用地基基础间水平夹层切断地震水平波对建筑物上部结构破坏作用的制作方法
【专利摘要】用地基基础间水平夹层切断地震水平波对建筑物上部结构破坏作用的发明为：在地基与基础间设计一个或者多个筏板，在筏板间设计一个或者多个水平分离层(砂石垫层)光滑面(上下材料不同摩擦系数最小的平板)，使地基与基础上下结构分离后，能够消减切断地震水平波从下向上从地基向基础的传播，随之保持建筑物上部结构的安全稳定。本发明把从上部主体结构的被动抗结果变为从下部地基与基础间的主动消减源头。这一发明既能使来自地震水平波的能量在地基基础间的水平夹层中得到自由释放，又能在地基释放地震能量时保持基础上部建筑物主体结构的安全稳定。本发明是高层建筑抵御地震灾害技术的重大突破。科学廉价可行方便，减震效果事半功倍。
【专利说明】用地基基础间水平夹层切断地震水平波对建筑物上部结构破坏作用
1、【背景技术】
[0001]1.1、512大地震发生后
[0002]在宝鸡有这么一个建筑小区，两幢同为六层的建筑，一为灰土桩基础，桩端土为黄土状粉质粘土，埋深8.0m左右；另一为混凝土灌注桩基础,桩端土为碎石土,埋深16.0m左右，2008年5月12日，四川汶川大地震发生后，同一场地灰土桩基础形式的建筑物上部结构没有明显破坏迹象，而在混凝土桩灌注桩基础形式的建筑物的周边基础梁上部可见明显的水平受剪裂缝。
[0003]1.2、原理
[0004]1.2.1、地震对建筑物的破坏能量水平剪力主要来源于地震水平波
[0005]地震现象是由于地壳表层板块运动形成局部地层悬空面地带能量集中，在地球自转加速度变化即地球不匀速运动条件下，地壳表层局部悬空地层释放能量时出现构造断裂发生震动的现象。地震发生时，产生了两种波即竖向波和水平波，竖向波在地震震中周围，范围比较小，水平波在震中的四周及远处，影响范围较大。在震中周围，水平波的能量也较大。与竖向波相比，对波及地区建筑物破坏作用较大的应该是地震水平波。不管是震中还是远离震中的波及地区，地震发生时，大部分建筑物的破坏现象都以水平晃动为主，破坏能量以水平地震波为主。
[0006]1.2.2、惯性定律的物理实验
[0007]有一个中学物理实验，纸板上面放着一个物体,抽动纸板时,纸板上的物体原地不动。这种物体保持原来静止或运动状态的性质叫惯性定律。见说明书附图:图1.1、图1.2.从地震发生时的现象可以看出，地震发生时建筑物基础底面以上上部结构相当于物理实验放在纸板上的重物，基础底面以下的地基相当于物理实验的纸板。地震发生时，地基和基础间的面是客观存在的，相当于物理实验中纸板和重物之间的面。物理实验中抽动纸板的力量来源于抽动纸板的力；只不过地震发生后，推动地基与基础间水平晃动的力量是来自地震震中水平波的能量。
[0008]同样的物理实验，如果纸板和放在纸板上的重物是粘紧的，则抽动纸板时纸板上的重物就要随着纸板一起动，因为纸板和重物在结构上已经成了一个物体。
[0009]1.2.3、惯性定律地基基础灰土桩混凝土灌注桩
[0010]1.2.3.1、地震水平能量、地基与基础、惯性定律
[0011]地震发生时，建筑物的地基相当于物理实验可以抽动的纸板，基础底面以上建筑物的上部结构相当于物理实验放在纸板上的重物。地震对建筑物的破坏能量主要是水平波，水平波到来时首先推动地基动，地基与基础间的接触关系决定了地震波能否传入上部结构。浅基础地基和基础的接触面决定地震波传入上部结构的效果，关键因素是地基与基础间接触面的摩擦力；深基础桩顶生根上下一体时地震波从地基向基础从下往上传播是无阻的。地震波到来时地基震动；但根据惯性定律，基础底面以上的上部结构都具有保持静止不动的性质。建筑物对地基基础的安全要求是稳定不动。从物理实验原理讲地基(纸板)与建筑物基础(重物)分开，地震发生时地基(纸板)动建筑物(重物)不动，地基动的能量来源于地震波，建筑物(重物)不动是遵守惯性定律。地震能量和惯性定律即地基要动(抽纸板)基础要静止的结果(重物不动)就会在地基基础间造成能量相对集中，如果这种能量不能得到释放，就会在地基与基础间出现水平剪力，地基推着基础动，对建筑物上部结构造成危害。见说明书附图:图2.1。
[0012]1.2.3.3、浅基础、灰土桩基础地基与基础是分开的
[0013]浅基础、灰土桩的桩体材料是地基土、灰土，而基础梁的材料是混凝土，地基土、灰土和混凝土的接触是两张皮。地震发生时地基基础间就如同抽动纸板时纸板动重物不动的原理一样，能量可以得到释放，因为地震波到来时浅基础、灰土桩桩体周围的地基与基础间是分开的。基础上部结构也可能有微量位移，但建筑物的上部结构是安全稳定的。
[0014]1.2.3.4、混凝土灌注桩地基与基础和上部结构是一体的
[0015]混凝土灌注桩顶部大都钢筋生根，桩体和桩周土即地基、基础、上部结构上下一体，如同物理实验中的纸板与重物是粘紧的，地震发生时地基传向基础的水平波能量无处释放，下面推着上面动。由于基础的晃动引起了建筑物上部结构的破坏。见说明书附图:图
3.1。
[0016]1.3、发明焦点
[0017]地震发生后地震波从震源出发，以竖向波、水平波的形式向远处传播，施加在波及地区建筑物的地基上，再将地震波的能量传向地基上部的基础，由基础的水平晃动引起建筑物上部结构的晃动，上部结构的破坏主要是由于建筑物的水平晃动造成的。这就是地震波引起建筑物破坏的过程原理。这个过程启示我们:地震发生时，能否切断地震波从地基向基础的传播应该是抗震防震的焦点。物理实验中的纸板与重物是否分开即地基与基础是否结构分离。只要能够在地基基础间用水平的层或夹层切断地震水平波从地基向基础的传播，使地震波从地基进入基础的传播如马陷泥潭传能无力，造成地基动基础不动的现象，就可减弱或消除地震对建筑物的破坏力。512大地震发生时宝鸡某建筑小区的两幢多层建筑就证实了这一原理。
[0018]从结构上将地基与基础分离，在地基与基础间增加水平的层或夹层，层与层的接触保持最小的摩擦系数，从竖向上切断地震波从地基向基础的传播就是本发明的思想。
2、
【发明内容】
:
[0019]2.1、要解决的技术问题(发明目的)
[0020]地基震动是地震决定的，基础静止不动是惯性定律决定的，这些都是自然规律决定的，不是人为因素决定的。人类对待自然规律只能遵守，不能违背。本发明的目的就是在遵重自然规律的前提下利用水平垫层切断地震水平波从地基向基础的传递，以保证地震到来时建筑物上部结构的安全静止稳定。
[0021]2.2、解决问题的技术方案要点。
[0022]2.2.1、要解决技术问题的技术方案(
【发明内容】
)
[0023]2.2.1.1、
【发明内容】
[0024]为了能够释放地震能量和遵守基础上部结构惯性静止的要求，在地基与基础之间设计一个或者多个水平分离层光滑面，使地震到来时地基与基础间的集中能量可以得到释放并保持建筑物上部结构的静止稳定安全。
[0025]2.2.1.1.1、
【发明内容】
[0026]在置于浅基或深基的地基筏板上设计一个或者多个筏板，在筏板间设计一个或者多个可以水平滑动的夹层或者滑动面。夹层与上下筏板层面结构上要分离，选择夹层或者滑动面的材料要与上下筏板不同，砂石垫层要做好施工缝的光滑处理，夹层或者滑动面的材料要具有滑动性、颗粒不连接性、弹塑性。面和面(夹层与上下筏板层、夹层与滑动板、滑动板与滑动板)的接触是刚揉各异摩阻力最小的两种物质，面要光滑，地基遇到地震水平推力时基础可以水平滑动，以自由释放水平能量。
[0027]水平滑动层或者夹层一般为砂石、胶皮、油毡、有机质、塑料、泡沫、铁皮等。砂石垫层要分层施工，施工层之间要以光滑的平板隔离。混凝土与砂石的摩擦力较大，对与砂石接触的筏板面作以光滑处理或者以光滑板接触。也可做不同材料的光滑板互层，或者筏板间以球状刚性材料支撑周围用砂石充填，发明在于技术思想，不拘形式，最大限度的减小层和层接触面的摩擦系数保持摩擦力最小。
[0028]见说明书附图:图2.2、图3.2.[0029]2.2.1.1.1.1、水平的层或夹层
[0030]2.2.1.1.1.1.1、砂石垫层
[0031]2.2.1.1.1.1.1.1、天然砂石垫层:天然砂石垫层的材料为天然的石子砂子。选择石子粒径砂石配合比及天然砂石垫层的施工执行现行施工《规范》。
[0032]2.2.1.1.1.1.1.2、人工刚性球形体砂石垫层:小粒径刚性球形体为人工制造的消震石子，刚性球体的材料可为耐风化耐腐蚀抗压强度较高的的物质例如混凝土等物质,球形体的粒径即直径及砂石与配合比和人工刚性球形体砂石垫层的施工可参照现行施工《规范》，`
[0033]2.2.1.1.1.1.1.3、砂石垫层的虚厚< 300mm，施工执行现行有关《规范》。
[0034]2.2.1.1.1.1.1.4、砂石垫层的施工层厚度< 300mm，总垫层厚度是300mm的倍数。
[0035]2.2.1.1.1.1.1.5、砂石垫层的施工层面要光滑，面上要铺设光滑板。水平的层和层、层和面，面和面的接触摩擦力要最小。
[0036]2.2.1.1.1.1.1.6、砂石垫层与筏板的接触面摩擦系数较大，筏板面与砂石垫层面做光滑处理后加光滑板。
[0037]2.2.1.1.1.2、光滑板
[0038]2.2.1.1.1.2.1、从接触关系上可把光滑板分为砂石垫层里的光滑板、与筏板接触的光滑板、与光滑板接触的光滑板三种。
[0039]2.2.1.1.1.2.2、光滑板的材料可分为塑料、胶皮、泡沫、有机质、油毡、铁皮等。
[0040]2.2.1.1.1.2.3、光滑板的主要作用是在结构上将上下层分开。光滑板的材料要上下不同，板面要光滑。
[0041]2.2.1.2、解决问题的技术方案要点
[0042]2.2.1.2.1、浅基础
[0043]2.2.1.2.1.1、筏板基础
[0044]2.2.1.2.1.1.1、对筏板基础底面即地基表层做以击实并做光滑处理，铺设光滑板。[0045]2.2.1.2.1.1.2、在基底筏板上增做一个或者多个筏板，在筏板间设计一个或者多
个与上下筏板材料不同可以水平滑动的夹层或者滑动面。
[0046]2.2.1.2.1.1.3、筏板上下间距及砂石垫层厚度可参照下表
[0047]筏板间距及砂石垫层厚度按照建筑物所处地区的抗震设防烈度和建筑物层数选取。
[0048]表2.2.1.2.1.1.3、
[0049]
【权利要求】
1.切断地震水平能量向上传播的抗震发明。传统抗震都是通过上部结构和建筑材料进行抗震。本发明采用了地基基础间使用水平的层和夹层结构分离，切断地震波地震能量从地基向基础的传播、消除地震水平推力的主动抗震方案。
2.地基与基础在结构分离。在浅基础或者深基础的地基与基础间设计一个或者多个筏板，在筏板间设计一个或者多个水平分离层光滑面，使地基与基础的接触面结构分离，使地震到来时地基与基础间的水平层或夹层能够切断地震水平波从地基向基础的传播，以保持建筑物上部结构的静止稳定安全。
3.地基基础间水平的层和夹层接触面摩擦系数最小。水平夹层、砂石垫层、光滑板、层与层上下材料不同；施工层分层施工，施工层面要进行光滑处理或夹设光滑板。
4.使建筑物在动中稳定，在尊重自然规律中保持安全。既让地震波传来的水平能量能够自由释放，又让基础底面以上上部结构遵守惯性定律，使建筑物保持静止稳定。
5.人工制造小粒径刚性球形体的消震石子和人工制造刚性球形体砂石垫层的工艺。这种消震方法，不光利用了人工砂石垫层层面的光滑性，同时利用了人工制造刚性球形体石子的滚动性和球形体石子砂石垫层的滑动性、弹塑性、垫层材料接触结构的不连续性。
【文档编号】E02D31/08GK103821182SQ201410045254
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】林建省 申请人:林建省