5.4.2 常用减振方式
建筑振动方式通常分为3种类型，具体如下。
（1）建筑整体隔离减振，即在建筑的底部设置柔软的隔振层，改变整个建筑竖向振动频率减振。具体措施包括设置弹簧隔振器、叠层厚橡胶支座、三向隔振支座、减振垫等。
（2）建筑局部减振。国内研究人员通过建立地铁环境振动有限元分析模型，得到下述结论（图5.20）。随着楼板厚度的增加，各楼层振动加速度级有不同程度的减小，楼板厚度每增加0.05 m，楼层振级降低0.3～2.6 dB。具体措施包括加厚楼板、设置局部减振垫或房中房等，房中房的减振原理为：在建筑物内部采用浮置结构，用浮地面、浮墙、浮天棚在房间中另做一个独立箱体，这样可有效地隔绝地铁振动，具体见图5.21和图5.22。
图5.20 不同楼板厚度下建筑物各楼层振级曲线
图5.21 房中房减振原理
（3）其他减振方式。具体措施包括黏滞阻尼器减振、调谐质量阻尼器（tuned mass damper，TMD）减振等。黏滞阻尼器减振的原理为：增加结构阻尼，减小地震响应。其特点为：只为结构提供阻尼而不提供刚度，不改变结构振动特性；滞回曲线饱满；可以重复使用。据相关研究，合理数量的阻尼器可以有效减小地铁震动对周边建筑的影响，减小楼层Z振动6.8～11.1 dB。
图5.22 房中房隔声避振系统示意图
对建筑物采取振动控制是阻止地铁振动波传播的最后屏障，可针对不同的保护对象和目的采取4种减振隔振措施，具体如下。
1.避免“硬”连接
建筑减振首先考虑的是将轨道交通结构与建筑结构采用分缝方式脱开，避免“硬”连接，下面举例说明。
某城市轨道交通车辆基地库房区以外为碎石道床，道床结构和上盖盖板的承台墙柱无“硬连接”，加上轨道采取减振措施，结构无额外减振措施。
在运用库、检修库、调机车库等盖下库房，检查坑地沟结构板与上盖承台墙柱存在平面和标高的重叠，结构专业需要采取措施，切断振动传递路径，减弱振动传递。
该车辆基地，设备基础、检查坑等与上盖承台的竖向关系如图5.23所示。
柱式检查坑（壁式检查坑）列车行走范围在平面上与上盖基础大承台避开，局部避让不开处降低上盖承台标高。检查坑之间结构底板与上盖基础大承台在竖向标高上避开，无硬性连接。
检查坑之间结构板在上盖柱的四周设置变形缝，构造如图5.24和图5.25所示。
图5.23 主楼区域承台与轨道之间关系（单位：mm）
图5.24 未施工混凝土柱周边变形缝平面图（单位：mm）
通过采取上述结构构造措施，避免设备基础结构与上盖主体结构的“硬连接”，达到减弱振动传递的效果。
2.地基隔振
可在建筑物底部，即地基部位铺设砂垫层等减振物质，在反复振动中有效吸收和消耗振动能量，降低建筑物的振动影响。该隔振措施有一定局限性，只适用于低层建筑物。砂垫层能有效地降低上部建筑物的振动强度，且对低频和高频的振动频段均有良好的适应性。
图5.25 变形缝大样（单位：mm）
3.基础隔振
传统的基础隔振和层间隔振技术由于隔振层横向刚度显著小于建筑结构层间刚度，因此对横向振动抵御效果显著，但由于地铁振动以垂向为主，垂向刚度与建筑结构一致的传统隔振技术无法抵御地铁振动。为了阻隔振动波向上部结构传播，隔振层的设置方式应当为显著降低隔振层的垂向刚度，延长结构的垂向自振周期，同时还可以在隔振层设置阻尼装置消耗振动能量。
（1）弹簧隔振器。
常用的隔振装置为弹簧隔振器（图5.26），辅以橡胶块和阻尼器帮助耗散振动能量。减振装置内弹簧、橡胶块和阻尼器以不同的方式组合，可以适应不同的减振环境，达到不同的效果。根据前人的一些研究，在邻近地铁的建筑物基础部分使用弹簧隔振器，使用后能将建筑结构的竖向自振频率降低至激振主频的截止频率之下，隔振效果显著；在邻近地铁的一幢建筑物基底设置了钢弹簧隔振装置，能降低23%的激振强度，具有良好的隔振效果。
（2）厚肉橡胶支座。
图5.26 弹簧隔振
在建筑减振中，利用橡胶支座进行基底隔振，具有价格便宜、安装简单以及性能可靠等优点。利用橡胶支座进行建筑物隔振的研究最早集中在地震防治领域。利用橡胶支座对地铁周边建筑物进行竖向隔振最早出现在1966年的英国伦敦，Albany Court公寓大楼第一次采用了这种技术。从那开始，橡胶支座在地铁周边建筑物的减振领域得到了越来越多的应用。地铁振动强度相对低，利用橡胶支座对地铁周边建筑物进行减振设计也随着地铁的日益发展得到越来越多的关注。
目前部分采用橡胶支座进行基底隔振的减振效果并不理想，原因可能有两点：一是由于结构的高阶振型被频带宽、高频段、有较强振动的地铁激励激起，造成高频振动被放大；二是减振后结构的低阶振未能低于地铁振动能量较为集中的低频区域，造成低频振动被放大。
厚肉橡胶支座可能会进一步改善减振技术现状。它通过减少橡胶层数而增大橡胶支座中橡胶层的单层厚度，橡胶支座的竖向刚度大大降低。这一种被称为厚肉橡胶支座的新型支座近年来在地震工程的三维隔震领域引起了一定的重视。
但从现有的研究来看，针对地铁振动，对厚肉橡胶支座的系统研究较少，对厚肉橡胶支座的极限能力及地震下的安全性能评估也较少。
另一方面，虽然厚肉橡胶支座的减振效果已经被一些基于橡胶支座进行基底隔振的地铁周边建筑物的现场实测印证，但其真实的减振效果仍然没有得到十分确切的证明。这主要是因为，由于地铁振动的强度和频谱组成受土壤环境、周边建筑物密度、地铁轨道类型等因素的影响，对于不同的地铁线路或一条地铁线路上不同的区段，其振动激励的组成不尽相同。因此，基于某一特定工程的验证，从理论上，无法对用厚肉橡胶支座进行地铁周边建筑物隔振设计的真实效率进行充分的说明。
事实上，对于厚肉橡胶支座真实的减振效果的验证需要试验室能够模拟出振动强度可控、激振频率可调的振动环境。而针对高频地铁振动，目前受制于试验室中大功率作动器较低的激振频率以及高频激振器较低的输出功率，试验室中还无法进行有效模拟。
（3）三向隔振支座。
如图5.27所示为三向多功能隔振支座，该三向多功能隔振支座包括铅芯橡胶支座、碟形弹簧组、导杆、上连板、中间连板、下连板。下连板和中间连板之间设置铅芯橡胶支座，中间连板和上连板之间设置碟形弹簧组，碟形弹簧组中间设置导杆。碟形弹簧组与导杆接触面之间设置低摩擦材料，减小两者之间的摩擦。上连板下部设有圆形凹槽，导杆可在凹槽中自由滑动。凹槽外部设置凸缘，凸缘直接与下部的碟形弹簧组接触，传递竖向荷载。
图5.27 三向多功能隔振支座示意图
对三向多功能隔振支座进行分析可以发现，当三向多功能隔振支座设置在结构上后，竖向荷载的传力顺序为上部结构、上连板、碟形弹簧组、中间连板、铅芯橡胶支座、下连板；水平荷载的传力顺序为上部结构、上连板、导杆、中间连板、铅芯橡胶支座、下连板。
三向多功能隔振支座的工作机理：当三向多功能隔振支座安装在结构上时，碟形弹簧发生竖向变形，导杆进入上连板的预留凹槽中，凸缘与凹槽之间产生接触，可以传递水平力。在风或小震作用下，三向多功能隔振支座中铅芯隔振支座具有较大初始水平刚度，变形较小，保证结构的正常使用；在中强震作用下，三向多功能隔振支座中铅芯橡胶支座发生屈服，水平刚度较小，产生较大变形，从而实现隔离振动的上下传递，并且通过铅芯橡胶支座的高阻尼特性耗能；在地震结束后，由于铅芯橡胶支座具有足够的水平刚度，支座可恢复初始的位移状态。在竖向地震作用下，碟形弹簧组发生竖向变形，隔离竖向地震动向上部结构传递，并且碟形弹簧组具有一定的耗能能力，消耗一部分竖向地震作用能量。
在水平地铁振动作用下，三向多功能隔振支座中铅芯橡胶支座的水平刚度小于结构的水平刚度，隔离了地铁作用向上的传递；在竖向地铁振动作用下，碟形弹簧组的竖向刚度小于结构的竖向刚度，隔离地铁振动进一步向上传递。
三向多功能隔振支座的耐久性由水平隔震支座和碟形弹簧组的耐久性共同决定。已有研究和实际工程经验表明，铅芯橡胶支座的耐久性能够得到保证。同时，碟形弹簧的材质为60Si2Mn A及50Cr VA，《碟形弹簧》（GB/T 1972—2005）中指出碟形弹簧的耐久性能够达到使用要求。因此三向多功能隔振支座能够达到实际工程的耐久性要求。
4.局部浮置隔振
邻近地铁建筑物若具有对振动敏感的使用特点，例如博物馆、精密仪器实验室、音乐厅、高档剧院或高档住宅等，需要进行特殊要求的振动控制。若对整幢建筑物进行整体特殊隔振显然不够合理和经济。可针对建筑物内振动敏感部分区域进行局部弹性浮置隔振（图5.28）。相较基础隔振，局部浮置隔振原理相同，但保护对象不同，它是针对具有特殊环境要求的设备及局部区域利用性能优异的隔振装置与楼板或基座脱开，采取具有针对性、高效精细的隔振措施。
图5.28 局部楼板浮置隔振
5.总结
建筑减振措施汇总如表5.7所示。
表5.7 建筑减振措施汇总
续表
对于新建地铁车辆段上盖项目，一般建议采取如下减振措施。
（1）适当增加上盖建筑楼板厚度，推荐采用厚板转换形式。
（2）对品质要求较高的住宅可设置整体隔离减振，增设浮筑楼板，例如广州市赤沙车辆段上盖住宅，就采用了橡胶支座减振。
（3）特殊隔振需求房间可全屋采用“房中房”隔振。
对于已建地铁周边开发项目，一般建议采取如下减振措施。
（1）适当设置隔离排桩或隔离沟。
（2）局部特殊房间特殊处理，例如采用房中房、调谐质量上阻尼器减振等。
振动是较为复杂的事情，设置不当反而会增加振动，一般具体问题具体分析，需要实地测量，科学计算，不宜只凭经验设置。