TWI417443B - 隔震地板 - Google Patents

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TWI417443B TW096122834A TW96122834A TWI417443B TW I417443 B TWI417443 B TW I417443B TW 096122834 A TW096122834 A TW 096122834A TW 96122834 A TW96122834 A TW 96122834A TW I417443 B TWI417443 B TW I417443B
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Description

隔震地板
本發明係關於隔離地板組件，其用於幫助防止在一地震事件或引起安置有沉重、貴重、昂貴、及/或精密物體及設備的建築物中發生震動之其他事件期間因此等物體或設備之位移而引起人身傷害及財產損害。
此類設備可包括(但不限於)：電腦組件，例如主電腦及其他電腦組件；電設備，例如發動機及類似設備；危險化學品儲存櫃(藉此防止可能的傷害、爆炸、火災及類似災害)；藝術品(例如(但不限於)雕塑及繪畫)；機械；人員；及諸如此類。籠統地，本文中將欲加以保護以免遭損害或傷害之物質稱作「物體」。
地震搖動及損害係三種基本類型的彈性波之結果；該等波中之兩種能夠穿透岩石。該三種波中之第一者係主波或P波；該波係一壓縮波且沿穿透岩石及流體之行進方向直線傳播，該波係最快的行進地震波。次波或S波通常比P波移動慢且其波移動與該行進方向成直角(上下，及/或左右)。對結構造成最大損害就係S波。
第三種類型的波稱作表面波，且僅限於地面表面。此種類型的波具有一類似於水表面上波紋之運動。有兩種類型的表面波。第一種類型的表面波稱作勒夫波且類似於S波的波，其具有極小或無垂直位移之左右運動；該等波可對物體造成實質性損害，因為實際上所有能量皆作用於一水平面內。第二種類型的表面波稱作瑞利波，其類似於海浪且可相對於該行進方向引起垂直及水平面二者中之位移。
P及S波具有一種進一步影響搖動之特性：當此等波移動穿過地殼中之岩石層時，其在岩石類型之間的介面處被反射或折射。每當任一種波被反射或折射時，一種類型之某些能量被轉換成另一種類型的波。對於一實例而言，當一P波向上行進並撞擊一沖積層之底部時，其部分能量將以P波形式向上穿過該沖積層且部分將作為經轉換的S波運動向上傳遞。此意味著一既定位置中之搖動方向(例如左右、前後、或對角)通常不可完全預測，此乃因搖動方向取決於各種因素，包括波行進方向及其中將經歷該搖動之大體位置中之地殼性質(例如密度及同質性)。而此又取決於其斷裂已引起該等波之斷層位置。
傳統上一直利用兩種替代方法來防止或限制因地震事件所引起的對物體之損失或傷害。於特定用於結構本身之第一種方法中，將該等物體製作得強固到足以經受住最大預期地震。然而，除搖動之最大震級及方向性相對不可預測以外，該方法還相當昂貴且未必適用於欲安置於一結構內之物體。
於第二種方法中，將該等物體與振動隔離以使該等物體不經歷該地震波之一主要部分。於某些情況下，已使用或推薦隔離地板，例如「地震隔離地板」。此種地板通常已包括：一滑板；一支撐框架，其滑動地安裝於該板上且其之間插入有低磨擦部件；複數個彈簧，其水平地設置於該支撐框架與該板之間；一地板，其經由垂直設置之彈簧安裝於該支撐框架上；多個減震器，其垂直設置於該支撐框架與該地板之間；及一彈簧鎖，其用於在正常使用期間緊固該等垂直彈簧。
此類先前存在之系統之某些缺點包括以下事實：難以建立藉以釋放該彈簧鎖構件之最小加速度；難以在釋放該地板後重設該彈簧鎖構件；可能難以在該地板一旦已沿該水平方向移動後即刻恢復該地板；該等垂直彈簧上存在搖動之危險；且由於無法關於該等水平彈簧忽略該等垂直彈簧之橫向剛性，從而使得難以建立該等水平彈簧及估計其效果。
Ishida等人之第4,371,143號美國專利已提出一種經改良的隔離地板，其包括長度調整構件以用於部分地藉由調節該等彈簧之長度來預先設定啟動該地板之隔離效果所需之最小加速度。該地板據說在一旦經受到一地震波後即刻自動恢復至其正常狀態。
Yamada等人闡述一種佈置於一基礎與一地板之間的地震隔離設備，其包括：一包含一充滿油之材料之上磨擦板，其固定至一欲受到保護以免受地震加速度影響之物體；一包含一硬鉻或鎳板之下磨擦板；及一水平佈置之彈簧系統，其固定至該物體及該基礎以提供一恢復力。為了更進一步地降低該物體之響應加速度，該等磨擦板中之某些磨擦板可由滾珠軸承替換。
Stahl(第4,801,122號美國專利)揭示一種地震隔離器，其包括一連接至一地板及一框架之基底板。一例如樞轉桿之移動部件連接至該框架中一彈簧並連接至該基底板。該物體被佈置於該框架頂部上。該基礎及基底板相對該框架及物體之移動導致該桿之壓縮及該彈簧之拉伸，從而由此透過一錨定至該基底板之纜繩施加一恢復力；因該基底板與該框架之間的磨擦而導致對慣性之初始阻力；此磨擦可藉由使用TEFLON或其他光滑的低磨擦材料來減小。
Kondo等人之第4,662,133號美國專利闡述一種用於地震隔離佈置於其上之物體之地板系統，其包括：一地板，其設置於一基礎上方；複數個支撐部件，其用於以一允許該地板沿一水平方向相對於該基礎移動之方式支撐該地板；及多個恢復裝置，其設置於該基礎與該地板部件之間。該等恢復部件包括：兩對可滑動部件，每一對可滑動部件皆可朝彼此並遠離彼此移動，其中一對可滑動部件於該水平面中彼此相對設置成直角。
Stiles等人之第6,324,795號美國專利揭示一種位於一地板與一基礎之間的地震隔離系統，其包括複數個設置於一地板與複數個基礎墊片或支座之間的球窩接頭。於該隔離裝置中，該地板設置於一硬化彈性體材料(或一彈簧)上方，該硬化彈性材料又設置於一球窩接頭之一上表面頂部上且因此夾持於該地板與該球窩接頭之間。該球窩接頭包括：一上承窩部分，其承受該地板之一部分重量；及一下部分，其包含一自一固定至該基礎墊片或支座之板向上凸出之滾珠。該地板因該等基礎支座下方地面之變形而能夠調節適應縱向彎曲壓力。然而，所揭示之裝置並非設計用來以一抗加速度方式水平移動。
Fujimoto揭示一種類似於Kondo之裝置之地震隔離裝置以及各種其他裝置，包括一種其中一滾珠以類似於圓珠筆滾珠之方式設置於一自該地板向下凸出之支柱之尖端上之裝置。該支柱可被接納於一盤狀滾珠接納板中。該支柱可視需要連接至一垂直設置之彈簧以沿該垂直方向提供一定阻尼量及恢復力。
Bakker之第2,014,643號美國專利係關於一種用於建築物之平衡塊，其包括對置之內凹形表面，而一軸承滾珠定位於該等表面之間以支撐一建築物上部結構之重量。
Kemeny之第5,599,106號美國專利揭示滾錐軸承。
無論任何特定引用是否特定且明確以引用方式併入本文中，本申請案中所引用之所有專利及專利或其他公開申請案皆據此以引用方式全文併入本文中作為本專利申請案之一部分。
本發明提供一高架隔離地板系統，其用於保護物體不因上面支撐有該等物體之基礎之地震或其他振動而受到損失及/或傷害。於本發明之一顯著特徵中，該地板包括一框架或由一框架支撐，該框架又由複數個墊座支撐於該基礎上方。該地板上物體之重量由複數個包括至少一個凹形或錐形表面之軸承支承，每一此種軸承皆包括一滾珠。較佳地，該軸承係一滾錐軸承。該系統適於支撐該地板之特定方式從屬於多種變化形式中之任何一種，所有此類變化形式皆涵蓋於本發明中。
雖然通常該基礎將包括或構建於一結構之地平面上之連續澆築混凝土或其他板材上，於其他實施例中，一基礎可包括一系列自該基底平面向上延伸之支座或其他凸出部分。一基礎可存在於一不同於一地平面之平面上。舉例而言，術語「基礎」可包括一先前存在之地板或定製地板，且該地板可存在於該結構之一地平面或一第二或更高樓層面上。
同樣地，在本發明中，除非另作明確說明或自習慣用法之上下文中顯而易見，術語「地板」將意指其上佈置有欲隔離物體之本發明系統之層。於某些實施例中，該地板係一能夠在無一框架或併入一框架之情況下使用之經增強平臺。
因此，於一較佳實施例中，本發明包括一地震隔離地板系統，其包括：a)一個或多個水平地板面板，每一該面板皆具有一頂表面及一底表面，b)一適於支撐該(等)地板面板之框架，c)複數個自該框架向下垂直延伸之承載地板墊座，及d)複數個地震隔離軸承，每一此種軸承皆包括：一具有一面朝下之剛性負載表面之上負載板及一具有一面朝上之剛性負載表面之下負載板，該等表面中之至少一者界定一凹陷負載表面以界定一錐形或凹形空穴，使一剛性滾珠夾持於該等板之間。
其中每一該軸承皆緊固至一地板墊座且其中一佈置於該(等)面板之頂表面上之負載透過該框架、墊座及軸承轉移至一基礎。
於一次佳但具完美功能性之實施例中，本發明係關於一種地震隔離地板系統，其包括：a)一個或多個水平地板面板，每一該面板皆具有一頂表面及一底表面，b)一適於支撐該(等)地板面板之框架，c)複數個地震隔離軸承，d)複數個自一基礎向上垂直延伸之承載地板墊座，其中每一此種軸承皆包括：一具有一面朝下之剛性負載表面之上負載板及一具有一面朝上之剛性負載表面之下負載板，該等表面中之至少一者界定一凹陷負載表面以界定一凹形或錐形空穴，使一剛性滾珠夾持於該等板之間。
其中每一該軸承之上負載板緊固至該框架且其中該軸承之下負載板緊固至一地板墊座且其中一佈置於該(等)面板之頂表面上之負載透過該等框架、軸承及墊座轉移至該基礎。
於再一實施例中，本發明包括一種地震隔離地板系統，其包括：a)一地板，b)複數個自該地板向下垂直延伸之承載地板墊座，及c)複數個位於一基礎上之地震隔離軸承，其中每一此種軸承皆包括一具有一面朝下之剛性負載表 面之上負載板及一具有一面朝上之剛性負載表面之下負載板，該等表面中之至少一者界定一凹陷負載表面以界定一凹形或錐形空穴，使一剛性滾珠夾持於該等板之間，其中每一該軸承之上負載板皆緊固至該墊座，且其中一佈置於該(等)面板之頂表面上之負載透過該等框架、軸承及墊座轉移至該基礎。
於一特別佳之實施例中，該地板系統於該基礎與該地板本身之間界定一空隙、空穴或空間，該空隙可用來延伸電纜、導線及諸如此類，例如電力電纜及/或用於在電腦組件物體與外部通訊裝置之間進行通訊之網路連結或其他數位電纜。該空隙亦提供氣流以充分冷卻可具有嚴格冷卻要求的例如包含伺服器(例如多刀鋒伺服器)之資訊技術(IT)設施、包含電子顯微鏡及諸如此類之研究設施、或包含複雜及精密掃描設備及諸如此類之醫療設施等包含敏感電氣、電子及電腦設備之設施中之物體。
目前所提出專利申請之地震地板系統之一重要優點在於具有最少量之移動部分，且該等部分本身易於檢驗、製造、安裝及維修。不同於主要依靠彈簧、盤管、杠桿、心軸或纜繩之先前地板系統，本發明地板系統無需在安裝後根據欲隔離物體之質量實施「微調」來起作用。本發明之最廣泛態樣具有實質上僅包括兩個移動部分來起作用之優點：一剛性滾珠、及由該滾珠支撐之地板及/或框架。雖然其他「移動部分」組件(例如(但不限於)彈性阻尼器、盤管、彈簧、氣動減震器或由(例如)橡膠、非橡膠彈性體材 料、鋼及類似材料製成之緩衝器)可被添加用來緩衝或阻尼該基礎相對該地板之移動，但與先前隔離地板系統相比較，目前提出專利申請之地板系統之主要特徵仍明顯簡單。
因此，在目前提出專利申請之隔離地板系統中，當側向震動力被施加至該基礎時，該軸承之上負載板因欲隔離物體之質量所引起之慣性而相對於該下負載板位移。每一軸承皆包括至少一個且較佳兩個具有凹形或較佳錐形凹陷之負載表面(一個面朝上且另一個面朝下)。該等震動往往使夾持於該等負載板之間的剛性滾珠移離一中心凹陷，從而導致該滾珠被抬高至一更高高度。因此，使該滾珠位移之側向能量之某一部分隨著該滾珠側向滾動至一更高高度而被作為重力(大致垂直)勢能吸收及儲存。重力之此增加隨後又被重力消耗，從而迫使該滾珠往下滾動，重新返回至該中心凹陷且因此將該重力勢能部分地轉換回側向「恢復」能量。
啟始該地板(及框架，若存在)沿一側向方向移動所需之震動能量在很大程度上取決於(例如)下述因素：該凹陷之形狀(凹形或錐形)；該凹陷之大小，若該凹陷係錐形，則該下負載表面之凹陷錐體之坡度；欲隔離之物體之重量及分佈；及彼坡度之變化率。
於另一實施例中，本發明提供一種地震隔離活動地板總成，其包括：一基底地板、一耦合至該基底地板之支承板、一覆蓋在該支承板上面之隔離板、及一設置於該支承板與該隔離板之間並接觸該支承板及該隔離板之滾珠。一地板耦合至該隔離板且與該隔離板一起形成一設置於一相對於該基底地板或基礎抬高之位置處之活動地板。於一特定實施例中，存在一耦合至該隔離板且能夠接納並支撐一地板之框架，其中於一特定實施例中存在一由該框架支撐之地板。此外，本發明係關於一種下部結構，其安裝至該基底地板或基礎，且該支承板安裝至該下部結構並設置於一相對於該基底地板之抬高位置處。該下部結構由至少一個其一端耦合至該基底地板而一對置端耦合至該支承板之豎立墊座構成。該墊座可在縮短與延長狀態之間調整。一第一空穴形成至該支承板中，一第二空穴形成至該隔離板中，第一空穴面對第二空穴，且該滾珠接觸第一及第二空穴。較佳地，第一及第二空穴各自係凹形的。
於本發明之再一實施例中，提供一種地震隔離活動地板總成，其包括：一基底地板、一耦合至該基底地板之支承板、一覆蓋在該支承板上面之隔離板、一位於該支承板與該隔離板之間並接觸該支承板及該隔離板之滾珠、及一耦合至該隔離板並共同形成一設置於一相對於該基底地板之抬高位置處之活動地板。進一步，本實施例係一種耦合至該隔離板之框架，且該第一地板由該框架支撐。一地板接納框架耦合至該隔離板，一第二地板由該地板接納框架支撐。一下部結構安裝至該基底地板，且該支承板安裝至該下部結構且設置於一相對於該基底地板或基礎抬高之位置處。該下部結構包括至少一個其一端耦合至或接觸該基礎或基底地板而一對置端耦合至該支承板之豎立墊座。該墊座可在縮短與延長狀態之間調整。一第一空穴形成至該支承板中，一第二空穴形成至該隔離板中，第一空穴面對第二空穴，且該滾珠接觸第一及第二空穴。該第一及第二空穴各自選自由凹形空穴及錐形空穴組成之群組。
根據本發明之另一態樣，提供一種由經附裝隔離板及地板構成之總成，該等經附裝隔離板及地板共同形成一設置於一相對於一基底地板或基礎之抬高位置處之活動地板，其中該等隔離板中之每一者皆覆蓋在一支承板上面，該支承板耦合至一基底地板且形成有一接觸設置於一形成於該支承板中一對置第二空穴上之滾珠之第一空穴。與該等隔離板中之每一者相關聯之支承板安裝至一耦合至該基底地板之下部結構，其中該下部結構由至少一個墊座構成。該墊座可在縮短與延長狀態之間調整，且第一及第二空穴各自較佳係凹形的。於一特定實施例中，一框架附裝至該等隔離板中之至少一者，且該等地板中之至少一者由該框架支撐。
本發明係關於新穎隔離地板系統及方法，其用於防止貴重及/或敏感物體(包括人員及財產)因地震或其他類似震動活動而受到傷害或損害，及/或允許此等物體能夠在此種活動期間不間斷地運作。因此，本發明係一種精緻、具成本效率、簡單且可行的解決方案，其用於保護此類物體免遭或限制由地震或其他嚴重震動能量所引起的損害。
於一較佳實施例中，本發明之地板系統不支撐或不適於支撐一建築物上部結構。
目前提出專利申請之地板系統包括一直接或間接由一系列墊座支撐之高架地板。於本發明之一目前較佳實施例中，該地板首先由一框架穩定地支撐，該框架由強固得足以支撐欲佈置於該地板上之物體之重量之材料製成。適合之框架材料之實施包括(但不限於)鋼、鋁、鈦、鐵、銅、聚合材料、該等材料之合金及諸如此類。較佳地，該材料重量輕到足以允許在原地容易地裝配及拆卸該框架，並使該等軸承上之總負載保持在最小限度。
該框架可使用以任何賦予該框架足以充分支撐欲佈置於其上之物體並足以在一地震事件期間抵抗縱向彎曲之結構支撐之方式佈置(通常為一多邊佈置)之框架部件構造而成。由於其中安裝本發明系統之大部分房間很可能為矩形的，因此該等框架部件通常可以一大體四邊形方式佈置，例如本說明書之圖5中所示之框架。不過，亦可具有其他佈置，包括以矩形方式(以平面或四面方式)或以賦予該框架其強度之其他幾何方式佈置之框架。
為了平衡對強度之需要，該框架及地板亦最好不要過度剛硬。過度的剛性可導致框架在一地震事件期間斷裂或破碎。另一方面，雖然應允許框架彎曲成某一角度，但亦可對其增強以抵抗縱向彎曲或下陷、或明顯離開地板水平面之運動。較佳地，使用螺栓、螺釘、螺母及諸如此類將地板元件接合在一起，例如將地板或框架元件接合至隔離支承板且彼此接合。關於該等地板，該等地板中之某些地板可例如藉由使用螺栓等接合或耦合在一起，而其他地板或地板群組可處於非耦合狀態，以便可移動且因此允許接近該地板下之空隙以接近電纜及諸如此類。
於替代但目前次佳之實施例中，該地板本身可經充分增強以能夠足夠支撐物體而無需添加一框架。
於此一實施例中，因此可將該地板及框架視為整合到一單個地板單元中，並如本文中所述以其他方式裝配並使用該系統。
於本發明之某些實施例中，可以「百合花墊片」或「島」形式來應用本發明之隔離地板系統。因此，在某些此類實施例中，一習用模塊式高架活動地板系統(例如用於靈活分佈一房間或工作區內之電、加熱、冷卻及/或資料線)可經組態以包括利用包括於該習用高架活動地板系統內之本發明隔離地板系統之隔離島。
舉例而言，典型之高架活動地板可包括複數個經增強四邊形面板；例如，正方形面板。於一典型實施例中，該等面板或面板群組由複數個以一柵格式或矩陣佈置設置於一基礎上之墊座支撐(例如，支撐於每一拐角處)。此種地板通常用於允許將諸如電、加熱、冷卻及/或資料線路等線路分佈於一房間或工作區內而不需要將此類線路強加於該高架地板本身上。對該等線路之利用係藉由移除一個或多個面板以接近其下放空隙中之該(等)線路來達成。
因此，可藉由下述方式以一「島」模式來使用本發明隔離地板系統：移除該等標準高架活動地板面板以建立一至少超過欲支撐物體之「足跡」的「足跡」。
該隔離地板系統由此可建立在由移除該等地板面板所產生的空間內。在此種情況下，該隔離地板系統之地板亦有利地由面板製成；此允許本發明隔離地板系統利用該高架活動地板之空隙內之佈線；該佈線隨後可連接至佈置於該隔離地板系統上之物體。
該隔離地板系統「島」應具有至少為欲支撐物體之尺寸之地板尺寸。亦應在該島之周邊周圍留出一間隙以允許該隔離地板在一地震事件之情況下相對於標準高架活動地板移動或「浮動」。此間隙之寬度最佳至少為於所用滾錐軸承之下凹陷錐形負載表面之半徑。較佳地，該間隙之寬度相當於(但不必超過)該下凹陷錐形負載表面之半徑(r1 )與該上錐形負載表面之半徑(r2 )之和。此一間隙允許整個運動範圍在一地震或其他震動事件期間可用於該隔離島。於一實施例中，此間隙可為約12英吋；在其他實施例中，該間隙可介於約8英吋至約24英吋之間。
當然，本發明之「百合花墊」或「島」模式亦可用於一習用基礎中之一凹陷中。
較佳地，儘管不排他，用於本發明隔離地板系統之軸承中之凹陷錐形或凹形負載表面具有一範圍在約6英吋至約14英吋之直徑，此部分地取決於該安裝位置中最大預期地震強度，且若該凹陷表面呈錐形，則取決於錐體橫截面之線性部分之坡度。最佳地，該等負載表面之直徑約為8英吋、或約9英吋、或約10英吋、或約12英吋。
另外，當該隔離軸承之凹陷空穴呈錐形時，較佳地該錐體橫截面之線性部分之坡度處於一自約5°至約9°度之範圍內。同樣，部分地可根據該安裝位置中之最大預期地震之強度來估測該參數。有利地，無需對地震波之方向作出預測，因為本發明地板系統在簡單的前後或左右振動中與在具有對角線或圓形波模式之更複雜或混合波中起同樣好的作用。欲佈置於該地板上以及該地板及元件本身中之物體重量之增加相當於更大的慣性。因此，雖然一具有一更重物體(更大負載)之隔離地板可能需要一更大振動力來使該隔離地板系統獨立於周圍結構而移動(特定而言，將該剛性滾珠移離該中心凹陷，若有)，但一旦此移動開始，就需要一更大的恢復(重力)力來抵消此運動並使該物體恢復靜止。因此，對於較重的設備，該錐形橫截面可有利地製成不太淺(亦即具有一更大的坡度)以達到良好效果。因此，最佳斜坡角度可存在於約6°至約8°，或更佳約6.1°至約7.7°範圍內，或更特定而言約7.7°。應瞭解，本專利申請案中所給出之角度、尺寸及諸如此類之此範圍及所有範圍皆應理解為包括對所有中間值(一度之十分之幾)以及該範圍之每一末端處之值之顯式揭示。目前較佳斜坡角度包括6.1°及7.7°。前一坡度可在一實施例中與一8英吋盤結合使用。該7.7°坡度可有利地與一12英吋盤，特定而言與一較重負載結合使用。
於某些實施例中，本發明之隔離地板系統之一第一與第二組件可彼此直接或間接連接、咬合、固定、佈置、相互配合及諸如此類。直接連接、咬合、固定及諸如此類之實例包括在該第一與第二組件之間存在一個或多個中間組件。舉例而言，一能量吸收介質(例如一氣動減震器)可藉由定向連接至一轂而間接地固定至該基礎，該轂被支撐於或以其他方式穩定地固定至該基礎。亦可使用非氣動撐條。
欲用於該滾錐軸承之滾珠較佳係一剛性、未經塗佈之滾珠軸承，但於次佳實施例中可專門利用橡膠或塗有彈性體之滾珠、合成滾珠及類似滾珠。或者，此種未經塗佈之低磨擦滾珠可與多個經塗佈、更高磨擦剛性滾珠結合使用，其中後一滾珠類型充當一藉由磨擦來吸收能量之阻尼器。該滾珠可包括不銹鋼、或任何能夠支撐一至少約1000 lb重量之硬質金屬或金屬合金。同樣地，該等凹陷凹形或錐形負載板係由同樣強固之材料製成。
另外，本發明之地板系統包括複數個此類軸承，此類軸承較佳足以穩定地支撐該地板而不存在實質性移動，除非在地震震動之情況下。對於一四邊形地板而言，此通常意味著至少一個此種軸承將佈置於該框架(或地板，若單獨地增強該地板)之四個拐角之每一者處或附近。此外，附加軸承以一種防止該框架及/或地板下陷或縱向彎曲之方式佈置，其中在計算欲利用之軸承之總數及分佈時，適當計及各個軸承之負載容限(例如1000 lb及其總地板負載及分佈。該等軸承可在該地板上組成一附裝軸承矩陣。
於一特別佳之實施例中，本發明之地板系統被製作成具有約12英吋之系統位移、及約0.15 g至約0.20 g地板加速度，其中g等於重力加速度量。
本文中亦揭示一種用於一隔離地板系統之阻尼系統，其包括一轂，該轂佈置或以其他方式固定於該基礎上且由複數個自該轂向外延伸並終止於該基礎上之撐條部件支撐於一豎立位置中。較佳地，該等撐條部件終止於一墊片中一遠端處，從而將該轂穩定於一豎立位置中。自該轂向外輻射者係兩個或多個(較佳三個或更多個；甚至更佳四個或更多個)於其近端處直接或間接固定至該框架或地板之能量吸收元件。較佳地，每一能量吸收元件之遠端皆固定至一承載墊座。
欲用於本發明地板系統之地板面板可包括任何合適材料(包括金屬、玻璃纖維、塑膠或複合材料)。該地板系統可包括一單個面板，或在其他實施例中，可包括多於一個此種面板。較佳地，該系統包括兩個或更多個地板面板；另外,該等面板較佳呈一規則形狀且因此大致上可互換。某些地板面板可經修改以包括透過其可饋送(例如)電纜、導線及其他材料以與欲隔離之所支撐物體連接之接近開孔。較佳地，該等地板面板可具有一標準多邊形狀(例如正方形)，並具有一標準尺寸。一特別有利之尺寸為約2英尺x2英尺，而此係諸多標準高架活動地板磚之尺寸及形狀。尤其適用於電腦、IT、及具有嚴格冷卻要求之其他設備，本發明隔離地板系統可採用標準多孔磚以允許排出且冷卻循環於該地板與該基礎之間的空氣。
於本發明之一較佳實施例中，該框架包括電纜托架、拉桿或其他緊固構件以使功率、資料及其他此類電纜在一地震或其他震動事件期間與該隔離地板而不是與周圍結構一起移動從而使所隔離之物體在此種事件期間或之後能夠保持處於帶電及可運作狀態，並減少此等電纜上出現嚴重應力及張力之可能性。
通常去往將該等框架元件與其他框架元件(例如撐條)並與地板面板耦合，且有時將一個或多個地板面板耦合在一起以防止倒塌。於一較佳實施例中，將此等元件螺栓結合在一起。
該隔離地板可與或不與包括彈簧、盤管及彈性體材料(例如橡膠或塑膠帶、撐條或例如氣動減震器等氣動組件)在內之阻尼能量吸收元件(例如彈性組件)一起使用。於一較佳實施例中，本發明之框架及/或墊座由一個或多個阻尼能量吸收元件緩衝。此(等)元件可(例如)防止該地板及/或框架縱向彎曲或下陷或使該地板比原本所發生情形更快地返回至其靜止位置。於一特別佳實施例中，一轂佈置於該基礎上或固定至該基礎且兩個或更多個能量吸收元件自該轂及墊座或框架附裝位置沿徑向連接。於該實施例中，在該地震或其他震動事件期間，該轂與該基礎一起移動且該地板與此種移動隔離。該轂可由增強墊片及支柱支撐於一豎立位置中。
慮及該地板與該基礎之間對設備實施冷卻或延伸(例如)電、資料傳送及其他電纜、導線或其他線路所需之任何空穴及空隙，本發明隔離地板系統可允許將該地板抬高至一高於該基礎達約4英尺或約3英尺或約2英吋或約1英尺之水平面，或任何適合於欲隔離物體之其他高度。
接下來之實例係對本發明之一些較佳實施例之舉例說明，而非意欲將本發明之範疇限定至此等實施例。
現在參見圖1，圖中顯示一凹陷錐形負載表面之淺錐形區域及所涉及幾何之半剖面圖。該錐體頂點(2)係該滾珠之靜止點(C)。一剛性滾珠半徑(r)可自接觸位置A向上移動至點B，其中該半徑亦將觸及凹陷點(D)。在該位移期間，該滾珠中心點自J移至K；因此，在一側向距離(d)上達成一垂直上升(h)。處於靜止狀態下之接觸角為α而該上升角度為δ。距離(a)係處於靜止狀態下之接觸半徑。對應於CD之總水平距離為該錐體半徑以及該凹陷半徑。由於線AB界定一線性坡度，因此該軸承上之恢復力保持不變。換言之，一坡度相對於其基底之第一導數保持不變。
參見圖2，提供一滾錐軸承之一實施例之分解圖。如所示，該軸承包括一上負載板(10)及一下負載板(11)，其各自具有凹陷錐形負載表面，而一剛性滾珠(12)夾持於其之間。該等凹陷錐形負載表面各自包括一中心頂點(17)、一具有大致不變坡度之區域(15)及一凹陷周邊(16)。於該實施例中，該等上及下負載板可分別藉助螺栓(14)及該等板中之對應孔(13)直接或間接螺栓結合至該框架及/或地板及該基礎。於某些實施例中，該軸承之上負載板螺栓結合至以其他方式固定至一自該框架或地板向下凸出之墊座，且因此 間接固定至該框架或地板。於其他實施例中，該上負載板可直接固定至該框架或地板。該下負載板同樣可例如藉助一支座或墊座間接附裝至該基礎，或直接附裝至該支座或墊座。
圖3描繪本發明之高架活動隔離地板系統之實施例，其包括一高架地板(20)，高架地板(20)由一系列固定至佈置於或固定至一基礎(22)上之滾錐軸承(24)之墊座(26)支撐。於本發明之該實施例中，該地板可支撐，例如支撐複數個電腦伺服器或主機(28)。
圖4描繪本發明之一目前較佳實施例，其中一墊座(36)於一下端處包括一空心尖端(38)或其他配件以接納一位於一滾錐軸承(40)之一上支承板(44)部分上之立柱或螺紋接管(46)。該軸承亦包括一倚靠在一下支承板(48)上之剛性滾珠(42)。墊座(32)之上部分由一支撐該地板之框架(30)上之配件、空隙或凹陷(34)接納。根據本發明揭示內容，熟習此項技術者將即刻發現本發明滾珠之該部分之其他實施例，例如(但不限於)該墊座之任一端或兩端可用螺栓結合或以其他方式固定至該框架或地板及/或該基礎之實施例，或其中該墊座之下端適於插入到該上支承板中一凹陷內之實施例。
於本發明之另一實施例中，舉例說明一阻尼系統。於圖5中，該地板系統之一框架包括與均勻隔開之第二框架部件(62)交叉(在此種情況下，成直角)之大致均勻隔開之第一框架部件(60)。滾錐軸承(64)經由軸承及框架二者皆緊固至其之墊座(66)來支撐該框架及地板。分離的墊座由緩 衝或阻尼構件(在此種情況下，由一其遠端附裝至一鄰近墊座之氣動減震器(68)之一近端)鏈接至一中心轂(70)。因此，所有該等墊座皆藉助該中心轂鏈接。該轂本身係由該基礎上之支柱(72)及墊片(74)支撐。
本文所引用之所有參考文獻、論文、出版物及專利與專利申請案皆以引用方式全文併入本文中。
儘管已根據若干具體實例及實施例闡述了本發明，但應理解，本發明並非僅限於此且可在以下申請專利範圍之範疇內以各種方式來實施。
2‧‧‧錐體頂點
10‧‧‧上負載板
11‧‧‧下負載板
12．．．剛性滾珠
13．．．孔
14．．．螺栓
15．．．區域
16．．．凹陷周邊
17．．．頂點
20．．．高架地板
22．．．基礎
24．．．滾錐軸承
26．．．墊座
28．．．主機
30．．．框架
32．．．墊座
34．．．凹陷
36．．．墊座
38．．．空心尖端
40．．．滾錐軸承
42．．．剛性滾珠
44．．．上支承板
46．．．螺紋接管
48．．．下支承板
60．．．第一框架部件
62．．．第二框架部件
64．．．滾錐軸承
66．．．墊座
68．．．氣動減震器
70．．．中心轂
72．．．支柱
74．．．墊片
於圖1中，以半側面形式顯示一淺凹陷錐形負載表面之剖面。如圖中可見，該錐體表面之坡度於其大部分側向距離上保持不變。
圖2以分解透視形式顯示一滾錐軸承。
圖3顯示本發明之高架隔離地板系統之一實施例。
圖4描繪本發明之一其中該墊座於一上端固定至一框架而於另一端固定至一滾錐軸承之上負載板之實施例。
圖5圖解說明本發明之另一其中該框架在一例如地震之震動事件期間受到能量吸收元件阻尼以防止本發明之隔離地板系統相對於該基礎移動之實施例。
30．．．框架
32．．．墊座
34．．．凹陷
36．．．墊座
38．．．空心尖端
40．．．滾錐軸承
42．．．剛性滾珠
44．．．上支承板
46．．．螺紋接管
48．．．下支承板

Claims (34)

  1. 一種地震隔離地板系統，其包括：a)一或多個水平地板面板，每一該面板皆具有一頂表面及一底表面，b)一框架，其適於支撐該(等)地板面板，c)複數個承載地板墊座，其自該框架向下垂直延伸，及d)複數個地震隔離軸承，每一該地震隔離軸承皆包括：一具有一面朝下之剛性負載表面之上負載板，並且該上負載板界定一包含一凹形或錐形表面之凹陷負載表面；一具有一相對並實質上相同於該上負載板之該負載表面之面朝上之剛性負載表面之下負載板，並且該下負載板界定一包含一凹形或錐形表面之凹陷負載表面；其中該等相對負載表面界定一空穴；及一滾珠設置於該空穴內；其中每一該軸承皆直接或間接緊固至一地板墊座，其中佈置於該(等)面板之頂表面上之負載經由該框架、墊座及軸承而轉移至一基礎，其中該地板系統係經構造以使一被施加至該基礎之側向震動力造成一軸承之該上負載板相對於該軸承之該下負載板位移，其中一允許一整個運動範圍之間隙維持於該系統之周圍，並且其中該系統不使用彈簧或盤管而提供地震隔離恢復力。
  2. 如請求項1之地板系統，其中至少一個該軸承之該上負載板緊固至一對應墊座之一下端，且其中該軸承之該下負載板直接或間接定位於該基礎上。
  3. 如請求項1之地板系統，其中每一該軸承之該上負載板皆緊固至一對應墊座之一下端，且其中每一該軸承之該下負載板皆直接或間接定位於該基礎上。
  4. 如請求項1之地板系統，其中至少一個該軸承之該上負載板緊固至該框架，且其中該軸承之該下負載板緊固至一對應墊座之一頂端，其中該墊座直接或間接定位於該基礎上。
  5. 如請求項1之地板系統，其中該凹陷負載表面包括一中心頂點、一凹陷周邊及延伸於其間的錐形區域。
  6. 如請求項5之地板系統，其中該錐形區域由一不變坡度界定。
  7. 如請求項5之地板系統，其中該凹陷周邊包括一於其中界定該凹陷負載表面之圓周。
  8. 如請求項1之地板系統，其中該基礎、框架及該一或多面板在該地板與該基礎之間界定一空穴。
  9. 如請求項1之地板系統，其中該地板經受一大致不變的恢復力。
  10. 如請求項1之地板系統，其中該地板經受一100%的重力恢復力。
  11. 如請求項1之地板系統，其進一步包括用於在一震動事件期間減緩該地板之加速度之阻尼構件。
  12. 如請求項11之地板系統，其中該阻尼構件包括至少一個能量吸收元件，該至少一個能量吸收元件於一近端處直接或間接固定至該基礎而於一遠端處直接或間接固定至該框架或地板。
  13. 如請求項12之地板系統，其中該至少一個能量吸收元件係選自由一彈性組件及一氣動元件組成之群組。
  14. 如請求項13之地板系統，其中該能量吸收元件包括一氣動元件。
  15. 如請求項12之地板系統，其中該阻尼構件包括一彈性組件。
  16. 如請求項12之地板系統，其中該能量吸收元件於一近端處直接連接至一支撐於該基礎上之轂而於一遠端處直接連接至一承載墊座。
  17. 如請求項12之地板系統，其中該阻尼構件包括三或更多個於一近端處直接或間接固定至該基礎而於一遠端處直接或間接連接至該框架或地板之能量吸收元件。
  18. 如請求項17之地板系統，其中至少一個能量吸收元件係選自由一彈性組件及一氣動元件組成之群組。
  19. 如請求項18之地板系統，其中該能量吸收元件包括一氣動組件。
  20. 如請求項18之地板系統，其中該阻尼構件包括一彈性組件。
  21. 如請求項17之地板系統，其中該能量吸收元件於一近端處直接連接至一支撐於該基礎上之轂而於一遠端處直接 連接至一承載墊座。
  22. 一種地震隔離地板系統，其包括：a)一或多個水平地板面板，每一該面板皆具有一頂表面及一底表面，b)一框架，其適於支撐該(等)地板面板，c)複數個承載地板墊座，其直接或間接固定至該框架，及d)複數個地震隔離軸承，每一該軸承皆包括一具有一面朝下之剛性負載表面之上負載板及一具有一面朝上之剛性負載表面之相對下負載板，該等相對表面界定一凹陷負載表面以界定一空穴，一滾珠設置於該空穴內，其中每一該軸承皆緊固至一地板墊座，其中一佈置於該(等)面板之頂表面上之負載經由該框架、墊座及軸承而轉移至一基礎，且其中該地板系統係經構造以使一被施加至該基礎之側向震動力造成一軸承之該上負載板相對於該軸承之該下負載板位移，其中一允許一整個運動範圍之間隙維持於該系統之周圍，並且其中該系統不依賴彈簧或盤管而提供地震隔離。
  23. 如請求項22之地板系統，其中該等隔離軸承各自包括一面朝上錐形及面朝下錐形之凹陷負載表面。
  24. 如請求項23之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之線性部分之坡度皆至少為約6°。
  25. 如請求項24之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之該線性部分之坡度皆介於約6°與約8.0°之間。
  26. 如請求項24之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之該線性部分之坡度皆為介於6.05°及6.15°間。
  27. 如請求項24之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之該線性部分之坡度皆為6.1°。
  28. 如請求項24之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之該線性部分之坡度皆為介於7.65°及7.75°間。
  29. 如請求項24之地板系統，其中每一該凹陷負載表面之該線性部分之坡度皆為7.7°。
  30. 如請求項22之地板系統，其中該凹陷負載表面包括一中心頂點、一凹陷周邊及一延伸於其間的錐形區域。
  31. 如請求項30之地板系統，其中該錐形區域包括一不變坡度之區域。
  32. 如請求項30之地板系統，其中該凹陷周邊包括一於其中界定該凹陷負載表面之圓周。
  33. 如請求項32之地板系統，其中該凹陷負載表面之直徑介於約8英吋與約14英吋之間。
  34. 如請求項33之地板系統，其中該凹陷負載表面之該直徑介於8英吋與約12英吋之間。
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