CN103643749A - 组合式高层建筑隔震支座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式高层建筑隔震支座，包括上连接板、下连接板、底座板、标准叠层橡胶隔震支座、动杠杆、定杠杆、橡胶垫、限位板、抗拉调节螺杆、复位定位栓、定位球、定位球支座、限位定位柱、阻力臂；本发明解决了隔震支座在高层建筑中的抗拉能力不足、隔震效果差、抗风荷载能力弱的问题；且解决低阻尼会产生的过大位移和低阻尼无法克服风的荷载的问题；利用地震力的影响，发挥定位球的不稳定性，设计了隔震的自启动装置，简单实用，性能可靠。

Description

组合式高层建筑隔震支座

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，特别是一种组合式高层建筑隔震支座。

背景技术

传统的普通抗震建筑，是通过加粗钢筋、加大梁柱等建筑主体强度与地震力相抵抗，但地震力非常强大，往往会使建筑物从根部整体断裂倒塌，这种传统的、被动的“以刚克刚”的抗震方法被称为硬抗。隔震建筑是在建筑物和基础之间，设置一种特殊装置——隔震支座，把建筑物和地面分开，隔离地震能量向建筑物传递，减轻地震灾害，这种主动的、积极的以“柔克刚”的隔震方法被称为软抗。从抗震到隔震，现代建筑抗震性能“趋软”；因此，隔震建筑会成为以后发展的一个新趋向。

目前，橡胶隔震支座是世界上研究和应用最多、技术最成熟、且有成效显著的隔震技术，此项技术多用于中低层，在高层建筑中应用还有以下几个问题有待解决：

（一）隔震支座的抗拉能力不足

橡胶隔震支座由多层橡胶和钢板交替叠置硫化粘合而成，一般情况下支座隔震***需具备四种特性：承载特性、隔震特性、复位特性、耗能特性。也就是说，目前生产的支座隔震***不具备预防倾覆和提离的抗拉特性；而高层建筑由于高宽比相对较大，倾覆效应明显；且强震中竖向地震力往往很大，这使得隔震层常有提离现象。

因此，隔震支座受拉问题成为隔震技术在高层建筑中推广应用的主要障碍之一。

（二）隔震效果不好

高层基础隔震建筑的隔震效果与隔震支座的水平刚度（阻尼）有极大关系，采用低硬度橡胶的支座更加适用于高层建筑；高层建筑自重大，振动时隔震支座内部材料分子间发生摩擦所产生的内阻尼大；高层建筑受到风的荷载大，通常靠加大隔震支座的阻尼来确保建筑物的稳定，当阻尼超过一定范围时，阻尼越大隔震效果越差；高层建筑自振周期本身比较长，并且需要水平刚度较大的大直径支座，这时隔震层对结构自振周期的延长作用相对比中低层建筑弱，隔震效果难以保证。

（三）风荷载影响较大

高层建筑随高度的增加风的荷载也相应加大。目前的解决方法是增加隔震支座的阻尼，也就是增加隔震支座的水平刚度以确保建筑物的稳定。这样在大地震的情况下，可能会对水平加速度等结构反应有放大作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决了隔震支座在高层建筑中的抗拉能力不足、隔震效果差、抗风荷载能力弱的问题；且解决低阻尼会产生的过大位移和低阻尼无法克服风的荷载的问题的组合式高层建筑隔震支座。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种组合式高层建筑隔震支座，包括上连接板、下连接板、底座板、标准叠层橡胶隔震支座、动杠杆、定杠杆、橡胶垫、限位板、抗拉调节螺杆、复位定位栓、定位球、定位球支座、限位定位柱、阻力臂；上连接板、下连接板为等大的正方形，标准叠层橡胶隔震支座均匀的分布在上连接板和下连接板之间，位于两个连接板对应的四个角上，将上连接板和下连接板连接，定杠杆为U型结构，U型结构的两条侧边与底边垂直，U型结构的开口端与上连接板固连，U型结构的闭合端中部下面固定连接有圆柱形限位定位柱，限位定位柱朝下的一端开有杆定位孔，动杠杆为长条形结构，位于定杠杆两条侧边之间的底边的上方，动杠杆与定杠杆成十字交叉设置，动杠杆两端的正下方分别设置橡胶垫，限位板固定在下连接板的上端面，限位板上开有圆型限位孔，限位定位柱在限位孔内的水平方向上限位，下连接板中心部位有一圆孔叫板定位孔，抗拉调节螺杆自下而上穿过下连接板上的板螺杆孔、橡胶垫中心孔及动杠杆两端的调节螺孔；下连接板和底座板之间通过均匀分布在下连接板和底座板四个角上的钢柱固连，底座板中心处焊有定位球支座，定位球活动设置在定位球支座的上方，复位定位栓上部是圆椎体，下部是圆柱体，圆柱体下端两侧各有一个与圆柱体垂直的阻力臂，圆柱体底面轴向开有螺孔，螺孔内通过螺纹连接有螺杆；复位定位栓底端螺杆活动设置在定位球的上方，复位定位栓的上端穿过板定位孔，***杆定位孔。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明组合式高层建筑隔震支座由于定杠杆、上连接板和建筑物形成一体，动杠杆、下连接板、底座板和地面形成一体，动杠杆压在定杠杆的上方成“十”字形交叉，垂直方向二者无法相向移动，所以整个支座具有强大的抗拉功效。

（2）本发明组合式高层建筑隔震支座采用标准叠层橡胶支座，阻尼小，隔震效果好，产生的位移大，限位定位柱在限位孔内移动，二者接触时具有刚性限位的作用，所以支座的隔震层不会发生过大位移而被破坏，对支座隔震层有很好的保护功能。

（3）本发明组合式高层建筑隔震支座复位定位栓自下而上穿过板定位孔进入杆定位孔，无震时的硬性定位能有效抵抗风的荷载，阻止建筑物发生水平位移；达到抗风荷载的功效。

（4）本发明组合式高层建筑隔震支座当水平地震力达到一定程度时，定位球在定位球支座上失去平衡而滚离，靠定位球顶撑的复位定位栓失去支撑，在重力作用下滑出杆定位孔，定位功能解除，隔震功能立即启动；能够起到隔震的自启动功效。

（5）本发明组合式高层建筑隔震支座采用四个标准叠层橡胶支座，这种支座是所有叠层橡胶支座中阻尼最小的，因此隔震效果好。另外，支座的阻尼小，上部结构产生的鞭梢效应也小，对建筑物有很好的保护作用。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明组合式高层建筑隔震支座的立体结构示意图。

图2是本发明组合式高层建筑隔震支座的立体分解结构示意图。

具体实施方式

本发明一种组合式高层建筑隔震支座，包括上连接板1、下连接板2、底座板3、标准叠层橡胶隔震支座4、动杠杆5、定杠杆6、橡胶垫7、限位板8、抗拉调节螺杆9、复位定位栓10、定位球11、定位球支座12、限位定位柱14、阻力臂19；上连接板1、下连接板2为等大的正方形，标准叠层橡胶隔震支座4均匀的分布在上连接板1和下连接板2之间，位于两个连接板对应的四个角上，将上连接板1和下连接板2连接，定杠杆6为U型结构，U型结构的两条侧边与底边垂直，U型结构的开口端与上连接板1固连，U型结构的闭合端中部下面固定连接有圆柱形限位定位柱14，限位定位柱14朝下的一端开有杆定位孔15，动杠杆5为长条形结构，位于定杠杆6两条侧边之间的底边的上方，动杠杆5与定杠杆6成十字交叉设置，动杠杆5两端的正下方分别设置橡胶垫7，限位板8固定在下连接板2的上端面，限位钢板8上开有圆型限位孔17，限位定位柱14在限位孔17内的水平方向上限位，下连接板2中心部位有一圆孔叫板定位孔18，抗拉调节螺杆9自下而上穿过下连接板2上的板螺杆孔16、橡胶垫7中心孔及动杠杆5两端的调节螺孔13；下连接板2和底座板3之间通过均匀分布在下连接板2和底座板3四个角上的钢柱固连，底座板3中心处焊有定位球支座12，定位球11活动设置在定位球支座12的上方，复位定位栓10上部是圆椎体，下部是圆柱体，圆柱体下端两侧各有一个与圆柱体垂直的阻力臂19，圆柱体底面轴向开有螺孔，螺孔内通过螺纹连接有螺杆；复位定位栓10底端螺杆活动设置在定位球11的上方，复位定位栓10的上端穿过板定位孔18，***杆定位孔15。

上连接板1、下连接板2、底座板3、动杠杆5、定杠杆6、限位板8、抗拉调节螺杆9、复位定位栓10、阻力臂（19）、限位定位柱（14）均采用钢质材料。

定位球11采用钢球。

定位球支座12采用钢圈。

底座板3的中部高于四周。

组合式高层建筑隔震支座的工作状态表现为三个方面：

第一：震时不动层

由上连接板1和与之相连接的定杠杆6组成，它们和建筑物连在一起构成整体，地震时处于基本静止状态，也是隔震设计所要达到的最佳状态。

第二：隔震层

由四个等大标准叠层橡胶隔震支座4组成，阻尼小，隔震效果好，可阻止地面震动向上部结构传导。

第三：震时移位层

由动杠杆5、橡胶垫7、抗拉调节螺杆9、下连接板2和底座板3组成，它们和地面连在一起构成整体，水平地震时随地面移动。

组合式高层建筑隔震支座工作原理：

1、抗拉

当隔震支座受拉时，力的传递：

上连接板1（力向上）→定杠杆6（力向上）→动杠杆5（力向下）→抗拉调节螺杆9（力向下）→下连接板2（力向下）→底座板3和地基。

2、限位

当地面水平位移过大时，力的传递：

地面→底座板3和下连接板2→限位板8→限位孔17→限位定位柱14→定杠杆6→上连接板1→建筑物代偿性平移。

3、定位

当产生风的荷载时，力的传递：

风→建筑物→上连接板1→定杠杆6→限位定位柱14→杆定位孔15→复位定位栓10→板定位孔18→下连接板2→底座板3和地基。

4、启动隔震功能

当水平地震力达到一定程度时，由于定位球支座12（钢圈）小，定位球11（钢球）大，定位球11水平位稳定性差，定位球11和定位球支座12、底座板3不能同步运动，定位球11从定位球支座12上滚落到底座板3上，由于底座板中部稍高，定位球不能在中部停留，复位定位栓10失去支撑，在重力作用下滑脱出杆定位孔15，定位功能解除，隔震功能启动。

当定位球11大小不变时，定位球11的稳定性取决于定位球支座12的大小，即定位球支座12大则稳定性好，定位球支座12小则稳定性差。

5、低阻尼有效隔震

由于有定位装置，无需通过加大支座阻尼，提高初始刚度来控制风反应。隔震层采用标准叠层橡胶隔震支座4，其阻尼小，能起到有效的“以柔克刚”的隔震效果。

复位定位栓10的工作原理：

复位定位栓10上部是圆椎体，下部是圆柱体，圆柱体下端两侧各有一个翼状凸起叫阻力臂19，圆柱体下端底面正中处有一轴向螺孔，螺孔内有一螺杆。

圆椎体的作用

由于高层建筑所受风的荷载较大，以及支座的老化、损伤等因素，支座原有的复位功能在震后不能让建筑物完全复位，杆定位孔15和板定位孔18的轴向中心线不在一条直线上。

复位定位栓10用力向上（千斤顶），椎体斜面侧向挤压杆定位孔15进口处（进口处微“八”字型，减少挤压对椎体斜面造成损伤，避免增加复位难度），让建筑物完全复位，继续向上则完成定位功能。

底部螺杆的作用

在定位球11的支撑下，固定复位定位栓10下部的阻力臂19，通过底部螺杆的旋转调节，确保复位定位栓10圆柱部分上端进入杆定位孔15中，使之达到可靠的定位深度。另外，螺杆底部与定位球11的可接触面小，这样更利于地震时快速解除定位功能，立即启动隔震功能。

橡胶垫的作用

高层建筑自重大，隔震层高度会被压缩降低，此时动杠杆和定杠杆之间的垂直距离加大，影响建筑物的稳定性。抗拉调节螺杆在动杠杆的调节螺孔内旋转，带动动杠杆向下压缩橡胶垫，调整动杠杆和定杠杆之间为零距离接触，确保建筑物的稳定。支撑平衡动杠杆，保持两杠杆处于平行状态，不影响震时的水平位移。

本发明的方案解决了隔震支座在高层建筑中应用的不足（抗拉能力不足、隔震效果差、风的荷载大）；解决传统问题时出现新的问题也得到了解决（低阻尼产生过大位移有限位装置、低阻尼无法克服风的荷载有定位装置）；利用地震力的影响，发煇钢球的不稳定性，创新隔震的自启动装置，简单实用，性能可靠；多功能有机组合，便于工厂化生产，建筑施工方便。

Claims (5)

1.一种组合式高层建筑隔震支座，其特征在于：包括上连接板（1）、下连接板（2）、底座板（3）、标准叠层橡胶隔震支座（4）、动杠杆（5）、定杠杆（6）、橡胶垫（7）、限位板（8）、抗拉调节螺杆（9）、复位定位栓（10）、定位球（11）、定位球支座（12）、限位定位柱（14）、阻力臂（19）；上连接板（1）、下连接板（2）为等大的正方形，标准叠层橡胶隔震支座（4）均匀的分布在上连接板（1）和下连接板（2）之间，位于两个连接板对应的四个角上，将上连接板（1）和下连接板（2）连接，定杠杆（6）为U型结构，U型结构的两条侧边与底边垂直，U型结构的开口端与上连接板（1）固连，U型结构的闭合端中部下面固定连接有圆柱形限位定位柱（14），限位定位柱（14）朝下的一端开有杆定位孔（15），动杠杆（5）为长条形结构，位于定杠杆（6）两条侧边之间的底边的上方，动杠杆（5）与定杠杆（6）成十字交叉设置，动杠杆（5）两端的正下方分别设置橡胶垫（7），限位板（8）固定在下连接板（2）的上端面，限位板（8）上开有圆型限位孔（17），限位定位柱（14）在限位孔（17）内的水平方向上限位，下连接板（2）中心部位有一圆孔叫板定位孔（18），抗拉调节螺杆（9）自下而上穿过下连接板（2）上的板螺杆孔（16）、橡胶垫（7）中心孔及动杠杆（5）两端的调节螺孔（13）；下连接板（2）和底座板（3）之间通过均匀分布在下连接板（2）和底座板（3）四个角上的钢柱固连，底座板（3）中心处焊有定位球支座（12），定位球（11）活动设置在定位球支座（12）的上方，复位定位栓（10）上部是圆椎体，下部是圆柱体，圆柱体下端两侧各有一个与圆柱体垂直的阻力臂（19），圆柱体底面轴向开有螺孔，螺孔内通过螺纹连接有螺杆；复位定位栓（10）底端螺杆活动设置在定位球（11）的上方，复位定位栓（10）的上端穿过板定位孔（18），***杆定位孔（15）。

2.根据权利要求1所述的一种组合式高层建筑隔震支座，其特征在于：所述的上连接板（1）、下连接板（2）、底座板（3）、动杠杆（5）、定杠杆（6）、限位板（8）、抗拉调节螺杆（9）、复位定位栓（10）、阻力臂（19）、限位定位柱（14）均采用钢质材料。

3.根据权利要求1所述的一种组合式高层建筑隔震支座，其特征在于：所述的定位球（11）采用钢球。

4.根据权利要求1所述的一种组合式高层建筑隔震支座，其特征在于：所述的定位球支座（12）采用钢圈。

5.根据权利要求1所述的一种组合式高层建筑隔震支座，其特征在于：所述的底座板（3）的中部高于四周。

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