地铁环境下既有建筑结构的减隔振方法研究.pdf

第 2 9卷 第 1期 2 0 1 2年 3月 建 筑科 学与 工程 学报 j o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 ． 29 M a r ． NO．1 2 01 2 文 章 编 号 1 6 7 3 2 0 4 9 2 0 1 2 0 1 0 0 0 8 ’ 0 7 0 地铁环境 下既有建筑结构 的减 隔振方法研 究 屈文俊 ， 夏倩 同济大学建筑工程系 ， 上海2 0 0 0 9 2 摘 要 针 对地铁 产 生的振 动 造成 周 围环境 的振 动 污染 问题 ， 从 振 源 、 传 播 途 径 和建 筑 结 构 3个方 面 研 究 了既有 建筑 结构 的减 隔振 方法 ， 探 讨 了各 种 方法 的有 效程度 。结果表 明 通过 降低振 源的激 振 强 度 、 切 断振 动 的传播 途 径或在 传播 途径 上 削弱振 动 、 合理 规 划使 建筑 物避 开振 动影 响 区等措 施 ．-q - 以降低振动的不利影响； 对于不同的既有建筑结构， 可根据 实际情况并权衡经济效益与施． 7 - 难 易程 度 ， 有 选择 地采 用减 隔振措 施 。该研 究为解 决相 关环 境振 动影 响 下的减 隔振 问题 提供 了参考 。 关键 词 地 铁 ； 振动 ； 既 有建 筑物 ； 隔振 方 法 ； 轨 道 交通 中 图分类 号 TU3 5 2 ． 1 文献标 志码 A Re s e a r c h o n M i t i g a t i o n M e t h o d s o f Vi br a t i o n s Ca u s e d b y M e t r o En v i r o n m e nt f o r Ex i s t i n g Bu i l d i n g S t r u c t u r e s QU We n j u n ，XI A Qi a n De p a r t me n t o f Bu i l d i n g En g i n e e r i n g，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ，Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e v i br a t i o n p ol l u t i o n t O t he s u r r o un di n g a u t ho r s s t u di e d t he m i t i g a t i o n m e t ho ds o f v i br a t i on f or e xi s t a s pe c t s， s uc h a s v i br a t i o n s ou r c e， t r a n s mi s s i o n wa y a nd bu e nv i r o nme nt c a u s e d by t he me t r o， i n g bui l d i n g s t r uc t ur e s f r om t h r e e i l di e f f e c t i v e d e g r e e s o f di f f e r e nt ki nd s o f m e t ho ds ．The r e s ul t s s ho w n g s t r uc t ur e， a nd d i s c us s e d t he t h a t l e s s e n i ng vi b r a t i o n s ou r c e s f r o m t he v i br a t i o n i n t e ns i t y，c u t t i n g o f f t he t r a ns mi s s i o n wa y of v i br a t i o n o r w e a ke n i ng V1 b r a t o n i n t he t r a ns mi s s i o n wa v， r e a s on a bl e p l a nni n g t O ma ke b ui l d i ng s a v oi d v i b r a t i o n e f f e c t a r e a c a n r e du c e t he a dv e r s e e f f e c t s of v i b r a t i o n． Fo r t he di f f e r e nt e x i s t i ng b ui l d i ng s t r uc t ur e s ， v i b r a t i o n i s o1 a t i o n me a s ur e s s ho ul d be c ho s e n s e l e c t i v e l y t hr ou gh c ons i d e r i n g a c t u a l s 1 t ua t l o n， ba l a nc e e c no m i c be ne f i t s a nd d e gr e e s of d i f f i c u l t y of c o ns t r uc t i o n． Thi s s t ud y c a n pr o vi d e r e f e r e n c e f o r e l a t e d v r a t i o n i s ol a t i on p r obl e m c au s e d by e nv i r on m e nt v i br a t i on ． Ke v WO r d sm e t r o；vi br a t i o n；e xi s t i ng bu i l di ng；vi b r a t i o n i s ol a t i on me t hod；r a i l t r a ns i t 引 口 自 1 8 6 3年伦 敦 建 成 并 开通 了世 界 上第 1条地 铁 以来 ， 由 于其 快 速 、 准时 、 舒 适 、 运 输 量 大 、 覆 盖 面 r 、 节 能环保 和 占地 面 积小 等优 点 ， 世 界上 许 多主要 城 市相继 建设 了地 铁 。为缓 解 城 市 交 通 压 力 ， 建 设 地铁 的城 市 也越来 越 多 ， 中 国北 京 、 上海 、 天 津 、 香 港 等 城市 已建 设 或 已 规划 建 设 。就 上海 市 而 言 ， 根 据 上海市 地 下空 问规 划 ， 到 2 0 1 0年 上海 市轨 道 交通 数 目将 达 到 1 3条 。 5年 内 ， 里 程 数 有 望 突 破 6 0 0 k m。 由于地 铁建设 规 模 的 不 断扩 大 ， 距 离建 筑 物 越 来 越 近 ， 有 的就在 建 筑 物 正下 方 运 行 。地铁 运 行 引起 的 振 动虽 不致 造成 建 筑 物 结 构 破 坏 ， 但 由于 其 具 有 长 期性和反复性 ， 可 能造成装饰 物开裂脱 落、 地 基变 收 稿 日期 2 0 1 1 1 1 1 6 基金项 目 “P I ， ， 嘲家科技支撑计划项 I t 2 0 0 6 B AJ 0 3 A0 7 O 4 ； 国家 自然科学基金项 目 5 0 l 7 8 O 5 O 作者简 介 屈 文俊 1 8 ， 男 ， 河南辉县人 ， 教授 。 博士研究生导师 ， 工学博士 E ma i l q u we n j u n o n l i n e s h ． 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 屈 文俊 ， 等 地 铁环 境 下既 有建 筑结 构 的减 隔振 方 法研 究 形 、 下沉 等 ， 从而 影 响 建 筑 物 的安 全 性 和使 用 寿命 ； 较 大振 动会 影 响人 们 的 生 理及 生 活 ， 据 日本 建 设 省 对 6 0 0户居 民的调 查 [ 1 ] ， 在 交通 引起 的环 境 振 动 影 响 中 ， 对 睡 眠 的 影 响 是 最 大 的 ， 约 占 总 投 诉 率 的 4 5 ， 其 次 是 对 精 神 的损 伤 和 房 屋 的破 坏 ， 分 别 占 2 2 ％ 和 2 O ； 另外 ， 轨 道 交 通 振 动 也会 对 精 密 仪 器 等 对振 动 敏 感 设 备 的 正 常使 用 造 成 潜 在 影 响 。 ] 。 因此地 铁振 动对 环境 等 的影 响 以及 减振 措 施引起 人 们 越来 越广 泛 的关 注 ， 也 引 起 各 国研 究 人 员 的高 度 9 至关 重要 ， 对 提高 地铁 邻 l丘建 筑 物 的 安全 性 和适 用 性， 具有重要的理论意义和实用价值。 1 轨道减振技术在地铁 中的应用 1 ． 1既有 的减振 技术 轨道 减振 技术 的原 理是 利 用 “ 质量一 弹簧 ” 体 系 ， 根据 弹性 元件 插入 的位 置 不 同 ， 得 到 不 同 的减 振 效 果， 可分为 扣件减振、 轨枕减振和整体道床减振 ， 见 表 1 。 重 视 。分析 研究 地铁 对 既有建 筑 结构 的减 隔振 方法 有 许 多隔 振技 术 和 产 品 可用 于 轨道 交 通 ， 已经 表 1轨 道 减 振 主 要 措 施 Ta b ．1 M a i n M e a s ur e s o f Tr a c k Vi b r a t i o n Re d u c t i o n 减振措施 扣件减振 轨枕减振 整体道 床减振 示 意 图 圈 翻 圈 襄 慧 ％ ∞㈣ 蜷 l n 糍 ％ M ∞ ㈣ 代表性减振产 品 科隆蛋 轨道减振器扣件 弹性套靴 橡胶浮置板 钢弹簧浮置板 可以对 5 0 Hz以 上频 率 范 与普通整体道床 相 比， 可 以 低频振动 的效 果 优 于橡 胶 减振量 减小振动强度 8 ～9 d B 围的 振 动 强 度 减 小 8～ 对 3 5 Hz以上 的振 动 强度 支撑浮置板 ， 其 振动强度 减 1 5 d B 减 小 l 3 ～ 3 2 d B 小 2 8 ～ 3 2 d B 减振级别 低档 中档 口档 高档 造价／ 万元 k m 3 8 4 3 6 6 0 2 1 3 0 2 施工速 度 快 ， 施 工 误差 小 ， 维护 维修方便 施工维修方便 可维修性好 但可维修性较差 德 国科 隆地铁 、 美 国华 盛 美 国华盛顿地铁 、 巴尔 的摩 美 国亚特兰 地铁 、 新加坡 德国科 隆地 铁 、 柏 林 地 铁、 顿 地铁 、 法 国巴 黎地 铁 、 地铁 、 中 国深 圳 地 铁 1 ， 4 地铁 、 中国 厂 州 地 铁 1 ， 2 英 国 伦 敦 D L R L e wi s h a m 中 国 上 海 地 铁 1 ， 2号 号线 、 天津津 滨轻轨 、 广 州 号线 、 深圳 地铁 1号 线 、 地铁延长 线 、 北京 地铁 1 3 线 、 广 州地铁 1号线 、 地铁 2号线 等 上海地铁 9号线 、 香 港地 号线西直 门站 及 5 ， 1 0号 实际应 用工程 澳大 利 亚 悉尼 港 口桥 铁等 线 、 深圳 地铁 1号 线 、 南 地铁等 京地铁 1号线 、 成 都地 铁 1号 线 、 杭 卅 l 地 铁 1号 线 等 注 造价数据源 目文献L 4 A 。 成熟 应用 的隔振 技 术 有 科 隆 蛋 、 弹 套 靴 、 橡 胶 浮 置板和钢弹簧浮置板等。钢弹簧浮置板道床隔振技 术 的隔 振效 果是 最好 的 。 科 隆蛋 轨 道减振 器 扣件 能 够较 充分 地利用 橡 胶 的剪切 变 形 ， 弹性好 ， 较 一般 扣 件 的振 动 减 少 4 ～ 5 d B， 减振 效 果 良好 ， 但 应 严 格 控 制 橡 胶 配 方 及 质 量 ， 延长 使用 年 限 。 橡胶浮置板的隔振效果虽然明显低于钢弹簧浮 置板隔振效果 ， 但优于科隆蛋和弹性套靴， 可以满足 1 O ～1 5 d B的 中档减 振要 求 。可 是 橡 胶 作 为 隔振 元 件 存 在如 下 缺点 各 向刚 度 相 互 制 约 ， 横 向刚 度低 ， 不能 满足 道 床 的横 向稳 定 性 要 求 ， 因此 除竖 向支 撑 的橡 胶支 撑块 外 ， 还需 横 向支撑 的橡 胶支 撑块 ， 且 结 构复 杂 ； 橡 胶 支撑 块 隐 藏 于 浮置 板 下 面 ， 很 难 调平 、 检修和更换， 尤其是无法从浮置道床侧面或顶面检 修 ； 此 外 ， 橡 胶 对材料 和 工艺要 求 高 ， 易 老化 ， 寿命 有 限 ， 更 换橡 胶 支撑块 对 列 车运 营 和 市 民 的 出行 影 响 较 大 。对 于更 高 的减 振 要 求 ， 橡 胶 浮 置板 在 技 术 上 难 以实现 。 中 国的广 州地铁 1号线 在有 特殊减 振 降噪要 求 的某 地段铺 设 了橡 胶 浮 置 板 ， 取 得 了 一定 的隔振 效 果 ， 但 该地 段 隧道 内的 噪声 有 所 加 大 ， 另外 ， 今 后 橡 胶 垫 的更换 将 是难题 。 钢弹簧 浮 置板道 床是 将轨 道 车辆运 行 的道床 用 高 弹性 隔振 器 支撑 起 来 ， 使 道 床 与 隧道 仰 拱 和 隧 道 壁 之 间 留有 一定 间 隙 ， 两 者之 间仅 通过 隔振器 相接 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑 科 学与 _Y - 程 学报 2 O 1 2年 使 隔振 器 上部结 构 所受 的 车辆动 扰力 通过 隔振 器传 递 到结 构 底部 。在 此 过 程 中 由隔 振 器进 行 调 谐 、 滤 波 、 吸收 能量 ， 当隔振 器上 部 的结 构 质 量 足 够 大 时 ， 町以达到 隔振 减振 的 目的 。 轨道 减振 的原 理如 图 1所示 [ 5 ， 其 中 ， 为 阻 尼 比， 一 个 “ 质量一 弹 簧 ” 系统 ， 即 “ 上 部 结 构一 隔振 器 元 件” 系统 ， 只有 当频率 比大于√ 2 时 ， 才有 隔振效果 。 当减振轨道的自振频率很低 ， 便可 以获得很宽的隔 振频 段 。 图 1 轨道 减振 原 理 Fi g ．1 The o r y o f Vi br a t i o n Re du c t i o n o f Tr a c k 钢 弹 簧 浮 置板 的主 要技 术 特 点 有 系 统 固有 频 率低 4 ～8 Hz ， 隔 振 效 果 好 ， 振 动 强 度 减 小 2 5 ～ 4 0 d B ； 弹簧隔振器寿命 长， 设计 寿命 5 0年 ； 同时 具有 维 弹性 ， 水 平 方 向 位 移 小 ， 无 需 附 加 限 位 装 昔 ； 施 J 简 甲 ． ， 町现 场 浇 注 ； 检 查 或 更 换 弹簧 十分 方 便 ， 用拆卸钢轨， 不影响地铁 运行 ； 基础沉 降造成 的高度 变化 可 以方 便快 速地 进行 调整 。基 于 以上这 些 特点 ， 钢 弹簧 浮 置板 技 术 在 世 界 范 围 内得 到 了广 泛 应 _旰 I 。 大 量 研 究表 f 1爿， 日前 浮 置 板 道 J末结 构 减 振 降 噪 效 粜最 为 著 ， 是 轨道 交 通 振 动 控 制 领 域 的 核 心技 术 ． 是敏 感地 段 减振 的 首选 方案 ， 可 以， 泛 应用 于地 铁 、 高架 、 桥 梁 等不 同类 型轨 道结 构之 中。 中 国北 京 、 } 海 、 广 州 、 深圳 、 南京 等城 市 已有 十 几条地 铁 线路 卜 _ 的几 十处敏 感地 段采 用 了钢 弹簧 浮 置板技 术 ， 如上 海 地 铁 6号线 高架 穿 越 高 档 住 宅 区 降噪 、 ， ‘ 州地铁 3号线 珠江 电影 制 片厂下 隔振 、 广 I ,i、 I 地铁 4口 _ 线 华 帝古 庙 下 隔 振 、 深 圳 地 铁 1号 线 市 民 中心下 隔振 、 南 京 地铁 1 号 线鼓 楼 医院下 隔振 等 ， 均 很 好地 解 决 振动 与 噪声 问题 ， 达 到预期 效果 ， 取 得 了 良好 的社 会 效益 和经 济效 益 。 1 ． 2 目前存 在 的 问题 与 今后 研 究发展 方 向 钢弹 簧浮 罟板 技术 在 国外 的应用 已经有 了很 长 时 间 ， 在 中 斟也 已经有 8年 的 实际 应用 经验 ， 正在 形 成一 套完 整 的设 计 、 施 工 、 运 营维护 的理 论 和经 验 。 由于钢 弹簧 浮置板 技 术 目前 存 在造 价较 高 的问 题 ， 并不 是地 铁所 有路 段都 采用 了该 技 术 ， 同时对 于 对振动要求极为严格的精密仪器 ， 也可能有钢弹簧 浮 置板 技术解 决 不 了 的 隔振 问题 ， 导致 对 振 动 敏 感 区段 的既有建筑结构的环境 问题仍未解决， 针对本 文中研究 的既有建筑结构 的隔振 问题 ， 只能另辟其 他 途径 和 隔振减 振方 法 。 2 隔振技术在 传播路径上的应用 2 ． 1 屏 障隔振 及弹 -陛地 基板 隔振 方 法 振 动 污染 的实 质 是振 动 波 沿 地 表 的传 播 ， 因此 可 以通 过设 置屏 障 对 振 动 波进 行 拦 截 ， 从 而 达 到 治 理振动 污 染 的 目的 ， 这 就 是 屏 障 隔 振 的基 本 原 理 。 屏 障 隔振具 有造 价 低 、 不 易 损 坏 、 耐 久 性 好 、 施 工 简 单和可 以作为结构一部分等优点。 屏 障 隔振是 通过 设置 屏 障来减 少 地面振 动 对基 础和上 部结 构 的危 害 ， 着 重 探 讨 自由场 的运 动 响应 和在土 体 中设 置屏 障 隔 振 ， 其 设 计 方 法是 在 振 源 和 被保 护结 构之 问设 置一 个或 多个垂 直 于地 面 的屏 障 隔离层 ， 利 用屏 障 的散 射 效 应 和 波 导 效应 消耗 波 能 和吸 收波 能 ， 当振 动 波在 传 播 过 程 中遇 到 这 种屏 障 时， 波就会发生反射 、 折射或衍射 ， 或在两层屏障之 问多 次反 射 和折射 形 成 波 导 效 应 ， 在 屏 障 后 形 成 振 动 降低 的 区域 ， 达 到 减 振 的 目的 。它 既 可用 于 主 动 隔振 又可 用 于被动 隔振 。 目前 在工程 中广泛 应 用 的 屏 障有空 沟 、 填 充 沟 如 用膨 胀 土泥浆 、 锯 屑 、 砂子 和 粉煤 灰等 作 为填充 物 、 钢 筋 混 凝 土 墙 、 连 续 柔 性 墙 气胀 垫 r 7 。 、 弹 性 板 、 圆 柱 形 孔 列 、 桩 排 和 板 桩 等 。 高广 运 根 据 屏 障 隔振 的形 式将 屏 障分 为 2类 ① 连续 屏 障 空 沟 、 填 充 沟 、 混 凝 土板 梁 等 ， 见 图 2 ； ② 非 连续屏 障 孔列 、 桩排 、 板桩 以 及短 墩 状 混 凝 土 板 凳 ， 见 图 3 连 续 屏 障 主要 针 对 于 高频 人 工 振 源 ， 而低 频 人 工 振源 会 出现瑞 利 波 波 长较 长 的情 形 ， 轨道 交通 引 起 的环 境振 动属 于 低 频 振 动 ， 低 频 人 工 振 源产 生 的 瑞 利波 波 长较 大 ， 有 时高 达 5 0 n 2 ， 甚 至 上 百 米 “。 大 部分 瑞利 波能 量 在半空 间 中传播 深 度约 等 于一 个 瑞 利波 波 长 1 1 2 ] ， 要 想 获得较 好 的隔振 效 果 ， 隔振 沟 必须很大， 但实际施工时很难做到 ， 而且如果地基本 身是软基或地下水位较高， 更不适合做连续屏障。 连 续屏 障在 选取 材料 、 形 状 和位置 时应 慎 重 ， 以 避免 出现振 幅放 大 现象 ， 特别 是 空沟 和柔 性屏 障 ， 因 为波 的迭 加使 振 幅放 大 尤 为 明 显 ， 在 这 方 面 非 连 续 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 屈文俊 ， 等 地铁环境下既有建筑结构的减隔振 方法研究 1 1 厂] l I 振源 J．．． ．．． f a 】 平 面 空 沟或 填 充 沟 所 组 成 的 连续 屏 障 b 剖 面 图 2 连 续 屏 障 隔 振 系 统 Fi g ． 2 Co nt i nu ou s Ba r r i e r Vi br at i o n I s o l a t i o n S ys t e m s 厂] 振 源 I l 1 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． _ _ J a 平 面 由桩 列或 孔 列组 成 的非连 续 屏障 f b 剖 自 I 图 3 非 连 续 屏 障 隔 振 系 统 Fi g． 3 N o n - c o nt i nu o us Ba r r i e r V i br a t i o n I s o l a t i o n S y s t e m s 屏 障 比连 续屏 障 的放大 倍数 小 。在非 连续 屏 障的试 验 研究 、 理 论分 析 和数值 计算 等 方面 ， 各国学者 做 了 大量 工作 ， 并取 得 了一 定 的研 究 成 果 。研 究 的 一 致 结论 为 列 车 移动 轴 荷 载 引起 的竖 向地 面 振 动 比横 向振 动大 ， 隔 振沟 能 对 竖 向地 面 振 动 起 到 较 好 的减 振效 果 ； 对 于非 连续 屏 障 的单 排 桩 隔振 ， 得 出了单 排 桩桩 深 、 桩 径 和材料 的变化对 隔振效果 的影 响较大 ， 桩身 截 面形式 对 隔振效 果影 响 不大 的结 论 。 针对 轨 道 交 通 引起 的振 动 问题 ， 主要 为 低 频 振 动 ， 非连续 屏 障对低 频 振动 的 隔振效 果较 好 ， 地面 屏 障 隔振设 计 的 3个 准 则 分 别 为 ① 屏 障 的 透 射 效 应 隔振效 率 ； ② 屏 障 的衍 射 效应一 隔振 范 围 ； ③屏 障 的吻合 效应 一 一 隔振 效果 。 1 屏 障的透射 效 应 隔振效 率 排桩 桩距 S 。 以及 屏 障 的 厚 度 或 当量 厚 度 B 应满 足下 式 5 ≤ l 1 B≥O ． ] 2 5 A R J 式 中 为地 面 波波长 ； 为木桩直 径 。 屏 障具 有有效 的隔振效 率 ， 式 1 是依 据 波 的透 射 理论及 多 项室 内、 现 场 模 型 及 工程 原 则 实 测 研究 的结果 ， 其厚 度 宜 大 于 I ． 3 5 A 。根 据 已有 工 程 实 测 ， 一般 能 隔离 7 0 ～7 5 的地 面振 动 。 2 屏 障 的衍 射 效应一隔振 范 围 ① 屏 障 的深 度 H 近场 主动 隔振 H O ． 8 ～ 1 ． 0 R， ’ ≤ 2 ． 0 R 远 场 被动 隔振 H≥ 0 ． 7 ～ O ． 9 R ， 2 ． 0 A K 式 中 r 为 振源 与屏 障间 的距 离 。 ②屏 障 的宽度 w 近场 主动 隔振 W 2 ． 5 ～ 3 ． 1 2 5 R r ≤ 2 ． 0 A R 远 场 被动 隔振 W ≥ 6 ． 0 ～ 7 ． 5 R ， 2 ． 0 A R 3 屏 障 的吻合 效应一 隔振 效果 土体 内具 有 一定 刚 度 的屏 障 ， 有 可 能 被 弹性 波 激发 而产 生强 烈振 动 ， 此 时 ， 屏 障 不仅 不 隔振 ， 反 而 形 成另一 波源 而产 生 振 害 ， 文献 [ 1 3 ] 中依 据 声 学 原 理称 之 为屏 障 的吻合效 应 ，吻合 效应 常造 成屏 障工 程失 效甚 至反 效 。 考虑吻合效应控制屏 障的弯曲频率 ， 其临界吻 合频 率 厂 为L l 、 厂 f o 一0 ． 5 5 l 式中 V 为土中纵波波速 ； C 为屏障的纵波波速。 近年来出现的另一种形式的屏障隔振方法是使 用 埋置 在振 源或 被保 护结 构 下 的弹 性 板进 行 隔振 ， 如 图 4所示 。 这 种隔 振思 想来 自于 表面 激振 的层状 地基 波 的 传播 存 在截 止频率 ， 当激振 频率 低 于截止 频率 时 ， 地 基 中不 存在 波 的传 播 现 象 利 用 这 个 效 应 ， 一 些 学 者 建议 用一 个 刚性 层 来形 成 有 限尺 寸 的人 工 基 岩 ， 并 将这 个人 工基 岩 称 为 波 阻板 ， 根 据 国外 学 者 的研 究 ， 使 用弹性 地 基板屏 障隔振 更 有 利 于屏 蔽低 频 振 动 ， 而轨 道交通 产 生 的振 动 频率 多在 2 ～8 0 Hz 之 间 ， 因而通 过在 轨道 下 方 埋 置 刚性 弹性 地 基板 对 列 车 产生 的环 境振 动在 理论 上具 有较好 的 隔振减 振效 果 。鉴 于移 动轨 道 以及 重新 布轨 的费 用 较 为 昂贵 ， 在 具体 施工 工艺 上 国外 比较成 熟 的是 向地基 土高压 o o o o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 2丘 波 阻块 图 4 波 阻 块 减 振 示 意 Fi g ． 4 Vi br a t i o n Re du c t i o n S c he m a t i c of W a v e I m p e da n c e Bl o c k 喷射 注浆 ， 通 过加 固地 基 的 方 法在 地 基 中形 成 人 工 硬壳 层 ， 增加 地基 刚度 ， 从 而形 成理 论计 算 中的 刚性 弹性 地 基板 ， 故 而也 叮将 弹 性 地基 板 屏 障 隔振 称 为 地基 处理 隔振 方 法_ 1 。在 中 国 ， 最 新 的 隔 振 设 计 规 范 二 B 5 0 4 6 3 2 0 0 8 也 已收 录 了弹 性 板屏 障隔 振技 术 。 2 ． 2 目前 存在 的 问题 与今 后研 究发 展方 向 目前 ， 铁 路 减振 主要 采用 主 动减振 方 式 ， 但 对于 某 些振 动环 境标 准要 求 比较 高 的敏感 点或 本 文 中研 究 的既 有建 筑结 构 ， 在 采 取 减 振 措施 仍 不 能 达到 要 求 的情 况下 或 无法 采 取 主 动 减振 措 施 时 ， 则 需 要 考 虑 被动 减振 技 术 ， 采 用 屏 障 隔振 的研 究 则 日益 受 到 重 视 。 传 统 的 屏 障 隔振 方 法 如 空 沟 、 连续 墙 等 对 高频 振 动具 有 良好 的 隔振 效 果 ， 而 对 衰 减 较 慢 的 低频 振 动 则需 要足够 的深 度 ， 施工 往往 难 以实现 ； 波 阻板 可 以有效 减 少地 表荷 载 产 生 的低 频 振 动 ， 对 于 高 架 轨 道 、 高 速铁 路 等是 比较 理想 的 隔振措 施 ， 但 是 禽能 减 少地铁引发的低频振动却少有研究 ， 因此 ， 研究屏障 隔振 和波 阻板 应 用于地 铁 引发低 频 振动 的 隔振具 有 非 常 现实 的意 义 。对 于本 文 中研 究 的既有 建 筑结 构 隔振 问题 ， 在 传播 途径 中 的隔振 是行 之有 效 的措施 。 3 隔振技 术在 建筑结构 上的应用 3 ． 1 浮 置地 板 隔振 在 房 问 结 构 地 面 上 冉 做 一 层 口 『 浮 置 的 混 凝 土 板 ， 用隔振 元 件予 以支撑 浮置 ， 构成 浮置 地板 。浮置 混凝 土板 的厚 度 一般 在 1 3 O ～2 0 0 IT ]． I n之 间 ， 与房 间 结构 地 面 的 隙一般 为 3 O ～5 0 mm， 隔 振 元件 一 般 采用 钢 弹簧 隔振 器 或 者橡 胶 垫 ， 墙 壁 采 用 吸 隔声 处 理 。这 种 隔振 方式 具有 良好 的撞 击 声 隔 声 性 能 ， 可 以有 效 隔离 来 自地 面的 固体传 声 。主要 应 用于 剧 院 和 音乐 厅等 对撞 击 声 隔 声 要求 较 高 、 跨 度较 大 的空 间 。该 隔振 方式 施 工 简 单 ， 性 价 比较 高 。 目前 中 国 已有不 少工 程实 例 ， 如东 方艺术 中心 、 苏 州 科技 文化 中心 和武汉 大剧 院 等 就 采 用 _『该 技 术 ， 隔振 元 件 采 用 的是 可调 平 的钢 弹簧 隔振器 。上海音 乐 厅则 采用 了浮置 地板 ， 直 接将 观 众 席 楼 板 通 过 钢 弹 簧 隔振 器 支撑 于牛腿 上 。 浮置 地 板 隔振 技 术 对 房 屋 的净 空 要 求很 高 ， 对 本 文 中研究 的 既有建 筑 结构 ， 尤 其是住 宅 结构 ， 净 空 要 求难 以满 足 ， 所 以该 技 术 的适 用 范 围 是 具 有 局 限 性 的 。 3 ． 2房 中房 隔振 当使 用 空 间要 求 具 有 更 高 的隔 声 性 能 时 ， 可在 使 用 空 间中再 建一 个 具 有 独 立 墙 壁 、 地 板 和 顶 板 的 内层 房 间 ， 将 内层房 间 支撑 在隔 振元 件 ， 隔振元 件 一 般 为可 预 紧 、 可 调平 的钢 弹簧 隔振 器 ， 四周 墙壁 及 顶棚 与外 部墙 壁 和顶板 之 问没有 任 何刚性 连 接或 接 触 ， 留有 一层 空气 层 ， 其 厚 度 以人 叮通过 为宜 。 房 中房 隔振技 术 可 以有效地 隔离来 自各 个方 向 的振 动 和 固体 传声 ， 从 而保 证局 部 空 间的声 学性 能 。 国家 大剧 院中 5 个 高 档 录 室 就采 用 _r房 中房 隔振 降噪 技术 。但 是房 中房 隔振 技术 同样对 房 屋 的空 『 白 j 尺度 有很 高要 求 ， 对本 文 中研究 的 既有 建筑 结构 ， 尤 其是 住 宅结构 ， 该 技术 不再 适用 。 3 ． 3建筑 物整 体 隔振 主要 用 于对 同体 传声 要 求 非 常 严格 、 附 近 有 明 显振 源 的建 筑 。隔振 方式 是将 整 个建 筑物 支撑 在 隔 振 元件 上 面 。隔振元 件一 般采 用 可调 平 、 口 『 预 紧 、 寿 命 较长 的钢 弹 簧隔振 器 。建 筑物 下方 要 没有 安装 和 检 修 空间 。建 筑物 整体 隔振 技术 可 以有效 地 隔离 来 自各个 方 向 的振动 和 固体 传 声 ， 可 以保 证 建 筑 物 内 所 有空 间 的声学 性 能 。正在设 计 中 的 中国某 交响 音 乐 厅将 采用 建 筑物 整体 隔振技 术 。 建 筑物 整 体隔振 技 术对 地铁 引起 的振 动 具有 很 好 的隔振效 果 ， 但 主要是 对 拟建 建筑 而 言， 对 既有 建 筑 结 构 ， 该 方法 的实施需 要 巨大 的经 济支 持 ， 使该 技 术 又受到很 大 的 限制 。 3 ． 4室 内隔振 3 ． 4 ． 1 既 有建 筑物 隔振 的特 点和 难 点 所谓 结 构 隔 振 ， 就 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 屈 文俊 ， 等 地 铁 环境 下既 有建 筑 结构 的减 隔振 方法研 究 1 3 √ 式 中 ． 厂 ， M ， K 分别 为 隔振 系统 的频 率 、 质 量 和动 刚度 。 住 宅 楼 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 ， 质 量越 大 ， 则系 统 的刚度 越大 。在 结构 水平 面积 一 定 时 ， 系 统竖 向高 度 由其 质 量决 定 。在 对 既有 建 筑 进行 隔振 设 计 时 ， 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 ， 住 宅 内隔 振 有 别 于 对其 他 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 。 3 ． 4 ． 2 既有 建 筑物 的室 内隔振 方 案 基 于隔 振 的 动力 学 原 理 ， 考 虑结 构 的平 衡 和稳 定 ， 结 合工 程 实 际 ， 提 出既 有 结 构 房 屋地 面 隔 振 方 案 ， 见 图 5 ， 6 。由图 5 ， 6可 知 ， 每个 房 间 自成 一个 独 立 的 隔振 系统 ， 由一 块地 板 和一 组隔离 器共 同组 成 。 振 器 图 5 隔振 系统 隔振 器 平 面 布 置 单位 mm Fi g ． 5 Pl an e Lay o u t s o f Vi br a t i o n I s o l a t o r s i n Vi b r at i o n I s o l a t i o n S y s t e m U n i t mm l 文 献[ 1 7 ] 中采 用 既 有 建 筑 物 的 室内 隔 振 方 案 后 ，中心频 率 2 ． 5 Hz ， 1 ／ 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 ／ T 5 0 3 5 5 -- 2 0 0 5 中相应 限值 降低 8 6 d B， 隔 振 效率 达 9 1 。可见 ， 该 室 内隔振 技 术 对 既有 建 筑 结 构 的隔振 效果 是 明显 的 ， 尤