CN110700430A - 三维隔震装置及建筑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维隔震装置，用于设于建筑的隔震层内，所述隔震装内置包括竖向隔震支座及水平隔震支座，所述水平隔震支座设于所述竖向隔震支座的上方或下方。本发明的隔震装置，通过采用抗拔套筒与第一弹性复位件配合的方式实现竖向隔震支座的竖直方向上的抗拔功能，同时，采用上转动部件、下转动部件配合中间连接轴的设计，实现水平隔震支座的水平方向上的位移变形，从而能够耗散地震能量起到隔震的作用，结构设计简单且工作机理非常明确。此外，在地震结束后，该第一弹性复位件还可提供一定恢复力，使得该抗拔套筒可回复至初始位置。另外，本发明还提供了一种具有该三维隔震装置的建筑。

Description

三维隔震装置及建筑
技术领域
本发明涉及建筑结构中的隔震技术领域，具体涉及一种三维隔震装置及建筑。
背景技术
目前，大部分的隔震支座通常只能实现单一方向上的隔震，例如实现竖向方向上的隔震或者仅仅实现水平方向上的隔震，但是，大量地震灾害表明，结构的倒塌不仅是由于水平地震作用引起，竖向地震作用也是一个重要原因。因此，单一方向上的隔震支座无法实现有效隔震以及对地震作用产生的振动能量进行耗散，从而导致建筑结构受地震破坏严重。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种三维隔震装置及建筑，能够实现不同方向上的隔震功能，有效实现隔震及对地震作用产生的振动能量进行耗散，降低地震作用对建筑结构的影响。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种三维隔震装置，用于设于建筑的隔震层内，所述隔震装内置包括竖向隔震支座及水平隔震支座，所述水平隔震支座设于所述竖向隔震支座的上方或下方。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述竖向隔震支座包括第一连接板、第二连接板以及第一隔震结构，所述第二连接板位于所述第一连接板下方且与所述第一连接板间隔设置，所述第一隔震结构设于所述第一连接板及所述第二连接板之间的间隔内；
所述水平隔震支座包括第三连接板、第四连接板以及第二隔震结构，所述第四连接板与所述第三连接板间隔设置，所述第二隔震结构设于所述第三连接板及所述第四连接板之间的间隔内；
所述第三连接板与所述第一连接板连接，或者，所述第四连接板与所述第二连接板连接。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第四连接板位于所述第三连接板下方，所述第三连接板与所述第二连接板连接且位于所述第二连接板下方。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一隔震结构包括第一隔震主体以及多个竖向隔震组件，所述多个竖向隔震组件间隔设置，所述第一隔震主体设于相邻的两所述竖向隔震组件之间。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述竖向隔震组件包括第一抗拔套筒、第二抗拔套筒以及第一弹性复位件，所述第一抗拔套筒的顶部固接于所述第一连接板，所述第二抗拔套筒的底部连接于所述第二连接板，所述第二抗拔套筒可滑动连接于所述第一抗拔套筒，且所述第二抗拔套筒的内部与所述第一抗拔套筒的内部连通，所述第一弹性复位件位于所述第一抗拔套筒及所述第二抗拔套筒内，所述第一弹性复位件的顶部固设于所述第一连接板，所述第一弹性复位件的底部固设于所述第二连接板。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一抗拔套筒所述第一抗拔套筒的底部向内延伸形成若干第一限位台阶，所述若干第一限位台阶上设有第一滑动部，所述第二抗拔套筒对应所述第一滑动部设有第二滑动部，所述第二滑动部可滑动连接于所述第一滑动部。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一隔震主体为橡胶层或固体阻尼颗粒。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一隔震主体为固体阻尼颗粒，相邻的两所述竖向隔震组件之间设有围合形成空腔的围护板，所述围护板竖向设置，其底端与所述第二连接板固接，其顶端通过柔性部件与所述第一连接板固接，所述固体阻尼颗粒填充于所述空腔内。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述固体阻尼颗粒为多颗，各所述固体阻尼颗粒的粒径不同，且所述固体阻尼颗粒在所述空腔内的填充比例为所述空腔的体积的10％-70％。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一隔震结构还包括多个水平隔震组件，所述多个水平隔震组件位于所述空腔内；
所述水平隔震组件包括上部套筒、下部套筒以及第二弹性复位件，所述上部套筒的顶部固接于所述第一连接板，所述下部套筒的底部固接于所述第二连接板，所述下部套筒的内部与所述上部套筒的内部连通，且所述下部套筒滑动连接于所述上部套筒，所述第二弹性复位件位于所述上部套筒及所述下部套筒内部，且所述第二弹性复位件的顶部固设于所述第一连接板，所述第二弹性复位件的底部固设于所述第二连接板。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第二隔震结构包括多个抗拉组件及第二隔震主体，所述多个抗拉组件间隔设置，所述第二隔震主体位于相邻两所述抗拉组件之间。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述抗拉组件包括：
上转动部件，可转动连接于所述第三连接板；
下转动部件，位于所述上转动部件下方且与所述上转动部件间隔设置，所述下转动部件可转动连接于所述第四连接板；
中间连接轴，位于所述上转动部件及所述下转动部件之间，所述中间连接轴的上下两端分别固定连接于所述上转动部件及所述下转动部件，且所述中间连接轴的下端设有第三滑动部；以及
连接部件，设于所述下转动部件上方，所述连接部件上开设有延伸方向与所述中间连接轴的延伸方向垂直的滑槽，所述第三滑动部可滑动设于所述滑槽内。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第三连接板的下端面向下延伸设有第一固定部，所述第四连接板的上端面向上延伸设有第二固定部，所述上转动部件转动连接于所述第一固定部，所述下转动部件转动连接于所述第二固定部。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一固定部包括第一转动平面，所述第二固定部包括与所述第一转动平面平行的第二转动平面，所述上转动部件可在所述第一转动平面内转动，所述下转动部件可在所述第二转动平面内转动。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第二隔震主体为橡胶隔震主体，所述滑槽的延伸长度大于或等于所述隔震层的最大允许位移的2倍，所述连接部件靠近所述第二隔震主体的外边缘至所述第二隔震主体的距离为L1，所述距离L1大于或等于所述第二隔震主体中的橡胶层的总厚度与1/3倍的第二隔震主体的总厚度S的两者中的较大值。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第一隔震主体、所述第二隔震主体均为橡胶隔震主体，且所述第一隔震主体的单层橡胶层厚度为所述第二隔震主体的单层橡胶层的厚度的2-5倍。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述抗拉组件沿竖直方向上的抗拉轨迹与所述竖向隔震组件沿竖直方向上的抗拉轨迹不重合。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第二连接板包括位于其中心的中心区域和自所述中心区域向外的边缘区域，所述多个竖向隔震组件在所述第二连接板上的投影位于所述第二连接板的中心区域，所述多个抗拉组件在所述第二连接板上的投影位于所述第二连接板的边缘区域。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第二隔震结构还包括阻挡模块，所述阻挡模块可滑动设于所述滑槽，所述阻挡模块用于与所述第三滑动部接触并在所述第三滑动部压力作用下发生滑动，其中，所述阻挡模块发生滑动的方向与所述滑槽的长度方向垂直。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述阻挡模块为两个，相对所述滑槽的中心对称位于所述第三滑动部的两侧，所述第三滑动部在所述滑槽内自所述滑槽的中部位置向所述滑槽的第一端部或所述滑槽的第二端部滑动时，所述第三滑动部分别挤压两所述阻挡模块。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述滑槽对应所述阻挡模块的位置开设有第一凹槽，所述第一凹槽连通于所述滑槽并自所述滑槽延伸至所述第二连接部内；
所述阻挡模块包括压缩挡块以及第三弹性复位件，所述压缩挡块可滑动连接于所述第一凹槽，且所述压缩挡块用于与所述第三滑动部接触，所述第三弹性复位件位于所述第一凹槽内，且所述第三弹性复位件的一端固接于所述第二转动部，所述第三弹性复位件的另一端固接于所述压缩挡块。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述压缩挡块为半球形块体，包括第一接触面，所述第三滑动部为圆柱形销轴，包括第二接触面，所述第一接触面用于与所述第二接触面接触，且所述第一接触面、所述第二接触面均为凸弧面。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第三弹性复位件为压簧，所述压簧的刚度范围K为
Figure BDA0002212663220000041
其中，r为所述压缩挡块的半径，α为所述第三滑动部位于所述滑槽的中部位置时，所述第三滑动部的中心与所述压缩挡块的中心的连线与所述滑槽的底面的夹角，r1为所述压缩挡块与所述第三滑动部接触时的起始变形量。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述第二隔震结构还包括两位于所述滑槽内的第四弹性复位件，两所述第四弹性复位件均包括固定端和自由端，两所述固定端分别固设于所述滑槽的第一端部和所述滑槽的第二端部，两所述自由端分别朝向所述第三滑动部设置。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述滑槽内还滑动设有两第四滑动部，两所述第四滑动部分别固接于两所述第四弹性复位件的自由端；
所述第三滑动部位于所述滑槽的中部位置时，所述第四滑动部与所述第三滑动部之间具有间隙。
作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面的实施例中，所述滑槽的长度为L0，L0＝2(L1+L2+L3)；
其中，第一距离L1为所述第三滑动部在所述滑槽内自所述滑槽的中部位置向所述滑槽的第一端部或向所述滑槽的第二端部滑动的位移；
第二距离L2为所述第四弹性复位件位于极限压缩状态时的长度；
第三距离L3为所述第三滑动部的半径。
第二方面，本发明公开了一种建筑，所述建筑包括隔震层及如上述第一方面所述的三维隔震装置，所述三维隔震装置设于所述隔震层内。
与现有技术相比，本发明所采用技术方案的有益效果如下：
(1)能够实现不同方向上的隔震功能。本发明的三维隔震装置，通过设置实现竖直方向上的隔震功能的竖向隔震支座与实现水平方向上的隔震功能的水平隔震支座，并使得水平隔震支座连接于竖向隔震支座的上方或下方。采用本发明的方案，当将其应用于建筑的隔震层内时，能够实现不同方向上的隔震功能，有效实现隔震及对地震作用产生的振动能量进行耗散，降低地震作用对建筑结构的影响。
(2)结构简单，工作机理明确。本发明的三维隔震装置，通过采用抗拔套筒与第一弹性复位件配合的方式实现竖向隔震支座的竖直方向上的抗拔功能，同时，采用上转动部件、下转动部件配合中间连接轴的设计，实现水平隔震支座的水平方向上的位移变形，从而能够耗散地震能量起到隔震的作用，结构设计简单且工作机理非常明确。此外，在地震结束后，该第一弹性复位件还可提供一定恢复力，使得该抗拔套筒可回复至初始位置。
(3)抗风设计简单、可靠，震后可实现自动复位。本发明的三维隔震装置，通过设置压缩挡块、第三弹性复位件与第三滑动部配合，在第三滑动部位于滑槽的初始位置(即中部位置)时，压缩挡块位于滑槽内与第三滑动部接触，在地震作用下第三滑动部在滑槽内发生水平移动时，该第三弹性复位件以及压缩挡块可为第三滑动部提供抗剪作用力，从而起到抗风作用。由于该第三弹性复位件的设置，在震后压缩挡块可自动复位，其抗风功能可持续，无需更换新的抗风装置，降低设备成本以及维护更换成本。此外，采用本发明的设计，其抗风结构设计非常简单、可靠，可降低隔震装置的设计及施工难度。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的三维隔震装置的结构示意图；
图2是图1中A处的放大视图；
图3是图1中B处的放大视图；
图4是本发明实施例一提供的第一抗拔套筒与第二抗拔套筒的俯视图；
图5是图1中C处的放大视图；
图6是本发明实施例一提供的抗拉组件的分解示意图；
图7是本发明实施例一提供的竖向隔震组件、抗拉组件在第二连接板上的布置示意图；
图8是本发明实施例一的第三滑动部在X向的运动轨迹图；
图9是本发明实施例一的第三滑动部在任意方向上的运动轨迹图；
图10是本发明实施例二提供的三维隔震装置的结构示意图；
图11是图10中的D处的放大示意图；
图12是本发明实施例二提供的水平隔震组件、竖向隔震组件在第二连接板上的布置示意图；
图13是本发明实施例三提供的三维隔震装置的结构示意图；
图14是本发明实施例三提供的第二隔震结构的部分结构示意图；
图15是本发明实施例三提供的第三滑动部与压缩挡块的受力分析图；
图16是本发明实施例四提供的三维隔震装置的结构示意图。
具体实施方式
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
下面结合将实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例一公开了一种三维隔震装置，用于设置于建筑(未图示)的隔震层(未图示)，该三维隔震装置可设置在隔震层的上部结构和下部结构之间，三维隔震装置包括用于提供竖直方向上的隔震功能的竖向隔震支座1及用于提供水平方向上的隔震功能的水平隔震支座2，该水平隔震支座2设于竖向隔震支座1的上方或下方。
具体地，本实施例一的三维隔震装置可应用于建筑中的隔震层，该三维隔震装置既可应用于基础隔震层，也可应用于层间隔震层。
进一步地，在地震发生时，建筑受到地震的作用非常容易受到破坏，因此，本发明采用在建筑的隔震层中设置该三维隔震装置，利用能够提供竖直方向上的隔震功能的竖向隔震支座1和能够提供水平方向上的隔震功能的水平隔震支座2分别实现水平方向上和竖直方向上的变形，从而防止建筑受到地震作用的破坏。
由上述可知，水平隔震支座2可设于竖向隔震支座1的上方或下方，且为了能够适用于不同建筑空间的功能布置，该水平隔震支座2可与竖向隔震支座1可拆卸连接，例如可通过螺钉、螺栓固定的方式实现连接，在需要调整竖向隔震支座1与水平隔震支座2的相对位置时，只需通过拆卸螺栓、螺钉即可实现，拆装方便。
本发明实施例仅以水平隔震支座2设于竖向隔震支座1下方为例进行说明。
结合图2至图3所示，在本实施例中，竖向隔震支座1包括第一连接板1a、第二连接板1b以及第一隔震结构，第二连接板1b位于第一连接板1a下方且与第一连接板1a间隔设置，该第一隔震结构设于第一连接板1a和第二连接板1b之间的间隔内。具体地，第二连接板1b与第一连接板1a平行且间隔设置，且第二连接板1b与第一连接板1a之间可通过螺钉或螺栓的方式固定连接。且优选地，第一连接板1a及第二连接板1b可为方形板、圆形板或者是U形板等等。
进一步地，该第一隔震结构包括第一隔震主体1c以及多个竖向隔震组件1d，该多个竖向隔震组件1d间隔设置，第一隔震主体1c设于相邻的两个竖向隔震组件1d之间。具体地，第一隔震主体1c可位于第一连接板1a、第二连接板1b的中部位置，该第一隔震主体1c为橡胶隔震主体，其顶部固接于第一连接板1a，其底部固接于第二连接板1b，即，第一隔震主体1c固定设置在第一连接板1a和第二连接板1b之间，从这样，在地震发生时，该第一隔震主体1c能够由于其自身的材料特性实现竖直方向上的受压变形，从而能够耗散竖向地震或振动能量，减小竖向地震或振动对该建筑的影响。
优选地，该第一隔震主体1c包括第一上封板10、第一下封板11、多块加强板12以及多个橡胶层13，该第一上封板10固接于第一连接板1a，第一下封板11固接于第二连接板1b，相邻的两加强板之间间隔设置，且相邻的两加强板之间设置有至少一个橡胶层。具体地，该加强板可为钢板，该橡胶层的材质可为天然橡胶或者是高阻尼橡胶。
在本实施例中，该竖向隔震组件1d竖向隔震组件1d包括第一抗拔套筒14以及第二抗拔套筒15，该第一抗拔套筒14的顶部固接于第一连接板1a，。第二抗拔套筒15的底部连接于第二连接板1b，第二抗拔套筒15可滑动连接于第一抗拔套筒14，且第二抗拔套筒15的内部与第一抗拔套筒14的内部连通，且第二抗拔套筒15可滑动连接于该第一抗拔套筒14。具体地，第一抗拔套筒14为上下开口的中空套筒，该第一抗拔套筒14的顶部可通过螺栓或者螺钉连接的方式固定连接于第一连接板1a。更具体地，该第一抗拔套筒14的顶部两侧向外延伸有侧板，该侧板上可设置螺栓孔，第一连接板1a对应该侧板上的螺栓孔同样设置有螺孔，从而螺栓可穿过侧板上的螺栓孔和第一连接板1a上的螺孔，将第一抗拔套筒14与第一连接板1a牢牢固定。
进一步地，第一抗拔套筒14的底部向内延伸形成若干第一限位台阶14a，该若干第一限位台阶上设有第一滑动部14b，该第二抗拔套筒15的顶部对应第一滑动部14b设有第二滑动部15a，该第二滑动部15a可滑动连接于该第一滑动部14b。具体地，第一滑动部可为设于第一限位台阶上的凹槽，该第二滑动部可为凸设于第二抗拔套筒的顶部外壁面的外凸挡块。在第二抗拔套筒15与第一抗拔套筒14连接时，该第二抗拔套筒15上的若干外凸挡块卡设于该第一抗拔套筒14的若干凹槽14b内。在发生地震时，该外凸挡块可在地震作用下沿着该若干凹槽14b向上或向下运动，但是，因该凹槽14b的两端封闭，因此，该外凸挡块始终只能在凹槽14b内发生竖向滑动，从而使得该第二抗拔套筒15无法脱离该第一抗拔套筒14，防止出现竖向受拉，达到抗拔的功能。优选地，为了保证第一抗拔套筒14在水平方向上刚度，该第一抗拔套筒14上的凹槽14b可为两条或者是四条，沿第一抗拔套筒14的中心对称布置，即，该第一限位台阶可为两个或四个。
可以理解的是，在其他实施例中，也可在第一抗拔套筒14的内壁面上设置外凸挡块，而在第二抗拔套筒15的外壁面对应设置凹槽，也可实现第二抗拔套筒15相对第一抗拔套筒14滑动且利用外凸挡块与凹槽的配合限制第二抗拔套筒15相对第一抗拔套筒14的滑动位置的效果。
在本实施例中，该第一抗拔套筒14的高度等于或略等于第一连接板1a与第二连接板1b之间的间距的三分之一至二分之一，从而可为在地震发生时，第二抗拔套筒15在第一抗拔套筒14上的滑动提供足够的距离，从而该竖向隔震组件1d能够发生足够的竖向变形耗散地震能量起到隔震作用。具体地，该第二抗拔套筒15的顶部位于该第一抗拔套筒14的内部，从而位于第二抗拔套筒15的顶部的第二滑动部15a可叠设于第一抗拔套筒14的底部的第一限位台阶14a上。更具体地，第二抗拔套筒15也为上下开口的中空套筒，其内部与第一抗拔套筒14的内部完全连通，该第二抗拔套筒15的直径小于第一抗拔套筒14的直径，以实现第二抗拔套筒15可在第一抗拔套筒14内发生竖向滑动。
进一步地，第二抗拔套筒15的底部同样可通过螺栓、焊接等方式固定于第二连接板1b。在未发生地震时，第二抗拔套筒15的顶部与抗拔套筒14的底部刚好有一定的距离，该距离由竖向支座在正常使用情况下承担的结构自重所产生的竖向变形决定。当地震发生时，受地震竖向作用，该第二抗拔套筒15的顶部可沿着竖直方向在第一抗拔套筒14内发生移动，第二抗拔套筒15发生竖向变形，与此同时，该第一隔震主体1c也同样发生竖向变形，第一隔震主体1c发生竖向变形的方向与第二抗拔套筒15在第一抗拔套筒14内的运动方向同向，从而该竖向隔震组件1d以及第一隔震主体1c能够同时发生竖向变形耗散竖向地震能量，减少地震作用对建筑结构的影响。
进一步地，由于第一隔震主体1c采用橡胶隔震主体，在地震发生时，该第一隔震主体1c可发生受拉或者受压变形，在地震结束后，该第一隔震主体1c可回复至其原先的状态，从而带动第二抗拔套筒15也回复至其相对第一抗拔套筒14的初始位置。
此外，由于第一限位台阶14a和第二滑动部15a的设置，该第一限位台阶14a能够限制第二抗拔套筒15在第一抗拔套筒14内的水平方向上的移动，从而防止竖向隔震组件1d在水平方向发生过大的变形。
在本实施例中，竖向隔震组件1d还包括第一弹性复位件16，第一弹性复位件16位于第一抗拔套筒14和第二抗拔套筒15内，该第一弹性复位件16的顶部固设于第一连接板1a，第一弹性复位件16的底部固设于第二连接板1b。具体地，第一弹性复位件16可为弹簧，该第一弹性复位件16用于在地震作用时受压或者受拉，使得第二抗拔套筒15可相对第一抗拔套筒14发生竖向位移，同时，该第一弹性复位件16还可用于在地震结束时，提供该第二抗拔套筒15相对第一抗拔套筒14回复至初始位置的作用力。
结合图1及图5所示，在本实施例中，水平隔震支座2包括第三连接板2a、第四连接板2e以及第二隔震结构，该第四连接板与第三连接板间隔设置，该第四连接板可与第一连接板连接，或者，该第三连接板与第二连接板连接。具体地，若水平隔震支座位于竖向隔震支座下方，则该第三连接板与第二连接板连接，此时，第四连接板位于第三连接板下方，且第三连接板位于第二连接板下方。若水平隔震支座位于竖向隔震支座上方，则第四连接板与第一连接板连接，此时，该第四连接板依然是位于该第三连接板下方，且第四连接板位于第一连接板上方。本实施例中，优选以水平隔震支座位于竖向隔震支座下方，即，该第四连接板位于第三连接板下方，且第三连接板与第二连接板连接并位于第二连接板下方为例进行说明。
进一步地，为了便于该水平隔震支座2与竖向隔震支座1的连接以及便于水平隔震支座2可相对竖向隔震支座1调整连接位置，第三连接板与第二连接板的连接可通过螺钉、螺栓连接的方式。且，第一连接板1a、第二连接板1b、第三连接板2a、第四连接板2e可均为方形板、圆形板或者是U形板等等，该四块板的厚度可相等或不等。优选地，第一连接板、第二连接板、第三连接板及第四连接板均为圆形板，且该四块板的厚度相等，但该四块板的直径可相等或不等。更优选地，第二连接板、第三连接板及第四连接板的直径相等，且大于第一连接板的直径，以便于该第二隔震结构的设置。
进一步地，该第二隔震结构包括第二隔震主体2b及多个抗拉组件2c，该多个抗拉组件2c间隔设置，该第二隔震主体2b位于相邻的两个抗拉组件2c之间。具体地，该抗拉组件2c可为两个，分别相对第三连接板2a的中心对称设置，该第二隔震主体2b位于该两个第二抗拉组件2c之间，且至该第二抗拉组件2c之间具有间距。
在本实施例中，该第二隔震主体2b为橡胶层隔震主体，其包括多个橡胶层213、加强板212以及两上下设置的封板210、211，该两封板210、211分别固定连接于第三连接板2a和第四连接板2e，多块加强板212间隔设置，且相邻的两块加强板212之间设有该橡胶层213。优选地，该加强板212可为加强钢板，该橡胶层213可为天然橡胶层或者是高阻尼橡胶层等等。
进一步地，该第二隔震主体2b近似设置在该第三连接板2a的中部位置，且第二隔震主体2b在第二连接板1b上的投影位置与第一隔震主体1c在第二连接板1b上的投影位置近似重合。当该第一隔震主体1c为橡胶隔震主体时，该第一隔震主体1c的单层橡胶层的厚度为第二隔震主体2b的单层橡胶层厚度的2-5倍。即，第一隔震主体1c的单层橡胶层的厚度比第二隔震主体2b的单层橡胶层厚度大，这是因为，第一隔震主体所采用的厚橡胶层是为了减小第一隔震主体的竖向刚度，加大第一隔震主体竖向可变形位移，达到隔离竖向地震或者振动的作用。同时，抗拔套筒的加入，可限制采用厚橡胶层的第一隔震主体的水平向失稳。
优选地，该第二隔震主体2b的橡胶层213的层数大于第一隔震主体1c的橡胶层13的层数，即，第二隔震主体2b的整体厚度大于第一隔震主体1c的整体厚度，从而第二隔震主体2b在竖向方向上同样可发生竖向变形。
结合图1、图5及图6所示，在本实施例中，抗拉组件2c包括上转动部件20及下转动部件21。该上转动部件20可转动连接于该第三连接板2a，下转动部件21位于上转动部件20下方且与上转动部件20间隔设置，该下转动部件21可转动连接于第四连接板2e。具体地，下转动部件21与上转动部件20之间沿竖直方向上布置，下转动部件21的转动轴线与上转动部件20的转动轴线位于同一竖直线上。更具体地，该上转动部件20、下转动部件21均可为轴承或者是转轴等。
进一步地，该第三连接板2a的下端面向下延伸设有第一固定部201，该第四连接板2e的上端面向上延伸设有第二固定部202，该上转动部件20转动连接于该第一固定部201，该下转动部件21转动连接于该第二固定部202。具体地，第一固定部201及第二固定部202均为凸块，该上转动部件20及下转动部件21均为轴承，该轴承套设于该凸块，实现相对凸块转动。
更进一步地，该第一固定部201包括第一转动平面201a，该第二固定部202包括第二转动平面202a，第二转动平面202a与第一转动平面201a平行，该上转动部件20可在第一转动平面201a内转动，该下转动部件21可在第二转动平面202a内转动。
进一步地，抗拉组件2c还包括中间连接轴22以及连接部件23，该中间连接轴22位于上转动部件20和下转动部件21之间，中间连接轴22的上下两端分别固定连接于上转动部件20及下转动部件21，且该中间连接轴22的下端设有第三滑动部22a。该连接部件23设于下转动部件21的上方，该连接部件23上开设有延伸方向与中间连接轴22的延伸方向垂直的滑槽23a，该第三滑动部22a可滑动设于该滑槽23a内。
具体地，该中间连接轴22为竖直轴，该中间连接轴22的上下两端可通过螺钉、螺栓的方式分别与上转动部件20、下转动部件21固定连接，从而在上转动部件20、下转动部件21转动时，中间连接轴22也能够在上转动部件20、下转动部件21的带动下发生运动，从而使得该第三滑动部22a可在滑槽23a内发生滑动。
更具体地，该第三滑动部22a可为设置在中间连接轴22的下端的圆柱形销轴、凸块或者是转轴等等。该连接部件23可为条形杆状结构，其长度方向为与中间连接轴22的高度延伸方向垂直的水平方向，即，连接部件23沿着水平方向设置，而中间连接轴22则沿着竖直方向设置。因此，该滑槽23a为水平条形槽，且滑槽23a的长度方向上的两端至该连接部件23的两端端部具有一定距离，即，该滑槽23a为两端封闭的槽，其两端并未贯通该连接部件23的两端。
进一步地，滑槽23a包括长度方向的两端，在地震未发生前，该第三滑动部22a位于该滑槽23a的中心位置或者是靠近其中心的位置，在地震发生时，受地震作用，上转动部件20、下转动部件21分别发生转动，从而使得中间连接轴22发生转动带动该第三滑动部22a在滑槽23a内滑动。该第三滑动部22a在滑槽23a内的滑动方向可以是自滑槽23a的中部向两端滑动，从而耗散水平方向上的地震作用能量，防止建筑结构受到破坏。
更进一步地，在地震发生时，若出现竖向作用，由于该中间连接轴22的上下两端分别固定连接于上转动部件20和下转动部件21，所以即便在地震竖向作用下，该中间连接轴22的两端依然能够紧紧地与上转动部件20和下转动部件21连接，从而起到抗拉作用，防止水平隔震支座2由于竖向地震或振动作用而出现拉应力过大的情况。
在本实施例中，由于本实施例的三维隔震装置可应用于隔震层中，因此，该滑槽23a的延伸长度大于或等于该隔震层的最大允许位移的2倍，从而在地震作用发生时，该滑槽23a的延伸长度方向上的两端可以起到限位作用，防止第三滑动部22a滑动脱离该滑槽23a内，进而防止该水平隔震支座2出现过大变形。
具体地，由上述可知，以该第二隔震主体为圆形的橡胶主体为例，则该隔震层的最大允许位移为在该第二隔震主体的0.55倍直径与第二隔震主体的内部橡胶层的总厚度的3倍中，取两者中的较大值。
进一步地，由于第二隔震主体2b位于相邻的两个抗拉组件2c之间，该连接部件23水平设置，因此，连接部件23靠近该第二隔震主体2b的一端端部至第二隔震主体2b朝向连接部件23的边缘的距离L1大于或等于该第二隔震主体2b中的橡胶层的总厚度与1/3倍的第二隔震主体2b的总厚度S的两者中的较大值，以确保能够不影响该第二隔震主体2b受地震作用时在水平方向上的位移。其中，该第二隔震主体2b的总厚度S为多个橡胶层、加强板以及两封板的厚度之和。
请再次参阅图1及图7，在本实施例中，该抗拉组件2c沿竖直方向上的抗拉轨迹与竖向隔震组件1d沿竖直方向上的抗拉轨迹不重合。具体地，以该第二连接板1b及第三连接板2a为圆形板，且第三连接板2a与第二连接板1b完全重合为例，该第二连接板1b包括位于其中心的中心区域105和自中心区域105向外延伸的边缘区域106，该多个竖向隔震组件1d在第二连接板1b上的投影位于该第二连接板1b的中心区域105，该多个抗拉组件2c在第二连接板1b上的投影位于该第二连接板1b的边缘区域106。也就是说，若第二连接板1b为圆形板，同样第一连接板1a、第四连接板2e也为圆形板，则第二连接板1b的直径大于第一连接板1a的直径。由上述可知，第一连接板1a、第二连接板1b、第三连接板2a以及第四连接板2e之间可通过螺栓、螺钉的方式固定连接，因此，在第一连接板1a、第二连接板1b、第三连接板2a、第四连接板2e上均设有螺孔，对于该第二连接板1b而言，该螺孔将其自身分隔成中心区域105和投影区域，即，多个竖向隔震组件1d在第二连接板1b上的投影位于该螺孔向内的中心区域105，而多个抗拉组件2c在第二连接板1b上的投影则位于该螺孔向外的边缘区域106。
也就是说，以第二连接板1b的中心为圆心，则多个竖向隔震组件1d在第二连接板1b上的投影围合形成的圆的直径小于多个抗拉组件2c在第二连接板1b上的投影围合形成的圆的直径。
以下简单描述本实施例的三维隔震装置在地震作用时的隔震过程：
未发生地震作用时，第一隔震主体1c呈自然承压状态连接于第一连接板1a和第二连接板1b之间，该第二抗拔套筒15的顶部与该第一抗拔套筒14的底部因承压有一定的距离，此时，位于其内的第一弹性复位件16处于自然承压状态。
同理，该第二隔震主体2b呈自然状态连接于第三连接板2a和第四连接板2e之间，该第三滑动部22a位于该滑槽23a的中部位置，上转动部件20、下转动部件21未发生转动。
发生地震作用时，该第一隔震主体1c受地震竖向作用受压或者是受拉，同时该第一弹性复位件16也受地震竖向作用受压或者是受拉，带动该第二抗拔套筒15开始在第一抗拔套筒14内滑动，但是，由于该第一限位台阶14a和第二滑动部15a的作用，该第二抗拔套筒15的顶部始终滑动位于该第一抗拔套筒14内，而不能脱离该第一抗拔套筒14，且不能沿着水平方向在第一抗拔套筒14内滑动，从而第二抗拔套筒15、第一抗拔套筒14以及该第一隔震主体1c能够耗散地震作用起到隔震作用。在地震作用结束后，该第一隔震主体1c由于其材料特性能够回复至其原先状态，同时，该第一弹性复位件16也由于其材料特性回复至其原先状态，从而提供第二抗拔套筒15回复至其原先位置的作用力。
同理，在地震作用时，上转动部件20、下转动部件21受地震作用分别在第一转动平面201a、第二转动平面202a发生360°转动，从而使得与其二者相连的中间连接轴22发生运动，进而使得设于中间连接轴22上的第三滑动部22a在滑槽23a内发生水平滑动，从而能够耗散地震能量起到隔震作用。在地震作用结束后，可在该第二隔震主体2b的作用下，中间连接轴22上的第三滑动部22a能够回复至其初始位置。
进一步地，由上述可知，上述的抗拉组件2c中，其上转动部件、下转动部件可进行平面内的360°自由旋转，因此，以下采用两种情况来简单说明其运动轨迹：
第一种情况：当地震的作用方向为沿滑槽的长度延伸方向，以该滑槽的长度延伸方向X向，则该第三滑动部22a的初始位置W1与运动后的位置W2如图8所示。其中，在地震作用下，该第三滑动部22a在X向上的可变最大位移为L，而同时，L为隔震层的最大允许变形(由上述可知，隔震层最大允许位移由该第二隔震主体的0.55倍直径与第二隔震主体的内部橡胶层的总厚度的3倍的两者中的较大值确定)。
第二种情况：当地震作用方向为任意方向时，则该第二隔震支座将在任意方向上发生变形，此时，该滑槽23a在第三滑动部22a的作用下，在上转动部件、下转动部件的转动作用下转动至相应方向，该第三滑动部则同时在滑槽内滑动，则该第三滑动部22a的初始位置W3与运动后的位置W4如图9所示，该第三滑动部在任意方向上的可变最大位移为L，L为隔震层的最大允许变形。
由上述分析可知，第三滑动部在滑槽内滑动，由于上转动部件、下转动部件的360°自由转动，该第三滑动部可以到达X-Y平面上，并以初始位置W3为圆心，以L为半径的圆内的任意位置。因此，第三滑动部的允许变形的边界轨迹是以初始位置W3为圆心，以第三滑动部在滑槽内单向运动变形允许值L为半径的圆。
本发明实施例一提供的三维隔震装置，通过设置竖向隔震组件1d、第一隔震主体1c、第二隔震主体2b以及抗拉组件2c分别实现三维隔震装置的竖向方向上的隔震功能以及水平方向上的隔震功能，使得三维隔震装置在不同方向的地震作用下也能具有良好的隔震效果，防止建筑结构受到地震破坏。
此外，抗拉组件2c采用上转动部件20、下转动部件21、中间连接轴22以及连接部件23相互配合的方式，利用上转动部件20、下转动部件21分别在地震作用下发生转动来提供中间连接轴22上的第三滑动部22a相对连接部件23的滑槽23a发生滑动的作用力，从而使得该水平隔震支座2能够对应发生水平变形，起到良好的隔震效果。另外，利用上转动部件20、下转动部件21限制中间连接轴22在竖直方向上的位置，从而起到抗拉作用。
实施例二
请一并参阅图7至图9，为发明实施例二提供的一种三维隔震装置的结构示意图。本实施例二的三维隔震装置与实施例一的三维隔震装置的区别之处在于：
该第一隔震主体1c为固体阻尼颗粒。具体地，为了便于设置该固体阻尼颗粒，确保在地震时可以在地震作用下相互之间发生碰撞，在相邻的两个竖向隔震组件1d之间设有围合形成空腔170的围护板17，该围护板17竖向设置，其底端与第二连接板1b固接，其顶端通过柔性部件18与第一连接板1a固接，该固体阻尼颗粒可填充设于该空腔170内。更具体地，该围护板17为钢板，且该围护板17可为一整块圆形板，围合于两个竖向隔震组件1d之间，形成的空腔170为圆形腔体。或者，该围护板17也可为多块方形板围合于两个竖向隔震组件1d之间，形成的空腔170可为方形腔体。
进一步地，以该围护板17为圆形钢板为例，围护板17的底端可螺栓、螺钉、焊接或者是胶水粘接的方式与第二连接板1b连接。围护板17的顶端可通过柔性部件18与第一连接板1a固接。其中，该柔性部件18可为橡胶板、硅胶板或者是金属弹片等等，该柔性部件18可通过螺钉、螺栓、焊接或者是胶水粘接的方式与第一连接板1a连接，从而使得该空腔170形成一个封闭的腔体，即，第一连接板1a、第二连接板1b分别形成空腔170的顶部和底部，这样，将固体阻尼颗粒填充在该空腔170内时，可避免固体阻尼颗粒自空腔170内脱离。更进一步地，该围护板17的高度与第二抗拔套筒15的高度相同，该柔性部件18的高度可与第一抗拔套筒14的高度相同。
在本实施例中，该固体阻尼颗粒在空腔170内的填充数量可为空腔170的体积的10％-70％，例如固体阻尼颗粒的填充量可为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％等等。这样，在地震发生时，该空腔170具有足够的空间可使得固体阻尼颗粒可在空腔170内无规律运动并发生碰撞(该碰撞的发生可为固体阻尼颗粒与围护板17之间、固体阻尼颗粒之间、固体阻尼颗粒与第一连接板1a以及固体阻尼颗粒与第二连接板1b之间)，从而能够由于固体阻尼颗粒的无规律运动及碰撞，增大该竖向隔震支座1的阻尼，耗散部分地震能量，从而降低地震对隔震层的上部结构的影响。
优选地，该固体阻尼颗粒可为具有一定质量的橡胶颗粒或者是金属颗粒，且该固体阻尼颗粒的粒径可不相同，例如部分固体阻尼颗粒的粒径相同，但与另一部分固体阻尼颗粒的粒径不同，或者，每一固体阻尼颗粒的粒径均不相同，这样，在发生地震时，每一颗固体阻尼颗粒均可在地震作用下发生无规律运动及碰撞。
进一步地，为了提高竖向隔震支座1在地震作用下时避免发生水平变形，该第一隔震结构还包括多个水平隔震组件1e，该多个水平隔震组件1e位于该空腔170内。即，多个水平隔震组件1e在第二连接板1b上的投影位于该多个竖向隔震组件1d在第二连接板1b上的投影围成的圆形内。水平隔震组件1e可为两个、三个或者更多个等等，并且，相邻的两个水平隔震组件1e间隔设置。
具体地，该水平隔震组件1e包括上部套筒19a及下部套筒19b，该上部套筒19a的顶部固接于第一连接板1a。下部套筒19b的底部固接于第二连接板1b，下部套筒19b的内部与上部套筒19a的内部连通，且下部套筒可滑动连接于上部套筒。更具体地，上部套筒19a为上下开口的中空套筒，上部套筒19a的顶部可通过螺栓或者螺钉连接的方式固定连接于第一连接板1a，且该上部套筒19a的高度与第一抗拔套筒14的高度相等，但该上部套筒19a的宽度小于第一抗拔套筒14的宽度，从而可使得上部套筒19a在第一连接板1a上的占用空间小于第一抗拔套筒14在第一连接板1a上的占用空间。同理，下部套筒19b也为上下开口的中空套筒，该下部套筒19b的底部同样可通过螺栓或者螺钉连接的方式固定于第二连接板1b，且该下部套筒19b的高度与第二抗拔套筒15的高度相等，但该下部套筒19b的宽度小于或等于该第二抗拔套筒15的宽度。
进一步地，为了便于下部套筒与上部套筒的滑动连接，该上部套筒19a的内壁面设有第一连接部(未图示)，该下部套筒19b的外壁面设有第二连接部(未图示)，该第二连接部滑动连接于第一连接部第一连接部为设于上部套筒19a内壁面的卡槽，该第二连接部为设于下部套筒19b的外壁面的凸块，该凸块可滑动连接于该卡槽内，从而实现该下部套筒19b的顶部可在上部套筒19a的内部滑动。未发生地震时，该第二连接部滑动卡设在该第一连接部靠近上部套筒19a的底部位置，此时，下部套筒19b未相对上部套筒19a发生滑动。在地震发生时，在地震作用下，第二连接部沿着第一连接部向上滑动，但在整个滑动过程中，由于该第二连接部与第一连接部的卡设作用，该第二连接部无法脱离该第一连接部，且由于第二连接部始终位于该第一连接部内，因此，下部套筒19b只能发生竖向方向上的运动，而水平方向上则由于上部套筒19a的阻挡作用而无法发生，从而有效防止该竖向隔震支座1在水平方向上发生的变形。优选地，在上部套筒19a上设置的第一连接部可为四个，沿上部套筒19a的中心成圆形排列，在下部套筒19b上设置的第二连接部也可为四个，沿下部套筒19b的中心成圆形排列。
在本实施例中，该水平隔震组件1e还包括第二弹性复位件19c，第二弹性复位件19c位于上部套筒19a和下部套筒19b内，该第二弹性复位件19c的顶部固设于第一连接板1a，第二弹性复位件19c的底部固设于第二连接板1b。具体地，第二弹性复位件19c同样可为弹簧，该第二弹性复位件19c可用于在地震作用时受压或者受拉，从而使得下部套筒19b可相对上部套筒19a发生竖向位移，同时，该第二弹性复位件19c还可用于在地震结束时，提供该下部套筒19b相对上部套筒19a回复至其初始位置的作用力。
可以理解的是，在本实施例中，对于水平隔震支座2的结构与上述实施例一中的水平隔震支座2的结构相同，这里不再赘述。
本发明实施例二公开的三维隔震装置，通过设置围护板17形成空腔170，在空腔170内设置一定数量的固体阻尼颗粒，同时在空腔170内设置多个水平隔震组件1e，从而在地震发生时，该一定数量的固体阻尼颗粒能够发生无规律运动和碰撞，耗散部分地震能量。同时，该水平隔震组件1e能够发生竖向变形，但与此同时能够限制发生水平变形，从而实现竖向隔震功能的同时也能避免水平方向上的变形，减少地震作用对竖向隔震支座1的影响。
实施例三
请一并参阅图13至图15，为本发明实施例三公开的三维隔震装置的结构示意图。本发明实施例三公开的三维隔震装置与上述实施例一公开的三维隔震装置的区别在于：
本发明实施例三的第二隔震结构还包括阻挡模块40，该阻挡模块40可滑动设于滑槽23a，且该阻挡模块40用于与第三滑动部22a接触并在第三滑动部22a压力作用下发生滑动，其中，阻挡模块40发生滑动的方向与滑槽23a的长度方向垂直。具体地，滑槽23a为长条形槽，其包括相对的第一端部232和第二端部233，以及位于第一端部和第二端部之间的中间位置(即第三滑动部所在的初始位置)。该第三滑动部在滑槽23a内可自滑槽23a的中部位置231向第一端部232或者是第二端部233滑动。也就是说，在地震作用前，该第三滑动部22a可静止位于该滑槽23a的中部位置231，该中部位置231优选为滑槽23a的中心所在位置，即，自中部位置231至第一端部232的距离与自中部位置231至第二端部233的距离相等。也就是说，滑槽23a的中部位置231则为第三滑动部22a的初始位置，在地震作用发生时，受地震作用，第三滑动部22a可由中部位置231滑动至第一端部232，或者是由中部位置231滑动至第二端部233，从而耗散水平方向上的地震作用能量。
进一步地，该阻挡模块40可为两个，相对滑槽23a的中心对称位于第三滑动部22a的两侧，该第三滑动部22a在滑槽23a内自滑槽23a的中部位置231向第一端部232或第二端部233滑动时，第三滑动部22a分别挤压该两阻挡模块40。更具体地，其中一个阻挡模块40位于中部位置231至第一端部232之间，另一个阻挡模块40位于中部位置231至第二端部233之间。也就是说，在地震作用之前，第三滑动部22a可与该两个阻挡模块40接触，此时，阻挡模块40未相对滑槽23a发生滑动。在地震作用时，第三滑动部22a受地震作用自中部位置231向第一端部232或第二端部233发生水平滑动，从而在第三滑动部22a滑动过程中，挤压该阻挡模块40，使得该阻挡模块40相对滑槽23a发生滑动，从而该阻挡模块40可对该第三滑动部22a的水平滑动起到阻挡作用。同时，在风载作用时，该阻挡模块40也能够对第三滑动部22a提供抗剪作用力，从而起到抗风作用。
进一步地，该滑槽23a对应阻挡模块40的位置开设有第一凹槽，该第一凹槽连通于滑槽23a并自滑槽23a延伸至下转动部件21内，从而阻挡模块40可在该第一凹槽内发生滑动。
更进一步地，阻挡模块40包括压缩挡块41以及第三弹性复位件42，压缩挡块41可滑动连接于第一凹槽(未标示)，且压缩挡块41用于与第三滑动部22a接触，该第三弹性复位件42位于第一凹槽内，且第三弹性复位件42的一端固接于下转动部件21，第三弹性复位件42的另一端固接于压缩挡块41。具体地，该压缩挡块41为半球形块体。在地震作用发生前，第三滑动部22a位于中部位置231时，该压缩挡块41位于滑槽23a内并与第三滑动部22a接触。在地震发生时，该第三滑动部22a自中部位置231向第一端部232或第二端部233滑动，从而第三滑动部22a挤压压缩挡块41并使得压缩挡块41受压自滑槽23a内缩回至第一凹槽内，此时第三弹性复位件42受挤压于压缩挡块41与下转动部件21之间。在地震作用结束后，由于该第三弹性复位件42的作用，压缩挡块41可在第三弹性复位件42的作用下回复至其原先的状态和位置，则压缩挡块41可回复至位于滑槽23a内。
优选地，该第三弹性复位件42为压簧。第三弹性复位件42与压缩挡块41共同作用能够在风载作用时对第三滑动部22a提供大于或等于650kN的抗剪作用力，起到抗风作用。同时，在地震结束后，由于该第三弹性复位件42的作用使得压缩挡块41能够实现复位，从而其抗风功能可持续，震后不需更换新的装置。
在本实施例中，由前述可知，压缩挡块41为半球形块体，第三滑动部22a为圆柱形销轴，则该压缩挡块41包括第一接触面41a，第三滑动部22a包括第二接触面222，该第一接触面41a用于与第二接触面222接触，且第一接触面41a及第二接触面222均为凸弧面。即，第一接触面41a为压缩挡块41的外表面，第二接触面222也为第三滑动部22a的外表面。在第三滑动部22a位于滑槽23a的中部位置231时，第二接触面222与第一接触面41a刚好接触。优选地，第一接触面和第二接触面均为凸弧面。
采用将第一接触面及第二接触面均设置为凸弧面的方式，能够使得压缩挡块为凸弧面可以与第三滑动部22a的第二接触面相切，从而可以使第一凹槽的位置更接近于该滑槽的中心。
同时，压缩挡块的第一接触面为凸弧面时，第三滑动部22a对压缩挡块的压力方向为与压缩挡块的第一接触面的切线相垂直的方向，如图15中挡块所受压力F1所示，则根据力的合成与分解，该作用力F1有一个竖直向下的作用分量，从而使得压簧42在竖直方向上压缩，使得挡块可在垂直方向上滑动；
此外，在地震作用时，第三滑动部22a能够克服压缩挡块对第一滑动部的阻力，从而实现在滑槽23a内滑动，由于地震作用的波动性，第三滑动部22a会在滑槽23a内往复运动，第一滑动部32a在从滑槽的第二端部或者第一端部向中间位置203滑动时，由于压缩挡块的第一接触面为凸弧面，可方便第一滑动部的往复运动。
具体地，为了能够方便该第三滑动部22a在地震作用时，可快速滑动变形，该压缩挡块41的半径小于或等于第三滑动部22a的半径的二分之一。更具体地，压缩挡块41的直径与第一凹槽的开口大小相匹配，从而压缩挡块41能够在第三滑动部22a及第三弹性复位件42作用下相对第一凹槽发生滑动。
进一步地，由上述可知，第三弹性复位件42与压缩挡块41配合作用能够对第三滑动部22a在风载作用时提供大于或等于650kN的抗剪作用力，起到抗风作用，而压缩挡块41的抗剪作用力主要是由位于其下部的第三弹性复位件42，即，压簧提供竖向力，因此，该压簧的刚度范围K为
Figure BDA0002212663220000191
其中，r为压缩挡块41的半径，α为第三滑动部22a位于滑槽23a的中部位置231时，第三滑动部22a的中心与压缩挡块41的中心的连线与滑槽23a的底面235的夹角，r1为压缩挡块41与第三滑动部22a接触时的起始变形量。具体地，如图15所示，图15中示出了该第三滑动部22a与压缩挡块41在临界状态(即第三滑动部22a位于中部位置231)的受力分析示意图。采用可压缩挡块41为销轴提供在风载作用时的抗剪作用力，其关键在于半球形挡块下部的压簧刚度的选取是否合理。以第三滑动部22a的半径为R，压缩挡块41的半径为r，初始位置(即第三滑动部22a位于中部位置231)时第三滑动部22a的中心与压缩挡块41的中心的连线与滑槽23a底部平面的夹角为α。风载作用时，对第三滑动部22a与压缩挡块41进行受力分析，其所受的力与方向如图15所示。对第三滑动部22a受力分析为：第三滑动部22a所承受的剪力为F，压缩挡块41对第三滑动部22a的阻力为F1，滑槽23a对第三滑动部22a向下的压力为F2；对压缩挡块41受力分析为：第三滑动部22a对压缩挡块41的反作用力为F1，压缩挡块41下部的压簧对压缩挡块41向上的作用力为F3，第一凹槽的内侧壁对挡块的反作用力为F4。
根据力学平衡方程可得：
F1cosα-F＝0； (1)
F1sinα-F3＝0； (2)
F3＝Kx； (3)
其中K为压簧刚度，x为压簧压缩量。
由式(1)、(2)、(3)式可知：
由图(4)可知：
在抗风作用时，压缩挡块41必须提供大于或等于650kN的抗剪作用力，才可以保证复合隔震装置100抗风作用的有效性。因此，第三滑动部22a与压缩挡块41在抗风临界状态时，第三滑动部22a所受风载的剪力F＝650kN。在临界状态时，压簧即将发生压缩变形；之后第三滑动部22a持续的压缩挡块41，直至将压缩挡块41挤压至进入滑槽23a的底面205平面以下，及压缩挡块41压缩至第一凹槽内部，此时压簧达到其最大的压缩量r。令压簧起始状态的起始变形量为r1，该起始变形量为微小变形量，因处于临界状态时，第三滑动部22a与压缩挡块41接触，此时压簧可处于承压状态。其中0<r1≤r，则压簧的压缩变形的范围为r1≤x≤r； (5)
将上述式(5)代入上述式(4)中，即可得到压簧的设计刚度K范围为：
也就是说，在压簧的刚度满足上述范围时，采用本发明的方案，在风载作用时，该压簧、压缩挡块41配合能够为第三滑动部22a提供大于或等于650kN的抗剪作用力，从而使得该隔震装置100具有抗风作用。
再次结合图13、图14所示，为了进一步使得第二隔震结构具有限位功能，该第二隔震结构还包括两位于滑槽23a内的第四弹性复位件51，该两第四弹性复位件51均包括固定端51a和自由端51b，两个固定端51a分别固设于第一端部232和第二端部233，两自由端51b分别朝向第三滑动部22a设置。具体地，该第四弹性复位件51可为拉簧，且该两个第四弹性复位件51在滑槽23a内沿滑槽23a的长度方向延伸，该两个第四弹性复位件51的中心与第三滑动部22a的中心位于同一水平线上，从而确保第三滑动部22a自中部位置231向第一端部232或第二端部233滑动时，第三滑动部22a能够滑动至与第四弹性复位件51的自由端51b接触并挤压该自由端51b，使得第四弹性复位件51受压。
进一步地，为了确保第三滑动部22a在滑动时能够挤压该自由端51b，在滑槽23a内还可设置两第四滑动部52，该两第四滑动部52分别固接于两第四弹性复位件51的自由端51b。具体地，该两个第四滑动部52分别可为设置在滑槽23a内的竖直销轴，即，该第四滑动部52的高度方向与第四弹性复位件51的拉伸或挤压方向垂直。
更进一步地，为了使得第三滑动部22a在地震作用时自中部位置231向第一端部232或第二端部233发生滑动且是在将压缩挡块41压缩至压缩挡块41位于第一凹槽内后才与第四滑动部52接触挤压第四滑动部52，则在第三滑动部22a位于中部位置231时，该第四滑动部52与第三滑动部22a之间具有间隙，且该间隙大于或等于该第三滑动部22a的第二接触面222在压缩挡块41的第一接触面41a上运动至压缩挡块41位于第一凹槽内的运动位移。
优选地，为了便于第四滑动部52在滑槽23a内的滑动，在滑槽23a内可对应第四滑动部52的两端部分别设置第二凹槽234，第二凹槽234均为条形槽，且长度方向与滑槽23a的长度方向同向。该第二凹槽234的长度可大于或等于第三滑动部22a自中部位置231向第一端部232滑动的最大位移，从而当第三滑动部22a挤压第四弹性复位件51至其极限压缩状态时，第四滑动部52可运动至第二凹槽234的端部，此时不可再继续滑动，从而可进一步限制第三滑动部22a继续滑动。
采用本发明的方案，通过该第四弹性复位件51以及第四滑动部52的设置，能够使得该第三滑动部22a在地震作用时可滑动压缩该第四弹性复位件51，从而为第二隔震结构起到一定的阻尼作用，耗散地震能量。此外，由于该第四弹性复位件51沿着滑槽23a的长度方向设置，从而该第四弹性复位件51可沿着滑槽23a的长度方向发生变形，从而使得其受力始终是轴向压缩作用。
可以得知的是，由于该第四弹性复位件51的设置，在地震作用发生后，该第三滑动部22a能够在第四弹性复位件51的作用下，回复至其初始位置。
如图14所示，为了防止在地震作用下，该第三滑动部22a在地震作用下发生过大变形，该滑槽23a的长度L0＝2(L1+L2+L3)。其中，第一距离L1为第三滑动部22a在滑槽23a内自中部位置231向第一端部232或第二端部233滑动的位移，且由于该三维隔震装置应用于隔震层中，则该第一距离L1大于或等于1.2倍的隔震层最大位移。第二距离L2为第四弹性复位件51在滑槽23a内处于极限压缩状态时的长度，即，第三滑动部22a在地震发生时在滑槽23a内滑动挤压第四弹性复位件51，直至挤压该第四弹性复位件51至其极限压缩状态，则此时，第四弹性复位件51不再可压缩，从而限制第三滑动部22a继续滑动。由上述可知，第三滑动部22a为圆柱形销轴，则第三距离L3为第三滑动部22a的半径。
也就是说，在滑槽23a的长度L0满足上述条件时，本发明的三隔震装置的滑槽23a以及第四弹性复位件51在地震作用时可限制该第三滑动部22a的过大变形，从而起到限位作用。
本发明的三维隔震装置，通过设置压缩挡块、第三弹性复位件与第三滑动部配合，在第三滑动部位于滑槽的初始位置(即中部位置)时，压缩挡块位于滑槽内与第三滑动部接触，在地震作用下第三滑动部在滑槽内发生水平移动时，该第三弹性复位件以及压缩挡块可为第三滑动部提供抗剪作用力，从而起到抗风作用。由于该第三弹性复位件的设置，在震后压缩挡块可自动复位，其抗风功能可持续，无需更换新的抗风装置，降低设备成本以及维护更换成本。此外，采用本发明的设计，其抗风结构设计非常简单、可靠，可降低隔震装置的设计及施工难度。
实施例四
请参阅图16，为本发明实施例四公开的三维隔震装置的结构示意图。本发明实施例四的三维隔震装置与本发明实施例二的三维隔震装置的区别在于：本发明实施例四的三维隔震装置还包括上述实施例三所述的阻挡模块、第四弹性复位件以及第四滑动部。其具体的结构请参见实施例三中的描述，这里不再赘述。
实施例五
本发明实施例五公开了一种具有上述实施例一的三维隔震装置的建筑。当该三维隔震装置应用于该建筑时，该三维隔震装置可设在该建筑的隔震层中。
具体地，该建筑可为中层建筑、高层建筑或者是超高层建筑，该建筑可为新建建筑，也可为已建成有隔震层的旧有建筑。
可以理解的是，由于本实施例的建筑包含了上述实施例一的三维隔震装置，因此，具有上述实施例一的三维隔震装置的所有优点。
实施例六
本发明实施例六公开了一种具有上述实施例二的三维隔震装置的建筑。当该三维隔震装置应用于该建筑时，该三维隔震装置可设在该建筑的隔震层中。
具体地，该建筑可为中层建筑、高层建筑或者是超高层建筑，该建筑可为新建建筑，也可为已建成有隔震层的旧有建筑。
可以理解的是，由于本实施例的建筑包含了上述实施例二的三维隔震装置，因此，具有上述实施例二的三维隔震装置的所有优点。
实施例七
本发明实施例七公开了一种具有上述实施例三的三维隔震装置的建筑。当该三维隔震装置应用于该建筑时，该三维隔震装置可设在该建筑的隔震层中。
可以理解的是，由于本实施例的建筑包含了上述实施例三的三维隔震装置，因此，具有上述实施例三的三维隔震装置的所有优点。
实施例八
本发明实施例八公开了一种具有上述实施例四的三维隔震装置的建筑。当该三维隔震装置应用于该建筑时，该三维隔震装置可设在该建筑的隔震层中。
可以理解的是，由于本实施例的建筑包含了上述实施例四的三维隔震装置，因此，具有上述实施例四的三维隔震装置的所有优点。
以上对本发明实施例公开的三维隔震装置及建筑进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的三维隔震装置及建筑的结构及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (27)

1.一种三维隔震装置，用于设于建筑的隔震层内，其特征在于，所述隔震装内置包括竖向隔震支座及水平隔震支座，所述水平隔震支座设于所述竖向隔震支座的上方或下方。
2.根据权利要求1所述的三维隔震装置，其特征在于，所述竖向隔震支座包括第一连接板、第二连接板以及第一隔震结构，所述第二连接板位于所述第一连接板下方且与所述第一连接板间隔设置，所述第一隔震结构设于所述第一连接板及所述第二连接板之间的间隔内；
所述水平隔震支座包括第三连接板、第四连接板以及第二隔震结构，所述第四连接板与所述第三连接板间隔设置，所述第二隔震结构设于所述第三连接板及所述第四连接板之间的间隔内；
所述第四连接板与所述第一连接板连接，或者，所述第三连接板与所述第二连接板连接。
3.根据权利要求2所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第四连接板位于所述第三连接板下方，所述第三连接板与所述第二连接板连接且位于所述第二连接板下方。
4.根据权利要求3所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一隔震结构包括第一隔震主体以及多个竖向隔震组件，所述多个竖向隔震组件间隔设置，所述第一隔震主体设于相邻的两所述竖向隔震组件之间。
5.根据权利要求4所述的三维隔震装置，其特征在于，所述竖向隔震组件包括第一抗拔套筒、第二抗拔套筒以及第一弹性复位件，所述第一抗拔套筒的顶部固接于所述第一连接板，所述第二抗拔套筒的底部连接于所述第二连接板，所述第二抗拔套筒可滑动连接于所述第一抗拔套筒，且所述第二抗拔套筒的内部与所述第一抗拔套筒的内部连通，所述第一弹性复位件位于所述第一抗拔套筒及所述第二抗拔套筒内，所述第一弹性复位件的顶部固设于所述第一连接板，所述第一弹性复位件的底部固设于所述第二连接板。
6.根据权利要求5所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一抗拔套筒所述第一抗拔套筒的底部向内延伸形成若干第一限位台阶，所述若干第一限位台阶上设有第一滑动部，所述第二抗拔套筒对应所述第一滑动部设有第二滑动部，所述第二滑动部可滑动连接于所述第一滑动部。
7.根据权利要求4至6任一所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一隔震主体为橡胶隔震主体或固体阻尼颗粒。
8.根据权利要求7所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一隔震主体为固体阻尼颗粒，相邻的两所述竖向隔震组件之间设有围合形成空腔的围护板，所述围护板竖向设置，其底端与所述第二连接板固接，其顶端通过柔性部件与所述第一连接板固接，所述固体阻尼颗粒填充于所述空腔内。
9.根据权利要求8所述的三维隔震装置，其特征在于，所述固体阻尼颗粒为多颗，各所述固体阻尼颗粒的粒径不同，且所述固体阻尼颗粒在所述空腔内的填充比例为所述空腔的体积的10％-70％。
10.根据权利要求8所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一隔震结构还包括多个水平隔震组件，所述多个水平隔震组件位于所述空腔内；
所述水平隔震组件包括上部套筒、下部套筒以及第二弹性复位件，所述上部套筒的顶部固接于所述第一连接板，所述下部套筒的底部固接于所述第二连接板，所述下部套筒的内部与所述上部套筒的内部连通，且所述下部套筒滑动连接于所述上部套筒，所述第二弹性复位件位于所述上部套筒及所述下部套筒内部，且所述第二弹性复位件的顶部固设于所述第一连接板，所述第二弹性复位件的底部固设于所述第二连接板。
11.根据权利要求4至6任一所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第二隔震结构包括第二隔震主体及多个抗拉组件，所述多个抗拉组件间隔设置，所述第二隔震主体位于相邻两所述抗拉组件之间。
12.根据权利要求11所述的三维隔震装置，其特征在于，所述抗拉组件包括：
上转动部件，可转动连接于所述第三连接板；
下转动部件，位于所述上转动部件下方且与所述上转动部件间隔设置，所述下转动部件可转动连接于所述第四连接板；
中间连接轴，位于所述上转动部件及所述下转动部件之间，所述中间连接轴的上下两端分别固定连接于所述上转动部件及所述下转动部件，且所述中间连接轴的下端设有第三滑动部；以及
连接部件，设于所述下转动部件上方，所述连接部件上开设有延伸方向与所述中间连接轴的延伸方向垂直的滑槽，所述第三滑动部可滑动设于所述滑槽内。
13.根据权利要求12所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第三连接板的下端面向下延伸设有第一固定部，所述第四连接板的上端面向上延伸设有第二固定部，所述上转动部件转动连接于所述第一固定部，所述下转动部件转动连接于所述第二固定部。
14.根据权利要求13所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一固定部包括第一转动平面，所述第二固定部包括与所述第一转动平面平行的第二转动平面，所述上转动部件可在所述第一转动平面内转动，所述下转动部件可在所述第二转动平面内转动。
15.根据权利要求12所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第二隔震主体为橡胶隔震主体，所述滑槽的延伸长度大于或等于所述隔震层的最大允许位移的2倍，所述连接部件靠近所述第二隔震主体的外边缘至所述第二隔震主体的距离为L1，所述距离L1大于或等于所述第二隔震主体中的橡胶层的总厚度与1/3倍的第二隔震主体的总厚度S的两者中的较大值。
16.根据权利要求11所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第一隔震主体、所述第二隔震主体均为橡胶隔震主体，且所述第一隔震主体的单层橡胶层厚度为所述第二隔震主体的单层橡胶层的厚度的2-5倍。
17.根据权利要求11所述的三维隔震装置，其特征在于，所述抗拉组件沿竖直方向上的抗拉轨迹与所述竖向隔震组件沿竖直方向上的抗拉轨迹不重合。
18.根据权利要求17所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第二连接板包括位于其中心的中心区域和自所述中心区域向外延伸的边缘区域，所述多个竖向隔震组件在所述第二连接板上的投影位于所述第二连接板的中心区域，所述多个抗拉组件在所述第二连接板上的投影位于所述第二连接板的边缘区域。
19.根据权利要求12所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第二隔震结构还包括阻挡模块，所述阻挡模块可滑动设于所述滑槽，所述阻挡模块用于与所述第三滑动部接触并在所述第三滑动部压力作用下发生滑动，其中，所述阻挡模块发生滑动的方向与所述滑槽的长度方向垂直。
20.根据权利要求19所述的三维隔震装置，其特征在于，所述阻挡模块为两个，相对所述滑槽的中心对称位于所述第三滑动部的两侧，所述第三滑动部在所述滑槽内自所述滑槽的中部位置向所述滑槽的第一端部或所述滑槽的第二端部滑动时，所述第三滑动部分别挤压两所述阻挡模块。
21.根据权利要求19所述的三维隔震装置，其特征在于，所述滑槽对应所述阻挡模块的位置开设有第一凹槽，所述第一凹槽连通于所述滑槽并自所述滑槽延伸至所述第二连接部内；
所述阻挡模块包括压缩挡块以及第三弹性复位件，所述压缩挡块可滑动连接于所述第一凹槽，且所述压缩挡块用于与所述第三滑动部接触，所述第三弹性复位件位于所述第一凹槽内，且所述第三弹性复位件的一端固接于所述第二转动部，所述第三弹性复位件的另一端固接于所述压缩挡块。
22.根据权利要求21所述的三维隔震装置，其特征在于，所述压缩挡块为半球形块体，包括第一接触面，所述第三滑动部为圆柱形销轴，包括第二接触面，所述第一接触面用于与所述第二接触面接触，且所述第一接触面、所述第二接触面均为凸弧面。
23.根据权利要求22所述的隔震装置，其特征在于，所述第三弹性复位件为压簧，所述压簧的刚度范围K为
Figure FDA0002212663210000041
其中，r为所述压缩挡块的半径，α为所述第三滑动部位于所述滑槽的中部位置时，所述第三滑动部的中心与所述压缩挡块的中心的连线与所述滑槽的底面的夹角，r1为所述压缩挡块与所述第三滑动部接触时的起始变形量。
24.根据权利要求12所述的三维隔震装置，其特征在于，所述第二隔震结构还包括两位于所述滑槽内的第四弹性复位件，两所述第四弹性复位件均包括固定端和自由端，两所述固定端分别固设于所述滑槽的第一端部和所述滑槽的第二端部，两所述自由端分别朝向所述第三滑动部设置。
25.根据权利要求24所述的三维隔震装置，其特征在于，所述滑槽内还滑动设有两第四滑动部，两所述第四滑动部分别固接于两所述第四弹性复位件的自由端；
所述第三滑动部位于所述滑槽的中部位置时，所述第四滑动部与所述第三滑动部之间具有间隙。
26.根据权利要求25所述的三维隔震装置，其特征在于，所述滑槽的长度为L0，L0＝2(L1+L2+L3)；
其中，第一距离L1为所述第三滑动部在所述滑槽内自所述滑槽的中部位置向所述滑槽的第一端部或向所述滑槽的第二端部滑动的位移；
第二距离L2为所述第四弹性复位件位于极限压缩状态时的长度；
第三距离L3为所述第三滑动部的半径。
27.一种建筑，其特征在于，所述建筑包括隔震层及如权利要求1至26任一所述的三维隔震装置，所述三维隔震装置设于所述隔震层内。
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