專利名稱：地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑物室內隔振方法，尤其對地鐵引起的既有房屋室內振 動具有顯著的隔離效果。
背景技術：
目前常用的對于城市軌道交通系統特別是地鐵振動的隔振手段，主要是設
置波障，具體包括:開挖邊溝、設置波阻塊和增強土的剛度。這些措施都是將整 個結構與振動源隔開,較為適于新建建筑。對于既有建筑物，特別是當建筑位于 人口和建筑物密集、開發建設相當成型的城市社區時，這些措施難以實施。對于 建造時間較久的建筑,通過結合結構的補強加固，提高結構的整體剛度，可以起 到一定的減振作用。但要使室內振動進一步降低到人們可接受的程度，最后還需 進行室內隔振。
發明內容
本發明的目的在于提供一種地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，用于隔 離地鐵引起的既有房屋的室內地面振動，使之降低到人體可接受的水平。 為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是
一種地鐵運行區既有建筑物室內隔振技術，基于結構動力學原理，根據房 屋的室內地面振動特征以及房屋結構特點，綜合考慮室內地面和房屋結構的平 衡和穩定，建立簡便、實用的估算隔振系統隔振效率的方法，研究提出下述振 動隔離技術及相應技術參數對既有建筑物底層各個房間地面進行整體開挖， 開挖深度^200mm，然后夯實回填土，在夯實的土面上從底至上做三個結構層
(1)底層。為隔振核心層，由橡膠隔振器構成，隔振器宜采用高強度金屬 薄層(疊層)人工合成特種復合橡膠，橡膠靜剛度&,按提出的公式(2)計算， 橡膠高度》30mm，其底面》150mmX150腿，隔振器的數量與布設間距視具體工 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，分別為室內動荷載、隔振器數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。為普通室內地面，該層的施工要在澆注完中間層24小時后進行。
三個結構層之間的空隙用聚合物泡沫板來填充。另外，每個房間自成一個 獨立的隔振體系，由一塊地板和一組隔振器共同組成。本發明的基本理論依據
如下
結構隔振是通過降低隔振器與結構構成的隔振系統的頻率，從而降低結構 對高于(包括等于)這一頻率的輸入振動的反應。隔振系統振動頻率和系統質 量的關系為
多層房屋的室內振動通常為底層最強，室內隔振的對象也主要是這一樓層。 建筑物室內地面必須保持日常穩定，即要求隔振系統應具備相當的剛度。由式
(2)可見，頻率一定時，剛度大，則系統的質量亦大。在結構水平面積一定時， 系統豎向高度由其質量決定。對于既有建筑物， 一般來說上部結構和基礎已成 為一個不可更動的整體。為保持結構的整體性以及不增加基礎的負重，室內可
供給隔振處理的空間高度就非常有限。另外，為保持室內地面的平衡和穩定， 一般需要構建由多個隔振器組成的隔振系統。而隔振系統的質量一般與隔振器 的數目互成正比，這就進一步加劇了結構空間對隔振系統質量配置的限制。由 于行人走動及地鐵引起的水平振動，既有建筑物室內隔振有別于對其它場所的 隔振，還在于對地面結構的橫向穩定性和豎向穩定性要求高。
構建的房屋地面隔振系統為單自由度體系，其主要的特征參數有系統自 振頻率、靜剛度和質量。這些參數的確定，要綜合考慮外界振動特性、隔振材 料的動力性能、結構特點。隔振系統隔振效果的關鍵性動力學參數為系統的自 振頻率。設城市軌道交通系統引起的房屋地面豎向輸入振動的頻率為/。 ， / 為 隔振系統豎向振動的固有頻率，若兩者滿足<formula>formula see original document page 4</formula>
則該系統對頻率/大于(包括等于)/a的輸入振動均有隔振作用， 一般情況下
(4)
隔振系數//為
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中/〉/ ，《為隔振系統阻尼比，取o. i。隔振效率r為<formula>formula see original document page 5</formula>
(6)
將最大加速度級所在的1/3倍頻程的下截止頻率作為隔振系統設計隔振頻 率，確定了隔振系統具體的動力學參數。提出了根據與最大加速度級所在的1/3 倍頻程的下截止頻率相對應的隔振系數估算隔振系統隔振效率的方法。某一 1/3 倍頻程中心頻率對應的加速度級，是該頻程內各頻率加速級的平均化結果。/a 取最大加速度級所在的頻程的下截止頻率。
與/a對應的隔振系數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1/3倍頻程中心頻率相對應的隔振 系數^和隔振效率7^亦有
T。>^ (10)
并且，經過隔振處理后的地面的1/3倍頻程最大加速度級Z^
<formula>formula see original document page 5</formula>(11)
通過大量實例計算，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，本發明具有以下特點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 簡便，便于在工程中推廣應用。
圖1是本發明實施例的隔振系統隔振器平面布置圖。 圖2是本發明實施例的隔振系統縱剖面構造圖。 圖3是本發明實施例的隔振系統橫剖面構造圖。
圖中l.橡膠隔振器，2.C20素混凝土層，3.普通室內地面，4.聚合物泡沫
板
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1， 2， 3所示五層磚混結構，地鐵隧道從建筑物正下方穿過，且該建 筑重量輕，結構整體性差，建造年代久，所以在外界振動下會產生較強的反應。 對該房屋豎向振動進行的1/3倍頻程分析表明，該房屋最大加速度級的中心頻 率位于80Hz，最大振動為99dB。/a取最大加速度振級所在的頻程的下截止頻率。 這里，/ 取70.7107，根據公式(4)可得
50》/ 214.1421 (12)
1) 系統質量M與隔振器高度//。
分析采用試算法。先不考慮系統的豎向變形，并略去隔振器的質量，則系 統質量為
M = |2， -//) + 52來 (13)
式中&為房間地面開挖面積，此為6m2;
Z)為地面開挖高度，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。 若地面材料設計由混凝土構成，相應地，yc可取2.4g/cm3。 //取建議值3cm 時，由式(13)求得M約為6.24X 103kg。
2) 隔振系統的靜剛度&,。根據公式(l)，可得&,等于l.lX10、N/cm)，其中，W，7V， / ，分別取300Kg、 28、 0. lmm。
3) 系統自振頻率/ 。系統的動剛度&為
<formula>formula see original document page 7</formula> (14)
式中 為橡膠材料的動、靜剛度比，取2.5，得&等于2.8Xl(^(N/cm)。 將&值及每個隔振器承受的重量^^/,240kgOV為鋪設橡膠隔振器的個數)代入 式(2)，得/ 為17Hz。 / 顯然滿足式(12)的要求。
4) 系統隔振效果。根據式(7)、式(10)及式(11)得<formula>formula see original document page 7</formula>
即采用本發明的隔振方案后，中心頻率80Hzl/3倍頻程的最大加速度級， 比《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》(GB/50355-2005)中相應限值 降低87dB，隔振效率達92%。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用 本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改， 并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此， 本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明 做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于對地鐵運行區的既有建筑物底層各房間進行整體開挖，再夯實回填；夯實回填分為底層、中間層和頂層，底層為隔振核心層，中間層為C20素混凝土層，頂層為普通室內地面，三個結構層之間的空隙用聚合物泡沫板來填充。
2、 如權利要求1所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于 該隔振核心層高度》35mm，其由多個離散的隔振器組成。
3、 如權利要求2所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于: 該隔振器之間的間距為《500ram。
4、 如權利要求2所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于 該隔振器采用高強度金屬薄層或疊層人工合成特種復合橡膠，橡膠靜剛度由室 內動荷載『/ 、隔振器數目iV及地面沉降控制位移共同確定，滿足
5、 如權利要求2所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于: 該隔振器的高度^30mm，其底面^150mmX150mm。
6、 如權利要求1所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于: 該中間層的厚度^100ram。
7、 如權利要求1所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于: 該頂層在澆注完中間層24小時后進行。
8、 如權利要求1所述的地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，其特征在于: 每個房間自成一個獨立的隔振體系。
全文摘要
本發明一種地鐵運行區既有建筑物室內隔振方法，基于結構動力學原理，根據房屋的室內地面振動特征以及房屋結構特點，提出房屋室內地面隔振系統，以及隔振器的幾何規格及動力參數。隔振系統由三個結構層構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；頂部為普通室內地面。隔振器采用高強度金屬薄層(疊層)人工合成特種復合橡膠，橡膠靜剛度由室內動荷載、隔振器數目及地面沉降控制位移共同確定。本發明具有良好的隔振效果，隔振效率一般在80％以上。
文檔編號E02D31/08GK101314967SQ20081003996
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者吳永紅, 巍 周, 屈文俊 申請人:同濟大學