[发明专利]建筑物基础上的氯丁橡胶减震层

说明书

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：