一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构的制作方法

本发明涉及一种建筑隔振装置。特别是涉及一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构。

背景技术

为了缓解城市地面交通压力、提高土地利用效率，我国各大城市正在以前所未有的速度建造城市轨道交通，尤其是地铁轨道交通。随着交通线路规划越来越密集，北京、上海、深圳、广州、天津等地在建的地铁线以及规划中的地铁线开始采用地铁和物业综合开发的方式，地铁和车站将穿越物业地块，形成地铁上盖建筑结构的新型商住综合体。这种地铁上盖物业综合开发项目具有节约用地、交通便利、物业保值等优势，但同时带来的结构安全性和振动舒适性问题也非常显著。

地铁物业综合开发是大城市未来地铁建设的发展趋势，德国gerb公司完成的建筑物隔振案例，如国家大剧院、上海音乐厅、上海交响乐排演厅等工程均证明弹簧隔振支座是高效的竖向隔振系统。当前国内外针对地铁上盖建筑结构抗震性能的研究还十分匮乏，已有的研究主要是针对具体的地铁上盖工程进行结构设计或抗震验算，但没有考虑环境振动和竖向隔振等关键因素，地震作用下竖向弹簧隔振支座加剧结构水平摆动引起的稳定性问题也未能很好解决。因此，需要解决地铁物业综合开发项目中的地铁振动引起的舒适性和地震作用下结构抗震安全性的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构。

本发明所采用的技术方案是：一种建筑用隔振装置，包括有隔振层下柱和一体形成在所述隔振层下柱上端的锥体结构的碰撞台座，所述碰撞台座内部轴向嵌入有钢筒，所述钢筒的上端口形成有一圈向外凸出的凸边，所述凸边搭在所述碰撞台座的上端口上，所述钢筒内的下部设置有弹簧，并装有粘滞阻尼液，所述钢筒内上部设置有由所述弹簧支撑的在振动时能够沿所述钢筒的内壁上下移动的球铰，所述球铰的下端位于所述粘滞阻尼液的液面上，所述球铰的上端通过螺栓连接有碰撞加强钢板，所述碰撞加强钢板的直径与所述钢筒的凸边的直径相同，且所述碰撞加强钢板与所述钢筒的凸边之间形成有设定的碰撞间隙，所述碰撞加强钢板的上端面与上部建筑结构框架柱的底部吻合连接，所述碰撞加强钢板的上端面垂直向上的固定连接有若干个用于嵌固在上部建筑结构框架柱内的起固定连接作用的上部预埋铆栓，所述碰撞台座上端口的外周面与所述的上部建筑结构框架柱下部的外周面之间沿圆周方向轴向设置有若干个用于在振动时避免上部建筑结构框架柱倾覆失稳的限位钢绞线。

所述钢筒的外底面垂直向下的固定连接有若干个用于嵌固在所述隔振层下柱内的起稳固作用的下部预埋铆栓。

所述的弹簧是螺旋弹簧或碟形弹簧。

所述的碰撞加强钢板为向下凹的弧面结构，所述的凸边为与所述碰撞加强钢板相平行的弧形环面，所述上部建筑结构框架柱的底端面为与所述碰撞加强钢板向下凹的弧面结构相吻合的球面结构。

所述的球铰包括有位于钢筒内的球结构和与所述碰撞加强钢板固定连接的球壳结构，其中，所述的球结构是由嵌入在所述钢筒内由所述弹簧支撑的能够沿所述钢筒的内壁上下移动的底盘和一体形成在所述底盘上面的球体构成，所述球体内形成有腔体，所述的腔体通过形成在所述底盘上的通道与所述钢筒内装有粘滞阻尼液的部分相连通，所述球壳结构是由能够旋转的包套在所述球体上的球壳和一体形成在所述球壳上端的与所述碰撞加强钢板的底面相吻合的连接盘构成，所述连接盘通过螺栓与所述的碰撞加强钢板固定连接。

一种具有建筑用隔振装置的地铁上盖竖向隔振摇摆建筑，包括有设置在地铁隧道上部的建筑楼板、位于建筑楼板上面的若干个上部建筑结构框架柱和顶端固定嵌入到建筑楼板内的若干个与所述上部建筑结构框架柱对称设置的下部建筑结构框架柱，其特征在于，每个上部建筑结构框架柱的底部设置有建筑用隔振装置，所述的建筑用隔振装置包括有底部与位于建筑楼板内的下部建筑结构框架柱顶部一体连接的隔振层下柱，以及一体形成在所述隔振层下柱上端的锥体结构的碰撞台座，所述碰撞台座内部轴向嵌入有钢筒，所述钢筒的上端口形成有一圈向外凸出的凸边，所述凸边搭在所述碰撞台座的上端口上，所述钢筒内的下部设置有弹簧，并装有粘滞阻尼液，所述钢筒内上部设置有由所述弹簧支撑的在振动时能够沿所述钢筒的内壁上下移动的球铰，所述球铰的下端位于所述粘滞阻尼液的液面上，所述球铰的上端通过螺栓连接有碰撞加强钢板，所述碰撞加强钢板的直径与所述钢筒的凸边的直径相同，且所述碰撞加强钢板与所述钢筒的凸边之间形成有设定的碰撞间隙，所述碰撞加强钢板的上端面与位于所述上部建筑结构框架柱的底部吻合连接，所述碰撞加强钢板的上端面垂直向上的固定连接有若干个用于嵌固在上部建筑结构框架柱内的起固定连接作用的上部预埋铆栓，所述钢筒的外底面垂直向下的固定连接有若干个用于嵌固在所述隔振层下柱内的起稳固作用的下部预埋铆栓，所述碰撞台座上端口的外周面与所述的上部建筑结构框架柱下部的外周面之间沿圆周方向轴向设置有若干个用于在振动时避免上部建筑结构框架柱倾覆失稳的限位钢绞线。

所述的弹簧是螺旋弹簧或碟形弹簧。

所述的碰撞加强钢板为向下凹的弧面结构，所述的凸边为与所述碰撞加强钢板相平行的弧形环面，所述上部建筑结构框架柱的底端面为与所述碰撞加强钢板向下凹的弧面结构相吻合的球面结构。

所述的球铰包括有位于钢筒内的球结构和与所述碰撞加强钢板固定连接的球壳结构，其中，所述的球结构是由嵌入在所述钢筒内由所述弹簧支撑的能够沿所述钢筒的内壁上下移动的底盘和一体形成在所述底盘上面的球体构成，所述球体内形成有腔体，所述的腔体通过形成在所述底盘上的通道与所述钢筒内装有粘滞阻尼液的部分相连通，所述球壳结构是由能够旋转的包套在所述球体上的球壳和一体形成在所述球壳上端的与所述碰撞加强钢板的底面相吻合的连接盘构成，所述连接盘通过螺栓与所述的碰撞加强钢板固定连接。

本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构，通过竖向隔振弹簧(螺旋弹簧或碟形弹簧)隔离地铁运行产生的竖向振动，通过设置碰撞墩台控制结构地震作用下摇摆稳定性，通过设置限位钢绞线和软钢阻尼器控制结构摇摆强度并提高结构耗散地震能量的能力。当具有竖向隔振装置的建筑结构遭受地震时，通过在竖向隔振支座处的碰撞墩台和限位钢绞线控制结构摇摆程度，碰撞力将耗散大量地震能量，同时避免上部结构发生失稳破坏，确保竖向隔振结构稳定性。竖向隔振弹簧支座可以降低20～30db的结构振动，碰撞间隙和限位钢绞线可以减轻上部结构50％左右的地震内力。本发具有广阔的工程应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构的示意图；

图2是图1中建筑用隔振装置放大的结构示意图；

图3是本发明中球铰部分的放大结构示意图；

图4是本发明具体实例的结构示意图。

图中

1：上部结构楼板2：上部结构框架梁

3：上部建筑结构框架柱4：上部预埋铆栓

5：碰撞加强钢板6：凸边

7：碰撞台座8：弹簧

9：隔振层下柱10：限位钢绞线

11：碰撞间隙12：球铰

12.1：底盘12.2：球体

12.3：球壳12.4：连接盘

12.5：腔体12.6：通道

13：粘滞阻尼液14：钢筒

15：下部预埋铆栓16：建筑楼板

17：下部建筑结构框架柱18：住宅

19：商业20：设备

21：车库22：站厅

23：扶梯、楼梯或电梯24：站台

25：列车

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构做出详细说明。

本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构，是充分利用竖向弹簧隔振支座隔离环境振动的有效性，通过在支座周围设置具有一定间隙的碰撞墩台和限位钢绞线，在地震作用下，上部结构产生有限摇摆耗散地震能量，起到保护上部建筑结构的目的。

如图1、图2所示，本发明的一种建筑用隔振装置，包括有隔振层下柱9和一体形成在所述隔振层下柱9上端的锥体结构的碰撞台座7，所述碰撞台座7内部轴向嵌入有钢筒14，所述钢筒14的上端口形成有一圈向外凸出的凸边6，所述凸边6搭在所述碰撞台座7的上端口上，所述钢筒14内的下部设置有弹簧8，并装有粘滞阻尼液13，所述的弹簧8是螺旋弹簧或碟形弹簧。所述钢筒14内上部设置有由所述弹簧8支撑的在振动时能够沿所述钢筒14的内壁上下移动的球铰12，所述球铰12的下端位于所述粘滞阻尼液13的液面上，所述球铰12的上端通过螺栓连接有碰撞加强钢板5，所述碰撞加强钢板5的直径与所述钢筒14的凸边6的直径相同，且所述碰撞加强钢板5与所述钢筒14的凸边6之间形成有设定的碰撞间隙11，所述碰撞加强钢板5的上端面与上部建筑结构框架柱3的底部吻合连接，如图2所示，所述的碰撞加强钢板5为向下凹的弧面结构，所述的凸边6为与所述碰撞加强钢板5相平行的弧形环面，所述上部建筑结构框架柱3的底端面为与所述碰撞加强钢板5向下凹的弧面结构相吻合的球面结构。

所述碰撞加强钢板5的上端面垂直向上的固定连接有若干个用于嵌固在上部建筑结构框架柱3内的起固定连接作用的上部预埋铆栓4，所述钢筒14的外底面垂直向下的固定连接有若干个用于嵌固在所述隔振层下柱9内的起稳固作用的下部预埋铆栓15。

所述碰撞台座7上端口的外周面与所述的上部建筑结构框架柱3下部的外周面之间沿圆周方向轴向设置有若干个用于在振动时避免上部建筑结构框架柱3倾覆失稳的限位钢绞线10。

如图3所示，所述的球铰12包括有位于钢筒14内的球结构和与所述碰撞加强钢板5固定连接的球壳结构，其中，所述的球结构是由嵌入在所述钢筒14内由所述弹簧8支撑的能够沿所述钢筒14的内壁上下移动的底盘12.1和一体形成在所述底盘12.1上面的球体12.2构成，所述球体12.2内形成有腔体12.5，所述的腔体12.5通过形成在所述底盘12.1上的通道12.6与所述钢筒14内装有粘滞阻尼液13的部分相连通，所述球壳结构是由能够旋转的包套在所述球体12.2上的球壳12.3和一体形成在所述球壳12.3上端的与所述碰撞加强钢板5的底面相吻合的连接盘12.4构成，所述连接盘12.4通过螺栓与所述的碰撞加强钢板5固定连接。

如图3所示，当振动较小如产生向下的压力时，弹簧8收缩，钢筒14内的部分粘滞阻尼液13通过通道12.6进入腔体12.5使球铰12带动碰撞加强钢板5向下移动，设定的碰撞间隙11减小。当振动消失后弹簧8的压力为结构重力，弹簧8伸展恢复平衡位置，推动球铰12向上移动，腔体12.5内的粘滞阻尼液13双通过通道12.6流回到钢筒14内。当振动较大如产生向下的压力时，弹簧8收缩，钢筒14内的部分粘滞阻尼液13通过通道12.6进入腔体12.5使球铰12带动碰撞加强钢板5向下移动，设定的碰撞间隙11减小，碰撞加强钢板5与碰撞台座7发生碰撞耗散地震能量。当振动较大如产生向上的推力时，弹簧8拉伸超过平衡位置，球铰12向上移动，腔体12.5内的粘滞阻尼液13双通过通道12.6流回到钢筒14内，当弹簧拉伸长度超过限位钢绞线10的预留长度时，限位钢绞线10拉紧，防止结构进一步摇摆变形发生倾覆倒塌。

如图1、图2、图4所示，本发明的具有建筑用隔振装置的地铁上盖竖向隔振摇摆建筑，包括有设置在地铁隧道上部的建筑楼板16、位于建筑楼板16上面的若干个上部建筑结构框架柱3和顶端固定嵌入到建筑楼板16内的若干个与所述上部建筑结构框架柱3对称设置的下部建筑结构框架柱17，每个上部建筑结构框架柱3的底部设置有建筑用隔振装置a，所述的建筑用隔振装置a包括有底部与位于建筑楼板16内的下部建筑结构框架柱17顶部一体连接的隔振层下柱9，以及一体形成在所述隔振层下柱9上端的锥体结构的碰撞台座7，所述碰撞台座7内部轴向嵌入有钢筒14，所述钢筒14的上端口形成有一圈向外凸出的凸边6，所述凸边6搭在所述碰撞台座7的上端口上，所述钢筒14内的下部设置有弹簧8，并装有粘滞阻尼液13，所述的弹簧8是螺旋弹簧或碟形弹簧。所述钢筒14内上部设置有由所述弹簧8支撑的在振动时能够沿所述钢筒14的内壁上下移动的球铰12，所述球铰12的下端位于所述粘滞阻尼液13的液面上，所述球铰12的上端通过螺栓连接有碰撞加强钢板5，所述碰撞加强钢板5的直径与所述钢筒14的凸边6的直径相同，且所述碰撞加强钢板5与所述钢筒14的凸边6之间形成有设定的碰撞间隙11，所述碰撞加强钢板5的上端面与位于所述上部建筑结构框架柱3的底部吻合连接，所述碰撞加强钢板5的上端面垂直向上的固定连接有若干个用于嵌固在上部建筑结构框架柱3内的起固定连接作用的上部预埋铆栓4，所述钢筒14的外底面垂直向下的固定连接有若干个用于嵌固在所述隔振层下柱9内的起稳固作用的下部预埋铆栓15，所述碰撞台座7上端口的外周面与所述的上部建筑结构框架柱3下部的外周面之间沿圆周方向轴向设置有若干个用于在振动时避免上部建筑结构框架柱3倾覆失稳的限位钢绞线10。

所述的碰撞加强钢板5为向下凹的弧面结构，所述的凸边6为与所述碰撞加强钢板5相平行的弧形环面，所述上部建筑结构框架柱3的底端面为与所述碰撞加强钢板5向下凹的弧面结构相吻合的球面结构。这种接触结构可以增大结构碰撞面，减小结构接触部位碰撞力。

在建筑楼板上部建筑结构框架柱设置有竖向隔振建筑用隔振装置，上部结构将发生摇摆，一个竖向隔振支座将受压，弹簧8将受压变形，当弹簧8变形超过碰撞间隙11时，上部建筑结构框架柱3将与碰撞台座7发生碰撞，碰撞力通过碰撞加强钢板5传递给隔振层下柱9；在上部建筑结构框架柱3与碰撞台座7之间沿周边布置足够的限位钢绞线10，在地震作用不大时，限位钢绞线10处于松弛状态，在地震作用下上部结构摇摆过大时，限位钢绞线10将拉紧避免上部结构倾覆失稳；上部结构梁2、上部建筑结构框架柱3和楼板1按照结构地震内力进行配筋计算，由于采用本发明的建筑用隔振装置，上部结构内力将显著减小，上部结构框架梁2、上部结构楼板1和上部建筑结构框架柱3设计截面可以有效减小。

如图3所示，所述的球铰12包括有位于钢筒14内的球结构和与所述碰撞加强钢板5固定连接的球壳结构，其中，所述的球结构是由嵌入在所述钢筒14内由所述弹簧8支撑的能够沿所述钢筒14的内壁上下移动的底盘12.1和一体形成在所述底盘12.1上面的球体12.2构成，所述球体12.2内形成有腔体12.5，所述的腔体12.5通过形成在所述底盘12.1上的通道12.6与所述钢筒14内装有粘滞阻尼液13的部分相连通，所述球壳结构是由能够旋转的包套在所述球体12.2上的球壳12.3和一体形成在所述球壳12.3上端的与所述碰撞加强钢板5的底面相吻合的连接盘12.4构成，所述连接盘12.4通过螺栓与所述的碰撞加强钢板5固定连接。

与传统摇摆结构相比，本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构，地铁上盖的建筑楼板上设置有建筑用隔振装置的竖向隔振摇摆建筑结构体系是一种由竖向弹簧支承的“漂浮”结构体系，在地震作用下，竖向弹簧能减轻结构碰撞力，同时限位钢绞线能有效控制结构摇摆强度，避免上部结构发生倾覆破坏，传统摇摆结构与基础断开但是直接接触，并且由基础承担上部结构重力荷载，结构摇摆机理与地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构体系不同。

与地铁振源隔振和传播路径隔振技术相比，地铁振源隔振建造成本高、后期维护贵、更换困难，地铁振动传播路径隔振技术在大城市中实施困难，本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构施工方便、工程造价低、后期维护和更换容易等特点。

与已有的三维隔振技术相比，当前三维隔震方法主要是开发有效的三维隔震支座，但当前还没有可以应用于工程实际的有效的三维隔震支座，本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构可以广泛应用于地铁上盖物业综合开发项目。

统计表明：截止到2017年底，我国内地34个城市建成投运城市轨道交通线路5021公里，2018年即将开工建设的轨道交通线路超过1200公里，车站650余座。随着交通线路规划越来越密集，北京、上海、深圳、广州、天津等地在建的地铁线以及规划中的地铁线开始采用地铁和物业综合开发的方式，由此引起的建筑结构地铁振动舒适性问题非常显著。

本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构，采用两阶段进行结构设计，第一阶段针对地铁振动的日常使用阶段，通过合理设计竖向弹簧刚度和粘滞阻尼系数有效减轻上部结构地铁引起的振动，第二阶段是地震作用下结构抗震安全性控制阶段，当竖向隔振建筑结构遭受地震时，通过在竖向隔振支座处设计碰撞墩台和限位钢绞线控制结构摇摆程度、确保竖向隔振结构稳定性。合理设计的竖向隔振弹簧支座可以降低20～30db的结构振动，合理设计的结构碰撞间隙和限位钢绞线可以减轻上部结构50％左右的地震内力，具有广阔的工程应用前景。

图2所示的是一个地铁车站上盖物业综合开发项目，由于列车25进站和出站、设备20运行、车库21进出汽车、站厅22人群行走、扶梯、楼梯或电梯23运行等将产生较大的振动，振动沿结构柱向上传递到上部商业19和住宅18，将严重影响业主正常工作和生活，因此采用本发明的一种建筑用隔振装置及地铁上盖竖向隔振摇摆建筑结构进行竖向隔振。隔振层设置在地铁隧道顶部的建筑楼板6这一层上，在正常使用阶段，列车25进站和出站、设备20运行、车库21进出汽车、站厅22人群行走、扶梯23运行等产生的竖向振动将被有效隔离；当发生地震时，上部结构将产生摇摆，根据地震强度大小，上部建筑结构框架柱3和碰撞台座7将率先发生碰撞，限位钢绞线10可能受拉产生恢复力，避免结构发生失稳破坏。