弹簧减震支座在大型建筑维护结构中的应用

弹簧减震支座在大型建筑维护结构中的应用发布时间：2012-09-25泰达市民文化广场是天津滨海新区经济技术开发区的一艘商业旗舰，集酒店、购物、餐饮、娱乐为一体。其建筑面积约20万平米，外观宏伟、大方，结构独特、富有强烈的现代气息，特别是建筑外檐幕墙结构部分从节能、生态、环保等多角度考虑，将多项现代新技术应用在工程建设中，赋予了当代建筑幕墙以新的涵义，同时也给中国建筑史上写下厚重的一笔。笔者作为该项目的负责人，有幸全程参与了外檐幕墙结构部分的方案制定、设计过程和施工过程。其中，在设计过程中将弹簧减震支座在大型建筑维护结构中的应用，笔者认为是其中的一大亮点，现将设计过程中的理念和设计资料整理出来，以期对建筑幕墙的发展起到一定的参考和借鉴作用。泰达市民文化广场主体结构设计时，没有考虑幕墙外维护结构的综合受力因素，若两立面结构与主体结构刚性连接，每个支点与主体结构的力都不一样，当采用传统连接方式时，在较大外力作用下，可能对主体结构造成破坏，为此，我们专门设计了三种92套“双向抗拉（压）弹簧减震支座”，作为外维护结构与主体结构的连接件。1、弹簧减震支座的工作原理当外力（正风压）通过垂直于幕墙安装的弹簧减震支座将力传递到建筑主体结构上时，弹簧减震支座内同轴安装的两组弹簧中的抗压弹簧开始作用，另一组弹簧不受力，处于自由状态，当抗压弹簧过载超过设计值时，通过支座两端的限位停止工作。当作用在幕墙上的外力为负风压时，另一组抗压弹簧开始作用，正风压工作的弹簧处于自由状态。即在正、负风压不同作用时，两组弹簧分别工作。由于弹簧工作时有一定的行程，外幕墙钢结构又是相对的刚性体，可以确保所有支点均受力，从而保证了主体结构的安全性。2、弹簧减震支座的位置编号、支座反力Mq1弹簧支座编号：Mq2弹簧支座编号：MQ1、2弹簧支座反力（单位：N）根据以上支座反力计算结果，我们汇总确定了三种弹簧轴向力进行支座设计，其中：ZZ1型弹支座轴向力F=136KN；ZZ2型弹簧支座轴向力Fz=254KN；ZZ1a型弹簧支座轴向力F=75444N。3、弹簧减震支座的设计图纸及参数MQ1、2弹簧支座反力（单位：N）（1）ZZ1型弹簧支座图（数量74台套）：Zz1型弹簧支座设计参数：弹簧支座轴向力：F=136KN单弹簧刚度K=1800N/mm弹簧中径D=180mm钢丝直径d=45mm一圈弹簧刚度Kd：6855N/mm有效圈数n=3.81总圈数n=5.31节距p=(0.28～0.5)D=69.5mmn1=n+1.5时，弹簧高度H=pn+d=69.5x3.81+45=310mm允许变形：+76旋向：右旋热处理后硬度：45～50HRC端部形式：YI型，两端圈并紧，没端磨3/4圈；螺旋角a=arctanp/3.14D=arctan69.5/3.14x180=7.01°展开长度：L=3.14Dn1/cosa=3.14x180x5.31/cos7.01°=3024mm弹簧允许承受的最大载荷：147115N最小套筒直径：234mm（2）ZZ2型弹簧支座（数量8台套）：Zz2型弹簧支座设计参数：单弹簧计算：弹簧支座轴向力：Fz=254000N弹簧支座刚度Kz=5000N/mm单弹簧轴向力：Fz=127000N单弹簧刚度K=5000/2=2500N/mm弹簧中径D=195mm钢丝直径d=45mm一圈弹簧刚度Kd=GD/8C4=78000X195/8(195/45)4=5392N/mm弹簧刚度k=2500N/mm有效圈数n=2.1568总圈数n=4.21568节距p=(0.28～0.5)D=73mmn1=n+1.5时，弹簧高度H=pn+d=73x2.1568+45=202mm允许变形：±51旋向：右旋热处理后硬度：45～50HRC端部形式：YI型，两端圈并紧，没端磨3/4圈；螺旋角a=arctanp/3.14D=arctan73/3.14x195=6.799°展开长度：L=3.14Dn1/cosa=3.14x195x4.1568/cos6.799°=2563mm单弹簧允许承受的最大载荷：Fs=3.14d³x740/8D=3.14X45³X740/8x195=135730N最小套筒直径：250mm（3）ZZ1a型弹簧支座（数量10台套）：ZZ1a型弹簧支座设计参数：单弹簧计算：弹簧支座轴向力：F=75444N单弹簧刚度K=1800N/mm弹簧中径D=195mm钢丝直径d=45mm一圈弹簧刚度Kd=GD/8C4=78000X195/8(195/45)4=5392N/mm有效圈数n=2.995总圈数n=4.495节距p=(0.28～0.5)D=68.5mmn1=n+1.5时，弹簧高度H=pn+d=68.5x2.995+45=250mm允许变形：±42旋向：右旋热处理后硬度：45～50HRC端部形式：YI型，两端圈并紧，没端磨3/4圈；螺旋角a=arctanp/3.14D=arctan68.5/3.14x195=6.383°展开长度：L=3.14Dn1/cosa=3.14x195x4.495/cos6.383°=2770mm单弹簧允许承受的最大载荷：33Fs=3.14dx740/8D=3.14X45X740/8x195=135730N最小套筒直径：250mm4、弹簧减震支座的实物安装（1）单筒型(ZZ1型)弹簧减震支座：