地铁运行区既有建筑物室内隔振方法.pdf

本发明一种地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，基于结构动力学原理，根据房屋的室内地面振动特征以及房屋结构特点，提出房屋室内地面隔振系统，以及隔振器的几何规格及动力参数。隔振系统由三个结构层构成：底部为橡胶隔振器组成的隔振核心层；中部为C20素混凝土层；顶部为普通室内地面。隔振器采用高强度金属薄层(叠层)人工合成特种复合橡胶，橡胶静刚度由室内动荷载、隔振器数目及地面沉降控制位移共同确定。本发明具有良好的隔振效果，隔振效率一般在80％以上。

1、  一种地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：对地铁运行区的既有建筑物底层各房间进行整体开挖，再夯实回填；夯实回填分为底层、中间层和顶层，底层为隔振核心层，中间层为C20素混凝土层，顶层为普通室内地面，三个结构层之间的空隙用聚合物泡沫板来填充。

2、  如权利要求1所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该隔振核心层高度≥35mm，其由多个离散的隔振器组成。

3、  如权利要求2所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该隔振器之间的间距为≤500mm。

4、  如权利要求2所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该隔振器采用高强度金属薄层或叠层人工合成特种复合橡胶，橡胶静刚度由室内动荷载W_I、隔振器数目N及地面沉降控制位移ρ共同确定，满足WIN1kzs<ρ(mm).]]>

5、  如权利要求2所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该隔振器的高度≥30mm，其底面≥150mm×150mm。

6、  如权利要求1所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该中间层的厚度≥100mm。

7、  如权利要求1所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：该顶层在浇注完中间层24小时后进行。

8、  如权利要求1所述的地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，其特征在于：每个房间自成一个独立的隔振体系。

地铁运行区既有建筑物室内隔振方法
技术领域
本发明涉及一种建筑物室内隔振方法，尤其对地铁引起的既有房屋室内振动具有显著的隔离效果。
背景技术
目前常用的对于城市轨道交通系统特别是地铁振动的隔振手段，主要是设置波障，具体包括：开挖边沟、设置波阻块和增强土的刚度。这些措施都是将整个结构与振动源隔开，较为适于新建建筑。对于既有建筑物，特别是当建筑位于人口和建筑物密集、开发建设相当成型的城市社区时，这些措施难以实施。对于建造时间较久的建筑，通过结合结构的补强加固，提高结构的整体刚度，可以起到一定的减振作用。但要使室内振动进一步降低到人们可接受的程度，最后还需进行室内隔振。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁运行区既有建筑物室内隔振方法，用于隔离地铁引起的既有房屋的室内地面振动，使之降低到人体可接受的水平。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
一种地铁运行区既有建筑物室内隔振技术，基于结构动力学原理，根据房屋的室内地面振动特征以及房屋结构特点，综合考虑室内地面和房屋结构的平衡和稳定，建立简便、实用的估算隔振系统隔振效率的方法，研究提出下述振动隔离技术及相应技术参数：对既有建筑物底层各个房间地面进行整体开挖，开挖深度≥200mm，然后夯实回填土，在夯实的土面上从底至上做三个结构层：
(1)底层。为隔振核心层，由橡胶隔振器构成，隔振器宜采用高强度金属薄层(叠层)人工合成特种复合橡胶，橡胶静刚度K_zs按提出的公式(2)计算，橡胶高度≥30mm，其底面≥150mm×150mm，隔振器的数量与布设间距视具体工程而定，建议隔振器间距为≤500mm。核心层整体高度≥35mm。
WIN1Kzs<ρ(mm)---(1)]]>
上式中，W_I，N，ρ，分别为室内动荷载、隔振器数目及地面沉降控制位移。
(2)中间层。为C20素混凝土层，厚度≥100mm。
(3)顶层。为普通室内地面，该层的施工要在浇注完中间层24小时后进行。
三个结构层之间的空隙用聚合物泡沫板来填充。另外，每个房间自成一个独立的隔振体系，由一块地板和一组隔振器共同组成。本发明的基本理论依据如下：
结构隔振是通过降低隔振器与结构构成的隔振系统的频率，从而降低结构对高于(包括等于)这一频率的输入振动的反应。隔振系统振动频率和系统质量的关系为
fn=12πKzM---(2)]]>
多层房屋的室内振动通常为底层最强，室内隔振的对象也主要是这一楼层。建筑物室内地面必须保持日常稳定，即要求隔振系统应具备相当的刚度。由式(2)可见，频率一定时，刚度大，则系统的质量亦大。在结构水平面积一定时，系统竖向高度由其质量决定。对于既有建筑物，一般来说上部结构和基础已成为一个不可更动的整体。为保持结构的整体性以及不增加基础的负重，室内可供给隔振处理的空间高度就非常有限。另外，为保持室内地面的平衡和稳定，一般需要构建由多个隔振器组成的隔振系统。而隔振系统的质量一般与隔振器的数目互成正比，这就进一步加剧了结构空间对隔振系统质量配置的限制。由于行人走动及地铁引起的水平振动，既有建筑物室内隔振有别于对其它场所的隔振，还在于对地面结构的横向稳定性和竖向稳定性要求高。
构建的房屋地面隔振系统为单自由度体系，其主要的特征参数有：系统自振频率、静刚度和质量。这些参数的确定，要综合考虑外界振动特性、隔振材料的动力性能、结构特点。隔振系统隔振效果的关键性动力学参数为系统的自振频率。设城市轨道交通系统引起的房屋地面竖向输入振动的频率为f_a，f_n为隔振系统竖向振动的固有频率，若两者满足
fa/fn&GreaterEqual;2---(3)]]>
则该系统对频率f大于(包括等于)f_a的输入振动均有隔振作用，一般情况下
5&GreaterEqual;fa/fn&GreaterEqual;2---(4)]]>
隔振系数η为
η=1+4ξ2f2fn2(1-f2fn2)2+4ξ2f2fn2---(5)]]>
式中f＞f_a，ξ为隔振系统阻尼比，取0.1。隔振效率T为
T＝(1-η)×100％(6)
将最大加速度级所在的1/3倍频程的下截止频率作为隔振系统设计隔振频率，确定了隔振系统具体的动力学参数。提出了根据与最大加速度级所在的1/3倍频程的下截止频率相对应的隔振系数估算隔振系统隔振效率的方法。某一1/3倍频程中心频率对应的加速度级，是该频程内各频率加速级的平均化结果。f_a取最大加速度级所在的频程的下截止频率。
与f_a对应的隔振系数η_a和隔振效率T_a分别为
ηa=1+4ξ2fa2fn2(1-fa2fn2)2+4ξ2fa2fn2---(7)]]>
T_a＝(1-η_a)×100％(8)
显然有
η＜η_a   T_a＜T   (9)
由式(5)及式(6)可知，与隔振系统1/3倍频程中心频率相对应的隔振系数η₀和隔振效率T₀亦有
η₀＜η_a  T₀＞T_a  (10)
并且，经过隔振处理后的地面的1/3倍频程最大加速度级L_a0
L_a0＜99η₀        (11)
通过大量实例计算，此种方法有很好的隔振效果，隔振效率一般在80％以上。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：采用该方法可取得良好的隔振效果，隔振效率一般在80％以上。另外，该方法成本低，制作、安装和施工简便，便于在工程中推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例的隔振系统隔振器平面布置图。
图2是本发明实施例的隔振系统纵剖面构造图。
图3是本发明实施例的隔振系统横剖面构造图。
图中1.橡胶隔振器，2.C20素混凝土层，3.普通室内地面，4.聚合物泡沫板
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
如图1，2，3所示五层砖混结构，地铁隧道从建筑物正下方穿过，且该建筑重量轻，结构整体性差，建造年代久，所以在外界振动下会产生较强的反应。对该房屋竖向振动进行的1/3倍频程分析表明，该房屋最大加速度级的中心频率位于80Hz，最大振动为99dB。f_a取最大加速度振级所在的频程的下截止频率。这里，f_a取70.7107，根据公式(4)可得
50≥f_n≥14.1421(12)
1)系统质量M与隔振器高度H。
分析采用试算法。先不考虑系统的竖向变形，并略去隔振器的质量，则系统质量为
M＝|2S₁(D-H)+S₂d|γ_c(13)
式中S₁为房间地面开挖面积，此为6m²；
D为地面开挖高度，此为0.2m；
S₂约为房间面积，此为11.2m²；
d为房间地板厚度，此为0.05m；
H为隔振器高度；
γ_c为地面材料的比重。
若地面材料设计由混凝土构成，相应地，γ_c可取2.4g/cm³。H取建议值3cm时，由式(13)求得M约为6.24×10³kg。
2)隔振系统的静刚度K_zs。
根据公式(1)，可得K_zs等于1.1×10⁴(N/cm)，其中，W_I，N，ρ，分别取300Kg、28、0.1mm。
3)系统自振频率f_n。系统的动刚度K_z为
K_z＝n_dK_zs(14)
式中n_d为橡胶材料的动、静刚度比，取2.5，得k_z等于2.8×10⁴(N/cm)。将k_z值及每个隔振器承受的重量m＝M/N＝240kg(N为铺设橡胶隔振器的个数)代入式(2)，得f_n为17Hz。f_n显然满足式(12)的要求。
4)系统隔振效果。根据式(7)、式(10)及式(11)得
η0<ηa=1+4×0.12×70.71072172(1-70.71072172)2+4×0.12×70.71072172=8%]]>
T₀＞|1-η_a|＝92％
L_a0＜99η₀＝8(dB)
即采用本发明的隔振方案后，中心频率80Hz1/3倍频程的最大加速度级，比《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》(GB/50355-2005)中相应限值降低87dB，隔振效率达92％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。