全文摘要
本发明公开了一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，该装置的柱脚托盘设于柱础上方承台中，双头嵌固装置大小头安装在柱础上方承台和柱脚托盘中并通过钢索相连后一并安装在柱础上，柱脚固定装置安装在柱脚托盘上，柱脚固定装置顶部卯榫连接木结构柱脚；承台保护盖对接在木结构柱脚外围，并连接在柱础上方承台上。该装置解决了既有古建筑木结构柱脚本身隔震效果差、残余变形大的问题，有效地隔离地震作用向上部结构的传递，实现了结构震后的自复位，大幅提高了木结构的抗震性能；解决了现有技术与古建筑木结构构造方式不兼容问题；且该装置能够隐藏于础石之中，不影响结构外观，达到修旧如旧的目的。
主设计要求
1.一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，包括柱础(1)、柱础上方承台(4)、双头嵌固装置(2)、柱脚托盘(3)、柱脚固定装置(15)和承台保护盖(5)，所述柱脚托盘(3)安装在柱础上方承台(4)中，双头嵌固装置(2)的大小头分别安装在柱础上方承台(4)和柱脚托盘(3)中并通过钢索(21)相连，柱础上方承台(4)安装在柱础(1)上，柱脚固定装置(15)安装在柱脚托盘(3)上，柱脚固定装置(15)顶部卯榫连接木结构柱脚(16)；承台保护盖(5)对接在木结构柱脚(16)外围，并连接在柱础上方承台(4)上。
设计方案
1.一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，包括柱础(1)、柱础上方承台(4)、双头嵌固装置(2)、柱脚托盘(3)、柱脚固定装置(15)和承台保护盖(5)，所述柱脚托盘(3)安装在柱础上方承台(4)中，双头嵌固装置(2)的大小头分别安装在柱础上方承台(4)和柱脚托盘(3)中并通过钢索(21)相连，柱础上方承台(4)安装在柱础(1)上，柱脚固定装置(15)安装在柱脚托盘(3)上，柱脚固定装置(15)顶部卯榫连接木结构柱脚(16)；承台保护盖(5)对接在木结构柱脚(16)外围，并连接在柱础上方承台(4)上。
2.根据权利要求1所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述双头嵌固装置(2)的大小头分别为大端嵌固端(6)和小端嵌固端(7)，大端嵌固端(6)和小端嵌固端(7)均为圆台结构，且大端嵌固端(6)和小端嵌固端(7)的圆台小直径端表面相对设置，小端嵌固端(7)的圆台大端半径小于大端嵌固端(6)小端半径。
3.根据权利要求2所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述大端嵌固端(6)和小端嵌固端(7)圆台各母线的倾角不应小于30°。
4.根据权利要求2所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述大端嵌固端(6)密度不大于柱础上方承台(4)的密度，小端嵌固端(7)的密度不大于柱脚托盘(3)的密度。
5.根据权利要求1所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述柱础上方承台(4)与柱础(1)直径相等，柱础上方承台(4)的底部设有柱脚托盘，嵌入在柱础(1)的柱脚托盘容纳腔(13)中，并嵌固在柱础(1)上方。
6.根据权利要求1所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述柱础上方承台(4)为带有中心孔的圆盘，中心孔内侧壁上开有通至圆盘表面承台嵌固孔(8)的承台通道(11)，承台嵌固孔(8)的形状大小与双头嵌固装置(2)的大端嵌固端(6)相匹配；在柱础上方承台(4)圆盘表面沿承台嵌固孔(8)间隔分布有缓冲弹簧(14)。
7.根据权利要求6所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述柱脚托盘(3)为设有中心孔的圆柱体，圆柱体的底部中心孔沿圆周方向设有若干个柱脚托盘嵌入孔(9)，柱脚托盘嵌入孔(9)的形状大小与双头嵌固装置(2)的小端嵌固端(6)相匹配；沿柱脚托盘嵌入孔(9)的外端部设有延伸至柱脚托盘(3)外侧壁的柱脚托盘安装缝(10)，且在外圆周上不贯通至其顶部。
8.根据权利要求7所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述双头嵌固装置(2)的若干个钢索(21)穿过柱脚托盘安装缝(10)，小端嵌固端(6)放置在柱脚托盘(3)的柱脚托盘嵌入孔(9)中，柱脚托盘(3)安装在柱础上方承台(4)的中心孔内，大端嵌固端(6)放置在柱础上方承台(4)的承台嵌固孔(8)中。
9.根据权利要求1所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，所述柱脚固定装置(15)包括柱脚固定基座(19)和木结构柱脚凸起(20)，柱脚固定基座(19)底部安装在柱脚托盘(3)上，柱脚固定基座(19)顶部的木结构柱脚凸起(20)与木结构柱脚(16)底部凹槽卯榫相连。
10.根据权利要求9所述的一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，其特征在于，采用三块扇形的承台保护盖(5)将木结构柱脚(16)包围，在各扇形承台保护盖(5)中两侧设有大端嵌固端容纳腔(18)，大端嵌固端容纳腔(18)之间设有螺栓孔(17)，通过螺栓将承台保护盖(5)连接在安装在柱础上方承台的缓冲弹簧(14)上。
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，属于木结构抗震减震领域。适合传统木结构建筑的防震减震需求。
背景技术
木结构建筑是中华传统建筑的主要形式，具有极高的历史、科学和艺术价值。传统古建筑木结构的结构体系及构造方式与现代结构迥然不同，最为显著的区别是古建筑中的木柱与下部基础的连接做法与现代框架结构中的完全不同，现代结构中的框架柱大多固结在基础之上，而古建筑的木柱平摆浮搁于柱础(磉盘)之上，与基础之间天然断离，除竖向支承之外没有其他任何约束。木柱的这种做法使其在结构隔震减震方面有一定作用，然而这种传统木结构柱脚安装方式主要利用建筑的重力和柱脚与柱础(磉盘)的摩擦力来防止位移。柱脚与柱础间能发生的相对位移较小，所消耗的地震能量有限，且柱脚的自复位能力较差，震后柱础残余位移较大。在强烈地震作用下，地震作用通过柱脚传递至上部结构，有时在上部木结构的耗能能力还未完全发挥的时候柱脚就因达到极限状态而发生落架破坏，甚至发生倒塌。因此，增强柱脚的隔震能力是古建筑木结构抗震保护领域亟待解决的问题之一。
在现有技术中，通常采用结构底层柱底附加隔震支座的方式进行建筑的隔震。隔震支座多铅芯支座和无铅芯支座两种形式，而这两种支座只能安装在刚度很大的结构底盘之下，对上部建筑结构的整体性要求很高，而对于古建筑木结构而言，由于木柱各个柱底之间没有横向构件加以拉结联系，结构整体性较差，现有的隔震技术并不能直接应用于古建筑木结构中，现有技术与古建筑木结构构造方式“不兼容”。此外，现有技术中的隔震装置大多数都暴露在结构外部，严重影响古建筑外观，与古建筑“修旧如旧”的加固修缮原则相违背。
发明内容
针对以上背景技术存在的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，解决既有古建筑木结构柱脚本身隔震效果差、残余变形大的问题，有效隔离地震作用向上部结构的传递，实现结构震后的自复位，大幅提高木结构的抗震性能；解决现有技术与古建筑木结构构造方式“不兼容”问题，且该装置能够隐藏于础石之中，不影响结构外观，达到“修旧如旧”的目的。
本发明的目的在于为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
作为本发明的一种实施方式，一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，包括柱础、柱础上方承台、双头嵌固装置、柱脚托盘、柱脚固定装置和承台保护盖，所述柱脚托盘安装在柱础上方承台中，双头嵌固装置的大小头分别安装在柱础上方承台和柱脚托盘中并通过钢索相连，柱础上方承台安装在柱础上，柱脚固定装置安装在柱脚托盘上，柱脚固定装置顶部卯榫连接木结构柱脚；承台保护盖对接在木结构柱脚外围，并连接在柱础上方承台上。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案。
优选的，所述双头嵌固装置的大小头分别为大端嵌固端和小端嵌固端，大端嵌固端和小端嵌固端均为圆台结构，且大端嵌固端和小端嵌固端的圆台小直径端表面相对设置，小端嵌固端的圆台大端半径小于大端嵌固端小端半径。
优选的，所述大端嵌固端和小端嵌固端圆台各母线的倾角不应小于30°。
优选的，所述大端嵌固端密度不大于柱础上方承台的密度，小端嵌固端的密度不大于柱脚托盘的密度。
优选的，所述柱础上方承台与柱础直径相等，柱础上方承台的底部设有柱脚托盘，嵌入在柱础的柱脚托盘容纳腔中，并嵌固在柱础上方。
优选的，所述柱础上方承台为带有中心孔的圆盘，中心孔内侧壁上开有通至圆盘表面承台嵌固孔的承台通道，承台嵌固孔的形状大小与双头嵌固装置的大端嵌固端相匹配；在柱础上方承台圆盘表面沿承台嵌固孔间隔分布有缓冲弹簧。
优选的，所述柱脚托盘为设有中心孔的圆柱体，圆柱体的底部中心孔沿圆周方向设有若干个柱脚托盘嵌入孔，柱脚托盘嵌入孔的形状大小与双头嵌固装置的小端嵌固端相匹配；沿柱脚托盘嵌入孔的外端部设有延伸至柱脚托盘外侧壁的柱脚托盘安装缝，且在外圆周上不贯通至其顶部。
优选的，所述双头嵌固装置的若干个钢索穿过柱脚托盘安装缝，小端嵌固端放置在柱脚托盘的柱脚托盘嵌入孔中，柱脚托盘安装在柱础上方承台的中心孔内，大端嵌固端放置在柱础上方承台的承台嵌固孔中。
优选的，所述柱脚固定装置包括柱脚固定基座和木结构柱脚凸起，柱脚固定基座底部安装在柱脚托盘上，柱脚固定基座顶部的木结构柱脚凸起与木结构柱脚底部凹槽卯榫相连。
优选的，采用三块扇形的承台保护盖将木结构柱脚包围，在各扇形承台保护盖中两侧设有大端嵌固端容纳腔，大端嵌固端容纳腔之间设有螺栓孔，通过螺栓将承台保护盖连接在柱础上方承台的缓冲弹簧上。
与现有技术相比，本发明采用隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置，通过双头嵌固装置的大小头分别安装在柱础上方承台和柱脚托盘中并通过钢索相连，柱础上方承台安装在柱础上，装置顶部卯榫连接木结构柱脚；在地震发生时，可以阻断来自任意方向的地震作用向上部结构体系的传递，减小上部结构的地震作用，同时可以利用最小势能原理，震后柱脚可以自复位，提高地震时木结构建筑的稳定性，减小震后修复难度；于此同时，装置具有隐蔽性的特点，不会影响原建筑结构的外观，达到“修旧如旧”的目的，具有良好的社会及经济效益。
附图说明
图1是本发明安装后的总体示意图；
图2是本发明各部件的分解示意图；
图3是本发明的双头嵌固装置示意图；
图4是本发明柱础和柱础上方承台的关系示意图；
图5是本发明承台上嵌固孔的细部图；
图6(a)、6(b)分别是本发明柱脚托盘底部仰视图和顶部结构示意图；
图7是本发明柱脚托盘的透视图；
图8是本发明的柱脚固定装置与木结构柱脚的相对关系示意图；
图9是本发明的承台上方保护盖的示意图；
图10是本发明安装流程图。
图中：1、柱础；2、双头嵌固装置；3、柱脚托盘；4、柱础上方承台；5、承台保护盖；6、大端嵌固端；7、小端嵌固端；8、承台嵌固孔；9、柱脚托盘嵌入孔；10、柱脚托盘安装缝；11、承台通道；12、柱础上部台阶；13、柱脚托盘容纳腔；14、缓冲弹簧；15、柱脚固定装置；16、木结构柱脚；17、螺栓孔；18、大端嵌固端容纳腔；19、柱脚固定基座；20、木结构柱脚凸起；21、钢索。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但并不作为对本发明专利做任何限制的依据。
图1示出了一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置的安装后的总体示意图，图2示出了一种隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置各部件的分解示意图，本发明隐蔽式古建筑木结构柱脚多维悬挂隔震装置包括柱础1、柱础上方承台4、双头嵌固装置2、柱脚托盘3、柱脚固定装置15以及承台保护盖5，各部件至下而上依次安装，在柱脚固定装置15顶部卯榫有木结构柱脚16。
图3示出了本发明的双头嵌固装置示意图，双头嵌固装置2由一根钢索21两端连接大端嵌固端6和小端嵌固端7构成，其中大端嵌固端6和小端嵌固端7均为圆台结构，两嵌固端圆台各母线的倾角不应小于30°；大端嵌固端6和小端嵌固端7的圆台小直径端表面相对设置，且小端嵌固端7的圆台大端半径小于柱础上方承台的承台通道11半径。这样使得小端嵌固端可以直接穿过柱承台通道，便于安装。
本发明中，柱础上方嵌固承台4用料的强度不应小于双头嵌固装置2嵌固端的用料的强度。采用大端嵌固端6密度不大于柱础上方承台4的密度，小端嵌固端7的密度不大于柱脚托盘3的密度。当建筑的在地震的作用下，柱脚与柱础(磉盘)的发生相对位移时，不会因为双头嵌固装置嵌固端而磨损柱脚托盘3和柱础上方承台4。
图4示出了柱础1和柱础上方承台4的关系示意图，柱础上方承台4与柱础1直径相等，并嵌固在柱础1上方。柱础1为带有柱脚托盘容纳腔13的空心圆柱体结构，在空心圆柱体上方设有柱础上部台阶12，柱础上部台阶12刚好与柱础上方承台4嵌合，柱础上方承台4的底部设有柱脚托盘，嵌入在柱脚托盘容纳腔13中。
图5示出了承台上嵌固孔的结构示意图，柱础上方承台4为带有中心孔的圆盘，中心孔内侧壁上开有通至圆盘表面承台嵌固孔8的承台通道11，承台嵌固孔8的形状大小与双头嵌固装置2的大端嵌固端6相匹配；在柱础上方承台4圆盘表面沿承台嵌固孔8间隔分布有缓冲弹簧14。
图6(a)、6(b)分别示出了柱脚托盘的仰视图和顶部结构示意图，柱脚托盘3为设有中心孔的圆柱体，圆柱体的上部设有圆台，圆柱体的底部中心孔沿圆周方向设有六个柱脚托盘嵌入孔9，柱脚托盘嵌入孔9的形状大小与双头嵌固装置2的小端嵌固端6相匹配；沿柱脚托盘嵌入孔9的外端部设有延伸至柱脚托盘3外侧壁的柱脚托盘安装缝10，柱脚托盘安装缝10截至在柱脚托盘3外圆周上不贯通至其顶部。安装缝可让钢索21通过，小端嵌固端7将利用安装缝嵌入柱脚托盘上的嵌入孔，嵌入后即形成柱脚托盘3和柱础上方承台4的稳定连接。
为了施工安装方便和保证柱脚托盘3的材料整体性，托盘上所开的柱脚托盘安装缝10不宜超过所用钢索21直径5mm。
图7示出了柱脚托盘的透视图，图7结合图1所示，双头嵌固装置2的若干个钢索21穿过柱脚托盘安装缝10，小端嵌固端6放置在柱脚托盘3的柱脚托盘嵌入孔9中，柱脚托盘3安装在柱础上方承台4的中心孔内，双头嵌固装置2的大端嵌固端6放置在柱础上方承台4的承台嵌固孔8中。
图8示出了柱脚固定装置15与木结构柱脚16分解图，柱脚固定装置15包括柱脚固定基座19和木结构柱脚凸起20，柱脚固定基座19上方为倒圆台，下方为圆柱体，柱脚固定基座19底部安装在柱脚托盘3上部圆台中，柱脚固定基座19顶部设有木结构柱脚凸起20，木结构柱脚凸起20与木结构柱脚16底部凹槽卯榫相连。
图9示出了承台保护盖5结构示意图，在本实施例中，采用三块扇形的承台保护盖5将木结构柱脚16包围，并设在柱础上方承台4上，在各扇形承台保护盖5中两侧设有大端嵌固端容纳腔18，大端嵌固端容纳腔18之间设有螺栓孔17，通过螺栓将承台保护盖5连接在柱础上方承台4上，将承台保护盖5与缓冲弹簧14固定以后即可形成缓冲约束。
本装置安装流程图如图10所示，其中安装步骤包括：
第一步：安装柱础1，将柱础1安置在设计的位置；
第二步：安装柱础上方承台4，将柱础上方承台4安装至柱础1上；
第三步：安装双头嵌固装置2，将各个双头嵌固装置2的小端嵌固端7穿出柱础上方承台嵌固孔8，使得每个大端嵌固端6嵌固于承台上的适配大端嵌固端6的嵌固孔；
第四步：安装柱脚托盘3，通过将双头嵌固装置2的钢索21穿过柱脚托盘3上的安装缝，将小端嵌固端7嵌固与柱脚托盘3的适配小端嵌固端7的嵌固孔；
第五步：安装锥形柱脚固定装置15，将柱脚固定装置安装在柱脚托盘3上
第六步：安装柱子，将柱脚安装锥形柱脚固定装置15上；
第七步：安装承台保护盖，将承台保护盖与缓冲弹簧14通过螺栓连接加盖在承台上。
为了提高装置的承载力，缓冲弹簧14、双头嵌固装置2所用钢索21以及钢索与嵌固端间连接强度均应达到一定的强度要求。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910589250.6
申请日:2019-07-02
公开号:CN110206187A
公开日:2019-09-06
国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:授权时间:主分类号:E04B 1/98
专利分类号:E04B1/98;E04H9/02;E04C3/36
范畴分类:36C;36D;
申请人:西安建筑科技大学
第一申请人:西安建筑科技大学
申请人地址:710055 陕西省西安市碑林区雁塔路13号
发明人:张锡成;钟定洪
第一发明人:张锡成
当前权利人:西安建筑科技大学
代理人:姚咏华
代理机构:61200
代理机构编号:西安通大专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计