本发明属于房屋建筑工程领域,尤其为一种房屋隔震圈梁+减震锚杆防震系统。
背景技术:
我们中国一直是全世界遭受地震灾害最严重的国家,抗震防灾是我国保障社会经济可持续发展的重大战略。由地震所造成的生命和财产损失,大部分不是由于地震本身所造成的,而是由于地震后房屋倒塌所造成的人员伤亡及财产损失。1976年的唐山大地震、2008年的汶川大地震、2011年的日本大地震,都给人民带来了沉痛的代价。据统计20世纪因地震死亡人数为120万人,最近10年因地震死亡90多万人(2013年前),本世纪以来大地震发生很频繁,地震灾害是群灾之首。
素有斗拱博物馆之称的山西应县木塔,以67.31米的建筑高度和屹立时间,向世人讲诉着中国木结构榫卯和斗拱的伟大智慧,在千年地震中屹立不倒,充分证明古建筑木结构建造的房屋有良好的防震、抗震效果。如何能够用现代的建筑材料,建造如古建筑木结构一样具有良好的防震性能的房屋,达到古今溶合、千年不倒,是我们所追求的梦想。
日本是地震发生比较频繁的国家,防震技术水平也比较高。一次日本的记者对一体育馆工程的防震设备检验数据造假事件进行电视报到,记者在向一市民采访其对此事的看法时,日本民众说:“这里(指体育馆)还有这种东西(指防震设备),而老百姓家的房子根本就看不到这东西,才是最让人担心的。”在防震科技比较先进的日本,人们都会因买不起防震设备而焦虑,可见社会对价廉物美的防震设备的需求是多么的迫切。
技术实现要素:
根据我国仿古建筑木结构的榫卯和斗拱所具有良好防震的特点,经分析可知,仿古建筑木结构的良好防震性能,主要是通过优良的榫卯连接技法,采取放置在基础上的柱、斗拱下围合梁架、斗拱、斗拱上围合梁板进行巧妙的组合,充分发挥了材料及构件的力学性能。各层能够通过构件间自由微量摩擦滑移,而达到如同“蛇形”进行运动的隔震减震的工作原理(如图8)。
为了利用目前的建筑材料,以较低的成本,建造如木塔一样具有以柔克刚、刚柔相济的良好防震性能的建筑,我们发明了房屋隔震圈梁+减震锚杆防震系统(以下简称防震系统),防震系统主要由:上下层结构不相连接的构件1,橡胶隔震板3,隔震圈梁2,减震锚杆4组成;隔震圈梁与上层的柱、梁、板、墙等房屋构件形成统一的防震整体;房屋进行以上组合设计使房屋具有刚柔相济的防震系统(如图9)。
在首层地面应设置防震系统;各楼层的楼面位置是否要设置防震系统,这根据当地所处地震带的情况区别对待;建筑的最小高宽比也是主要考虑的因素。
各楼层设置的防震系统,可设置在楼面板上;也可设置在楼面板下(图未示出);将防震系统设置在楼面板上者,在门的下部位置会出现如古建筑木结构“门槛”样式的隔震圈梁;将防震系统设置在楼面板下者,要将隔震圈梁下移至上口同楼面板上口平,下层的结构梁及圈梁也相应下移,隔震圈梁与楼板混凝土浇注在一起,这样做门口不会有“门槛”出现,但在天棚下墙面的隔震缝应进行装修盖缝处理;从安全、实用、美观这三个方面考虑,哪一种更容易被人接受,还需市场验证。
为了在受到地震冲击波冲击时,减震锚杆4能够发挥钢材和橡胶的弹性和阻力消减地震波的破坏,并将受冲击波冲击位移建筑拉回复位。要获得最佳的减震效果,伸入隔震圈梁内的减震锚杆,其钢筋直径和氯丁橡胶包裹厚度应经过计算和实验后确定。橡胶包裹层厚度一般应为0.5~2倍的钢筋直径。
减震锚杆4底上两端(或仅底端)设有90度(或180度)弯钩。
减震锚杆(高端型)图4上半部分的弯钩取消改为螺纹锁定,在其端部安装抗拉减震装置。抗拉减震装置由焊接限位圈7,包裹橡胶减震层8,锚固钢板9,锚固钢板锚拉筋10,橡胶抗拉减震块11,钢板垫片12,锁定螺母13,保护罩14组成。(此设计为满足重要建筑设计)。
橡胶隔震板3的厚度应根据当地情况计算后确定。
橡胶隔震板3外墙外侧应制作成向下的翻边,用于减少地震的冲击力对结构所造成的破坏。
橡胶隔震板3在实施时如受现场条件限制,或项目所在地地壳板块比较稳定,抗震级别要求不高时,此板可采用防水油毡等隔离材料代替。
在建筑外围的隔震圈梁2底部设计下挂的“外凸弧形防震条19”,此设计可化解地震冲击波造成的位移,并有助于建筑位移后自动复位;在内墙两侧无此设计。
隔震圈梁2与下部结构完全断开并隔离,与上部结构的柱墙梁板实行锚固连接,形成统一的抗震整体。
隔震圈梁2可以采用现场支模现浇,也可以采用预制轻量化集成钢筋混凝土构件(以下简称预制构件)施工(如图6和图7)。
隔震圈梁2采用预制构件做法:根据设计要求的隔震圈梁尺寸、钢筋数量、预埋件数量、预留洞尺寸,在新型装配式工厂采用高强水泥纤维(或其他新型高分子材料)预制生产最大含盖设计内容的构件外壳(底面和两侧面);现场再进行如搭积木式的拼装,拼装完成后,从顶面向构件内浇注混凝土,形成整体的隔震圈梁。
隔震圈梁2预制构件,在施工现场进行水平段拼装时,以及垂直方向的柱墙筋连接时,采用经济实用的钢筋上安装“钢筋连接器16”(详专利申请公布号cn112482666a,以下简称钢筋连接器)连接方式进行现场拼接。
隔震圈梁2预制构件集合内容包括:高强水泥纤维梁外壳15,钢筋连接器16,钢筋17,减震锚杆处预留孔封堵专用的圆型专用橡胶块18,预制成型的外凸弧形防震条19。
附图说明
图1是首层处防震系统三维示意图。
图2是防震系统立面透视示意图。
图3是减震锚杆透视大样示意图。
图4是减震锚杆(豪华版)透视大样示意图—盖打开。
图5是减震锚杆(豪华版)透视大样示意图—工作状态。
图6是隔震圈梁预制构件示意。
图7是隔震圈梁预制土构件与上部结构20连接示意图。。
图8防震系统整体工作三维透视示意图。
图9防震系统整体剖面透视示意图。
具体实施方式
实施主要程序为:在基础或下层结构1混凝土浇注前预埋“减震锚杆4”;混凝土浇注完成后,在上部有隔震圈梁2处,铺设弹性好、耐老化的“橡胶隔震板”3,在橡胶隔震板3上制作隔震圈梁2。隔震圈梁2与上层的柱、梁、板、墙等房屋构件进行上下组合,形成刚柔相济的防震系统。
在钢筋混凝土柱或上部有墙的梁施工至需要设置防震系统的地面或楼面时,在混凝土浇注前预埋减震锚杆4,减震锚杆埋入深度应满足钢筋的锚固要求。减震锚杆4上半部分的橡胶部分,应深入下层混凝土内不少于20mm。
混凝土浇注达到抗压强度后,在设计布置隔震圈梁的位置用20厚1:1水泥砂浆(或高强水泥纤维砂浆)精确找平。
找平层硬化后,铺设橡胶隔震板3;橡胶隔震板3与减震锚杆4的缝隙要用橡胶块塞严,防止混凝土进入影响防震效果。
橡胶隔震板3安装完毕后,如采用现场支模浇注隔震圈梁2,其底模可直接支撑在橡胶隔震板3上,侧模及外墙外侧“外凸弧形防震条19”部分应接口严密。
隔震圈梁2如采用预制构件制作,现场拼装时减震锚杆4应从底部预留洞内穿过,并将预留洞与减震锚杆4间的空隙用专用橡胶块填实。
预制隔震圈梁构件在工厂加工好后应做好成品保护,由于“钢筋连接器16”是精密机械连接件,需要特殊进行保护。现场拼接时要保证接头内清洁、干净、无水、无粘结杂物。
预制隔震圈梁安装前应进行现场试摆放,然后复核隔震圈梁尺寸、预埋件、预留洞的位置是否与设计一致,确认无误后方可安装。
如发现预制构件制作存在错误或偏差较大,应及时制定补救方案。可在现场修复的应及时修复,如无法修复,应与工厂协商处理。
各地在具体实施时可因地而异进行调整,如橡胶隔震板3可采用油毡隔离层代替,保留减震锚杆4的上部弯钩也可改为直形,外套橡胶软管进行预埋。这样也能起到一定的防震效果。