CN115045552B - 一种高层建筑隔震减震装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑隔震技术领域，具体地说，涉及一种高层建筑隔震减震装置及方法。其包括与建筑墙体连接的上支座和设置在上支座底部的下支座，所述下支座与地面连接，所述上支座和下支座之间设置有隔离缓冲机构，所述隔离缓冲机构包括呈“V”形设置的隔离缓冲板，“V”形设置的所述隔离缓冲板形成两个连接端，其中一个连接端与上支座连接，另一个连接端与下支座连接。本发明中利用隔离缓冲板产生的弹力作用来缓冲纵、横两向的受力，同时隔离缓冲板还能够配合上支座和下支座将地面与建筑墙体隔离，以解决减缓震动后的上支座还是会出现摆动的问题。

Description

一种高层建筑隔震减震装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑隔震技术领域，具体地说，涉及一种高层建筑隔震减震装置及方法。

背景技术

高层建筑是建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的非单层厂房、仓库和其他民用建筑。

因为高层建筑上的居住人口或者说存在的人口更多，所以针对高层建筑的减震更为重要，例如，中国专利公开号：CN215888690U公开了一种高层建筑组合隔震减震设计结构，包括底座，所述底座的底部固定连接有上隔震板，上隔震板下设置下隔震板，所述下隔震板的顶部固定连接有下限位壳，所述底座的顶部分别固定连接有减震器和弹簧，从而解决了现有的高层建筑组合隔震减震设计结构在使用的过程中，对地震的抗震效果较差，容易造成高层建筑发生晃动，使得高层建筑内部结构损坏，影响高层建筑内部人员安全的问题。

但是高层建筑的震源不仅仅是地表震动产生的，还有就是，因为高层建筑的迎风面积更大，所以受风力作用的影响也会产生震动，对高层建筑造成影响的风力就是横向风力，在面对横向风力的作用时，现有的减震装置是无法进行缓冲的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高层建筑隔震减震装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明目的之一在于，提供了一种高层建筑隔震减震装置，其包括与建筑墙体连接的上支座和设置在上支座底部的下支座，所述下支座与地面连接，所述上支座和下支座之间设置有隔离缓冲机构，所述隔离缓冲机构包括呈“V”形设置的隔离缓冲板，“V”形设置的所述隔离缓冲板形成两个连接端，其中一个连接端与上支座连接，另一个连接端与下支座连接，连接后上支座和下支座配合隔离缓冲板将地面与建筑墙体隔离，并利用隔离缓冲板产生的弹力作用来缓冲纵、横两向的受力。

作为本技术方案的进一步改进，所述隔离缓冲机构还包括受力柱，所述受力柱贯穿隔离缓冲板设置，另外：

所述上支座上开设有固定孔，所述受力柱的顶端穿过固定孔与建筑墙体固定连接，并通过固定孔与所述上支座固定连接；

所述下支座上开设有长孔，所述受力柱的底端穿过长孔与地表以下的土层锚定。

作为本技术方案的进一步改进，所述隔离缓冲板的竖直方向上开设有两个穿槽，所述受力柱通过两个穿槽贯穿整个隔离缓冲板。

作为本技术方案的进一步改进，所述上支座的底部设置有上固定杆，所述下支座的顶部设置有下固定杆，其中：

所述隔离缓冲板的两个连接端上均开设有通孔，所述上固定杆和下固定杆端部设置有螺帽，在所述上固定杆、下固定杆穿过对应连接端上的通孔后，通过螺帽将隔离缓冲板、上支座和下支座进行连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述隔离缓冲板是由多块板体叠加而成。

作为本技术方案的进一步改进，所述受力柱与隔离缓冲板上的一个穿槽转动连接，并在另一个穿槽上设置有贴合受力柱外壁的阻尼板，其中：

所述受力柱上开设轴槽，与所述受力柱转动连接的穿槽内设置有贯穿轴槽的转轴，转动的受力柱以转轴为支点形成一个具有上受力臂和下受力臂的杠杆结构。

作为本技术方案的进一步改进，所述转轴设置在下侧的穿槽内。

作为本技术方案的进一步改进，所述转轴设置在上侧的穿槽内。

作为本技术方案的进一步改进，所述隔离缓冲板为一体结构。

本发明目的之二在于，一种使用所述高层建筑隔震减震装置的方法，其包括如下方法步骤：

S1、将下支座通过浇筑的方式固定在基坑内；

S2、在基坑内的上支座上浇筑建筑墙体，以让上支座与建筑墙体固定；

S3、在建筑墙体受到横向的风力作用或者纵向的震动力时，上支座和下支座之间的隔离缓冲板形变产生弹力，通过弹力作用来缓冲纵、横两向的受力。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该高层建筑隔震减震装置及方法中，利用隔离缓冲板产生的弹力作用来缓冲纵、横两向的受力，同时隔离缓冲板还能够配合上支座和下支座将地面与建筑墙体隔离，以解决减缓震动后的上支座还是会出现摆动的问题。

2、该高层建筑隔震减震装置及方法中，受力柱锚定后，建筑墙体的底部稳定性也得到提升，这样建筑墙体的抗风能力也会得到提高。

3、该高层建筑隔震减震装置及方法中，穿槽以及长孔为下支座的偏移提供空间，这样偏移的下支座不会对受力柱产生影响，所以下支座偏移也不会对建筑墙体造成影响，而且受力柱在下支座偏移后也会对其产生一个反作用力来缓冲横向震动力，以对下支座进行保护。

4、该高层建筑隔震减震装置及方法中，转动的受力柱形成一个杠杆结构，这样就会有上下两个受力臂，上受力臂与建筑墙体连接，下受力臂与地下土层连接，当建筑墙体受到横向风力的作用时，就可以借助下受力臂与土层锚定的作用力来进行平衡，同理，分解的横向震动力也能够借助上受力臂与建筑墙体来进行平衡。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的隔离缓冲机构结构示意图；

图3为本发明的上支座结构示意图；

图4为本发明的下支座结构示意图；

图5为本发明的隔离缓冲板和受力柱结构示意图；

图6为本发明的隔离缓冲板工作原理示意图；

图7为本发明的阻尼板结构示意图；

图8为本发明的头部机构结构示意图；

图9为本发明带有阻尼板的隔离缓冲板侧面结构示意图其一；

图10为本发明带有阻尼板的隔离缓冲板侧面结构示意图其二。

图中各个标号意义为：

100、上支座；110、上固定杆；100A、固定孔；

200、下支座；210、下固定杆；200A、长孔；

300、隔离缓冲机构；

310、隔离缓冲板；310A、穿槽；310B、通孔；311、阻尼板；

320、受力柱；320A、轴槽；

330、头部机构；331、头杆；3311、连接座；331A、凹槽；332、外板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供了一种高层建筑隔震减震装置，如图1所示，该装置包括与建筑墙体连接的上支座100和设置在上支座100底部的下支座200，下支座200与地面连接，通常固定在基坑的地面上，与现有的隔震减震装置相同，在上支座100和下支座200之间设置有用于隔震减震的隔离缓冲机构300。

但是对于高层建筑而言，震源往往不只是地表，在面对大风时，较高的建筑也会受到横向的风力影响产生轻微的震动，虽然破坏性不强，但是长期下去，对墙体内部结构也会影响，导致建筑使用寿命下降，为此，图2对隔离缓冲机构300的具体结构进行了公开，隔离缓冲机构300包括呈“V”形设置的隔离缓冲板310，呈“V”形设置的隔离缓冲板310形成两个连接端，其中一个与上支座100连接，另一个与下支座200连接，从而利用隔离缓冲板310产生的弹力作用来缓冲纵、横两向的受力，同时隔离缓冲板310还能够配合上支座100和下支座200将地面与建筑墙体隔离。

需要说明的是，隔离缓冲板310在上支座100和下支座200之间设置有多个，且多个隔离缓冲板310呈环形阵列排布。

第一实施例，

在上述结构的基础上，继续参阅图2，隔离缓冲机构300还包括受力柱320，受力柱320贯穿隔离缓冲板310设置，受力柱320的顶端穿过上支座100，并与上支座100固定连接，受力柱320的底端可活动的穿过下支座200，图3中，上支座100上开设有固定孔100A，受力柱320的顶端穿过固定孔100A，上支座100通过固定孔100A与受力柱320固定连接，图4中，下支座200上开设有长孔200A，受力柱320的底端穿过长孔200A，由于长孔200A并不是对受力柱320进行限制的，所以受力柱320可在长孔200A进行一定范围(即长孔200A的开设范围)的活动。

在使用时，受力柱320穿过上支座100的部分与建筑墙体固定连接，从而形成固定端，这样就会在上支座100与建筑墙体固定的基础上再利用受力柱320提高固定的稳定性，然后受力柱320穿过下支座200的部分与地表以下的土层锚定，当地表出现纵向的震动后，地表形成的纵向震动力会作用在下支座200上，而此时上支座100受建筑墙体重力影响，以及受力柱320底端的锚定作用，上支座100几乎是保持不动的，这时隔离缓冲板310就会受到下支座200的作用被挤压，接着产生的弹力作用就会对震动力进行缓冲，从而减缓震动力对建筑墙体的影响，也就是说在隔离缓冲板310的作用下，上支座100是与震动源隔离的，外加上受力柱320的锚定作用，上支座100在震动后就能够保持静止，以解决减缓震动后的上支座100还是会出现摆动的问题；

而且，受力柱320锚定后，建筑墙体的底部稳定性也得到提升，这样建筑墙体的抗风能力也会得到提高。

此外，图5示出了受力柱320贯穿隔离缓冲板310的方式，隔离缓冲板310的竖直方向上开设有两个穿槽310A，受力柱320通过两个穿槽310A贯穿整个隔离缓冲板310，再结合图3和图4，上支座100的底部设置有上固定杆110，下支座200的顶部设置有下固定杆210，回到图5所示，隔离缓冲板310的两个连接端上均开设有通孔310B，上固定杆110、下固定杆210穿过通孔310B再配合着螺帽固定就能够实现隔离缓冲板310、上支座100和下支座200之间的连接。

图6中根据两种不同的震源(虚线箭头d为地表产生的纵向震源、实线箭头a为风力作用产生的横向震源)公开了两种实施方式：

第一实施方式，在不出现塌陷和裂缝的情况下，地表只是产生一个纵向的震动力(这里的纵向震动力以及上述原理提到的纵向震动力都指的是能够分解出竖直方向上作用力的震动力)，如果这个纵向的震动力是倾斜向上的，那么分解出来的作用力还会有个水平方向的，此时下支座200就会进行横向的偏移，而这时的穿槽310A以及长孔200A也就为下支座200的偏移提供空间，这样偏移的下支座200不会对受力柱320产生影响，所以下支座200偏移也不会对建筑墙体造成影响，而且受力柱320在下支座200偏移后也会对其产生一个反作用力来缓冲横向震动力，以对下支座200进行保护；

此时对建筑墙体有影响的就是分解出来的纵向震动力，纵向震动力作用在下支座200后，下支座200会沿箭头c的方向挤压受力柱320，这时受力柱320就会形成上述的弹力作用来缓冲纵向的震动力。

第二实施方式，假设此时建筑墙体受到一个箭头a方向上的风力作用(因为建筑墙体的迎风面是竖向的，所以对建筑墙体产生影响的也就只能是横向风力)，而此时的风力作用已经超出了受力柱320的抗压能力，也就是说穿过隔离缓冲板310部分的受力柱320发生了弯折，这时隔离缓冲板310就会受到箭头d所示方向的作用力，这样能够利用隔离缓冲板310形变产生的弹力作用来缓冲风力的影响，并且在缓冲过程中受力柱320能够限制隔离缓冲板310来回摆动，从而有效的防止建筑墙体在风的作用下摆动，而且也能够减缓横向风力对建筑墙体的影响。

值得说明的是，本实施例中的隔离缓冲板310是由多块板体叠加而成的，这样同一厚度的隔离缓冲板310能够拆分成多个薄板体，以提高隔离缓冲板310的韧性，然后通过叠加的方式保证隔离缓冲板310的抗压能力。

第二实施例，

如图7所示，受力柱320与隔离缓冲板310上的一个穿槽310A转动连接，并在另一个穿槽310A上设置有贴合受力柱320外壁的阻尼板311。

工作原理：

转动的受力柱320形成一个杠杆结构，这样就会有上下两个受力臂，上受力臂与建筑墙体连接，下受力臂与地下土层连接，当建筑墙体受到横向风力的作用时，就可以借助下受力臂与土层锚定的作用力来进行平衡，同理，分解的横向震动力也能够借助上受力臂与建筑墙体来进行平衡。

而且在受力柱320上开设轴槽320A，与受力柱320转动连接的穿槽310A内设置有贯穿轴槽320A的转轴，这里转轴就是上述杠杆结构的支点，不仅如此，受力柱320通过轴槽320A可在转轴上进行一定范围的活动，这样可以在受力柱320不弯曲的情况下隔离缓冲板310就能形变。

同样，本实施例针对横向风力以及纵向震动力有两种实施方式：

第一实施方式，如图9所示，将转轴设置在下侧的穿槽310A内，这时支点的位置就会向下偏移，下受力臂长度减短，上受力臂长度增加，根据杠杆原理可知，此时上受力臂连接的建筑墙体产生的作用力不变就能够平衡更大的横向震动力，所以本实施方式更适用于地表震动较频繁的地区使用；

第二实施方式，如图10所示，本实施例将转轴设置在上侧的穿槽310A内，这是支点的位置向上偏移，上受力臂长度减短，下受力臂长度增加，根据杠杆原理可知，此时下受力臂锚定的土层产生的作用力不变就能够平衡更大的横向风力，所以本实施方式更适用于大风较频繁的地区使用。

在上述两种实施方式中，阻尼板311都是在受力后利用阻尼作用对受力柱320进行限制，以提高受力柱320与隔离缓冲板310之间的连接强度。

进一步说明的是，本实施例中由于阻尼板311的设置，所以需要将隔离缓冲板310设置成一体结构，不然与阻尼板311连接的薄板体很容易受阻尼板311作用发生变形，一旦变形就无法提高隔离缓冲板310的受力强度了，但这样相应的缺点就是隔离缓冲板310的韧性降低了。

第三实施例，

如图8所示，本实施例在受力柱320的低端设置有头部机构330，头部机构330包括头杆331和设置在头杆331外围的外板332，外板332配合着头杆331形成一个锥形结构，以提高受力柱320入土的压强，便于受力柱320锚定在更深层次的土层，而且外板332与头杆331之间形成一个柔性空间，该空间内填充柔性颗粒，这样土层挤压外板332后，柔性颗粒产生的反作用力就会提高受力柱320的锚定强度，而且头杆331的上方外壁向内收缩形成凹槽331A，以提高外板332中间部位柔性颗粒的填充厚度，保证中间部位能够承受更大的挤压力。

此外，头杆331的顶部设置有连接座3311，连接座3311与受力柱320固定连接，固定连接的方式可以是螺纹连接，也可以是焊接固定等等。

除此之外，上支座100和下支座200的横截面均为“工”字形结构，这样就能够提高上支座100和下支座200的抗压能力。

第四实施例，

本发明还公开了一种使用高层建筑隔震减震装置的方法，其方法步骤如下：

S1、将下支座200通过浇筑的方式固定在基坑内；

S2、在基坑内的上支座100上浇筑建筑墙体，以让上支座100与建筑墙体固定；

S3、在建筑墙体受到横向的风力作用或者纵向的震动力时，上支座100和下支座200之间的隔离缓冲板310形变产生弹力，通过弹力作用来缓冲纵、横两向的受力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种高层建筑隔震减震装置，包括与建筑墙体连接的上支座（100）和设置在上支座（100）底部的下支座（200），所述下支座（200）与地面连接，所述上支座（100）和下支座（200）之间设置有隔离缓冲机构（300），其特征在于：所述隔离缓冲机构（300）包括呈“V”形设置的隔离缓冲板（310），“V”形设置的所述隔离缓冲板（310）形成两个连接端，其中一个连接端与上支座（100）连接，另一个连接端与下支座（200）连接，连接后上支座（100）和下支座（200）配合隔离缓冲板（310）将地面与建筑墙体隔离，并利用隔离缓冲板（310）产生的弹力作用来缓冲纵、横两向的受力；

所述隔离缓冲机构（300）还包括受力柱（320），所述受力柱（320）贯穿隔离缓冲板（310）设置，另外：

所述上支座（100）上开设有固定孔（100A），所述受力柱（320）的顶端穿过固定孔（100A）与建筑墙体固定连接，并通过固定孔（100A）与所述上支座（100）固定连接；

所述下支座（200）上开设有长孔（200A），所述受力柱（320）的底端穿过长孔（200A）与地表以下的土层锚定。

2.根据权利要求1所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述隔离缓冲板（310）的竖直方向上开设有两个穿槽（310A），所述受力柱（320）通过两个穿槽（310A）贯穿整个隔离缓冲板（310）。

3.根据权利要求1所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述上支座（100）的底部设置有上固定杆（110），所述下支座（200）的顶部设置有下固定杆（210），其中：

所述隔离缓冲板（310）的两个连接端上均开设有通孔（310B），所述上固定杆（110）和下固定杆（210）端部设置有螺帽，在所述上固定杆（110）、下固定杆（210）穿过对应连接端上的通孔（310B）后，通过螺帽将隔离缓冲板（310）、上支座（100）和下支座（200）进行连接。

4.根据权利要求2所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述隔离缓冲板（310）是由多块板体叠加而成。

5.根据权利要求2所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述受力柱（320）与隔离缓冲板（310）上的一个穿槽（310A）转动连接，并在另一个穿槽（310A）上设置有贴合受力柱（320）外壁的阻尼板（311），其中：

所述受力柱（320）上开设轴槽（320A），与所述受力柱（320）转动连接的穿槽（310A）内设置有贯穿轴槽（320A）的转轴，转动的受力柱（320）以转轴为支点形成一个具有上受力臂和下受力臂的杠杆结构。

6.根据权利要求5所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述转轴设置在下侧的穿槽（310A）内。

7.根据权利要求5所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述转轴设置在上侧的穿槽（310A）内。

8.根据权利要求6-7任意一项所述的高层建筑隔震减震装置，其特征在于：所述隔离缓冲板（310）为一体结构。

9.一种使用如权利要求1中所述的高层建筑隔震减震装置的方法，其特征在于：包括如下方法步骤：

S1、将下支座（200）通过浇筑的方式固定在基坑内；

S2、在基坑内的上支座（100）上浇筑建筑墙体，以让上支座（100）与建筑墙体固定；

S3、在建筑墙体受到横向的风力作用或者纵向的震动力时，上支座（100）和下支座（200）之间的隔离缓冲板（310）形变产生弹力，通过弹力作用来缓冲纵、横两向的受力。