一种古建筑的抗震结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及古建筑抗震领域，具体是涉及一种古建筑的抗震结构及其施工方法。

背景技术

古建筑是指具有历史意义的建国之前的民用建筑和公共建筑，其包括民国时期的建筑。在中国，很多古镇以及大部分的大城市还保留着一些古建筑。然而，在大兴土木的现在，我们要用发展的眼光来看待以及保护古代建筑及其蕴含的文化特质；做到既让古代建筑文化保存于世，也让古代文化遗产产生现代价值。

虽然一些古代建筑离现在很遥远，但其中的文化依然值得学习借鉴，作为是炎黄子孙，建筑文化也是中国传统文化的一部分，不仅要发展现代建筑，更要吸收古建筑中的营养，走出中国特色建筑之路，让中国古建文化得以传承和延续。

古建筑中包含了中华文明千年以来的建筑文化积累，是世界文明不可多得的文化瑰宝，但由于古建筑的建筑时间较长，内部支撑件发生老化导致其本身的结构不稳定，从而使得其在经受震动时易发生倒塌，因此在文物本体维修过程中为保证古建筑的安全，通常会在古建筑中设置临时性支撑结构以提高其抗震性，但古建筑结构复杂，通常具有复杂的顶面结构，现有的临时性支撑衍架无法对其起到有效的支撑，因此亟需一种能够提高古建筑抗震性的稳定的支撑结构，以保证在古建筑修复过程中的安全性。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种不可移动文物的抗震结构及其施工方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的古建筑结构复杂，通常具有复杂的顶面结构，现有的支撑衍架无法对其起到有效的支撑的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种古建筑的抗震结构，包括：

固定底盘，用于固定支撑整体结构；

底部阻尼抗震结构，所述底部阻尼抗震结构设置于固定底盘上端，用于整体结构的水平横向抗震；

连接衍架柱，所述连接衍架柱设置于底部阻尼抗震结构上端，所述连接衍架柱设置有多个，多个连接衍架柱依次连接组成承重柱；

顶部阻尼抗震结构，所述顶部阻尼抗震结构设置于连接衍架柱上端，用于整体结构的水平纵向抗震；

顶部支撑梁，所述顶部支撑梁设置于顶部阻尼抗震结构上端，用于支撑古建筑顶部，所述顶部支撑梁整体呈弧形，所述顶部支撑梁设置有多个，多个所述顶部支撑梁之间通过螺栓连接，所述顶部支撑梁包括主梁，所述主梁两端固定连接有连接脚，所述主梁通过连接脚与顶部阻尼抗震结构固定连接，所述主梁周表面开设有弧形槽，所述弧形槽内设置有若干个顶部支撑件，所述顶部支撑件包括支撑气囊和支撑块，所述支撑气囊底面与弧形槽内部底面固定连接，所述支撑气囊底面顶面与支撑块底面固定连接。

所述主梁左侧面开设有连接凹槽，所述连接凹槽内部焊接有左侧连接块，所述主梁右侧面焊接有右侧连接块，所述右侧连接块与连接凹槽相互适配，相邻所述顶部支撑梁之间通过左侧连接块和右侧连接块相互连接。

所述固定底盘包括支撑部和连接柱，所述支撑部呈半球壳形，所述连接柱设置于支撑部内部，所述支撑部与底部阻尼抗震结构固定连接。

所述底部阻尼抗震结构包括基座，所述基座中部设置有阻尼安装板，所述阻尼安装板上表面边缘位置处固定连接有底部阻尼连接柱，所述阻尼安装板上表面中部固定连接有底部阻尼支撑柱，所述底部阻尼抗震结构通过底部阻尼连接柱与连接衍架柱螺纹连接，所述底部阻尼支撑柱与连接衍架柱抵接。

所述基座呈凹形，所述基座的凹陷位置内设置有粘滞性阻尼器，所述粘滞性阻尼器左右两端分别与基座凹陷位置左右两侧连接，所述粘滞性阻尼器两侧面均固定连接有抗震板，所述抗震板左侧面通过左侧拉力弹簧与基座的凹陷位置左侧固定连接，所述抗震板右侧面通过右侧拉力弹簧与基座的凹陷位置右侧固定连接。

所述连接衍架柱包括侧衍架板，所述侧衍架班底部一体成型有底部衍架连接板，所述侧衍架班顶部一体成型有顶部衍架连接板，所述侧衍架板之间焊接有衍架加强板。

所述顶部阻尼抗震结构包括阻尼侧板，所述阻尼侧板底部固定连接有阻尼抗震底板，所述阻尼侧板顶部固定连接有阻尼抗震顶板，所述阻尼抗震顶板下端设置有摆动柱，缩水摆动柱底部设置有阻尼球。

进一步的，提出一种古建筑的抗震结构的施工方法，用于上述的古建筑的抗震结构，包括如下步骤：

实地勘测：对需要进行安装抗震结构的古建筑进行实地勘测，记录勘测数据，根据勘测数据设计各结构组件的尺寸数据；抗震结构根据文物尺寸可大可小，不拘泥于固定的尺寸，针对同一文物可以使用2个以上抗震结构，也可以是3个或4个以上抗震结构；

组件制作：根据设计的各结构组件的尺寸数据进行各结构组件的制造，包括固定底盘、底部阻尼抗震结构、连接衍架柱、顶部阻尼抗震结构、顶部支撑梁和基座；

固定底盘安装：在安装区域铺设聚乙烯发泡棉防护垫，将基座设置于聚乙烯发泡棉防护垫上，之后将固定底盘固定安装于基座中；

底部阻尼装置安装：将底部阻尼抗震结构焊接于连接柱上表面；

支撑衍架安装：按照设计的连接衍架柱依次将连接衍架柱通过螺栓安装于底部阻尼抗震结构上端；

顶部阻尼装置安装：将顶部阻尼抗震结构通过螺栓固定安装于顶部的连接衍架柱上；

顶部支撑梁安装：将顶部支撑梁通过螺栓固定安装于顶部阻尼抗震结构上方，并通过侧边的连接块依次安装相邻的顶部支撑梁行程顶部支撑棚；

支撑结构充气：对顶部支撑梁中的支撑气囊充入氩气，使支撑气囊发生膨胀进而顶出支撑块与古建筑的顶部进行贴合对复杂型面的古建筑顶部进行支撑；

抗震结构检测：对组装好的抗震结构进行抗震检测，使用人力摇晃或机器强力震动，查看组件安装效果；

抗震结构问题改进：发现问题及时改进，改进后并继续进行抗震结构检测；

抗震结构监控设备安装：安装温度传感器、湿度传感器、声响报警器、位移传感器、视频监控；

监控设备检测：对于安装的监控设备进行一起检测；

抗震结构检测、监控设备检测、不可移动文物检测再次联合检测。

联合意思在于同时对抗震结构检测、监控设备检测、不可移动文物检测。

发现问题，统一协调。

可选的，所述基座包括安装底座和固定压块，所述安装底座中部开设有与支撑部外形面相适配的安装槽，所述固定压块下端设置有与支撑部内形面相适配的稳定块，所述固定压块中部开设有与连接柱相适配的通孔。

可选的，所述固定底盘安装的具体实施步骤为：

在安装区域铺设聚乙烯发泡棉防护垫，将安装底座设置于聚乙烯发泡棉防护垫上，将支撑部设置于安装槽内，将固定压块设置于安装底座上端，同时保证稳定块位于支撑部内部，连接柱通过通孔延伸至固定压块上端，之后通过螺栓将安装底座和固定压块进行固定连接。

温度传感器安装于支撑衍架、顶部支撑梁、固定底盘；用于测定文化环境上中下环境温度。

湿度传感器安装于顶部支撑梁、固定底盘；用于测定文化环境上下湿度。

声响报警器安装于顶部支撑梁；设置于顶部支撑梁可以用把声响收集更大，通过无线信号可以传输到监控平台。

位移传感器处安装于四个固定底盘；用于抗震结构底盘位置变化，及早做出改进，维修。

视频监控安装于顶部支撑梁下方，用于观察文物以及观察抗震结构变化。设置视频监控作用在于对抗震结构长期效果的监督，并同时观察文化与抗震结构之间的关系的跟踪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明的中顶部支撑梁采用多块支撑块贴合古建筑顶面的方式对古建筑进行支撑，通过气囊提供支撑力，可使支撑块完美的贴合其对应位置处的古建筑顶面，通过多块支撑块可完美的贴合整个古建筑的顶面，实现对复杂型面的支撑，有效的提高对古建筑支撑的稳定性，同时气囊可吸收一定震动，受扰动时可在一定程度上保持支撑块的稳定性；

2)本发明采用底部阻尼器和顶部阻尼器相配合对整体结构防震，在受到水平横向扰动时底部的粘滞性阻尼器会发生与扰动方向相反的移动，此时大量的动能在粘滞性阻尼器的移动中转化为热能散发，同时其左右两侧的拉力弹簧会限制移动幅度，并将其拉回平衡位置，保证了横向稳定，当发生水平纵向扰动时，顶部的阻尼球结构发生摆动，根据阻尼器原理，有效的减低顶部的摆动，进而保证顶部支撑梁的支撑稳定性；

3)由于古建筑本身具有极高的考古价值，为保证在安装抗震支撑结构时古建筑的完整性，采用基座对抗震支撑结构进行安装，同时在安装位置铺设有可塑性能佳、韧性强的聚乙烯发泡棉防护垫极大的保护了古建筑的完整。

4)抗震结构采用设置监控设备，使得抗震结构数字化，抗震结构与文化结合数字化融合，实现实时的监控管理和维护，有据可查，便于长期跟踪文物状况，为今后为文物数字化保护打下基础。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的底部阻尼抗震结构的立体结构示意图；

图3为本发明中的底部阻尼抗震结构的内部俯视图；

图4为本发明中的连接衍架柱的立体结构示意图；

图5为本发明中的顶部阻尼抗震结构的立体结构示意图；

图6为本发明中的顶部支撑梁的立体结构示意图；

图7为本发明中的顶部支撑梁另一视角下的立体结构示意图；

图8为本发明中的顶部支撑梁的主视图；

图9为图8中A-A界面剖视图；

图10为本发明安装后的立体结构示意图；

图11为本发明中安装结构的立体结构示意图。

图中标号为：

1、固定底盘；101、支撑部；102、连接柱；

2、底部阻尼抗震结构；201、基座；202、阻尼安装板；203、底部阻尼连接柱；204、底部阻尼支撑柱；205、粘滞性阻尼器；206、抗震板；207、左侧拉力弹簧；208、右侧拉力弹簧；

3、连接衍架柱；301、侧衍架板；302、底部衍架连接板；303、顶部衍架连接板；304、衍架加强板；

4、顶部阻尼抗震结构；401、阻尼侧板；402、阻尼抗震底板；403、阻尼抗震顶板；404、摆动柱；405、阻尼球；

5、顶部支撑梁；501、主梁；502、连接脚；503、支撑块；504、连接凹槽；505、左侧连接块；506、右侧连接块；507、支撑气囊；

6、基座；601、安装底座；602、安装槽；603、固定压块；604、稳定块；605、通孔。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

请参阅图1所示，一种古建筑的抗震结构，包括：

固定底盘1，用于固定支撑整体结构，固定底盘1包括支撑部101和连接柱102，支撑部101呈半球壳形，连接柱102设置于支撑部101内部，支撑部101与底部阻尼抗震结构2固定连接；

底部阻尼抗震结构2，底部阻尼抗震结构2设置于固定底盘1上端，用于整体结构的水平横向抗震，请参阅图2-3所示，底部阻尼抗震结构2包括基座201，基座201中部设置有阻尼安装板202，阻尼安装板202上表面边缘位置处固定连接有底部阻尼连接柱203，阻尼安装板202上表面中部固定连接有底部阻尼支撑柱204，底部阻尼抗震结构2通过底部阻尼连接柱203与连接衍架柱3螺纹连接，底部阻尼支撑柱204与连接衍架柱3抵接，基座201呈凹形，基座201的凹陷位置内设置有粘滞性阻尼器205，粘滞性阻尼器205左右两端分别与基座201凹陷位置左右两侧连接，粘滞性阻尼器205两侧面均固定连接有抗震板206，抗震板206左侧面通过左侧拉力弹簧207与基座201的凹陷位置左侧固定连接，抗震板206右侧面通过右侧拉力弹簧208与基座201的凹陷位置右侧固定连接，在受到水平横向扰动时底部的粘滞性阻尼器205会发生与扰动方向相反的移动，此时大量的动能在粘滞性阻尼器205的移动中转化为热能散发，同时其左右两侧的拉力弹簧会限制其移动幅度，并将其拉回平衡位置，保证了整体架构的横向稳定；

连接衍架柱3，连接衍架柱3设置于底部阻尼抗震结构2上端，连接衍架柱3设置有多个，多个连接衍架柱3依次连接组成承重柱，请参阅图4所示，连接衍架柱3包括侧衍架板301，侧衍架班301底部一体成型有底部衍架连接板302，侧衍架班301顶部一体成型有顶部衍架连接板303，侧衍架板301之间焊接有衍架加强板304，为保证整体支撑的强度，连接衍架柱3中设置有多个衍架加强板304进行架构加强，保证了整体结构的强度；

顶部阻尼抗震结构4，顶部阻尼抗震结构4设置于连接衍架柱3上端，用于整体结构的水平纵向抗震，请参阅图5所示，顶部阻尼抗震结构4包括阻尼侧板401，阻尼侧板401底部固定连接有阻尼抗震底板402，阻尼侧板401顶部固定连接有阻尼抗震顶板403，阻尼抗震顶板403下端设置有摆动柱404，缩水摆动柱404底部设置有阻尼球405，阻尼球405在水平纵向方向上可进行大幅度摆动，在整体框架受到水平纵向上的扰动时，根据高层建筑顶层的阻尼防风结构原理，顶部设置阻尼球405会将顶部震动吸收转化为自身的摆动，进而使顶部的位置相对稳定，进而提高顶部支撑梁5的支撑稳定性；

顶部支撑梁5，顶部支撑梁5设置于顶部阻尼抗震结构4上端，用于支撑古建筑顶部，请参阅图6-9所示，顶部支撑梁5整体呈弧形，顶部支撑梁5设置有多个，多个顶部支撑梁5之间通过螺栓连接，顶部支撑梁5包括主梁501，主梁501两端固定连接有连接脚502，主梁501通过连接脚502与顶部阻尼抗震结构4固定连接，主梁501周表面开设有弧形槽，弧形槽内设置有若干个顶部支撑件，顶部支撑件包括支撑气囊507和支撑块503，支撑气囊507底面与弧形槽内部底面固定连接，支撑气囊507底面顶面与支撑块503底面固定连接，主梁501左侧面开设有连接凹槽504，连接凹槽504内部焊接有左侧连接块505，主梁501右侧面焊接有右侧连接块506，右侧连接块506与连接凹槽504相互适配，相邻顶部支撑梁5之间通过左侧连接块505和右侧连接块506相互连接，支撑梁5采用多块支撑块503贴合古建筑顶面的方式对古建筑进行支撑，通过气囊507提供支撑力，可使支撑块503完美的贴合其对应位置处的古建筑顶面，通过多块支撑块可完美的贴合整个古建筑的顶面，实现对复杂型面的支撑，有效的提高对古建筑支撑的稳定性，同时气囊507可吸收一定震动，受扰动时可在一定程度上保持支撑块的稳定性，进而提高了本支撑装置的抗震性。

为保证古建筑的完整度，本发明进一步提供一种基座6，用于在不损伤古建筑的情况下安装上述抗震结构，基座6包括安装底座601和固定压块603，安装底座601中部开设有与支撑部101外形面相适配的安装槽602，固定压块603下端设置有与支撑部101内形面相适配的稳定块604，固定压块603中部开设有与连接柱102相适配的通孔605。

上述的古建筑的抗震结构的施工方法包括如下步骤：

实地勘测：对需要进行安装抗震结构的古建筑进行实地勘测，记录勘测数据，根据勘测数据设计各结构组件的尺寸数据；

组件制作：根据设计的各结构组件的尺寸数据进行各结构组件的制造，包括固定底盘1、底部阻尼抗震结构2、连接衍架柱3、顶部阻尼抗震结构4、顶部支撑梁5和基座6；

固定底盘安装：在安装区域铺设聚乙烯发泡棉防护垫，将安装底座601设置于聚乙烯发泡棉防护垫上，将支撑部101设置于安装槽602内，将固定压块603设置于安装底座601上端，同时保证稳定块604位于支撑部101内部，连接柱102通过通孔605延伸至固定压块603上端，之后通过螺栓将安装底座601和固定压块603进行固定连接，使用聚乙烯发泡棉防护垫铺设在古建筑地面上，可有效的保护古建筑底面；

底部阻尼装置安装：将底部阻尼抗震结构2焊接于连接柱102上表面；

支撑衍架安装：按照设计的连接衍架柱3依次将连接衍架柱3通过螺栓安装于底部阻尼抗震结构2上端；

顶部阻尼装置安装：将顶部阻尼抗震结构4通过螺栓固定安装于顶部的连接衍架柱3上；

顶部支撑梁安装：将顶部支撑梁5通过螺栓固定安装于顶部阻尼抗震结构4上方，并通过侧边的连接块依次安装相邻的顶部支撑梁5行程顶部支撑棚；

支撑结构充气：对顶部支撑梁5中的支撑气囊507充入氩气，使支撑气囊507发生膨胀进而顶出支撑块503与古建筑的顶部进行贴合对复杂型面的古建筑顶部进行支撑。

抗震结构检测：对组装好的抗震结构进行抗震检测，使用人力摇晃或机器强力震动，查看组件安装效果；

抗震结构问题改进：发现问题及时改进，改进后并继续进行抗震结构检测；

抗震结构监控设备安装：安装温度传感器、湿度传感器、声响报警器、位移传感器、视频监控；

监控设备检测：对于安装的监控设备进行一起检测；

抗震结构检测、监控设备检测、不可移动文物检测再次联合检测。

联合意思在于同时对抗震结构检测、监控设备检测、不可移动文物检测。

可选的，所述基座包括安装底座和固定压块，所述安装底座中部开设有与支撑部外形面相适配的安装槽，所述固定压块下端设置有与支撑部内形面相适配的稳定块，所述固定压块中部开设有与连接柱相适配的通孔。

可选的，所述固定底盘安装的具体实施步骤为：

在安装区域铺设聚乙烯发泡棉防护垫，将安装底座设置于聚乙烯发泡棉防护垫上，将支撑部设置于安装槽内，将固定压块设置于安装底座上端，同时保证稳定块位于支撑部内部，连接柱通过通孔延伸至固定压块上端，之后通过螺栓将安装底座和固定压块进行固定连接。

温度传感器安装于支撑衍架、顶部支撑梁、固定底盘；用于测定文化环境上中下环境温度。

湿度传感器安装于顶部支撑梁、固定底盘；用于测定文化环境上下湿度。

声响报警器安装于顶部支撑梁；设置于顶部支撑梁可以用把声响收集更大，通过无线信号可以传输到监控平台。

位移传感器处安装于四个固定底盘；用于抗震结构底盘位置变化，及早做出改进，维修。

视频监控安装于顶部支撑梁下方，用于观察文物以及观察抗震结构变化。设置视频监控作用在于对抗震结构长期效果的监督，并同时观察文化与抗震结构之间的关系的跟踪。

综上所述，本发明的优点在于：通过设置顶部支撑气囊可对古建筑的复杂型面顶部进行稳定支撑，同时在采用底部阻尼器和顶部阻尼器相配合对整体结构防震，可有效的降低受到水平扰动时的整体架构的震动，极大的提高支撑稳定性，使用基座安装抗震结构，在保证对古建筑进行稳定支撑的同时，也保护了古建筑的完整。

抗震结构采用设置监控设备，使得抗震结构数字化，抗震结构与文化结合数字化融合，实现实时的监控管理和维护，有据可查，便于长期跟踪文物状况，为今后为文物数字化保护打下基础。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。