CN1079796A

CN1079796A - 抗地震的建筑结构系统

Info

Publication number: CN1079796A
Application number: CN93105947A
Authority: CN
Inventors: 约翰·坎宁安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1993-12-22
Also published as: CA2133584A1; RU2110640C1; WO1993021469A1; EP0725913A4; MX9301782A; AU671448B2; NZ251542A; BR9300960A; EP0725913A1; AU3921693A; UY23560A1; JP3350818B2; US5205528A; KR950701055A; JPH07505934A; RU94045891A

Abstract

一种抗地震的建筑结构系统，它包含若干稳态装置，该装置提高了对一个负载及其产生的应力的阻抗能力，而不是减小。本改进的一个共同的特征是，彼此对置的支承件装在支座的顶部，并具有槽形通道，该通道以一个角度倾斜于支座上的每个弹性横向元件的纵轴线。从而，当负载增加，每个弹性横向元件发生弯曲时，如果沿直线测量在槽形通道中对置的接触点之间的距离，则该水平距离变小。

Description

本发明一般地涉及静态的结构和支撑件，特别是涉及一种用于桥梁和建筑物的抗地震的建筑结构系统。

正确设计和构成的稳态系统具有在动态下的平衡状态。“自动动态平衡”被定义为“一种平衡的相对稳定的状态，或者是在不同的、但是相互依赖的结构元件或元件的组合体之间，所存在的趋向这种稳定状态的一种趋势。”参见Webster的大学生字典（由G和C Merriam Co.1976年出版）。只要一个从系统的支承件的垂直轴线算起的稳态角度或临界角度大于25度，该平衡就能被延续。

然而，由于施加于系统的力和振动过大，如果该临界角变得小于25度，稳态系统就可能被破坏。当临界角接近零度时，系统的刚性横向支撑件对所施加的力的抵抗性降低。这发生在不寻常的应力情况下，如地震。

因此，在现有技术中尚留有一个问题，即如何建筑一种在强烈地震的情况下不损坏的桥梁和建筑物。

将一种建筑系统通过并入若干稳态装置而建成可抵抗由强烈地震引起的载荷和应力，该装置增加了对这种外力的抵抗能力，而不是减小了抵抗能力。

抗地震建筑结构系统的特点是，支架通过各个相互面对面放置的支撑件被装置在顶部，支撑件上具有槽形通道，在支座处该通道以一定角度倾斜于每个弹性横向元件的纵轴线，以便当载荷增大使各个弹性横向元件发生弯曲时，在各个槽形通道中相接触的对立点之间的距离减小。

因此，本发明的主要目的是，构筑一种免遭强烈地震影响的建筑系统。

本发明的第二个目的是，提供一种设于支架上的有效的、经济的和实用的、可吸收震动的横向元件。

本发明的第三个目的是，引入若干支撑件，当它们随着地震的冲击而弯曲时，可以使弹性横向元件的抵抗能力增加。

另外一个目的是，构成一种稳态装置，当由于施加力的增加而临界角减小至25度以下时，该装置可抵抗断裂。

另一目的是，设计一种静态结构和支架，当临界角减小至25度以下时，它们提供了一种对其横向元件进一步弯曲的更大的抵抗力。

另一目的是，设置槽形通道，该通道以一个角度倾斜于各弹性横向元件的纵轴线，因此，当该元件弯曲时，各元件的两支承点之间的支撑长度被缩短，从而，当施加的载荷增大时，使该元件对进一步弯曲的抵抗力逐渐增加。

还有一个目的是，所构成的刚性支承可以借助于粘合、铸造、螺接、嵌合或者其它类似方式结合于垂直支架的顶部，由此在各个弹性横向元件的端部或靠近该端部的位置上形成支撑点。

还有一个目的是，每当一个载荷施加于横向元件时，设置各个刚性支承件，使一个弹性横向元件可以相对水平轴线成一个角度在其槽形通道中滑动。

最后一个目的是，设计一种用于支撑载荷的预制建筑结构系统，它适用于一个大的范围。

在看过下述对附图所作的简要说明并研究过优选实施例的详细说明之后，本发明的这些目的和优点将更容易被理解。

图1：是在支撑系统上的平衡负荷的示意图。

图2：表示一个外力施加于图1中的支撑系统中的负载上。

图3：表示一个过大的力施加于负载上，这就引起图1的支撑系统的破坏。

图4：表示一个弹性横向元件的第一个实施例，该弹性横向元件是层迭状态并且安放在图1的支撑系统的两个支承点上。

图5：表示一个弹性横向元件的第二个实施例，该弹性横向元件具有斜度，并安放在图1的支撑系统中的同样两个支承点上。

图6：表示一个弹性横向元件的第三个实施例，该弹性横向元件本身被弯曲而形成C形端，同样被安置在图1的支撑系统的一个相同的支承点上。

图7：是沿图6中7-7线的剖视图。

图8：表示一个大的力施加于图6所表示的弹性横向元件梁的第三实施例上。

图9：是一个支柱的侧视图，它含有本发明的支承件的第一实施例。

图10：是表示图9中的支座的前视图。

图11：是弹性横向元件的第四个实施例的示意图，该弹性横向元件安置在两个有间隔的支座上。

图12：表示一个小的力施加给图11中所示第四个实施例的弹性横向元件上。

图13：表示一个大的力施加给图11中所示第四个实施例的弹性横向元件上。

图14：为本发明的支承件的第二实施例的侧视图。

图15：表示图14中的支承件的第二实施例的前视图。

图16：为本发明的支承件的第三实施例的侧视图。

图17：为螺接在图9-13中所示的任一支座上，或者图14-16中所示的任一支承件上的支承板的顶视图。

图18：为支承件的第四实施例的侧视图，该支承件设有附加于其顶部的一个本发明的支承板。

图19：为图18的后视图。

图20：为图18的顶视图。

图21：为弹性横向元件的第五个实施例的侧视图，该元件的端部放置在图18～20所示的二个相对的支承件上。

图22：表示一个小的力施加于弹性横向元件的第四实施例上，起初表示在图11中，此时该元件由本发明的支承件的第四实施例所支撑。

图23：表示一个小的力施加于弹性横向元件的第四实施例，该元件由本发明的支承件的第五实施例所支撑。

图24：表示一种结构设置在弹性横向元件的第四实施例上，该元件由本发明的支承件的第六实施例所支撑。

图25：是图24中沿25-25线的顶视图。

图26：是图24中沿26-26线的横切面图。

图27：是图24中沿27-27线的侧视图。

图28：是图27中沿28-28线的仰视图。图1中表示了一个在平衡状态下的建筑结构系统，其中一个负载101使杆102产生弯曲，而杆的两端附近支撑在支承点103处。

在图2中，该装置表示负载101放在直的无弯曲的杆102上之前的一个初始的无负载的状态以及当一个小的力F施加在负载上使杆12向下弯曲之后的负载状态，该负载101因此而移至一个低位104。

在图3中，一个过大的力F’施加于负载101上，从而，该弯曲的杆102沿着一个示意线105折断，这就导致图1和2中所示的建筑结构系统的灾难性的破坏。

在图4中，本发明的弹性横向元件106的第一实施例以层迭形式被安置在两个支承点103上。当该元件106随着加载而弯曲时，它逐渐地、分组地向所施加的负载提供相应的阻抗作用。该元件106的端部是没有限制的，并具一个光滑的底面，以便与支承点103保持连续滑动接触。

在图5中表示了本发明的第二实施例，其中，一个弹性横向元件107朝向其端部方向逐渐被制成锥形，并安放在同样的两个支承点103上。该元件107随着其本身的弯曲而逐渐向所施加的负载增大阻抗。

在图6中表示了本发明的第三实施例，其中，一个弹性横向元件108本身被弯曲，形成了相对置的C形端部。该元件108也安置在两同样两个支承点103上。该元件108的每个C形端的端点111，被连接在，例如焊接在有孔的板109上。在图6中的线7-7是表示在图7中的一个横切面。

在图7中，表示端点111焊接在板109上，该板具有一个缝隙112，在该缝隙中，元件108可在上下至弯曲状态的通道110之间上下移动。

在图8中，表示了一个大的力F″施加于安放在支承点103上的元件108上。当该元件108接触到在端点111处的板109中的下弯曲通道110时，该建筑结构系统对力F″的阻抗增大，并且元件108的进一步偏移被减到最小。

图4-8表示了本发明的弹性横向元件的三个不同的实施例，图9和10表示了本发明的一个支座113的实施例。

在图9中，表示具有一个倾斜支承部位114的支座113的侧视图，该倾斜部位具有一个通道116。该支承部位114的弯曲与虚线表示的水平坐标线构成夹角115。

在图10中，表示了一个支座113的前视图。从图中可以看出，在支承部位114的通道116中有一个槽。

在图11-13中，表明了本发明的弹性横向元件的第四实施例。

在图11中，该横向元件安放在支承部位114的槽形通道116中，该支承部位114在两个有间隔的支座113上相互面对设置。该横向元件是一个圆形杆，中心部分117悬跨在二个支座113之间。横向元件的两个端部118从槽形通道116伸出，该槽形具有相对置的开口端。该支承部分114以一个角度倾斜于支座113的垂直轴线。

在图12中，一个小的力F₁施加于横向元件的第四实施例上。为了达到在小的F₁作用下的平衡状态，该横向元件弯曲，并且在支座113的支承部位114的槽形通道116中滑动一个短的距离。在达到平衡位置之后，沿水平方向直线测量横向元件的中部117a比图11中所看到的、该元件在支座上时的中部117短些。在图12中所示的横向元件的端部118a也比在图11中支座上时的元件端部118短些，因为当小的力向下加在横向元件上时，该元件的大部分在支座113之间被弯曲。因此，端部118a的任何伸出部分必然减小。这些端部118a置地从槽形通道116的开口端伸出。

在图13中，一个大的力F₂施加于该横向元件的第四实施例上。为了达到在大力F₂作用下的平衡状态，该横向元件弯曲，并沿着槽形通道116再滑动一个以槽形通道116的内端部为界的最大的距离，直到达平衡。在这个状态下，当沿一条直线水平测量时，横向元件的中部117b短于在图12中的中部117a。同样，在图13中的横向元件的端部118b比在图12中的端部118a要短些，因为当大的力F₂更进一步压下横向元件时，该横向元件的大部分在支座113之间发生弯曲。这样，端部118a的任何伸出部分再次减小。而端部118b依然对置地从槽形通道116的开口端部伸出。

如果图13中的力F₂等于图3中的力F’横向元件不会如同杆102的损坏那样产生断裂，该横向元件不失放的原因是，支座13的支承部分114中的槽形通道113允许弹性横向元件在其中滑动，以便重新分配施加的负载，而支承点103不容许这种重新分配。

图14和15描绘了本发明的一种支承的第二实施例。图14表示了它的一个侧视图，图15表示了它的一个前视图。

在图14中，所示的支承120具有一个通道121，该通道构成一个向下倾斜于水平坐标轴的角。在图15中，支承120的通道121呈一个槽状，这个支承120是刚性的和垂直的，并与图9-13中所示的倾斜支承部114相似，并且可以代替它支承在支座113上。然而该支承件120垂直轴线与图9-13中所示的支座113的垂直轴线是共轴的。

在图16中表示了本发明的支承件的第三实施例的侧视图。在第三实施例中，一个刚性垂直的支承件122具有与在图14和15中描绘的第二实施例相同的槽形通道121。只不过该第三实施例具有一个在槽形通道121上的圆形边缘123，以便允许一个横向元件保持在支座上而不产生切口，如果该边缘123是锐利的并构成一个点，就会产生切口。该圆形槽棱123也防止横向元件夹在或钩在支座上，如果该顶棱123是锐利的，特别是当横向元件在槽形通道121中前后滑动时，由于多种振动施加于本发明的建筑结构系统时，例如在一个强烈的地震过程中，则前述的情况就会发生。

在图17中，表示了一个支承板145的顶视图。该支承板具有一个槽形通道124，还有穿过翻边接近通道124排布的许多孔125。借助孔125可以将支承板145，螺接或者用其它方式固紧在图9-13所示的支座113的倾斜支承部114中的槽形通道116中，或者紧固在图14-16中所示的刚性垂直支承120和122的槽形元件121上。

图18-21描绘了本发明的支承件的第四实施例。在图18中表示一个侧视图;在图19中表示了一个后视图;在图20中表示了一个顶视图。

在图18中所示的支承件130具有一个倾斜的通道126，以及垂直加强的边肋127。螺栓128将该支承件130固紧在支座153上。

在图19中可以看到，支承件130的倾斜通道126，在这个后视图中呈槽形，并具有一个圆形的上边缘，相似于图16中所示的第三实施例中的边缘123。

在图20中，可以看到一个凹槽129切入该支承件130的前缘中，以使得一个在槽形通道126中滑动的横向元件可以弯曲并穿过支承件130的前缘。特别是当一个横向元件在槽形通道中滑动时，边肋127和螺栓128增加了支承件130的稳定性。

在图21中描绘;本发明的弹性横向元件的第六实施例，在该实施例中，弹性横向元件与图11-13中所示的结构相似，横向元件131安放在支承件130的槽形通道126中，该支承件130彼此相对，并固定在两个具有间隔的支座153上。该横向元件131具有一个加厚的中部，它位于二个放置在支座153上的支承件130之间。该横向元件131能够垂直地弯曲第一个距离D，同时水平地滑动第二个距离d，该距离基本上是倾斜通道126的长度。这样，随着横向元件131进一步弯曲通过垂直距离D时，在支承件130的槽形通道中接触点之间的距离就变得更短。

至此，在图9-16和图18-21中已分别描述了支承件114，120，122和130或与支座113成一体结构或被固定在支座153上的情况。这些支座113和153是相互分开的，并彼此留有间距。

可是，在图22和23中表示了一种单支承件的支撑系统，其中，支承件和支座均相互构成一个整体。

在图22中，在图12中所描述的一个很小的力F₁，施加于横向元件118的第四实施例上。为了达到在小力F₁作用下的平衡状态，该横向元件118发生弯曲，并在一个第一单支承件的支撑系统132的单槽形通道133中滑动一短的距离。值得注意的是，该槽形通道133具有一个平滑的弯曲轮廓穿过它的中心部位。这个第一系统132由图9-16中所示的支座和支承件构成一个整体。

图23所示的是类似的情况，一个小的作用力F₁也施加于横向元件118上，同样该横向元件为了达到一个平衡状态而被弯曲，并在一个第二单支承件支撑系统135的单槽形通道中滑动。然而，该槽形通道136不是光滑弯曲的，而是一对直的斜面，而斜面向下延伸会合于一个水平平面处，该平面构成了槽形通道136的下中部。

图23所示的直斜通道136的主要优点是该第二系统135较容易铸造，特别是采用混凝土制作混凝土构件时，比图22中所示具有弯曲通道133的第一系统更来得容易。

图24-28描述了一个基础及其部件，将其设计成在多个横向元件上支撑一个重载，为简化起见所述横向元件中只有一个被表示在图中。该重载可以是一个由多个横向元件支撑于地面之上的构筑物，该横向元件又安置在多个支承件上。

在图24中，一个型板138被用作重载的基础平板。该型板138和它的下设部件（将在后文说明）最后被安置在许多支座上，如棱锥形支座144，为了简化仅画出了棱锥形座144中的两个。在该两棱锥形座144之间可以是一个先存的结构（未画出）。

直接置于型板138下面的是许多支柱139，它们从型板138的下侧伸出。其中至少两个，通常是四个支柱139以一倾斜角伸向下方，并结合在一个公共的会合点处，即一个具有槽形通道141的反向支承件140处，该槽形通道141部分地环绕着弹性横向元件118的中部。该横向元件118根据施加在型板138上的重载（未画出）的重量而发生弯曲，并在装于棱锥形座144上的立方体支承件146的槽形通道143中滑动。

在图25中表示一个沿着图24中的线25-25的顶视图，它表示了一个反向支承件140，其中，横向元件118的中部被通道141局部包绕着。靠近横向文件118的相对端部，设有棱锥形座144，其上固定着立体支承件146。该横向元件118在立方体支承件146的槽形通道143中滑动。

在图26中表示了一个沿图24中的线26-26横断面，它表示出一个反向支承件140，其中，横向元件118的中部被槽形通道141部分包绕着，但是为了表达清楚了，从元件118处将其稍微提升了一点。在该处可以清楚地看到，该槽形通道114可以装在图17所示的支承板145，以便于横向元件118在其中的滑动，此外，也便于反向支承140的通道114的周期性增大的滑动。可以推测，如图24中所示，由于它在基础中具有关键性的定位，要想移动整个反向支承件140是很困难的。而仅移动支承板145则没有困难。

在图27中表示了一个沿图24中的线27-27剖开的侧视图，它表示了该基础的中部结构，首先描绘了设于型板138之下的支柱139的结构。可以看到，该处有四个支柱139，在图27中仅画出了其中的三个。支柱139均相同，即一个支柱都具有一个倾斜的矩形面，和一个三角形边。该四个支柱139均为反向的其顶点均连接在一个共同点上，即具有槽形通道141的反向支承件140上，该通道部分地包绕着横向元件118。

在图28中表示一个沿图27中的线28-28剖开的仰视图，它表示了四个支柱139，这些支柱具有会合在反向支承件140处的倾斜矩形面，该反向支承件140具有槽形通道141。

上述建筑结构系统的最佳实施例仅仅是用于解释本发明的，在获悉这些揭示内容之后，在建筑工业中的技术人员将很容易地想到许多其它的变型和变化。因此，所揭示的发明不限于以上的附图及描述中的精确结构，而是被包含在下述权利要求的原则和精神之内。

Claims

1、一种抗地震的建筑结构系统，其特征在于它包括：

a、至少两个支座；

b、安装在每个支座上的支承件，每个支承件具有相对置的开口端；

c、至少一个弹性横向元件，它具有一纵向轴线，当该支座上的横向元件未加载处于静止状态时，该纵向轴线与水平座标同轴，所述的横向元件在支承件之间延伸，横向元件悬伸在各支承件的对置开口端的末端部分具有一个与每个支承件相接触的点；

当向弹性横向元件被加载时，由于该弹性横向元件产生弯曲，并在与支承的接触处产生滑动，如果沿直线测量每个支承件接触点之间的一水平距离，则该水平距离将减小。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的支承件与支座是整体的，并且该支承件以一个角度倾斜于支座的垂直轴线。

3、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的支承件与支座是整体的，并且该支承件具有与支座的垂直轴线同轴的垂直轴线。

4、按照权利要求3所述的系统，其特征在于：每一个支承件都具有一个带一圆形上部边缘的槽形通道，用以将横向元件保持在支座中而不会在其中造成切痕。

5、按照权利要求4所述的系统，其特征在于该系统还包括：

至少一个支承板固定在支承的一个通道上。

6、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的支承件具有许多垂直加强的边肋。

7、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的每个支承件均具有一个切入其前部边缘的凹槽。

8、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的支座和支承件构成整体，成为一个单支承件的支撑系统。

9、按照权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述的单支承件的支撑系统具有一个带光滑弯曲轮廓的单个槽形通道。

10、按照权利要求8所述的系统，其特征在于：

所述的单支承件的支撑系统具有一个带一对直斜面的单个槽形通道，该直斜面向下延伸会合于一个水平的平面处，该水平平面构成槽形通道的中部。

11、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的支座是棱锥形的，并且所述的支承件是立方体形的。

12、按照权利要求11所述的系统，其特征在于它还包括：

用于支撑施加在多个弹性横向元件上的重载的基础装置。

13、按照权利要求12所述的系统，其特征在于：

所述的基础装置包括一个型板，多个由型4板下侧伸出的支柱，和一个与多个支柱连接的反向支承件。

14、按照权利要求13所述的系统，其特征在于：

所述的反向支承件具有一个槽形通道，该槽形通道部分地包绕着多个弹性横向元件中的一个。

15、按照权利要求14所述的系统，其特征在于它还包括：

固定在该槽形通道中的一个支承板。

16、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的横向元件是一个圆形杆。

17、按照权利要求1所述的系统，其特征在于;

所述的横向元件向着其端部渐呈锥形。

18、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述的横向元件本身发生弯曲并构成相对置的C形端部。

19、按照权利要求18所述的系统，其特征在于它还包括：

与每个弯曲的横向元件的C形端部相连接的有孔板。