座施加荷載，如表2 所示。每種工況試驗完成結果如圖5～圖10 所示。

圖5 支座在豎向荷載作用下位移曲線圖

表2 6種工況下對支座施加荷載

根據試驗結果得出如下結論。

1）耐磨板未見永久性變形，滑動曲面未見因機械阻尼不足而產生的滑動現象。

2）摩擦擺減隔震支座結構強度、水平位移值、滑動摩擦系數、EDC 能耗均滿足設計要求。

圖6 支座在5mm/s正弦波（20循環）作用下水平位移曲線圖

圖7 支座在50mm/s正弦波（3循環）作用下水平位移曲線圖

圖8 支座在83.5mm/s正弦波（3循環）作用下水平位移曲線圖

圖9 支座在166.5mm/s正弦波（3循環）作用下水平位移曲線圖

圖10 支座在333mm/s正弦波（3循環）作用下水平位移曲線圖

4 摩擦擺減隔震支座的安裝及監測

4.1 摩擦擺減隔震支座安裝

武漢恒隆廣場項目摩擦擺減隔震支座施工順序：主體施工階段預留、預埋→支座下蓋板安裝、調平→支座與連接蓋板上下固定→支座上部鋼結構安裝（圖11～圖12）。

圖11 主體施工階段支座處預留、預埋

圖12 支座上部鋼結構安裝

支座下蓋板通過地腳螺栓與混凝土柱頂部結構連接，螺栓位置必須精確且與下蓋板螺栓孔一一對應。為保證安裝精度，避免混凝土澆筑時影響螺栓位置，采用在結構混凝土澆筑時預留錨栓孔、后期安裝錨栓并灌漿的方式安裝支座下蓋板。金屬套管支架拼裝完成后，在支墩鋼筋綁扎時，將支架固定在設計位置。

支座下蓋板安裝時，調整下蓋板位置，使其上面預留的安裝螺栓孔與安裝螺栓對應，再將地腳螺栓對應錨栓孔放入，支座下蓋板由安裝螺栓上的調平螺母支撐。為保證支座的標高及平整度滿足要求，支座下蓋板安裝完成后，通過調節安裝螺栓上的調平螺母進行調平，將下蓋板調節水平且每個支座蓋板頂標高一致，如圖13～圖14 所示。

圖13 支座下蓋板安裝、調平

圖14 支座與連接蓋板上下固定

支座調平層灌漿完成，養護至合格后，進行支座安裝。支座與下蓋板通過地腳錨栓連接，地腳螺栓穿過支座下方的預留錨栓孔，用螺栓固定。螺栓安裝時螺母朝下充分緊固，不留絲口。支座上部結構安裝前，需再次復核支座位置、標高無誤，檢查限位鋼板固定無誤后，即可進行上部結構安裝。支座上部結構根據設計圖紙要求與支座上蓋板連接，采用焊接固定。

4.2 鋼連廊及支座處監測

在鋼連廊施工區域的四周建立6 個基準控制點組成的控制網，為了便于鋼連廊整體及支座處的測量工作，增設4個輔助控制點，如圖15所示。

圖15 鋼連廊及支座測量控制網布置圖

測量工根據圖紙定位用全站儀、經緯儀，從測量基線網上引出支座中心控制線和標高控制線，此控制線經檢查復測，確認無誤后使用。利用施工測量控制網和在混凝土表面彈設的定位墨線標識，選支座上端口各角點作為標高控制(表4）。

表4 允許偏差控制

在支座安裝及上部鋼連廊安裝施工中對支座處水平位置、中心標高偏差，支座處鋼柱四角坐標及標高進行監測。在整體工程施工工況中支座處結構偏差均滿足設計要求(圖16）。

圖16 摩擦擺減隔震支座在武漢恒隆廣場的運用

5 結語

恒隆廣場項目游藝路鋼連廊最大跨度68m，鉸接端最大支座反力達到55 000kN，最大允許水平位移為100mm，常規支座無法滿足設計要求。本工程借鑒橋梁工程領域廣泛應用的摩擦擺隔震支座，設計了一種適合大跨度鋼桁架連廊的支座。

在武漢恒隆廣場項目的成功運用，一方面滿足了各項設計參數要求，一方面為大型摩擦擺減隔震支座在建筑行業推廣和運用提供了有力支撐。