CN112942563A - 一种抗震房建结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种抗震房建结构，包括安装架、质量块、悬挂系统和阻尼系统，悬挂系统包括托底座和悬挂绳，悬挂绳的端部固定在安装架上，质量块放置在托底座上；阻尼系统包括多个吸振组件，吸振组件包括活塞筒和端部固定有连接活塞的活塞杆，连接活塞滑动连接在活塞筒的内部，连接活塞将活塞筒内部分隔为前腔室和后腔室，活塞杆转动连接在托底座上，活塞筒转动连接在安装架上；质量块内开设有多个容纳腔，吸振组件和质量块之间安装有反馈系统；反馈系统包括多个前反馈管道，前反馈管道的一端与一个容纳腔相连通，另一端与该容纳腔最靠近的活塞筒的前腔室相连通，容纳腔和活塞筒内均填充有液体。本申请具有能够提高建筑物的稳定性的效果。

Description

一种抗震房建结构

技术领域

本申请涉及房建结构的技术领域，尤其是涉及一种抗震房建结构。

背景技术

随着经济、科技的高速发展，各国建造的最高建筑的高度在不断刷新记录，目前世界著名的高层建筑有阿联酋的迪拜塔、纽约世贸中心自由之塔、上海环球金融中心等等，其高度均在百米以上，迪拜塔的高度甚至达到了一千三百米，令人叹为观止。

由于高空空气流动速度相对较大，这些高层建筑若遭遇较强的横风的作用，会发生较大程度的摆动，造成建筑物产生震动，影响建筑物的安全性和舒适性，如何进行抗震是建筑设计者必须要考虑的。在很多高层建筑中，设计师通会在建筑的顶部安装风阻尼器来减缓建筑物的晃动幅度。

风阻尼器又称调谐质量阻尼器，是高层建筑应对地震、大风等情况，用来吸收震波的一种装置。风阻尼器通常由吊装在楼体中上部一个几百吨重的大铁球通过传动装置经由弹簧、液压装置等来吸收楼体的振动，以达到抗震的目的。

如授权公告号为CN204609034U的专利文件公开的一种风摆式阻尼器，它的主要方案是，包括内部具有腔室且呈竖直方向设置的架体，架体内设有位于腔室中心且呈竖直方向设置的基座，基座由弹性材料制成且基座上端设有与基座同轴设置的平衡球体，基座上端具有与平衡球体外形相匹配的凹槽，在平衡球体周向外侧设有若干均匀分布设置的阻尼部件，阻尼部件内具有轴向滑动设置且延伸至阻尼部件一端的活塞杆，活塞杆一端均与平衡球体铰接相连，阻尼部件另一端铰接设置在架体底部周向外侧。这种风摆式阻尼器有助于高层建筑在大风状态下保持稳定。

针对上述中的相关技术，发明人认为，上述的平衡球体的质量是均匀分布的，在遇到强风或地震等情况发生摆动时，摆动幅度越大，平衡球体的重心与建筑物的中轴线的偏离程度就越大，进而越不利于建筑物的稳定，因此需要对其进行改进。

发明内容

为了提高建筑物的稳定性，本申请提供一种抗震房建结构。

本申请提供的一种抗震房建结构采用如下的技术方案：

一种抗震房建结构，包括：安装架、质量块、悬挂系统和阻尼系统，质量块通过悬挂系统悬挂在安装架上，所述悬挂系统包括托底座和用于对托底座进行悬挂的悬挂绳，悬挂绳的端部固定在所述安装架上，所述质量块放置在托底座上；所述阻尼系统包括多个吸振组件，吸振组件包括一端设有开口的活塞筒和端部固定有连接活塞的活塞杆，连接活塞滑动连接在活塞筒的内部，连接活塞将活塞筒内部分隔为靠近开口的前腔室和背离开口的后腔室，活塞杆与活塞筒密封连接，活塞杆转动连接在所述托底座上，活塞筒转动连接在所述安装架上；所述质量块内开设有多个容纳腔，每个容纳腔均对应一个最靠近的所述吸振组件和一个最远离的吸振组件，吸振组件和所述质量块之间安装有反馈系统；反馈系统包括多个前反馈管道，前反馈管道的一端与一个容纳腔相连通，另一端与该容纳腔最靠近的所述活塞筒的前腔室相连通，容纳腔和活塞筒内均填充有液体。

通过采用上述技术方案，质量块发生摆动时，将带动活塞杆及连接活塞在活塞筒内滑动，若质量块向背离活塞筒的方向移动，则前腔室将会被连接活塞压缩，从而前腔室内的液体会经过前反馈管道流入靠近的容纳腔内，使质量块的重心向靠近该活塞筒的方向移动，若质量块向远离活塞筒的方向移动，则前腔室的容积将会增大，与该活塞筒接近的容纳腔内的液体将经过前反馈管道流入前腔室内，使质量块的重心向远离该活塞筒的方向移动，因此随着质量块的摆动，质量块的重心总是会向背离其移动方向的方位转移，有利于减小质量块的摆动幅度，从而能够提高建筑物的稳定性。

可选的，所述反馈系统还包括多个后反馈管道，后反馈管道的一端与一个所述容纳腔相连通，另一端与该容纳腔最远离的所述活塞筒的后腔室相连通。

通过采用上述技术方案，若质量块向背离活塞筒的方向移动，则后腔室的容积将会增大，后腔室能够经过后反馈管道将与之最远离的容纳腔内的液体吸入后腔室内，从而使质量块的重心向靠近该活塞筒的方向移动，若质量块向靠近活塞筒的方向移动，则后腔室将会被连接活塞压缩，后腔室内的液体能够经过后反馈管道被压入与之最远离的容纳腔内，从而使质量块的重心向背离该活塞筒的方向移动，因此随着质量块的摆动，质量块的重心总是会向背离其移动方向的方位转移，有利于减小质量块的摆动幅度，从而能够提高建筑物的稳定性。

可选的，所述活塞杆上套设有减震弹簧，减震弹簧的一端抵在活塞杆上，另一端抵在所述活塞筒上。

通过采用上述技术方案，活塞杆相对于活塞筒发生伸缩时，减震弹簧能够吸收弹性势能或者释放弹性势能，从而能够减小质量块的摆动幅度，提高建筑物的稳定程度。

可选的，所述活塞杆上还套设有二级弹簧，二级弹簧的长度小于所述减震弹簧的长度，二级弹簧的一端固定在所述活塞筒的端部，另一端为孤立端。

通过采用上述技术方案，当质量块发生较大幅度的摆动时，二级弹簧会和减震弹簧同时抵在活塞杆上，从而二级弹簧将与减震弹簧同时为质量块的摆动幅度提供减缓作用，保证质量块在摆动幅度较大时能够尽快的稳定下来。

可选的，所述质量块为球体，所述托底座包括套设在质量块上的托环，所述悬挂系统还包括固定在所述托环上的多个挂绳座，挂绳座与所述托环之间形成用于所述悬挂绳穿过的挂绳口，挂绳口内固定设置有安装轴，安装轴将所述挂绳口分隔出两个间隙，所述悬挂绳从安装轴两侧的间隙处穿过并绕过安装轴。

通过采用上述技术方案，托环能够使质量块嵌入，从而实现对质量块的支撑，而悬挂绳从安装轴绕过能够对安装轴起到拉动作用，实现将托环悬挂在半空中的目的，进而使质量块能够在悬挂绳的悬挂下进行摆动。

可选的，所述安装轴上转动连接有转动座，转动座上设置有凹陷的绕绳槽，所述悬挂绳嵌设在绕绳槽内并绕过转动座。

通过采用上述技术方案，悬挂绳绕过转动座能够实现转动座转动连接在安装轴上的目的，当质量块摆动时，悬挂绳摆动，会带动转动座绕着安装轴转动，转动座将悬挂绳与安装轴之间的滑动摩擦转变为了转动座与安装轴之间的滚动摩擦，有利于减缓悬挂绳的磨损，提高装置的使用寿命。

可选的，所述安装轴上套设有两个推力轴承，两个推力轴承分置在所述转动座的两侧。

通过采用上述技术方案，在质量块摆动时，转动座会推动推力轴承抵在托环或者挂绳座上，转动座通过推力轴承相对托环或挂绳座发生转动，进而避免转动座直接抵在托环或者挂绳座上造成磨损，提高装置的使用寿命。

可选的，所述悬挂系统还包括两个交叉设置的挡环，挡环为弧形杆状结构，挡环的两端均固定在所述托环上，挡环抵在所述质量块的下部。

通过采用上述技术方案，挡环与托环共同对质量块的位置进行了限定，从而能够进一步提高质量块的稳定程度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 质量块发生摆动时，将带动活塞杆及连接活塞在活塞筒内滑动，若质量块向背离活塞筒的方向移动，则前腔室将会被连接活塞压缩，从而前腔室内的液体会经过前反馈管道流入靠近的容纳腔内，使质量块的重心向靠近该活塞筒的方向移动，若质量块向远离活塞筒的方向移动，则前腔室的容积将会增大，与该活塞筒接近的容纳腔内的液体将经过前反馈管道流入前腔室内，使质量块的重心向远离该活塞筒的方向移动，因此随着质量块的摆动，质量块的重心总是会向背离其移动方向的方位转移，有利于减小质量块的摆动幅度，从而能够提高建筑物的稳定性；

2. 若质量块向背离活塞筒的方向移动，则后腔室的容积将会增大，后腔室能够经过后反馈管道将与之最远离的容纳腔内的液体吸入后腔室内，从而使质量块的重心向靠近该活塞筒的方向移动，若质量块向靠近活塞筒的方向移动，则后腔室将会被连接活塞压缩，后腔室内的液体能够经过后反馈管道被压入与之最远离的容纳腔内，从而使质量块的重心向背离该活塞筒的方向移动，因此随着质量块的摆动，质量块的重心总是会向背离其移动方向的方位转移，有利于减小质量块的摆动幅度，从而能够提高建筑物的稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图。

图2是图1中A处的部分结构示意图，为了示出挂绳座。

图3是吸振组件的剖视图，为了示出前腔室和后腔室。

图4是质量块的剖视图，为了示出容纳腔。

附图标记说明：1、安装架；11、顶框；12、基座；13、支撑柱；14、悬挂座；2、质量块；21、容纳腔；3、悬挂系统；31、托底座；311、托环；312、挡环；32、悬挂绳；33、挂绳座；34、挂绳口；35、安装轴；351、推力轴承；36、转动座；361、安装孔；362、绕绳槽；4、阻尼系统；41、吸振组件；411、活塞杆；4111、限位环；412、活塞筒；4121、前腔室；4122、后腔室；413、连接活塞；42、减震弹簧；43、二级弹簧；5、反馈系统；51、前反馈管道；52、后反馈管道。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种抗震房建结构。参照图1，抗震房建结构包括安装架1、质量块2、悬挂系统3和阻尼系统4，还包括反馈系统5，其中，安装架1固定安装在高层建筑物的顶部，用于为质量块2和各系统提供安装位置，悬挂系统3用于将质量块2悬挂安装在安装架1上，阻尼系统4用于缓冲质量块2的摆动幅度，而反馈系统5能够对质量块2的重心进行调节。

参照图1，安装架1包括顶框11和基座12，顶框11为由多个钢梁焊接组成的矩形框，基座12为圆环形结构，顶框11和基座12均水平设置且两者之间设置有距离，安装架1还包括设置在顶框11和基座12之间的多个支撑柱13，支撑柱13竖直设置，多个支撑柱13在基座12上间隔分布，支撑柱13的上端固定在顶框11上，支撑柱13的下端固定在基座12上；安装架1还包括在顶框11上固定设置的多个悬挂座14，在本实施例中，悬挂座14设置有四个，悬挂座14为长条形的钢梁，悬挂座14的两端分别固定在顶框11相邻的两个边缘上，用于安装悬挂系统3。

参照图1，质量块2设置在基座12的上方、顶框11的下方，质量块2为球体结构，质量块2的质量远大于安装架1的质量；悬挂系统3包括托底座31和悬挂绳32，托底座31包括托环311和挡环312，托环311为圆环形的金属钢梁，托环311的直径小于质量块2的直径，托环311水平设置，挡环312为弧形的金属钢梁，挡环312设置有两个，挡环312的两端均固定在托环311上，两个挡环312交叉设置，且在交叉部位一体固定，质量块2套设在托环311内，挡环312设置在质量块2的下方，质量块2与挡环312相抵接，从而质量块2有不少于一半的部分均处在托环311的上方，得到托底座31的支撑。

参照图1和图2，悬挂系统3的悬挂绳32设置有多条，在本实施例中， 悬挂绳32设置有四条，悬挂系统3还包括在托环311上固定设置的、数量与悬挂绳32的数量相同的挂绳座33，挂绳座33为U形的框状结构，挂绳座33固定在托环311上，多个挂绳座33绕着托环311的圆周方向等间隔均匀布置，挂绳座33与托环311之间形成一个开口的挂绳口34。

参照图2，挂绳口34处设置有安装轴35，安装轴35的两端分别固定在挂绳座33和托环311上，从而安装轴35将挂绳口34分隔出两个间隙，每个挂绳口34处均穿设一根上述的悬挂绳32，悬挂绳32分别从安装轴35两侧的间隙处穿过，并绕设在安装轴35上，悬挂绳32的两端均固定在悬挂座14上，从而悬挂绳32能够对安装轴35进行拉动，多个悬挂绳32对托底座31起到了悬挂支撑的作用。

参照图2，每个安装轴35上均设置有一个转动座36，转动座36为圆柱状结构，转动座36上开设有安装孔361，安装孔361与转动座36同轴设置并贯通转动座36，转动座36通过安装孔361套设在安装轴35上，从而使转动座36与安装轴35转动连接，转动座36的外壁上设置有凹陷的绕绳槽362，悬挂绳32嵌入绕绳槽362内并绕过转动座36，当质量块2发生摆动时，转动座36会绕安装轴35发生转动，减缓悬挂绳32的磨损。

参照图2，安装轴35上套设有两个推力轴承351，两个推力轴承351分别设置在转动座36的两侧，在质量块2发生摆动时，转动座36会推动推力轴承351抵在挂绳座33或者托环311上，转动座36的摩擦力会带动推力轴承351转动，从而避免了转动座36直接与托环311或者挂绳座33相抵接，减缓了转动座36的磨损。

参照图1和图3，阻尼系统4包括在托环311与基座12之间安装的多个吸振组件41，每个吸振组件41均包括一个活塞杆411和一个活塞筒412，活塞杆411为长条形圆杆，而活塞筒412为中空的圆筒，活塞筒412的一端封闭，另一端设置有开口，活塞杆411的直径小于活塞筒412内腔的直径，活塞杆411的一端从活塞筒412的开口处穿入活塞筒412内，活塞杆411穿入活塞筒412内的端部固定设置有连接活塞413，连接活塞413为圆柱形结构，连接活塞413与活塞杆411同轴固定，且连接活塞413的直径与活塞筒412内腔的直径相同，连接活塞413与活塞筒412的内壁相贴合，从而使活塞杆411与活塞筒412滑动连接，活塞筒412的开口处与活塞杆411密封滑动连接。

参照图1和图3，在本实施例中，吸振组件41设置有八个，八个吸振组件41围绕质量块2均匀间隔分布，且八个吸振组件41两两成对设置，成对设置的两个吸振组件41设置在质量块2的两侧，并沿质量块2水平截面的径向相互对应，八个吸振组件41的轴线相对于质量块2呈向外扩张的状态；活塞杆411背离活塞筒412的端部通过万向铰接座铰接在托环311上，活塞筒412的封闭端通过万向铰接座铰接在基座12上，从而在质量块2摆动时，活塞杆411能够相对托环311发生任意方向的转动，活塞筒412能够相对基座12发生任意方向的转动，同时活塞杆411相对与活塞筒412发生伸缩，连接活塞413对活塞筒412腔室内的流体进行压缩，能够对质量块2的摆动起到缓冲作用。

参照图3和图4，连接活塞413将活塞筒412的内腔分为两个部分，其中背离活塞筒412封闭端的部分为前腔室4121，靠近活塞筒412封闭端的部分为后腔室4122，前腔室4121和后腔室4122内均填充有用于缓冲的液体，在本实施例中，液体采用润滑油；质量块2的内部开设有与吸振组件41的数量相同的多个容纳腔21，在本实施例中容纳腔21设置有八个，容纳腔21为球形的空腔，八个容纳腔21绕着质量块2的竖直轴线沿圆周路径均匀间隔分布，每个容纳腔21均沿质量块2的径向与一个最近的吸振组件41相对应，且每个容纳腔21内均填充缓冲液体，在本实施例中液体采用润滑油。

参照图3和图4，反馈系统5包括在每个活塞筒412上安装的前反馈管道51，前反馈管道51为长条形软管，前反馈管道51的一端与活塞筒412相固定且与前腔室4121相连通，前反馈管道51的另一端与活塞筒412对应的最近的容纳腔21相连通；当质量块2向靠近某个活塞筒412的方向摆动时，活塞杆411向活塞筒412内部滑动，前腔室4121的容积增大，前腔室4121能够通过前反馈管道51将对应最近的容纳腔21内的部分液体抽入前腔室4121内；同理，当质量块2向背离某个活塞筒412的方向摆动时，前腔室4121内的部分液体能够被连接活塞413推入对应最近的容纳腔21内。

参照图3和图4，反馈系统5还包括在每个活塞筒412上安装的后反馈管道52，后反馈管道52也为长条形软管，后反馈管道52的一端与活塞筒412相固定且与后腔室4122相连通，后反馈管道52的另一端与活塞筒412对应的最远的容纳腔21相连通；当质量块2向靠近某个活塞筒412的方向摆动时，活塞杆411向活塞筒412内部滑动，后腔室4122的容积减小，后腔室4122能够通过后反馈管道52将后腔室4122内的液体推入对应最远的容纳腔21；同理，当质量块2向背离某个活塞筒412的方向摆动时，后腔室4122的容积增大，能够将对应最远的容纳腔21内的液体抽入后腔室4122内；因此，在质量块2摆动时，液体在活塞筒412和容纳腔21之间的转移能够使质量块2的重心向背离其摆动方向的方向移动，从而能够减小质量块2重心偏离建筑物中轴的距离，提高质量块2对于维持建筑物稳定性的能力。

参照图3，每个活塞杆411靠近托环311的端部均安装有限位环4111，限位环4111为圆环形片状结构，限位环4111套设在活塞杆411上并与活塞杆411同轴固定，阻尼系统4还包括在活塞杆411上套设的减震弹簧42，减震弹簧42为圆簧，减震弹簧42的一端固定在活塞筒412的开口端，另一端固定在限位环4111上，在活塞杆411相对于活塞筒412滑动时，减震弹簧42能够吸收能量，从而能够减缓质量块2的摆动程度；此外，活塞杆411上还套设有二级弹簧43，二级弹簧43也为圆簧，二级弹簧43的长度小于减震弹簧42的长度，二级弹簧43的一端固定在活塞筒412的开口端，另一端为孤立端，当质量块2的摆动幅度较大时，二级弹簧43会出现抵在限位环4111上的情况，从而进一步提高吸振组件41的减震能力，保证质量块2的稳定性。

本申请实施例一种抗震房建结构的实施原理为：质量块2在发生摆动时，液体能够在活塞筒412和容纳腔21之间发生转移，从而使质量块2的重心向背离质量块2摆动方向的方向移动，进而减小质量块2重心偏离建筑物中轴的距离，提高质量块2对于维持建筑物稳定性的能力。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种抗震房建结构，包括：安装架(1)、质量块(2)、悬挂系统(3)和阻尼系统(4)，质量块(2)通过悬挂系统(3)悬挂在安装架(1)上，其特征在于：所述悬挂系统(3)包括托底座(31)和用于对托底座(31)进行悬挂的悬挂绳(32)，悬挂绳(32)的端部固定在所述安装架(1)上，所述质量块(2)放置在托底座(31)上；

所述阻尼系统(4)包括多个吸振组件(41)，吸振组件(41)包括一端设有开口的活塞筒(412)和端部固定有连接活塞(413)的活塞杆(411)，连接活塞(413)滑动连接在活塞筒(412)的内部，连接活塞(413)将活塞筒(412)内部分隔为靠近开口的前腔室(4121)和背离开口的后腔室(4122)，活塞杆(411)与活塞筒(412)密封连接，活塞杆(411)转动连接在所述托底座(31)上，活塞筒(412)转动连接在所述安装架(1)上；

所述质量块(2)内开设有多个容纳腔(21)，每个容纳腔(21)均对应一个最靠近的所述吸振组件(41)和一个最远离的吸振组件(41)，吸振组件(41)和所述质量块(2)之间安装有反馈系统(5)；反馈系统(5)包括多个前反馈管道(51)，前反馈管道(51)的一端与一个容纳腔(21)相连通，另一端与该容纳腔(21)最靠近的所述活塞筒(412)的前腔室(4121)相连通，容纳腔(21)和活塞筒(412)内均填充有液体。

2.根据权利要求1所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述反馈系统(5)还包括多个后反馈管道(52)，后反馈管道(52)的一端与一个所述容纳腔(21)相连通，另一端与该容纳腔(21)最远离的所述活塞筒(412)的后腔室(4122)相连通。

3.根据权利要求1所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述活塞杆(411)上套设有减震弹簧(42)，减震弹簧(42)的一端抵在活塞杆(411)上，另一端抵在所述活塞筒(412)上。

4.根据权利要求3所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述活塞杆(411)上还套设有二级弹簧(43)，二级弹簧(43)的长度小于所述减震弹簧(42)的长度，二级弹簧(43)的一端固定在所述活塞筒(412)的端部，另一端为孤立端。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述质量块(2)为球体，所述托底座(31)包括套设在质量块(2)上的托环(311)，所述悬挂系统(3)还包括固定在所述托环(311)上的多个挂绳座(33)，挂绳座(33)与所述托环(311)之间形成用于所述悬挂绳(32)穿过的挂绳口(34)，挂绳口(34)内固定设置有安装轴(35)，安装轴(35)将所述挂绳口(34)分隔出两个间隙，所述悬挂绳(32)从安装轴(35)两侧的间隙处穿过并绕过安装轴(35)。

6.根据权利要求5所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述安装轴(35)上转动连接有转动座(36)，转动座(36)上设置有凹陷的绕绳槽(362)，所述悬挂绳(32)嵌设在绕绳槽(362)内并绕过转动座(36)。

7.根据权利要求6所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述安装轴(35)上套设有两个推力轴承(351)，两个推力轴承(351)分置在所述转动座(36)的两侧。

8.根据权利要求5所述的一种抗震房建结构，其特征在于：所述悬挂系统(3)还包括两个交叉设置的挡环(312)，挡环(312)为弧形杆状结构，挡环(312)的两端均固定在所述托环(311)上，挡环(312)抵在所述质量块(2)的下部。

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