集水平隔震竖向隔振为一体的装置及应用构造

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种集水平隔震竖向隔振为一体的装置及应用构造。

背景技术

随着城市发展的不断深入，城市土地资源日渐紧缺，合理开发利用地铁上盖的土地资源，是城市发展的一个重要方向，在地铁上盖上建造房屋就是土地资源的再次利用。目前地铁上盖的房屋设计，就抗震设计而言，主要是采用隔震技术。隔震技术的应用较为成熟，已成为结构抗震设计的重要手段。现有的隔震技术在房屋设计中的应用，已经受了多次实际地震考验，隔震效果良好。但地铁上盖的房屋在平时正常使用时，会受到地铁(或轨道交通)在运营时的振动噪声影响，振动噪声通过固体传声会影响到人们的正常的生活和工作环境，这就需要采用隔振措施，将振动噪声降低到人们正常的生活环境指标以内。

常用的隔震技术是通过在建筑物或结构底部设置具有较小刚度的隔震层，延长结构的自振周期并增加阻尼来避开以短周期为主的地震作用。但是，现有建筑隔震技术只是隔离水平地震作用，常忽略了竖向地震带来的影响。研究结果表明现有建筑隔震技术对水平减震有明显的效果，而对竖向地震和振动反而有一定的放大作用。由此可见，由于建筑隔震技术的工作原理不同，不能有效地隔振，所以它不能代替建筑隔振。

现有地铁上盖的建筑设计是以建筑抗震为主，忽略了在使用过程中会受到地铁运营时高速轮轨振动影响，这种振动影响往往会超过人们正常生活和工作环境的需要，不能满足绿色、环保的人们居住条件的要求。由于地铁上盖开发需求越来越大，基于地铁上盖的位置特殊性，地铁上盖结构一方面要解决在地震作用下减小上部结构对地铁造成的不利影响，另一方面需要解决地铁振动对上部结构的影响。其中减震需要解决的是水平抗震的问题，而地铁振动则是解决竖向减振的问题。由此，如何使得地铁上盖的建筑可同时进行水平抗震和竖向减振，为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集水平隔震竖向隔振为一体的装置及应用构造，受力合理，结构简单，合理解决了地铁上盖的建筑物水平隔震和竖向隔振需求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种集水平隔震竖向隔振为一体的装置，包括：

竖向隔振组件，包括箱体及容置于所述箱体内的竖向弹性隔振单元；

水平隔震组件，位于所述竖向隔振组件的上方；

位于所述箱体内的连接组件，包括中心体及多个连接体，所述中心体的底端与所述竖向弹性隔振单元连接，顶端与所述水平隔震组件连接，所述连接体的一端与中心体的侧壁连接，另一端与所述箱体的侧壁滑动连接以使所述连接组件能够相对所述箱体竖向运动。

可选的，所述连接体沿所述中心体的四周侧壁均匀分布。

可选的，所述中心体为方形，所述中心体的每个侧面上至少设置有一个所述连接体。

可选的，所述中心体为圆柱形，所述连接体沿所述中心体的周向均匀分布。

可选的，所述连接体包括隔震橡胶柱及分别设置在所述隔震橡胶柱两端的第一钢板及第二钢板，所述隔震橡胶柱通过所述第一钢板与所述中心体的侧壁螺纹连接，所述第二钢板上设置有若干螺纹孔，所述箱体的侧壁上沿竖向对应设置有若干条形孔，所述第二钢板与对应的所述条形孔通过螺栓连接，且所述螺栓能够在所述条形孔内竖向运动。

可选的，所述中心体的顶端及底端分别设置有一连接板，所述中心体通过所述连接板与所述竖向弹性隔振单元及所述水平隔震组件固定连接。

可选的，所述竖向弹性隔振单元包括可变形填充体及若干竖向隔振弹簧，所述竖向隔振弹簧的一端与所述箱体的固定连接，另一端与所述连接板固定连接，所述可变形填充体用于填充所述竖向隔振弹簧与所述箱体之间的间隙。

可选的，所述水平隔震组件为橡胶隔震支座。

基于此，本发明还提供了一种集水平隔震竖向隔振为一体的应用构造，包括第一结构件、第二结构件及所述的集水平隔震竖向隔振为一体的装置，所述装置的水平隔震组件与所述第一结构件连接，所述装置的竖向隔振组件与所述第二结构件连接。

可选的，所述装置的箱体位于所述第二结构件的上方或嵌入所述第二结构件中。

在本发明提供的集水平隔震竖向隔振为一体的装置中及应用构造中，通过将竖向隔振组件和水平隔震组件集成为一体，相互配合，合理解决了地铁上盖的建筑物水平隔震和竖向隔振需求。并且，通过设置所述连接组件不仅实现了所述竖向隔振组件与所述水平隔震组件的可靠连接，同时还实现了水平力的可靠传递。此外，由于所述连接组件与所述箱体形成了滑动连接，当整个装置竖向振动时所述连接组件也可以竖向运动，不会影响整个装置的竖向刚度。

附图说明

本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1为本发明实施例提供的集水平隔震竖向隔振为一体的装置的爆炸图；

图2本发明实施例提供的集水平隔震竖向隔振为一体的装置的轴测图

图3本发明实施例提供的集水平隔震竖向隔振为一体的装置的剖面图；

图4本发明实施例提供的连接体的轴测图；

图5本发明实施例提供的连接体的主视图；

图6本发明实施例提供的中心体的轴测图；

图7本发明实施例提供的中心体的主视图；

图8本发明实施例提供的一种集水平隔震竖向隔振为一体的应用构造的剖面图；

图9本发明实施例提供的另一种集水平隔震竖向隔振为一体的应用构造的剖面图；

其中，附图标记为：

10-竖向隔振组件；11-箱体；12-竖向弹性隔振单元；20-水平隔震组件；30-连接组件；31-中心体；32-连接体；33-连接板；40-第一结构件；50-第二结构件；60-第一连接部件；70-第二连接部件；

110-条形孔；120-可变形填充体；121-竖向隔振弹簧；320-隔震橡胶柱；321-第一钢板；322-第二钢板；

具体实施方式

由于地震波和高速轮轨的振动的能量形式不同，频域范围不同，传播方式不同，故需要采用不同的方式来进行隔震以及隔振。对于由地震作用产生的地震波需要进行水平隔震方法，对于由地铁运营时的高速轮轨产生的振动噪声，则需要进行竖向隔振方法。

为了能够实现有效的水平隔震，所采用的水平隔震方案需要水平刚度弱，竖向刚度大；为了能够实现有效的竖向隔振，所采用的竖向隔振方案需要竖向刚度相对水平刚度要弱。由此可见，水平隔震方案与竖向隔振方案的实现原理不同，两者相互矛盾。

基于上述的技术矛盾，本申请创新的将两种性能相反的方案进行有机组合，即在水平隔震组件下方设置竖向隔振组件，然后通过连接组件将两者进行有机组合，集成为一体，这样能够保证水平隔震方案充分有效地发挥减、隔震的效果。同时，通过所述连接组件还保证了水平力的可靠传递。此外，通过位于下部的竖向隔振方案隔断固体传声的传播通道，从而有效防止地铁轮轨产生的振动通过固体传声而影响到上部建筑，这样先隔振后再隔震，实现同时达到水平隔震和竖向隔振性能。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

请参照图1-图3，本实施例提供了一种集水平隔震竖向隔振为一体的装置，包括：

竖向隔振组件10，包括箱体11及容置于所述箱体11内的竖向弹性隔振单元12；

水平隔震组件20，位于所述竖向弹性隔振单元12的上方；

位于所述箱体11内的连接组件30，包括中心体31及多个连接体32，所述中心体31的底端与所述竖向弹性隔振单元12连接，顶端与所述水平隔震组件20连接，所述连接体32的一端与中心体31的侧壁连接，另一端与所述箱体11的侧壁滑动连接以使所述连接组件30能够相对所述箱体11竖向运动。

其中，所述竖向隔振组件10竖向刚度小，为结构提供较大的竖向承载力和较小的竖向刚度，实现竖向隔振功能。所述水平隔震组件20其水平刚度小且竖向刚度大，主要用于减小结构的水平作用力，并提供一定的附加阻尼比，实现水平隔震功能。所述连接组件30用于将所述竖向隔振组件10和所述水平隔震组件20集成为一体，形成一种具有水平隔震和竖向隔振功能的复合隔振/震结构。所述连接组件30不仅实现了所述竖向隔振组件10与所述水平隔震组件20的可靠连接，同时还实现了水平力的可靠传递。

具体的，请参照图4-图7，所述连接体32包括隔震橡胶柱320及分别设置在所述隔震橡胶柱320两端的第一钢板321及第二钢板322，所述隔震橡胶柱320通过所述第一钢板321与所述中心体31的侧壁螺纹连接，所述第二钢板322上设置有若干螺纹孔，所述箱体11的侧壁上沿竖向对应设置有若干条形孔110，所述第二钢板322与对应的所述条形孔110通过螺栓连接，且所述螺栓能够在所述条形孔110内竖向运动。采用隔震橡胶柱320的好处在于水平方向上刚度很大有利于传力，保证传递水平力的可靠性，而在竖向刚度很小，不会影响整个支座竖向刚度。此外，由于所述连接组件30与所述箱体11形成了滑动连接，当整个装置竖向振动时所述连接组件30也可以竖向运动，不会影响整个装置的竖向刚度。

具体连接时，可将所述螺栓从所述箱体11外向内贯穿所述条形孔110后，旋入对应的螺纹孔内，使所述连接组件30与所述箱体11形成滑动连接。此外，此外，由于所述连接组件30安置在所述箱体11内，且所述连接体32与所述箱体11的侧壁紧滑动连接，故所述连接组件30在水平方向的移动受到限制，而在竖直方向上可以在箱体11内自由移动。

当然，所述连接体32与所述箱体11的侧壁还可以采用其他的连接方式，本申请对此不作任何限制。例如在所述箱体11的内壁上沿竖向设置滑轨，在所述连接体32的端部设置滑块，所述滑块能够在所述滑轨内竖向运动。

本实施例中，所述隔震橡胶柱320例如可以是橡胶支座、铅芯橡胶支座，甚至是弹簧支座，本申请对此不作限制。

本实施例中，所述中心体31包括但不限于是钢箱体，所述中心体31与所述连接体32可通过螺栓进行连接。

进一步的，所述连接体32沿所述中心体31的四周侧壁均匀分布，以保证所述连接体32的在水平方向的受力均匀，避免接触内力过大造成失稳破坏。

例如，所述中心体31为圆柱形，所述连接体32沿所述中心体31的周向均匀分布；或者，所述中心体31为方形，所述中心体31的每个侧面上至少设置有一个所述连接体32。

本实施例中，所述连接体32为四个，所述中心体31为长方体，四个所述连接体32分别设置在所述中心体31的四个侧面上，且相对的两个连接体32相互对称。应当理解的是，本申请对于所述中心体31的形状不作任何限制，同时对于所述连接体32的数量以及分布方式亦不作任何限制。优选的，所述中心体31与所述箱体11的形状相同，以便于更好的传递水平力。

请继续参照图6-图7，所述中心体31的顶端及底端分别设置有一连接板33，所述中心体31通过所述连接板33与所述竖向弹性隔振单元12及所述水平隔震组件20固定连接。

本实施例中，所述水平隔震组件20包括但不限于是橡胶支座或铅芯橡胶支座。本实例中采用橡胶支座或铅芯橡胶支座来构成水平隔震组件20，使得整个水平隔震组件20的受力性能稳定，变形能力强。另外，橡胶支座或铅芯橡胶支座在水平各方向上的刚度一致，具有较好的适用性。

本实施例中，所述连接板33可通过螺纹连接、焊接等方式与所述水平隔震组件20及所述竖向弹性隔振单元12连接，本申请对此不做任何限制。

请继续参照图3，所述竖向弹性隔振单元12包括可变形填充体120及若干竖向隔振弹簧121，所述竖向隔振弹簧121的一端与所述箱体11的固定连接，另一端与所述连接板33固定连接，所述可变形填充体120用于填充所述竖向隔振弹簧121与所述箱体11之间的间隙。

优选的，若干所述竖向隔振弹簧121均匀分布，并整体竖向设置在箱体11内，其一端与所述箱体11的底部固定连接，另一端与所述中心体31上的连接板33固定连接。所述固定连接的方式例如是焊接或螺纹连接，本申请对此不作任何限制。

对于若干竖向隔振弹簧121的具体分布形式与相应的结构件和/或容纳箱的结构形式相对应。如在箱体11内按矩阵式排列，这样能够让若干竖向隔振弹簧121均匀承受上部荷载。这里的竖向隔振弹簧121，其能够满足竖向承载力要求，同时刚度可调；再者，该竖向隔振弹簧121可通过调整相应的竖向刚度来调整相应的隔振效果。

本实施例中，所述竖向隔振弹簧121在具体实施时，可以采用螺旋弹簧或碟簧，根据刚度和竖向承载力的要求选择合适的大小。

本实施例中，为了提高竖向隔振弹簧121的稳定性。据此，本实施例在所述箱体11与所述竖向隔振弹簧121之间的间隙填充了可变形填充体120，使得所述可变形填充体120与若干竖向隔振弹簧121结合形成一个整体，有效的提高了竖向隔振弹簧121的稳定性，同时由箱体11对弹簧和橡胶的整体形成一定约束作用防止其发生竖向失稳。

具体的，本实施例中的可变形填充体120采用橡胶等有变形能力的材料构成。作为举例，本实施例中的可变形填充体120在具体实施时，可以采用橡胶或其它类型具有弹性材料融化后注入安置有若干的竖向隔振弹簧121的箱体11内；此时融化状态的弹性材料将填充箱体11，以及其内若干的竖向隔振弹簧121中的空隙。如此填充的融化状态的弹性材料在固化后将形成弹性可变形填充体120，且其紧密包裹住每个竖向隔振弹簧121。

由弹性可变形填充体120与若干竖向隔振弹簧121组合形成的竖向弹性隔振单元12，可以避开振动激励的卓越频率，避免上部结构与激励产生共振从而减小上部结构的振动。

本实施例中，所述箱体11优选采用钢箱体，该钢箱体内设置有相应的安置腔，其大小形状与竖向弹性隔振单元12以及连接组件30对应配合。作为举例，所述箱体11可以为一上部开口的四面体或圆柱体，当然还可以为其它多面体。同时所述箱体11的上边缘高出连接组件30一定的距离，以便对所述连接组件30形成限位和移动导向，保证两者结合的可靠性。

此外，必要时可以在所述箱体11的外围设置加强装置，如加劲肋，环箍等，以提高整个结构的可靠性和强度，这里加强装置的具体设置方案可根据实际需求而定，本申请对此不作任何限制。

基于此，请参照图8-图9，并结合图1-图3，本申请还提供了一种集水平隔震竖向隔振为一体的应用构造，包括第一结构件40、第二结构件50及如所述的集水平隔震竖向隔振为一体的装置，所述装置的水平隔震组件与所述第一结构件40连接，所述装置的竖向隔振组件10与所述第二结构件50连接。

本实施例中，在具体应用时，所述装置可整体设置第一结构件40与第二结构件50之间，如隔震层上支墩或柱和隔震层下支墩或柱之间。所述装置的水平隔震组件20可通过第一连接部件60与第一结构件40(如隔震层上支墩或柱)进行固定连接；所述装置的竖向隔振组件10的箱体11的底部则通过第二连接部件70与第二结构件50(如隔震层下支墩或柱)进行固定连接，由此对第一结构件40和第二结构件50形成水平隔震和竖向隔振。

本实施例中，所述第一连接部件60及所述第二连接部件70可以采用栓钉，锚杆，螺杆，钢筋等形式，具体可根据实际需求而定。

本实施例中，所述装置的箱体11位于所述第二结构件50的上方或嵌入所述第二结构件50中。根据构造需要，所述箱体11可直接位于隔震层第二结构件50上，如图8所示；或者所述箱体11也可以整体埋入隔震层下部的结构构件(如隔震层第二结构件50)中，如图9所示。

具体实施时，所述箱体11如上所述可以采用圆形或方形，而与之配合的第二结构件50也可以为圆形或方形，本申请对此不作任何限制。

综上，本发明提供了一种集水平隔震竖向隔振为一体的装置及应用构造，针对地震波和高速轮轨的振动的能量形式不同，频域范围不同，传播方式不同，通过将竖向隔振组件和水平隔震组件集成为一体，相互配合，合理解决了地铁上盖的建筑物隔震和隔振需求。在水平方向上水平隔震组件刚度相对较小，竖向刚度较大，当水平地震(或振动)作用时，水平隔震组件会产生较大变形，大幅度减小传到上部结构的作用力，而竖直方向上的作用力无法减小。在竖直方向上，竖向隔振组件的竖向刚度较小，可以大幅度减小竖向作用力。这样在竖向隔振组件和水平隔震组件的共同作用下使装置同时具有水平和竖向隔震(振)功能。并且，所述连接组件不仅实现了所述竖向隔振组件与所述水平隔震组件的可靠连接，同时还实现了水平力的可靠传递。

因此，本方案具有力学原理明确，受力合理，技术上成熟可靠，结构上简单容易实现，成本相对较低等优点，可以应用于建筑物、设备、轨道等的三维振(震)动控制。

此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。