CN112081264A - 一种建筑用可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竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、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；水平隔震机构将上部建筑的水平力传递到下部建筑，减小水平方向的震动，并限制竖向隔振机构的水平变形；水平隔震机构包括第一水平隔震机构和第二水平隔震机构，第一水平隔震机构环绕竖向隔振机构设置，第二水平隔震机构连接于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，以及水平摩擦耗能，减小水平方向的地震作用。因此本申请的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置用于建筑物结构中，不仅可以减小竖直方向的振动，而且还可以减小水平方向的震动。

Description

一种建筑用可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的，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，隔震技术使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影响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，可靠性有限。同时，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结构的地震作用，隔震效果不佳，难以实现竖向振动和水平地震双隔的理想目标。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，该装置具有竖向振动和水平震动双隔的优点。

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竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、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；所述水平隔震机构将上部建筑的水平力传递到下部建筑，减小水平方向的震动，并限制所述竖向隔振机构的水平变形；所述水平隔震机构包括第一水平隔震机构和第二水平隔震机构，所述第一水平隔震机构环绕所述竖向隔振机构设置，所述第二水平隔震机构位于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，以及水平摩擦耗能，减小水平方向地震作用；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，所述第一水平隔震机构包括第一限位组件和第二限位组件，所述第一限位组件围绕所述第二限位组件设置；所述第二限位组件围绕所述隔振部设置；所述第一限位组件设置于所述第一连接板上；所述第二限位组件设置于所述第二连接板上。

可选地，所述第一限位组件包括由外到内依次设置的外侧第一挡板层、外侧吸振层、外侧第二挡板层；所述第二限位组件包括由内到外依次设置的内侧第一挡板层、内侧吸振层、内侧滑移层，且所述外侧第二挡板层与所述内侧滑移层相对设置，所述外侧第二挡板层与所述内侧滑移层之间设置有间隙。

可选地，所述外侧第一挡板层远离所述第一连接板的一端与所述第二连接板连接，所述外侧第一挡板层的外周设置有多个外侧加劲板，所述外侧加劲板与所述外侧第一挡板层垂直设置，且所述外侧加劲板位于所述第一连接板上；所述内侧第一挡板层远离所述第二连接板的一端设置有多个内侧加劲板，所述内侧加劲板与所述内侧第一挡板层垂直设置。

可选地，所述弹簧包括第一弹簧，所述第一弹簧有序围绕所述内侧第一挡板层设置，所述内侧加劲板位于相邻所述第一弹簧之间。

可选地，所述第二水平隔震机构包括相互连接的支座上连接板、橡胶支座部和水平滑动组件，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，所述滑移材料与所述橡胶支座部连接，且所述滑移材料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；水平隔震机构将上部建筑的水平力传递到下部建筑，可以减小水平方向的震动，并限制竖向隔震机构的水平变形，所述水平滑动组件连接在所述橡胶支座部的下方，用于实现竖向隔振机构在水平方向移动，以及水平摩擦耗能，减小水平地震作用；因此本申请的建筑用可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是本发明提供的第一水平隔震机构的结构示意图。

图4是本发明提供的建筑用可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-第三连接板；2-套筒六角头螺栓；3-上加劲肋；4-第二连接板；5-预紧螺栓；6-弹簧；61-第一弹簧；7-第一连接板；8-下加劲肋；9-第四连接板；10-连接螺栓；11-橡胶支座部，111-支座上连接板；12-下预埋钢板；13-滑移材料，14-滑移面板；20-内侧第一挡板层；21-内侧吸振层；22-内侧滑移层；23-外侧第二挡板层；24-外侧吸振层；25-外侧第一挡板层；26-橡胶防尘罩；27-内侧加劲板；28-外侧加劲板，40-上部结构，41-下部结构。

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竖向隔振和水平隔震的装置，包括竖向隔振机构、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；水平隔震机构将上部建筑的水平力传递到下部建筑，减小水平方向的震动，并限制竖向隔振机构的水平变形；水平隔震机构包括第一水平隔震机构和第二水平隔震机构，第一水平隔震机构环绕竖向隔振机构设置，且第一水平隔震机构与竖向隔振机构连接，第二水平隔震机构连接于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以及水平摩擦耗能，减小水平地震作用；固定机构包括上连接部(上连接部可以为套筒六角头螺栓2)和下连接部(下连接部可以为下预埋钢板12)，竖向隔振机构经由上连接部与上部建筑连接，下连接部与下部建筑连接。因此本申请的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置用于建筑物结构中，不仅可以减小竖直方向的振动，而且还可以减小水平方向的地震作用，使建筑物安全舒适。

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6；固定部包括平行相对设置的第一连接板7和第二连接板4；多个弹簧6均设置于第一连接板7与第二连接板4之间，且弹簧6的两端与第一连接板7以及第二连接板4固定连接。

弹簧6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6可以为钢弹簧。弹簧6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。

多个弹簧6均设置于第一连接板7与第二连接板4之间，且弹簧6的两端与第一连接板7以及第二连接板4固定连接。

竖向隔振机构还包括第三连接板1和第四连接板9，第一连接板7通过下加劲肋8连接有第四连接板9，且第一连接板7与第四连接板9平行间隔设置，第四连接板9设置于第一连接板7的正下方，下加劲肋8与第一连接板7以及第四连接板9垂直，下加劲肋8的数量可根据实际需要来确定，当下加劲肋8的数量为多个时，多个下加劲肋8平行间隔设置；第二连接板4通过上加劲肋3连接有第三连接板1，且第二连接板4与第三连接板1平行间隔设置，第三连接板1设置于第二连接板4的正上方，上加劲肋3与第二连接板4以及第三连接板1垂直，上加劲肋3的数量可根据实际需要来确定，当上加劲肋3的数量为多个时，多个上加劲肋3平行间隔设置。第三连接板通过套筒六角头螺栓2与建筑物的上部结构40连接。

如图1至图2所示，第一连接板7、第二连接板4、第三连接板1以及第四连接板9均为板状结构，且多个弹簧6设置于第一连接板7与第二连接板4之间，弹簧6的轴线与第一连接板7以及第二连接板4垂直。多个弹簧6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6之间等间距设置，靠近内侧第一挡板层20的弹簧6为第一弹簧61，且多个第一弹簧61形成一个矩形，位于矩形的四个顶点以及四条边的中点处的第一弹簧61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5)与第一连接板7以及第二连接板4螺纹连接。相邻第一弹簧61之间设置有内侧加劲板27。

如图6所示，在该装置安装前，先通过预紧螺栓5对弹簧6进行预紧，在该装置安装完成、上部建筑施工完成后，通过拧松螺母，使预紧螺栓5与第一连接板7脱开，在第一连接板7与下方的螺母之间产生间隔，避免了该螺母对弹簧6竖向减振产生影响。

当发生竖向振动时，通过多个弹簧6伸缩减震，从而隔离竖直方向的振动对建筑物的影响，该装置的竖向刚度和承载力主要由高承载的弹簧6决定。

如图2至图4所示，第一水平隔震机构包括第一限位组件和第二限位组件，第一限位组件围绕第二限位组件设置；第二限位组件设置围绕隔振部设置。第一限位组件设置于第一连接板7上；第二限位组件设置于第二连接板4上。

第一限位组件以及第二限位组件的横截面可以为矩形，第二限位组件位于第一限位组件与隔振部之间。第一限位组件与第二连接板4之间设置有间隙，第二限位组件与第一连接板7之间设置有间隙，即第一限位组件以及第二限位组件的高度均小于第一连接板7与第二连接板4之间的高度。

第一限位组件包括由外到内依次连接的外侧第一挡板层25、外侧吸振层24、外侧第二挡板层23；第二限位组件包括由内到外依次连接的内侧第一挡板层20、内侧吸振层21、内侧滑移层22，且外侧第二挡板层23与内侧滑移层22相对设置，外侧第二挡板层23与内侧滑移层22之间设置有间隙。间隙的宽度是根据弹簧6水平允许的变形量确定。在地震作用下，弹簧6首先发生水平变形，当弹簧6的水平变形达到间隙宽度时，第一水平隔震机构即对弹簧6起到限制变形的作用，并且地震产生的水平力的传递路径为内侧第一挡板层20→内侧吸振层21→内侧滑移层22→外侧第二挡板层23→外侧吸振层24→外侧第一挡板层25→外侧加劲板28→第一连接板7→第四连接板9。第一水平隔震机构在限制弹簧6水平变形、保证弹簧6竖向承载的同时，实现了地震水平力的有效传递，同时由于内侧吸振层21以及外侧吸振层24的设置，达到了吸能减震的目的，从而减小了水平方向震动的影响。

外侧第一挡板层25、外侧第二挡板层23以及内侧第一挡板层20均由不锈钢板构成。内侧滑移层22由滑移材料构成。外侧吸振层24以及内侧吸振层21均由吸振材料形成。吸振材料可以为丁腈橡胶、丁基橡胶、聚氨酯弹性体、聚氧化乙烯-苯乙烯嵌段共聚物、增塑的聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯的共混物，半互穿网络型的乙丙三元和乙丙二元橡胶、互穿网络型的聚异丁基醚、聚丙烯酸甲酯等。

外侧第一挡板层25远离第一连接板7的一端与第二连接板4通过橡胶防尘罩26连接，外侧第一挡板层25的外周设置有多个外侧加劲板28，外侧加劲板28与外侧第一挡板层25垂直设置，且外侧加劲板28位于第一连接板7上；内侧第一挡板层20远离第二连接板4的一端设置有多个内侧加劲板27，内侧加劲板27与内侧第一挡板层20垂直设置。

内侧加劲板27和外侧加劲板28分别对内侧第一挡板层20和外侧第一挡板层25进行加强，提高了第一水平隔震机构的水平承载力和刚度。外侧加劲板28的数量可根据实际需要来确定，而且多个外侧加劲板28等间隔设置。

第二水平隔震机构包括相互连接的支座上连接板111、橡胶支座部11以及水平滑动组件，支座上连接板111与第四连接板9连接，且支座上连接板111固设于第四连接板9的下方，水平滑动组件位于橡胶支座部11的下方。橡胶支座部11包括多层橡胶和多层钢板，橡胶支座部11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13和滑移面板14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11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13和滑移面板14(滑移材料13可以为滑移材料层，滑移材料层与滑移面板14之间的摩擦系数较小，滑移材料层可以在滑移面板14上滑动)，滑移材料13的下方可滑动地设置有滑移面板14。滑移材料13与橡胶支座部11连接，且滑移材料13位于橡胶支座部11的下方，滑移面板14与下连接部连接。下连接部通过套筒六角头螺栓与建筑物下部建筑41连接。

滑移材料13可以通过在滑移面板14上滑动，从而带动第二水平隔震机构发生变形，进而带动竖向隔振机构发生位移，以及滑移材料13和滑移面板14之间发生水平摩擦耗能。滑移面板14可以由镜面不锈钢板构成。滑移材料13由滑移材料制成。在地震时，当水平方向的力通过连接机构传递到水平滑动组件上时，依靠滑移材料13在滑移面板14上往复摩擦以消耗地震能量。由于滑移材料13与滑移面板14之间的摩擦系数较小，第二水平隔震机构通过滑移材料13可克服静摩擦力在滑移面板14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。

本申请的装置，在环境具有竖向振动时，竖向力的传递路径为：建筑物上部结构40→第三连接板1→上加劲肋3→第二连接板4→弹簧6→第一连接板7→下加劲肋8→第四连接板9→支座上连接板111→橡胶支座部11→滑移材料13→滑移面板14→下预埋钢板12→建筑物的下部结构41。在具有水平方向震动时，水平力的传递路径为：内侧第一挡板层20→内侧吸振层21→内侧滑移层22→外侧第二挡板层23→外侧吸振层24→外侧第一挡板层25→外侧加劲板28→第一连接板7→第四连接板9→支座上连接板111→橡胶支座部11→滑移材料13→滑移面板14→下预埋钢板12→建筑物的下部结构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变形，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6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11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。

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 (10)

1.一种建筑用可竖向隔振和水平隔震的的装置，其特征在于，包括竖向隔振机构、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；

所述水平隔震机构将上部建筑的水平力传递到下部建筑，减小水平方向的震动，并限制所述竖向隔振机构的水平变形；

所述水平隔震机构包括第一水平隔震机构和第二水平隔震机构，所述第一水平隔震机构环绕所述竖向隔振机构设置，所述第二水平隔震机构连接于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，以及水平摩擦耗能，减小水平方向地震作用；

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2所述的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述第一水平隔震机构包括第一限位组件和第二限位组件，所述第一限位组件围绕所述第二限位组件设置；所述第二限位组件围绕所述隔振部设置；

所述第一限位组件设置于所述第一连接板上；所述第二限位组件设置于所述第二连接板上。

5.根据权利要求4所述的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述第一限位组件包括由外到内依次设置的外侧第一挡板层、外侧吸振层、外侧第二挡板层；所述第二限位组件包括由内到外依次设置的内侧第一挡板层、内侧吸振层、内侧滑移层，且所述外侧第二挡板层与所述内侧滑移层相对设置，所述外侧第二挡板层与所述内侧滑移层之间设置有间隙。

6.根据权利要求5所述的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述外侧第一挡板层远离所述第一连接板的一端与所述第二连接板连接，所述外侧第一挡板层的外周设置有多个外侧加劲板，所述外侧加劲板与所述外侧第一挡板层垂直设置，且所述外侧加劲板位于所述第一连接板上；

所述内侧第一挡板层远离所述第二连接板的一端设置有多个内侧加劲板，所述内侧加劲板与所述内侧第一挡板层垂直设置。

7.根据权利要求5所述的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述弹簧包括第一弹簧，所述第一弹簧有序围绕所述内侧第一挡板层设置，所述内侧加劲板位于相邻所述第一弹簧之间。

8.根据权利要求3所述的建筑用可竖向隔振和水平隔震的装置，其特征在于，所述第二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。

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。

10.根据权利要求9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，所述滑移材料与所述橡胶支座部连接，且所述滑移材料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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