CN115341676A - 一种高层建筑减震结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高层建筑减震结构，包括基坑和支撑柱，还包括设于基坑内承载支撑柱的减震结构；所述减震结构包括承载体和消能组件，所述承载体包括承载柱和壳体，承载柱下端穿过壳体底板伸进地基内，上端连接位于壳体内的隔震支座，所述壳体固定连接在承载柱周壁上、且罩在隔震支座外，所述消能组件包括设置于隔震支座上侧的壳体内的连接体、转动环和消能件。本发明为解决长周期或强烈地面运动作用下会使隔震支座变形过大而导致隔震支座失稳破坏的问题，提供一种高层建筑减震结构，能够减少地震对高层建筑的破坏，同时能够避免隔震支座的失稳破坏。

Description

一种高层建筑减震结构

技术领域

本发明涉及建筑减震技术领域，具体涉及一种高层建筑减震结构。

背景技术

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称为高层建筑。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，在高层建筑的设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决，高层建筑的层数越高，地震对建筑的破坏性越大，在高层建筑中必须增加隔震措施或消能减震措施来减震，做到减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能，使建筑符合“小震不坏，中震可修，大震不倒”的理念，隔震支座是指结构为达到隔震要求而设置的支承装置，是在上部结构与地基之间增加隔震层，安装橡胶隔震支座，起到与地面的软连接，发表于《工程抗震与加固改造》的《基础隔震建筑简化软碰撞保护与变刚度保护的对比分析》一文中，提到长周期或强烈地面运动作用下会使隔震支座变形过大而导致隔震支座失稳破坏，造成这一现象的原因是，结构简单的隔震支座无法抵抗强烈的地面运动，需要增加必要的消能结构和隔震支座配合使用，以避免隔震支座变形过大，导致失稳。

发明内容

本发明为解决长周期或强烈地面运动作用下会使隔震支座变形过大而导致隔震支座失稳破坏的问题，提供一种高层建筑减震结构，能够减少地震对高层建筑的破坏，同时能够避免隔震支座的失稳破坏。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种高层建筑减震结构，包括基坑和支撑柱，还包括设于基坑内承载支撑柱的减震结构；

所述减震结构包括承载体和消能组件，所述承载体包括承载柱和壳体，所述壳体设置在基坑内，承载柱下端穿过壳体底板伸进地基内，上端连接位于壳体内的隔震支座，所述消能组件包括设置于隔震支座上侧的壳体内的连接体、转动环和消能件，所述连接体包括上柱体和下柱体，所述上柱体和下柱体之间有连接柱，所述上柱体顶面固定连接支撑柱，下柱体下端固定连接隔震支座，所述转动环活动套设在连接柱外，转动环外壁上套设固定有驱动环，驱动环的顶面阵列有多个驱动齿牙，驱动环外套设有上下端分别连接上柱体和下柱体相对端面边缘的连接筒，所述连接筒外阵列有多个消能件，连接筒左侧的消能件包括弧形板、第一齿条、第二齿条、外齿轮和内齿轮，所述弧形板的弧形凸起朝向壳体，弧形板的上端经上连板和上柱体周壁滑动连接、下端经下连板和下柱体周壁滑动连接，上连板的底面后部竖向连接有第一齿条，下连板的顶面前部竖向连接有第二齿条，第一齿条和第二齿条之间啮合有外齿轮，外齿轮同轴连接位于连接筒内的内齿轮，所述内齿轮和下方的驱动环相啮合。

进一步地，所述转动环的内环和连接柱的周壁转动连接，所述转动环的上下侧对称设置有摩擦件。

进一步地，所述转动环上侧的摩擦件包括呈圆环状的第一摩擦环和第二摩擦环，所述第一摩擦环套设在连接柱外、且上端固定连接上柱体底面，第一摩擦环和转动环之间的连接柱外套设有第二摩擦环，所述第二摩擦环和转动环顶面之间连接有多个压缩弹簧，所述第二摩擦环上均布有通孔，每个所述通孔内均穿装有下端固定连接转动环顶面的立柱。

进一步地，多个所述压缩弹簧呈压缩状态，所述转动环上侧的第二摩擦环接触第一摩擦环，每个所述立柱的上端低于第二摩擦环的顶面。

进一步地，所述上柱体的周壁上设置有和多个消能件上的上连板对应的上滑槽，所述上滑槽为T型槽体，每个所述上滑槽内均滑动设置有和上滑槽配应的上滑块，所述上滑块外端和上连板固定连接，所述下柱体的周壁上设置有和多个消能件上的下连板对应的下滑槽，所述下滑槽为T型槽体，每个所述下滑槽内均滑动设置有和下滑槽配应的下滑块，所述下滑块外端和下连板固定连接。

进一步地，每个所述消能件上的弧形板呈自然状态时，所述消能件上的上连板连接的上滑块位于所在上滑槽下部内，下连板连接的下滑块位于所在下滑槽的上部内。

进一步地，所述弧形板的内侧面上部和下部之间竖向连接有拉伸弹簧。

进一步地，所述连接筒左侧的消能件上的上连板底面前部竖向固定连接有第一限位杆，所述第一限位杆下端穿入第二齿条内。

进一步地，所述连接筒左侧的消能件上的下连板顶面后部竖向固定连接有第二限位杆，所述第二限位杆上端穿入第一齿条内。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

1.本发明承载柱随着地基运动的过程中，连接体和支撑柱能够保持稳定状态，壳体在随着地基运动时，使每个消能件上弧形板均做由弧形状态向伸展状态的形变，从而使地基横波产生的能量转化为每个消能件上的弧形板形变的能量，消减地基运动给予隔震支座的能量，进而避免隔震支座变形过大而导致隔震支座失稳破坏，而且壳体随着地基在任一方向的水平移动，均能使消能件上的弧形板产生形变，进而消减地震能量。

2.本发明转动环上下侧设置的摩擦件，能够在转动环转动过程中，第一摩擦环和第二摩擦环之间产生摩擦，将地震能量转化第一摩擦环和第二摩擦环之间产生的热量，进一步消减地震能量，本发明每个消能件上的拉伸弹簧，能够在弧形板受到壳体顶压时，消减一部分地震能量。

3.本发明的第一限位杆和第二限位杆能够保证第一齿条和第二齿条沿着相反的方向上下运动，不发生偏移。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是图1中A-A处的剖视图；

图3是图1中B处的局部放大图；

图4是图1中C处的局部放大图；

图5是本发明的消能件的结构示意图（无外齿轮和内齿轮）；

图6是本发明的消能件上的弧形板受顶压后的结构示意图（无外齿轮和内齿轮）；

图7是本发明的转动环和第二摩擦环连接的结构示意图（局部剖视）；

图8是本发明的连接体、转动环和驱动环连接的结构示意图。

附图中标号为：1为承载柱，2为地基，3为壳体，4为下柱体，5为下滑槽，6为下连板，7为下滑块，8为内齿轮，9为转轴，10为外齿轮，11为第一齿条，12为拉伸弹簧，13为弧形板，14为上连板，15为上滑块，16为上滑槽，17为上柱体，18为支撑柱，19为连接柱，20为连接筒，21为驱动环，22为隔震支座，23为第二齿条，24为第一限位杆，25为第二限位杆，26为驱动齿牙，27为转动环，28为立柱，29为压缩弹簧，30为第二摩擦环，31为第一摩擦环，32为通孔，33为基坑，34为环形槽，35为限位环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1～图8所示，一种高层建筑减震结构，包括基坑33和支撑柱18，地基2上设有基坑33，所述基坑33为向地基2内部凹陷的圆槽体，还包括设于基坑33内承载支撑柱18的减震结构；

所述减震结构包括承载体和消能组件，所述承载体包括承载柱1和壳体3，所述承载柱1为圆柱体，所述壳体3设置在基坑33内，承载柱1下端穿过壳体3底板伸进地基2内，上端连接位于壳体3内的隔震支座22，所述隔震支座22为叠层橡胶隔震支座，所述壳体3为上端开口的圆筒体，所述壳体3的外周壁和基坑33内壁接触，壳体3经壳体3底板上开设的圆形孔和承载柱1固定连接，所述消能组件包括设置于隔震支座22上侧的壳体3内的连接体、转动环27和消能件，所述连接体包括上柱体17和下柱体4，所述上柱体17和下柱体4是结构大小均相同的圆柱，所述上柱体17和下柱体4上下相对、且相对端面之间同轴固定连接有连接柱19，所述连接柱19为圆柱体，所述上柱体17顶面固定连接支撑柱18，所述支撑柱18的直径和承载柱1的直径相同，下柱体4下端固定连接隔震支座22顶面，所述转动环27为外径小于上柱体17直径的圆环体，所述转动环27活动套设在连接柱19外，转动环27外壁上套设固定有驱动环21，所述驱动环21为圆环体，驱动环21的顶面阵列有多个驱动齿牙26，每个驱动齿牙26沿驱动环21径向设置，驱动环21外套设有上下端分别连接上柱体17和下柱体4相对端面边缘的连接筒20，所述连接筒20为上下端开口的、内壁和驱动环21外环面滑动接触的圆筒体，连接筒20的外径等于上柱体17或下柱体4的直径，所述连接筒20外周环形阵列有多个消能件，连接筒20左侧的消能件包括弧形板13、第一齿条11、第二齿条23、外齿轮10和内齿轮8，弧形板13为矩形板弯曲呈弧形构成，所述弧形板13的弧形凸起朝向壳体3周壁、且中部和壳体3内周壁左端接触，弧形板13的上端经上连板14和上柱体17周壁滑动连接、下端经下连板6和下柱体4周壁滑动连接，所述上连板14和下连板6均为方形板体，上连板14沿上柱体17高度方向呈上下滑动状态，下连板6沿下柱体4高度方向呈上下滑动状态，上连板14的底面后部竖向固定连接有第一齿条11，下连板6的顶面前部竖向固定连接有第二齿条23，第一齿条11和第二齿条23相对侧面上均设置有齿牙，第一齿条11和第二齿条23中部之间啮合有外齿轮10，外齿轮10经贯穿连接筒20的转轴9同轴连接位于连接筒20内的内齿轮8，所述转轴9和连接筒20转动连接，所述内齿轮8和下方的驱动环21相啮合。

所述转动环27的内环和连接柱19的周壁转动连接，所述转动环27内壁上设有环形槽34，连接柱19外壁上套设固定有位于环形槽34内的、和环形槽34滑动接触的限位环35，所述转动环27的上端到上柱体17之间有间距、下端到下柱体4之间有间距，所述转动环27上端到上柱体17下端之间的距离等于转动环27的下端到下柱体4上端之间的距离，所述转动环27的上下侧对称设置有摩擦件。

所述转动环27上侧的摩擦件包括呈圆环状的第一摩擦环31和第二摩擦环30，第一摩擦环31和第二摩擦环30均为石棉基摩擦材料制成的环状体，所述第一摩擦环31套设在连接柱19外、且上端固定连接上柱体17底面，第一摩擦环31和转动环27之间的连接柱19外套设有第二摩擦环30，所述第二摩擦环30和转动环27顶面之间连接有多个压缩弹簧29，所述第二摩擦环30上均布有多个贯穿第二摩擦环30上下面的通孔32，每个所述通孔32内均穿装有下端固定连接转动环27顶面的立柱28。

多个所述压缩弹簧29呈压缩状态，所述转动环27上侧的第二摩擦环30顶面接触第一摩擦环31的底面，每个所述立柱28的上端低于第二摩擦环30的顶面。

所述上柱体17的周壁上设置有和多个消能件上的上连板14对应的上滑槽16，所述上滑槽16为向上柱体17内部凹陷的、竖向设置的T型槽体，上滑槽16的上下两端贯穿上柱体17的上下面，每个所述上滑槽16内均滑动设置有和上滑槽16配应的上滑块15，所述上滑块15外端和上连板14固定连接，所述下柱体4的周壁上设置有和多个消能件上的下连板6对应的下滑槽5，所述下滑槽5为向下柱体4内部凹陷的、竖向设置的T型槽体，下滑槽5的上下两端贯穿下柱体4的上下面，每个所述下滑槽5内均滑动设置有和下滑槽5配应的下滑块7，所述下滑块7外端和下连板6固定连接，所述上滑槽16和下滑槽5呈上下对应状态。

每个所述消能件上的弧形板13呈自然状态时，所述消能件上的上连板14连接的上滑块15位于所在上滑槽16下部内，下连板6连接的下滑块7位于所在下滑槽5的上部内。

所述弧形板13朝向连接筒20的侧面为内侧面，所述弧形板13的内侧面上部和下部之间竖向连接有拉伸弹簧12。

所述连接筒20左侧的消能件上的上连板14底面前部竖向固定连接有第一限位杆24，所述第一限位杆24为圆杆体，所述第一限位杆24下端穿入第二齿条23内，所述第二齿条23上设置有和第一限位杆24配应的、且和第一限位杆24滑动接触的第一滑孔。

所述连接筒20左侧的消能件上的下连板6顶面后部竖向固定连接有第二限位杆25，所述第二限位杆25为圆杆体，所述第二限位杆25上端穿入第一齿条11内，所述第一齿条11上设置有和第二限位杆25配应的、且和第二限位杆25滑动接触的第二滑孔。

使用时，本发明在受到地震横波产生水平横向运动的过程中，地基2产生的横向运动首先传递到承载柱1和壳体3上，使承载柱1和壳体3随着地基2运动，由于承载柱1和连接体之间经隔震支座22连接，承载柱1随着地基2运动的过程中，由于隔震支座22是由多层橡胶板和钢板构成的叠层橡胶隔震支座，当隔震支座22承受垂直荷载时，橡胶板的横向变形受到约束，使橡胶支座具有很大的竖向承载力，当承载柱1驱动隔震支座22水平移动时，由于橡胶支座内有多层橡胶板，隔震支座22下部产生少量位移，仍能给予连接体和支撑柱18竖向承载力，连接体和支撑柱18能够保持稳定状态，壳体3在随着地基2运动时，会顶压消能件上的弧形板13，如壳体3自左向右运动时，壳体3内壁向右顶压连接体左侧的消能件上的弧形板13，由于弧形板13上下端分别经上连板14和下连板6分别滑动连接上柱体17和下柱体4，弧形板13受到壳体3顶压后，弧形板13做由弧形状态向伸展状态的形变，弧形板13上下端分别带动上连板14和下连板6做方向相反的运动，上连板14带动第一齿条11向上运动，下连板6的带动第二齿条23向下运动，能够驱动第一齿条11和第二齿条23啮合的外齿轮10转动，外齿轮10经转轴9驱动位于连接筒20内部的内齿轮8转动，内齿轮8驱动驱动环21，从而带动转动环27顺时针转动，转动环27顺时针转动时，能够驱动未受到壳体3内壁顶压的弧形板13所在消能件上的内齿轮8旋转，从而使每个消能件上弧形板13均做由弧形状态向伸展状态的形变，从而使地基2横波产生的能量转化为每个消能件上的弧形板13形变的能量，消减地基运动给予隔震支座的能量，进而避免隔震支座22变形过大而导致隔震支座22失稳破坏，而且壳体3随着地基2在任一方向的水平移动，均能使消能件上的弧形板13产生形变，消减地震能量。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施例，在不违背本发明的精神即公开范围内，凡是对发明的技术方案进行多种等同或等效的变形或替换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高层建筑减震结构，包括基坑（33）和支撑柱（18），其特征在于，还包括设于基坑（33）内承载支撑柱（18）的减震结构；

所述减震结构包括承载体和消能组件，所述承载体包括承载柱（1）和壳体（3），所述壳体（3）设置在基坑（33）内，承载柱（1）下端穿过壳体（3）底板伸进地基（2）内，上端连接位于壳体（3）内的隔震支座（22），所述消能组件包括设置于隔震支座（22）上侧的壳体（3）内的连接体、转动环（27）和消能件，所述连接体包括上柱体（17）和下柱体（4），所述上柱体（17）和下柱体（4）之间有连接柱（19），所述上柱体（17）顶面固定连接支撑柱（18），下柱体（4）下端固定连接隔震支座（22），所述转动环（27）活动套设在连接柱（19）外，转动环（27）外壁上套设固定有驱动环（21），驱动环（21）的顶面阵列有多个驱动齿牙（26），驱动环（21）外套设有上下端分别连接上柱体（17）和下柱体（4）相对端面边缘的连接筒（20），所述连接筒（20）外阵列有多个消能件，连接筒（20）左侧的消能件包括弧形板（13）、第一齿条（11）、第二齿条（23）、外齿轮（10）和内齿轮（8），所述弧形板（13）的弧形凸起朝向壳体（3），弧形板（13）的上端经上连板（14）和上柱体（17）周壁滑动连接、下端经下连板（6）和下柱体（4）周壁滑动连接，上连板（14）的底面后部竖向连接有第一齿条（11），下连板（6）的顶面前部竖向连接有第二齿条（23），第一齿条（11）和第二齿条（23）之间啮合有外齿轮（10），外齿轮（10）同轴连接位于连接筒（20）内的内齿轮（8），所述内齿轮（8）和下方的驱动环（21）相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述转动环（27）的内环和连接柱（19）的周壁转动连接，所述转动环（27）的上下侧对称设置有摩擦件。

3.根据权利要求2所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述转动环（27）上侧的摩擦件包括呈圆环状的第一摩擦环（31）和第二摩擦环（30），所述第一摩擦环（31）套设在连接柱（19）外、且上端固定连接上柱体（17）底面，第一摩擦环（31）和转动环（27）之间的连接柱（19）外套设有第二摩擦环（30），所述第二摩擦环（30）和转动环（27）顶面之间连接有多个压缩弹簧（29），所述第二摩擦环（30）上均布有通孔（32），每个所述通孔（32）内均穿装有下端固定连接转动环（27）顶面的立柱（28）。

4.根据权利要求3所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，多个所述压缩弹簧（29）呈压缩状态，所述转动环（27）上侧的第二摩擦环（30）接触第一摩擦环（31），每个所述立柱（28）的上端低于第二摩擦环（30）的顶面。

5.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述上柱体（17）的周壁上设置有和多个消能件上的上连板（14）对应的上滑槽（16），所述上滑槽（16）为T型槽体，每个所述上滑槽（16）内均滑动设置有和上滑槽（16）配应的上滑块（15），所述上滑块（15）外端和上连板（14）固定连接，所述下柱体（4）的周壁上设置有和多个消能件上的下连板（6）对应的下滑槽（5），所述下滑槽（5）为T型槽体，每个所述下滑槽（5）内均滑动设置有和下滑槽（5）配应的下滑块（7），所述下滑块（7）外端和下连板（6）固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，每个所述消能件上的弧形板（13）呈自然状态时，所述消能件上的上连板（14）连接的上滑块（15）位于所在上滑槽（16）下部内，下连板（6）连接的下滑块（7）位于所在下滑槽（5）的上部内。

7.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述弧形板（13）的内侧面上部和下部之间竖向连接有拉伸弹簧（12）。

8.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述连接筒（20）左侧的消能件上的上连板（14）底面前部竖向固定连接有第一限位杆（24），所述第一限位杆（24）下端穿入第二齿条（23）内。

9.根据权利要求1所述的一种高层建筑减震结构，其特征在于，所述连接筒（20）左侧的消能件上的下连板（6）顶面后部竖向固定连接有第二限位杆（25），所述第二限位杆（25）上端穿入第一齿条（11）内。

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