超大底面滑動摩擦擺組合隔震層的製作方法

2023-09-20 06:13:00

本發明屬於建築結構減隔震技術領域，涉及一種超大底面滑動摩擦擺組合隔震層。

背景技術：

隔震技術是50年來結構抗震領域突出的研究成果，在我國得到廣泛的應用。隔震措施可以使上部結構在大震作用下處於彈性或弱非線性狀態，減小上部結構的地震響應。然而由於其失效模式明確，在超大震作用下隔震層變形、結構整體傾覆是隔震結構突出的問題。常見的建築結構隔震裝置包括橡膠支座及摩擦擺支座，其水平變形能力受支座尺寸限制。對於橡膠支座，加大支座尺寸又會引起隔震層剛度增大，導致整體隔震效果下降；此外橡膠支座的抗拉能力低，摩擦擺支座幾乎不能抗拉，嚴重影響了高層隔震結構的發展。

技術實現要素：

為了解決現有的隔震支座難以滿足高設防水準隔震建築的抗超大震性能的問題，本發明提供了一種超大底面滑動摩擦擺組合隔震層。本發明在隔震建築基礎上部或層間設置組合隔震層，取代傳統隔震層中互相獨立的隔震支座；地震下隔震層上下部分發生整體錯動，隔震層具有充足的水平變形能力。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種超大底面滑動摩擦擺組合隔震層，包括上球殼層、下球殼層和滑動框架，其中：

所述下球殼層的上表面設置有四塊開口向上且處於同一水平面的圓弧形球面；

所述上球殼層的下表面設置有四塊開口向下且處於同一水平面的圓弧形球面；

所述上球殼層和下球殼層開口相對布置，形成四個扁腔，扁腔內部設置滑動框架；

所述滑動框架由若干滑塊、上連接構件、下連接構件、連梁和滑動框架柱構成，上連接構件和下連接構件之間連接有滑動框架柱，上連接構件和下連接構件的側部與連梁連接，上連接構件的上端表面和下連接構件的下端表面與滑塊焊接，整體形成上下表面為球面的滑動框架，滑動框架通過滑塊與上球殼層和下球殼層的圓弧形球面搭接。

本發明與現有的隔震支座相比，具有以下有益效果：

1、本發明通過滑塊間連接形成滑動框架，與上下球殼層組合形成整體式隔震層；隔震層跨度很大，水平方向允許變形遠大於隔震支座，完全可以滿足超大震下隔震層水平變形需求。

2、本發明上下球殼層與中部滑動框架間雖未連接，但地震發生時滑動框架隨滑塊在球殼內發生轉動，與上下球殼層始終保持整體接觸，滑塊與球面不易發生分離；上下球殼層分別由多個球殼組成，保證隔震層整體平動；球殼曲率半徑遠大於摩擦擺支座，隔震層剛度小，結構自振頻率遠小於傳統隔震結構自振頻率，隔震效果更明顯；同時地震作用的明顯降低有助於高層隔震結構抗傾覆。

3、本發明隔震層整體性好，隔震層允許整體扭轉，質心與剛心重合，上部結構不易發生扭轉。

附圖說明

圖1是超大底面滑動摩擦擺組合隔震層的立體圖；

圖2是超大底面滑動摩擦擺組合隔震層的內部立體圖；

圖3是超大底面滑動摩擦擺組合隔震層的剖面圖；

圖4是整體地震下變形剖面圖；

圖5是超大底面滑動摩擦擺組合隔震層的俯視圖；

圖6是滑動框架的俯視圖；

圖7是滑動框架的剖面圖；

圖8是連接組件的立體圖；

圖9是連接組件的剖面圖；

圖10是連接組件的俯視圖；

圖11是連接組件的仰視圖；

圖12是不同位置滑塊的立體圖；

圖13是下部球殼波形壓型鋼板的剖面圖1；

圖14是下部球殼波形壓型鋼板的剖面圖2；

圖15是下部球殼平鋼板的剖面圖；

圖中，1-混凝土基礎或下層結構，2-下球殼層，3-滑塊，4-連梁，5-滑動框架柱，6-下連接構件，7-上球殼層，8-滑動框架，9-柱腳螺栓，10-柱腳耳板，11-端角鋼板，12-組合柱蓋板，13-鋼套筒，14-圓弧形球面，15-波形鍍鋅壓型鋼板，16-平鋼板，17-上連接構件。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但並不局限於此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的保護範圍中。

具體實施方式一：如圖1-4所示，本實施方式的超大底面滑動摩擦擺組合隔震層由上球殼層7、下球殼層2和滑動框架8構成，其中：

所述下球殼層2的下表面與混凝土基礎或下層結構1整澆，上表面設置有四塊開口向上且處於同一水平面的圓弧形球面14；

所述上球殼層7的上表面與上部結構的結構柱相連，下表面設置有四塊開口向下且處於同一水平面的圓弧形球面14；

所述上球殼層7和下球殼層2開口相對布置，形成四個扁腔，扁腔內部設置滑動框架8，形成建築地下室（或設備層）；

所述滑動框架8由若干滑塊3、上連接構件17、下連接構件6、連梁4和滑動框架柱5構成，上連接構件17和下連接構件6之間連接有滑動框架柱5，上連接構件17和下連接構件6的側部與連梁4連接，上連接構件17的上端表面和下連接構件6的下端表面與滑塊3焊接，整體形成上下表面為球面的滑動框架8。滑動框架8通過滑塊3與上球殼層7和下球殼層2的圓弧形球面14搭接。

本實施方式中，滑塊3及圓弧形球面14採用低摩擦材料，在地震下可以發生相對滑動，在重力作用下具有良好的復位能力，形成整體滑動摩擦隔震層。

本實施方式中，通過上下兩層球殼及中間滑動框架形成組合隔震層，解決以往隔震層允許變形較小，難以滿足超大震需求的問題；通過每組四個球殼形成隔震層上下部分，保證在地震下隔震層錯動的過程中，上部結構始終發生平動；通過設計隔震層弧形球面參數，可以調整隔震層剛度及結構自振頻率，使其遠小於傳統隔震結構自振頻率，隔震效果更明顯；地震作用的明顯降低同時有助於高層隔震結構抗傾覆；隔震層允許整體扭轉保證了地震下結構整體的抗扭能力；滑塊與球殼間的摩擦保證風振下隔震層不發生錯動。

具體實施方式二：如圖5-12所示，本實施方式中下連接構件6和上連接構件17的結構相同。下連接構件6的橫截面為箱型，內部填充混凝土並埋入螺栓9。下連接構件6下部蓋板與滑塊3頂部焊接，下連接構件6側部通過梁端角鋼板1螺栓連接與翼緣處焊接和工字型連梁1栓焊混合連接，上連接構件17上部蓋板與滑塊3頂部焊接，上連接構件17側部通過梁端角鋼板1螺栓連接與翼緣處焊接和工字型連梁1栓焊混合連接，整體形成上下表面為球面的滑動框架8。根據設計，也可配合剪力牆形成滑動框架8。

下連接構件6上部設有圓形或矩形鋼套筒13，鋼套筒13內灌注混凝土形成滑動框架柱5與上連接構件17相連；下連接構件6上表面蓋板與鋼套筒13的組合柱蓋板12焊接，鋼套筒13外側設有柱腳耳板10，並通過柱腳螺栓9與下連接構件6相連。加工時在下連接構件6上表面蓋板打孔，在下連接構件6內預埋螺栓9後澆築混凝土，再將其上表面蓋板焊入下連接構件6。

滑塊3近似扁圓柱體，一側表面為圓弧球面，形狀與上球殼層7、下球殼層2對應位置的圓弧形球面14表面一致，表面噴塗防腐材料及聚四氟乙烯等低摩擦材料，另一側表面為圓形平面。滑塊3的圓弧球面邊緣打磨變薄，端部打磨為圓角。

滑動框架8通過滑塊3與上球殼層7、下球殼層2搭接，主要承受豎向荷載；各滑動框架8間不通過結構主要承載構件連接。

具體實施方式三：如圖13-15所示，本實施方式中下球殼層2的整體由混凝土澆築成型，規格與建混凝土基礎或下層結構1相適應，圓弧形球面14的材質為不鏽鋼板，並噴塗聚四氟乙烯等低摩擦材料；各圓弧形球面14於相互重合部分完全切斷，保證滑動框架8運動不受阻擋，圓弧形球面14開口處各稜角磨至光滑過渡。

下球殼層2的下表面整體為稜台形，稜台側表面為波形鍍鋅壓型鋼板15，豎向開槽，稜台下表面為平鋼板16，波形鍍鋅壓型鋼板15和平鋼板16採用焊接連接，並與混凝土基礎或下層結構1整體澆築。

具體實施方式四：本實施方式中，上球殼層7大體與下球殼層2對稱，整體由混凝土澆築成型，規格與上部結構相適應，上球殼層7和下球殼層2按內部滑動框架8尺寸留有足夠間隙，圓弧形球面14的材質為不鏽鋼板，並噴塗聚四氟乙烯等低摩擦材料；各圓弧形球面14於相互重合部分完全切斷，保證滑動框架8運動不受阻擋，圓弧形球面14開口處各稜角磨至光滑過渡。