CN102296859B - 可瞬间启动免震机制的免震建筑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，主要是由吸震系统、多层滑动系统、油压承载系统以及震波处理系统所构成；通过建筑物与地基分离，并在建筑物与地基之间设有适当数量的吸震系统与多层滑动系统，当地震发生时，通过震波处理系统启动油压承载系统，驱使全部释放掉承载支撑建筑物的压力，使所述吸震系统与多层滑动系统能充分发挥其所应有的功能，而大幅降低并分散地震所产生的应力，使建筑物几乎可达到免震状态。

Description

可瞬间启动免震机制的免震建筑结构

技术领域

本发明是关于一种在容易发生地震的地方，即各地震源或各震源附近或地震震波所经之处，设立地震监测站(亦可利用现在已设有的各处地震观测站)，此等地震监测站或观测站则设有震波感测系统及自动发射(或传送)装置，当发生地震时，震波到达瞬间，即能同步启动所述发射(或传送)装置，此装置可将地震波自动转换成一地震波讯号而发射(或传送)出去。而此地震波讯号则在藉由建筑物所装设的震波处理系统接收后，随即启动免震建筑所预设的油压承载系统，而可在地震波尚未到达前预先为建筑物启动免震防护机制，免受震波袭击破坏，使建筑物达到最佳最可靠的安全保障。

另外一种可谓备用免震防护系统则是假设前述装置万一为某种原因而导致损坏故障，不能启动；则能在震波到达第一时间，可藉由免震建筑所预设的震波感测器同步传送一讯号给油压承载系统并同时指令油压承载系统启动，使建筑物避免受到随后而来的震波袭击破坏，得以确保建筑物的安全。

背景技术

若以长远的时空角度来看，人们所居住的地球诚然是属于一个动荡不安的环境，其间台风地震频繁。

在地球上主要三大地震带的国家或地区，每年均会发生规模大小不同，次数或多或少的地震，而每当地震过后，(尤其是破坏力极强的强烈地震)，其所造成楼倒屋塌、疮痍满目，哀鸿遍地的凄惨景象，亦不断地频频地重复出现在人们眼前。

地震这种大自然现象既不可避免，在可预见的未来，人们如不善于运用智慧，综合利用可运用的各项科技，用以结合先进的土木工程技艺及现代建筑技术，以更高明的手段研发出可以避免地震袭击破坏的建筑，则上述灾难亦将永远威胁着居住于其上面的生灵，成为人们挥的不去的梦魇。时至今日，虽有很多有识之士，为克服地震天灾对建筑物及生命财产的危害而纷纷提出各种解决之道，但至今为止，终究未能克竟全功。本案发明人在着手研发本案发明前及研发过程中，曾经由各种管道，广泛收集有关地震起源、震灾防治及其后所衍生的防震、耐震、减震、抗震、制震、隔震、免震、避震、吸震等等的各类技术及其相关资讯，特别是各国专利局已经公布有案，类似上述技术的发明或创新，详细加以研读并作综合性的分析比较、研究归纳，诚然每个人天份不同，学习领域不同，累积的经验传承不同，因此在面对同样问题而欲寻求解决之道，也就有了各种不同的思维层次及空间。不可讳言之，现在已经在实施中的，或准备实施的或只是出现在各种刊物及传播媒体而尚未实施的(有部分是理论与实际有显著的落差)，每一发明或创新均有其一定的价值，亦各自解决了部分问题；但就整个问题的全面性及细部层面来看，现在已经全部公开的有关防震、减震、抗震、制震、耐震、隔震、免震等等琳琅满目的发明创新中人们可发现各有所长，亦各有所短，其彼此之间，因此优劣互判，高下立见。有的是治标不治本，有的是治本不治标，有的则欲求标本兼治却用错了方法，有的则是方法对了却碍于现今的材料科技无法突破，或受制于外在环境等影响，以致顾此失彼，无法面面俱到。以本案发明人于二十年前所发明的「隔绝地震动能的免震建筑法及其结构」(中国台湾省公告第198739号及美国发明专利第4,881,350号)为例详见附件：公告第198739的发明是将建筑物与地基隔开，再在其间设有包括上下表面设置有多数曲面球座的支撑隔绝层及对应所述等球座的多数滚球，利用所述等滚球与其所接触对应的曲面球座间的极低滚动摩擦推力，当地震发生时，其最具破坏力的水平震动将因滚球与曲面球座间来回的滚动作用，而能巧妙的将地震水平震动动能转换成建筑物的垂直位能。其间滚球及支撑隔绝层可作多层的设计，因此地震的水平震动力将由下而上呈几何级数的逐层衰减，其最后所能传到建筑物的动能将微乎其微。另外，在支撑隔绝层及建筑物之间，又筑设有多数连杆避震器，借着连杆作用，可将地震传来的上下震动动能转换成滑块的水平运动动能，再利用杠杆装置的杠杆原理，即可以一定的倍数比例由缓冲弓形弹簧吸收巨大的滑块动能，如此建筑物即可避免直接受到地震垂直震动力的冲击破坏，以保障建筑物的安全。所述案固然因滚球与其所对应的球座间的水平运动，具有最低的滚动摩擦推力，而可使建筑物几乎可以不受地震水平震动影响；但滚球与其所接触的球座是属于点的接触，故其单位受力很大，对巨型建筑而言，显然不堪承受其庞大压力，而只能适用于较轻型的建筑，应用范围受限，此为其缺点之一。又所述案运用连杆避震器，借着连杆作用及杠杆原理，而以一定倍数比率由弓型弹簧缓冲吸收地震传给建筑物的垂直震动，固然亦是克服地震上下震动冲击的巧妙设计，但所述避震器在平常无地震状态时，长年累月承载着建筑物的巨大重量，如此长期下来，此种庞大压力亦势必会使所述连杆避震系统的组成元件如：连杆臂或弓型弹簧等产生材料或弹性疲乏，而缩短其使用寿命，此为其缺点之二。又所述案设计成由多数滚球及连杆避震器承载着整座建筑物，每当地震发生，固然可随时发挥其应有的免震防震功能，但相对的如位处常有强风吹袭地区(尤其是台风或飓风经常发生的地带)此种免震装置如不再行设计另外一套防护机制，以为对治风压问题，则每当大风一吹，居住于其上的人们势必经常饱受摇晃摆动之苦，导致不堪其扰。由以上的论述，显然的到现在为止的每件有关对治地震问题的发明或创新案，虽各有其潜在的价值，但相对的，亦各有其或大或小的缺失及很多美中不足之处。本案发明人即是基于多层次及多方面的考量，再参酌现今已发展成熟的各种技术及相关资讯经过长时期的如理作意思维，综合研读，融会贯通，以宏观角度直指问题核心，巧妙地将现代的电子科技、通讯科技、油压起重科技、机械科技等等与本案独创的隔震免震技术结合在一起，使其彼此能互相呼应，而又各自能充分发挥其所应有的功能。经过如此善巧细腻的设计安排及缜密规划，当状况来时(无论是台风或是地震)，必能接近完美的达成其所应有的效果，而使人类生存必要因素之一「居之安」得以落实解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可瞬间启动免震机制的免震建筑及其结构，建筑物与地基分离，并在建筑物与地基之间设有适当数量吸震系统与多层滑动系统，且所述建筑物并由油压承载系统负载，当地震发生时，地震监测站所设有的震波感测系统能自动发射讯号由震波处理系统无线接收，在地震波到达瞬间，通过震波处理系统启动油压承载系统消除对建筑物的负载，并使所述建筑物经由所述吸震装置与多层滑动系统来分散地震所产生的应力，达到避免地震造成建筑物伤害的功效。

本发明的另一目的是在于提供一种可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，建筑物内的震波处理系统设有一震波感测器，当地震发生时，所述震波处理系统能直接启动油压承载系统，使全部油压承载系统消除对建筑物的负载及支撑。

可达成上述发明目的的可瞬间启动免震机制的免震建筑及其结构，包括有：

吸震系统，是设置于建筑物下方，在一第一承载构件底部设置所述吸震系统，所述吸震系统用以减少建筑物上下振动及水平振动；

多层滑动系统，是设置于吸震系统下方，是以一第二承载构件于底部设置一滑动块，所述滑动块底部再与多层堆叠结构接触，所述多层堆叠结构为数组尺寸递变且具内凹曲面的碟状滑片所组成，其用以降伏消除地震水平振动；；

油压承载系统，是与多层滑动系统间隔排列，其用以负载建筑物或消除建筑物的负载；

震波处理系统，是电连接油压承载系统，用以接收地震波讯号以启动油压承载系统消除建筑物的负载。

附图说明

图1为本发明可瞬间启动免震机制的免震建筑及其结构第一实施例的结构剖面示意图；供说明本发明未动作前的情况；

图2为本发明第一实施例的动作示意图；供说明本发明启动防震机制后的情形；

图3为本发明第二实施例的结构剖面示意图；供说明本发明未动作前的情况；

图4为本发明第二实施例的动作示意图；供说明本发明启动防震机制后的情形；

图5为本发明的吸震系统外观示意图；供说明吸震系统为连杆避震器组成；

图6为本发明的吸震系统外观示意图；供说明吸震系统为弹性体组成；

图7为本发明的多层堆叠结构剖面示意图；

图8为本发明的多层堆叠结构另一实施例剖面示意图；

图9为本发明的多层堆叠结构与油压承载系统配置图；

图10为本发明多层堆叠结构的碟状滑片的立体示意图；

图11为本发明多层堆叠结构的碟状滑片另一实施例立体示意图；

图12为本发明的震波感测系统的位置配置图，供说明震波感测系统可配置各地；

图13为本发明的震波感测系统的动作流程方块图；

图14为本发明另一实施例图的动作流程方块图；

图15为本发明具体实施例的立体剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，本发明是一种免震建筑，此种免震建筑被设计成当地震发生时，建筑物不会随地壳的摆布支配，而作水平或上下的摇摆震动。另外则是当台风来袭时，亦不会因巨风的吹袭而摇晃摆动(当然轻微晃动在所难免)。本发明所提供的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，主要包括有：吸震系统1、多层滑动系统2、油压承载系统3、一震波处理系统4所构成。

所述吸震系统1是设置于建筑物下方，是在一第一承载构件11底部设置吸震装置12，所述吸震装置12用以减少建筑物上下振动及水平微量振动；如图1、图2及图5所示，所述吸震系统1可使用连杆避震器将地基对建筑物所施加的垂直方向动能转变成连杆避震器的弹性位能，以达成垂直方向的免震效果；或如图3、图4及图6所示，所述吸震系统1亦能使用弹性体，以缓冲吸收地震对建筑物所施加的垂直振动动能，避免建筑物因为地震而造成损害；或者结合上述所述连杆避震器与所述弹性体，使所述建筑物更能有效地减少建筑物上下振动及水平振动。

所述多层滑动系统2是设置于吸震系统1下方，是以一第二承载构件21在底部设置一滑动块22，所述滑动块22底部再与多层堆叠结构23接触，所述多层堆叠结构23为数组尺寸相同的碟状滑片231所组成、所述多层堆叠结构23为数组尺寸递变的碟状滑片231所组成，如图7所示，所述滑动块22大致呈圆柱状，其底部具有由中心略微向外凸出的曲面，此曲面有一定的曲率而与所述多层堆叠结构23其层层堆叠而成的最上层碟状滑片231接触，所述碟状滑片231则是一中心略微向内凹入类似碟状的内凹曲面碟状滑片231，而与所述滑块呈紧密的对应贴合，所述碟状滑片231与其所接触的下面碟状滑片231亦以同样状态紧密对应贴合……，依此类推，其各层碟状滑片231都是以同样方式互相紧密对应贴合，其最下层的碟状滑片231亦以同样方式与一向上具内凹曲面类似半球型的承载基座24作紧密的对应贴合，所述承载基座24底部则垫有具弹性消能的防震衬垫25，而以螺栓锁固于地基上。如此组合而成的多层堆叠结构23其组成的碟状滑片231尺寸是由下往上，逐层递减(请参阅图7、图8、图10及图11)所述等组合碟状滑片231的厚度、数量，曲面半径或面积及曲面的曲率大小均可视实际需要而可作不同的组合设计。

又，所述碟状滑片231为依序叠起形成一由大渐小的多层堆叠结构23的组合；当地震发生时，滑动块22依受力方向往复摆动，使每片碟状滑片231间互相产生相对滑动，来消除地震所产生的水平应力，且每片碟状滑片231边缘处具有一凸缘233，使碟状滑片231不会因摇摆力量造成碟状滑片231脱落；所述滑动块22是设置于最上一块碟状滑片231的一曲面空间内，当地震发生时，滑动块22依受力方向进行往复摆动，使碟状滑片231之间产生相对位移滑动，消除应力。

又如图8所示，为所述多层滑动系统2的另一实施例，所述多层滑动系统2具有一向下内凹曲面承载座26，其置有一同径弧的T字型或倒凸字形的滑块27，所述T字形滑块27上面以中央向上微凸的曲面，而与所述向下内凹曲面的承载座26作紧密的对应贴合，其T字形下面则亦以中央向下微凸的曲面，而与所述堆叠而成的碟形滑片组合的最上层向上的内凹曲面滑片作紧密的对应贴合，所述T形滑块27周边亦分布有大小不一、适当数量的孔洞及具有螺旋形或放射形的槽沟，所述等设计的用意在使储存或涂抹于其间的润滑油脂，在所述T形滑块27在发生地震水平震动，而与所述紧密对应贴合承载基座往复滑动时，能使上述的油脂或润滑油剂容易渗透、涂抹及滋润与其对应贴合的滑动装置，而使其彼此间的滑动摩擦系统大幅降低，进而能辅助降伏地震发生时所产生的水平振动。所述T形滑块27下面另设有一等径弧的中空环状板件28，所述中空环状板件28周边是以螺栓锁固于所述向下内凹曲面承载座26下，其两者间的空间刚好足以让所述T形滑块27作适度的水平滑动而又不会掉落。

上述装置里面有部分容纳空间29，本发明可利用所述容纳空间29，用以打入油脂或注入润滑油剂，作为储存润滑该等滑动装置之用。所述双凹曲面承载多层滑动装置的水平位移幅度，远大于单凹曲面多层堆叠结构23。两者同样具有能将地震水平振动动能转化成建筑物垂直位能的功能。而可在地震结束时，使建筑物回到原来最低最稳定的位置。

请再参阅图9，所述油压承载系统3是与多层滑动系统2间隔排列，其用以负载建筑物或消除建筑物的负载。平常无地震状况下，所述建筑物的第一承载构件11及油压承载系统3将建筑物撑起与固定，使吸震系统1的吸振单元12不会因为经年累月长期承受建筑物的重压而容易造成吸震系统1及吸振单元12的弹性疲乏及材料疲劳老化，而能延长诸多应用元件的使用寿命。所述免震建筑在油压承载系统3的承载支撑下，亦可对抗风压，而能使建筑物不因强风吹袭而摇摆晃动。又所述油压承载系统3在平常亦可当作所述免震建筑结构诸多元件(如弹性体或吸震装置12等耗材的抽换更新)或定期与不定期(不定期是指大地震过后)保养(如滑动装置润滑油脂或油剂的补充更换)时，现成的油压承载系统3，能使上述的保养更新作业，不必另求其他工具设备即能顺利进行，此为另一附加功能。

如图1或图3所示，建筑物底部及周边平常由二组以上的油压承载系统3撑起固定，使用二组以上的油压承载系统3具有循环轮替支撑建筑物的功效。又，建筑物周边或侧边设有数具油压承载系统3辅助支撑，如此则能使建筑物不受强风吹袭的影响而产生摇晃，更能避免建筑物内的住户产生不适。

所述震波处理系统4是电连接油压承载系统3，用以接收地震波以启动油压承载系统3消除建筑物的负载；所述震波感测系统5是间隔一预定距离而设置，用以感测一震波，并且分别根据所述地震波以及一时间资讯产生一讯号。如图12所示，依据上述可瞬间启动免震机制的免震建筑及其结构，更包括有一震波感测系统5，使所述震波处理系统4分别以通讯连接或无线连接至所述震波感测系统5，用以接收该等地震波讯号，并且根据一准则产生一警示讯号；在实际应用中，所述震波感测系统5进而包括有通讯装置，当地震发生时，所述震波感测系统5以通讯装置传送一讯号给震波处理系统4，所述震波处理系统4即启动油压承载系统3消除建筑物的负载，如此，使所述吸震系统1及多层滑动系统2可充分发挥其所应有的免震隔震功能，以确保建筑物的安全；

所述通讯装置进而包含一无线电波感测系统，用以将所述警示讯号通过一无线电波传递网络，如一超高频(Ultra High Frequency，UHF)电波传递网络、一特高频(Very High Frequency，VHF)电波传递网络、一行动电话通讯网络以及一固网电话网络等，传输至所述震波处理系统4；在实际应用中，所述通讯装置可包含一卫星讯号感测系统，用以将所述警示讯号通过一卫星，如一海事卫星(maritime satellite)传输至所述震波处理系统4。所述震波处理系统4可内建接收装置接收来自远方地震监测站内的震波感测系统5所发射(或传送)出来的地震波讯号。所述地震波讯号是由地震监测站所设的震波感测系统5在感测到地震波到达瞬间，由震波感测系统5同步启动所述发射(或传送)装置，所述震波感测系统5可将地震波自动转换成一地震波讯号而发射(或传送)出去，而震波处理系统4在接收到讯号后，随即启动免震建筑所预设的油压承载系统3，在地震波尚未到达前，预先为建筑物启动免震防护机制，以确保建筑物的安全。

所述震波处理系统4的震波感测器41是属于一种备用系统，所述震波感测器41是指如果前述震波感测系统5因故损坏失灵，无法启动，则可在地震波到达第一时间，通过震波处理系统4内部所预设的震波感测器41同步传送一地震波讯号给油压承载系统3，同时命令油压承载系统3启动以消除建筑物的负载，使建筑物得以避免受到随后而来的震波袭击，以保障建筑物的安全，如图2与图4所示。依据上述可瞬间启动免震机制的免震建筑及其结构，本发明亦由震波处理系统4启动油压承载系统3，亦即是指将承载建筑物的油压承载系统3(不管是全部承载或部分承载)以及建筑物周边平常作稳固支撑用的油压承载系统3全部释放掉压力，而由预先所设计安置的免震建筑结构承载建筑物全部重量，使其恢复可作水平运动相对位移状态。

震波处理系统4进而包括一选择设定装置，所述选择设定装置附属于震波感测器41或震波处理系统4，所述选择设定装置配合一电脑软件而可视实际需要，分别将建筑设定在发生某种层度的地震，震波处理系统4才会自动启动所述建筑物的免震机制。

请参阅图2或图4，当发生地震时，所述油压承载系统3依序释放应力，建筑物因油压承载系统3因为应力释放消除对建筑物的负载，并且，吸震系统1因应力释放使建筑物缓速下降至一定位置，并启动防震机制，当地震发生而产生水平振动时，所述多层堆叠结构23上的滑动块22依受力方向往复摆动，使每片碟状滑片231间与碟状滑片231间，与其所承载的承载基座24产生相对滑动，消除地震所产生的水平应力，且碟状滑片231边缘处具有一凸缘233，使碟状滑片231不会因摇摆力量造成碟状滑片231脱落，并且吸震装置12会缓冲吸收上下振动及水平微量振动，而使建筑物受到可靠的安全保护。

又所述多层堆叠结构23的每片碟状滑片231分布有适当数量的长条形或长椭圆形及若干大小不一的孔洞232，其每相邻的碟状滑片231的长条形或长椭圆形全部互呈纵横交错状态，如此设计可使涂抹或储存于所述多层滑动系统2的油脂(如黄油)或润滑油剂，在地震发生水平震动，而使其每片碟状滑片231产生相对位移互相来回往复滑动时，上述的油脂或润滑油剂容易互相渗透、涂抹及滋润整个多层滑动装置2，使每个组成的滑动元件：如滑动块22、碟状滑片231及承载基座24全部可得到充分的润滑，而使每个多层滑动系统2间(即滑动块22与碟状滑片231间、每片碟状滑片231、碟状滑片231及承载基座24间)的滑动摩擦系统大幅降低；而在地震发生水平震动时，其动能将通过上述层层低摩擦力滑动元件之间传送，而可作几何级数的逐层衰减，最后再经上面第一承载构件11所设置的吸震装置吸收，其最后所能传送到建筑物的震动能量将微乎其微，使建筑物几乎可达到免震状态。另外所述碟状滑片231可将地震的水平运动动能转换成建筑物的垂直位能，而使建筑物在地震过后，仍能回到原来最低最稳定的位置。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于，包括：

吸震系统，是设置于建筑物下方，在一第一承载构件底部设置所述吸震系统，所述吸震系统用以减少建筑物上下振动及水平振动；

多层滑动系统，是设置于所述吸震系统下方，是以一第二承载构件在底部设置一滑动块，所述滑动块底部再与多层堆叠结构接触，所述多层堆叠结构为数组尺寸递变的碟状滑片所组成，其用以消除地震水平振动；

油压承载系统，是与所述多层滑动系统间隔排列，其用以负载建筑物或消除建筑物的负载；

震波处理系统，是电连接所述油压承载系统，用以接收地震波讯号以启动所述油压承载系统消除建筑物的负载。

2.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述吸震系统是使用连杆避震器将地基对建筑物所施加的垂直方向动能转变成连杆避震器的弹性位能。

3.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述吸震系统是使用弹性体，使地基对建筑物所施加的垂直振动能加以缓冲吸收。

4.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于，更包含一震波感测系统，使所述震波处理系统分别以通讯连接或无线连接至所述震波感测系统，用以接收所述等地震波讯号。

5.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于，更包括一震波感测器，所述震波感测器是设置于所述震波处理系统内部，所预设的震波感测器能感测地震，并传送一地震波讯号给所述油压承载系统，同时命令所述油压承载系统启动以消除建筑物的负载。

6.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述多层堆叠结构的每片碟状滑片分布有多个大小不一的长条形或长椭圆形孔洞。

7.根据权利要求6所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述多层堆叠结构的每片碟状滑片分布有多个大小不一的长条形或长椭圆形孔洞，其每相邻的碟状滑片的长条形或长椭圆形孔洞全部互呈纵横交错状态。

8.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述多层碟状滑片组合由一向上具内凹曲面，类似半球形的承载基座所承载，所述滑动块与其所接触的碟形滑片，及每层相邻的碟形滑片，以至于最后一片碟形滑片与其承载基座间，全部都以递变的曲面曲率，而互相紧密对应贴合。

9.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于,所述吸震装置是由连杆避器加上弹性体综合组合而成，以大幅降低上下振动及水平微动。

10.根据权利要求1所述的可瞬间启动免震机制的免震建筑结构，其特征在于，更进一步包括有一选择设定装置，所述选择设定装置附属于震波处理系统，所述选择设定装置配合一电脑软件而视实际需要，分别将建筑设定在发生某种层度的地震，所述震波处理系统才会自动启动所述建筑物的免震机制。

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