CN103669633B - 一种抗拉、抗扭转的隔震装置 - Google Patents

Abstract

一种抗拉、抗扭转的隔震装置，属于建筑抗震技术领域。本发明主要由高层结构(1)、具有较大刚度和承载能力的上部刚性台座（2）、基底隔热层（3）、粘滞阻尼器（4）、减震弹簧（5）、弹簧、阻尼器支撑（6）、具有较大刚度和承载能力的下部刚性台座（7）、纵、横向限位滑块（8）、底部横向隔震直线导轨（9）、底部纵向隔震直线导轨（10）、纵向限位滑块（11）。本发明成本低廉、构造简单、施工方便、具有很强的抗拉、抗扭转能力、隔震效果突出。

Description

一种抗拉、抗扭转的隔震装置

技术领域

本发明属于结构工程减震与隔震技术领域，涉及到一种摩擦系数很小的直线导轨，并且设置上下两层垂直的导轨，从而可以满足两个垂直方向的隔震要求，同时设置能提供结构刚度的弹簧和控制位移和耗能的阻尼器等一些辅助的构件组成一种完善的隔震装置。该发明成本低廉、具有很强的抗拉、抗扭转能力、隔震效果突出、施工方便，具有良好的发展前景。

背景技术

在国内外土木领域中，中低高度建筑的隔震技术趋近于成熟，主要技术有：橡胶支座隔震、摩擦滑移支座隔震、滚动隔震。国内外成功运用以上隔震技术的建筑样例很多，比如：结构形式为8层框架结构的南加州大学医院采用隔震技术后，在6.7级地震下室内花瓶没有倾倒、各种设施未被损坏、震后无须恢复，医院工作正常，隔震效果非常明显；甘肃陇南的一幢居民住宅为6层砖混结构，采用隔震技术后房屋上部主体结构没有损伤，墙体上无地震印发的裂缝，房屋缓慢平动，人员震感不强烈，没有站不稳的感觉，内部家具等无倾倒现象。但是目前的国内外的这些隔震装置有一定的局限性，如：橡胶支座的抗拉能力、抗扭转能力，竖向承载能力较低；摩擦滑移隔震支座和滚动隔震支座强度较低，动、静摩擦系数、弧面形状等参数不好确定，并且加工工艺复杂、一般只适合中低高度的建筑。针对于橡胶支座的竖向刚度低和阻尼小的问题，一些专家又研制出了夹层橡胶垫和铅芯橡胶垫，这两种隔震装置虽然竖向刚度和阻尼提高了，但是抗拉能力和抗扭能力没有得到好的改善，任然不实用于高层建筑和一些高柔的结构和设备。因此开发一种适合高层结构或者高柔设备具有较强的抗拉能力、抗扭转能力的隔震装置，在地震中降低结构的地震响应具有重大的工程意义。

发明内容

本发明给出了一种能双向(纵向、横向)滑动的直线导轨形式的隔震支座、减震弹簧、粘滞阻尼器、隔震台座等组成的隔震装置，发明目的在于通过限位滑块和直线导轨之间的咬合力来提供上部结构的抗拉能力和抗扭转能力，通过减震弹簧来提供整个结构的水平刚度，通过粘滞阻尼器来消耗地震的能量和限制结构的水平位移，通过上、下隔震台座来支撑上部结构的自重，在地震时，各种构件协同工作，形成隔震机制，从而降低上部结构的地震响应。此装置隔震效果好，易于施工和维护、更换，成本较低。

本发明的技术方案如下：

一种抗拉、抗扭转的隔震装置，包括高层结构1、上部刚性台座2、基底隔热层3、粘滞阻尼器4、减震弹簧5、弹簧、阻尼器支撑6、下部刚性台座7、横向限位滑块8、底部横向隔震直线导轨9、底部纵向隔震直线导轨10、纵向限位滑块11；高层结构1的隔震装置采用双向工字型直线导轨组成的隔震支座；将加工预制好的底部横向隔震直线导轨9、底部纵向隔震直线导轨10沿上下两层布置，两层导轨之间设置限位滑块8；隔震装置中构件自上而下的连接方式为：高层结构1和上刚性台座2用焊缝连接，上刚性台座2和下刚性台座7用焊缝连接，下刚性台座7和横向限位滑块8刚性连接，横向限位滑块8和底部横向隔震直线导轨9用截面形状的咬合来连接，底部横向隔震直线导轨9和纵向限位滑块11用刚性连接，纵向限位滑块11和底部纵向隔震直线导轨10采用截面形状的咬合来连接，底部纵向隔震直线导轨10和地面刚接，用粘滞阻尼器4、减震弹簧5连接下刚性台座7和弹簧、阻尼器支撑6，两端均采用铰接；上部高层结构1、上部刚性台座2、下部刚性台座7和横向限位滑块8作为整体可以沿上层底部横向隔震直线导轨9横向滑动；上部高层结构或高柔设备1、上部刚性台座2、下部刚性台座7、纵向限位滑块11和上层底部横向隔震直线导轨9作为整体沿下层底部纵向隔震直线导轨10纵向滑动；滑块和导轨接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之五到千分之十之间，以保证上部高层结构1能够沿底部横向隔震直线导轨9、底部纵向隔震直线导轨10滑动。

在上部刚性台座2、下部刚性台座7之间纵向和横向两个方向分别设置四个粘滞阻尼器4，四个粘滞阻尼器4之间的夹角为90度；粘滞阻尼器4对上部高层结构1可以起到限制水平位移和耗能的作用。

在上部刚性台座2、下部刚性台座7之间与纵向和横向成45度夹角的方向安装四个减震弹簧5，减震弹簧5之间的夹角为90度；减震弹簧5的作用在于提供高层结构1的水平刚度，每根减震弹簧5都需设置成受拉弹簧以便能使结构自动复位；根据高层结构(1)的隔震要求可以调整减震弹簧5的刚度来控制结构的刚度，从而达到预期的隔震周期。

在上部刚性台座2底部和粘滞阻尼器(4)之间设置基底隔热层3，以和控制隔震层的温度，保证粘滞阻尼器的正常使用，防止火灾；基底隔热层3和上部刚性台座2之间无连接可以自由相对滑动，基底隔热层3和弹簧、阻尼器支撑6之间刚性连接。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)在地震时，对于高层结构、高柔设备，该隔震装置相比传统的隔震支座通过截面的咬合能提供更大的抗拉能力、抗扭转能力、抗倾覆能力。

(2)在正常使用情况下，该隔震装置相比传统的隔震支座有较大的竖向承载能力。

(3)在指导隔着设计时，可以通过调整弹簧的刚度来调整结构、设备的刚度，这相比传统的隔震支座有更大的刚度调整范围，对结构、设备的周期延长更明显，隔震要求的范围更大，隔震效果更显著。

(4)在地震发生时，弹簧提供上部结构的水平刚度可以使结构自动复位，粘滞阻尼器对上部结构可以起到限制水平位移的作用，在大震时，可以避免结构或者设备基底发生大的位移从而导致结构滑出导轨和结构与基坑壁相撞。

(5)在地震后，只需要更换弹簧和阻尼器即可实现结构的加固和维修。

(6)所用材料成本低廉，构造简单，隔震效果良好。

附图说明

附图1是隔震装置的A-A截面的剖视图。

附图2是隔震装置的B-B截面的剖视图

附图3是隔震装置基地台座的C-C截面剖视图

附图4是隔震装置减震弹簧、粘滞阻尼器的D-D截面剖视图

附图5基底纵向隔震直线导轨、限位滑块平面布置示意图(F-F截面剖视图)。

附图6基底横向隔震直线导轨、限位滑块平面布置示意图(E-E截面剖视图)。

附图7基底纵、横隔震向直线导轨、限位滑块平面构造示意图。

附图8基底纵、横隔震向直线导轨、限位滑块三维侧视图。

图中：

1—上部高层结构，2—上部刚性台座，3—基底隔热层，4—粘滞阻尼器，5—减震弹簧，6—弹簧、阻尼器支撑，7—下部刚性台座，8—横向限位滑块，9—横向隔震直线导轨，10—纵向隔震直线导轨，11—纵向限位滑块。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式：

具体构造参见图1－8，上部高层结构1、上刚性台座2、基地隔热层3、粘滞阻尼器4、减震弹簧5、弹簧、阻尼器支撑6、下刚性台座7、横向限位滑块8、底部横向隔震直线导轨9、底部纵向隔震直线导轨10、纵向限位滑块11组成。

将上部高层结构1和具有足够刚度和承载能力的上刚性台座2用焊缝连接，上刚性台座2和下刚性台座7用焊缝连接或者是螺栓连接(除能传递剪力外，还能传递弯矩)，下刚性台座7和横向限位滑块8刚性连接(除能传递剪力外，还能传递弯矩)，横向限位滑块8和底部横向隔震直线导9轨用构造连接(不能传递横向的剪力和弯矩，能够传递纵向的剪力和弯矩)，底部横向隔震直线导轨9和纵向限位滑块11用刚性连接，纵向限位滑块11和底部纵向隔震直线导轨10采用构造连接(不能传递纵向的剪力和弯矩，能够传递横向的剪力和弯矩)，底部纵向隔震直线导轨10和地面刚接，用粘滞阻尼器4、减震弹簧5连接下刚性台座7和弹、阻尼器支撑，两端均采用铰接(能传递轴力和剪力，不能传递弯矩)。

对于整体隔震装置的技术要求如下：

首先根据上部结构1的荷载确定出上刚性台座2和下刚性台座7的截面尺寸，使其能够有足够的承载能力，并且采用组合式的钢结构，使其有足够大的刚度，提高台座本身的自振频率，远离结构的频率，从而减小台座对上部结构1的影响。

根据上部结构1的荷载和上、下刚性台座2、7的自重之和确定底部纵向隔震直线导轨10和底部横向隔震直线导轨9的截面尺寸，使其有足够的承载能力，导轨的截面采用工字钢；底部纵向隔震直线导轨10位于导轨的下层，为了更稳定地支撑上层的横向直线导轨9，采用五组组合形式的工字钢钢轨，每组有两根直线导轨组成；为了使上部高层结构1能够沿纵、横向运动，将纵横向导轨沿上下两层布置，上部结构和限位滑块作为整体可以沿上层导轨横向移动，上部结构和上层横向隔震直线导轨作为整体沿下层导轨纵向移动；横向限位滑块8、纵向限位滑块11和导轨之间的连接采用截面形状的咬合来连接，滑块和导轨的摩擦面加工时尽量光滑，精度尽量高，接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之五到千分之十之间，以保证上部结构1能够沿导轨滑动。

根据需要达到的隔震效果，选用刚度适宜的弹簧，以便提供结构的水平刚度，选用适宜的粘滞阻尼器，以便控制结构的位移行程。为了控制隔震层的温度，保证粘滞阻尼器的正常使用，防止火灾，在上部结构和隔震层之间设置隔温层。

具体实施时，首先根据高层结构1的荷载确定出上刚性台座2和下刚性台座7的截面尺寸；根据上部高层结构1的荷载和上刚性台座2、下刚性台座7的自重荷载之和确定底部纵向隔震直线导轨10、底部横向隔震直线导轨9、横向限位滑块8、纵向限位滑块11的截面尺寸及数量；根据需要达到的隔震效果，选用能提供结构的水平刚度适宜的减震弹簧5，和选用控制结构的位移行程适宜的粘滞阻尼器4。

选好并预制好适宜的截面尺寸构件后开始安装整个隔震装置，安装顺序为自上而下。首先，布置纵向隔震直线导轨10，直线导轨采用工字型钢，如果需要满足承载力的要求和整体稳定性要求时，可采用工字型钢的组合结构，底部纵向隔震直线导轨10的下翼缘与基础通过楼栓连接，上翼缘与纵向限位滑块11通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与纵向限位滑块的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯；底部横向隔震直线导轨9的下翼缘与纵向限位滑块11通过刚性连接，上翼缘与横向限位滑块8通过截面形状的机械咬合来连接，上翼缘与横向限位滑块8的接触面为了减小摩擦可以涂抹润滑油或者四氟乙烯；横向限位滑块8和下刚性台座7通过螺栓连接；上刚性台座2和下刚性台座7通过焊缝连接；其次，在下刚性台座7和弹簧、阻尼器支撑6之间的纵向和横向两个方向分别安装四个粘滞阻尼器4，粘滞阻尼器4之间的夹角为90度；在下刚性台座7和弹簧、阻尼器支撑6之间与纵向和横向成45度夹角的方向安装4个减震弹簧5，减震弹簧5之间的夹角为90度；最后，在上刚性台座2底层和弹簧、阻尼器支撑6之间设置基底隔热层3，上刚性台座2底层相对于基底隔热层3可以相对滑动，基底隔热层3和弹簧、阻尼器支撑6之间刚接；上述构件组装后完成了新型抗拉、抗扭转的隔震装置制作。

Claims (4)

1.一种抗拉、抗扭转的隔震装置，包括上部高层结构(1)、上部刚性台座(2)、基底隔热层(3)、粘滞阻尼器(4)、减震弹簧(5)、弹簧、阻尼器支撑(6)、下部刚性台座(7)、横向限位滑块(8)、底部横向隔震直线导轨(9)、底部纵向隔震直线导轨(10)、纵向限位滑块(11)；其特征在于：上部高层结构(1)的隔震装置采用双向工字型直线导轨组成的隔震支座；将加工预制好的底部横向隔震直线导轨(9)、底部纵向隔震直线导轨(10)沿上下两层布置，两层导轨之间设置纵向限位滑块(11)；隔震装置中构件自上而下的连接方式为：上部高层结构(1)和上刚性台座(2)用焊缝连接，上刚性台座(2)和下刚性台座(7)用焊缝连接，下刚性台座(7)和横向限位滑块(8)刚性连接，横向限位滑块(8)和底部横向隔震直线导轨(9)用截面形状的咬合来连接，底部横向隔震直线导轨(9)和纵向限位滑块(11)用刚性连接，纵向限位滑块(11)和底部纵向隔震直线导轨(10)采用截面形状的咬合来连接，底部纵向隔震直线导轨(10)和地面刚接，用粘滞阻尼器(4)、减震弹簧(5)连接下刚性台座(7)和弹簧、阻尼器支撑(6)，两端均采用铰接；上部高层结构(1)、上部刚性台座(2)、下部刚性台座(7)和横向限位滑块(8)作为整体可以沿上层底部横向隔震直线导轨(9)横向滑动；上部高层结构(1)、上部刚性台座(2)、下部刚性台座(7)、纵向限位滑块(11)和上层底部横向隔震直线导轨(9)作为整体沿下层底部纵向隔震直线导轨(10)纵向滑动；滑块和导轨接触面上涂抹润滑油或者四氟乙烯，使其摩擦系数保证在千分之五到千分之十之间，以保证上部高层结构(1)能够沿底部横向隔震直线导轨(9)、底部纵向隔震直线导轨(10)滑动。

2.根据权利要求1所述的一种抗拉、抗扭转的隔震装置，其特征在于：在上部刚性台座(2)和弹簧、阻尼器支撑(6)之间纵向和横向两个方向分别设置四个粘滞阻尼器(4)，四个粘滞阻尼器(4)之间的夹角为90度；粘滞阻尼器(4)对上部高层结构(1)可以起到限制水平位移和耗能的作用。

3.根据权利要求1所述的一种抗拉、抗扭转的隔震装置，其特征在于：在下部刚性台座(7)和弹簧、阻尼器支撑(6)之间与纵向和横向成45度夹角的方向安装四个减震弹簧(5)，减震弹簧(5)之间的夹角为90度；减震弹簧(5)的作用在于提供高层结构(1)的水平刚度，每根减震弹簧(5)都需设置成受拉弹簧以便能使结构自动复位；根据高层结构(1)的隔震要求可以调整减震弹簧(5)的刚度来控制结构的刚度，从而达到预期的隔震周期。

4.根据权利要求1所述的一种抗拉、抗扭转的隔震装置，其特征在于：在上部刚性台座(2)底部和和弹簧、阻尼器支撑(6)之间设置基底隔热层(3)，以和控制隔震层的温度，保证粘滞阻尼器的正常使用，防止火灾；基底隔热层(3)和上部刚性台座(2)之间无连接可以自由相对滑动，基底隔热层(3)和弹簧、阻尼器支撑(6)之间刚性连接。