CN113006308A - 振震双隔的组合隔震系统 - Google Patents

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，或者用于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；并且具有水平受力部件，用于限制竖向减振支座的水平变形；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之间，或者用于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；并且具有水平受力部件，用于限制竖向减振支座的水平变形；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，弹性部件为弹簧；水平受力部件为内套筒和外套筒；内套筒套在弹簧外，外套筒套住部分或全部内套筒，内套筒和外套筒之间具有第一间隙；内套筒和外套筒分别连接在弹簧上连接板和弹簧下连接板，或者内套筒和外套筒分别连接在弹簧下连接板和弹簧上连接板。

可选地，内套筒和外套筒为圆筒；第一间隙内设置有减震橡胶圈或减振材料。

可选地，弹簧为多个，并列构成弹簧阵列，该弹簧阵列的外围的弹簧设置有内套筒和外套筒。

可选地，可水平滑动的竖向减振支座的上部分从上至下依次包括：支座上连接板、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；其中支座上连接板用于与上部建筑连接；可水平滑动的竖向减振支座的下部分包括滑移面板和支座下连接板，其中支座下连接板用于与下部基础或下部建筑连接。

可选地，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，滑移面板为镜面不锈钢板。

可选地，橡胶支座从上至下依次包括：橡胶支座上埋板、上支座板靴帽、橡胶叠层、橡胶支座下连接板、下预埋钢板；橡胶支座上埋板由螺栓贯通，连接至上部建筑；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。

可选地，橡胶支座还包括减振橡胶环、限位档板和减振橡胶垫，其中：该上支座板靴帽从下至上包括上支座板、内侧加劲板、上支座板靴帽环板以及顶板；上支座板下方与橡胶叠层顶部连接，上方与内侧加劲板垂直连接；上支座板、上支座板靴帽环板、顶板依次按圆柱的下底面、圆柱面、上底面的位置关系连接；该限位档板包括外侧限位环板和外侧加劲板；外侧限位环板与橡胶支座上埋板连接，并且设置在上支座板靴帽环板的外环，二者之间设置有减振橡胶环；外侧加劲板连接在外侧限位环板的外侧，并且垂直连接于橡胶支座上埋板；顶板的上方设置有减振橡胶垫，且减振橡胶垫与橡胶支座上埋板之间预留有第二间隙；上支座板靴帽上设置有多个抗拔螺栓，抗拔螺栓贯穿上支座板靴帽、减振橡胶垫以及橡胶支座上埋板与上部建筑连接。

可选地，在水平方向上，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；或者多个橡胶支座设置在分布区域中为集中布置；或者在分布区域中，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，后者正常使用情况下竖向不承载，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。橡胶支座仅在地震作用下可承担竖向压力荷载或拔力荷载。

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2A和图2B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5A和图5B是根据本发明实施方式的正常使用情况下竖向不承载、地震作用下可承载的橡胶支座的局部示意图。

图6是根据本发明实施方式的弹簧内外套筒的局部示意图。

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，图1B是图1A的AA剖面图。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：支座上连接板、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；其中支座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支座下连接板，其中支座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套筒和外套筒，分别通过螺栓连接在弹簧上连接板和弹簧下连接板或者反之。外套筒套在内套筒上，内套筒套在弹簧上，外套筒与内套筒之间留有第一间隙，第一间隙小于弹簧的水平变形要求，第一间隙内设置有减振橡胶圈或其他减振材料。地震时，结构产生水平变形时，内外套筒互相抵住从而避免弹簧发生大的水平形变；当第一间隙内设置有减振橡胶圈(或其他减振材料)时，外套筒通过减振橡胶圈(或其他减振材料)抵住内套筒，实现弹簧支座的水平力有效传递，并有效约束弹簧的水平变形。为提高二者互相抵住的刚度和强度，还可对内外套筒的壁厚进行加厚，对螺栓的直径加大。

对于多个并列的弹簧形成的弹簧阵列，可仅该阵列的外圈弹簧设置内外套筒，也可所有弹簧均设置内外套筒。

内外套筒共同约束弹簧水平变形，同时不影响弹簧竖向受力；可水平滑动的竖向减振支座承担水平力时，以图中所示为例，当弹簧上连接板的水平变形超过内外套筒间的第一间隙宽度时，水平力则由上连接板传递到内套筒，内套筒又把水平力传递到外套筒，再由外套筒传递到弹簧下连接板。第一间隙内设置有减振橡胶圈(或其他减振材料)，当上部建筑承受水平力时，弹簧上连接板的水平力首先传递到内套筒，内套筒又通过减振橡胶圈(或其他减振材料)将水平力传给外套筒，外套筒再将水平力传递到弹簧下连接板，实现弹簧支座的水平力有效传递。

以下对于本发明实施方式中的橡胶支座加以说明，参见图2A和图2B，图2A是本发明实施方式的橡胶支座的基本结构的示意图之一。如图2A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、上支座板靴帽、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埋板，连接到上部建筑。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。

橡胶支座还包括减振橡胶环、限位档板和减振橡胶垫，上支座板靴帽外形类似于扁圆盒，上支座板靴帽从下至上包括上支座板、内侧加劲板、上支座板靴帽环板以及顶板；分别对应于扁圆盒的下底面、侧面、以及上底面。即上支座板、上支座板靴帽环板、顶板依次按圆柱的下底面、圆柱面、上底面的位置关系连接；与外侧限位环板为内外环的位置关系。即从内至外依次是上支座板靴帽环板、减振橡胶环、外侧限位环板，可以看出，支座板靴帽环板与外侧限位环板之间并不存在固定连接，即二者是可以竖向脱离的。

该限位档板包括外侧限位环板和外侧加劲板；外侧限位环板与橡胶支座上埋板连接，并且设置在上支座板靴帽环板的外环，二者之间设置有减振橡胶环；外侧加劲板连接在外侧限位环板的外侧，并且垂直连接于橡胶支座上埋板；顶板的上方设置有减振橡胶垫，且减振橡胶垫与橡胶支座上埋板之间预留有第二间隙。上支座板下方与橡胶叠层顶部连接，上方与内侧加劲板垂直连接。

图2B是本发明实施方式的橡胶支座的基本结构的示意图之二。如图2B所示，上支座板靴帽上设置有多个抗拔螺栓，抗拔螺栓贯穿上支座板靴帽、减振橡胶垫以及橡胶支座上埋板与上部结构连接。即抗拔螺栓沿上支座板靴帽环板内侧的周向分布，且相邻抗拔螺栓之间通过内侧加劲板隔开。上支座板靴帽上设置有第一通孔，减振橡胶垫上设置有第二通孔，第一通孔与第二通孔贯通；抗拔螺栓贯穿第一通孔以及第二通孔，且抗拔螺栓的周向直径小于第一通孔以及第二通孔的周向直径，即抗拔螺栓与上支座板靴帽以及减振橡胶垫之间设置有空隙，以避免抗拔螺栓承受水平力。当上部结构承受较大的水平荷载(风荷载或地震作用等)时，倾覆力矩产生，通过抗拔螺栓可以减小橡胶支座所承受的拔力，降低上部结构发生倾覆的风险。

对橡胶支座的受力情况加以说明，如上文所说明的，上支座板靴帽外侧、限位挡板的内侧为减振橡胶环。减振橡胶环可固定在上支座板靴帽的环上外表面。当下部结构存在水平及竖向振动时，振动通过下述路径传递：下部结构→橡胶叠层→减振橡胶环→限位挡板→橡胶支座上埋板→上部结构，由于减振橡胶环的存在，从下部结构传递到上部结构的水平及竖向振动幅值即减小。

在上部结构承受水平荷载(风荷载或地震作用等)时，上部结构的水平荷载传递路径为：上部结构→橡胶支座上埋板→限位挡板→减振橡胶环→橡胶叠层→下部结构，实现了水平力的可靠传递。同时由于橡胶叠层(天然橡胶或铅芯橡胶)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。

在上部结构承受竖向压力(地震作用较大时)时，上部结构的竖向压力传递路径为：上部结构→橡胶支座上埋板→减振橡胶垫→上支座板靴帽→橡胶叠层→下部结构，实现了竖向压力的可靠传递。

由于上支座板靴帽可具有相当的高度，上支座板靴帽与减振橡胶环之间、减振橡胶环与限位挡板之间均能有较大的接触面积和高度以传递水平力。当橡胶叠层因承受水平荷载产生次弯矩时，在上支座板靴帽的左右两侧上下端形成抵抗力矩，在橡胶叠层发生大水平变形时，两个受压区形成抵抗力矩，有助于避免橡胶支座的橡胶叠层外侧承受过大拉力。

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，橡胶支座竖向不承载，因此可在减振橡胶垫和橡胶支座上埋板之间设置第二间隙；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5A和5B所示，图5A和5B是根据本发明实施方式的竖向不承载的橡胶支座的局部示意图，其中在承载前(即结构承担后续竖向荷载前)，橡胶支座上埋板和减振橡胶垫之间有较大的第二间隙S，在施加后续竖向荷载后，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，因此在进行减振橡胶垫与上埋板之间的第二间隙预留时，第二间隙大小需满足正常使用情况下橡胶支座竖向不承载的要求，仅在地震作用下可承担竖向压力荷载或拔力荷载。

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，并且水平变形由弹簧套筒传递至弹簧连接板。竖向不承载的橡胶支座由于减振橡胶垫与上埋板之间存在第二间隙，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。

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.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；并且具有水平受力部件，用于限制所述竖向减振支座的水平变形；

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，

所述弹性部件为弹簧；

所述水平受力部件为内套筒和外套筒；

内套筒套在弹簧外，外套筒套住部分或全部内套筒，内套筒和外套筒之间具有第一间隙；

内套筒和外套筒分别连接在弹簧上连接板和弹簧下连接板，或者内套筒和外套筒分别连接在弹簧下连接板和弹簧上连接板。

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，所述内套筒和外套筒为圆筒；

所述第一间隙内设置有减震橡胶圈或减振材料。

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，

所述弹簧为多个，并列构成弹簧阵列，该弹簧阵列的外围的弹簧设置有所述内套筒和外套筒。

5.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，

所述可水平滑动的竖向减振支座的上部分从上至下依次包括：支座上连接板、上加劲板、弹簧上连接板、多个并列的所述弹簧、弹簧下连接板、下加劲板、支座底板、滑移材料；其中支座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支座下连接板，其中支座下连接板用于与下部基础或下部建筑连接。

6.根据权利要求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或者其他低摩擦系数材料。

7.根据权利要求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、上支座板靴帽、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8所述的振震双隔的组合隔震系统，其特征在于，所述橡胶支座还包括减振橡胶环、限位档板和减振橡胶垫，其中：

该上支座板靴帽从下至上包括上支座板、内侧加劲板、上支座板靴帽环板以及顶板；

上支座板下方与橡胶叠层顶部连接，上方与内侧加劲板垂直连接；

上支座板、上支座板靴帽环板、顶板依次按圆柱的下底面、圆柱面、上底面的位置关系连接；

该限位档板包括外侧限位环板和外侧加劲板；

外侧限位环板与橡胶支座上埋板连接，并且设置在上支座板靴帽环板的外环，二者之间设置有所述减振橡胶环；

外侧加劲板连接在外侧限位环板的外侧，并且垂直连接于橡胶支座上埋板；

所述顶板的上方设置有减振橡胶垫，且所述减振橡胶垫与所述橡胶支座上埋板之间预留有第二间隙；

上支座板靴帽上设置有多个抗拔螺栓，抗拔螺栓贯穿上支座板靴帽、减振橡胶垫以及橡胶支座上埋板与上部建筑连接。

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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