CN106121076B - 一种高层建筑减震结构及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高层建筑减震结构及其建造方法，属于建筑抗震领域。本发明的一种高层建筑减震结构的建造方法，所建造的高层建筑减震结构包括底部基座、粗沙隔离层、石子填充层、建筑物地基和口型抗震墙，所述底部基座设置在石子填充层中，在底部基座上表面设置有粗沙隔离层，以粗沙隔离层为基础建设口型抗震墙和建筑物地基，且建筑物地基位于口型抗震墙内，口型抗震墙外周均为石子填充层，建筑物地基与口型抗震墙之间排布有反冲击吸能装置。本发明的技术方案，将建筑物地基与底部基座隔离开，底部基座具有一定程度的纵向和横向的运动空间，抗震效果好。

Description

一种高层建筑减震结构及其建造方法

技术领域

本发明涉及建筑抗震技术领域，更具体地说，涉及一种高层建筑减震结构及其建造方法。

背景技术

近几十年来，世界已进入地震多发期，给人类生命财产造成的损失十分惨重。为了抗震减灾，建筑学家纷纷在厂房及各类房屋建筑的强度上大做文章，狠下功夫，甚至将建筑物的地基深深的浇铸在地下的岩层上，将建筑物同底层地死死的刚性的捆绑为一个牢不可破的整体，使房屋同地层“合二为一”用“以刚克刚”的方式，企图达到抗震减灾的目的。由于科技发展加快，现代高层建筑用优质大直径钢材、高标号的水泥、加上肥梁胖柱构成的各类房屋，因为它同地层形成的刚性的一体化的模式，当大地震发生时，来自地下的巨大能量要畅通无阻的传导到房屋本体上，就产生了地层跳多高，房屋必然跳多高，同生死的共震状态。造成建筑物在同步的强烈震动摇晃中松散、撕裂、扭曲变形垮塌，大难临头势不可挡！所以，用传统的抗震建筑理念和建筑模式，想达到在强烈的大地震中有理想的抗震减灾的效果，显然是收效甚微。

现有技术中，逐步在研发结构隔震的建筑体系，结构隔震的主要原理是通过在上部结构和地基之间设置隔震层，使变形主要集中在隔震层之内，以保护上部结构，大大减小上部结构受到的地震冲击。现有的大多数隔震装置，有的抗拉拔能力较弱，有的造价昂贵，很难推广使用。现有技术中，隔震效果较好的就是采用下底面面积较大的地基基础，以此提高地基的荷载力，但此结构抗震能力较差，地震时，地基基础的底面直接承受着地壳断裂或移位导致的地震波能量的冲击，底面积和侧面积越大，直接受冲击的力度及断裂、位移的可能性就越大，因此其抗震功效就差，在土方处理相同、使用同样地基建材的情况下，为了提高建筑地基基础的抗震能力，只是采用较大下底面积的地基基础，较深的钢筋注地下桩，是无法实现预期的目的，尤其在地震多发地带，对其地基基础提出了更高的抗震要求。

中国专利申请号：201520330501.6，申请日：2015年5月21日，发明创造名称为：一种消能减震结构，该申请案公开了一种消能减震结构，该结构包括凹形混凝土板、地基板、地基板凸起、缓冲件、沙袋层、滑动片，所述沙袋层是由整齐平铺在一起的沙袋组成，所述凹形混凝土板设在沙袋层上方，所述地基板设在凹形混凝土板内，地基板四周设有缓冲件，地基板的下方与凹形混凝土板之间设有滑动片，凹形混凝土板与沙袋层均置于土层开挖出的基坑内。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中高层建筑难以抗震效果差的不足，提供了一种高层建筑减震结构及其建造方法，本发明的技术方案，将建筑物地基与底部基座隔离开，底部基座具有一定程度的纵向和横向的运动空间，抗震效果好。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高层建筑减震结构，包括底部基座、粗沙隔离层、石子填充层、建筑物地基和口型抗震墙，所述底部基座设置在石子填充层中，在底部基座上表面设置有粗沙隔离层，以粗沙隔离层为基础建设口型抗震墙和建筑物地基，且建筑物地基位于口型抗震墙内，口型抗震墙外周均为石子填充层，建筑物地基与口型抗震墙之间排布有反冲击吸能装置。

进一步地，所述的底部基座主要由基座体和基座沙坑组成，所述在基座体上部开设基座沙坑，该基座沙坑的开口面积不小于建筑物地基的底面面积，在基座沙坑内填充粗沙粒。

进一步地，所述的基座体上设置有基座支脚，基座支脚对称分布在基座体的两侧。

进一步地，所述基座体外部建设有散波墙，该散波墙竖直建造，且散波墙与基座体侧壁形成等腰三角结构。

进一步地，所述反冲击吸能装置和承载底座相连，承载底座固定在支撑架上，所述反冲击吸能装置和支撑架均与建筑物地基相固定。

进一步地，所述反冲击吸能装置包括一级活塞、二级活塞和外缸体，所述二级活塞设置在一级活塞的内部空腔内，一级活塞设置在外缸体的油腔内，所述二级活塞与一级活塞的封闭端之间设置有吸能弹簧。

进一步地，所述口型抗震墙顶部与建筑物地基之间设置有防护地坪，且防护地坪与建筑物地基之间留有间隙。

进一步地，所述底部基座、口型抗震墙和建筑物地基均为钢筋混凝土结构。

进一步地，所述石子填充层中石子粒度为20～40mm，粗沙隔离层中粗沙粒度为0.8～2mm。

本发明的一种高层建筑减震结构的建造方法，其步骤为：

1)在原土层开挖矩形地坑，向地坑内填充石子，填充石子高度为地坑深度的1/3；

2)在石子层上建造底部基座，然后填充石子至与底部基座上表面齐平；

3)在基座沙坑中铺设粗沙，底部基座上方形成粗沙隔离层；

4)在粗沙隔离层上建造口型抗震墙和建筑物地基，并安装反冲击吸能装置；

5)然后在口型抗震墙外周填充石子，在建筑物地基上建设建筑体，并在地地表设置防护地坪。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种高层建筑减震结构，设置的石子填充层把整个结构围住，由于石子间有较大的可压缩空间，地震时纵向和横向的波动能量部分被石子消耗，所设置的反冲击吸能装置也可消耗一部分能量；

(2)本发明的一种高层建筑减震结构，底部基座与建筑物地基之间设置有粗沙隔离层，该粗沙隔离层本身作为建筑材料可承受较大压力，而且滑动性好，当地表波动时，建筑物地基可在粗沙隔离层上移动；此外，建筑物地基与口型抗震墙之间的反冲击吸能装置也可缓冲建筑体摆动时的冲击，减少对建筑体的损害。

附图说明

图1为本发明的一种高层建筑减震结构的结构示意图；

图2为本发明的减震结构俯视结构示意图；

图3为本发明中反冲击减震装置安装示意图；

图4为本发明中第一种反冲击减震装置内部结构示意图；

图5为本发明中承载底座的结构示意图；

图6为本发明中带有基座支脚的高层建筑减震结构的示意图；

图7为本发明中带有基座支脚的底部基座的俯视结构示意图；

图8为本发明中带有散波墙的高层建筑减震结构的俯视结构示意图；

图9为本发明中第二种反冲击减震装置内部结构示意图。

示意图中的标号说明：1、原土层；2、底部基座；201、基座体；202、基座沙坑；203、基座支脚；204、散波墙；205、空腔；3、粗沙隔离层；4、弹性地坪；5、口型抗震墙；6、石子填充层；7、防护地坪；8、反冲击吸能装置；801、一级活塞；802、吸能弹簧；803、二级活塞；804、外缸体；805、油腔；9、建筑物地基；10、建筑体；11、支撑架；12、承载底座。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种高层建筑减震结构，包括底部基座2、粗沙隔离层3、石子填充层6、建筑物地基9和口型抗震墙5，所述底部基座2设置在石子填充层6中，底部基座2主要由基座体201和基座沙坑202组成，基座沙坑202设置在基座体201的上表面，该基座沙坑202的开口面积大于建筑物地基9底部的面积，建筑物地基9的水平投影位于基座沙坑202内。为了提高底部基座2的稳定性，由基座沙坑202地面至基座体201底部的距离不小于3米，具体建设时可根据建筑体10的高度进行设定。

在基座沙坑202内填充有粗沙，形成粗沙隔离层3，以粗沙隔离层3为基础建设口型抗震墙5和建筑物地基9，且建筑物地基9位于口型抗震墙5内，建筑物地基9与口型抗震墙5之间排布有反冲击吸能装置8。底部基座2、口型抗震墙5和建筑物地基9均为钢筋混凝土结构，以保证结构强度。

所设置的建筑物地基9的高度突出于石子填充层6的上表面，当建筑体10晃动时，建筑物地基9与建筑体10为一体结构，在建筑物地基9与石子填充层6的分离处为受力集中区，最容易折断，而建筑物地基9相对建筑体10具有更高的结构强度，也就不易断裂。如果建筑物地基9与石子填充层6的上表面齐平，那么受力集中区将会出现在建筑体10上，很可能会直接导致整个楼体断裂倒塌。因此，把建筑物地基9设计为凸起结构，具有更好的结构强度，抗震效果更好。

所设置的粗沙隔离层3是为了使建筑物地基9在晃动时能够左右滑动，因此要保证基座沙坑202的地面具有可滑动性，把基座沙坑202的底面设置为光滑面，可做磨光处理，或者是采用水磨石底面，确保沙子可在表面滑动。该粗沙隔离层3也可是其他滑动性填充材料，在强度足够的条件下，主要目的是实现滑动性。

参看图1，本实施例中的建筑被粗沙隔离层3分为两层，下方的底部基座2作为防震移动平台，当收到冲击波影响时，底部基座2首当其冲，若是把口型抗震墙5与底部基座2设置成一体结构，则类似于传统的刚性建筑体，由于底部面积较大，一旦发生震动，整体便很容易断裂。而通过粗沙隔离层3进行分离，粗沙隔离层3中粗沙粒度为0.8～2mm，优选1.2mm，粗沙隔离层3的厚度在5cm以上，最好在8～20cm范围内，也可根据具体使用设定，筑体10的高度越大，粗沙隔离层3中粗沙颗粒度越大，厚度越大，在保证结构强度的同时能够保证滑移性能，如果粗沙隔离层3厚度较大，难以产生滑动。而且粗沙本身可消耗冲击波的能量，减少对高层建筑的损害。

参看图2，在口型抗震墙5外周也布置有石子，石子填充层6中石子粒度为20～40mm，由于石子的形状不规则，石子间存在间隙，虽然在建造时会采用震动处理，使石子填充层6变动充实、紧凑，但机器所能施加的震动力与地震时整个楼体的重力产生的力相差很大，石子填充层6仍有较大的压缩空间，可消耗较大的冲击能量。

本实施例中所设置的反冲击吸能装置8可以与口型抗震墙5相配合，一方面是消耗冲击能量，另一方面是对建筑物地基9移位形成缓冲，减少楼体的移位距离。

实施例2

结合图3、图4，本实施例的一种高层建筑减震结构，其基结构与实施例1相同，其不同之处在于：反冲击吸能装置8和承载底座12相连，承载底座12固定在支撑架11上，所述反冲击吸能装置8和支撑架11均与建筑物地基9相固定。具体地，如图4所示，反冲击吸能装置8包括一级活塞801、二级活塞803和外缸体804，所述二级活塞803设置在一级活塞801的内部空腔内，一级活塞801设置在外缸体804的油腔805内，所述二级活塞803与一级活塞801的封闭端之间设置有吸能弹簧802。如图5所示，承载底座12上部两侧设置有凸起块，凸起快内边为弧形，便于卡住反冲击吸能装置8的外缸体804，避免晃动。

地震时，致使口型抗震墙5撞向一级活塞801外端，一级活塞801向油腔805内移动，油压升高吸能，促使二级活塞803向一级活塞801的内部腔体中有一定的移位，一级活塞801中的油压快速上升，促使一级活塞801反向运动，把冲击力返回，同时吸能弹簧802吸收能量。减小了地震对高层建筑的冲击，达到减震目的。

如果只是使用普通的弹性缓冲间，虽然具有一定的缓冲作用，但是会产生较大的后坐力，后坐力仍然是作用在被冲击物体上；而反冲击吸能装置8具有更好的吸能效果，一方面，该反冲击吸能装置8能够缓冲吸能，其次，能够把冲击力返回，大大减小了后坐力。在本方案中，口型抗震墙5冲击一级活塞801后，在反冲击吸能装置8内部经过转化，一部分被液压油消耗，另一部分被再次返回到一级活塞801上，使一级活塞801反向运动，把冲击力返回到口型抗震墙5上，形成冲击力的返回，大大减小了后坐力，缓冲效果更好。

将反冲击装置用于建筑减震，将目前一体式高层建筑抗震设计结构、理论给与否定，高层建筑地下结构创新，使抗震性能不断完善。

进一步地，口型抗震墙5顶部与建筑物地基9之间设置有防护地坪7，且防护地坪7与建筑物地基9之间留有间隙。防护地坪7使建筑与地表结合在一起，所预留间隙保证地震时有一定的摆动空间，防止防护地坪7被破坏而重新修缮。

在口型抗震墙5底部与建筑物地基9之间设置有弹性地坪4，该弹性地坪4一方面可起到一定的缓冲作用，另一方面能够防止粗沙隔离层3中的粗沙向外部挤窜。

实施例3

结合图6、图7，本实施例的一种高层建筑减震结构，其基结构与实施例2相同，其不同之处在于：所述基座体201上还设置有基座支脚203，该基座支脚203对称分布在基座体201的两侧，每侧设置有两个。当建筑体10的高度较大时，基座体201所占面积越大，楼体越稳定，但是地震时所受到的冲击也就越大，更容易断裂。而所设置的基座支脚203既能够提高稳定性，有没有过大的增加实际占地面积，具有更好的稳定效果。

实施例4

结合图8，本实施例的一种高层建筑减震结构，其基结构与实施例3相同，其不同之处在于：所述基座体201外部建设有散波墙204，该散波墙204竖直建造，且散波墙204与基座体201侧壁形成等腰三角结构，并使散波墙204的外部尖角与石子填充层6外边界的距离大于3米。

地震波分为纵波和横波，纵波先到达，但其在竖直方向震动，表现为体积大压缩，破坏性较小，而横波会使地表建筑晃动，破坏性较大。设置的散波墙204可在一定程度上分散横波，减少横波对基座体201侧壁的直接冲击，减少损害。进一步地，石子填充层6中的碎石子间的间隙可消耗能量，使纵波及横波的强度减弱，散波墙204的外缘与石子填充层6外边界的距离大于3米，以此通过石子填充层6来提高对地震波的消耗，提高楼体的稳定性。

进一步地，还可把散波墙204与基座体201之间的三角部位设置为空腔205，当地震较大时，空腔首先被损坏，通过空腔205的损坏吸收一部分冲击能量。

实施例5

结合图9，本实施例的一种高层建筑减震结构，其基结构与实施例4相同，其不同之处在于：本实施例中的反冲击吸能装置的结构与实施例2中的不同，如图9所示，在二级活塞803上设置有通油孔，可以实现油孔泄能，在二级活塞803的右侧还设置有第二个弹簧，该弹簧也能够进行吸能，而且有助于二级活塞803复位，具有更好的反冲击效果。

实施例6

本实施例提供了一种高层建筑减震结构的建造方法，其步骤为：

1)在原土层1开挖矩形地坑，向地坑内填充石子，并对石子地基夯实处理，填充石子高度为地坑深度的1/3；由于是采用机器夯实，其强度与地震时楼体重量相差较大，仍存在一定的间隙空间。

2)在石子层上建造底部基座2，然后填充石子至与底部基座2上表面齐平；

3)在基座沙坑202中铺设粗沙，底部基座2上方形成粗沙隔离层3，粗沙隔离层3的厚度控制在5～20cm范围内，可选择8cm。

4)在粗沙隔离层3上建造口型抗震墙5和建筑物地基9，并在底部空间内设置弹性地坪4，然后安装反冲击吸能装置8；

5)然后在口型抗震墙5外周填充石子，在建筑物地基9上建设建筑体10，并在地表设置防护地坪7。

通过该方法所建造的建筑物具有较好的抗震效果。一方面，把底部基座2与口型抗震墙5分割设置，减小整体的体积，更为重要的是大大减小了侧面的整体长度。如果设置为一体结构，整体高度较大，在受到横波冲击时很容易断裂。而分割后，其高度可看做只有整体设置高度的二分之一，降低了断裂风险。另一方面，如果遇到较强地震，通过分割设置，即便底部基座2断裂，反冲击吸能装置8仍可正常工作，起到缓冲吸能作用，延迟建筑物倒塌时间，为救援逃生创造更多的机会，减少对人身安全的危害。

此外，设置的石子填充层能够吸收纵波和横波，消耗地震波的能量；石子间的间隙赋予建筑物一定的横向移动压缩空间，避免产生共振，有效减少对建筑物的冲击。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高层建筑减震结构，其特征在于：包括底部基座(2)、粗沙隔离层(3)、石子填充层(6)、建筑物地基(9)和口型抗震墙(5)，所述底部基座(2)设置在石子填充层(6)中，在底部基座(2)上表面设置有粗沙隔离层(3)，以粗沙隔离层(3)为基础建设口型抗震墙(5)和建筑物地基(9)，且建筑物地基(9)位于口型抗震墙(5)内，口型抗震墙(5)外周均为石子填充层(6)，建筑物地基(9)与口型抗震墙(5)之间排布有反冲击吸能装置(8)；所述反冲击吸能装置(8)包括一级活塞(801)、二级活塞(803)和外缸体(804)，所述二级活塞(803)设置在一级活塞(801)的内部空腔内，一级活塞(801)设置在外缸体(804)的油腔(805)内，所述二级活塞(803)与一级活塞(801)的封闭端之间设置有吸能弹簧(802)；

所述的底部基座(2)主要由基座体(201)和基座沙坑(202)组成，在所述基座体(201)上部开设基座沙坑(202)，该基座沙坑(202)的开口面积不小于建筑物地基(9)的底面面积，在基座沙坑(202)内填充粗沙粒。

2.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述的基座体(201)上设置有基座支脚(203)，基座支脚(203)对称分布在基座体(201)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述基座体(201)外部建设有散波墙(204)，该散波墙(204)竖直建造，且散波墙(204)与基座体(201)侧壁形成等腰三角结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述反冲击吸能装置(8)和承载底座(12)相连，承载底座(12)固定在支撑架(11)上，所述反冲击吸能装置(8)和支撑架(11)均与建筑物地基(9)相固定。

5.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述口型抗震墙(5)顶部与建筑物地基(9)之间设置有防护地坪(7)，且防护地坪(7)与建筑物地基(9)之间留有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述底部基座(2)、口型抗震墙(5)和建筑物地基(9)均为钢筋混凝土结构。

7.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于：所述粗沙隔离层(3)中粗沙粒度为0.8～2mm。

8.一种对于权利要求1～7任一项所述高层建筑减震结构的建造方法，其特征在于，其步骤为：

1)在原土层(1)开挖矩形地坑，向地坑内填充石子，填充石子高度为地坑深度的1/3；

2)在石子层上建造底部基座(2)，然后填充石子至与底部基座(2)上表面齐平；

3)在基座沙坑(202)中铺设粗沙，底部基座(2)上方形成粗沙隔离层(3)；

4)在粗沙隔离层(3)上建造口型抗震墙(5)和建筑物地基(9)，并安装反冲击吸能装置(8)；

5)然后在口型抗震墙(5)外周填充石子，在建筑物地基(9)上建设建筑体(10)，并在地表设置防护地坪(7)。