用地基基礎間水平夾層切斷地震水平波對建筑物上部結構破壞作用的制作方法
【專利摘要】用地基基礎間水平夾層切斷地震水平波對建筑物上部結構破壞作用的發明為：在地基與基礎間設計一個或者多個筏板，在筏板間設計一個或者多個水平分離層(砂石墊層)光滑面(上下材料不同摩擦系數最小的平板)，使地基與基礎上下結構分離后，能夠消減切斷地震水平波從下向上從地基向基礎的傳播，隨之保持建筑物上部結構的安全穩定。本發明把從上部主體結構的被動抗結果變為從下部地基與基礎間的主動消減源頭。這一發明既能使來自地震水平波的能量在地基基礎間的水平夾層中得到自由釋放，又能在地基釋放地震能量時保持基礎上部建筑物主體結構的安全穩定。本發明是高層建筑抵御地震災害技術的重大突破。科學廉價可行方便，減震效果事半功倍。
【專利說明】用地基基礎間水平夾層切斷地震水平波對建筑物上部結構破壞作用
1、【背景技術】
[0001]1.1、512大地震發生后
[0002]在寶雞有這么一個建筑小區，兩幢同為六層的建筑，一為灰土樁基礎，樁端土為黃土狀粉質粘土，埋深8.0m左右；另一為混凝土灌注樁基礎,樁端土為碎石土,埋深16.0m左右，2008年5月12日，四川汶川大地震發生后，同一場地灰土樁基礎形式的建筑物上部結構沒有明顯破壞跡象，而在混凝土樁灌注樁基礎形式的建筑物的周邊基礎梁上部可見明顯的水平受剪裂縫。
[0003]1.2、原理
[0004]1.2.1、地震對建筑物的破壞能量水平剪力主要來源于地震水平波
[0005]地震現象是由于地殼表層板塊運動形成局部地層懸空面地帶能量集中，在地球自轉加速度變化即地球不勻速運動條件下，地殼表層局部懸空地層釋放能量時出現構造斷裂發生震動的現象。地震發生時，產生了兩種波即豎向波和水平波，豎向波在地震震中周圍，范圍比較小，水平波在震中的四周及遠處，影響范圍較大。在震中周圍，水平波的能量也較大。與豎向波相比，對波及地區建筑物破壞作用較大的應該是地震水平波。不管是震中還是遠離震中的波及地區，地震發生時，大部分建筑物的破壞現象都以水平晃動為主，破壞能量以水平地震波為主。
[0006]1.2.2、慣性定律的物理實驗
[0007]有一個中學物理實驗，紙板上面放著一個物體,抽動紙板時,紙板上的物體原地不動。這種物體保持原來靜止或運動狀態的性質叫慣性定律。見說明書附圖:圖1.1、圖1.2.從地震發生時的現象可以看出，地震發生時建筑物基礎底面以上上部結構相當于物理實驗放在紙板上的重物，基礎底面以下的地基相當于物理實驗的紙板。地震發生時，地基和基礎間的面是客觀存在的，相當于物理實驗中紙板和重物之間的面。物理實驗中抽動紙板的力量來源于抽動紙板的力；只不過地震發生后，推動地基與基礎間水平晃動的力量是來自地震震中水平波的能量。
[0008]同樣的物理實驗，如果紙板和放在紙板上的重物是粘緊的，則抽動紙板時紙板上的重物就要隨著紙板一起動，因為紙板和重物在結構上已經成了一個物體。
[0009]1.2.3、慣性定律地基基礎灰土樁混凝土灌注樁
[0010]1.2.3.1、地震水平能量、地基與基礎、慣性定律
[0011]地震發生時，建筑物的地基相當于物理實驗可以抽動的紙板，基礎底面以上建筑物的上部結構相當于物理實驗放在紙板上的重物。地震對建筑物的破壞能量主要是水平波，水平波到來時首先推動地基動，地基與基礎間的接觸關系決定了地震波能否傳入上部結構。淺基礎地基和基礎的接觸面決定地震波傳入上部結構的效果，關鍵因素是地基與基礎間接觸面的摩擦力；深基礎樁頂生根上下一體時地震波從地基向基礎從下往上傳播是無阻的。地震波到來時地基震動；但根據慣性定律，基礎底面以上的上部結構都具有保持靜止不動的性質。建筑物對地基基礎的安全要求是穩定不動。從物理實驗原理講地基(紙板)與建筑物基礎(重物)分開，地震發生時地基(紙板)動建筑物(重物)不動，地基動的能量來源于地震波，建筑物(重物)不動是遵守慣性定律。地震能量和慣性定律即地基要動(抽紙板)基礎要靜止的結果(重物不動)就會在地基基礎間造成能量相對集中，如果這種能量不能得到釋放，就會在地基與基礎間出現水平剪力，地基推著基礎動，對建筑物上部結構造成危害。見說明書附圖:圖2.1。
[0012]1.2.3.3、淺基礎、灰土樁基礎地基與基礎是分開的
[0013]淺基礎、灰土樁的樁體材料是地基土、灰土，而基礎梁的材料是混凝土，地基土、灰土和混凝土的接觸是兩張皮。地震發生時地基基礎間就如同抽動紙板時紙板動重物不動的原理一樣，能量可以得到釋放，因為地震波到來時淺基礎、灰土樁樁體周圍的地基與基礎間是分開的。基礎上部結構也可能有微量位移，但建筑物的上部結構是安全穩定的。
[0014]1.2.3.4、混凝土灌注樁地基與基礎和上部結構是一體的
[0015]混凝土灌注樁頂部大都鋼筋生根，樁體和樁周土即地基、基礎、上部結構上下一體，如同物理實驗中的紙板與重物是粘緊的，地震發生時地基傳向基礎的水平波能量無處釋放，下面推著上面動。由于基礎的晃動引起了建筑物上部結構的破壞。見說明書附圖:圖
3.1。
[0016]1.3、發明焦點
[0017]地震發生后地震波從震源出發，以豎向波、水平波的形式向遠處傳播，施加在波及地區建筑物的地基上，再將地震波的能量傳向地基上部的基礎，由基礎的水平晃動引起建筑物上部結構的晃動，上部結構的破壞主要是由于建筑物的水平晃動造成的。這就是地震波引起建筑物破壞的過程原理。這個過程啟示我們:地震發生時，能否切斷地震波從地基向基礎的傳播應該是抗震防震的焦點。物理實驗中的紙板與重物是否分開即地基與基礎是否結構分離。只要能夠在地基基礎間用水平的層或夾層切斷地震水平波從地基向基礎的傳播，使地震波從地基進入基礎的傳播如馬陷泥潭傳能無力，造成地基動基礎不動的現象，就可減弱或消除地震對建筑物的破壞力。512大地震發生時寶雞某建筑小區的兩幢多層建筑就證實了這一原理。
[0018]從結構上將地基與基礎分離，在地基與基礎間增加水平的層或夾層，層與層的接觸保持最小的摩擦系數，從豎向上切斷地震波從地基向基礎的傳播就是本發明的思想。
2、
【發明內容】
:
[0019]2.1、要解決的技術問題(發明目的)
[0020]地基震動是地震決定的，基礎靜止不動是慣性定律決定的，這些都是自然規律決定的，不是人為因素決定的。人類對待自然規律只能遵守，不能違背。本發明的目的就是在遵重自然規律的前提下利用水平墊層切斷地震水平波從地基向基礎的傳遞，以保證地震到來時建筑物上部結構的安全靜止穩定。
[0021]2.2、解決問題的技術方案要點。
[0022]2.2.1、要解決技術問題的技術方案(
【發明內容】
)
[0023]2.2.1.1、
【發明內容】
[0024]為了能夠釋放地震能量和遵守基礎上部結構慣性靜止的要求，在地基與基礎之間設計一個或者多個水平分離層光滑面，使地震到來時地基與基礎間的集中能量可以得到釋放并保持建筑物上部結構的靜止穩定安全。
[0025]2.2.1.1.1、
【發明內容】
[0026]在置于淺基或深基的地基筏板上設計一個或者多個筏板，在筏板間設計一個或者多個可以水平滑動的夾層或者滑動面。夾層與上下筏板層面結構上要分離，選擇夾層或者滑動面的材料要與上下筏板不同，砂石墊層要做好施工縫的光滑處理，夾層或者滑動面的材料要具有滑動性、顆粒不連接性、彈塑性。面和面(夾層與上下筏板層、夾層與滑動板、滑動板與滑動板)的接觸是剛揉各異摩阻力最小的兩種物質，面要光滑，地基遇到地震水平推力時基礎可以水平滑動，以自由釋放水平能量。
[0027]水平滑動層或者夾層一般為砂石、膠皮、油氈、有機質、塑料、泡沫、鐵皮等。砂石墊層要分層施工，施工層之間要以光滑的平板隔離。混凝土與砂石的摩擦力較大，對與砂石接觸的筏板面作以光滑處理或者以光滑板接觸。也可做不同材料的光滑板互層，或者筏板間以球狀剛性材料支撐周圍用砂石充填，發明在于技術思想，不拘形式，最大限度的減小層和層接觸面的摩擦系數保持摩擦力最小。
[0028]見說明書附圖:圖2.2、圖3.2.[0029]2.2.1.1.1.1、水平的層或夾層
[0030]2.2.1.1.1.1.1、砂石墊層
[0031]2.2.1.1.1.1.1.1、天然砂石墊層:天然砂石墊層的材料為天然的石子砂子。選擇石子粒徑砂石配合比及天然砂石墊層的施工執行現行施工《規范》。
[0032]2.2.1.1.1.1.1.2、人工剛性球形體砂石墊層:小粒徑剛性球形體為人工制造的消震石子，剛性球體的材料可為耐風化耐腐蝕抗壓強度較高的的物質例如混凝土等物質,球形體的粒徑即直徑及砂石與配合比和人工剛性球形體砂石墊層的施工可參照現行施工《規范》，`
[0033]2.2.1.1.1.1.1.3、砂石墊層的虛厚< 300mm，施工執行現行有關《規范》。
[0034]2.2.1.1.1.1.1.4、砂石墊層的施工層厚度< 300mm，總墊層厚度是300mm的倍數。
[0035]2.2.1.1.1.1.1.5、砂石墊層的施工層面要光滑，面上要鋪設光滑板。水平的層和層、層和面，面和面的接觸摩擦力要最小。
[0036]2.2.1.1.1.1.1.6、砂石墊層與筏板的接觸面摩擦系數較大，筏板面與砂石墊層面做光滑處理后加光滑板。
[0037]2.2.1.1.1.2、光滑板
[0038]2.2.1.1.1.2.1、從接觸關系上可把光滑板分為砂石墊層里的光滑板、與筏板接觸的光滑板、與光滑板接觸的光滑板三種。
[0039]2.2.1.1.1.2.2、光滑板的材料可分為塑料、膠皮、泡沫、有機質、油氈、鐵皮等。
[0040]2.2.1.1.1.2.3、光滑板的主要作用是在結構上將上下層分開。光滑板的材料要上下不同，板面要光滑。
[0041]2.2.1.2、解決問題的技術方案要點
[0042]2.2.1.2.1、淺基礎
[0043]2.2.1.2.1.1、筏板基礎
[0044]2.2.1.2.1.1.1、對筏板基礎底面即地基表層做以擊實并做光滑處理，鋪設光滑板。[0045]2.2.1.2.1.1.2、在基底筏板上增做一個或者多個筏板，在筏板間設計一個或者多
個與上下筏板材料不同可以水平滑動的夾層或者滑動面。
[0046]2.2.1.2.1.1.3、筏板上下間距及砂石墊層厚度可參照下表
[0047]筏板間距及砂石墊層厚度按照建筑物所處地區的抗震設防烈度和建筑物層數選取。
[0048]表2.2.1.2.1.1.3、
[0049]
【權利要求】
1.切斷地震水平能量向上傳播的抗震發明。傳統抗震都是通過上部結構和建筑材料進行抗震。本發明采用了地基基礎間使用水平的層和夾層結構分離，切斷地震波地震能量從地基向基礎的傳播、消除地震水平推力的主動抗震方案。
2.地基與基礎在結構分離。在淺基礎或者深基礎的地基與基礎間設計一個或者多個筏板，在筏板間設計一個或者多個水平分離層光滑面，使地基與基礎的接觸面結構分離，使地震到來時地基與基礎間的水平層或夾層能夠切斷地震水平波從地基向基礎的傳播，以保持建筑物上部結構的靜止穩定安全。
3.地基基礎間水平的層和夾層接觸面摩擦系數最小。水平夾層、砂石墊層、光滑板、層與層上下材料不同；施工層分層施工，施工層面要進行光滑處理或夾設光滑板。
4.使建筑物在動中穩定，在尊重自然規律中保持安全。既讓地震波傳來的水平能量能夠自由釋放，又讓基礎底面以上上部結構遵守慣性定律，使建筑物保持靜止穩定。
5.人工制造小粒徑剛性球形體的消震石子和人工制造剛性球形體砂石墊層的工藝。這種消震方法，不光利用了人工砂石墊層層面的光滑性，同時利用了人工制造剛性球形體石子的滾動性和球形體石子砂石墊層的滑動性、彈塑性、墊層材料接觸結構的不連續性。
【文檔編號】E02D31/08GK103821182SQ201410045254
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月25日 優先權日:2013年5月17日
【發明者】林建省 申請人:林建省