消声室隔振弹簧的设计及施工技术

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,并通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??48*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.48*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81.52KN,160根立杆的竖向承载力为13043.2KN,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6.0KN,160根立杆的摩擦力为960KN,分级次数为2824.45/960=2.94,所以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945KN.实际在钢管立杆上扣件下移18mm,弹簧受荷为935.4KN.

第三次:6.28m标高顶板施工结束,其重力荷载为523.4KN.再在钢管立杆上扣件下移10mm,弹簧受荷为0.928*10*56=519.68KN.

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.

目前,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。