CN100434603C - 一种建筑物绝缘隔震体系 - Google Patents

一种建筑物绝缘隔震体系 Download PDF

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Abstract

一种建筑物绝缘隔震体系，包括隔震层，其指由梁板加活动基础组成的上结构平面和由梁板加固定基础组成的下结构平面、以及安装在上下结构平面中的隔震体系中的装置，装置包括滚动支承绝缘隔震装置和橡胶块弹性元件水平复位装置，绝缘隔震装置安装于活动基础与固定基础之间；水平复位装置安装于上结构平面的梁板和下结构平面之间。在上、下结构平面构件之间，还可设置限位、锁定、阻尼和抗拔装置，各装置互不影响，可合理设计各装置的功能参数和位置，而且维修更换十分方便。

Description

一种建筑物绝缘隔震体系
所属技术领域
本发明涉及一种建筑物绝缘隔震体系。同样适用于构筑物、桥梁和其它需隔震的物体。
背景技术
为使建筑物绝缘隔震，建筑物绝缘隔震体系需满足以下几点：
1.可让建筑物与基础之间产生柔性滑动；
2.有足够大的初始刚度；
3.有足够大的阻尼耗能能力，以限制建筑物的位移；
4.具有使建筑物复位功能；
目前的建筑物绝缘隔震体系为在建筑物的柱底部的活动基础和固定基础之间安装绝缘隔震装置(滚动支承装置或滑动支承装置等)、弹性元件水平复位装置(橡胶或夹层橡胶复位装置)、阻尼耗能装置等，滚动支承装置(另一种为滑移平板中间夹滚轴支承)承受建筑物垂直载荷；弹性元件水平复位装置、阻尼耗能装置一般位于滚动支承装置周围，复位装置起复位作用，阻尼耗能装置提供足够的初始刚度和耗能能力，并限制建筑物相对于基础的位移。
另外一种稳定装置是日本鬼头健三郎的滚珠支承模式：在基础和柱底间相对凹面设置的皿型盘之间夹入滚珠，用以支承建筑物。其专利号：NO.61135，1924年。但该方案承载能力较低，造价高，适用范围有限。
上述的这些建筑物绝缘隔震体系的各种装置都是设在建筑物的隔震层上，所述的隔震层是指由梁板加活动基础组成的上结构平面和由梁板加固定基础组成的下结构平面、以及安装在上下结构平面之间的绝缘隔震体系中的装置。具体地说，滚动支承绝缘隔震装置和橡胶块弹性元件水平复位装置等全都安装于活动基础与固定基础之间。各装置各自完成各自功能。由于建筑物的立柱底部空间结构所限，使得各装置的功能参数取值互相影响，难以合理，且不便于维修。这是该绝缘隔震技术至今不能实用的主要原因。
发明内容
本发明的目的，就是提出一种建筑物绝缘隔震体系，既满足了建筑物隔震系统要求，又较少受到建筑物的立柱底部结构所限，可合理设计各装置的功能参数和位置，而且维修更换十分方便。
为实现上述目的，本发明的建筑物绝缘隔震体系，包括隔震层，所述的隔震层是指由第一梁板加活动基础组成的上结构平面和由第二梁板加固定基础组成的下结构平面、以及安装在上、下结构平面之间的隔震体系中的装置，所述的装置包括绝缘隔震装置和弹性元件水平复位装置，所述的上结构平面与建筑物的柱联接，其特征是：所述的绝缘隔震装置安装于活动基础与固定基础之间；所述的弹性元件水平复位装置安装于上结构平面的第一梁板和下结构平面之间。
所述的弹性元件水平复位装置为：在上结构平面的第一梁板及下结构平面上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土；在上、下洞填充物之间安装具有上下联结板的弹性块。
本发明的有益效果是：在采取了上述技术设施之后，本发明的建筑物绝缘隔震体系，由于绝缘隔震装置(滚动支承装置或滑动支承装置等)布置在活动基础和固定基础之间，弹性元件水平复位装置(橡胶或夹层橡胶复位装置)布置在建筑物隔震层的上结构平面的第一梁板与下结构平面之间，两者互不影响，可合理设计各装置的功能参数和位置，而且维修更换十分方便。
在上述基础上，本发明的建筑物隔震体系还可作进一步的改进：
1)将建筑物活动基础分为上、下两部分，上、下之间为凹凸球面接触，仅上部分与上结构平面第一梁板联结；
2)所述的上结构平面与下结构平面之间安装有单向锁定装置，其为：在上结构平面的第一梁板及下结构平面上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土，上洞混凝土中开有上宽下窄长方体形阶梯孔，形成一个台阶，一上大下小阶梯栓穿过上洞阶梯孔后下端固定于下洞中混凝土内；
3)所述的上结构平面与下结构平面之间安装有双向锁定装置，其为：在上结构平面的第一梁板及下结构平面上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土，一栓两端分别固定于上、下洞中混凝土内；
4)所述的上结构平面与下结构平面之间设置有阻尼装置，其为：在上结构平面的第一梁板及下结构平面上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土，一钢棒或铅棒两端通过连接板分别固定于上洞混凝土下表面及下洞混凝土上表面；
5)所述的柱联接的构件与固定基础之间设置有抗拔装置，抗拔装置由抗拔梁、抗拔柱和绝缘隔震机构构成，横向抗拔梁和两竖向抗拔柱连成门形，其中的横向抗拔梁横跨过柱上的联接构件，在横向抗拔梁下表面与柱的联接构件上表面之间安装绝缘隔震机构，两竖向抗拔柱底部与固定基础连接，除此之外，抗拔梁、抗拔柱与其它的构件之间无联结且留有空间；
6)所述的上结构平面与下结构平面之间设置有限位装置，其为：下结构平面有向上凸起的下限位块，上结构平面第一梁板有向下凸出的上限位块，上限位块与下限位块之间留有空间，且上限位块的底面标高低于下限位块的顶面标高。
将承受竖向力的绝缘隔震装置、抗拔装置设置在基础部位，承受水平力的水平复位装置、锁定装置、阻尼装置、限位装置布置在隔震层上、下结构平面构件之间，可充分利用所述上、下结构平面构件水平刚度大的优势。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明建筑物绝缘隔震体系实施例的剖面示意图。
图2是本发明建筑物绝缘隔震体系实施例隔震层上结构平面的俯视示意图。
图3是橡胶块水平复位装置的剖面示意图。
图4是橡胶块水平复位装置构件的立体示意图。
图5是可更换式砼栓单向锁定装置的俯视示意图。
图6为沿图5的A-A线剖面图。
图7为沿图5的B-B线剖面图。
图8是可更换式砼栓双向锁定装置的俯视示意图。
图9是沿图8的C-C线剖面图。
图10是滚动支承绝缘隔震装置的局部放大剖面图。
图11是阻尼装置的剖面图。
图12是滚动支承机构抗拔装置的平面图(建筑物基础采用滑动支承绝缘隔震装置)。
图13是沿图12的D-D线剖面图。
图14是沿图13的E-E线剖面图。
图15是滑动支承机构抗拔装置的平面图(建筑物基础采用滑动支承绝缘隔震装置)。
图16是沿图15的F-F线剖面图。
图17是沿图16的G-G线剖面图。
具体实施方式
从图1中可看到，本发明的建筑物绝缘隔震体系，包括隔震层，所述的隔震层是指由第一梁板8加活动基础4组成的上结构平面和由第二梁板7加固定基础2组成的下结构平面、以及安装在上下结构平面之间的绝缘隔震体系中的装置，所述绝缘隔震体系中的装置包括可更换滚珠且可调高基础面的滚动支承(或滑动支承)绝缘隔震装置17和橡胶块(或夹层橡胶块)弹性元件水平复位装置19，隔震层的上结构平面与柱4”联结；滚动支承绝缘隔震装置17(由上联结板14、下联结板13、滚球3组成，参见图10)安装于活动基础4与固定基础2之间，滑动支承绝缘隔震装置由上联结板14、下联结板13、滑块3’组成，参见图13；橡胶块(或夹层橡胶块)弹性元件水平复位装置19安装于上结构平面的第一梁板8和下结构平面的第二梁板7之间，参见图3的橡胶块(或夹层橡胶块)弹性元件水平复位装置19的剖面图和图4的立体示意图，在上结构平面的第一梁板8及下结构平面的第二梁板7上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(或钢筋混凝土)12，在上、下洞混凝土之间安装具有上下联结板11的橡胶块5，洞壁设有防胶结材料9，下洞混凝土下是通气管9’，其起补气作用，防止填充混凝土12起吊时被吸住。吊环16是为维修更换用。
从图2中可看到，由于滚动支承绝缘隔震装置17布置在活动基础和固定基础之间，橡胶块弹性元件水平复位装置19布置在建筑物隔震层的上结构平面的第一梁板8与下结构平面之间，两者互不影响，可合理设计布置各装置的功能参数和位置，而且维修更换十分方便。滚动支承绝缘隔震装置的另一优点是即使滚珠被压坏，基础仍可以滑动支承方式隔震，有很高的安全性。橡胶块弹性元件水平复位装置(兼起限位作用)因只承受水平力，所以可采用纯橡胶作复位构件，制作简单、造价低廉。活动基础下部份4b的扩大头是安放千斤顶后起传力作用。
在上述基础上，本发明的建筑物隔震系统还可作进一步的改进：
1)将活动基础4分为上、下两部分4a、4b，上、下之间为凹凸球面接触；仅上部份4a与上结构平面第一梁板8联结；活动基础上部份4a和下部份4b之间采用球面铰接，是为了保证滚动支承的上、下联结板13、14之间不会产生相对角位移，从而使各滚珠3受力均匀，提高承载能力。球面铰接处设弹性垫层15是起隔垂直地震作用(见图10)；
2)在上结构平面与下结构平面之间安装有锁定装置18，其中单向锁定装置为：在上结构平面的第一梁板8及下结构平面的第二梁板7上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(或钢筋混凝土)12，上洞砼中开有长方体形阶梯孔13，上孔13a宽下孔13b窄形成台阶，一根上大下小混凝土(或玻璃)阶梯栓6穿过上洞阶梯孔13后下端固定于下洞中砼12内(栓6顶帽搁在台阶上是为了防止栓6被剪断后继续下落，形成栓效应)，长方体孔13的作用是防止上、下结构平面的构件在温度变化和砼收缩时，在平行于长方体长边的方向产生伸缩变形，对栓6施加水平压力从而导至栓6的材料破坏，失去栓的作用。单向锁定装置应布置在底层平面的单向不动点上或附近，孔13的长边平行于单向不动点的移动方向；双向锁定装置与单向锁定装置不同处为上洞砼12中不开长方体形阶梯孔，混凝土(或玻璃)栓6两端分别固定于上、下洞中填充砼12内。栓6与图1的垫块6’(见第5条)在日常情况下能抵抗建筑物所受到的水平荷载，而在发生大于等于设计烈度地震时，由因地震力剪断栓6或压碎垫块6’，此时锁定装置18失去锁定功能。地震后栓6和垫块6’可更换。锁定装置18可采用砼栓或玻璃栓，刚度大、造价低，施工简单且可根据实际情况更换。当遇到地基不均匀沉降有可能使得建筑物发生水平位移时可换上高强栓6锁定建筑，参见图5至图9；
3)如图11所示在上结构平面的第一梁板8及下结构平面的第二梁板7之间安装有阻尼装置23，其与橡胶块弹性元件水平复位装置不同之处仅为上、下联结板11之间联结钢棒(或铅棒)5’而不是橡胶块，钢棒两端通过联结板11分别固定于上洞中砼12下表面及下洞中砼12上表面，地震时由隔震层上、下结构平面构件之间的相对位移使钢棒5’将动能转变为热能；
4)如图12所示在活动基础4与固定基础2之间设置有抗拔装置22，抗拔装置由抗拔梁8’、抗拔柱4’和滚动支承(或滑动支承)绝缘隔震机构(构造同滚动支承、或滑动支承绝缘隔震装置)13’构成，横向抗拔梁8’和两竖向抗拔柱4’连成门形，其中的横向抗拔梁8’横跨过活动基础4(或柱4”联接构件梁8”，见图16)，在横向抗拔梁8’下表面与活动基础4上表面之间有滚动支承绝缘隔震机构13’，两竖向抗拔柱4’底部与固定基础2连接，抗拔桩2’连接固定基础2及地基1，除此之外，抗拔梁8’、抗拔柱4’与其它构件之间无联结且留有空间(图12、15中4’a是抗拔柱4’与上结构平面之间的预留空间)，以免强震时抗拔柱、抗拔梁与其它构件相撞；柱4”的拉力传至活动基础4后，再通过绝缘隔震机构13’传至抗拔梁8’，再传至抗拔柱4’后，传至固定基础2，最后传至抗拔桩2’、地基1。
如图15，除柱4’联结的梁8”代替活动基础4，滑动支承机构的滑板3’代替滚动支承机构的滚珠3外，其余同图12。
5)如图1所示在上结构平面与下结构平面之间设置有限位装置20，具体为：下结构平面第二梁板7上有向上凸起的下限位块10，上结构平面第一梁板8上有向下凸起的上限位块8’a，下限位块10与上限位块8’a之间留有空间，下限位块10的顶面标高高于上限位块8’a的底面标高。在强地震情况下，当上、下结构平面相对水平位移过大时，在上限位块8’a与下限位块10之间发生碰撞限制上述相对水平位移。限位装置20可防止建筑物相对水平移动过大，起到硬碰撞限位作用。若第二梁板7上凸起的限位块10和第一梁板8侧表面之间预留空间塞入低强、高脆性材料垫块6’又可以起锁定作用。当建筑物在正常使用期间遇地基1不均匀沉降时，在预留空间塞入高强垫块6’即可将活动基础4改变为固定基础，待将地基1下沉处理稳定之后，将下沉的柱4”采用千斤顶交替顶升并将固定基础2顶面加高至预定标高，使各固定基础2顶面标高基本相同后，再重新安装绝缘隔震装置17。下限位块10和上限位块8’a之间安放千斤顶，可在地震后消除活动基础与固定基础之间的残余偏位，当限位块10、8’a受力过大时，应在隔震层以上结构中增设隔震层。
建筑物上部结构的垂直荷载通过立柱4”传至活动基础上部份4a、下部份4b后传至滚动支承绝缘隔震装置17再传至固定基础2，最后传至地基1。而在非地震和发生小于设计烈度地震时：建筑物的一部分水平荷载通过立柱4”经活动基础上部份4a传至上结构平面的第一梁板8，再传至锁定装置18，并通过下结构平面的第二梁板7将水平荷载传至固定基础2，最后将水平荷载传至地基1。另一部分水平荷载经活动基础上部份4a、下部份4b传至绝缘隔震装置17后再传至固定基础2，最后传至地基1。当地基1出现不均匀沉降，尤其是出现整体倾斜时，及时将高强度砼垫块6’塞入限位装置20的下限位块9与上限位块8’a的侧面之间，防止由倾斜产生的建筑物过大水平位移。地震烈度大于或等于设计烈度时：水平地震力超过锁定装置18的栓6的极限剪切承载力(设计时确定)，栓6被剪断，锁定装置18失去传力作用，这时建筑所受的水平地震荷载仅由复位装置19的橡胶块5和绝缘隔震装置17的滚珠3随地面运动传递，由于此传递的水平地震荷载很小，因而对建筑物的安全没有影响。
附图13、16所示，安装于活动基础与固定基础之间的是滑动支承绝缘隔震装置，13、14是联接板，3’是滑动块。

Claims (7)

1、一种建筑物绝缘隔震体系，包括隔震层，所述的隔震层是指由第一梁板(8)加活动基础(4)组成的上结构平面和由第二梁板(7)加固定基础(2)组成的下结构平面、以及安装于上、下结构平面的梁板和/或基础之间的绝缘隔震体系中的装置，绝缘隔震体系中的装置包括绝缘隔震装置(17)和弹性元件水平复位装置(19)，所述的上结构平面与建筑物的柱(4”)联接，其特征是：
A.所述的绝缘隔震装置(17)安装于活动基础(4)与固定基础(2)之间；
B.所述的弹性元件水平复位装置(19)安装于上结构平面的第一梁板(8)和下结构平面之间；水平复位装置(19)的结构为在上结构平面的第一梁板及下结构平面上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(12)；在上、下洞内填充混凝土(12)之间安装具有上、下联结板(11)的橡胶块(5)；
C.所述的活动基础(4)分为上、下两部分(4a、4b)，上、下两部分之间为凹凸球面接触，仅上部分(4a)与上结构平面第一梁板(8)联结。
2、根据权利要求1所述的建筑物绝缘隔震体系，其特征是：所述的上结构平面的第一梁板和/或基础与下结构平面的第二梁板和/或基础之间安装有锁定装置(18)。
3、根据权利要求2所述的建筑物绝缘隔震系统，其特征是：所述的锁定装置(18)为单向锁定装置，其为：在上结构平面的第一梁板(8)及下结构平面第二梁板和/或固定基础上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(12)，上洞混凝土(12)中开有长方体形阶梯孔(13)，上孔(13a)宽下孔(13b)窄形成一个台阶，一上大下小阶梯栓(6)穿过上洞阶梯孔(13)后下端固定于下洞中混凝土(12)内，上端位于阶梯孔(13)中。
4、根据权利要求2所述的建筑物绝缘隔震体系，其特征是，所述的锁定装置(18)为双向锁定装置，其为：在上结构平面的第一梁板(8)及下结构平面第二梁板和/或固定基础上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(12)，一栓(6)两端分别固定于上、下洞中混凝土(12)内。
5、根据权利要求1所述的建筑物绝缘隔震系统，其特征是，所述的上结构平面与下结构平面之间设置有阻尼装置，其为：在上结构平面的第一梁板(8)及下结构平面梁板或固定基础上对应开有上、下洞，洞内填充有混凝土(12)，一钢棒或铅棒(5’)两端通过连接板(11)分别固定于上洞混凝土(12)下表面及下洞混凝土(12)上表面。
6、根据权利要求1所述的建筑物绝缘隔震体系，其特征是，所述的柱(4”)的联接构件与固定基础(2)之间设置有抗拔装置(22)，抗拔装置(22)由抗拔梁(8’)、抗拔柱(4’)和绝缘隔震机构(13’)构成，横向抗拔梁(8’)和两竖向抗拔柱(4’)连成门形，其中的横向抗拔梁(8’)横跨过柱(4”)上的联接构件8”或活动基础4，在横向抗拔梁(8’)下表面与柱(4”)的联接构件上表面之间安装有绝缘隔震机构(13’)，两竖向抗拔柱(4’)底部与固定基础(2)连接，除此之外，抗拔梁(8’)、抗拔柱
(4’)与其它的构件之间无联结且留有空间。
7、根据权利要求1所述的建筑物绝缘隔震体系，其特征是，所述的上结构平面与下结构平面之间设置有限位装置，其为：下结构平面第二梁板(7)上有向上凸起的下限位块(10)，上结构平面第一梁板(8)上有向下凸起的上限位块(8’a)，所述的下限位块(10)与上限位块(8’a)之间留有空间，且上限位块(8’a)的底面标高低于下限位块(10)的顶面标高。
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