CN217267494U - 一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，其水平支撑构件位于地面以下，水平布置的橡胶隔震支座旋转90度之后、对称设置于水平支撑构件的两侧，形成建筑物周圈的竖向隔振层，竖向布置的弹簧隔振支座设置于结构体系的底部，形成建筑物底部的竖向隔振层。本实用新型利用橡胶隔震支座竖向刚度远大于其剪切刚度，且剪切刚度仅为竖向弹簧隔振支座刚度量级十分之一的特点，利用离散的橡胶隔震支座作为基坑支护水平约束支座，橡胶隔震支座和结构地下室楼板作为内支撑降低了基坑支护工程的设计难度和造价，且对竖向减振效果影响小，是一种有效的基坑内支撑与竖向减振一体化结构体系。

Description

一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系

技术领域

本实用新型涉及基坑支护技术领域，尤其是涉及一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系。

背景技术

基坑支护技术是为保证建筑结构在地下的主体结构的施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。

基坑内支撑技术是基坑支护技术的一种。基坑支护是保证基坑四周的土体的稳定性，同时满足地下室施工有足够空间的要求，是土方开挖和地下室施工的必要条件。根据基坑内支撑形式的不同，可分为以下几种形式：

①支撑结构为钢支撑。其优点是自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用。且安装后能立即发挥支撑作用，减少由于时间效应而增加的基坑位移是十分有效的。缺点为节点构造和安装相对比较复杂，施工质量和水平要求较高。适用于对撑、角撑等平面形状简单的基坑。

②支撑结构为钢筋混凝土支撑。其优点为刚度大，整体性好，布置灵活，适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑位移，施工质量容易得到保证。现场制作和养护时间较长，拆除工程量大，支撑材料不能重复利用。

③支撑结构为钢支撑和混凝土支撑的组合。

在建筑结构领域，由于机械装置、地铁、车辆运行等因素引起的结构振动具有周期性，长期性的特点,对建筑物的正常使用也会产生影响。为了减小结构振动，可通过以下三种主要途径实现：减少振源的强度；削弱振动的传播效率；在建筑物底部设置隔振减振装置。其中,针对地铁运行轨道这一类因素引起的建筑结构振动问题，最经济有效的方法是在建筑物底部设置隔振装置，有效地降低地铁运行过程中对邻近建筑的振动影响。

对于老城区地下水位高，地下室层数较多，地下周边环境复杂，既有地铁下穿或从附近经过的结构，此时存在竖向振动和基坑开挖两个对结构形式和造价影响较大的问题，地下室层数多、地下水位高和土压力的存在使基坑支护方案难度较大，地下室层数多、周边环境复杂和地铁的运行使竖向减振方案难度较大。两个问题彼此影响，对结构设计带来重大挑战。

(1)现阶段，随着旧城改造的推进，各城市的主要多层、高层建筑大都集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中，基坑支护工程施工的条件均很差。邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施，不能放坡开挖，对基坑稳定和位移控制的要求很严。基于以上原因，基坑挡土墙在不具备设置基坑内支撑的条件下，通常需要被迫加大混凝土挡土墙的厚度，造成工程造价的大幅提升。另一方面，基坑支护工程造价较高，但又是临时性工程，一般建筑业主不愿投入较多资金。可是，一旦出现事故，处理十分困难，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。

(2)目前大型核心城市迅速发展的地下轨道交通系统，地铁距建筑物越来越近,有的就在建筑物正下方运行。地铁运行引起的振动虽不致造成建筑物结构破坏,但可能造成装饰物开裂脱落；较大振动会影响人的生理及生活；另外,势必影响精密仪器和对振动敏感设备的正常运行。针对以上问题, 有必要采取有效措施对地铁产生的振动进行控制。从振源产生机制、振动在介质中的传播、及受振建筑的振动传播规律的不同角度，目前地铁振动控制措施主要分为3种：1)振源处减振。如在轨道处设置扣件、浮置板道床等；2)在传递过程中隔振。如调整建筑与轨道的距离，设置隔振沟等； 3)受振体减振。如调整结构刚度和重量，调整结构基础形式，采用竖向减振弹簧等。

针对以上竖向减振问题，由于地铁已存在，振源主动减振的方案无法实施，地下环境复杂导致设置隔振沟等方案实施难度极大，且减振效果有限，针对结构的竖向减振是最为可行的方案。

将基坑支护问题和竖向减振问题结合起来考虑，有以下解决方案。方案一：基坑支护采用地下连续墙，利用墙自身的稳定性抵抗主动土压力，结构竖向振动问题与基坑支护可分别解决，无需考虑互相影响，但未采用楼板作为连续墙内支撑，墙体厚度很大，经济性差；方案二：基坑支护也采用地下连续墙，并将结构地下室楼板作为连续墙内支撑，水平约束的存在导致连续墙设计难度大大降低，墙体厚度和配筋量有效减小，但此时水平支撑的面外刚度与竖向减振弹簧刚度叠加，且水平支撑的面外刚度量级较大，导致竖向减振和基坑支护相互耦合，无法保证竖向减振效果；方案三：基坑支护采用地下连续墙，并在结构地下室外墙和地下连续墙之间设置聚氨酯类的隔振层，可取到水平支撑的作用，但此时聚氨酯层的剪切刚度远大于竖向减振弹簧刚度，严重影响竖向减振效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，以解决现有技术中存在的技术问题。该结构体系在水平方向上利用建筑结构的水平梁与隔震支座串联作为基坑支撑构件支撑地下室混凝土挡土墙，同时在竖直方向上布置隔振支座隔离地铁振动。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，包括：上部结构、水平支撑构件、若干水平布置的橡胶隔震支座以及若干竖向布置的弹簧隔振支座；其中，所述水平支撑构件位于地面以下，水平布置的所述橡胶隔震支座对称设置于水平支撑构件的两侧，竖向布置的所述弹簧隔振支座设置于所述结构体系的底部。

优选地，所述橡胶隔震支座为天然橡胶支座，包括芯棒、由交互层叠设置的橡胶层和钢板构成的橡胶隔震体、橡胶保护层、上封板、下封板、上连接钢板以及下连接钢板；其中，所述芯棒位于所述橡胶隔震体的中心，所述橡胶保护层沿所述橡胶隔震体的外表面周向设置，所述上封板和所述下封板分别设置于所述橡胶隔震体的上、下表面；所述上连接钢板和所述下连接钢板分别设置于橡胶隔震支座的两侧；橡胶隔震支座旋转90度设置，以保证水平设置的橡胶支座在重力方向的刚度为橡胶支座的剪切刚度，水平方向的刚度为橡胶支座的竖向刚度，重力方向的刚度远小于水平方向的刚度。芯棒可根据需求取消。

优选地，所述弹簧隔振支座包括上压板、下压板以及设置在所述上压板和所述下压板之间的若干个螺旋钢弹簧；上压板和下压板的两侧通过螺栓固定；上压板和下压板通过自粘性防滑垫板分别与弹簧隔振支座上方的上部结构上的预埋钢板以及弹簧隔振支座下方的下部结构上的预埋钢板连接。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型利用橡胶隔震支座竖向刚度远大于其剪切刚度，且剪切刚度仅为竖向弹簧隔振支座刚度量级十分之一的特点，利用离散的橡胶隔震支座作为基坑支护水平约束支座，橡胶隔震支座和结构地下室楼板作为内支撑降低了基坑支护工程的设计难度和造价，且对竖向减振效果影响小，是一种有效的基坑内支撑与竖向减振一体化结构体系。本实用新型技术方案使在城市中心地下环境复杂、地下水位高的区域，既有地铁上方的地下层数多建筑的建设难度大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的橡胶隔震支座的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的弹簧隔振支座的剖视图；

图4为图1中A处的局部放大图。

图标：1-上部结构；2-水平支撑构件；3-橡胶隔震支座；4-弹簧隔振支座； 5-芯棒；6-橡胶层；7-钢板；8-橡胶保护层；9-上封板；10-下封板；11- 上连接钢板；12-下连接钢板；13-上压板；14-下压板；15-螺旋钢弹簧； 16-螺栓；17-自粘性防滑垫板；18-预埋钢板；19-下部结构；20-预埋钢板； 21-套筒六角头螺栓；22-锚筋；23-挡土外墙。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

结合图1所示，本实施例提供一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，包括：上部结构1、水平支撑构件2、若干水平布置的橡胶隔震支座3以及若干竖向布置的弹簧隔振支座4；其中，所述水平支撑构件2(地下室梁板等)位于地面以下，水平布置的所述橡胶隔震支座3对称设置于水平支撑构件2的两侧，竖向布置的所述弹簧隔振支座4设置于所述结构体系的底部。

优选地，结合图2所示，所述橡胶隔震支座3包括芯棒5、由交互层叠设置的橡胶层6和钢板7构成的橡胶隔震体、橡胶保护层8、上封板9、下封板10、上连接钢板11以及下连接钢板12；其中，所述芯棒5位于所述橡胶隔震体的中心，所述橡胶保护层8沿所述橡胶隔震体的外表面周向设置，所述上封板9和所述下封板10分别设置于所述橡胶隔震体的上、下表面；所述上连接钢板11和所述下连接钢板12分别设置于橡胶隔震支座的两侧；用于连接橡胶隔震支座两侧的挡土外墙23。橡胶隔震支座旋转90度设置，以保证水平设置的橡胶支座在重力方向的刚度为橡胶支座的剪切刚度，水平方向的刚度为橡胶支座的竖向刚度，重力方向的刚度远小于水平方向的刚度。芯棒可根据需求取消。

优选地，结合图3所示，所述弹簧隔振支座包括上压板13、下压板14 以及设置在所述上压板13和所述下压板14之间的若干个螺旋钢弹簧15；上压板13和下压板14的两侧通过螺栓16固定；上压板13和下压板14通过自粘性防滑垫板17分别与弹簧隔振支座上方的上部结构1上的预埋钢板 18以及弹簧隔振支座下方的下部结构19上的预埋钢板20连接。预埋钢板 18通过套筒六角头螺栓21与上部结构1连接，预埋钢板20通过锚筋22与下部结构19连接。

本申请的工作原理如下：

基坑内支撑与竖向减振一体化布置结构体系的工作机理主要可分为水平向基坑支撑体系与竖向减振体系。以竖向减振弹簧的刚度为基准，橡胶隔震支座的竖向和水平刚度量级分别约为竖向减振弹簧刚度的一百倍和十分之一。基于橡胶隔震支座和竖向减振弹簧支座在竖向和水平刚度的力学特性的显著差异，并结合两种支座针对性解决的不同工程难题，本实用新型通过创新性地合理组合布置两种类型的支座，使其各自发挥其优势而且减小两种支座之间的相互影响。

水平向支撑体系利用橡胶隔震支座的轴向刚度大即轴向承载能力高的特点，每个隔震支座的轴向刚度约为竖向减振弹簧刚度的一百倍，同时每个隔震支座的竖向承载力可达数千吨，按图1所示方式布置时，可作为地下连续墙离散的有效水平约束支座，将水平力传递给结构地下室楼板，使连续墙设计难度和造价大大降低；另一方面，橡胶隔震支座作为水平向支撑体系的重要构件，其剪切刚度仅为竖向减振弹簧刚度的十分之一，不会对竖向减振效果构成严重影响，保证了弹簧支座隔离竖向地铁振动的减振效果。

综上，本申请具有如下优点：

本实用新型技术方案使在城市中心地下环境复杂、地下水位高的区域，既有地铁上方的地下层数多建筑的建设难度大大降低。利用隔震支座竖向刚度远大于其剪切刚度，且剪切刚度小于竖向减振弹簧刚度的特点，利用离散的橡胶隔震支座作为基坑支护水平约束支座，橡胶隔震支座和结构地下室楼板作为内支撑降低了基坑支护工程的设计难度和造价，且对竖向减振效果影响小，是一种有效的基坑内支撑与竖向减振一体化结构体系。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，其特征在于，包括：上部结构、水平支撑构件、若干水平布置的橡胶隔震支座以及若干竖向布置的弹簧隔振支座；其中，所述水平支撑构件位于地面以下，水平布置的所述橡胶隔震支座对称设置于水平支撑构件的两侧，竖向布置的所述弹簧隔振支座设置于所述结构体系的底部。

2.根据权利要求1所述的基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，其特征在于，所述橡胶隔震支座包括芯棒、由交互层叠设置的橡胶层和钢板构成的橡胶隔震体、橡胶保护层、上封板、下封板、上连接钢板以及下连接钢板；其中，所述芯棒位于所述橡胶隔震体的中心，所述橡胶保护层沿所述橡胶隔震体的外表面周向设置，所述上封板和所述下封板分别设置于所述橡胶隔震体的上、下表面；所述上连接钢板和所述下连接钢板分别设置于橡胶隔震支座的两侧；橡胶隔震支座旋转90度设置，以保证水平设置的橡胶支座在重力方向的刚度为橡胶支座的剪切刚度，水平方向的刚度为橡胶支座的竖向刚度，重力方向的刚度小于水平方向的刚度。

3.根据权利要求1所述的基坑内支撑与竖向减振一体化的结构体系，其特征在于，所述弹簧隔振支座包括上压板、下压板以及设置在所述上压板和所述下压板之间的若干个螺旋钢弹簧；上压板和下压板的两侧通过螺栓固定；上压板和下压板通过自粘性防滑垫板分别与弹簧隔振支座上方的上部结构上的预埋钢板以及弹簧隔振支座下方的下部结构上的预埋钢板连接。

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