CN112878385A - 组合支座系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合支座系统，实现竖向振动和水平地震双隔的目标。该组合支座系统用于建筑减振，包括1个竖向限位墩、多个U型钢棒或U型钢板、多个可滑动竖向减振支座，其中：所述竖向限位墩设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间；所述多个U型钢棒或U型钢板和所述多个可滑动竖向减振支座以中心对称的方式水平布置，对称中心为所述竖向限位墩；U型钢棒或U型钢板的两臂上下设置，上臂连接到上部建筑，下臂连接至下部基础或下部建筑；U型钢棒或U型钢板的U形开口朝向所述竖向限位墩；所述多个可滑动竖向减振支座设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间。

Description

组合支座系统
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别地涉及一种组合支座系统。
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
本发明提供了一种组合支座系统，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：
一种组合支座系统，用于建筑减振，包括1个竖向限位墩、多个U型钢棒或U型钢板、多个可滑动竖向减振支座，其中：所述竖向限位墩设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间；所述多个U型钢棒或U型钢板和所述多个可滑动竖向减振支座以中心对称的方式水平布置，对称中心为所述竖向限位墩；U型钢棒或U型钢板的两臂上下设置，上臂连接到上部建筑，下臂连接至下部基础或下部建筑；U型钢棒或U型钢板的U形开口朝向所述竖向限位墩；所述多个可滑动竖向减振支座设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间。
可选地，U型钢棒或U型钢板的数目与可滑动竖向减振支座的数目相同。根据地震下水平耗能需求确定；U型钢棒或U型刚度较小，竖向刚度的大小不会影响组合支座系统的竖向减振性能；U型钢棒或U型钢板可由其他竖向刚度较小、水平耗能能力较强的其他金属阻尼器替代。
可选地，U型钢棒或U型钢板与可滑动竖向减振支座间隔布置。
可选地，U型钢棒或U型钢板的上臂通过套筒六角头螺栓与上部建筑连接。
可选地，所述竖向限位墩的上半部为圆柱，下半部为方柱，圆柱与方柱同轴设置，前者直径小于后者的长和宽；套筒六角头螺栓依次穿过所述U型钢棒或U型钢板的下臂以及所述方柱，然后进入下部基础或下部建筑。
可选地，所述竖向限位墩与上部建筑之间设置有减振材料。
可选地，所述可滑动竖向减振支座上方连接至上部建筑中的结构梁。
可选地，所述竖向限位墩位于上部建筑中的两个结构梁的交叉处的正下方。
可选地，所述可滑动竖向减振支座具有上下方向的弹性部件，以实现竖向减振；并且可滑动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。
可选地，所述可滑动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；所述可滑动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。
根据本发明实施方式的技术方案，可滑动竖向减振支座有助于竖向减减和水平隔震，U型钢棒或U型钢板具有较大的耗能能力，当建筑承受地震作用时，通过U型钢棒或U型钢板的耗能，减小建筑承受的地震作用，减小组合支座系统的水平位移。
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滑动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水平减震与竖向限位相结合的构造的示意图；
图3是根据本发明实施方式的组合支座系统的示意图。
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滑动竖向减振支座的基本结构的示意图。如图1A所示，可滑动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。可滑动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。
可滑动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，为实现隔震提供的基础。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，可滑动竖向减振支座就发生滑动。
如图2所示，U型钢棒或U型钢板的上下端分别与上部建筑和下部建筑通过螺栓连接；由于U型钢棒或U型钢板竖向刚度较小，不会影响竖向减振；U型钢棒或U型钢板具有较大的耗能能力，当建筑承受地震作用时，通过U型钢棒或U型钢板的耗能，减小建筑承受的地震作用，减小组合支座系统的水平位移。
在竖向限位墩的四周设置的金属消能器为U型钢棒或U型钢板，具有以下特征：1、竖向刚度较小，不大于可滑动竖向减振支座的竖向刚度；2、具有较好的水平耗能能力。
将可滑动竖向减振支座和U型钢棒或U型钢板组合，形成组合支座系统，并且以竖向限位墩为中心，呈中心对称方式布置，如图3所示。可滑动竖向减振支座根据结构竖向荷载确定支座布置和数量；U型钢棒或U型钢板与竖向限位墩相结合，竖向限位墩提供竖向限位，当承受较大地震作用时，竖向限位墩可承担竖向压力，避免建筑物竖向发生坍塌，为避免地震下竖向压力对限位墩的冲击，在限位墩上表面设置减振材料。
组合支座系统的受力过程如下：1、组合支座系统的竖向刚度由可滑动竖向减振支座的弹簧刚度确定。2、在正常使用状态下，可滑动竖向减振支座承担竖向荷载；在地震作用下，当地震作用较小时(竖向变形较小，未超过弹簧变形限值)，弹簧承担竖向荷载；当地震作用较大时(竖向变形较大，超过弹簧变形限值)，竖向限位墩承担竖向压力荷载。3、组合支座系统的水平刚度由可滑动竖向减振支座水平刚度和金属消能器水平刚度组合而成，其中可滑动竖向减振支座水平刚度包含2个部分，一部分是弹簧自身的水平刚度，一部分是可滑动竖向减振支座底板摩擦产生的水平刚度，两者为串联关系。4、水平荷载如风荷载、地震作用等均由组合支座系统共同承担，可滑动竖向减振支座底部的滑板尺寸根据地震下变形确定，并与金属消能器的极限变形相匹配。
根据组合支座系统的位移和耗能情况，确定是否增设阻尼器，阻尼器为速度型阻尼器，可为黏滞阻尼器、电涡流阻尼器等。当支座系统的水平位移较大时，可通过增设阻尼器增加耗能，减小建筑水平地震作用，减小支座系统水平位移。
本组合支座系统适用于地震作用较小、竖向振动起控制作用的工程应用场景，如无地震区和6度区存在竖向振动控制需求的场景。
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)

1.一种组合支座系统，用于建筑减振，其特征在于，包括1个竖向限位墩、多个U型钢棒或U型钢板、多个可滑动竖向减振支座，其中：
所述竖向限位墩设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间；
所述多个U型钢棒或U型钢板和所述多个可滑动竖向减振支座以中心对称的方式水平布置，对称中心为所述竖向限位墩；
U型钢棒或U型钢板的两臂上下设置，上臂连接到上部建筑，下臂连接至下部基础或下部建筑；
U型钢棒或U型钢板的U形开口朝向所述竖向限位墩；
所述多个可滑动竖向减振支座设置在上部建筑与下部基础或下部建筑之间。
2.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，U型钢棒或U型钢板的数目与可滑动竖向减振支座的数目相同。
3.根据权利要求2所述的组合支座系统，其特征在于，U型钢棒或U型钢板与可滑动竖向减振支座间隔布置。
4.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，U型钢棒或U型钢板的上臂通过套筒六角头螺栓与上部建筑连接。
5.根据权利要求1或4所述的组合支座系统，其特征在于，
所述竖向限位墩的上半部为圆柱，下半部为方柱，圆柱与方柱同轴设置，前者直径小于后者的长和宽；
套筒六角头螺栓依次穿过所述U型钢棒或U型钢板的下臂以及所述方柱，然后进入下部基础或下部建筑。
6.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，所述竖向限位墩与上部建筑之间设置有减振材料。
7.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，所述可滑动竖向减振支座上方连接至上部建筑中的结构梁。
8.根据权利要求1或7所述的组合支座系统，其特征在于，所述竖向限位墩位于上部建筑中的两个结构梁的交叉处的正下方。
9.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，可滑动竖向减振支座具有上下方向的弹性部件，以实现竖向减振；并且可滑动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。
10.根据权利要求1所述的组合支座系统，其特征在于，
所述可滑动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；
所述可滑动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。
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