一种减震式地基结构及减震式建筑结构

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，尤其是涉及一种减震式地基结构及减震式建筑结构。

背景技术

建筑行业作为我国国民经济的支柱产业之一，已经取得了突飞猛进的发展。中国的建筑业完成了一系列设计理念超前、科技含量高的、令世界瞩目的工程。随着我国城市化的发展，城市更新迅速增加，建制规模不断扩大，建筑物的减震问题越来越得到重视，对减震式地基结构的需求日益增长。

传统的减震地基存在以下问题：

无法自由调节减震装置的减震程度，当振动较大时，建筑物依旧有可能受到损伤；在减震装置效果衰退，无法为建筑物提供优良的减震效果时，无法智能的提醒人们对减震装置进行替换；在更换减震装置的时候，无法为地基提供依旧具有减震装置的临时支撑点；对于建筑物的横向减震效果不理想，建筑物有受到损坏的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减震式地基结构及减震式建筑结构，以解决现有技术中存在的至少一个上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的减震式地基结构包括混凝土层和和竖向减震装置；所述混凝土层上设有安装槽；所述竖向减震装置设置在所述安装槽底部；所述竖向减震装置包括储气罐、空气压缩机和气缸；所述气缸竖直设置，所述气缸的活塞杆用于支撑上部的建筑物；所述空气压缩机与所述储气罐连接，用于给所述储气罐供气；所述储气罐与所述气缸连接，用于向所述气缸通入气体。

进一步地，所述安装槽底部设置有支撑柱；所述支撑柱的顶端低于所述气缸的活塞杆的顶端。

进一步地，所述支撑柱的顶部设置有减震层。

进一步地，本发明还包括报警装置；所述报警装置包括位移传感器、控制电路和报警灯；所述位移传感器用于监测建筑物的振动幅度；当建筑物的振动幅度超过预设数值时，所述控制电路控制所述报警灯亮起。

进一步地，所述报警装置包括滑块、固定杆、质量块和位移弹簧；所述滑块与所述位移传感器的测量拉杆竖向滑动连接；所述位移弹簧竖直固定在所述质量块的顶部；所述位移弹簧用于与建筑物的底部抵接；所述滑块通过所述固定杆与所述质量块固定。

进一步地，所述安装槽的侧壁设置有横向减震装置；所述横向减震装置包括横向设置的减震弹簧；所述减震弹簧的一端与所述安装槽的侧壁连接，另一端用于与建筑物的侧壁抵接。

进一步地，所述横向减震装置包括水平设置的套筒、竖直设置的固定板和滑动板；所述固定板固定在所述套筒靠近所述安装槽侧壁的一端，所述滑动板滑动设置在所述套筒的另一端；所述滑动板用于与建筑物的侧壁抵接；所述减震弹簧套在所述套筒上；所述减震弹簧的两端分别与所述固定板和所述滑动板抵接。

进一步地，所述固定板远离所述套筒的一面设置有滚轮；所述滚轮滑动设置在所述安装槽的侧壁上。

进一步地，所述安装槽的底部设置有电池。

进一步地，本发明还提供一种减震式建筑结构，其包括建筑物以及上述的减震式地基结构；所述气缸的活塞杆与所述建筑物的底面抵接，用于支撑建筑物。

本发明提供的减震式地基结构，空气压缩机、储气罐和气缸组成竖向减震装置并为建筑物起到减震作用，空气压缩机和储气罐可以实现对于减震程度的调节，可以应对不同的地质环境；支撑柱在需要更换减震装置的时候为建筑物提供支撑，使用时更加灵活；支撑柱上的减震橡胶垫在气体减震装置失效的时候为建筑物提供一定的减震功能；蓄电池可以为整个装置功能提供电力，运行稳定；位移传感器实时监测振动所带来的位移的幅度；控制电路可以在气体减震装置无法抵御振动给建筑物底层带来的损害时，控制报警灯亮起，提醒人们远离建筑物，安全性能更高；质量块可以把振动转换为质量块的位移，对振动的幅度进行量化，方便人们了解振动的程度；减震弹簧可以在振动强度过大时防止左右摇晃时与侧面地基相互撞击，有效的防止地基受损；滚轮可以使建筑物底层在振动的时候可以自由的上下移动，起到缓冲的作用。本发明具有巨大经济效益和广泛的市场前景，值得推广使用。

进一步地，所述建筑结构还包括：钢管桩和牛腿；

所述钢管桩侧壁上设置有连通钢管桩管腔内外的过孔；

所述牛腿自所述管腔内自过孔伸出自下方支撑住所述混凝土层。

进一步地，所述牛腿可自管腔内滑动伸出地插装在所述过孔内。

进一步地，包括牛腿组件，牛腿组件包括两个以上在管腔周向上间隔布设的所述牛腿；所述牛腿组件可沿轴向滑动地插装在所述钢管桩的管腔内。

进一步地，在同一牛腿组件内，两个以上的牛腿后端相互铰连接；所述牛腿的前端自管腔内向管腔外插入所述过孔；

或者，所述牛腿组件还包括连接座，牛腿的后端铰连接在所述连接座上。

进一步地，在所述钢管桩的管腔内间隔设置有多个所述牛腿组件，相邻牛腿组件之间通过中间连杆连接。

进一步地，还包括扭簧，所述扭簧套装在牛腿后端的铰接轴上，扭簧工作状态下趋向于迫使所述牛腿在径向上向外张开。

通过设置扭簧便于牛腿组件快速安装到位，即将牛腿组件自钢管桩的一端插入管腔内，当牛腿移动到设定过孔位置时，扭簧可迫使牛腿前端自动插入过孔内。当在轴向上设置多个牛腿组件时，安装过程可以提前将过孔堵上，当所有牛腿组件移动到对应过孔附近时，将堵塞物移除，通过上下同步移动牛腿组件，可以实现多个牛腿组件上所有的牛腿同时插入对应的过孔内。

进一步地，在所述钢管桩布设到地基设定深度前，在钢管桩的径向上，所述牛腿退缩在所述过孔内。即，牛腿的前端不伸出过孔，从而便于钢管桩顺利插入地基。

进一步地，在同一所述牛腿组件内，若干个牛腿在周向上均匀布设。

进一步地，在所述管腔内以及最下端的所述牛腿组件的底部设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧两端与最下端的所述牛腿组件以及所述钢管桩连接，压缩弹簧被压缩后趋向于迫使所述牛腿组件向上移动，进而防止牛腿伸出所述过孔。

在钢管桩在插入地基设定位置前，压缩弹簧靠自身弹力可以防止牛腿组件向下移动，即可使得所有牛腿退缩在过孔内。当钢管桩布设到位后，通过传力压杆等执行件自上向下压迫所有牛腿组件克服压缩弹簧的弹力向下移动，牛腿则逐渐伸出过孔形成桩体的牛腿支撑结构。

进一步地，还包括支撑板，所述支撑板布设在所述管腔内并与管腔内壁固定连接，所述压缩弹簧底部顶靠在支撑板上。

进一步地，所述支撑板通过连接筋条与所述管腔内壁临时固定连接，当利用执行件自上向下压迫所有牛腿组件克服压缩弹簧的弹力向下移动，压缩弹簧被压缩到极限位置以及牛腿前端伸出过孔到设定伸出距离时，连接筋条断裂，支撑板与管腔内壁脱离(优选地支撑板掉落至所述管腔底部或脱离所述钢管桩)，压缩弹簧被释放而全部展开，而不再趋向于迫使所述牛腿组件向上移动。

进一步地，在所述管腔内以及最上端的所述牛腿组件上方可滑动地设置有顶板，所述顶板通过中间连接件与最上端的所述牛腿组件连接，执行件通过顶板顶推所述牛腿组件向下移动；

和/或，在所述管腔内以及最下端的所述牛腿组件下方可滑动地设置有底板，所述底板通过中间连接件与最下端的所述牛腿组件连接，所述压缩弹簧顶部顶靠在底板上。

进一步地，所述管腔内沿钢管桩的轴向设置有导向槽，所述底板和/或所述顶板上设置有与所述导向槽配合的导向键。

更为优选地，所述底板和/或所述顶板上设置有用于在轴向上限定所述牛腿组件位置的限位结构。

优选地，所述限位结构包括用于限定所述牛腿在伸出所述过孔前处于准备状态的上限位结构；以及包括用于限定所述牛腿在伸出所述过孔后保持工作状态的下限位结构。

进一步地，所述限位结构包括：限位销和限位孔；优选地，所述管腔内设置有上限位孔和下限位孔；所述限位销可沿径向伸缩地设置在所述底板或顶板上安装孔内；所述限位孔设置在所述限位销的行进路径上，安装孔内设置有弹簧，弹簧趋向于迫使所述限位销伸出所述安装孔并伸入所述限位孔内。

进一步地，所述牛腿组件包括2-6个牛腿。

进一步地，在包含所述钢管桩中心轴线的投影面上，过孔投影的上方顶点和下方低点之间间距大于牛腿直径，以便于牛腿伸出到位后可与所述钢管桩垂直或牛腿可水平设置。

本发明结构简单，使用方便，在钢管桩布设到位后，利用执行件自钢管桩的管腔内顶推牛腿末端，迫使牛腿自过孔伸出钢管桩，进而形成连接钢管桩与混凝土层的牛腿结构，且便于对老旧建筑进行后期的加固施工，破坏性较小，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的减震式建筑结构的结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为图1中B处的放大示意图；

图4为本发明实施例2提供的减震式建筑结构中钢管桩结构示意图；

图5为实施例2中的钢管桩的工作原理图；

图6为图4所示的牛腿组件的结构示意图；

图7为图6所示的牛腿组件的横向剖视图；

图8为本发明实施例3提供的钢管桩结构的结构示意图；

图9为图8中A处局部放大示图；

图10为图9中B处局部放大示图；

图11为支撑板脱落瞬间的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例提供的减震式地基结构包括混凝土层1和和竖向减震装置；混凝土层1上设有安装槽a；竖向减震装置设置在安装槽a底部；竖向减震装置包括储气罐9、空气压缩机10和气缸11；气缸11竖直设置，气缸11的活塞杆用于支撑上部的建筑物2；空气压缩机10与储气罐9连接，用于给储气罐9供气；储气罐9与气缸11连接，用于向气缸11通入气体。

本实施例提供的减震式地基结构，在安装槽a底部设置竖向减震装置，竖向减震装置起到对建筑物2的减震作用。空气压缩机10将压缩空气输送给储气罐9进行储存，储气罐9内再向气缸11内进行通气，气缸11对建筑物2起到减震缓冲作用，使用气体作为减震介质，减震效果更好。使用者可通过调节空气压缩机10来调节气缸11内气体的气压，从而实现气缸11对减震程度的调节，可以应对不同的地质环境。

具体地，储气罐9与气缸11之间通过单向阀12连接。空气压缩机10位于储气罐9的顶部。气缸11还包括滑动连接在内部的活塞13。

优选地，活塞杆6为多个，多个活塞杆6均匀设置在气缸11的缸筒内，使得支撑稳定。活塞杆6的顶部固定有支撑板15，支撑板15水平设置，支撑板15用于与建筑物2的底部抵接。支撑板15可使活塞杆6对建筑物2底层支撑稳定。

进一步地，安装槽a底部设置有支撑柱14；支撑柱14的顶端低于气缸11的活塞杆6的顶端。正常使用时气缸11支撑建筑物2起到减震作用，当竖向减震装置需要进行更换时，将支撑柱14抵接在建筑物2底层的底部，起到支撑建筑物的作用，便于进行更换，使用时更加灵活。

优选地，支撑柱14的顶部设置有减震层7。支撑柱14顶部的减震层7抵接在建筑物2的底部，为建筑物2提供一定的减震功能。其中，减震层7的材质可以为多种，优选地，其为减震橡胶垫，减震橡胶垫与支撑柱14进行胶接，方便后期维修与更换。

进一步地，本实施例还包括报警装置；报警装置包括位移传感器16、控制电路21和报警灯5；位移传感器16用于监测建筑物2的振动幅度；当建筑物2的振动幅度超过预设数值时，控制电路21控制报警灯5亮起，自动化程度高。即在竖向减震装置无法抵御振动给建筑物2底层带来的损害的时候，控制报警灯5亮起，提醒人们远离建筑物2，安全性能更高。

优选地，报警灯5设置在混凝土层1的顶部。

具体地，报警装置包括滑块17、固定杆18、质量块19和位移弹簧20；滑块17与位移传感器16的测量拉杆竖向滑动连接；位移弹簧20竖直固定在质量块19的顶部；位移弹簧20用于与建筑物2的底部抵接；滑块17通过固定杆18与质量块19固定。当建筑物2发生震动，位移弹簧20被压缩，质量块19向下移动，质量块19同时带动滑动向下移动，位移传感器16通过监测滑块17的位移来实现对建筑物2振幅的监测。位移弹簧20可以把振动转换为质量块19的位移，对振动的幅度进行量化，方便人们了解振动的程度。

进一步地，安装槽a的侧壁设置有横向减震装置；横向减震装置包括横向设置的减震弹簧3；减震弹簧3的一端与安装槽a的侧壁连接，另一端用于与建筑物2的侧壁抵接。可以在振动强度过大时，防止左右摇晃时与侧面地基相互撞击，有效防止地基损伤。优选地，横向减震装置对称设置在建筑物2的左右两侧，且每侧的横向减震装置均为多个，增强减震效果。

具体地，横向减震装置包括水平设置的套筒22、竖直设置的固定板23和滑动板24；固定板23固定在套筒22靠近安装槽a侧壁的一端，滑动板24滑动设置在套筒22的另一端；滑动板24用于与建筑物2的侧壁抵接；减震弹簧3套在套筒22上；减震弹簧3的两端分别与固定板23和滑动板24抵接。建筑物2侧壁抵接在滑动板24上，滑动板24可以在套筒22上左右滑动，同时压缩减震弹簧3，起到减震作用。该结构便于减震弹簧3的安装。

进一步地，固定板23远离套筒22的一面设置有滚轮4；滚轮4滑动设置在安装槽a的侧壁上，可以使建筑物2在振动的时候可自由上下移动，起到缓冲的作用。

进一步地，安装槽a的底部设置有蓄电池8。蓄电池8为整个结构提供电力，保证稳定运行。

本发明还提供一种减震式建筑结构，其包括建筑物2以及上述的减震式地基结构；气缸11的活塞杆与建筑物2的底面抵接，用于支撑建筑物2。其原理同上述的减震式地基结构，在此不再赘述。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

如图4-8所示，本实施例公开了一种建筑结构，其包括：钢管桩110和牛腿121；钢管桩110侧壁上设置有连通钢管桩管腔111内外的过孔112；牛腿121自管腔111内自过孔112伸出自下方支撑住混凝土层1。

本实施例里中牛腿121可自管腔111内滑动伸出地插装在所述过孔112内。本发明结构简单，使用方便，在钢管桩110布设到位后，利用执行件130自钢管桩110的管腔111内顶推牛腿121末端，迫使牛腿121自过孔112伸出钢管桩110，进而形成连接钢管桩110与基础的牛腿121结构，且便于施工，破坏性较小，成本低。

更为优选地，本实施例包括牛腿组件120，牛腿组件120包括两个以上在管腔111周向上间隔布设的所述牛腿121；所述牛腿组件120可沿轴向滑动地插装在所述钢管桩110的管腔111内。

参照图6和7所示，在同一牛腿组件120内，两个以上的牛腿121后端相互铰连接；所述牛腿121的前端自管腔111内向管腔111外插入所述过孔112；或者，所述牛腿组件120还包括连接座，牛腿121的后端铰连接在所述连接座上。

在所述钢管桩110布设到设定深度前，在钢管桩110的径向上，所述牛腿121退缩在所述过孔112内。即，牛腿121的前端不伸出过孔112，从而便于钢管桩110顺利插入地基。在同一所述牛腿组件120内，若干个牛腿121在周向上均匀布设。例如本实施例中两个牛腿121之间夹角180度设置。

更为优选地，牛腿组件120还包括扭簧，所述扭簧套装在牛腿121后端的铰接轴上，扭簧工作状态下趋向于迫使所述牛腿121在径向上向外张开。

通过设置扭簧便于牛腿组件120快速安装到位，即将牛腿组件120自钢管桩110的一端插入管腔111内，当牛腿121移动到设定过孔112位置时，扭簧可迫使牛腿121前端自动插入过孔112内。当在轴向上设置多个牛腿组件120时，安装过程可以提前将过孔112堵上，当所有牛腿组件120移动到对应过孔112附近时，将堵塞物移除，通过上下同步移动牛腿组件120，可以实现多个牛腿组件120上所有的牛腿121同时插入对应的过孔112内。

以及牛腿121上设置有限位卡档122，当牛腿121转动过程，限位卡档122触碰到执行件130，则牛腿组件120展开，牛腿121伸出过孔至设定位置。

牛腿组件120优选地包括2-6个牛腿121。所述过孔112的中心轴线与所述钢管桩110中心轴线呈30-85°的夹角，以便于顺利引导所述牛腿121前端插入过孔112。在包含所述钢管桩110中心轴线的投影面上，过孔112投影的上方顶点和下方低点之间间距大于牛腿121直径，以便于牛腿121伸出到位后可与所述钢管桩110垂直或牛腿121可水平设置。

优选地，所述牛腿121伸出后设置在建筑基础底部。本发明牛腿121弹出装置位于微型钢桩桩内部，应用于基础底端与基础相连接及桩周边注浆半径扩大。注浆施工前，通过执行件130驱动压缩内藏于管径内的牛腿121向外伸出。后期高压施工中能有效形成较为完整的水泥土固结体，且外伸的牛腿121伸入周围混凝土固结体内加强了钢管桩110与混凝土固结体的连接，有效提高端承力，提高桩承载力。伸出牛腿121可有效承托混凝土层以及内部减震地基结构，有效传力。

钢管桩110配合注浆施工，可形成外侧包围混凝土内部刚性加芯的复合桩基。这种桩基比单纯的钢管桩110外径扩大100％～200％，并且通过微型桩牛腿121装置可实现基础直接传力给微型钢管桩110，钢桩也直接受力，不会形成钢桩与基础通过交界处破坏。

实施例3

本实施例与实施例2结构基本相同，不同之处在于：

本实施例中，在所述钢管桩110的管腔111内间隔设置有1个或多个牛腿组件120；在设置多个牛腿组件120时，如图8所示，相邻牛腿组件120之间通过中间连杆152连接。牛腿组件120在不支撑混凝土层等基础的情况下，插入附近的地基里，也可以有效增加状体的承载能力。

在所述管腔111内以及最下端的所述牛腿组件120的底部设置有压缩弹簧160，所述压缩弹簧160两端与最下端的所述牛腿组件120以及所述钢管桩110连接，压缩弹簧160被压缩后趋向于迫使所述牛腿组件120向上移动，进而防止牛腿121伸出所述过孔112。

在钢管桩110在插入地基设定位置前，压缩弹簧160靠自身弹力可以防止牛腿组件120向下移动，即可使得所有牛腿121退缩在过孔112内。当钢管桩110布设到位后，通过传力压杆等执行件130自上向下压迫所有牛腿组件120克服压缩弹簧160的弹力向下移动，牛腿121则逐渐伸出过孔112形成桩体的牛腿121支撑结构。

以及还包括支撑板140，所述支撑板140布设在所述管腔111内并与管腔111内壁固定连接，所述压缩弹簧160底部顶靠在支撑板140上。

在上述技术方案基础上更为优选地，如图9和11所示，所述支撑板140通过连接筋条141与所述管腔111内壁临时固定连接，当利用执行件130自上向下压迫所有牛腿组件120克服压缩弹簧160的弹力向下移动，压缩弹簧160被压缩到极限位置以及牛腿121前端伸出过孔112到设定伸出距离时，连接筋条141断裂，支撑板140与管腔111内壁脱离(优选地支撑板140掉落至所述管腔111底部或脱离所述钢管桩110)，压缩弹簧160被释放而全部展开，而不再趋向于迫使所述牛腿组件120向上移动。

在所述管腔111内以及最上端的所述牛腿组件120上方可滑动地设置有顶板151，所述顶板151通过连杆等中间连接件153与最上端的所述牛腿组件120连接，执行件130通过顶板151顶推所述牛腿组件120向下移动；在所述管腔111内以及最下端的所述牛腿组件120下方可滑动地设置有底板150，所述底板150通过连杆等中间连接件153与最下端的所述牛腿组件120连接，所述压缩弹簧160顶部顶靠在底板150上。

如图10所示，所述管腔111内沿钢管桩110的轴向设置有导向槽113，所述底板150和/或所述顶板151上设置有与所述导向槽113配合的导向键154。

更为优选地，所述底板150和/或所述顶板151上设置有用于在轴向上限定所述牛腿组件120位置的限位结构。所述限位结构包括用于限定所述牛腿121在伸出所述过孔112前处于准备状态的上限位结构；以及包括用于限定所述牛腿121在伸出所述过孔112后保持工作状态的下限位结构。参照图10所示，所述限位结构包括：限位销155和限位孔114；所述管腔111内设置有上限位孔114和下限位孔114；所述限位销155可沿径向伸缩地设置在所述底板150或顶板151上安装孔内；所述限位孔114设置在所述限位销155的行进路径上，安装孔内设置有弹簧，弹簧趋向于迫使所述限位销155伸出所述安装孔并伸入所述限位孔114内。

利用上限位结构可以临时固定牛腿组件，结合压缩弹簧可以保证牛腿在桩体安装到位前提前伸出过孔。而下限位结构可以保证牛腿伸出之后保持伸出状态，避免在外力干扰下退缩。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。