专利名称：建筑物基础上的氯丁橡胶减震层的制作方法
技术领域：
本发明属于土木建筑技术，氯丁橡胶减震层可放置于建筑物的基础上或其他部位，是一种简单有效的减震措施。
地震对建筑物的破坏性很大，对人民的生命财产造成很大的危害。地震对建筑物的破坏机理是很复杂的，因素很多，地震本身的随机性很大，很难予估。现行抗震规范采用反应谱理论计算地震力，也是一种近似的方法，抗震规范的设计原则是裂而不倒，减轻建筑物的破坏，避免人员伤亡，减轻经济损失。为此建筑物要增加造价，对于8°区为1-3%，9°区为5-8%，即使如此，仍难以达到令人满意的效果，实际地震对建筑物的破坏仍很大，如唐山原划定为6°烈度区，1976年7月28日发生了7.8级大地震，市区烈度为Ⅺ度和Ⅹ度，在Ⅺ度区，各种房屋基本倒平，个别严重破坏，在Ⅹ度区多层砖混结构、工业厂房，钢筋砼框架大多数倒塌或严重破坏，人员伤亡达40万。世界范围内破坏性地震，每年约有18次，造成大量人员伤亡和财产损失，有效的抵御地震灾害是一大课题。
钱培风教授在《结构抗震分析》一书中，从震害分析得出竖向地震力是建筑物破坏的主要因素，又何以长期以来极少获得较大的竖向加速度记录？我的看法是首先对地震竖向加速度记录，它不同于水平加速度记录，拿来就可以用，而竖向加速度记录，应给它再加上一个g才是实际的地震竖向加速度(这一点人们忽略了)，这样就可以得出结论，地震竖向加速度大于水平加速度。竖向地震力是引起建筑物破坏的主要因素，水平地震力加剧了建筑物的破坏。举一个例子，如对一个多层或高层建筑来说，越向上部，其下部的质量就越大，在竖向振动时给予上部结构的向上的惯性就越大，即拉力越大，同理，越向下部，其上部的质量就越大，在竖向振动时，给予下部结构的向下的惯性力就越大，即压力越大。在水平地震力作用下，柱受弯剪，在竖向和水平地震力共同作用下，上部柱主要为拉弯破坏，下部柱主要为压弯破坏，而且应下部压坏先于上部拉坏。对于框架，柱是唯一承受层间竖向力的构件，相对截面较小，故而破坏严重。地震施加给建筑物的惯性力是引起建筑物破坏的主要因素，惯性力Im＝-Ma，它与振动土体的质量M和加速度a都成正比变化。面波虽振幅较大，但面层土体质量相对较小，故产生的惯性力不是很大，对建筑物的破坏性以横波最甚。此外建筑物的自振周期也是重要因素，前者为外因，后者为内因。若要降低建筑物的震害在建筑物的基础上设置氯丁橡胶减震层，比如说传递率为0.3，那么按0.3Im＝m1a1，为使a1＜g，则得m1＞0.3Im/g使建筑物不发生竖向振动。并同时有减小水平振动的作用。
本发明的目的是提出一种氯丁橡胶减震层。地震时的地面运动将使地面上原处于静止状态的建筑物在其基底受到外力而发生受迫振动，对建筑物产生动力影响，为使建筑物减少受迫振动，将具有减震作用的氯丁橡胶板放置于基础的上下盘之间，构成一种上下盘之间可以隔震的复合基础，应选择抗压强度高、刚度低、蠕变小、耐老化的氯丁橡胶，根据对建筑物震害较大的地震加速度频谱，由使建筑物不发生竖向振动所需要的传递率算出ωn，由ωn决定板厚。传递率最小可达0.13，如仍做不到a1＜g的话，可使建筑物自振周期避开场地土的卓越周期。要做到使a1＜g，主要是复土层厚度及从下到上土层是否均匀一致，一般复土厚度40m以下，传递率达0.13时六层砖混住宅即可达到不发生竖向振动，一般高层建筑更易做到。氯丁橡胶板也减小水平振动，使传递率达0.06。
发明是这样实现的，当地震引起地面水平运动(包括水平扭转转时)，基础的下盘1随其运动，由于其上氯丁橡胶层的减震作用，故传到基础上盘8，即上部结构的水平地震加速度仅为原地震水平加速度的0.06倍。当地震引起地面竖向振动时，由于氯丁橡胶板的减震作用，使建筑物竖向加速度减小到g以下，不发生竖向振动，从而达到竖向和水平向减震的目的。
图1.氯丁橡胶板放置在条形基础上。
图2.氯丁橡胶板放置在钢筋砼框架柱的独立基础上。
图3.地球断面示意图。
图4.地震波传播与运动形式示意图。
图5.典型地震加速度示意图。
结合图1、2说明建筑物基础上氯丁橡胶减震层的工作原理图1、2中，1为基础下盘，2为氯丁橡胶减震板，3为基础上盘。4为封缝构造，把160宽的F1薄膜，用DG-3胶粘剂粘于基础下盘1，上盘3各20宽。氯丁橡胶板要求抗压强度高，刚度低。聚氟乙烯，具有防腐蚀性，良好的低温性能，以耐候性、耐老化著称，拉伸强度为450kg/cm2，伸长率115～250%，吸水率0.5%。
当地震引起地面竖向运动时，由于氯丁橡胶板的减震作用，使其上建筑物的竖向加速度降到g以下，不发生竖向振动，从而没有竖向地震力。
当地震力引起地面的水平运动(包括扭转)时，基础的下盘1随其运动，由于氯丁橡胶层的减震作用，基础上盘3，即上部结构的水平加速度降到0.06倍，即只有微小振动，从而达到减震的目的。
结合图3、4、5，从地球的构造，地震的形成，地震波的类型、性状及有关引证进一步说明氯丁橡胶减震层的减震效果。
地球是一个平均直径为6400公里的椭园球体，至今已有45亿年的历史，地球由性质不同的三个层构成，最外层是很薄的地壳，中间是很厚的地幔，最里面的叫地核，如图3所示。世界上绝大部分地震发生在地壳内。
由地壳运动产生的自然力推挤地壳岩层，使其薄弱部位突然发生断裂错动，引起振动，即地震。
地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，这就是地震波，地震波是一种弹性波，它包含有可以通过地球本体的二种体波，和只限于地面附近传播的两种面波，如图4所示。
体波包含有纵波和横波，纵波也称P波，是由震源向外传递的压缩波，质点的振动方向和波的前进方向一致，一般表现为周期短，振幅小横波也称S波，是由震源向外传递的剪切波，质点的振动方向和波的前进方向相垂直，一般表现为周期较长，振幅较大，且水平方向的振动比竖直方向的振动小，S波只能在固体里传播，而P波在固体、流体里都能传播。
面波也称L波，一般可以说是体波经地层界面多次反射形成的次生波，它包括瑞雷波和乐甫波。
从地面运动加速度记录图，图5可以看出，P波最先到达，S波到达较迟，面波在体波之后到达，一般从P波到S波之间的振动叫初始微动，S波以后的振动叫主振动。
橡胶的减震性能在英国P.K.弗雷克利著的《橡胶在工程中应用的理论与实践》一书中有较全面的论述。
氯丁橡胶的减振传递率见日本户原春彦主编的《防振橡胶及其应用》P68，当ω/ωn＝3时，传递率≈0.13;我国的《橡胶工业手册》第五分册，对橡胶减震制品也有论述。
氯丁橡胶减震层可用于6°，7°，8°，9°及以上烈度区的建筑物上，可放置在多层楼房的条形基础上，如图1所示，该多层楼房应增设基础梁，一层予制板搭于其上，基础梁即基础的上盘3，它与基础的下盘1之间的缝高，即氯丁橡胶板的厚度，满铺或以某一间距铺一块，由设计定。氯丁橡胶减震层也可以放置在多层钢筋砼框架柱的独立基础上，如图2所示，此时应增设基础连梁，一层予制板搭于其上。也可以放置在高层建筑的条形，片伐，箱形基础的上部，类似图1、2所示。也可以放置在建筑物的其他部位。特别适合层数较多，重量较大的建筑物。
放置氯丁橡胶减震层的结构，应增强整体性，充分考虑其自身稳定性，采用较大的抗倾覆安全系数，采用长宽比，高宽比较小的体形为好。考虑风荷时，氯丁橡胶减震层对风荷载没有衰减振动的作用，但就一般的建筑物而言，可以抵抗风荷。对于一些风荷较大，或建筑物较高的，以予制的水泥砂浆板粘贴在基础上下盘间的减震层缝处，以抵抗风荷，免除风振。但水泥砂浆层又不足以抗震。
建筑物基础上放置氯丁橡胶减震层后，对地震竖向加速度可降到小于8，使建筑物不发生竖向振动，也就没有竖向地震力，对地震水平加速度可降到0.06倍，基本上解除了地震对建筑物的震害，增加造价不多，8°烈度区，六层砖混住宅增加造价1-3%，10层钢筋砼框架结构为0.5%，9°烈度区不增加造价。但结构抗震的安全度大大提高了。
本专利不仅从理论上而且从措施上基本解决了震害问题，有待实验或实际地震的检验。
对于体形不能满足上述要求的高层建筑，有些建筑物或基础埋置较深的建筑物，可只作竖向减震，即在井字形，片伐或箱形基础的底板上设防振橡胶减震层，基础底板与上盘间的空隙用聚氟乙烯薄膜和DG-3胶粘剂密封。防振橡胶减震层可与基础上盘等宽，沿上盘轴向可满铺或以一定距离铺一块。由使上部建筑物不发生竖向振动所需的传递率推算出防振橡胶层的自振周期ωn，由ωn算出板厚。防振橡胶可用氯丁橡胶，要求刚度低，抗压强度高，蠕变小，耐老化。
权利要求
1.一种建筑物基础上的氯丁橡胶(防振橡胶)减震层，它的地震力理论与现行的抗震规范有所不同，传统的观点认为地震水平加速度是引起建筑物破坏的主要因素，竖向地震加速度即地震仪上的记录值，本专利的理论基础其特征是认为实际地震竖向加速度a应为地震仪上的竖向加速度记录值a1再加上一个g，即a=a1+g；土体竖向振动时，对其上建筑物的向上的惯性力Im=-Ma2，它与振动土体的质量M和加速度a2都成正比例变化；对整个复土厚度土体的质量M应乘上一个由土质差别引起的竖向振动不同步的折减系数；a2=a+g=a1+2g，对其下土层的向下的惯性力I′m=Ma3，其中a3=a-g=a1。由此可看出，质体竖向振动时，给予上部物体的向上的惯性力远大于给予其下部物体的向下的惯性力。土体水平振动时，对其上建筑物的水平惯性力Im″=-M1a，a为水平地震加速度，即地震仪上的水平加速度记录值，M1为0.25λ波长深振动土体的质量，波长为波速与周期的乘积λ=v×T。对一个多层或高层建筑来说，在竖向振动时，越向上部，其下部的质量就越大，竖向振动时给予上部结构的向上的惯性力就越大，即拉力越大。越向下部，其上部的质量就越大，竖向振动时，给予下部结构的向下的惯性力就越大，即压力越大，在荷重、竖向和水平向地震力共同作用下，上部柱(墙)为受拉、弯、剪，主要为受拉，下部柱(墙)为受压、弯、剪。一般上部拉坏先于下部压弯破坏。建筑物基础下的土体，地耐力大的对抗震和减震都有利。地耐力大，基础底面积也就小，其下土体的质量也就小，振动时施加给上部建筑物的惯性力也就小。震害也就轻。如低桩承台上的建筑物和构筑物震害轻。防振橡胶具有很好的衰减振动的作用。一种建筑物基础上的氯丁橡胶减震层(防振橡胶减震块)，其特征是依上述理论、材料，破坏性地震加速度频谱，建筑物基础上的荷重及其下地质条件设计出防振橡胶减震块，许多个防振橡胶减震块放置在基础的上下盘之间，构成一种上下盘之间可以衰减振动的复合基础，能使地震时随地面运动的基础下盘的运动传不到上盘，即上部结构不发生振动或只发生微小振动，从而达到减震。
2.按权利要求1所述，防振橡胶减震块其特征是，用黑色软塑料薄膜如黑色聚氟乙烯薄膜密封，顶面、底面处用胶粘剂(如DG-3)粘接。此防振橡胶减震密封块，下粘于基础下盘光滑平正的顶面上，上面粘些薄钢板条锚于上盘砼中。
3.按权利要求1所述，防振橡胶块两侧即基础上下盘之间的缝隙用塑料薄膜如聚氟乙烯薄膜和胶粘剂(如DG-3)密封，外侧抹20厚防水砂浆用以抗风，但不足以抗震。在严寒地区，应加保温层，使防振橡胶块处于0℃以上。
4.按权利要求1所述，防振橡胶材料有乙丙橡胶，天然橡胶，顺丁橡胶，氯丁橡胶，氯磺化聚乙烯等，以及它们的并用胶，如乙丙橡胶与顺丁橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶并用;天然橡胶与顺丁橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯并用等等。
5.按权利要求1所述，防振橡胶减震块可放置于多层或高层建筑物的条形，片伐、箱形基础上，框架住的独立基础上，建筑物的其他部位，一些构筑物上，也可用于机械振动的减振。
6.防振橡胶要求弹性好、刚度低、抗压强度高，耐老化性能优异，蠕变小等。
全文摘要
建筑物基础上的氯丁橡胶减震层，它属于土木建筑技术。地震对建筑物的破坏性很大，有效地抵御它是一大课题。竖向地震力是引起建筑物破坏的主要因素，多层建筑柱(墙)上部的拉坏先于下部的压弯破坏，依破坏性地震加速度频谱，建筑物基础上的荷重及其下的地质条件可设计出使建筑物不发生振动或只有微小振动的防震橡胶减震层，放置在基础的上下盘之间，构成一种可以隔震的复合基础。减震层可用于建筑物的条形、片伐、箱形及独立基础上。
文档编号E04H9/02GK1062396SQ9110994
公开日1992年7月1日 申请日期1991年10月24日 优先权日1991年10月24日
发明者单蕴平 申请人:单蕴平