钢弹簧隔振技术在某住宅项目中的应用

钢弹簧隔振技术在某住宅项目中的应用

刘继涛

上海弘安里企业发展有限公司  上海市虹口区200071

[摘  要] 随着有轨交通的发展，地铁给人们的生活带来越来越多便利的同时，地铁正常运行时产生的噪声与振动也对人们正常居住产生了一定的影响。本文中主要以某在建项目施工时，在已运营地铁区间段新建住宅项目，通过采取隔振措施以降低地铁噪声振动对新建建筑的影响，供日后其它类似项目施工遇到类似问题时参考。

[关键词] 轨道交通  浮置板隔振系统  舒适度  隔振措施

1.项目基本概况

本项目为低密别墅，地上二至三层、地下1层设计，檐口高度为12米。地铁从待建场地正下方穿过，在该区间地铁为盾构隧道，普通道床，运行车辆编组为6A，轴重约16t，设计时速80km/h，埋深最深处仅为12米，经过现场测试评估，地铁运行时的振动对上部建筑物有一定的影响，由专业公司对场地内不同位置的振动情况进行监测分析。

2.本项目场地测试

为了掌握本项目地块在地铁运行状态下的振动情况，开工前委托专业公司对该场地进行了振动测试，下图给出各测点振级随距离的变化结果。

图1振级随距离变化曲线

测试结果显示地铁正常运行时产生的振动和噪声对待建场地影响非常大，我们可以得到如下结论：

1）地铁运行引起本项目场地的振动存在较多20Hz以下的低频成分；

2）距离轨道中心线10m范围内振级约70~75dB，10~30m范围之间振级约65~70dB；

3）总体而言，本项目场地地表振级在65~75dB之间，超过国家标准《城市区域环境振动标准》（GB 10070-88）[1]对于特殊住宅区要求的65dB振动限值。

4）综合考虑减振效果、工程成本、经济效益等因素，建议本项目采取建筑结构整体隔振技术。

3.建筑隔振措施选择

钢弹簧整体隔振系统是目前最有效的隔离建筑物环境振动的措施之一[2]，能够满足地铁沿线建筑物的抗振要求。钢弹簧整体隔振系统通过合理的设计，能有效地减少环境振动的传递，从而减少上部结构及构件的振动反应，确保建筑物的整体安全，保证室内人员舒适度。

通过在建筑下方设置隔振层，将整个建筑物浮筑于钢弹簧隔振器之上，当地铁运行产生的高频振动信号传播到建筑物基础时，隔振器可将大部分的地铁振动信号隔离，切断竖向振动向建筑物内传播的途径，从而达到隔振的目的。隔振层中设置隔振器和限位台，隔振器由钢弹簧和阻尼元件等组成，安装在上部结构的柱或剪力墙正下方，通过隔振器支撑上部结构以调节上部结构整体的振动频率；限位台为混凝土浇筑，位于隔振器周围，与基础结构浇筑为一个整体，与上部结构分离。罕遇地震下隔振器压缩变形过大时，混凝土限位台可以对建筑物起临时支撑作用，限制建筑物过大的晃动。

图2隔振层示意图

4.本项目隔振方案

结合声学顾问公司场地振动测试结果和轨道交通目前现状，本项目最终采取了钢弹簧隔振措施，因整个项目跨越地铁线，场地振动衰减不明显，同时考虑到整个场地不好设置分隔缝，因此本项目主体结构及地下车库均采取了钢弹簧隔振措施。建筑主体结构和地下车库隔振方案分别如下：

（1）建筑主体结构隔振

主体正下方从下至上分别为：100mmEPS板、800mm厚筏板、360mm隔振器、450mm梁板结构、120mm装修面层。该区域范围设两层楼板，隔振器部分净空高度360mm，穿过梁结构后有610mm净空。

该区域隔振方案需在施工过程中注意室内外高差、浮置地板与主结构之间的连接方式，避免出现刚性连接或隔振器封堵不严等情况。

图3建筑主体结构隔振

（2）地下车库

地下车库范围内所有结构柱下均设置钢弹簧隔振器+钢弹簧浮置地板的方式，如下图所示。浮置地板为170mm厚，其范围内由下至上分别为：100mmEPS板、800mm筏板、30mm间隙、170mm钢弹簧浮置板、100mm面层。

地下车库区域全部都采取了钢弹簧浮置地板，车辆都在板上行驶，浮置板会产生1-2mm的变形，需要注意浮置板与周围结构之间的封堵，既要保证隔振隔声、又要保证不能刚性连接，因此所有板端需采取柔性封堵措施。

图4车库区域内隔振方案

5.减振效果分析

为了有效验证钢弹簧隔振系统的减振效果，特对其减振性能进行仿真分析。

5.1 振动评价说明

拟采用国家标准《城市区域环境振动标准》（GB 10070-88）[1]与行业标准《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其振动方法标准》（JGJ/T170-2009）[3]对隔振建筑物楼层振动响应进行评价，同时相关评价指标及限值如下。

1）Z振级VLZ：根据国家标准GB 10070-1988和GB10071-1988以列车通过时的Z振级VLZ作为评价指标[4]，各频段计权因子依据ISO2631-1:1985的z向加速度频率计权因子，取多个列车通过样本的Z振级的算术平均值作为最终的评价量，GB 10070-88规定的城市环境振动限值见表1。

式中：为频率计权加速度有效值，m/s2；为基准加速度值，10

-6 m/s2。

图5 GB 10070-1988各频段计权因子

表1 GB10070-1988中的环境振动限值(单位：dB)

2）分频最大振级VLmax：根据行业标准JGJ/T170-2009以列车通过时Z振级1/3倍频程的最大值VLmax作为评价指标，各频段计权因子依据ISO2631-1:1997的z向加速度频率计权因子，取多个列车通过样本的分频最大振级的算术平均值作为最终的评价量。JGJ/T170-2009规定的城市环境振动限值见表3。

表2 JGJ/T170-2009各频段计权因子[5]

表3 JGJ/T170-2009中建筑物室内振动限值(单位：dB)

3）二次噪声限值：根据行业标准JGJ/T170-2009以昼间和夜间的等效A声压级LAeq作为评价指标，JGJ/T170-2009规定的二次辐射噪声限值如下表所示，昼间和夜间的测量时段不应小于1h，频率范围为16~200Hz。

式中：为昼间或夜间第i列列车通过时的二次噪声A声压级，单位为dB（A）；n为昼间或夜间记录的通过列车的数量。

表4 JGJ/T170-2009二次噪声限值(单位：dB(A))

5.2 振源测试结果

经过协调，专业公司进入隧道内，对该区域内地铁振动型号进行测试，表格分别给出隧道内和地面测试数值，经过与各方协商沟通，我们分别选择第4组数据和第9组数据作为振源输入值，进行有限元模拟仿真。

图6实测隧道内和地面振级的1/3倍频程结果

表5实测隧道内和地面振级结果（单位：dB）

5.3 有限元模拟仿真分析结果

下图分别展示了未隔振情况下采用第4组数据和第9组数据作为振源输入后的典型楼层振级云图。可以看出，在未采取隔振措施的情况下，本项目局部房间楼板的振级超过了控制标准限制。考虑到本项目的使用功能需求，主体建筑室内存在许多大开间区域，结构跨度最大可达8m，经计算分析其结构楼板固有频率在8~15Hz之间，这与地铁运行产生的低频振动易发生共振，因此激发的楼板振动响应较大。

图7典型楼层振级云图

为尽可能远离地铁运行产生的振动主频，本项目钢弹簧隔振系统按3.5Hz进行设计，下图给出了各层楼板在减振前后的振级对比。可以看出，在输入第4组和第9组数据作为振源时，钢弹簧隔振系统固有频率按照3.5Hz进行设计时，各个楼层楼板振动均满足国标要求，各层楼板在减振前后的振级对比如上图所示。

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图8各层楼板在减振前后的振级对比

6.安装

在安装之前，将会安排设备厂家技术人员进行技术交底，并对现场安装条件加以验收，形成验收交接记录，再进行安装工作。同时施工单位按照设备厂家的要求，配置相应的安装机械和技术人员，并按照技术交底的相关要求进行操作。弹簧隔振器的安装步骤如下：

1）在安装隔振器的柱墩上按照隔振器的外形尺寸放线；2）下部支撑结构完成施工后，在其上部铺设防滑垫片；3）就位经过预压缩的弹簧隔振器，放置预埋钢板,安装模板；4）施工上部结构；5）待上部结构完成施工后，释放隔振器，调整结构标高；6）最终隔振器处于工作状态，完成释放。其中步骤五和步骤六需要等主结构完成施工后进行，且由设备厂家进行操作。

7.结语

地铁正常运行过程中产生的振动对待建建筑物产生较大的影响，轨道交通在不具备减振改造的情况下，在建筑结构上采用不同形式的减隔振措施后，可以有效降低振动对上部结构的影响，可为后续类似工况条件下减隔振设计方案提供一定的经验参考。

参考文献

[1] GB10070-88. 城市区域环境振动标准[S]. 北京:中国标准出版社, 1989.

[2] 杨惠喜.钢弹簧隔振系统在地铁邻近建筑物的设计应用[J].现代城市轨道交通,2014(06):44-46+62.

[3] JGJT 170-2009. 城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准[S]. 中国建筑工业版社, 2009.

[4] 张斌, 王建立, 王建, 等. 钢弹簧浮置板浸水时的减振效果实测分析[J]. 城市轨道交通研究, 2016, 19(09):75-79+119.

[5] 周兴敏, 王巧燕. 不同标准下地铁列车通过引起的室内振动比较[J]. 上海船舶运输科学研究所学报, 2018, 41(02):1-4+17.