CN111980196A - 一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、连接机构、水平隔震机构以及固定机构，其中，竖向隔振机构用于减小竖直方向的振动；连接机构用于限制竖向隔振机构的水平形变，同时将上部建筑的水平力传递到水平隔震机构；水平隔震机构用于实现竖向隔振机构及上部建筑在水平方向移动，减小传至上部建筑的水平地震，起到隔离水平地震的作用；固定机构包括上连接部和下连接部，竖向隔振机构经由上连接部与上部建筑连接，水平隔震机构经由下连接部与下部建筑连接。本申请的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，不仅可以隔离竖直方向的振动，还可以隔离水平方向的震动。

Description

一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，特别地涉及一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置。

背景技术

随着轨道交通包括高铁、地铁的高速发展，城市轨道交通网不断加密，越来越多的建设项目无法避免毗邻或者跨越轨道交通。根据北京、上海和广州的地铁振动统计资料，地铁诱发的地面振动以竖向振动为主。对于邻近轨道交通的建筑物，当竖向振动超过国家规范限值时，需采取必要的减振措施，特别是剧院、音乐厅、博物馆、尖端实验室等对振动要求高的建筑更是如此，对环境振动和噪声控制已成为建筑结构设计必须解决的问题。

地震是人类无法避免的一种自然现象。地震作用下，建筑物会发生较大的水平变形，甚至倒塌。隔震技术以延长结构自振周期达到减震目，采用隔震技术后，建筑抗震性能显著提高，适用于高烈度地震区的防灾救灾建筑、学校建筑、重要基础设施建筑、住宅、办公等各类建筑。隔震技术成为减轻地震灾害最有效的手段之一，建筑在地震中不倒塌真正成为可能。

采用弹簧隔振器是控制竖向振动的重要手段，然而由于弹簧隔振器允许的水平极限变形很小，一般只有20～50mm，当超过水平极限变形时，弹簧的竖向承载性能急剧降低，控制弹簧隔振器的水平变形不超过限值是工程安全至关重要的因素。在非地震区，建筑的水平变形很小，可以采用弹簧隔振器减小结构的竖向振动。在地震区，地震作用会引起建筑较大的水平变形，当采用弹簧隔振器减小结构的竖向振动时，还需设置其他措施，控制弹簧隔振器的水平变形在允许范围内。

目前，地震区采用弹簧隔震器控制竖向振动时，有采用粘滞阻尼器来控制弹簧隔振器的水平变形的技术，即在隔振层设置阻尼器，通过阻尼器的耗能，减小隔振层的变形，控制弹簧隔振器的水平变形在限值范围内，同时不影响弹簧隔振器的竖向减振效果。由于弹簧隔振器允许的水平位移小，需要较大吨位的粘滞阻尼器，才能将隔振层位移限制在弹簧隔振器的位移限值内。大吨位的阻尼器不但造价高，而且其连接处的构件内力大，连接构造复杂。由于通过阻尼器限制了隔振层位移在很小的范围内，隔振层的水平等效刚度大，不能有效降低传递到上部建筑的地震作用，隔震效果不佳，难以实现竖向振动和水平地震双隔的目标。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，该装置不仅可以隔离竖向振动，还能减小传至上部建筑的水平地震，起到隔离水平地震的作用。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提出了一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、连接机构、水平隔震机构以及固定机构，其中，所述竖向隔振机构用于减小竖直方向的振动；所述连接机构与上部建筑连接以及竖向隔振机构连接，用于限制所述竖向隔振机构的水平形变，同时将上部建筑的水平力传递到水平隔震机构；所述水平隔震机构连接在所述竖向隔振机构的下方，用于实现竖向隔振机构在水平方向移动，从而隔离水平震动；所述固定机构包括上连接部和下连接部，所述竖向隔振机构经由上连接部与上部建筑连接，所述水平隔震机构经由下连接部与下部建筑连接。

可选地，所述竖向隔振机构包括隔振部和固定部，其中，所述隔振部包括多个并行设置的弹簧；所述固定部包括平行相对设置的第一连接板和第二连接板；多个所述弹簧均设置于所述第一连接板与所述第二连接板之间，且所述弹簧的两端与所述第一连接板以及第二连接板固定连接。

可选地，所述第一连接板通过下加劲肋连接有第四连接板，且所述第一连接板与所述第四连接板平行间隔设置；所述第二连接板通过上加劲肋连接有第三连接板，且所述第二连接板与所述第三连接板平行间隔设置。

可选地，所述所述连接机构包括相互连接的第一连接部和第二连接部，所述第二连接部与所述竖向隔振机构连接；所述第一连接部包括上部建筑伸出的混凝土短柱以及伸出所述混凝土短柱柱体外的链杆埋件，所述链杆埋件与所述混凝土短柱的柱体切面垂直；所述第二连接部包括多条平行设置的链杆，所述链杆的两端设置有端板，所述端板上设置有连接件。

可选地，所述第二连接部靠近所述第一连接部一端的连接件与所述链杆埋件连接；所述第二连接部远离所述第一连接部一端的连接件与第四连接板连接；所述水平隔震机构的数量为一个或多个，所述水平隔震机构位于所述所述竖向隔振机构的侧面。

可选地，所述水平隔震机构包括相互连接的支座上连接板、橡胶支座部、水平滑动组件，所述支座上连接板与第四连接板连接，且所述支座上连接板固设于所述第四连接板的下方。

可选地，所述橡胶支座部包括多层橡胶和多层钢板，所述橡胶支座部由多层橡胶和多层钢板叠合整体硫化而成。

可选地，所述水平滑动组件包括滑移面板和滑移材料，滑移面板设置在滑移材料的下方。

可选地，所述水平滑动组件与所述橡胶支座部连接，且所述水平滑动组件位于所述橡胶支座部的下方，所述滑移面板与所述下连接部连接；所述上连接部与所述第三连接板连接。

根据本发明的技术方案，竖向隔振机构用于减小竖直方向的振动；水平隔震机构用于减小传至上部建筑的水平地震，起到隔离水平地震的作用；连接机构用于限制竖向隔振机构的水平变形，同时将上部建筑的水平力传到到水平隔震机构；固定机构包括上连接部和下连接部，竖向隔振机构经由上连接部与上部建筑连接，水平隔震机构经由下连接部与下部建筑连接，因此本申请的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置用于建筑结构中，不仅可以隔离竖直方向的振动，而且还可以隔离水平方向的地震作用。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1是本发明提供的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置的结构示意图。

图2是本发明提供的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置的剖面示意图。

图3是本发明提供的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置的分解结构示意图。

图4是本发明提供的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置的分解结构示意图。

图5是本发明提供的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置发生水平变形时的示意图。

图6是本发明提供的竖向隔振机构承载前后的示意图。

附图标记说明

1-上连接部，2-套筒六角头螺栓，3-第三连接板，4-自粘性防滑垫板，5-上加劲肋，6-第二连接板，7-预紧螺栓，8-弹簧，9-下加劲肋，10-第一连接板，11-第四连接板，12-连接螺栓，13-支座上连接板，132-橡胶支座部、133-滑移材料、134-滑移面板、135-下连接部，20-X向混凝土短柱，21-X向链杆埋件，22-X向链杆，23-端板，24-Y向混凝土短柱，25-Y向链杆埋件，26-Y向链杆，27-双耳板，28-单耳板，29-销轴，40-上部建筑，41-下部建筑。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

本发明提出了一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、连接机构、水平隔震机构以及固定机构，其中，竖向隔振机构用于减小竖直方向的振动；连接机构与上部建筑连接以及竖向隔振机构连接，用于限制竖向隔振机构的水平形变，同时将上部建筑的水平力传递到水平隔震机构；水平隔震机构连接在竖向隔振机构以及连接机构的下方，用于实现竖向隔振机构在水平方向移动，隔离水平地震的作用；固定机构包括上连接部1和下连接部135，竖向隔振机构经由上连接部1与上部建筑连接，水平隔震机构经由下连接部135与下部建筑连接。因此本申请的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置用于建筑物结构中，不仅可以隔离竖直方向的振动，而且还可以隔离水平方向的振动，使的建筑物安全舒适。

竖向隔振机构包括隔振部和固定部，其中，隔振部包括多个并行设置的弹簧8；固定部包括平行相对设置的第一连接板10和第二连接板6；多个弹簧8均设置于第一连接板10与第二连接板6之间，且弹簧8的两端与第一连接板10以及第二连接板6固定连接。

弹簧8的规格和数量可根据建筑物的重量、轨道交通竖向激励的频谱特性、竖向隔振目标确定。弹簧8可以为钢弹簧8。弹簧8设置后，建筑物的竖向刚度减小，延长了建筑物竖向振动周期，错开轨道交通产生的竖向振动的频率，隔离高频振动，达到竖向减振的目的。

第一连接板10通过下加劲肋9连接有第四连接板11，且第一连接板10与第四连接板11平行间隔设置，第四连接板11设置于第一连接板10的正下方，下加劲肋9与第一连接板10以及第四连接板11垂直，下加劲肋9的数量可根据实际需要来确定，当下加劲肋9的数量为多个时，多个下加劲肋9平行间隔设置；第二连接板6通过上加劲肋5连接有第三连接板3，且第二连接板6与第三连接板3平行间隔设置，第三连接板3设置于第二连接板6的正上方，上加劲肋5与第二连接板6以及第三连接板3垂直，上加劲肋5的数量可根据实际需要来确定，当上加劲肋5的数量为多个时，多个下加劲肋9平行间隔设置。

如图1至图4所示，第一连接板10、第二连接板6、第三连接板3以及第四连接板11均为板状结构，且多个弹簧8设置于第一连接板10与第二连接板6之间，弹簧8的轴线与第一连接板10以及第二连接板6垂直。多个弹簧8依次排列形成五行五列，也可以根据实际需要排成其他行列数，每一行或每一列的相邻弹簧8之间等间距设置，多个弹簧8形成一个矩形面。位于矩形的四个顶点以及四条边的中点处的弹簧8套设于连接杆上，连接杆通过预紧装置(预紧装置可以为预紧螺栓7)与第一连接板10以及第二连接板6螺纹连接。

如图6所示，在该建筑用可水平滑动的竖向隔振装置安装前，先通过预紧螺栓7对弹簧8进行预紧，在该隔振装置安装完成、上部建筑40施工完成后，通过拧松螺母，使预紧螺栓7与第一连接板10脱开，在第一连接板10与下方的螺母之间产生间隔，避免了该螺母对弹簧8竖向减振产生影响。

当发生竖向振动时，通过多个弹簧8伸缩减震，从而隔离竖直方向的振动对建筑物的影响，该减震装置的竖向刚度和承载力主要由高承载的弹簧8决定。

连接机构包括互相连接的第一连接部和第二连接部，第二连接部与第四连接板11连接。

第一连接部包括上部建筑伸出的混凝土短柱以及伸出混凝土短柱柱体外的链杆埋件。链杆埋件与混凝土短柱的柱体切面垂直。链杆埋件上设置有单耳板28，单耳板28上设置于销孔。

第二连接部包括多条平行设置的链杆，链杆的两端设置有端板23，端板23上设置有连接件，连接件可以为双耳板27，双耳板27上设置有销孔。

第二连接部靠近第一连接部一端的连接件与链杆埋件连接，可采用销轴连接；第二连接部远离第一连接部一端的连接件与第四连接板11连接，也可采用销轴连接。当第一连接部与第二连接部连接时，单耳板28插入双耳板27之间(单耳板28与双耳板27平行)，然后通过销轴29贯穿双耳板27以及单耳板28的销孔，从而将双耳板27以及单耳板28连接为一体。当第四连接板11与第二连接部连接时，第四连接板11的端部插入双耳板27之间，然后通过销轴29贯穿双耳板27以及第四连接板11的销孔，从而将第四连接板11与双耳板27连接为一体。在地震作用下，由于混凝土短柱与上部建筑40连接为一体，混凝土短柱与上部建筑40变形具有同步性，故此时水平X方向和Y方向的位移和震动的传递方向为：混凝土短柱→链杆埋件→链杆→第四连接板11。

第一连接部与建筑物的上部建筑40为一体，当地震或其他原因产生水平方向的震动时，建筑物上部建筑40产生的震动会传递到第一连接部，从而竖向隔振机构中的弹簧8与第一连接板10、第二连接板6之间不发生水平相对位移，进而有利于保持弹簧8的竖向稳定性和承载性能，并有助于提高使用寿命。

连接机构位于第四连接板11的侧面，数量可以为1个或多个，多个连接机构围绕第四连接板11设置。如图2所示，连接机构的数量为2个，分别为X向连接机构和Y向连接机构，两个连接机构分别位于第四连接板11相邻的两个侧面上，即X向连接机构所在的直线与Y向连接机构所在的直线垂直。在地震作用下，X向连接机构的水平震动的传递路径为：X向混凝土短柱20→X向链杆埋件21→X向链杆22→第四连接板11；Y向连接机构水平震动的传递路径为：Y向混凝土短柱24→Y向链杆埋件25→Y向链杆26→第四连接板11，从而实现了两个方向水平地震力有效传递到下部建筑41。

水平隔震机构包括相互连接的支座上连接板13、橡胶支座部132、水平滑动组件，支座上连接板13与第四连接板11连接，且支座上连接板13固设于第四连接板11的下方。橡胶支座部132包括多层橡胶和多层钢板，橡胶支座部132由多层橡胶和多层钢板叠合整体硫化而成。

如图5所示，当地震产生了水平方向的震动时，滑移材料133和滑移面板134之间发生滑动和水平摩擦耗能，延长了建筑物的水平震动周期，降低水平地震作用，实现水平隔震。同时当建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置与其他减震机构组合使用时，由于橡胶支座部132的存在，组合后的装置在竖向作用力下可发生等量的竖向压缩变形，水平隔震机构可避免因不同位置的减震机构竖向刚度差异过大，造成竖向力分布不均匀的后果。

水平滑动组件包括滑移材料133和滑移面板134，滑移材料133的下方可滑动地设置有滑移面板134(滑移材料可以为滑移材料层，滑移材料层可以在滑移面板上滑动)。滑移材料133与橡胶支座部132连接，且所述滑移材料133位于所述橡胶支座部132的下方，滑移面板134与下连接部135连接。

滑移材料133可以通过在滑移面板134上滑动，从而带动竖向隔振机构以及水平隔震机构整体发生位移，以及滑移材料133和滑移面板134之间发生水平摩擦耗能。滑移面板134可以由镜面不锈钢板构成。滑移材料133可以由聚四氟乙烯板、改性超高分子量聚四氟乙烯板等材料制成，与滑移面板134组成摩擦副，提供滑移功能。在地震时，当水平方向的力通过连接机构传递到水平隔震机构上时，依靠滑移材料133在滑移面板134上往复摩擦以消耗地震能量。由于滑移材料133与滑移面板134之间的摩擦系数较小，水平隔震机构通过滑移材料133可克服静摩擦力在滑移面板134上滑动，从而延长该装置的水平周期，降低水平地震作用，实现水平隔震。橡胶支座部132在竖向荷载下发生弹性变形，避免竖向刚度过大，当与其他橡胶隔震支座共同使用时，整个装置在竖向力下可发生等量的竖向压缩变形，避免因不同位置的支座竖向刚度差异过大，造成竖向力分布不均匀。

第三连接板3可通过自粘性防滑垫板4与上连接部1(上连接部1可以为上预埋钢板)连接，采用自粘性防滑垫板4安装和拆除都比较方便。另外第三连接板3还可以采用螺栓连接至上连接部1，或者二者直接焊接在一起。上连接部1通过套筒六角头螺栓2与建筑物上部建筑40连接，下连接部135(下连接部135可以为下预埋钢板)通过套筒六角头螺栓2与建筑物下部建筑41连接。

本申请的装置，在具有竖向振动时，竖向力的传递路径为：建筑物上部建筑40→上连接部1→自粘性防滑垫板4→第三连接板3→上加劲肋5→第二连接板6→弹簧8→第一连接板10→下加劲肋9→第四连接板11→支座上连接板13→支座部→滑移材料133→滑移面板134→下连接部135→建筑物的下部建筑41。在具有水平方向震动时，X向和Y向水平力的传递路径为：混凝土短柱→链杆埋件→链杆→第四连接板11→支座上连接板13→支座部→滑移材料133→滑移面板134→下连接部135→建筑物的下部建筑41；从而实现上部建筑40两个方向水平地震力有效传递到下部建筑41。从而实现上部建筑40和下部建筑41在水平方向产生相对滑动，隔离水平地震作用向上部建筑40传递。该装置不仅可以减小竖向振动，还可以保证弹簧8竖向承载，隔离地震水平作用向上部结构40传递，达到了减小上部建筑40的竖向振动和水平地震作用的目的。同时由于橡胶支座部132在竖向荷载下发生弹性变形，避免竖向刚度过大，当与其他橡胶隔震支座共同使用时，整个装置在竖向力下可发生等量的竖向压缩变形，避免因不同位置的支座竖向刚度差异过大，造成竖向力分布不均匀。

该装置具有以下特点和有益效果：(1)通过在建筑上部结构和弹簧支座底板之间设置水平链杆，水平地震作用等水平荷载通过水平链杆直接传递，弹簧支座的弹簧不承担水平荷载，不发生水平变形，解决了常规弹簧隔振器无法承担较大水平力和水平变形能力差的问题。(2)通过高承载能力的弹簧隔离竖向振动，支座的竖向刚度和承载力仅由高承载的弹簧决定，其他部件均不产生竖向刚度和承载力，降低上部建筑物的竖向振动，实现竖向隔振。(3)在支座底板下设置弹性滑板支座，在竖向压应力作用下，依靠滑移材料在镜面不锈钢板上往复摩擦以消耗地震能量。由于滑移材料与镜面不锈钢板之间的摩擦系数较小，遭遇地震时新型装置可克服静摩擦力开始滑动，延长结构水平周期，降低水平地震作用，实现水平隔震。(4)在弹性滑板支座中由于有橡胶支座部132的存在，当与其他橡胶隔震支座共同使用时，整个装置在竖向力下可发生等量的竖向压缩变形，避免因不同位置的支座竖向刚度差异过大，造成竖向力分布不均匀。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，包括竖向隔振机构、连接机构、水平隔震机构以及固定机构，其中，

所述竖向隔振机构用于减小竖直方向的振动；

所述连接机构与上部建筑连接以及竖向隔振机构连接，用于限制所述竖向隔振机构的水平形变，同时将上部建筑的水平力传递到水平隔震机构；

所述水平隔震机构连接在所述竖向隔振机构的下方，用于实现竖向隔振机构在水平方向移动，从而隔离水平震动；

所述固定机构包括上连接部和下连接部，所述竖向隔振机构经由上连接部与上部建筑连接，所述水平隔震机构经由下连接部与下部建筑连接。

2.根据权利要求1所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述竖向隔振机构包括隔振部和固定部，其中，

所述隔振部包括多个并行设置的弹簧；

所述固定部包括平行相对设置的第一连接板和第二连接板；

多个所述弹簧均设置于所述第一连接板与所述第二连接板之间，且所述弹簧的两端与所述第一连接板以及第二连接板固定连接。

3.根据权利要求2所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述第一连接板通过下加劲肋连接有第四连接板，且所述第一连接板与所述第四连接板平行间隔设置；

所述第二连接板通过上加劲肋连接有第三连接板，且所述第二连接板与所述第三连接板平行间隔设置。

4.根据权利要求3所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述所述连接机构包括相互连接的第一连接部和第二连接部，所述第二连接部与所述竖向隔振机构连接；

所述第一连接部包括上部建筑伸出的混凝土短柱以及伸出所述混凝土短柱柱体外的链杆埋件，所述链杆埋件与所述混凝土短柱的柱体切面垂直；

所述第二连接部包括多条平行设置的链杆，所述链杆的两端设置有端板，所述端板上设置有连接件。

5.根据权利要求4所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述第二连接部靠近所述第一连接部一端的连接件与所述链杆埋件连接；

所述第二连接部远离所述第一连接部一端的连接件与第四连接板连接；

所述水平隔震机构的数量为一个或多个，所述水平隔震机构位于所述所述竖向隔振机构的侧面。

6.根据权利要求3所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述水平隔震机构包括相互连接的支座上连接板、橡胶支座部、水平滑动组件，所述支座上连接板与第四连接板连接，且所述支座上连接板固设于所述第四连接板的下方。

7.根据权利要求6所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述橡胶支座部包括多层橡胶和多层钢板，所述橡胶支座部由多层橡胶和多层钢板叠合整体硫化而成。

8.根据权利要求7所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述水平滑动组件包括滑移面板和滑移材料，滑移面板设置在滑移材料的下方。

9.根据权利要求8所述的建筑用可同时实现竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述水平滑动组件与所述橡胶支座部连接，且所述水平滑动组件位于所述橡胶支座部的下方，所述滑移面板与所述下连接部连接；

所述上连接部与所述第三连接板连接。

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