CN112431319A - 振震双隔的组合隔震系统 - Google Patents

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CN112431319A CN202011307812.2A CN202011307812A CN112431319A CN 112431319 A CN112431319 A CN 112431319A CN 202011307812 A CN202011307812 A CN 202011307812A CN 112431319 A CN112431319 A CN 112431319A
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周忠发
薛红京
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Abstract

本发明提供了一种振震双隔的组合隔震系统，实现竖向振动和水平地震双隔的目标。该振震双隔的组合隔震系统，用于安装在上部建筑和下部基础之间，或者安装在上部建筑和下部建筑之间，包括多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座，其中：可水平滑动的竖向减振支座具有上下方向的弹性部件，以实现竖向减振；并且可水平滑动的竖向减振支座的上部分与下部分之间能够产生水平滑动，以实现水平隔震；橡胶支座用于实现水平隔震，并且不承担竖向荷载。

Description

振震双隔的组合隔震系统
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别地涉及一种振震双隔的组合隔震系统。
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，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
本发明提供了一种振震双隔的组合隔震系统，实现竖向振动和水平地震双隔的目标。
本发明的技术方案如下：
一种振震双隔的组合隔震系统，用于安装在上部建筑和下部基础或上部建筑和下部建筑之间，其特征在于，包括多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座，其中：可水平滑动的竖向减振支座具有上下方向的弹性部件，以实现竖向减振；并且可水平滑动的竖向减振支座的上部分与下部分之间能够产生水平滑动，以实现水平隔震；橡胶支座用于实现水平隔震，并且不承担竖向荷载。
可选地，所述可水平滑动的竖向减振支座的上部分从上至下依次包括：上连接板、上加劲板、弹簧上连接板、多个并列的弹簧、弹簧下连接板、下加劲板、支座底板、滑移材料；其中上连接板用于与上部建筑连接；所述可水平滑动的竖向减振支座的下部分包括滑移面板和下连接板，并且下连接板用于与下部基础或者下部建筑连接。
可选地，所述多个并列的弹簧作为一个整体，该整体的外圈由内至外设置有内侧挡板和外侧挡板；内侧档板、外侧档板分别与弹簧上连接板、弹簧下连接板连接，或者，内侧档板、外侧档板分别与弹簧下连接板、弹簧上连接板连接。
可选地，内侧挡板和外侧挡板之间设置有吸振材料。
可选地，所述吸振材料分为内侧吸振材料和外侧吸振材料，分别与内侧挡板和外侧档板连接；内侧吸振材料和外侧吸振材料之间设有由滑移材料和滑移面板组成的摩擦副。
可选地，所述滑移材料为聚四氟乙烯或者改性超高分子量聚四氟乙烯或者其他低摩擦系数材料。
可选地，所述滑移面板为镜面不锈钢板。
可选地，所述橡胶支座从上至下依次包括：橡胶支座上埋板、橡胶支座上连接板、橡胶叠层、橡胶支座下连接板、下预埋钢板；所述橡胶支座上埋板和橡胶支座上连接板由螺栓贯通，连接至上部建筑；所述下预埋钢板和橡胶支座下连接板由螺栓贯通，连接至下部建筑。
可选地，所述橡胶支座上连接板和所述橡胶支座上埋板之间具有间隙。
可选地，在水平方向上，所述多个橡胶支座设置在该组合隔震系统的分布区域中的指定范围的外围；或者所述多个橡胶支座设置在所述分布区域中为集中布置；或者在所述分布区域中，所述多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座按指定排布方式均匀布置。
根据本发明实施方式的技术方案，在建筑物中安装多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座，前者用于竖向减振，后者竖向不承载，而是主要用于水平隔震，从而同时实现竖向减振和水平隔震。
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1A是本发明实施方式的可水平滑动的竖向减振支座的基本结构的示意图；
图1B是图1A的AA'剖面图；
图2是本发明实施方式的橡胶支座的基本结构的示意图；
图3A和图3B是本发明实施方式中的多个橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座的布置的示意图；
图4是根据本发明实施方式的橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座并列位于建筑结构中的示意图；
图5是根据本发明实施方式的竖向不承载的橡胶支座中预留间隙的示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明实施方式的技术方案。图1A是本发明实施方式的可水平滑动的竖向减振支座的基本结构的示意图。如图1A所示，可水平滑动的竖向减振支座安装在上部结构(属于上部建筑)和下部结构(属于基础或者下部建筑)之间。可水平滑动的竖向减振支座可分为上部分和下部分，该两部分之间能够滑动，具有水平隔震的作用。
参见图1A，上部分从上至下依次包括：上连接板、上加劲板、弹簧上连接板、多个并列的弹簧(图中示出了钢弹簧。并且钢弹簧可以排布为阵列，如图1B所示)、弹簧下连接板、下加劲板、支座底板、滑移材料；其中上连接板通过套筒六角头螺栓与上部建筑连接。下部分包括镜面不锈钢板和下连接板，其中下连接板通过套筒六角头螺栓与下部基础或者下部建筑连接。
在水平大变形的情况下，弹簧可能发生形变从而失效，所以本发明实施方式中，在上述多个弹簧的外圈设置了内侧钢挡板和外侧钢挡板，分别连接在弹簧上连接板和弹簧下连接板或者反之。当发生地震产生水平变形时，两个档板互相抵住从而避免弹簧发生大的水平形变。为提高二者互相抵住的刚度和强度，还可以在弹簧下连接板的外侧加装外侧劲板，在弹簧上连接板的内侧加装内侧劲板。
内侧钢挡板和外侧钢挡板上可分别设置内侧吸振材料和外侧吸振材料。内侧吸振材料和外侧吸振材料之间还可以设置一对摩擦副，即图中的内侧滑移材料和外侧不锈钢板。为了防止尘土颗粒物对于摩擦副的损伤，可以在外侧钢挡板与弹簧上连接板之间加装橡胶防尘罩。
以下对于本发明实施方式中的橡胶支座加以说明，参见图2，图2是本发明实施方式的橡胶支座的基本结构的示意图。如图2所示，橡胶支座安装在上部结构(属于上部建筑)和下部结构(属于基础或者下部建筑)之间，从上至下依次有橡胶支座上埋板、橡胶支座上连接板、橡胶叠层、橡胶支座下连接板、下预埋钢板。采用套筒六角头螺栓贯通橡胶支座上连接板和橡胶支座上埋板，连接到上部结构。采用套筒六角头螺栓贯通橡胶支座下连接板和下预埋板，连接到下部结构。
橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座是并列地位于建筑中的上部结构与下部结构之间，并可各部署多件，从而在建筑结构中形成隔震层。图3A和图3B是本发明实施方式中的多个橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座的布置的示意图，其中白圈表示可水平滑动的竖向减振支座，黑点表示橡胶支座。从整体来说，可以是如图3A所示，橡胶支座布置在隔震层的外围区域，提高隔震层的抗扭转刚度；也可以是如图3B所示的均匀布置，图3B示出的是均匀布置的一种形式，另可按其他的有规律的方式进行均匀布置。
图4是根据本发明实施方式的橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座并列位于建筑结构中的示意图。如前所述，橡胶支座竖向不承载，因此可在橡胶支座上连接板和橡胶支座上埋板之间设置预留间隙；或者二者之间无压力的接触，但这种方式在施工时不易掌握。通常在施工过程中，要求可水平滑动的竖向减振支座先安装，竖向不承载的橡胶支座后安装(在施工允许的条件下，尽量延后安装)。目的是：竖向不承载的橡胶支座安装前，结构竖向荷载产生竖向变形基本完成，保证结构承担后续竖向荷载(如装修荷载和活荷载)时，橡胶支座仍不承担竖向荷载。如图5所示，图5是根据本发明实施方式的竖向不承载的橡胶支座中预留间隙的示意图，其中在承载前(即结构承担后续竖向荷载前)，橡胶支座上埋板和橡胶支座上连接板之间有较大的间隙S，在施加后续竖向荷载后，即承载后，产生压缩变形D，相应的原有较大的间隙S变小，但仍要求存在间隙，因此在进行橡胶支座上连接板与上埋板之间的间隙预留时，间隙大小需满足橡胶支座竖向不承载的要求。
根据本发明实施方式的技术方案，可水平滑动的竖向减振支座在满足竖向减振的同时，可实现较大水平位移，为实现隔震提供了基础。由于滑移材料和镜面不锈钢板之间的摩擦系数较小，一般在0.02～0.05左右，所能承担的水平力较小，因此当承受较大水平荷载如地震作用时，可水平滑动的竖向减振支座就发生滑动。竖向不承载的橡胶支座由于支座上连接板与上埋板之间存在间隙，因此不承担竖向荷载。由于可水平滑动的竖向减振支座和橡胶支座(天然橡胶支座或铅芯橡胶支座)的总水平刚度有限，可以降低结构水平刚度、减小水平地震作用，实现水平隔震。根据隔震层位移情况，还可以考虑增设阻尼器。橡胶支座与可水平滑动的竖向减振支座并列设置，与二者叠置相比高度明显减小，从而减小了隔震层的高度，竖向稳定性和经济性都有所提高。
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)

1.一种振震双隔的组合隔震系统，用于安装在上部建筑和下部基础之间，或者用于安装在上部建筑和下部建筑之间，其特征在于，包括多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座，其中：
可水平滑动的竖向减振支座具有上下方向的弹性部件，以实现竖向减振；并且可水平滑动的竖向减振支座的上部分与下部分之间能够产生水平滑动，以实现水平隔震；
橡胶支座用于实现水平隔震，并且不承担竖向荷载。
2.根据权利要求1所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，
所述可水平滑动的竖向减振支座的上部分从上至下依次包括：上连接板、上加劲板、弹簧上连接板、多个并列的弹簧、弹簧下连接板、下加劲板、支座底板、滑移材料；其中上连接板用于与上部建筑连接；
所述可水平滑动的竖向减振支座的下部分包括滑移面板和下连接板，其中下连接板用于与下部基础或下部建筑连接。
3.根据权利要求2所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，所述多个并列的弹簧作为一个整体，该整体的外圈由内至外设置有内侧挡板和外侧挡板；
内侧档板、外侧档板分别与弹簧上连接板、弹簧下连接板连接，或者，内侧档板、外侧档板分别与弹簧下连接板、弹簧上连接板连接。
4.根据权利要求2所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，内侧挡板和外侧挡板之间设置有吸振材料。
5.根据权利要求4所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，
所述吸振材料分为内侧吸振材料和外侧吸振材料，分别与内侧挡板和外侧档板连接；
内侧吸振材料和外侧吸振材料之间设有由滑移材料和滑移面板组成的摩擦副。
6.根据权利要求2、3或5所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，所述滑移材料为聚四氟乙烯或者改性超高分子量聚四氟乙烯。
7.根据权利要求2、3或5所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，所述滑移面板为镜面不锈钢板。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，
所述橡胶支座从上至下依次包括：橡胶支座上埋板、橡胶支座上连接板、橡胶叠层、橡胶支座下连接板、下预埋钢板；
所述橡胶支座上埋板和橡胶支座上连接板由螺栓贯通，连接至上部建筑；
所述下预埋钢板和橡胶支座下连接板由螺栓贯通，连接至下部基础或者下部建筑。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，所述橡胶支座上连接板和所述橡胶支座上埋板之间具有间隙。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，
在水平方向上，所述多个橡胶支座设置在该组合隔震系统的分布区域中的指定范围的外围；
或者所述多个橡胶支座设置在所述分布区域中为集中布置；
或者在所述分布区域中，所述多个可水平滑动的竖向减振支座和多个橡胶支座按指定排布方式均匀布置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113136975A (zh) * 2021-04-27 2021-07-20 广州大学 一种全解耦式振震双控装置
CN113846889A (zh) * 2021-09-01 2021-12-28 北京市建筑设计研究院有限公司 一种可滑动厚肉型橡胶支座及其构成的组合隔振系统

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