CN105401772A - 减震抗震型钢结构房屋 - Google Patents
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Abstract
减震抗震型钢结构房屋，包括建筑基础、设在建筑基础上的钢构架墙体和设在钢构架墙体顶部的钢构架屋顶，钢结构墙体包括垂直设置的立柱，建筑基础表面设有安装槽，立柱下端设有伸入到安装槽内的支撑柱，立柱下端边缘设有圆环形的支撑盘，支撑柱侧部与安装槽侧壁之间设有一圈压缩弹簧，安装槽底部设有与支撑柱下表面顶压配合的第一支撑减震抗震装置，支撑盘下表面与建筑基础上表面之间设有第二支撑减震抗震装置，钢构架墙体顶部与钢构架屋顶之间设有第三支撑减震抗震装置。本发明设计新颖，结构独特，采用多重多种减震方式，对地震产生的剧烈震动有良好的缓冲作用，能大大减轻地震对房屋造成的破坏。
Description
技术领域
本发明属于建筑物抗震技术领域，具体涉及一种减震抗震型钢结构房屋。
背景技术
地震又称地动、地震动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震波可以分为横波、纵波以及面波，对地表建筑物和构筑物造成破坏主要是横波和面波。其中横波主要产生前后、左右的振动，面波的振动复杂，既有横波成分也有纵波的成分。但是，国内钢结构建筑越来越多，这些钢结构建筑一般都没有设计抗震结构或抗震装置，在大震来临时，就会存在有巨大的安全隐患，给人们带来巨大的生命财产安全。如何同时降低钢结构建筑物竖向和横向的振动以降低横波和面波对建筑物的破坏，是一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能同时降低竖向振动和横向振动、减震效果好、抗震性能强的减震抗震型钢结构房屋。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：减震抗震型钢结构房屋，包括建筑基础、设在建筑基础上的钢构架墙体和设在钢构架墙体顶部的钢构架屋顶，钢结构墙体包括垂直设置的立柱，建筑基础表面设有安装槽，立柱下端设有伸入到安装槽内的支撑柱，立柱下端边缘设有圆环形的支撑盘，支撑柱侧部与安装槽侧壁之间设有一圈压缩弹簧，安装槽底部设有与支撑柱下表面顶压配合的第一支撑减震抗震装置，支撑盘下表面与建筑基础上表面之间设有第二支撑减震抗震装置，钢构架墙体顶部与钢构架屋顶之间设有第三支撑减震抗震装置。
所述第一支撑减震抗震装置包括水平设置的上支撑板和下支撑板，上支撑板固定设在立柱下端，下支撑板固定设在安装槽底部，上支撑板下表面设有上导轨，下支撑板上表面设有与上导轨平行的下导轨，上导轨通过上摩擦片滑动连接有至少两个上滑块，相邻两个上滑块之间通过张紧的上预应力钢丝连接，下导轨通过下摩擦片滑动连接有下滑块，下滑块的数目比上滑块多一个，相邻两个下滑块之间通过张紧的下预应力钢丝连接，任意一个上滑块均位于相邻两个下滑块之间的下预应力钢丝中点的正上方，任意一个上滑块分别与两侧下方的下滑块通过一根支撑杆连接，支撑杆上端和下端分别与上滑块和下滑块铰接，下支撑板上表面设有位于下导轨两端的定位块，定位块在邻近下滑块一侧上设有弹性垫。
所述第二支撑减震抗震装置包括呈圆环形的底座和呈圆盘型的顶盖，底座设在建筑基础上,顶盖上表面与支撑盘下表面固定连接,底座包括内部设有圆环形空腔的圆环体和填充在圆环形空腔内的第一减震砂粒，圆环体上表面设有定位圈和位于定位圈内部的抗震圈，抗震圈上表面内侧设有环形台阶，顶盖放置在环形台阶上，顶盖下表面固定连接有位于抗震圈当中的圆箱体，定位圈内壁与抗震圈外壁接触，抗震圈内壁与圆箱体外圆周表面具有间隙，圆箱体内填充有第二减震砂粒。
所述抗震圈上表面外边缘设有定位筒，抗震圈上表面的环形台阶包括外支撑减震环和内支撑减震环，定位筒与外支撑减震环之间、外支撑减震环与内支撑减震环之间均具有环形空隙，定位筒、外支撑减震环与内支撑减震环的高度依次降低形成阶梯结构，定位筒位于顶盖外圆周壁和定位圈内壁之间，顶盖下表面支撑在外支撑减震环上。
所述抗震圈、定位筒、外支撑减震环和内支撑减震环为采用高弹性材料冷冲压一体成型；抗震圈为一种均质弹性多孔物质，抗震圈内部均匀设有螺旋钢丝相互交错形成空间网状结构。
所述第三支撑减震抗震装置包括拉伸弹簧、上平板和下平板，上平板水平设在钢构架屋顶底部，下平板水平设在钢构架墙体顶部，上平板和下平板上下对应，上平板下表面设有整体呈环形的上支撑槽，下平板下表面设有整体呈环形的下支撑槽，上支撑槽和下支撑槽上下对应，上支撑槽和下支撑槽的横截面均为半圆结构，上支撑槽和下支撑槽内均匀设有若干个支撑球，上平板和下平板之间在支撑球外侧设有密封垫板，拉伸弹簧上端连接在上平板上，拉伸弹簧下端连接在钢构架墙体的内壁上，上平板和下平板之间在支撑球内侧对应设有上下通透的通孔，通孔内穿设有定位螺栓，定位螺栓的外径小于通孔的内径。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果:
1、在发生地震时，在第一支撑减震抗震装置受压或发生垂向碰撞时，将发生垂向相对位移，此时结构通过摩擦片耗能。与此同时预应力钢丝变形，也会耗散掉部分冲击力的能量，从而减轻结构的震动。在变形过大时，定位块可以控制结构的最大变形，同时弹性垫的弹性可以降低振动。压缩弹簧起到缓冲水平方向震动的作用。
2、第二支撑减震抗震装置的抗震圈安装在顶盖和底座之间，用于缓冲顶盖对底座的冲击；顶盖和底座的冲击振动分别引起圆箱体和圆环形空腔振动，进而带动第二减震砂粒在圆箱体内震动摩擦，带动圆环形空腔内的第一减震砂粒震动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减震的目的。底座直接受力，圆环形空腔的结构刚度和强度应大于普通井座设计要求。抗震圈为环状结构垫圈，且具有一定厚度的侧环面，能够有效隔离顶盖在垂直和水平方向对底座的冲击。抗震圈上设置的外支撑减震环和内支撑减震环的阶梯型结构，具有多级减震特性，能够针对不同震级的地震产生的冲击进行有效减震。
3、第三支撑减震抗震装置的拉伸弹簧起到将下平板和上平板上下震动时固定牢靠的作用，上平板上开设的上支撑槽和下平板上开设的下支撑槽之间设置的支撑球，当地震时，上平板可在下平板上通过支撑球相对转动。通孔内穿设有定位螺栓，定位螺栓的外径小于通孔的内径，这样不仅可避免上平板在水平方向上的震动使上平板和钢构架屋顶有一定的活动量，并且适当限定了上平板和下平板之间在垂直方向上的位置。
综上所述，本发明设计新颖，结构独特，采用多重多种减震方式，对地震产生的剧烈震动有良好的缓冲作用，能大大减轻地震对房屋造成的破坏。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中第一支撑减震抗震装置的放大结构示意图；
图3是图1中第二支撑减震抗震装置的放大结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的减震抗震型钢结构房屋，包括建筑基础1、设在建筑基础1上的钢构架墙体2和设在钢构架墙体2顶部的钢构架屋顶3，钢结构墙体2包括垂直设置的立柱，建筑基础1表面设有安装槽4，立柱下端设有伸入到安装槽4内的支撑柱5，立柱下端边缘设有圆环形的支撑盘6，支撑柱5侧部与安装槽4侧壁之间设有一圈压缩弹簧41，安装槽4底部设有与支撑柱5下表面顶压配合的第一支撑减震抗震装置7，支撑盘6下表面与建筑基础1上表面之间设有第二支撑减震抗震装置8，钢构架墙体2顶部与钢构架屋顶3之间设有第三支撑减震抗震装置。
第一支撑减震抗震装置7包括水平设置的上支撑板9和下支撑板10，上支撑板9固定设在立柱下端，下支撑板10固定设在安装槽4底部，上支撑板9下表面设有上导轨11，下支撑板10上表面设有与上导轨11平行的下导轨12，上导轨11通过上摩擦片14滑动连接有至少两个上滑块13，相邻两个上滑块13之间通过张紧的上预应力钢丝15连接，下导轨12通过下摩擦片16滑动连接有下滑块17，下滑块17的数目比上滑块13多一个，相邻两个下滑块17之间通过张紧的下预应力钢丝18连接，任意一个上滑块13均位于相邻两个下滑块17之间的下预应力钢丝18中点的正上方，任意一个上滑块13分别与两侧下方的下滑块17通过一根支撑杆19连接，支撑杆19上端和下端分别与上滑块13和下滑块17铰接，下支撑板10上表面设有位于下导轨12两端的定位块20，定位块20在邻近下滑块17一侧上设有弹性垫21。
第二支撑减震抗震装置8包括呈圆环形的底座22和呈圆盘型的顶盖23，底座22设在建筑基础1上,顶盖23上表面与支撑盘6下表面固定连接,底座22包括内部设有圆环形空腔的圆环体和填充在圆环形空腔内的第一减震砂粒25，圆环体上表面设有定位圈26和位于定位圈26内部的抗震圈27，抗震圈27上表面内侧设有环形台阶，顶盖23放置在环形台阶上，顶盖23下表面固定连接有位于抗震圈27当中的圆箱体29，定位圈26内壁与抗震圈27外壁接触，抗震圈27内壁与圆箱体29外圆周表面具有间隙，圆箱体29内填充有第二减震砂粒30。
抗震圈27上表面外边缘设有定位筒31，抗震圈27上表面的环形台阶包括外支撑减震环32和内支撑减震环33，定位筒31与外支撑减震环32之间、外支撑减震环32与内支撑减震环33之间均具有环形空隙，定位筒31、外支撑减震环32与内支撑减震环33的高度依次降低形成阶梯结构，定位筒31位于顶盖23外圆周壁和定位圈26内壁之间，顶盖23下表面支撑在外支撑减震环32上。
抗震圈27、定位筒31、外支撑减震环32和内支撑减震环33为采用高弹性材料冷冲压一体成型；抗震圈27为一种均质弹性多孔物质，抗震圈27内部均匀设有螺旋钢丝相互交错形成空间网状结构。
第三支撑减震抗震装置包括拉伸弹簧34、上平板35和下平板36，上平板35水平设在钢构架屋顶3底部，下平板36水平设在钢构架墙体2顶部，上平板35和下平板36上下对应，上平板35下表面设有整体呈环形的上支撑槽，下平板36下表面设有整体呈环形的下支撑槽，上支撑槽和下支撑槽上下对应，上支撑槽和下支撑槽的横截面均为半圆结构，上支撑槽和下支撑槽内均匀设有若干个支撑球37，上平板35和下平板36之间在支撑球37外侧设有密封垫板38，拉伸弹簧34上端连接在上平板35上，拉伸弹簧34下端连接在钢构架墙体2的内壁上，上平板35和下平板36之间在支撑球37内侧对应设有上下通透的通孔39，通孔39内穿设有定位螺栓40，定位螺栓40的外径小于通孔39的内径。
在发生地震时，在第一支撑减震抗震装置7受压或发生垂向碰撞时，将发生垂向相对位移，此时结构通过摩擦片耗能。与此同时预应力钢丝变形，也会耗散掉部分冲击力的能量，从而减轻结构的震动。在变形过大时，定位块20可以控制结构的最大变形，同时弹性垫21的弹性可以降低振动。压缩弹簧41起到缓冲水平方向震动的作用。
第二支撑减震抗震装置8的抗震圈27安装在顶盖23和底座22之间，用于缓冲顶盖23对底座22的冲击；顶盖23和底座22的冲击振动分别引起圆箱体29和圆环形空腔振动，进而带动第二减震砂粒30在圆箱体29内震动摩擦，带动圆环形空腔内的第一减震砂粒25震动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减震的目的。底座22直接受力，圆环形空腔的结构刚度和强度应大于普通井座设计要求。抗震圈27为环状结构垫圈，且具有一定厚度的侧环面，能够有效隔离顶盖23在垂直和水平方向对底座22的冲击。抗震圈27上设置的外支撑减震环32和内支撑减震环33的阶梯型结构，具有多级减震特性，能够针对不同震级的地震产生的冲击进行有效减震。
第三支撑减震抗震装置的拉伸弹簧34起到将下平板36和上平板35上下震动时固定牢靠的作用，上平板35上开设的上支撑槽和下平板36上开设的下支撑槽之间设置的支撑球37，当地震时，上平板35可在下平板36上通过支撑球37相对转动。通孔39内穿设有定位螺栓40，定位螺栓40的外径小于通孔39的内径，这样不仅可避免上平板35在水平方向上的震动使上平板35和钢构架屋顶3有一定的活动量，并且适当限定了上平板35和下平板36之间在垂直方向上的位置。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.减震抗震型钢结构房屋，包括建筑基础、设在建筑基础上的钢构架墙体和设在钢构架墙体顶部的钢构架屋顶，钢结构墙体包括垂直设置的立柱，其特征在于：建筑基础表面设有安装槽，立柱下端设有伸入到安装槽内的支撑柱，立柱下端边缘设有圆环形的支撑盘，支撑柱侧部与安装槽侧壁之间设有一圈压缩弹簧，安装槽底部设有与支撑柱下表面顶压配合的第一支撑减震抗震装置，支撑盘下表面与建筑基础上表面之间设有第二支撑减震抗震装置，钢构架墙体顶部与钢构架屋顶之间设有第三支撑减震抗震装置。
2.根据权利要求1所述的减震抗震型钢结构房屋，其特征在于：所述第一支撑减震抗震装置包括水平设置的上支撑板和下支撑板，上支撑板固定设在立柱下端，下支撑板固定设在安装槽底部，上支撑板下表面设有上导轨，下支撑板上表面设有与上导轨平行的下导轨，上导轨通过上摩擦片滑动连接有至少两个上滑块，相邻两个上滑块之间通过张紧的上预应力钢丝连接，下导轨通过下摩擦片滑动连接有下滑块，下滑块的数目比上滑块多一个，相邻两个下滑块之间通过张紧的下预应力钢丝连接，任意一个上滑块均位于相邻两个下滑块之间的下预应力钢丝中点的正上方，任意一个上滑块分别与两侧下方的下滑块通过一根支撑杆连接，支撑杆上端和下端分别与上滑块和下滑块铰接，下支撑板上表面设有位于下导轨两端的定位块，定位块在邻近下滑块一侧上设有弹性垫。
3.根据权利要求1所述的减震抗震型钢结构房屋，其特征在于：所述第二支撑减震抗震装置包括呈圆环形的底座和呈圆盘型的顶盖，底座设在建筑基础上,顶盖上表面与支撑盘下表面固定连接,底座包括内部设有圆环形空腔的圆环体和填充在圆环形空腔内的第一减震砂粒，圆环体上表面设有定位圈和位于定位圈内部的抗震圈，抗震圈上表面内侧设有环形台阶，顶盖放置在环形台阶上，顶盖下表面固定连接有位于抗震圈当中的圆箱体，定位圈内壁与抗震圈外壁接触，抗震圈内壁与圆箱体外圆周表面具有间隙，圆箱体内填充有第二减震砂粒。
4.根据权利要求3所述的减震抗震型钢结构房屋，其特征在于：所述抗震圈上表面外边缘设有定位筒，抗震圈上表面的环形台阶包括外支撑减震环和内支撑减震环，定位筒与外支撑减震环之间、外支撑减震环与内支撑减震环之间均具有环形空隙，定位筒、外支撑减震环与内支撑减震环的高度依次降低形成阶梯结构，定位筒位于顶盖外圆周壁和定位圈内壁之间，顶盖下表面支撑在外支撑减震环上。
5.根据权利要求3或4所述的减震抗震型钢结构房屋，其特征在于：所述抗震圈、定位筒、外支撑减震环和内支撑减震环为采用高弹性材料冷冲压一体成型；抗震圈为一种均质弹性多孔物质，抗震圈内部均匀设有螺旋钢丝相互交错形成空间网状结构。
6.根据权利要求1所述的减震抗震型钢结构房屋，其特征在于：所述第三支撑减震抗震装置包括拉伸弹簧、上平板和下平板，上平板水平设在钢构架屋顶底部，下平板水平设在钢构架墙体顶部，上平板和下平板上下对应，上平板下表面设有整体呈环形的上支撑槽，下平板下表面设有整体呈环形的下支撑槽，上支撑槽和下支撑槽上下对应，上支撑槽和下支撑槽的横截面均为半圆结构，上支撑槽和下支撑槽内均匀设有若干个支撑球，上平板和下平板之间在支撑球外侧设有密封垫板，拉伸弹簧上端连接在上平板上，拉伸弹簧下端连接在钢构架墙体的内壁上，上平板和下平板之间在支撑球内侧对应设有上下通透的通孔，通孔内穿设有定位螺栓，定位螺栓的外径小于通孔的内径。
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