CN1125223C - 通过建筑物和物体在具有长周期虚摆上的去振支承结构进行抗震的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种完全不受地震影响的防护系统，它将建筑物等物体支撑在按照本发明的方法构成的防震模块(56)形式的虚摆(P_v)上，该模块在结构高度较低时具有负荷支点的运动状态，如同具有自然摆动长周期的一根长摆的摆动端，从而使所支撑的物体与很高频率的地面振动相脱离。该系统的功能状态不受基础加速度的量和地面振动频率的影响。即使在最大震级的地震时，所支撑的物体仍处于静止状态。该系统可以为任何负荷和任何可以预料的基础振幅进行设计。例如介绍了使用该方法和由此演变的四种不同的方案和不同用途的装置以及在基础振动时对处于风力负荷下的物体进行风力支撑和定中所额外要求的装置以及与地面的垂直振动相脱离的装置。

Description

通过建筑物和物体在具有长周期虚摆上的 去振支承结构进行抗震的装置及方法

1发明领域1.1一般应用

本发明涉及防止地震对建筑物和其它物体造成损坏的方法和以此为基础的装置。

本发明的负荷装置，新型的防震模块，是一种建造相对简单的支承结构，它们各自支承建筑物或物体的负荷支点，例如各自代替柱子。

基于“虚摆”的防震模块可以按极不相同的用途进行设计，以支承从轻到最重的物体。

该防震模块在一种新方法的基础上构成虚摆，特别适用于对地震不敏感的结构和支承各种类型的建筑物和结构，从活动房屋到住宅，购物中心、车库、医院、摩天大楼、塔状建筑、桥梁、公路、高架水渠、储油罐、料仓、缆车轨道和缆车轨道塔、高压线杆、照明设施、工业设施、化学设施和核设施、管道栈桥、高架管道线、管道或其它物体，将它们与水平的地震运动和加速度隔绝开来，并防止由此引发的力和破坏性作用。

特别是在建设对安全性非常敏感的，破坏或损坏会导致进一步的连续损坏的设施时，像含有危险物质的核技术装置和化学设备，有效地防止地震灾害具有非常重要的意义。

该系统也特别适用于桥梁。它彻底解决了迄今为止所公开的系统没有解决的问题。

该防震系统也适合在具有敏感的生产过程的工业设备上使用，如在芯片生产中。

在这种情况下物体的保护达到如此程度，以致使所要保护的建筑物或设备与地面振动完全隔绝并在同一位置上保持在静止状态，即使在发生最大震级的地震情况下。

如此程度的保护也特别适用于地震时不能迅速撤离的医院，如果已经有遇难者需要救护的话，可在灾难性情况下不受干扰地正常工作，甚至在强余震期间仍不妨碍手术。

使用本发明在很大程度上减少地震时在某些建筑物地基中可能出现的土壤液化的危险，因为当地面振动时建筑物质量对地基的反作用被降到极低值。

还可以避免在由依据本发明的系统支撑的物体附近爆炸的影响。

像会引发火灾和潜在危险的照明装置这类悬挂物体，通过悬挂在虚摆上也可防止损坏或破坏。

同样受地震危害的柱或杆上的物体也可通过本发明的方法进行防护。

借助虚摆同样可有效地实现消除由有源或无源运动的质量对塔状建筑、高电塔和工业烟囱引起的振动。

虚摆基础上的防震模块是一种基础隔离系统，一种坚固的积极作用的负荷装置，它安装在建筑物的基础或底层。该系统防止地震时地面的振动和冲击传递到所支撑的物体上。防震模块将建筑物与地下的所有运动隔开。

另外，该系统还具有以下特征：自己定中并不会由于风或冲击所引起的较小的力而造成水平移动。对于高层建筑物来说，垂直刚性防止摇曳。若是高与宽为确定比例的建筑物可以选择安装其它的部件，以便也能吸收垂直振动。该系统可以为各种必要的水平振幅进行设计。防震模块免于维护。

在结构高度较低情况下，这种防震模块可以使所支撑的物体在各个方向上均有较大振幅并具有较长周期的固有振动。作用于建筑物体或所支撑物体上的最大加速度值减至小于0.01g。这一点是通过数学计算得出的，因此可对该系统相应地进行计算。通过振动台上的模型实验马上就可证实这一点。

在象某些地区偶尔发生的极强地震的情况下，迄今为止的保护系统的防护和按照建筑规范进行的传统的计算方法不能够满足。破坏是严重的。

与此相反，在使用虚摆基础上的防震系统的情况下，地震的震级、地面的振幅和振频对该系统的性能和由带有长周期自然振动的新型防震模块支撑的物体所处的完全静止的位置没有影响。1.2现有房屋的加装

防震模块同样可以后续加装。

现有建筑若是框架结构，加装原则上会很好，而且在许多情况下实施起来相当简单。

若是老式的砖混结构的建筑，通过加装原则上也可经受住地震。但是采用传统手段这种措施的费用相当高。

采用正在开发中的一种新方法和为此专用的加装防震模块的机械和装备，可以在高度机械化的操作过程中，以经济合理的费用使含有这种新型防震技术的现有和即使是古代的建筑物和其它物体经受住地震的考验。这种革命性的加装方法对无论是建在普通地面上还是岩石基础上的建筑物来说均可使用。

2背景

大陆板块移动，地球物理学的一种现象，不断造成地震的产生。地震带来的全球性问题

由于地震经常造成大量的人员伤亡并给国民经济带来巨大损失，所以提高抗震能力是人们所追求的。应该创造出适合将来在相当程度上消除这一问题的办法。仅本世纪就有约160万人在地震中丧生。世界上40多个国家始终面临地震的威胁。

本发明能够消除这些危胁。所使用的物理学的机械装置使其成为可能并消除来自地球物理学的威胁。3现有技术3.1抗震建筑规范

地震危险地区的建筑物的设计规范一般情况下所确定的地震强度较低，可能是经常发生的地震统计得来的，并据此计算建筑物所必需的强度。

在这种情况下，特别要更多地考虑以在建筑物结构的一定范围内预先规定弹性为目的的可能性，由此在建筑物承重结构弹性变形时可以局部减少结构所传递的力，由此使处于其上的建筑物的质量部分发生弹性变形要慢于导入的运动并借此降低加速度的峰值。

当发生超出以建筑规范为依据的标准值的地震时，可以预料到会对建筑物造成损坏或破坏并对人身安全造成危害，正如以前发生的地震所清楚表明的那样。

由此可以确认，经过相应的计算和确定尺寸，当发生更强地震时建筑物抗震设计的方法是不能够满足的。

按照抗震建筑规范确定所谓的基准地震，必须依据设计计算的方法为其证实所依据的负荷情况的可靠性。

在这种情况下对建筑物状态和结构参数方面所作的假设是很不可靠的。

在实际发生地震时，往往超过以这种基准地震为依据的加速度，有时还很多。

按这些极限情况进行设计在技术上总之是不可行的。在极限地震时，所有传统式的结构均不起作用。

学术界迄今为止的这种看法，即地震运动和由此产生的力对建筑物的破坏性影响可以通过极其坚固的构造或通过采用弹性的和减振组分加以消除，显然没有得到证实。

通过摩擦或阻尼降低地震运动的破坏性影响的想法看来也是毫无希望的。

根据法定的建筑标准的计算方法是从大大简化了的负荷情况模型出发。这种简化的方法提供的结果也不够精确。它也较难或不能通过分析查明哪个建筑部件首先不起作用并由此导致建筑物的倒塌。建筑物的这种设计计算方法只能用于有规律反复发生不会对建筑物造成危害的弱震的那些地区。

由此得出的结论是，这些方法不足以设计及建造有效抗震的建筑物。

近期的地震也给全世界带来大规模的破坏，造成物质损失和人员伤亡，这清楚地说明，必须达到提高防震的目的。3.2对抗震的传统方法的评价

一座建筑物的重心毫无例外地处于其基础的上面。基础的运动因此必然要通过建筑物的框架传递到建筑物的重心上。通过建筑物所传导的剪切力形式的力，是质量在由质量构成的制品规模上的惯性和作用于质量上的加速度的反应。

取决于所使用的建筑材料，在所出现的任何规模的加速度时，都会达到和超过结构强度的极限值。

因此，若是与基础普通固定连接的建筑物结构达不到有效的抗震性能。

在任何一种地震强度和与此相关的加速度下，通过地基与基础固定相连或只允许相对于基础少量移动的所有建筑物结构必然都不起作用。

通过摩擦或阻尼降低地震运动的破坏性影响的想法在最强地震时看来也是毫无希望的。

在由地震运动传输到建筑物的能量中，那些能够将破坏性作用通过引导，或更为准确地表述，通过转换成热，例如通过阻尼排出的部分只占相当小的百分比。当强烈地震时，所使用的阻尼摩擦并不能阻止地震的破坏性作用。

现代的解决办法，像在北里德(Northridge)地震时遭受巨大经济损失的弹性钢架结构和基础隔离系统，据说能够吸收或引导传递到建筑物结构上一定百分比的能量。美国地质勘探局(U.S Geological Survey)和加利福尼亚技术研究所(CalTech)的最新研究表示担心，如果靠震中过近的话，即使是这种类型的建筑物在发生作用较强的地震的情况下仍有可能遭到破坏或者甚至倒塌。3.3建筑物结构的基础隔离

提高建筑物抗震性的努力致使许多新的解决办法的出现，从公开的专利中可以看到这一点。

在建筑物抗地震破坏的技术方案中公开了对普通结构设计和按调节机构确定尺寸而附加使用的装置，它们是将建筑物与基础分开并通过活动轴承或通过带活节的部件支撑。

一组属于地基或基础隔离系统的技术方案可以使建筑物体在一定限度内相对于基础移动。所有方案均通过摩擦和阻尼力将高频率和大振幅下也会达到临界的剪切力传递到所支撑的建筑物上。其中几个方案不传递或仅传递极有限的垂直张力，因此不适用于细长的高层建筑和塔状建筑。

在一种类型的地基隔离中，建筑物体被支承在由钢和橡胶制成的可更换式水平叠层薄板构成的水平弹性块上。(美国专利4527365；4599834；4593502)这些块在垂直上具有很高的负荷能力并在水平上隔离块的上层板可向下层板移动，但在水平上移动的程度非常有限。随着来自中层移动的增加，弹性特征的梯度增加，结果这些块利用从基础传递到建筑物体上的推力的上升而对建筑物结构的作用增强刚度。因此在极限情况下也会由于橡胶块的增强刚度而对结构和室内造成损害。

这些块在强地震时的缺点是在侧移动性上水平移动过小，因此仍会对建筑物体产生危害。此外，这种弹性块不能吸收值得重视的垂直张力负荷。存在着断裂的危险。

在建筑物在这种水平弹性块上的结构中，加速度的峰值是通过弹性和阻尼来降低。但在一定程度上，地面的运动仍传递到建筑物上。如果地面水平的振幅超过水平弹性块的弹性侧升，那么地面的速度会完全通过钢—弹性体块传递到所支撑的物体上并存在切断钢板之间的块的危险。

在地面振幅较大时，传到支撑在弹性体块上的建筑物体的运动会增加，而且建筑物上部范围的运动也会通过一种振摆效应而增强。

在另一种类型的地基隔离中，建筑物体由滚动或滑动的物体支承在基础上，该物体可以在两块凹面的板或者一块平面的一块凹面的板之间运动，从而使建筑物在上层板上的那个支点像悬挂在一根摆上那样运动。(美国专利4644714；4881350)这种装置不传递任何张力并不适合用于吸收来自建筑物上的弯曲力矩的力。

在滚动体支撑的情况下，考虑到接触面上与此相关的很高的加压(Hertz’pressures)，会产生很多问题。由此要对所使用的结构件的材料和接触表面提出特殊要求。此外，这种类型的支撑不能传递垂直力。

也可以在平面板之间布置支撑体，其接触板的面的曲率半径大于该物体的高度。(DPA公开文献2021031)

由此将上层板，被支撑物体的支点，在支撑体运动时微提，支点也产生如同悬挂在一根摆上那样的运动状态。这种方案的振幅宽度在中型地震时都不能够满足。这种方案的固有振动过于接近地震时可能产生的振动，没有产生足够的振动隔离，可能形成共振，不能传递张力。

在另一种类型的地基隔离中，建筑物结构的支点悬挂在摆上。(美国专利1761321；1761322；2035009；4328648)这些摆的长度在实践上受到限制。与振动的基础的振动隔离不够。

通过摆的几何形状确定该系统的运动状态和振动的固有周期。摆的尺寸决定固有振动的周期。固有振动与地面振动的不同度决定建筑物体悬挂在摆上的质量的运动状态。

如果将物体或建筑物体按图2，图3或图4的例子中那样悬挂在摆上，那么它就会具有像一根数学摆那样的固有动力的运动状态。建筑物体或物体1的质量通过地球引力和可能的具有力作用的附加的加速度，根据质量分布按比例地分布在摆2的下部关节支点3中的不同支点上。摆2支承在由一相应构成的支撑结构5的上部关节支点4上。关节3和4或者是球形万向节或者是万向关节可以使摆在与承受负荷的悬挂相关并与所支撑的物体或建筑物相关的两个轴线上摆动。所举例子的运动状态可以还原为数学摆的模型。

在所引用的所有方案中，均涉及到具有振动能力的系统，其固有振动频率接近于地震引发的频率。在地震振动出现的最大振幅情况下，不能排除在地震频率范围内结构产生共振的情况，从而又产生了可能对建筑物造成危害的其他问题。

如果接近共振频率建筑物就相对其垂直轴线受一倾斜力矩作用，那么远离地面的建筑物部分所受到的加速度和由此产生的负荷力都会增加。

即使在建筑物及其地基之间有高弹性的轴承，和与此相连的水平软支撑，如果达不到足够的频率隔离的话，在最强振动时这种结构仍不能取得令人满意的结果。

与地震的应答光谱的振动越近似的共振越大大增强建筑物上部的振幅。

由此可能会使由这种装置支撑的带有相应频率的建筑物体陷于增强的振动之中。

在这种过程中也会造成建筑物的损坏，并仍然存在建筑物内部可移动的物体来回晃动并造成损坏和危及人身的危险。3.4新方案与现有技术的界限

在发生特别强烈的地震时，有时也称做大震或强震，已公开的防护系统和其它所有按照建筑规范进行的传统的设计方法可能都不能满足防护的需要或都不起作用。曾发生过数十万人死亡的地震。

已公开的基础隔离方案可以使建筑物结构在狭小的限度内相对于基础移动。随着振幅的增大，已公开的防护系统中动量减小的程度减少。在发生极限地震时存在失效的可能性。

与公开的防震系统不同的是，本发明的方案不是吸收或引导能量的滚动、滑动或弹性体装置，它是一种无冲力传导的，在任何方向上可以相对于基础自由运动的系统，不出现能量吸收或分配。依据本发明的方案具有不传递地面运动，也不将能量传输到建筑物上的效果。

本发明正如权利要求所阐明的那样，特征在于，由地震引起的基础的水平振动不会传递到建筑物上，被支承的物体也不会随着基础的振动的地震运动而振动，并且建筑物保持在静止状态。有效地防止地震灾害。

地震频率和由虚摆支撑的结构的固有频率分开之远，使得地面的运动不会传递到所支撑的结构上。该原理在不改变状态的情况下对任何地震的振动频率均完全有效。从保持在静止状态中的所支撑的质量中不会对建筑物结构产生加速度的反作用力。不会对建筑物或室内产生损害，即使是在可以想象的最强烈的地震情况下。

与此相反，弹性体支承和靠摩擦的滑动支承不将在某些情况下也会达到临界的微小的剪切力传递到建筑物结构中。

与带有滚动体、弹性体块或滑动基座的基础隔离支承不能接收垂直的拉力相反，虚摆基础上的防震模块适合传递所有的垂直张力负荷。

依据本发明的防震系统是一种有效的基础隔离系统，一种坚固的积极作用的负荷装置，它安装在建筑物的地下室或底层并可在任何方向上相对于基础自由运动，同时提供适宜的抗风力。

防震模块的有效性能不受动量大小、地震振幅、基础加速度、地震振动的振幅宽度和频率的影响，无论是谐波的还是非谐波的。结果是一样的：建筑物静止，不会运动。实际上没有力作用在结构上。所有权利要求均有数学上的依据。

依据本发明的防震模块不是接收或继续传导能量的装置，而是一种不传导水平动量并可以相对于基础自由移动的装置。它可以将地震引起的所支撑物体的振动降到近乎于零(小于0.01g)，不取决于地震的强度，也不取决于地面运动的频率和振幅。作用于建筑物上的剪切力降到无关紧要的值。

即使是最强烈的地震，也不会对建筑物的结构、外表或内部造成损坏。建筑物内的人员甚至有可能不会觉察到发生了地震。

对建筑物的防护功能是这样完美，以致跟地震的强度无关，不会将具有破坏作用的力传递到建筑物上。采用该新方法，即使在地面以很大振幅和很高的加速度运动的情况下，如此支撑的物体仍能保持在几乎静止的状态。

弹性体支承和摩擦滑动支承不具备接受垂直拉力的能力。如果地震引起很高的垂直加速度，可能对支承或结构造成损坏或者甚至会造成支承部位提升的严重后果。在细长的高层建筑上采用这种基础隔离体，这些问题迎刃而解，可以经受强风时或者地震时通过运动振幅很大时很高的基础加速度造成的倾覆力矩。

虚摆形式的防震模块通过建筑物与地基形状合理的连接，即使在最大的基础振幅宽度下也能解决提升力这一问题。

采用这一新技术，现在也可以将最高的高层建筑完全与地震运动隔绝开来。

这种类型支撑的细长高层建筑不会受到地震的振摆，窗户不会破裂，室内的物品也不会四处乱飞。

由于其设计原理，采用这一技术的高层建筑除像传统结构的钢骨架建筑物一样稳定和坚固外，另一优点是不受地面振动的影响，因此不会产生结构损坏的变形并由此得到理想的抗震性。

采用依据本发明的方法，将建筑物和物体支撑在支撑装置上，该装置为负荷支点产生运动的可能，如同一根带有长周期的摆的下端，因此称为虚摆，使抗震性达到完美的水平。

已公开的隔离体的最大运动偏移在强地震时不够。如果超过这些数值，建筑物会受到损坏或破坏。

即使距会产生地面振幅很大的强震的震中很近，振幅宽度可能对所有迄今为止存在的防护系统要求过高，依据本发明的系统仍具有可靠性，因为可以为最大的振幅进行设计。

本发明的系统具有很高的防护作用，方法是将可从基础传递到建筑物上的水平加速度限制在无足轻重的小于0.01g值上。

用这一效率和系统特征与已经存在的技术相比，这里所介绍的防震技术显示出无与伦比的优点。

没有哪种已公开的系统和方法具有可比性。

利用这一革命性的原理，对解决有效地对付地震威胁这个全球性的问题是成功的突破。

4发明概述

本发明是一种基础隔离系统，是一种坚固的积极作用的负荷装置，它安装在建筑物的地下室或底层。该系统防止地面的振动和冲击传递到所支撑的物体上。

所支撑的建筑物通过新型的支承结构完全与地面的水平运动隔绝开来，物体的固有振动与振动的地面非谐波地隔离。

地震灾害得到有效预防。虚摆原理在任何振频和任何地震基础加速度下均有效，并可为所有必需的振幅进行设计。

根据虚摆原理构成的支承装置可以为任何必需的振幅和所有可以考虑的垂直负荷进行设计并免于维护。该装置适合于各种类型物体的抗震，将它们与地面振动相隔绝，并可用于对现有物体加装进行抗震。

这一新确定的目的由此得以达到，即将建筑物体或所要支撑的物体置于支承结构上，这里称为防震模块，它通过连续的共同的地基与地面或者也通过用于各防震模块的各自单独的地基与地面固定连接，并且这些防震模块在许多点上支撑建筑物体，并使处于防震模块支点上的建筑物体以具有仅以最小的加速度为基础的小回转力和大振幅下在所有方向上运动。

本发明为对地震敏感的支撑系统，用于置放和支撑各种类型的结构，像建筑物、桥梁、塔状建筑、工业和核设施或置于地基与所支撑结构之间的其它物体，并阻止它们与变化无常的水平的地震运动和加速度以及由振动运动的原动力造成的力相隔绝，以使它们由此不受地震带来的破坏性的影响。

对于衰减或消除垂直的地震振动来说，在需要情况下可将机械的、液动的或粘弹性的具有非常均匀的弹性特征的弹性系统与虚摆结构组合使用。4.1任务与目的

本发明的目的是提供抗震的方法和装置，为了将建筑物或物体与地面的运动如此程度地隔绝开来，以致于不取决于地震的强度，不会将具有破坏性作用的力传递到建筑物上。

地面运动时建筑物必须实现无谐振并且物体在其结构中的固有频率必须与地面的振动频率如此不同，以致于两个振动体系相互隔离，并且来自地面运动的水平加速度和剪切力不再传递到建筑物体上。

如果地震振动的频率和带有所支撑结构的支承结构固有振动状态的频率相差因数为20或更高，那么不再会出现来自地面很高频率的激励引起被支撑物的振动。此外，从对结构的危害来看，所支撑的结构以20秒和更长周期振动根本没有危害。这种惰性状态几乎觉察不到。4.2对解决所提出任务的推论

首先，用下列基本观点对所要解决的问题进行推导。

思考的出发点是质量在摆上的悬挂。

图5质量1如一个质点质量作用于摆的下端。如果在摆2的下端3作用的质量1从其静止的静止位置移动的量为e，那么它同时升高量h，因为长度为1的摆2连同下摆端3围绕带有半径r＝1的上悬挂点4绕一个圆圈。由于任何方向上的运动可以双向进行，因此下摆端，质量的悬挂点从上面看是一个凹形球状面。

质量1升高量h导致质量得到更高的势能。当导致质量1偏移为量e和质量升高量h的力的作用消失时，摆的拉力Z和来自地球引力的力以及质量(m·g)导致一合成的回转力R，它使摆端3上的质量返回到中间的静止位置。此时质量1冲过静止位置，并通过摩擦阻尼使振动停止。

如果不是质量从其静止位置运动出来，而且如果支承结构5上摆2的上悬挂点4通过基础6的侧面运动而移动的话，也会出现相同的关系。因此，通过所悬挂的质量因惯性而产生的滞后，摆首先得到一倾斜位置，并且质量此时升高。质量然后开始的运动根据摆的振动状态进行。

在这种情况下振动的角频率为 $\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{g}{1}}---\left(1\right)$

       g.............重力加速度

       l.............摆的长度

因此，摆的振动特性只由摆长决定。

摆的频率为 $f=\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}=\frac{\sqrt{\frac{g}{1}}}{2\mathrm{\π}}---\left(2\right)$

周期为 $T=\frac{1}{f}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}=\frac{2\mathrm{\π}}{\sqrt{\frac{g}{1}}}---\left(3\right)$

大的摆长因此意味着摆的振动频率小和振动周期长。

如果摆的频率和基础的频率极不相同，那么运动就会在相当程度上相互分开。

例如，如果在地震情况下通过基础的水平振动摆的上悬挂点以通常的0.5Hz和2Hz之间的频率运动并且大长度的摆具有与激励频率相比非常低的固有频率的话，那么物体的质量不再随着基础的运动而运动，它几乎保持静止。如果质量在自身振动的长周期下以非常低的速度运动的话，在质点基本上从其原始位置离开之前，摆的悬挂点就已经以很高的频率在相反方向上产生了位移。持续振动时这种逆转在不断变化下发生，以致于质量几乎保持在同一位置上。

为了达到所希望的频率隔离，需要大的摆长。

然而实现特别大的摆长与实践的观点相违背。

这里所观察到的在其上端铰接悬挂的这根摆是一个稳定的支承元件，因为由于重力加速度它会自动争取达到带有所支撑质量最低的重心位置的稳定位置或静止位置。

实现低的结构高度，但却要具有大摆长，因此又有长周期振动的摆的效果的所谓虚摆是以该原理为基础，即在某种方式下将提升质量高度的稳定的和降低质量高度的非稳定的支撑元件的作用相结合，提升的稳定的影响虽小但足以占主要比重。

在稳定的支承元件上，所支承的质量在其运动自由度范围内在重力加速度的影响下力求达到最小的势能的位置。

如果质量在运动能力上由轨道或例如由摆的束缚引导，以致来自静止位置的位移提高其势能，那么它在重力加速度的影响下要返回其原始的静止位置。

质量的位置是稳定的。

如果质量从原始位置位移时通过预先规定的运动轨道势能减少，那么质量在重力加速度的影响下势能继续减少。

质量的位置是非稳定的。

通过适当选择连接元件的几何尺寸，随着两种影响，稳定的和非稳定的质量移动的结合和叠加，质量合成的运动导致少量升高并导致势能仅有微小的上升，从中产生向静止位置缓慢返回并因此产生长周期的固有振动。

这就是长摆的作用。

如果依据本发明物理上不存在长摆，但达到具有长周期长摆的效果，那么就是这里所说的长周期的虚摆。

然而在结构高度较小时，所谓的虚摆具有长周期固有振动的长摆效果。

在某特定的安装可用的空间高度下，该高度决定了摆2的长度，如果升高h过大，那么升高必须通过一负值，也就是下降叠加，由此得到合成的与目标结果相符的较小升高。这可以将稳定的悬挂摆与非稳定的固定摆以适当方式连接而实现。在相互连接的支撑元件水平位移时，将其各自的一正一负的垂直位移相加，得到一合成的垂直位移。

由于在水平位移上的两个支撑元件的垂直位移为谐波变化，因为它们直接取决于三角函数，因此同样处于水平位移上的两个垂直位移的差值在变化上也是谐波的，这正符合为实现目标所使用的原理。

图6表明这一关系。长度为l的稳定摆2的质点3在水平偏移e时得到升高h。 $h=l(1-\mathrm{arctg}\frac{e}{l})---\left(4\right)$

长度l_s的固定的非稳定摆7的上端垂直降到水平偏移e_s和量S上。 $s=l(1-\mathrm{arctg}\frac{e}{l_s})---\left(5\right)$

如果将两个支撑元件的垂直位移相加，结果是量h_res的合成升高。

α∶β和e∶e_s的关系受所使用的结合类型和可自由选择的关系l∶l_s的影响。

经过稳定的和非稳定支撑摆的垂直位移的直接相加结果达到图6所示的关系。

稳定的和非稳定的支撑摆的结合可以以极不同的方式发生。可以通过对升高和降低的杠杆影响，利用成比例转换到支撑元件或结合元件上的量，以确定适合的负荷支点，负荷支点在两种方式的支撑摆成比例升高和降低的共同影响下通过结合得到所希望的升高。

图7虚摆下端所选择的负荷支点的水平偏移e_p是悬挂的稳定物理摆的偏移e的函数或与之近似成比例。

同样，负荷支撑点，虚摆下端点的升高和合成下降是悬挂的稳定的和固定的非稳定的物理摆上质量作用点升高和下降的函数或比例值。

函数上高于从中间位置偏移的虚摆上质量作用点P的升高h_p最近似一圆形轨道并且在双向摆动上点P表示从上面看到的一个凹面球体形式的一个位置面。

曲率半径ρ是虚摆的长度l_ρ。

图8支撑元件2是一长度为l_h的稳定的悬挂摆，支撑元件7是一长度为l_s的非稳定的固定摆。

若悬挂摆即支撑元件2移动角α，则摆的自由运动端升高h。若固定摆即支撑元件7移动角β，摆的自由运动端下降S。在悬挂摆支撑元件2上，自由端为一从上面看到的凹形球状面。在固定摆支撑元件7上，自由端为一从上面看到的凸形球状面。

图9依据本发明，现在借助一连接元件8将悬挂摆即支撑元件2和固定摆即支撑元件7相连接。所连接的两个摆在摆动时，连接元件8靠近固定摆即支撑元件7的部分下降，而靠近悬挂摆即支撑元件2的连接元件8的部分在摆动期间升高。

在长度为c的连接元件8的任何一个划分比例为a比b的连接元件8的一个点P上，所支撑的物体的支点P在两个所连接的支撑元件在任意方向摆动期间，在所依据的水平振幅范围内只略有升高。

这一点受尺寸的选择和l_s，l_h，c和a比b相互关系的影响。悬挂摆支撑元件2的长度l_h越小，在摆幅相同时导致摆端升高h越大。固定摆支撑元件7的长度l_s加大，在偏移e相同时导致下降S减少。在划分比例为a比b长度为c的连接元件8上这样选择点P的位置，使在悬挂摆支撑元件2偏移e时，点P的升高无论如何为正但又保持在最小。如果通过相应的置放阻止连接元件8围绕竖轴H转动，那么到目前所做的研究同样是有效的，即使支撑元件2和7发生如顶视图10所示的那种在另一个方向转动的情况。

图10连接元件8置放在与所支撑的质量固定连接的轴承B中可围绕轴Q转动并由此阻止围绕垂直轴H转动。悬挂摆支撑元件2的自由端表示一从上面看到的凹形球状面K。固定摆支撑元件7在顶视图中表示一从上面看到的凸形球状面V。当悬挂摆，支撑元件2的自由端在任何方向上偏移为量e时，连接元件8的点P因此轴Q以X轴向上的偏移相同的方式升高。

当支撑元件2和7在任何方向比如X轴方向上摆时，连接元件8在支撑元件7上的铰接中心下降同样的距离，由此，连接元件8上的点P在所连接的摆向任何方向上偏移时得到升高。

如图9所示，点P如同一根长度为l_v的悬挂长摆的自由端点一样运动，它表示大长度的虚摆的自由端。

图11在图9中的连接元件8从静止位置位移量为e和点P的升高为值h_ρ情况下，按图11，虚摆的长度为 $l_v=\frac{e^2+h_p^2}{{2h}_p}---\left(6\right)$ 虚摆的角频率为 $\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{2g{\·h}_p}{e^2+h_p^2}}---\left(7\right)$ 虚摆的振动频率为 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{2g{\·h}_p}{e^2+h_p^2}}---\left(8\right)$ 虚摆的振动周期为 $T=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{e^2+h_p^2}{2g\·h_p}}---\left(9\right)$ 虚摆自由端的点P的最大速度为 $v_{\max }=\sqrt{\frac{2g{\·h}_p}{1+{\left(\frac{h_p}{e}\right)}^2}}---\left(10\right)$ 虚摆自由端及因此也是所支撑的物体的最大加速度为 $a_{\max }=\frac{2g{\·h}_p}{e+\frac{h_p^2}{e}}---\left(11\right)$

支撑元件2同样在近似相同的效果下也可由线结构构成，在这种情况下只要支撑元件2在所有负荷情况下只受到拉力负荷。

图12所示为该原理的一种变式。

除选择l_h比l_s和a比b的比例外，可以通过选择连接元件8的有效杠杆b的角γ并同样也可以通过引入连接元件8的有效杠杆a上的角影响点P的升高特性并由此确定虚摆的有效长度。

确定尺寸的计算可以这样完成，使虚摆的有效长度l_v为支承物体装置的结构高度的倍数。

由此可以在出现由地震引起的水平运动时，虚摆及由其支撑的质量m的振动频率大大低于基础6的振动频率。

这意味着由虚摆支撑的物体的位置与地面的水平运动相脱离。

对建筑物体或所支撑的物体影响最大的加速度根据公式(11)的数学摆的运动状态得出。

通过相应的计算和确定尺寸可以将这一最大的水平加速度降到如此低的数值，以致于人对其觉察不到。这种效果不依赖于基础通过地震所受到的那种水平的加速度。

地震的震级对通过大的有效摆长和长周期的虚摆支撑的建筑物体的完全静止的位置没有影响。

图13在基本原理上与图9和图12的方案相应。但这里有效长度b的杠杆与长度a的杠杆相分开，并在部分支撑所支撑的物质m的负荷元件W_L的更高位置上得到一自己的支承结构。

在该方案中，各自有效长度l_h和l_s的悬挂的稳定支撑元件摆2和固定的非稳定支撑元件摆7需要更大的可支配的空间高度。由此达到在双向铰接置放的支撑元件2和7相同程度的最大角偏转情况下，加大该系统可支配的水平振动幅度与垂直空间高度的比例。

连接元件8，通过两侧单向铰接置放的连接支承件8a与在其一侧单向铰接置放在负荷支架W_L上并双向铰接置放支撑在非稳定的支撑元件固定摆7上的连接元件8b相连。该运动状态与图9和图12的示意图相应。

图14和图15所示为在两个方向上所支撑的质量相对于基础的振幅宽度的可能性。

图16所示为所支撑的物体在振幅为S的三个运动相位上相对于基础振动的可能性。

图17表示，在基础6和与基础连接的虚摆P_v的虚拟支点C_v的振幅为S时，稳定的支撑元件悬挂摆2通过摆回转运动升高的下负荷支点量h和非稳定的支撑元件固定摆7降低的上负荷支点量s的过程，而所支撑的物体O与虚摆P_v的提升运动相应得到升高h_ρ。

图18这一例子中，所观察到的是带有一三角形连接元件9的系统。

图19所示为图18系统的顶视图。三角形连接元件9双向铰接置放在三个支撑元件11上，元件11以角δ在三个支点10上双向铰接在基础6上。

如果在连接元件9的一侧上支撑元件11在其下支点12上升高，由此其上支点10通过基础6的移动而离开连接元件9的中心向外移动，并且由此使连接元件9由于其惯性和在中心13中物体支撑在连接元件9上的质量相对于基础6的运动落后的话，那么在其相对一侧，支撑元件11的下支点12由于支撑元件11原始位置上的倾斜位置而下降。

由于支撑元件11在角δ下倾斜的原始位置使连接元件9一侧上的下降要小于相对一侧的升高，所以连接元件9的中心13升高。

连接元件9一侧上的升高与在其相对一侧上下降的关系受在连接元件9的中间静止位置上选择角δ的影响并受选择支撑元件和连接元件的几何尺寸关系的影响。

在基础多方向移动的情况下，连接元件9的中心13在曲率半径为ρ的向上敞开的凹面形式的一位置面上运动。

连接元件9的中心13如同悬挂在长度为ρ的虚摆上运动。连接元件9的中心13在水平移动为量ε时得到升高为量h，并且连接元件9得到倾斜位置为角ζ。

图20如果一高度为l_p的垂直支撑元件14在中心13与连接元件9固定连接，那么这一单元本身仅表示一固定的物理上的非稳定的摆，它在其物理伸长下被虚拟双向铰接支撑，并在围绕下瞬时回转点摆动时通过由连接元件9在图19的支撑元件11上的连接升高量h。

在装有连接元件9的单元中，在高度为lp的支撑元件14上端上支撑质量的轴承点P通过围绕角ζ的摆动得到的相对下降量为

S_p＝l_p(l-cosζ)                        (12)

和一附加的偏心位移为

u＝l_p·sinζ                            (13)

点P的总的偏心位移为

e＝ε+u

e＝ε+l_p·sinζ                        (14)

点P的合成升高为

h_p＝h-S_p

h_p＝h-l_p(l-cosζ)                      (15)

图21点P，支撑元件14的上端，在带有一平拱的向上敞开的凹面上运动。这一拱顶曲率和剩余稳定性由结构组的各组成部分尺寸的相互关系决定，特别是由垂直长度的量决定。

量l_ρ的选择受到使系统变得不稳定的那个高度的限制。图21的装置为在点P上双向铰接支撑物体的虚摆，就如同该物体悬挂在具有在曲率半径为ρ的一弯曲面上运动的长度为l_v，确切地说为ρ的长摆上。

利用公式(14)和(15)中的e和h_ρ确定按公式(6)的关系中的虚摆长度。

此外，公式(7)至(11)均有效。

支撑元件11在近似相同的作用时同样也可由线结构构成，并在这种情况下只要支撑元件11在任何负荷情况下只受到拉力的负荷就不采用铰接悬挂。

防震模块上的该负荷支点具有空间运动的可能性，好象它是一根非常长的摆的下端。因此它是在一平拱形的虚拟球状表面上运动。

在这一表面中，负荷支点始终向最低位置，表面的中心冲去。

表面壳弯曲得越平缓，由地球引力引起的向中心去的回转力就越小，而且负荷支点向中心方向的运动越慢。

图22所示为按权利要求1所述方法构成的虚摆的又一实施例。

在与基础6连接的支承结构5上至少有两个或数个双向铰接置放的稳定的支撑元件，即垂直平行悬挂的摆2，它们支撑一个置放在其下端上的支架，或一板形连接元件8。

在连接元件8的中心，布置有一接受垂直负荷的轴承59的垂直的支撑元件14，在其可围绕两个水平轴摆动的下端上水平支撑在一可轴向移动的万向轴承43中。在这一万向轴支承43中，垂直支撑元件14可围绕水平轴摆动。

轴承59的中心具有与长度为l_h的悬挂摆的下端相同的空间上的运动能力并在水平偏移e时得到升高量h。

垂直支撑元件14的上端在连同其在轴承59中的支承结构的单元里得到同时叠加下降S_e的升高h。合成升高为h_res＝h-S_e。

在图22的例子中，对于支撑元件14的上端来说，合成升高为负，因此结果是下降。这个上点所以作为负荷支点是不合适的。

该上点表示从中间位置向各个方向移动情况下一个从上面看到的凸面，如同置放在下端上的一根摆的上端。它构成一根长度为l_vi的逆转的非稳定的虚摆。

支撑元件14在上端受到垂直负荷时，在根据与其它的连接元件2和8的尺寸关系所确定的这种尺寸下是非稳定的。

仅其自身而言，支撑元件14即使不与其它元件连接本来也是非稳定的。只有通过与稳定性影响超过负荷影响的其它元件相连接，整个系统才是稳定的并构成支承装置的虚摆。

为达到负荷支撑的稳定性，必须这样选择长度l_p，从而产生上点的正的升高h_res。由此负荷支点P在一从上面看到的凹面中运动。这样选择的带有与轴承点59间距l_p的负荷支点在从中间位置移动的情况下得到少量的升高h_p，并表示长度为l_v的一根虚摆的端点。

图23所示为连接元件8的中心，悬挂摆2支撑负荷点的运动轨迹和虚拟支撑元件14上端负荷支点的曲率。

图23a，23b，23c所示为所支撑的物体1相对于极限位置下基础6的运动相位和叠加。

图24为以图解的方式介绍按图22和23c所阐述的作用原理，即通过展现处于中间位置上的位置以及基础6在与所支撑的物体1的关系上运动相位的一根虚摆。当基础6由于地震产生振动的水平位移e时，所支撑的物体1通过虚摆得到少量h_ρ升高。

基础6的位移S与防震模块H_M的关系表明，在抛射体平均高度下系统会达到相当大的振幅。

该运动状态与数学摆的运动状态相符。固有振动的周期仅由虚摆的有效长度决定。

钟摆清楚地表明了这一点。

如果与振动的基础连接的摆的上悬挂点地震时快速来回运动，那么悬挂在虚摆下端的质量由于其通过摆所决定的运动惯性，不会再跟随上悬挂点的运动迅速逆转。在运动方向迅速变换情况下，所支撑的质量几乎立即停住。4.3解决问题的结果

这一任务依据本发明通过带有按照权利要求1步骤的方法以及从中得出和介绍的装置得以解决。

本发明具有优点的布置构成后面权利要求的对象。

本发明保证在由地震运动造成的地面振动情况下建筑物免除共振，来自地面运动的水平加速度和冲击力不再传递到建筑物体上。它因此使即使是在最强烈的水平地面运动情况下有效地保护建筑物体或物体的整体防震效果得到保障。

采用依据本发明的方法，在相应选择设计参数情况下，可使所支撑的物体即使在地面以大振幅和高加速度运动时仍能保持在几乎静止位置的状态。

所要求应用的该方法使固有运动的周期得到延长，以致于与此相关的运动惯性导致物体不会再跟随基础振动的地震运动。物体的保护在这种情况下达到相当程度，以致于所要保护的建筑物或设施保持在静止位置，即使在最大震级地震的情况下。

这种效果在数学上可以得到明确验证。

本发明的功能和整体保护已经通过以最大1.2g的加速度的模型模拟得到证明。

因此将物体与地面的水平运动完全隔绝，所以说这是一种通过支撑在一支承结构上的极为有效的基础隔离，支撑结构在支点上自身结构高度较小情况下使所支撑的物体可以进行空间运动，仿佛悬挂在长摆上。支撑因此是通过长周期虚摆完成。

设计参数可以在很宽范围内加以选择。由此可以自由确定和如此大地选择系统的固有振动频率和通常的地震振动频率之间的差别，使建筑物和基础的振动系统最大程度地分开，以致于所支撑的结构保持在静止位置。

由于建筑物体不跟随地面的振动，所以由加速度引发的惯性力也没有影响。不产生危险的剪应力并防止地震灾害。

虚摆形式的防震模块对最大震级和最大破坏力的地震提供自身有效的保护。可以初次为各类建筑物，也包括高层建筑和其它结构进行完全抗震设计，同样也可对现有物体进行加装。

建筑物质量仿佛悬挂在带有大的有效摆长的虚摆上，悬挂点空间上高于建筑物。

新型防震模块可以实现无大垂直延长的很长的摆的运动状态，因此这是一根带有大的有效摆长的虚摆。以非常小的结构高度处于建筑物体高度中并可与地面平行或在地下室中布置。

虚摆的上悬挂点通过防震模块与基础固定连接。

悬挂在很长的摆上的质量只能缓慢运动。振动的时间长。一次振动的周期采用该技术可以自由选择并据此设计结构部件，例如20秒或更长。一次地震振动的时间典型的处于0.5至2秒范围。如果摆的上悬挂点快速或跳跃式移动，那么悬挂在摆上的质量只以与大长度摆的振动状态相应的速度进入新确定的位置。

地震的震级没有影响。地面运动有多快，建筑物的地基受到的加速度有多强，地震振动的频率有多高或多低或者运动变化是谐波还是非谐波的，结果都是一样的，均不起作用。

可以传递到建筑物上的加速度降到小于0.01g值，一个几乎觉察不到的数值。

这一原理的保护效果在所出现的所有地面速度和加速度下始终是相同的。因此，即使在最最强烈的地震时，建筑物的运动像弱震时一样小。

在依据本发明的方案中，不是改变能量的运动方向、转换或吸收，而是不使运动能量传递到建筑物体中去。

由于没有快速变换的运动强加给建筑物体，即使由加速度引发的惯性力也不起作用，地震灾害得到预防。

因此，物体与地面的水平运动完全隔离，所以说这是一种极为有效的基础隔离。

出于这一原因，也不需要像防震建筑规范对标准建筑结构所要求的那样，为建筑物结构针对地震采取结构上的强化措施。

模型模拟对预先计算的和预计的作用原理提供了证明。4.4大大降低水平移动时的摩擦

在本发明中，从设计上解决结构元件支撑部位物理上存在的摩擦，而若以解决问题的原则上的结构为依据，只是大大降低作为运动质量的摩擦阻力出现的实际摩擦时的作用。

出现一极低的实际摩擦系数。因此，即使通过摩擦从基础传递到所支撑的建筑物体上的加速度力也是微不足道的。建筑物因此可相对于基础移动。风力可以将所支撑的物体从其运动范围的中心位置移动，由此在方向上当出现地震引起的基础移动时使可支配的振幅与基础相对缩短。

新方案的支承结构的设计使得通过高衰减因数将物理上有效的摩擦降到很低的数值。移动阻力为

W＝m*g*μ_red                       (16)

可以达到的数值：μ_red＝0.002......0.004

由此通过还有效的摩擦仅有很小的加速度力向所支撑质量传递。

无论如何通过这一影响可能的振幅会小于地震可能的振幅或甚至为零。

由此说来，这对将所要保护的物体与地面运动隔离支撑，同时将地震振动时确保定中原始位置的那些因素与整个方案一体化的基本任务是必不可少的。4.5所支撑物体的定中和风力支撑

物体支承在防震模块上支点的运动在一非常平缓的从上面看为凹状的球形面上完成，球面不是精确的球形截面，而只是近似。该面的曲率通过中间位置的偏移并非不变，但不影响系统的功能。由于在全摆幅时的升高，通过引力产生一回复力，由此产生一种支点自定中的效果。当然，由于存在摩擦，虽然很小，但也不是完全返回到中心。

水平有效推力，在从中间位置偏移时来自悬挂在虚摆上物体惯性力的回复力为 $S_H=m\·g\·\frac{e}{l_v}\·\cos \left[\arcsin \left(\frac{e}{l_v}\right)\right]---\left(17\right)$

       S_H.........引力产生的水平推力

       m......... 所支撑的质量

       g......... 重力加速度

       e......... 中间位置的偏移

       l_v.........虚摆长度

摩擦对移动的水平阻力为

W_H＝m·g·μ_red                          (18)

       W_H.........   对移动的水平阻力

       μ_red.........降低后的摩擦系数

对摩擦的水平阻力以防震模块的设计为条件极低。

摩擦系数按支撑元件的摆支承结构的半个轴承直径与摆的有效长度之比而降低。

降低后的摩擦系数为 ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{red}}=\mathrm{\μ}\·\frac{D_1/2}{l_p}---\left(19\right)$

         μ.........   摆轴承结构的摩擦系数

         D₁............摆支撑元件的轴承直径

         L_p............摆支撑元件的长度

根据设计，由于追求与地面运动相分开的效果，虚摆端点运动面的曲率在中间范围内非常平缓，然而尽管振动衰减之后的摩擦极低，仍产生一带有中间位置水平位移的滞后。

从中间位置的偏移为：

A_H＝l_v/sin(arc sin·arc cosμ_red)             (20)

                A_H.........中心的水平位移

防震模块的设计允许广泛地设计预先规定的振幅宽度，以致于在极限的地面运动情况下使相对于基础的振动有足够的自由空间，即使原始位置的振动不是中心。因此，在风力位移的影响下和通过地震后的振动衰减建筑物的位置会是不同的。如果没有关系，则没有建筑物的附加定中和支撑风力也行。但若要求建筑物始终保持在同一位置上，必须装上准确定中的附加装置。

图25所示为水平支撑的一基本方案。在建筑物的至少两个部位上需要这类装置，但也可以与单个的防震模块一体化。

预压拉力弹簧41以其下端与基础连接。在其上端拉力弹簧支撑轴42，轴可轴向移动突入与所支撑的结构固定连接的球形轴承43内。拉力弹簧41只要受到偏压，轴承43高度上的水平杠杆力就可抗住可以想象得到的最大风力，而无需通过拉力弹簧41弯曲和弹簧一侧上的绕组凸起，轴42就可得到一倾斜位置。但是，如果基础相对于所支撑的建筑物质量的水平运动因地震带有很高的加速度，由此使建筑物质量中产生明显超过风力负荷的动量，那么，由于产生的力矩高于轴42的杠杆，弹簧41被弯曲。基础就相对于建筑物移动ε。若度过这一初始力矩后继续移动，力的量不再是线性，而是递减性增长。按照这种方式，弹簧的反作用通过振幅S保持较小。

这种水平支撑也可以采用相反布置，轴承43与基础6连接或者设在地基中，并且轴42带有弹簧41的这端悬挂固定在所支撑的建筑物结构51上。

图26所示为采用弹性体材料制成的弹簧块48对建筑物定中的一个可比较的方案。在相应确定弹簧块尺寸情况下，该方案可与图25中的方案相媲美。只是没有显示初始转矩的效果。从开始起，运动始终依赖于水平力。这种实施例中也可以反向布置。

图27所示为建筑物的定中装置，在该装置中一支持装置50在至少两个点上固定连接处于所支撑的建筑物结构51下。置放在球座49内的转动球44通过一带有垂直力Fv的弹簧47压入定中矫正仪45内，使垂直力与风力作用于建筑物上的可以想象得到的最大水平力F_h处于平衡。

F_v＝F_htg(γ/2)                (21)

            F_v.........垂直力

            F_h.........水平力

           γ......... 定中矫正仪的张开角

如果由地震时的动量造成的力F_v大于可能的最大风力的话，通过连接着基础6的定中矫正仪45的水平移动，转动球44逆弹簧47通过一活塞52被压回并随着坡度的变小，确切地说是张开角γ变大到达定中矫正仪45的范围。由此，只要球离开矫正仪的范围并在平面上滚动，可水平传递的力下降并为零。

由活塞52排出的液体通过一单向阀53进入一外部贮存容器或均衡室55。在可能的回弹时，活塞52的排出速度因此受到限制，以致液体只能通过节流阀30回流。

当基础快速振动时，缓慢返回的转动球44不再进入定中矫正仪45的更陡的中心，而是处于小坡度的范围内。因此可传递的水平力较小。

如果振动停止，转动球44停在定中矫正仪更陡的范围，所支撑的物体利用然后重新提高的水平保持力F_h定中。

图28为建筑物定中和风力支撑的另一种形式。在建筑物地下室22的侧壁和基础6上的地基壁20之间，在矩形建筑物的两个相对的面上至少布置有两个并在另外两个面上至少各布置有一个支撑元件，即水平支承24。在水平位置的垂直顶视图中，水平支承24表示，辊子25的运动方向是水平的并在垂直地基壁20的相同高度上移动。该图示中的其它所有物体均处于一垂直断面的水平视野内。水平支承24由带有完全伸展的活塞杆的液压缸40构成，活塞杆在其与行走机构的连接端上装有一个辊子25或数个辊子。在辊子和在基础壁上作为辊道使用的平整轨道之间，在基础内建筑物下部准确定中情况下有一最小的空隙。辊子的滚动方向是水平的。为了滚动行走机构的活塞杆保持其方向，活塞杆与液压缸40的连接端通过一作为防转动保险的肘杆连接。每当地基20的壁向建筑物体的地下室22运动时，通过辊子25和活塞杆活塞就会进入液压缸40并排出里面的液体，输送到一个或数个可以是薄膜、压力或活塞存储器的液压储存器127中，并在薄膜28的另一面上压缩气体、空气或氮。因此液压缸的作用如同一具有气体弹性的弹性支座。如果活塞杆完全逆液压缸40中的机械制动器伸展，那么通过活塞杆控制的调节阀29处于打开位置。储存器中的气体压力将液体通过节流阀30经该打开的阀29压回到贮存容器32。如果活塞杆通过使地基壁20靠近建筑物体的地下室22进入缸中，那么调节阀29被打开并且液体从压力管33进入液压储存器127中，以致压力一直升高，直到缸中的合成力将活塞杆前推并将建筑物体重新送入其起始位置。因此，建筑物被送入其中间位置。如果通过风力使建筑物由于其相对于基础稍微移动而从其中间位置移出的话，这一过程是有效的。由于风力不是跳跃式变化，而是增减始终需要一定的时间，所以液体通过节流阀30的输入和排放过程足够快，以使调节过程保持在所需值，就是说建筑物保持在中间位置。如果基础壁以更快的速度靠近和离开建筑物，就象地震时会出现的那样，那么随着活塞的快速移动并随着阀29快速的打开和每次关闭，通过节流阀30液体几乎不输入和排放到空气弹簧系统。缸40中以各自的空气动力暂时处于平衡的气体弹力通过平缓的弹簧弹性和随地震频率通过节流阀30交替流入流出，在活塞和调节阀29运动时仅有微小的变化。该系统可以这样设计，使这种对加速度有影响的力保持在很小，以致于它们就象在地震频率下变化方向一样，它们对建筑物质量只有非常微小的有效加速度。液压系统主要从贮存容器32通过泵36供油，泵由通过压力调节开关35控制的电机34驱动。传动所需的能源供给可以单独由太阳能或风能提供。液压能源被充到液压压力存储器38的一个电池中，因此泵36的功率可以保持在很小。地震期间，有充足的该设备中同时可以加以利用的外部能源可供使用，所以在一变化的方案中水平支承的活塞与活塞泵37组成一体。在基础相对于建筑物体快速运动期间，该活塞泵37将液体从贮存容器32输送到压力存储器38，并因此使从由液压缸40和贮存器127组成的弹性系统出来的液体经节流阀30通过利用半周期期间地震频率打开的调节阀29进入回流。

图29所示为通过平衡杆39的水平支承。采用这种类型的结构可以对地基壁形成特别大的振动幅度和间距变化。平衡杆39置放在固定于建筑物体上的支架46上，支架46通过一个缸40或数个缸支撑在地下室22的建筑物壁上。杆39在端上支承装有一个或视支承负荷而定的数个辊子25的滚动行走结构，辊子可以在地基20壁的薄板运行轨道26上运动。也可采用带有相应滑动材料的滑块代替辊子。在支架46上有一调节阀29，它由平衡杆39控制并具有与图28所举例子相同的功能。此外，液压装置也与图28的例子相同。

每幢建筑至少需要六个这种装置，以使建筑物保持在相对于三条轴线，即两条水平和一条垂直轴线的额定位置。这种水平支承的平衡杆装置可以使建筑物相对于基础有很大的位移。

弹性系统，由图28的例子所示的液压缸40和与之相连接的液压贮存容器组成，在没有风造成的外界的水平推动力情况下，起始弹性特征为

F₀＝C₀·f                      (22)

f为弹簧行程。若弹簧行程变大，特性曲线不是线性变化，而是由于气体的压缩与一多变的压缩函数相应。若地基相对于所支撑建筑物体的变化移动为量ε，通过弹性产生的力ΔF₀作为加速度力作用于建筑物体质量上。若是风，系统的支承力主动与风力相应上升，如图28的例子中所介绍的那样，而不是建筑物体在其位置上出现变化。如果这时，受到风负荷F_w的支承期间，同时通过地震运动和基础相对于建筑物移动的量为ε的话，那么支承弹性系统中的力按下式上升

F_w＝C₂·f+F_w                                   (23)

这一函数具有比从零点出发的函数更高的梯度，因为回弹时排出的液体体积与气体体积的关系改变了。当此时支承力的上升值ΔF_w引起的移动量为e时，只有这一逆向力ΔF_w作为加速度力作用于建筑物质量上，并不比风停时的力ΔF₀大多少。

图30所示基本上与图29介绍的支承相同的平衡杆上的水平支承。该装置额外装有一活塞泵，与缸40一样布置在平衡杆39和支架46之间。活塞泵37具有与图28所介绍的装置相同的功能。

图31所示为定中补偿和风力补偿系统的原理，在由防震模块56支承的和与地基壁20相对通过定中和风力支持装置27水平支承风力的建筑物地下室下面的该系统中，带有一个或数个地下室22的单独的建筑物部分与上部的建筑物相隔离垂直支承在自己的防震模块56上。

由于建筑物的这一部分22摩擦特别小并自定中心置放，不受风力影响，它也不需要风力补偿装置，因此即使在基础振动时也始终处于其中间位置并为定中起位置基准作用。通过对建筑物各上下部分的各两个基准点60之间两个轴线上的距离进行机械的或无接触式测量，得到调节风力支持装置27所需的调整参数。4.6所支承物体的垂直振动隔离

对于那些高与宽成确定比例不存在建筑物竖轴严重倾覆倾向的建筑物来说，可以安装一种附加装置，以减少或尽可能地消除垂直加速度。

这对医院和带有敏感的生产过程的工业设施以及化学和核设施很有益处。

采用这一技术支承的建筑物地震时保持几乎静止的状态。

建筑物对水平振动基础加速度的惯性在建筑物结构上引起反作用剪切力，地震时常常导致超过建筑材料所能承受的剪应力。以水平振动为条件的剪力是建筑物结构失效的主要原因。与此相反，垂直加速度更容易让建筑物承受而不造成损坏，因为在设计建筑物的强度时，通过安全系数或材料受力程度为静态自有负荷和动态负荷加入计算了负荷倍数。因此基础的垂直加速度一般不会对结构造成危害，但是当强度不够时，超过1g—垂直加速度的情况下会使物体从其地基连接处断裂并通过其它影响受到损坏。

然而，如果把垂直减振作为目的，那么可以安装带有附加的垂直弹性的防震模块。

图32所示为所支承的建筑物结构51的弹性系统例子。建筑物支柱16构成带有整体的水平调整板61的液压缸64并在活塞杆62上支承负荷。在缸的下端，防震模块的连接元件8铰接置放。摆动拉杆63起到防止上下滑动的缸64转动的作用，因此连接元件8不会围绕垂直轴转动。

液体的流入通过输入管65完成，通过回流管66弹性支柱的液体回路卸载。缸压力室67通过连接管68与一个或数个液压压力存储器38连接。利用液压压力存储器的体积确定液压的弹性特征。

如果因基础的垂直运动使缸上升，排到缸中液体的体积与液压压力存储器中的体积相比较小的话，那么液压压力存储器中的压力仅有微小上升。

压力上升与原始压力的比值表示相对1g的加速度程度，所支承的质量以其在垂直地面运动时得到垂直加速度。通过相应的设计，可以达到任何所希望的加速度减小。采用粘弹性的液体对取得非常平缓的弹性特征特别有益。

图33所示为一与图32的实施例类似的垂直弹性系统，只是这里的弹簧支柱69支承在图21所示的与图25的定中和风力支持装置成为整体的的防震模块56上。液压连接管65，66和68为如图32所示例子中一样，用于液体的输入和回流以及与液压压力存储器38连接。4.7柱上物体通过虚摆抗震

像安装在杆或柱上的照明装置或指示板这类物体在强烈的水平的地面振动时可变形或断裂，因为通过共振会产生运动加强和最大的加速度增长。

尽管基础在水平和垂直方向上的地面振动下基本保持在其原始位置上，但作为物体或防震模块基础的柱或杆的上端会因柱的弯曲得到一附加的旋转轴并通过倾斜位置被提高的基础而倾斜，如

图34所示的那样。杆顶端所支承的质量的大小对杆的振动状态具有很大的影响。在水平加速度下来自质量反作用的弯矩在没有顶端负荷的杆上很小并只由自身质量造成，杆上端的弯曲和倾角就较小。

如果杆端与所支承的物体之间布置一防震模块，那么杆顶端只是由于防震模块的质量而增加了负荷，该质量大大小于所支承物体的质量。杆端的弯曲角会因此而变小。

为了所支承的物体不受杆端仍旧存在的倾斜变化的影响，因为取决于此的围绕物体倾覆轴的摆动仍然危险或使功能不正常，所以必须通过防震模块来抵消或至少减少剩下的倾斜变化。

图35所示为安装在杆71上端的防震装置的侧视图和局部剖面。该装置支承可以用于接受例如照明装置的梁72。

图35a为图35的一横截面图和

图35b为顶视图。

杆在上端支承四个悬臂梁73，其中每两个支臂各携带一根横梁74，横梁74的四端上各双向铰接固定悬摆2。

梁72通过两根支柱75单向铰接置放在两连接元件8上。连接元件8双向铰接悬挂在两根摆2上并在第三点上双向铰接由一固定摆7支承，摆7用其下端双向铰接置放在杆71的上端。支承元件即摆2和摆7在空间上呈倾斜布置，因此当杆上端的轴线从垂直变成倾斜时，梁72保持在基本水平的位置。通过将梁72连同其载荷的振动与由基础引发的杆的振动相隔离，所支撑的质量没有以反力对杆起反作用，所以减小了杆的动载荷。

图36为用于柱71上一照明单元防震的振动隔离，其中采用的是图21所示原理的虚摆。

柱的上端在本例子中为环形的三个支臂76，它们在其高顶点上双向铰接支承支撑元件11，即一倾斜布置的摆。摆11在下支点12上支撑着连接元件9，在图36a的垂直顶视图中呈三星状。连接元件9在其顶端一万向支承结构77中带有一支架78，其上布置有三个或数个辐条79，辐条与带有数个灯81的圆环80相连。

摆11也可像图36b中那样采用绳结构。

一弹性波形管构成柱71和灯81之间电连接的绝缘套管。

图37所示为根据图21中所示原理应用虚摆的第二个例子，用于将灯支架82与其固有振动与地面的基础振动叠加的振动柱71的振动隔离。

柱71在上端带有三个支臂76，其上各支承或者构成在两端带有双向铰接支承的刚性支撑元件摆11，或者构成普通绳结构三角架形式的连接元件9，三角架在一万向支承结构77上带有一悬挂支架78，它与作为灯支架的三个支臂82固定连接。

图38在柱上一灯组隔振支承结构的该结构中，采用根据图23原理的虚摆。柱71上端的三个或数个支臂76利用绳83或选择利用两端带有万向轴承的摆，支承与摆的数量相应的带有星形布置悬臂梁73的连接元件8。

在连接元件8的中心13中，垂直的支撑元件14万向置放。支撑元件14的下端在柱71中径向支撑双向铰接并可轴向移动置放。

在支撑元件14的上端中，一万向支承结构内置放着带有用于支承灯81的数个悬臂梁79的灯支架82。

图39所示为采用与图38例子中相同原理的一种变式。在这里支臂76定位在摆内。由绳83构成的摆或带有两端双向可活动轴承的摆支承一圆环80，圆环通过圆环中心的辐条73支承一轮毂84，垂直支撑元件14保持在轮毂中的一万向支承结构77内。此外，该结构与图38中例子的结构相对应。4.8悬挂物体通过虚摆抗震

建筑物顶端的悬挂物体，如灯、广告牌和指示牌在建筑物振动时同样受到振动。悬挂的物体本身就是摆，若是通常的尺寸有可能产生共振。振动幅度大，物体在建筑物顶上就可能受到冲击、损坏或破坏，有时会断裂。悬挂的带电物体的损坏存在引发短路、引起火灾的危险。沉重的悬挂物体，像厅堂内的大型枝型吊灯断裂时会对人身造成伤害。

因此，即使是现有的建筑物，通过将这类悬挂物体悬挂在虚摆上以消除潜在的危险也是很有意义的。

图40所示为根据图21的原理将一照明单元悬挂在一虚摆上。

三条绳83(电缆)固定在天花板上一等边三角形的三个点上，绳向下靠近共同的中心呈倾斜布置，绳上支承一三面三角锥85形状的管支架。三角锥的顶端双向铰接，以借助两个相互链接的环这种最普通的形式悬挂一根作为灯支架的杆86。

图41所示为悬挂在一大长度虚摆上的灯，类似于图40的例子。在这里，连接元件9由构成一三面三角锥的边的三个支臂76组成。

图42灯87顺序悬挂在根据图11图示的各两个虚摆上。稳定的支撑元件2是一双向铰接固定的杆、绳或链形式的悬挂在天花板上的摆并支撑连接元件8的一端。由固定在天花板上如一倒挂三角锥的边布置的杆、绳或链形式的四个元件组成的支承结构5为非稳定的支撑元件7的下双向铰接轴承点构成支点88，非稳定支撑元件在上端双向铰接与连接元件8的另一端连接。连接元件8上悬挂单向铰接置放垂直弹性悬挂着灯87的负荷支柱89。4.9通过虚摆上的质量减振

高层建筑、细长的塔状建筑、高杆和烟囱会因地震和强风引起可能会有严重后果的横向振动。为了减少随着变形而来的弯曲应力和防止材料疲劳断裂，采用降低振幅的减振装置非常有效。在这种情况下是在建筑物的顶端，或者若是细长的烟囱和拉紧的杆子在出现最大振幅的部位可以摆动地布置附加质量并通过弹性支撑元件和减振器与建筑物连接或通过有源系统运动，以便通过减振装置附加质量的传动反作用抵消建筑物的固有运动。

使用虚摆对支撑这种附加质量会很有益处。在所需空间最小的情况下，通过自由选择设计参数可以为所支撑的减振器质量的任何所希望的固有频率设计简单方式的虚摆。

若是有源传动的减振器，使用虚摆的优点是质量悬挂的摩擦非常小并且可任意设计固有振动周期。

图43为一塔内的无源减振器。根据与图11相应的原理的三个虚摆P_v支撑减振器质量90。弹性减振器91水平靠着建筑物质量支承减振器质量。

图44所示的有源减振器系统由减振器质量90组成，由根据与图11相应原理的三个虚摆P_v支承。基准质量92支承在根据与图9相应原理的三个虚摆上，摆设计得摩擦很小并带有少量的中间位置滞后和非常长的固有振动周期。

用于对与建筑物结构的运动相分开的涉及建筑物位置的基准质量92的两个水平轴上进行位置测定的传感器93为建筑物质量90通过促动器94的运动提供调整参数。

图45所示为采用通过根据图13相应原理可以用于有源也可用于无源系统的三个虚摆P_v支撑减振器质量90的减振器系统。受到拉力负荷的支撑元件在该例子中采用的是绳。

图46所示为在一有源系统中将减振器质量90或基准质量92支撑在根据图21相应原理的三个虚摆P_v上。稳定的支撑摆11在该例子中采用的是绳结构。

图47在用于管式杆的该减振器系统中，减振器质量90呈环形布置在杆的外部并由根据图11相应原理的三个虚摆P_v支撑。稳定的支撑元件摆2并不直接作与连接元件8连接，而是通过一不起摆作用的延长物95和中间杠杆96在更高的一个水平面上移动，并由此节省径向空间，减少空气阻力。通过护板97减振器的功能不受风力叠加。

图48在用于格式杆的该无源减振器系统中，为减少空气阻力减振器质量90以一平面圆盘的形式环绕杆布置并通过根据图11相应原理的三个虚摆P_v支撑。除通过虚摆P_v自定中外，通过不稳定的支撑元件7的基础活节上弹簧98进行回弹。减振通过一摩擦圆盘99完成。稳定的支撑元件2由绳构成。

为使功能不受风力的影响，减振器结构基本上由一空气动力学上有效的护板97覆盖。4.10降低土壤液化的危险(液化)大大降低土壤液化的危险

当地面振动时，来自建筑物质量的变化的力矩造成地基波浪形负荷，它在某些地下造成土壤松软和地面承受力下降的后果，以致于建筑物会下沉。

因为通过虚摆支撑的建筑物与地面的水平振动几乎完全隔绝，所以建筑物质量没有受到水平加速度，没有产生建筑物质量的倾覆力矩的反作用，以致于避免或在极限范围内减少导致土壤松软的效应。

建筑物质量的反作用在振动影响下在某些地下造成具有灾难性后果的土壤液化。土壤高粘滞液化，建筑物倾覆或在地面下沉。如果建筑物的质量小于土壤在埋在土中的建筑物的体积部分中所占的质量，那么建筑物在液化时浮起并从地面隆起。通过虚摆基础上的防震模块，建筑物的质量反作用降低到3/1000。液化在某些情况下得到防止。

在地面水平振动情况下，地基中的静载荷与振动同步变换方向的动态力偶的叠加，以吸收来自建筑物质量加速度中的建筑物倾覆力矩。

建筑物质量加速度引起的在地基边缘上交变的附加负载为 $L_a=m\·a\·\frac{h_m}{W}---\left(24\right)$

          m......... 建筑物的质量

          a......... 建筑物重心处的加速度

          h_m.........地基倾覆边缘上建筑物的重心高度

          W......... 地面振动方向上地基倾覆边缘的最大距离

交变的对地压力在潮湿的土壤中对土壤中的水份产生一种泵的效果。由此像砂子和砾石这种土质之间的附着摩擦通过物体之间的脉动漂浮而松动，土壤变成一种粘滞的流体，土壤液化成浆。

建筑物会在地面下沉并在力不平衡下还会倾覆。

在依据本发明的对物体的支撑中，所支撑的质量不会出现上述的反作用，因为它没有受到值得重视的加速度。地基的静载荷不与来自倾覆力矩的交变负荷叠加。土壤液化的危险大大降低。

图49为在很软很湿的土壤条件下进一步降低由虚摆P_v支撑的建筑物的危险，作为防震模块基础的防震模块地基这样构成，使与局部土壤的质量密度相应的埋入土壤中的建筑物下部的体积在轻型结构上不变形，并使所挖走的土壤的质量相当于整个建筑物的质量。

为减少土壤中的压缩波对地基力学上的力作用，防震模块地基100构成向外部边缘弯曲上升的形状。

图50如果在沉积层下的湿软土情况下没有很大距离便可达到硬土或岩石基的话，那么根据与图49相应的地基结构可加装柱基103。4.11基础与所支撑物体之间的建筑物密封

图51在埋入土中和地震时受到地面水平振动运动的地下室的外墙和由按虚摆原理的防震模块支撑保持在静止状态的建筑物结构51之间，留有一运动间隙113，但不应让风、灰尘、潮气和有害小动物通过。

在运动间隙的一面，最好是上面，是钢丝刷带101并用编织隔离棉填充的空隙。在另一面上装有可调斜边的滑动框102。

图52如果防震模块为抑制垂直振动而加装了垂直弹性和减振装置，那就需要同样安装垂直弹性装置来密封运动间隙。

对着振动隔离的建筑物结构51或一附加的滑动护板105，一U形密封框106受到弹性元件107，例如螺旋弹簧或板簧的挤压。框106通过与地下室外墙22固定连接的U形的下部108垂直引导并利用通过弹力控制滑动的密封板109对下部进行密封。密封框106通过垂直向上由弹簧挤压的密封板109和一填充栓110相对振动隔离的建筑物结构或滑动护板105进行密封。4.12通过改进界面位置降低火灾危险

图53因为建筑物的质量在地面振动时在频率交变下被来回加速，质量通过埋入土壤中的建筑物地下室22的垂直面对地面的反作用产生一种挤压。取决于生成的单位面积压力地面下沉和卸载，处于土壤中的馈电线111和固定在建筑物中的线路端头产生可能导致线路断裂的拖扯。输气和电路管线的断裂因短路而燃烧。这种经常发生燃烧的原因可以通过降低土壤下沉和与此相关的对线路的拖扯而减少，因为对土壤的单位面积压力减少并且加速度的反作用不再来源于整个建筑物的质量，而是仅来源自一很小的部分，即只来源建筑物地基的质量。局部断裂危险相应降低。

在建筑物内，悬挂的U形环线112中的揉性线路连接保证在振动的基础和振动隔离支撑的建筑物结构51之间相对运动情况下不会造成线路损坏。4.13允许建筑物下有地面裂缝

甚至在最不寻常的情况下，即直接在建筑物下沿着一条裂缝两个边以相反的方向运动或相互移开并留下一个敞开的裂缝，该系统仍然允许建筑物无事，因为该模块的功能互不干扰并平衡基础上跨度的变化。

该系统提供所支撑结构的稳定性。

图54所支撑的建筑物结构51上的建筑物支柱的分度距离t通过固定安装不会改变。地基20上的防震模块56的分度距离与建筑物上部的分度距离相应。

如果通过地震压缩波造成防震模块56之间形成裂缝，那么防震模块56的支柱跨度增加裂缝宽度S_p的量。防震模块起到虚摆作用，将负荷支点定在其虚拟悬挂点下面的其振幅的中心。

如果两个虚摆的虚拟悬挂点间的距离增大，那么相互固定连接的负荷支点就处于一平衡位置，以致原始中间位置点的偏移在两个虚摆上是一样的。4.14降低爆炸时的冲击

由于所支撑的物体相对于基础的移动阻力小，依据本发明，建筑物或物体在超过最强风的风滞压力的那种风力下，就像建筑物附近的爆炸所可能引发的那样，可以在任何方向上偏移并由此减少风力力矩的影响。

风力支撑自动以与风力变化率的需要相应的调整值—变化速度而根据风力进行调整。

因爆炸产生的气压上升在极短的时间内完成，在这段时间内通过自动调节完成对风力补偿的支撑力的迅速上升。因此建筑物在压力波的突然冲击时在小反作用力下可以后退，大大降低冲量影响。

5.附图简要说明

图1为一座房屋的图示，依据本发明支撑在表示大长度虚摆的防震模块上，具有该房屋仿佛悬挂在摆长l_v的长摆上的运动状态。

图2-图4所示为与根据相关文献的现有技术相应的防震装置。

图5为“对解决所提出任务的推论”一节中用于基本观点的一根数学摆的图示和所使用的标记符号以及函数变量。

图6和图7为升高和下降的谐波运动的叠加。

图8用于对本发明进行阐述和以图示方式对作为支撑元件的稳定的和非稳定的摆进行对比。

图9一装置举例简图，该装置是在相对来说很小的垂直实际延伸情况下反映一根大长度虚摆并说明解决任务的作用原理，即这张运动学示意图作为所要支承物体支承装置的一个点具有空间上的运动状态，仿佛该点是一根长摆的振动端。

图10图9的俯视图简图。

图11为摆示意图所使用的符号。

图12图9一种变式的简图。

图13为图12的一种变式的虚摆，其中铰接悬挂的稳定的摆的杠杆和铰接固定的非稳定的摆的杠杆处于不同高度平面。

图14-图16所示为图13的虚摆处于不同的运动相位。

图17所示为图13的虚摆与振动的基础的运动关系。

图18为与图9例子不同的实现虚摆的第二个例子的简图。

图19为图18例子的俯视图。

图20和图21以简图方式对图18和图19中实现一大的虚摆长度例子的补充。

图22为虚摆变式示意图。

图23，23a，23b，23c为一虚摆及其运动相位的示意图。

图24表示基础与虚摆的相对运动。

图25以原则上可实施的方式表明由虚摆支承的物体的定中和风力补偿装置。

图26为借助一由弹性体材料制成的弹性块对由虚摆支承的物体进行定中的装置示意图。

图27为由虚摆支撑的物体借助通过弹力压进一定中仪的球体定中和风力支撑装置。

图28为对由虚摆支撑的物体进行定中和风力支撑的一液压控制系统示意图的简图。

图29所示为借助一通过液压弹力支撑在与基础连接的地基侧壁上的平衡器对一由虚摆支承的物体进行定中和风力支撑的装置。

图30所示为与图29相同的装置，带有附加组合液压泵，其传动能量来自地震时基础的运动。

图31所示为通过将一不受风影响的建筑物部分作为位置基准的在风力负荷下对建筑物定中的系统。

图32以图示方式说明降低加速度的垂直弹性系统。

图33为带有垂直弹性系统和风力支持的防震模块。

图34所示为灯柱严重振动下的弹性变形。

图35所示为杆顶端上的一虚摆。

图35a为图35的一横截面图。

图35b为图35的俯视图。

图36，36a，36b所示为装有通过虚摆振动隔离的一杆上的灯组和细节。

图37—图39所示为杆上振动隔离灯的变式。

图40和图41所示为带有通过按图21的虚摆振动隔离的吊灯。

图42所示为悬挂在按图9所示虚摆上的一灯组。

图43所示为支撑在按图9所示虚摆上的减振器。

图44所示为同图43的减振器，带有按图21所示虚摆支承的位置基准。

图45所示为减振器质量支撑在按图13所示的虚摆上。

图46所示为减振器质量或位置—基准质量悬挂在按图21所示虚摆上。

图47所示为一管状杆上利用虚摆支撑的减振器。

图48所示为一格式杆上利用虚摆支撑的减振器。

图49所示为一作为虚摆基础的防震模块地基。

图50所示为一作为虚摆基础的带有杆基的防震模块地基。

图51所示为振动隔离的建筑物运动间隙的密封。

图52所示为一建筑物水平和垂直振动隔离下运动间隙的密封。

图53所示为在一振动隔离的建筑物上馈电线路的界面情况。

图54所示为地震时采用虚摆原理的防震模块支承的建筑物下地面开裂的影响。

图55所示为实现图21原理的虚摆，作为支承建筑物和物体的装置装入一建筑物地下室的防震模块。

图56所示为一带有垂直弹性系统的防震模块在一建筑物地下室中的安装情况。

图57为一防震模块，如图55中所示，带有按图25所示的定中和风力补偿装置组合。

图58为一防震模块，如图55中所示，与作为定中弹簧的一弹性体块组合。

图59所示为实现图12原理的虚摆，作为支承建筑物和物体的装置装入底层的防震模块。

图60所示为一由如图59中所示防震模块支承的建筑物的垂直断面，具有建筑物定中和接受风力的支承装置。

图61为一建筑物地下室的水平断面和定中装置平面上的框式地基并给出按图30例子的支撑的布置。

图62所示为基础连同地基在与建筑物墙壁平行的一运动方向上与建筑物的静止的地下室相对位移。

图63所示为基础连同地基在与建筑物墙壁成角度的一运动方向上与建筑物的静止的地下室相对位移。

图64，64a，64b所示为支撑一高层建筑的虚摆。

图65所示为按图21所示装入一混凝土基础内的虚摆。

图66所示为一公路通过虚摆支撑在桥塔上。

图67所示为利用支撑在基础的虚摆上支撑桥塔。

图68所示为一格式杆支撑在图21所示的虚摆上。

图69所示为一管道支撑在虚摆上。

图70所示为一管道栈桥支撑在虚摆上。

6实施例说明

图1所示为，依据本发明建筑物体或所要支撑的物体置放在这里称为防震模块56的支承结构上得以保护，该支承结构通过连贯的共同的地基或也可通过用于各防震模块的各自单独的地基与地面固定连接。防震模块支承建筑物体并使其在防震模块的支点上具有与仿佛物体悬挂在非常长的摆上这种运动形式相似方式的空间上的运动状态，由此物体只受到最小的加速度。在其结构高度很小情况下，这种防震模块为带有长周期的大的虚拟长度l_v的虚摆P_v。该支承结构或防震模块可以设计得使其可以用于一种可能的运动所希望的，或要求的任何振幅，以致最极端的水平的地面运动也不会传递到所支撑的物体上。通过相应的设计和确定尺寸，可以达到置放在防震模块上的建筑物的固有振动频率比一般地震情况下出现的地面的振动频率小数倍。

图55所示为按图21所示结构装入一房屋地下室内的防震模块56。三个支撑元件11在其端上各有一球形轴承15或可选择的万向关节或万向球接头17，并在其上端双向铰接悬挂在支承结构5上，并在下端支承连接元件9。在连接元件9的上端通过球头17与所支承的建筑物结构51连接的建筑物支柱16连接。由弹性体材料或金属制成的波纹管18将球头轴承密封。一滑动的密封件19密封所支承的可相对于基础6运动的建筑物体与基础6的建筑物部分之间的间隙。

图56所示为装入一房屋地下室中的按图12所示的防震模块56。按图32所示的垂直振动隔离与建筑物支柱16为一整体。为与基础与振动隔离的建筑物上部之间的相对运动相配合，按图52所示对建筑物间隙设有密封114。

图57所示为与图55类似结构的防震模块56。按图25的结构形式附加安装了一定中和风力支撑装置57。该方案的优点是可节省占地面积。支承物体和准确定中及风力抵消反作用力的双重功能结为一体。

图58所示为隔离支承和定中功能另一种组合的防震模块56。定中功能由弹性块48完成。

图59所示为在采用底层安装的高层建筑物的重负荷结构下，按图12所示结构的防震模块。稳定悬摆2在两端各有一球形万向轴承或一万向关节，并在其上端悬挂在支承结构5上。摆2的下轴承上置放作为连接元件的支架8。连接元件8的另一端通过万向球接头17或也可选择通过一万向关节或球形万向轴承支撑在固定的非稳定的摆7上。固定摆7通过一相同的接头17如同在上端一样在下端支撑在基础，在这种情况下是地基20上。在支架8上，建筑物支柱16单向铰接置放支撑并支承建筑物1。建筑物1的底层与地下室22或数个地下室共同悬在建筑物1上。地下室22和基础旁地基20之间的间隙23被底层的地板遮盖以及向地基的运动间隙用滑动密封件19密封。建筑物的水和能源以及通讯供给管线21的连接在地基基础20和建筑物的地下室22之间采用U形环线上的悬挂柔性结构，以致于基础和建筑物之间可以相对运动而不会危及到这些连接。

图60所示为以图59的结构方式通过防震模块56沿着建筑物的外部边缘支撑的一高层建筑的垂直局部断面。在地下室22的平面54中，在建筑物的范围上装有水平支撑24，根据与图29或图30相应的原理带有与图28相应的液压装置。

图61所示为一建筑物地下室22和作为图60中平面54上防震模块支承基础的环绕地下室构成的框形地基20的水平断面。在与基础和与此连接的基础20在各个方向上可以相对运动或移动的地下室20的每一面上，每面墙上各有两个装置24用于水平支撑风力和建筑物与地基相对准确定中。支承装置24与图30所示相应。如果在建筑物上部形成风力，那么建筑物保持在与图61所示的相同位置上。支承装置对最微小的回弹都会作出反应并提高弹性元件中的支承力，直到与风力达到平衡。在没有风造成的外力情况下准确的中间位置上，导辊和地基壁之间有一微小间隙。所有弹簧缸均移至其液压阻尼的挡块处。

图62如果基础沿箭头58所示方向由于地震发生移动，那么水平支撑24弹到在地基壁20靠近建筑物的那面上。在建筑物的该两个面上离开墙壁。

图63当基础在不与建筑物平行或与此垂直的方向58上运动时，支撑元件弹到两个面上并在该两个面上离开墙壁。

图64所示为采用虚摆原理在视野内与地面平行支撑在防震模块上的一高层建筑外观截面。按图12所示的虚摆成对对称布置。稳定的悬摆2成对以保持平衡，通过一在其中心单向铰接置放的平衡支架115支撑在支柱116上。

从防震模块的布置上可以看出，这种结构适用于对骨架式结构的现有建筑物进行加装。在现有的支柱位G的范围内由加入虚摆的元件替代。

图64a和图64b为图64的一垂直截面，所示为建筑物与地面平行的外部结合，带有运动伸缩缝和建筑物间隙密封114，一个表示防震模块处于建筑物的外部，另一个表示防震模块处于建筑物的内部。

图65所示为作为根据图21相应原理的防震模块的一个虚摆。在埋入基础6中的建筑物117中，预装的模块为整体并通过法兰连接。负荷支柱89通过法兰与所支承的物体连接。稳定的支撑元件即摆11为绳结构。连接元件14为支撑风力通过弹簧118定中并为接受负加速度通过弹簧119压下。负荷支柱89双向铰接支撑在带有球头17的连接元件14中并通过套筒式导轨120和机械弹性装置126或可选择的气动弹簧的弹性支撑来支撑物体负荷。

图66所示为支撑在桥塔上的高架路基122与桥塔平台121相对与其横向振动隔离的一种结构；以这种方式桥塔在其支柱的纵向弯曲负荷中卸载，因为它不再受到来自路基横向加速度中的质量反作用，而是主要仅通过其自身质量和一小部分防震模块质量加负荷。虚摆的实施与图13的原理相应。只要该路基支点是一个固定轴承，水平作用的弹性元件126就将连接元件保持在其中间位置。只有在预先给定的弹簧力被超过时，路基122和桥塔平台121之间的自由相对运动才有可能。

图67为用于基础上高架路基的桥塔125的振动隔离。虚摆以与图9相应的原理为基础。在所展示的形式中，该道路平台支柱同时也是一个桥梁浮动支架。稳定的悬挂摆即支撑元件2由两根连接杆123和两个横梁124构成。

图68所示为一格式杆，支撑在与图21相应原理的防震模块上并装有风力支撑装置。

图69所示为通过与图9所示原理相应的一根稳定的和一根非稳定的摆2和7支撑的管线管。连接元件8本身设计为管的支撑件。管横截面的中心在水平移动时表示如一根长摆下端的轨迹。管象悬挂在一根虚摆上。固定摆7通过向一挡块偏移的弹簧47保持在垂直位置上。只有在摆7上预先给定一倾覆转矩时，弹簧47才会受到压缩并且支撑系统才能运动。倾覆转矩预先给定为使来自横向加速度的质量反作用只有与地震值相应才能引起运动。

图70为化工厂和精炼厂所使用的那种管道栈桥在虚摆上的支撑。负荷支柱89由连接元件8支撑，连接元件由稳定的支撑元件即悬挂摆2和非稳定的支撑元件即固定摆7支撑。

Claims (29)

1.保护建筑物等物体不受来自例如地震引起的基础(6)加速度的动态力损害的方法，其特征在于，在支承物体(1)的负荷系统中，稳定的，升高物体质量的和非稳定的，降低物体质量的支撑元件(2，7，11，14)的作用因其互相连接而叠加，使得当基础(6)因地震产生交变的水平运动时，在支撑元件(2，7，11，14)与基础(6)连接的支点(10)相对于物体(1)的惯量位置的位移只引起支撑元件或互相连接的组合支撑元件的支点(P)上的物体质量(1)出现一极小的升高，由此产生一很小的进入静止位置方向的使物体稳定的回复力(F_R)，从而又产生一微不足道的带有长周期固有振动的物体加速度。

2.实施按权利要求1所述方法的装置，其特征在于，为将物体(1)去振置放在与振动的基础(6)相对的至少三个支点(10)上，以防止物体(1)受到基础(6)的振动，物体支撑在一连接元件(8，9，14)上，连接元件从它那方面通过向各个方向摆动置放的相互连接的支撑元件(2，7，11，14)支撑在振动的基础(6)上，支撑元件(2，7，11，14)在其原始位置上这样确定尺寸和布置，使连接元件(8，9，14)连同铰接在其上的支撑元件(2，7，11，14)为一虚摆，为物体(1)在连接元件(8，9，14)上的轴承支点(P)产生一种如同是一根非常长的摆的自由端的运动形式。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，连接元件(8，9)在支撑元件(2，7，11，14)的铰接侧上升高并在相对侧上降低，并且将物体(1)支撑在连接元件(8，9，14)上的轴承支点(P)，在以振动的基础(6)为基础的水平振幅下只得到很小的升高并完成这样的运动，形成一平缓弯曲的，向上看为敞开的凹面的位置面。

4.按权利要求2或3所述的装置，其特征在于，两个支撑元件(2，7，11，14)通过连接元件(8)，(8b)各自双向铰接连接，一个支撑元件(2，12)构成一根上端双向铰接摆动在与基础(6)连接的支点(10)上悬挂的稳定摆，另一个支撑元件(7，14)构成一根下端双向铰接置放在基础(6)上的固定的非稳定的摆，并且物体上的连接元件(8)置放在一水平轴线上，因此相对于物体(1)不会产生围绕竖轴的转动。

5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，连接元件(8)连接另一个连接元件(8b)，并通过连接元件(8a)双侧单向铰接与其连接，并且单向铰接置放在负荷支柱(W₁)上的那个支撑元件(8b)还双向铰接支撑在非稳定的摆，即支撑元件(7)上。

6.按权利要求2或3所述的装置，其特征在于，一连接元件(9，14)上的三个支撑元件(11)在周长的三个点上双向铰接，在静止位置上从连接元件(9)的中心离开向上斜着向外倾斜布置并双向铰接悬挂在基础(6)上。

7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，支撑物体(1)的轴承支点(P)布置在由支撑元件(11，14)在连接元件(9)上的三个轴承支点(12)构成的一平面的上面。

8.按权利要求2所述的装置，其特征在于，与至少两个在其上端各自双向铰接着摆动悬挂在平行布置下的与基础(6)连接的支点(10)上的支撑元件(2)双向铰接连接的连接元件(8)，在其中间支承单向铰接置放在连接元件(8)中的支撑元件(14)，由此表明支撑元件(14)进入支撑元件(2)上连接元件(8)的支点方向的回转运动，并且该连接元件在其支承结构的下面的其下端上双向铰接并可径向移动置放在连接元件(8)上，并且该连接元件在连接元件(8)上的其支承结构的上面在一双向铰接轴承支点(P)上支承物体。

9.按权利要求2或8所述的装置，其特征在于，与权利要求8所述结构的装置不同，连接元件(8)支撑在平行位置上数个对称布置的支撑元件(2)上，并且支撑元件(14)双向铰接置放在连接元件(8)上。

10.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，为接受风力在基础(6)和物体(1)之间所支承的物体下布置一承受横向力的杆，其中杆的一端与一预压拉力弹簧(41)非铰接固定在基础(6)或所支承的物体(1)上的那一端非铰接固定连接，其另一端连同轴颈(42)径向可移动支撑在一固定在相对的物体(1)上，确切地说是基础(6)上的可双向转动的轴承(43)中，由此物体(1)和基础(6)的位置相对固定，并只有在作用于轴颈(42)的横向力超过通过拉力弹簧(41)的预压预先给定的值时，才会在基础(6)和物体(1)之间出现相对的可移动性。

11.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，所支承物体(1)下在基础(6)和物体(1)之间布置一接受横向力的杆，其中杆的一端与固定连接在基础(6)或所支承的物体(1)上的由弹性体材料制成的弹簧块(48)固定连接，其另一端连同轴颈(42)径向可移动支撑在一固定在相对的物体(1)上，确切地说是基础(6)上的可双轴转动的轴承中，由此物体(1)和基础(6)的位置相对弹性固定。

12.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，为接受风力在所支承的物体(1)下固定了一个或数个支持装置(50)，借此一可向各个方向转动置放在一垂直轴线中的定中球(44)利用一机械或液动弹簧(47)预先给定的力向下被压入一与基础(6)固定连接的具有从其中心的原始值向外增至180°张开角的定中漏斗(45)的中心，由此在物体(1)和基础(6)之间实现合乎形状的结合，它能够将水平力传递直至达到取决于弹簧力和漏斗中心内张开角的极限值，当其超过时定中球(44)通过漏斗的倾斜面垂直逆弹簧力升高并在变得平缓的漏斗的范围内滚动，使可水平传递的力变小并使漏斗的外面水平力为零，因此在基础(6)受到地震振动下在物体(1)和基础(6)相对运动期间只有微小的或取决于基础(6)的振幅几乎没有水平力从基础传递到物体上。

13.按权利要求12所述的装置，通过其支承结构的特性对可轻微水平移动的物体或建筑物进行定中和提供一种支持力，其特征在于，一垂直导向的并置放在滚动球架(49)内的定中球(44)利用一机械的或液动的或粘弹性的弹簧力被压入一定中漏斗(45)中，以致于水平作用于建筑物结构(51)上的风力不会在定中漏斗(45)中定中球(44)的接触点上造成反作用力，其垂直分量(Fv)可将垂直导向中的定中球(44)逆弹簧力压回。

14.按权利要求12所述的装置，其特征在于，在定中球(44)最低位置与定中漏斗(45)的接触线构成的圆周外面的定中漏斗(45)有一可变大至180°的张开角(γ)，以致于如果大于最大水平风力的水平移动力将定中球(44)弹入其垂直导轨而且定中球(44)和定中漏斗(45)之间的接触点在定中漏斗(45)中径向向外移动的话，来自定中球(44)和定中漏斗(45)接触点上法向力的水平分量(FH)从定中漏斗(45)的中心径向向外减少。

15.按权利要求12所述的装置，其特征在于，如果由定中漏斗(45)的水平移动造成的垂直力(Fv)超过弹簧力，处于垂直导轨内的定中球(44)会无制动地逆垂直作用的弹簧力弹回，并且垂直导轨连同定中球(44)的回弹通过液压的节流被降到一很低的速度上，以致于整个回弹行程的时间是最大的地震振动周期的倍数。

16.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，为接受风力，在基础(6)的垂直侧壁和所支承物体(1)的同一高度的点之间，环绕深入基础(6)中凹处内的物体(1)分布至少三对弹簧刚度低的机械或液动弹簧(47)，每对对应一个轴线，一对用于垂直，两对用于水平，各自与物体(1)成对对应布置，向着地基的侧壁方向它们装有滑块或辊子(25)，可与可动的一辊或多辊一起在可伸展的引导机构上水平移动。

17.按权利要求15所述的装置，其特征在于，该装置为保证与基础的侧壁(20)四周均匀的距离，在通过物体相对于基础因风力而摇摆时，弹簧哪怕只有一点移动，其弹簧力就自动升高，这通过调节液压工作阀控制，直至完全弹出在额定位置，并且如果除风力外还有地震振动下基础的移动，由于弹簧刚度低，使逆存在的风力的支撑力只有少量提高，以致于仅有一微小的反作用力作为作用于物体质量上的加速度力。

18.按权利要求16或17所述的装置，其特征在于，利用随基础振动的地基和通过虚摆振动隔离的建筑物结构之间的相对运动，来获取辅助能量驱动一个或数个泵(37)，泵可以单独布置或与和相对运动相关的定中和风力支撑元件组合布置。

19.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，在风力加载以外的通过虚摆与主建筑物分别振动隔离支撑的建筑物部分起到对处于风力负荷下的主建筑物进行位置调节的位置基准的作用。

20.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，虚摆的负荷支点(P)和所支撑的物体之间的负荷支柱作为垂直的减振支柱具有低的弹簧刚度和由此决定的减振特性，因此可以是机械、液压—气动或流体弹性类型的弹性元件。

21.按权利要求6，10或20所述的装置，其特征在于，风力支撑装置和带有虚摆的垂直弹性装置合并在一个单元内。

22.按权利要求4所述的装置，其特征在于，虚摆的连接元件(8)在支柱上支承在两个悬挂摆支撑元件(2)和一个固定摆支撑元件(7)上，并且支撑元件(2)和支撑元件(7)空间上倾斜布置，为在振动偏转时平衡灯杆的倾斜，以使轴承支点不在相同程度上倾斜。

23.按权利要求6所述的装置，其特征在于，连接元件(9)在下部上有其负荷支点(P)并支承悬挂的物体，并且支撑元件(2，11)由绳组成。

24.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，支撑元件(2)由绳组成。

25.按权利要求4所述的装置，其特征在于，悬挂摆支撑元件(2)吊在通过建筑物与基础连接的天花板上，并且非稳定的摆支撑元件(7)在其下端支撑在由四个或三个悬挂在建筑物顶上相互倾斜走向的杆、绳或链构成的中心上。

26.按权利要求4，5，6或23所述的装置，其特征在于，至少三个虚摆支承减振器的质量。

27.按权利要求4，5，6，8，9或23所述的装置，其特征在于，稳定的悬挂摆可以是绳或链。

28.按权利要求2至9之一所述的装置，其特征在于，用于构成虚摆并将所支撑物体的负荷传递到地上的地基在其底边向外部边缘成上升拱形结构。

29.按权利要求4所述的装置，其特征在于，连接元件(8)可直接作为物体的支承结构。

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