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消声室隔振弹簧的设计与施工技术

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消声室隔振弹簧的设计与施工技术

摘要: 某消声室建筑面积230m2, 分为外围护结构、 办公室部分和内消声室部分, 消声室为一砖砌结构的箱体, 放置在四周均匀分布的弹簧上, 以达到隔振的目的。实验室室内地坪±0.000, 内箱顶标高6.280m, 建筑物总高9.250m。

1、 消声室的消声室设计
本消声室为半消声室, 箱体内平面尺寸9.10*8.30m, 消声措施采用400mm*400mm*1000mm的吸声尖劈, 消声室与室外隔绝采用双层砖墙隔声结构。消声室净空间6.80m*6.00m*5.00m, 在消声室内墙及顶板设置预埋件, 再在其上焊制挂尖劈的钢筋网架。
2、 消声室的隔振设计
经估算, 弹簧以上箱体总荷载为3108.72KN。
2.1 弹簧的选用和数量的确定
本消声室整个内箱体放置在弹簧上, 首先要考虑弹簧能满足上部箱体的竖向承载力的要求。由于弹簧选用受生产厂家加工工艺及弹簧精度等条件的限制, 本设计先选定符合精度要求的弹簧, 再根据弹簧的承载能力确定弹簧个数和布置。
经比较, 本设计选用下列规格的隔振弹簧: d=40mm,D=190mm, 弹簧自由高度H=300±1mm,总圈数N=5.5, 有效圈数n=4, 弹簧钢60SiMn, 剪切弹性模量G=93.3Gpa, 其极限承载力为79.6KN( 在此荷载条件下, 弹簧的弹性系数为常数) 。考虑到弹簧长期受力条件下的疲劳特性, 选取弹簧极限承载力的70%作为其工作荷载, 即79.6kN *70%=55.72KN, 则需的弹簧数量为( G+P) /55.72=3108.72 / 55.72≈56个。在此工作荷载下, 弹簧的压缩量为60.0mm。
2.2 隔振设计与构造措施
消声室的重量基本上均匀分布于弹簧上, 并经过弹簧传至下部基础梁。由于弹簧的阻尼作用, 大大消减了外界的噪声、 地面震动等各种内外因素对消声室的影响, 从而达到隔振消声的目的。其关键的设计构造措施如下:
(1) 考虑到消声室为对称结构, 荷载具有对称性, 为保证箱体平衡, 弹簧的布置必须严格均匀、 对称。
(2) 为保证弹簧受力均匀、 便于连接、 锚固和安装, 设计中使弹簧成对布置, 与预埋钢板焊接固定。
( 3) 实验台与消声室底板间设置隔振缝, 缝宽15mm左右, 并用海绵橡胶填缝, 实验台与建筑物基础之间设置橡胶隔振垫。
( 4) 为保证箱体的稳定性, 所有弹簧应严格准确地在同一水平高度, 隔振弹簧底座及顶部的水平偏差要求≤L/1000( L为箱体的水平长度) 。
3、 隔振弹簧施工
隔振弹簧出厂前经逐个试压, 在同级荷载下, 其压缩高度基本一致。隔振弹簧的安装基座应严格找平, 然后锚固弹簧, 逐一检查无误后开始施工上部消声室底板和圈梁。
消声室上部墙体应逐圈往上砌筑, 在同一水平面上四周荷载尽量控制相等, 保证弹簧的受压变形尽量均匀, 避免较大倾斜, 并要求四壁垂直偏差≤10mm( 总高度范围内) .
3.1 确定弹簧受荷次数
消声室的施工采用Ø48*3.5mm普通脚手架钢管, 160根立杆和80根横杆用直角扣件拧紧固定后, 与弹簧一起承受上部恒荷载和上部施工荷载。56支弹簧与±0.000底板四周梁模板安装同时进行。弹簧以上箱体的恒载+模板及施工荷载为2824.45KN。
Ø48*3.5mm普通脚手架钢管应满足以下要求。( 1) 、 按轴心抗压强度条件, 每根立杆的承载力为81.52 KN, 160根立杆的竖向承载力为13043.2 KN, 能满足承受上部恒荷载和施工荷载的要求; ( 2) 、 扣件与钢管立杆间的摩擦条件为在拧紧螺栓的情况下, 扣件与钢管之间能产生足够的摩擦力, 以传递来自横杆的荷载, 并确保连接点不变形。每根立杆的摩擦力为6.0 KN, 160根立杆的摩擦力为960 KN, 分级次数为2824.45/960=2.94, 因此脚手架钢管立杆可分3次给弹簧受荷。
3.2 弹簧分级受荷的施工顺序
第一次: ±0.000标高底板恒荷载+2.1m高的墙体, 圈梁和构造柱的重力荷载为949KN, 待混凝土龄期28d后( 强度达100%) , 开始对弹簧第一次加荷, 即在钢管立杆上扣件下移18mm( 分两次, 每次下移9mm) , 弹簧受荷935.4KN 。又经计算可知: 每只弹簧压缩量1mm时, 其竖向承载力为0.928KN; 56支弹簧压缩量为18mm时, 其竖向承载力为0.928*18*56=935.4KN
第二次: 箱体四周的墙体, 圈梁和构造柱施工完毕, 其重力荷载为945 KN。实际在钢管立杆上扣件下移18mm, 弹簧受荷为935.4 KN。
第三次: 6.28m标高顶板施工结束, 其重力荷载为523.4 KN。再在钢管立杆上扣件下移10mm, 弹簧受荷为0.928*10*56=519.68 KN。
3.3 弹簧的受荷过程
待7.800m标高屋面板施工完毕, 拆除模板, 解除施工荷载后, 在消声室结构自重荷载下, 弹簧平均压缩量为18+18+10=46mm.
当前, 建筑物消声隔振属于建筑工程的新课题, 以上是施工中的一点浅见, 希望能抛砖引玉, 使此课题不断完善。