CN1071393C - 一种用于隔离在建筑结构中的建筑单元的方法 - Google Patents

Abstract

一种支撑建筑单元的系统，其支撑结构能够抵抗象地震或其它自然灾害时可能遇到的意外而罕见的冲击，这种结构能把建筑单元与其所处表面的高度及稳定性的变化隔离开来。这种系统提供一种用来支撑建筑单元的装置，它包含有一对横向有间距的固定支撑件，此支撑件安置在处于建筑单元下的或者邻近的地面上。还包含一个加长的有弹性的部件，此部件在离开此细长件端部向内一段距离处支撑在支撑件的承载面上。建筑单元可以由楼房或其它结构的基座，楼房或楼房的一部分构成。此建筑单元可以安排得与此细长件相连接。从平衡态出发，此细长件能够与施加在其两端部中间的附加负载的大小成比例地弯曲，同时此细长件的端部也会沿着支撑件与附加负载大小成比例地滑动一段距离。

Description

抗震建筑系统

发明背景及概要

本发明是关于支撑一个建筑单元的系统，更具体地说，是关于支撑一个建筑单元的内部平衡系统，它能使支撑的结构抵抗如在地震或其他灾难会出现的不可预见的、偶发的冲击，同时能把建筑单元与其所处表面所发生的水平及稳定性的改变隔离开来。

房屋及其他建筑结构可能修建在那种容易受地震的冲击而被破坏的地区。传统的建筑方法通常建造基本上是刚性的结构，也就是说，有外力作用时，结构不会产生明显的屈服。当外力作用在这样一个刚性结构上，结构内部会产生各种张力、压力以及弯曲力。如果外力有足够的强度，这种结构可能会承受不住，从而导致结构的损坏，并有对结构内及其周围人员的生命财产造成损害的危险。为了减少这种危险的发生，现有的在这种地区修建刚性结构的方法要求至少对这些结构的某些部分进行超裕度设计。

建造刚性结构的方法包括使用象含一个吸热铅心的橡胶承载体这样的装置，以对这些结构提供某种程度的地震隔离。这种隔离装置有几个熟知的缺点。由于这种装置依靠相互作用的专门材料，其中某些材料如果超时间使用会趋于变坏，从而导致防护能力下降；或者由于定期地更换材料，而引起的花费增加。已知的承载体不可能对由严重地震引起的位置移动的大小作出响应。对振动缺乏足够吸收能力的承载体可能会加大地震冲击的影响而不是把这种影响减小到最小。

另外的已知建筑方法是建造易弯曲的结构，在外力作用下这种结构可能屈服。然而，由于这些结构普遍缺乏有效的消散能量的方法，在外力作用下，它们就象弹簧一样趋向于储存能量，这就导致结构发生不希望的振荡。例如在大风的天气里，这种振荡可能破坏易弯曲结构的应用。在一些更极端条件下，易弯曲结构的振荡可能会导致结构的损坏，就如同上面描述的那样，造成对人和财物损坏的危险。

建造房屋及其它建筑结构处的土壤及地表条件有可能不利于建筑结构直接建造在地上。在这种情况下，房屋可以修建在一个支撑在地面以上的平台上或相类似结构上。用于建造地面以上支撑结构的传统方法与上面所描述的房屋建筑方法有共同的缺点。此外，这些传统方法一般不能有效地把建筑结构与支撑结构所处表面的水平及稳定性的变化隔离开来。例如松软堆积土壤的侵蚀或下沉会改变支撑结构所处平面某一部分的水平面度。地下水位的改变或在极端寒冷地区包括永久冻土在内的土壤的季节性冰冻及解冻，都会影响建筑结构下的表面坚固性。这样的表面改变会传送给传统的支撑结构，从而导致座落在其上的结构坏损，同时也会如上面所描述的那样，对人和财产产生危险。

本发明的系统尽管在实际应用中只需要简单的建筑技术和材料，而且极少需要保养，但是却能够对抗大幅度的位移所带来的影响。本发明提供的系统用于把建筑单元支撑在这样一个结构上，这个结构的的组成单元处在或者趋向于相对稳定的内稳态。“内稳态”的定义为：“一个生物体或一组生物体组成的不同而又相互依赖的单元之间或成组的这种单元之间的一种相对稳定的状态或趋向于这种状态的倾向。”(Webster′s的新大学字典，G.&C.Merriam公司，1976年版)。因此，本发明的系统可以看成是一种内部平衡系统。

本发明提供了一种用于把建筑单元支撑在一个结构上的装置。支撑结构包括一对有横向间隔的固定的支撑件，该支撑件安放在建筑单元下或与其地基紧邻之处的地面上。每一个支撑件都有一个承载面用于与一个细长件连接。细长件安装得使其中间部分架在在一对支撑件之间，其端部纵向延伸越过这对支撑件。一个承载面在离一个细长件末端一段距离处与此细长件连接。建筑单元是由上面安置有一个或多个房屋或其他建筑结构的基座、房屋或其他建筑结构或者房屋或其他建筑结构的一部分所组成。把这个建筑单元细长件相连起来。

相应的方法包括在一个建筑单元下或与其地基紧邻的地面上安置一对有横向间隔的固定支撑件，以及如上面所述的方法，在每个支撑件的承载面上支撑一个细长件。建筑单元与细长件连接。

本系统的细长件既能至少支撑建筑件的一部分，又能与作用在它末端之间的中间部分上的负载大小成比例地弯曲。本发明的系统在弯曲的细长件与建筑单元的负载量之间建立了一种平衡状态。

从细长件与相连的建筑单元所处的平衡状态出发，施加在细长件两端中间的附加负载使得细长件的中间部分偏离初始的平衡状态而弯曲，呈现出第二个更向下的弯曲的状态，其弯曲量与附加负载的大小成比例。当中间部分向下弯曲时，细长件的两端沿着承载面滑动一段距离，这个距离也与附加负载的大小成比例，细长件的运动在弯曲的细长件与负载总量之间建立了一种新的平衡状态，总的负载为作用在上面的建筑单元的重量和附加负载量的和。除去附加负载后，中间部分趋向于不再弯曲，从而返回到基本上等同于原来的平衡位置。细长件的两端在相反的方向滑动一段相应的距离，也返回到实际上等同于其原来的平衡位置。同样，随作用在弯曲的细长件底部向上的力或作用在任何一个支撑件上的力，细长件的中间部分会弯曲，同时细长件两端也会滑动。

由于细长件连接着承载面，由结构所支撑的负载变化而引起的细长件弯曲和滑动，可以起到对冲击和能量的吸收作用。所吸收的能量主要是以热的形式释放，而此热是由细长件与承载面之间的摩擦接触所产生的。最好，当细长件在负载作用下弯曲时，它与支撑结构的垂直轴线成一优选的角度，也就是说，以一个在25-50度范围内的角度的形式与承载面连接。同时还应认识到，超过这个范围的角也会达到令人满意的结果，这也包括在本发明内。

附图的简单描述

图1是按本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧视图；

图2是由本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧面正视图，它表示了在施加附加负载时此结构的情况；

图3是由按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的横剖面图；

图4是图3中按照本发明所表明的建筑单元支架的一部分的详细图示；

图5是由按照本发明实施例所支撑的建筑单元的侧面正视图；

图6是图5中由按照本发明的结构所支撑的建筑单元的俯视平面图；

图7是由按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧面正视图；

图8是图7中被按照本发明的结构所支撑的建筑单元的俯视的平面图；

图9是由按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的横剖面图，表示了支撑结构的侧面正视情况。

图10是图7中由按照本发明的支架的侧面正视图；

图11是由按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧面正视图；

图12是图11中支撑结构的端视图；

图13是图11中支撑结构的俯视平面图；

图14是图11中按照本发明的多个支撑结构的俯视平面图；

图15是由按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧面正视图；

图16是被按照本发明实施例的结构所支撑的建筑单元的侧面正视图，表示了复合的细长件；

图17是图16中按照本发明除去负载时复合细长件的侧面正视图；

图18是图17中复合细长件的单个部件的详细示意图；

图19是多个图17中的单个部件束缚在一起形成一个大的复合细长件的剖面图；以及

图20a-22d是单个细长件以及一组细长件的复合形状的不同实施例的剖面图。

优选的实施例的描述

现请参考附图，图1和图2表示了按照本发明的实施例的一种用于支撑一个建筑单元102的结构100。一对有横向间隔的固定支撑件104被支撑在表面106上。每个支撑件104确定了一个承载面108用于连接一个细长件110。承载面108可以向下朝着结构的中心倾斜一角度。承载面可以如图8和图10所示的那样包含一个槽。

一个细长件110被安装得使中间部分112架在一对支撑件104之间，而端部114纵向延伸越过这一对支撑件104。细长件110至少能支撑建筑单元的一部分。细长件110也能弯曲，其弯曲度与作用在端部114之间的中间部分112上的负载量成比例。承载面108在向内离开细长件110的端部114一段距离处与此细长件110触接。

当承受负载的时候，最好细长件110与承载面108相连并与结构支架的垂直轴线成一最理想的角度118，也就是说在大约25-50度范围内。角118允许支撑结构100最理想地吸收冲击及能量，如下所述的一样。超过了这个最好的范围的角度也可工作，也包括在本发明范围之内。

建筑单元102被放置得与细长件110相连。建筑单元102相对于细长件110可以有水平、垂直或其他取向。这个系统在弯曲的细长件110和建筑单元102的重量之间建立了一种平衡状态。

图3和4表示了本发明的一个实施例，在这个实施例中，许多水平建筑单元102独立地支撑在房屋122的框架120中。横向有间距的固定支撑件104与框架120连在一起。一对支撑件104的每一个承载面或承载机构108都安装得相对于框架120有基本上相同的高度。细长件110可以与此支撑件104的承载机构108相连接。

细长件110可以是一个包含有刚性中间部分124的组合件，它具有相对着的侧边125和可弯曲的端部126，此端部又与每条侧边125相连接。此可弯曲端部126可以利用象螺栓这样的紧固机构128与刚性中间部分124的侧边125相连接。

建筑件102可以放置得与细长件110相连。最好是，建筑件102水平安装在有间距的固定支撑件104之间，以形成房屋122内地板的中心部分。此地板的中心部分102相对于与房屋框架120相连接的地板的边缘部分130来说是可移动的。在边缘部分130与中心部分102之间留有足够的水平间隙132以容纳中心部分102在其支撑件104上的运动。在房屋122内，内墙或隔墙134放置在地板的中心部分102上，而且可以设计得在墙134与任何横放的细长件110之间留有足够的垂直间隙136。垂直间隙136可以容纳安放有墙134的中心部分102相对于其支撑件104的运动。

在地板的中心部分102与地板的边缘部分130之间任何水平或垂直间隙132的上面横放一档板138以提供边缘部分130到中心部分102的通路以及反向的通路，如图3所示。用连接设备140，例如安置在地板表面上的凹槽141处的铰链，可以使档板138与地板的中心部分102以及边缘部分130相连，如同图3和图4虚线所示的那样。档板138相对于中心部分102以及地板的边缘部分130来说是可以移动的，例如，采用滚轮142或其他可滑动装置。

图5和图6表示了本发明的一个实施例，在此实施例中，房屋144的某些部分被一个结构所支撑。细长件110可由一个具有刚性中间部分124的组合件构成。一对垂直的建筑单元125a可架在从刚性中间部分124的相对侧边125上。房屋144的一个或多个地板103由垂直单元125a支持着。易弯曲的端部126可以固定在每个垂直建筑单元125a的外表面上。易弯曲的端部可以与单元102或125a以焊接、螺栓或其它适宜的方法连在一起。或者，细长件110的刚性中间部分124是由一个水平的建筑单元构成，在它的上面，支撑着地板103。易弯曲的端部126可以以上面所描述的方法与刚性中间部分124的相着的对边125固定在一起。

横向有间距的固定支撑件104安装在房屋144的相对的两侧146，并在离开细长件末端114向内一段距离处与此细长件110的易弯曲的端部126相连。细长件110和与固定支撑件104相连的承载面108连接，如图10所示。承载面108处在固定支撑件104中，而且细长件110的端部可以在固定支撑件104中相对于承载面108移动。

整个的建筑物144相对于固定支撑件104来说是可移动的。这种房屋144可用于隔离开地震冲击或表面状态变化的目的。支撑件104设置有进出通路148，使支撑件104的内部可用于象停车、公用设施以及储存这类的目的，它们是不需要隔离的。

被隔离开的房屋144中较底层的一个或多个地板150可以从组合细长件110上悬垂下来。在房屋144的最底部150与地面106之间留有足够的垂直间隙152，以容纳房屋144相对于其支撑件104的运动。可能安装一滑动档板154覆盖在门156或房屋144中最低部150的其它入口设施与地106之间的任何间隙上，以利于进出房屋144。

图7和图8表示了本发明的一个实施例，在此实施例中，房屋158被支撑在一个建筑单元或平台102上，此平台又是支撑在支撑结构100上。支撑结构100可由多个细长件110构成，这些细长件又支撑在相应数目的成对的支撑件104上。图15表示了一个相似的实施例，在此实施例中，一些房屋158或其它结构安置在这样一个被支撑的平台102上。在这两个实施例中，平台102都可放置在高于或低于地面106。

图10表示了一个本发明的实施例，在此实施例中，建筑单元或平台102支撑在支撑结构100上。平台102和一个与承载底座162相连的垂直承载结构160连接，此底座又可和一个细长件110相连，如图9-12所示。垂直承载结构160具有如图11、12所示的垂直承载支架164。

平台102可悬于支撑结构100之上，如图11、15所示。在这样一个实施例中，平台102必须高于细长件110的末端114，这样可以为细长件110的弯曲提供适当的间隙166。这可以由在细长件110与平台102之间插入撑顶件168来完成。撑顶件168可以包括这种垂直的承载结构160。

图9表示了本发明的一个实施例，在此实施例中，房屋175支撑在建筑单元178上。建筑单元178是由一个刚性框架构成，而不是图7图8所示的连续平台。房屋175的每个房屋支撑件176，例如一堵基墙，被支撑在框架178的一部分上。增强件177与在框架178附近的房屋支撑件176连在一起。框架178的每一部分都可支撑在一个或多个支撑结构100上。本发明的这个实施例有一个特殊的应用，就是改进现有的结构175，用于把此结构与地震冲击或表面状态隔离开来，这是由于框架178以及其相连的支撑结构100可安装在现有结构175的房屋支撑件176的下面。

如同从图7-8和14所看到的一样，成对的支撑件104相对其它成对的104来说可按一预先指定的模式安置。图7和图8表示了这些成对支撑件104的并列安放情况，而图14表示了一个垂直交错排列的模式。这些成对支撑件相对于建筑单元102、178来说也可按一预先指定的模式来安排。例如，每对支撑件中的一个可以安装在建筑单元178下面的区域内，而每一对的另一个则可安装在建筑单元178周边以外的地方，使得建筑单元的周边就安置在细长件的中间部分112的上方，而此细长件又支撑在每对支撑件上，这正如图9所示的那样。

细长件110和图1-2所表示的那样，可以是一整体件，或者是一个如图16所表示的复合易弯曲件170。如图17所示，如图18所示的复合件170可以是单体细长件172组成的束，它们由一个或多个扎捆带174在一起，这些箍紧带在这束细长件170上按一预定的距离安放。在图19中，复合件170表示成截面形式，可以看到这些单体细长件172及紧箍带174。单体细长件172可以具有任何适当形状的空心或实心的截面，参看图20a-d。复合件170的截面也可具有图19和图20a-b按图号所示的任何适当的形状。

本发明的系统按下述方式工作。在原来的平衡态中，建筑单元102、178和图1-9表示的那样，与一个细长件110的中间部分112相连接，从上述平衡态出发，施加在细长件110两端114中间的附加负载116使得细长件110的中间部分112离开第一个平衡状态而弯曲，其弯曲量与所施加负载116的大小成比例，从而呈现为第二种如图2和9虚线所示的那样的更向下的弯曲状态。细长件110的两端114沿其相应的承载面108滑动一段距离，此距离也与附加负载116的大小成比例，这正如中间部分112向下弯曲一样。细长件110的运动在弯曲细长件110和总的所加负载之间建立了新的平衡状态，其中这个总的负载是由建筑单元102、178的重量以及附加负载116构成。当这个附加负载116移去的时候，中间部分112不再弯曲，基本上恢复到原来的并稍微有点弓形的平衡位置。细长件110的两端114在相反的方向上滑动了一段相应距离，也恢复到基本上与其原来的平衡位置相同的位置。同样，随着向细长件110的底部向上施加的力，细长件110的中间部分112也会向上弯成弓形，并且两端点114相对于其相应承载面108也会产生滑动。

当一个建筑单元至少是与两个细长件110相连时，每个细长件110只支撑建筑单元102直接作用在其上的那部分。此外，每个端点114都能在其相应的承载面108上相对于任何的其它端点114做独持的明显的运动，以响应中间部分112的弯曲，或是响应对任何一个支撑件104所施加的外力。如果所加的力不能使任何一个支撑件104移动的话，则建筑单元102,178以及其支撑结构100会恢复到其原来的极少振荡的平衡位置。如果任何一个支撑件104发生形变或损失了，则建筑单元102、178及其支撑结构100将达到一新的平衡状态，在这个新平衡状态中，建筑单元102、178离开其原来位置的位移可能会与位移了的细长件端点114的个数和这些端点114的总位移的乘积成比例，而与仍保持由支撑件104所支撑的细长件端点的个数成反比。换句话说，建筑单元102、178离开其原来位置的总位移一般是端点114总位移的某个分数，其分子表示位移了的端点114的数目，而分母表示结构100中支撑端点的总数。例如，如图9中虚线所示框架178和支撑在其上的墙176的水平运动182和垂直移动184的范围与支撑结构100的细长件110的垂直运动180的范围相比是较小的。

本专利不应局限于上述优选实施例，它是可容易地由技术熟练的人所改进。这样的改进仍被认为是在本发明的精神实质范围内并处于下面权利要求的保护下。本发明是一个应受广阔覆盖的先导发明。

Claims (4)

1．一种用于隔离在建筑结构中的建筑单元的方法，所述方法包括如下步骤：

向所述建筑结构提供一个框架，所述框架具有一对横向地间隔开的相对构件；

从每一个所述框架的底部表面以相对的关系悬挂一个固定的支撑件；

每一个所述支撑件上形成一个用于接合一个细长的弹性部件的支撑表面；

选择一对细长的弹性部件，当所述弹性部件在从其外端部向内间隔开一个距离处受到支撑且在其内端部施加有一个负载时，每一个所述弹性部件能从一个平衡位置弯曲到一个假定的更向下倾斜位置；

将每一个所述弹性件的内端部连接到一个建筑单元的相对侧边；

将在所述一对支撑件之间的所述建筑单元安置成以所述弹性件的所述外端部纵向地延伸超越所述一对支撑件；以及

使所述弹性部件与在其相应的支撑件上的支撑表面接合，以便所述弹性部件的所述外端部在响应所述弹性部件的一个内端部的弯曲或响应作用在所述支撑件中之一的外力，而可相对于其相应的支撑件滑动。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括支撑在所述建筑单元上一个地板的步骤。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述支撑表面以相对于每一个所述支撑件的垂直轴线为25°至50°的角度接合所述弹性部件。

4．如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在所述弹性部件的所述端部和悬挂所述端部的地板之间提供间隙。

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