專利名稱：地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物室內(nèi)隔振方法，尤其對(duì)地鐵引起的既有房屋室內(nèi)振 動(dòng)具有顯著的隔離效果。
背景技術(shù)：
目前常用的對(duì)于城市軌道交通系統(tǒng)特別是地鐵振動(dòng)的隔振手段，主要是設(shè)
置波障，具體包括:開(kāi)挖邊溝、設(shè)置波阻塊和增強(qiáng)土的剛度。這些措施都是將整 個(gè)結(jié)構(gòu)與振動(dòng)源隔開(kāi),較為適于新建建筑。對(duì)于既有建筑物，特別是當(dāng)建筑位于 人口和建筑物密集、開(kāi)發(fā)建設(shè)相當(dāng)成型的城市社區(qū)時(shí)，這些措施難以實(shí)施。對(duì)于 建造時(shí)間較久的建筑,通過(guò)結(jié)合結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，可以起 到一定的減振作用。但要使室內(nèi)振動(dòng)進(jìn)一步降低到人們可接受的程度，最后還需 進(jìn)行室內(nèi)隔振。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，用于隔 離地鐵引起的既有房屋的室內(nèi)地面振動(dòng)，使之降低到人體可接受的水平。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振技術(shù)，基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)房 屋的室內(nèi)地面振動(dòng)特征以及房屋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮室內(nèi)地面和房屋結(jié)構(gòu)的平 衡和穩(wěn)定，建立簡(jiǎn)便、實(shí)用的估算隔振系統(tǒng)隔振效率的方法，研究提出下述振 動(dòng)隔離技術(shù)及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)對(duì)既有建筑物底層各個(gè)房間地面進(jìn)行整體開(kāi)挖， 開(kāi)挖深度^200mm，然后夯實(shí)回填土，在夯實(shí)的土面上從底至上做三個(gè)結(jié)構(gòu)層
(1)底層。為隔振核心層，由橡膠隔振器構(gòu)成，隔振器宜采用高強(qiáng)度金屬 薄層(疊層)人工合成特種復(fù)合橡膠，橡膠靜剛度&,按提出的公式(2)計(jì)算， 橡膠高度》30mm，其底面》150mmX150腿，隔振器的數(shù)量與布設(shè)間距視具體工 程而定，建議隔振器間距為《500mm。核心層整體高度^35mm。<formula>formula see original document page 4</formula>上式中，W1， N， p，分別為室內(nèi)動(dòng)荷載、隔振器數(shù)目及地面沉降控制位移。
(2) 中間層。為C20素混凝土層，厚度^100mm。
(3) 頂層。為普通室內(nèi)地面，該層的施工要在澆注完中間層24小時(shí)后進(jìn)行。
三個(gè)結(jié)構(gòu)層之間的空隙用聚合物泡沫板來(lái)填充。另外，每個(gè)房間自成一個(gè) 獨(dú)立的隔振體系，由一塊地板和一組隔振器共同組成。本發(fā)明的基本理論依據(jù)
如下
結(jié)構(gòu)隔振是通過(guò)降低隔振器與結(jié)構(gòu)構(gòu)成的隔振系統(tǒng)的頻率，從而降低結(jié)構(gòu) 對(duì)高于(包括等于)這一頻率的輸入振動(dòng)的反應(yīng)。隔振系統(tǒng)振動(dòng)頻率和系統(tǒng)質(zhì) 量的關(guān)系為
多層房屋的室內(nèi)振動(dòng)通常為底層最強(qiáng)，室內(nèi)隔振的對(duì)象也主要是這一樓層。 建筑物室內(nèi)地面必須保持日常穩(wěn)定，即要求隔振系統(tǒng)應(yīng)具備相當(dāng)?shù)膭偠取Ｓ墒?br> (2)可見(jiàn)，頻率一定時(shí)，剛度大，則系統(tǒng)的質(zhì)量亦大。在結(jié)構(gòu)水平面積一定時(shí)， 系統(tǒng)豎向高度由其質(zhì)量決定。對(duì)于既有建筑物， 一般來(lái)說(shuō)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)已成 為一個(gè)不可更動(dòng)的整體。為保持結(jié)構(gòu)的整體性以及不增加基礎(chǔ)的負(fù)重，室內(nèi)可
供給隔振處理的空間高度就非常有限。另外，為保持室內(nèi)地面的平衡和穩(wěn)定， 一般需要構(gòu)建由多個(gè)隔振器組成的隔振系統(tǒng)。而隔振系統(tǒng)的質(zhì)量一般與隔振器 的數(shù)目互成正比，這就進(jìn)一步加劇了結(jié)構(gòu)空間對(duì)隔振系統(tǒng)質(zhì)量配置的限制。由 于行人走動(dòng)及地鐵引起的水平振動(dòng)，既有建筑物室內(nèi)隔振有別于對(duì)其它場(chǎng)所的 隔振，還在于對(duì)地面結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性和豎向穩(wěn)定性要求高。
構(gòu)建的房屋地面隔振系統(tǒng)為單自由度體系，其主要的特征參數(shù)有系統(tǒng)自 振頻率、靜剛度和質(zhì)量。這些參數(shù)的確定，要綜合考慮外界振動(dòng)特性、隔振材 料的動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。隔振系統(tǒng)隔振效果的關(guān)鍵性動(dòng)力學(xué)參數(shù)為系統(tǒng)的自 振頻率。設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)引起的房屋地面豎向輸入振動(dòng)的頻率為/。 ， / 為 隔振系統(tǒng)豎向振動(dòng)的固有頻率，若兩者滿足<formula>formula see original document page 4</formula>
則該系統(tǒng)對(duì)頻率/大于(包括等于)/a的輸入振動(dòng)均有隔振作用， 一般情況下
(4)
隔振系數(shù)//為
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中/〉/ ，《為隔振系統(tǒng)阻尼比，取o. i。隔振效率r為<formula>formula see original document page 5</formula>
(6)
將最大加速度級(jí)所在的1/3倍頻程的下截止頻率作為隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)隔振頻 率，確定了隔振系統(tǒng)具體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。提出了根據(jù)與最大加速度級(jí)所在的1/3 倍頻程的下截止頻率相對(duì)應(yīng)的隔振系數(shù)估算隔振系統(tǒng)隔振效率的方法。某一 1/3 倍頻程中心頻率對(duì)應(yīng)的加速度級(jí)，是該頻程內(nèi)各頻率加速級(jí)的平均化結(jié)果。/a 取最大加速度級(jí)所在的頻程的下截止頻率。
與/a對(duì)應(yīng)的隔振系數(shù)w。和隔振效率r。分別為
<formula>formula see original document page 5</formula>顯然有
<formula>formula see original document page 5</formula>(9)
由式(5)及式(6)可知，與隔振系統(tǒng)1/3倍頻程中心頻率相對(duì)應(yīng)的隔振 系數(shù)^和隔振效率7^亦有
T。>^ (10)
并且，經(jīng)過(guò)隔振處理后的地面的1/3倍頻程最大加速度級(jí)Z^
<formula>formula see original document page 5</formula>(11)
通過(guò)大量實(shí)例計(jì)算，此種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，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)采用該方法可取得良好的隔振效果，隔振效率一般在80%以上。另外，該方法成本低，制作、安裝和施工 簡(jiǎn)便，便于在工程中推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的隔振系統(tǒng)隔振器平面布置圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的隔振系統(tǒng)縱剖面構(gòu)造圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的隔振系統(tǒng)橫剖面構(gòu)造圖。
圖中l(wèi).橡膠隔振器，2.C20素混凝土層，3.普通室內(nèi)地面，4.聚合物泡沫
板
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1， 2， 3所示五層磚混結(jié)構(gòu)，地鐵隧道從建筑物正下方穿過(guò)，且該建 筑重量輕，結(jié)構(gòu)整體性差，建造年代久，所以在外界振動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反應(yīng)。 對(duì)該房屋豎向振動(dòng)進(jìn)行的1/3倍頻程分析表明，該房屋最大加速度級(jí)的中心頻 率位于80Hz，最大振動(dòng)為99dB。/a取最大加速度振級(jí)所在的頻程的下截止頻率。 這里，/ 取70.7107，根據(jù)公式(4)可得
50》/ 214.1421 (12)
1) 系統(tǒng)質(zhì)量M與隔振器高度//。
分析采用試算法。先不考慮系統(tǒng)的豎向變形，并略去隔振器的質(zhì)量，則系 統(tǒng)質(zhì)量為
M = |2， -//) + 52來(lái) (13)
式中&為房間地面開(kāi)挖面積，此為6m2;
Z)為地面開(kāi)挖高度，此為0.2 m;
&約為房間面積，此為11.2 m2;
d為房間地板厚度，此為0.05m;
//為隔振器高度；
ye為地面材料的比重。 若地面材料設(shè)計(jì)由混凝土構(gòu)成，相應(yīng)地，yc可取2.4g/cm3。 //取建議值3cm 時(shí)，由式(13)求得M約為6.24X 103kg。
2) 隔振系統(tǒng)的靜剛度&,。根據(jù)公式(l)，可得&,等于l.lX10、N/cm)，其中，W，7V， / ，分別取300Kg、 28、 0. lmm。
3) 系統(tǒng)自振頻率/ 。系統(tǒng)的動(dòng)剛度&為
<formula>formula see original document page 7</formula> (14)
式中 為橡膠材料的動(dòng)、靜剛度比，取2.5，得&等于2.8Xl(^(N/cm)。 將&值及每個(gè)隔振器承受的重量^^/,240kgOV為鋪設(shè)橡膠隔振器的個(gè)數(shù))代入 式(2)，得/ 為17Hz。 / 顯然滿足式(12)的要求。
4) 系統(tǒng)隔振效果。根據(jù)式(7)、式(10)及式(11)得<formula>formula see original document page 7</formula>
即采用本發(fā)明的隔振方案后，中心頻率80Hzl/3倍頻程的最大加速度級(jí)， 比《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/50355-2005)中相應(yīng)限值 降低87dB，隔振效率達(dá)92%。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用 本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改， 并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此， 本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明 做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于對(duì)地鐵運(yùn)行區(qū)的既有建筑物底層各房間進(jìn)行整體開(kāi)挖，再夯實(shí)回填；夯實(shí)回填分為底層、中間層和頂層，底層為隔振核心層，中間層為C20素混凝土層，頂層為普通室內(nèi)地面，三個(gè)結(jié)構(gòu)層之間的空隙用聚合物泡沫板來(lái)填充。
2、 如權(quán)利要求1所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于 該隔振核心層高度》35mm，其由多個(gè)離散的隔振器組成。
3、 如權(quán)利要求2所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于: 該隔振器之間的間距為《500ram。
4、 如權(quán)利要求2所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于 該隔振器采用高強(qiáng)度金屬薄層或疊層人工合成特種復(fù)合橡膠，橡膠靜剛度由室 內(nèi)動(dòng)荷載『/ 、隔振器數(shù)目iV及地面沉降控制位移共同確定，滿足
5、 如權(quán)利要求2所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于: 該隔振器的高度^30mm，其底面^150mmX150mm。
6、 如權(quán)利要求1所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于: 該中間層的厚度^100ram。
7、 如權(quán)利要求1所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于: 該頂層在澆注完中間層24小時(shí)后進(jìn)行。
8、 如權(quán)利要求1所述的地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，其特征在于: 每個(gè)房間自成一個(gè)獨(dú)立的隔振體系。
全文摘要
本發(fā)明一種地鐵運(yùn)行區(qū)既有建筑物室內(nèi)隔振方法，基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)房屋的室內(nèi)地面振動(dòng)特征以及房屋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出房屋室內(nèi)地面隔振系統(tǒng)，以及隔振器的幾何規(guī)格及動(dòng)力參數(shù)。隔振系統(tǒng)由三個(gè)結(jié)構(gòu)層構(gòu)成底部為橡膠隔振器組成的隔振核心層；中部為C20素混凝土層；頂部為普通室內(nèi)地面。隔振器采用高強(qiáng)度金屬薄層(疊層)人工合成特種復(fù)合橡膠，橡膠靜剛度由室內(nèi)動(dòng)荷載、隔振器數(shù)目及地面沉降控制位移共同確定。本發(fā)明具有良好的隔振效果，隔振效率一般在80％以上。
文檔編號(hào)E02D31/08GK101314967SQ20081003996
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者吳永紅, 巍 周, 屈文俊 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)