极震下三维多阶退让阻挡建筑不倒构造与构件

摘要

本发明提供极震下三维多阶退让阻挡建筑不倒构造与构件，属于建筑物防震减震技术领域。通过设置退让阻挡结构，防止柱体在地震发生时柱体被剪断，不仅在径向上限制钢管混凝土隔震柱的屈服，在纵向上又通过顶部阻挡块限制了楼板的断裂，阻止了建筑物的倒塌，同时在柱体外套设倒锥台或双曲面柱，使其通过阻尼杆与墙体相连，实现地震发生时的耗能，设置的阻尼环、限位钢套又在结构上和抗侧力构件上实现了抗震。

权利要求

1.一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱、设在钢管混凝土隔震柱外层的包被柱，其特征在于，包被柱顶部采用锚拉钢筋与横梁相连，包被柱为空心倒锥台或者双曲线抛物面空心柱；

当包被柱为空心倒锥台时，空心倒锥台包括为两部分，前一部分空心倒锥台同钢管混凝土隔震柱一起安装于基础上，距离为基础到地坪，在地坪处钢管混凝土隔震柱边沿到空心倒锥台内部边沿的直线距离为Δ0，地坪以下部分的空心倒锥台构成约束锥，另一部分倒锥台安装在前一部分的空心倒锥台上，约束锥是指阻挡结构的内壁阻挡接触面设计成变形曲线或圆弧曲线；

当包被柱为双曲线抛物面空心柱时，所述的双曲线抛物面柱内的钢管混凝土隔震柱安装于约束锥内，高度为地基到地坪，在地坪处钢管混凝土隔震柱边沿到约束锥边沿的直线距离为Δ0，钢管混凝土隔震柱中部到双曲线抛物面空心柱最近的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱顶部至双曲线抛物面空心柱顶最远的直线距离为Δ2，约束锥是指阻挡结构的内壁阻挡接触面设计成变形曲线或圆弧曲线。

2.根据权利要求1中所述的一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，其特征在于，所述的钢管混凝土隔震柱还通过软钢带与地坪相连接。

说明书

极震下三维多阶退让阻挡建筑不倒构造与构件

技术领域

[0001] 本发明属于抗震减震技术领域，尤其涉及极震下三维多阶退让阻挡建筑不倒构造与构件。

背景技术

[0002] 目前，建筑物抵抗地震的方法主要有三种：

[0003] 第一种，提高建筑结构的强度减少建筑结构的变形，为抗震。

[0004] 第二种，减少建筑结构底层的刚度提高其强度和韧性，常称隔震。

[0005] 第三种，在必要的强度和韧性基础上增大结构，增加在这些振动过程中的耗能和阻尼，常称减震。

[0006] 一种钢管柱隔震减震装置，申请号201110030213.5，公开一种设置在底层的支撑结构，其具体如桁架结构的支撑，是通过提高抗侧力构件的承载力，这种方法增大了结构的刚度，地震作用也相应增大了。

[0007] 现有研究表明，阻挡抗震能够实现不垮塌，符合抗震设计的最终设计目标——以人为本，为大幅提高抗倒塌力，设退让型阻挡结构，从分级退让耗能、多层次屈服，使总抗力为每阶段抗力及屈服抗力之和，这样实现抗力倍增，每一阶段退让都有抗力倍增，达到总抗力是传统总抗力的5-6倍。

[0008] 因此，有必要对阻挡抗震进行研究，以使其满足建筑不倒之目的。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供极震下三维多阶退让阻挡建筑不倒构造与构件，能够实现分阶段实现阻挡抗震，提高总抗力的目的。

[0010] 本发明采用如下技术方案：

[0011] 一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱，以及用于安装钢管混凝土隔震柱的阻尼约束孔，阻尼约束孔内填充柔性泡沫，钢管混凝土隔震柱安装在阻尼约束孔内，阻尼约束孔安装在地坪以下，安装钢管混凝土隔震柱后，钢管混凝土隔震柱边沿到地坪边沿的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱顶部到边墙的距离为Δ2，边墙与横梁之间通过锚拉钢筋相连。

[0012] 本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱、设在钢管混凝土隔震柱外层的包被柱，包被柱顶部采用锚拉钢筋与横梁相连，包被柱为空心倒锥台或者双曲线抛物面空心柱，空心倒锥台包被柱为两部分，前一部分空心倒锥台同钢管混凝土隔震柱一起安装于基础上，长度为基础到地坪，在地坪处钢管混凝土隔震柱边沿到空心倒锥台内部边沿的直线距离为Δ0，地坪处，地坪以下部分的空心倒锥台构成约束锥，另一部分倒锥台安装在前一部分的空心倒锥台上。

[0013] 本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱，钢管混凝土隔震柱安装在地基上，钢管混凝土隔震柱的柱体一侧或者两侧架设阻挡框架/剪力墙，阻挡框架/剪力墙的顶部通过锚拉钢筋与框架梁相连接。

[0014] 本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，所述的双曲线抛物面柱内的钢管混凝土隔震柱安装于约束锥内，高度为地基到地坪，在地坪处钢管混凝土隔震柱边沿到约束锥边沿的直线距离为Δ0，地坪处钢管混凝土隔震柱中部到双曲线抛物面空心柱最近的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱顶部至双曲线抛物面空心柱顶最远的直线距离为Δ2。

[0015] 一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，地下室室内安装有钢管混凝土隔震柱，钢管混凝土隔震柱安装于防水基础上，钢管混凝土隔震柱上套设有环形滑移牛腿，环形滑移牛腿通过粗钢筋与无梁楼板锚拉连接，无梁楼板与钢管混凝土隔震柱之间的距离为Δ1，室外地坪通过钢套与安装于地下室边沿处的钢管混凝土隔震柱相连接，且设计确定钢管混凝土隔震柱到地坪的直线距离为Δ2。

[0016] 作为本发明的更优的技术方案，有所述的钢管混凝土隔震柱还通过软钢带与边墙/地坪相连接。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] 1.本发明通过在建筑物的底层设置阻挡结构，当发生地震过程中，可以在钢管混凝土隔震柱在要发生剪断前，阻止其发生柱体倾倒，为柱体提供了支撑了，防止了建筑物的倒塌。

[0019] 2、本发明在底层设置阻挡结构在顶部设置阻挡结构，不仅可以在径向防止柱体倾倒，同时在纵向上提供支撑楼板的阻挡块，从而防止了建筑物垮塌。

[0020] 3、本发明在底层设置若干阶梯状的阻挡结构，即可保证纵向楼板的断裂，在横向上柱体分阶段、分时段与阻挡结构接触，从而实现每阶段的抗力之和为总抗力，使抗倒塌能力提高了5-6倍。

[0021] 4、将柱体外层套设有倒锥台圆柱或双曲线抛物面柱，并设置锚拉钢筋与剪力墙相连接，提高了柱体的强度，并通过耗能杆实现抗震，设置于阻尼约束孔内的阻挡环，增加柱体的延性，实现结构上抗震，固定在地坪上的限位钢套，从提高结构抗侧力构件方式提高了建筑物抵抗地震的能力。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例1的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例2的倒锥台空心柱结构示意图；

[0024] 图3为本发明实施例2的双曲线抛物面空心柱结构示意图；

[0025] 图4为本发明实施例3的阻挡框架结构示意图；

[0026] 图5为本发明实施例3的剪力墙结构示意图；

[0027] 图6为本发明实施例4的结构示意图；

[0028] 图7为本发明实施例5的结构示意图；

[0029] 图8为本发明实施例5的结构示意图；

[0030] 图9为本发明实施例6的结构示意图；

[0031] 图10为隔震柱的变形曲线。

[0032] 1-地坪、2-隔震柱、3-滑移牛腿、4-无梁楼板。

具体实施方式

[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 其中，Δ0、Δ1、Δ2的确定：

[0035] 1.引入有关力、作用或位移的表达式

[0036] 地震作用，地震作用产生的力矩

[0037] 地震作用：

[0038]

[0039]

[0040] 隔震、减震系数：

[0041]

[0042] 凡是用“《建筑抗震设计规范》”上的符号，其定义和“《建筑抗震设计规范》”相同，在此不再解释。

[0043] 地震作用产生的力矩：

[0044]

[0045] 重力位移偏心产生额力矩

[0046] 一般θp∑Hi∑Nij

[0047] 均匀结构

[0048] 重力初始产生的力矩

[0049] ∑∑eijNij或e0∑Nj

[0050] 柱底屈服弯矩的重量

[0051] ∑mCDj或∑γmj·mCDj是最有效的阻倾力矩。

[0052] 梁端屈服弯矩，对框架柱而言，是柱的匡扶力矩，边柱的匡扶力矩仅有一个，中间柱则有两个：

[0053] ∑∑(mγ+mL)ij或∑∑γmj(mγ+mL)ij

[0054] 由于数量很多，所以阻倾效果很好。

[0055] 轴力增量由边梁端剪力构成，层数少可忽略

[0056] 轴力增量，由端剪力所构成。

[0057] ∑∑ΔNij·B

[0058] 边跨梁产生的轴力增量、斜拉条屈服产生的柱轴力增量

[0059]

[0060]

[0061] 平衡条件，力矩平衡式：

[0062]

[0063] 由于目标是求极限的承载能力对应的地震作用，所以有多处屈服和塑性铰，很多次超静定的结构变成了静定或几乎静定问题，位移协调性和连续性因弹塑性变形而自动解决。分析得到简化，禁用平衡条件就可将绝大多数内力求出，并求出各阶段的抗力。

[0064] 梁上屈服和塑性铰的出现，会降低结构的上部及整体刚度，会增大周期，提高隔震效果。

[0065] 屈服和塑性铰的出现，会提高耗能，阻尼和阻尼比。一方面降低隔减震系数[0066] 另一方面会增加抗力。

[0067] 采用曲率模方法可以实现均匀屈服和定值弯矩。也可以部分曲率膜，或整体曲率膜，其特点是阻挡结构与隔震柱2之间接触曲线与隔震柱2的变形曲线一致，无缝接触。

[0068] 这种构造有效的保证了隔震柱2不失稳，不变形集中。

[0069] 2.为了保证研究的方便，现做以下假设：

[0070] 框架结构为“强柱弱梁”，同时“柱刚梁柔”，柱且由直线假定，所以柱粗一些。

[0071] 隔震层顶梁与柱交接处只许柱要出现塑性铰，而不许梁出现塑性铰，因此，梁的强度、刚度要大一些。

[0072] 隔震层柱采用高强度、高延性柱，四角的附近可设四根复合阻尼柱，隔震梁与柱顶阻挡结构之间设锚拉。

[0073] 每根柱的下部埋深设一约束锥，中部由地坪1起到对柱的约束，称为地坪1阻挡结构或腰部阻挡结构。

[0074] 地下室侧壁或底层中间及四周的设计的内外墙，同时兼柱顶柱中阻挡结构，这些结构就是底层围护结构，也是阻挡结构，既阻挡水平位移，也阻挡竖向位移，三维阻挡。

[0075] 3.材料选择

[0076] 这些结构和构件所用的材料都是常用建筑，如普通钢筋混凝土，三级钢筋，低强度高韧性钢管，高强度高延性钢管等，以及泡沫，均是常见材料。当然随着技术的发展。

[0077] 4.工艺特点

[0078] 用底层或底部柱兼隔震弹簧，用锚拉等次要构件兼做阻尼器，用阻挡结构大幅度提升抗力，阻挡结构也可以是其他功能构件。

[0079] 以上模型是非线性弹簧模型，根据阻挡结构的分阶段投入和被阻挡结构屈服分成四个阶段分析，然后位移和抗力相加。

[0080] 四个阶段模型如下：

[0081] 阶段一

[0082] 地震作用柱根部微小进入塑性(μp＝1.2～1.5)可以简单分析，让找出临界倾角对应的α0max，在中部设第一阻挡结构，中部位移不能超过退让距，其中不退让距为Δ01，它顶部位移为Δ0，其抗力为∑V0j-∑Ve0j，与α0max关系如下：

[0083]

[0084] 阶段二

[0085] 柱的中部退让到Δ10后不能位移，若地震作用增量α1max，此时计算高度为h2，此时隔震柱2中部阻挡处出现塑性铰，此塑性铰处弯矩控制在γmm0不能太大(m0为屈服弯矩)。此时柱顶的位移为Δ1其抗力为

[0086]

[0087] 阻挡结构顶的退让距Δ2＝Δ0+Δ1，二阶段总和的地震力为α0max+α1max。

[0088] 阶段三

[0089] 若柱顶的位移增到Δ2，对应的地震作用增量为α2max，阻挡力为阻挡结构的抗力和主结构抗力。此时隔震柱2进一步屈服，上部阻挡结构也屈服，屈服意味着耗能，意味着刚度降低，意味着阻尼比增大，意味着隔震效果系数 随之减少，阻挡结构位移：

[0090]

[0091] 三阶段之总地震力：α0max+α1max+α2max。

[0092] 阶段四

[0093] 被隔震的上部结构，其柱梁关系，复合“强柱弱梁”构造，首先柱底屈服上部诸梁屈服发展到全部梁屈服。此时该屈服结构的极限抗力

[0094] 可不再计算。反之，则应加强，如采用“斜拉条法”，若尚未达到目标值[αmax]，则系统作一些调整，做整体验算：

[0095] 整体刚度因上部结构梁出现了很多塑性铰而降低，周期增大，阻尼比也很有很多塑性铰的出现而加大， 降低；

[0096] 竖向偏心的增大，会抵消一些抗力不利；

[0097] 有竖向地震的高烈度地震，会出现超压设计时应注意高轴压比小偏压或剪切破坏；

[0098] 阶段1/2/3重点是讨论隔震层的位移、稳定和抗力，阶段4研讨计算被隔震的上部抗力及整体抗力。

[0099] 并且根据中国地震动参数区划分图“GB18306-2015”提出的数据，基本地震动的峰值加速度[αmax]，在二类场地的地震影响系数峰值分为常遇、基本、罕遇和极罕遇。制定四种表格如下：

[0100] [αmax]列表(二类场地)

[0101]

[0102] 其他场地(二类以外的场地)分别按此标准的E1表调整。2016年6月1日，正式实施新版地震动参数区划图“GB18306-2015”在罕遇地震之后又增加一级罕遇地震档。极罕遇地震是小概率事件，但后果是地震灾害下不可接受的事件。

[0103] 使用[αmax]作为罕遇与极罕遇之峰值加速度。

[0104] 本发明公开通过退让阻挡结构的房屋减震隔震装置。

[0105] 实施例1为设置有约束锥的退让阻挡结构的隔震柱2安装结构。

[0106] 如图1所示，一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2，以及用于安装钢管混凝土隔震柱2的阻尼约束孔，阻尼约束孔内填充柔性泡沫，钢管混凝土隔震柱2安装在阻尼约束孔内，阻尼约束孔安装在地坪1以下，安装钢管混凝土隔震柱2后，钢管混凝土隔震柱2边沿到地坪1边沿的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱2顶部到边墙的距离为Δ2，边墙与横梁之间通过锚拉钢筋相连。

[0107] 将阻挡结构的内壁阻挡接触面设计成上述变形曲线或圆弧曲线，这种阻挡结构称为约束锥，或曲率模，可以是约束柱底的一部分，也可以约束全柱。

[0108] 从材料力学弯矩与变形之有关系，以圆柱为例：

[0109]

[0110] 有内裂缝。

[0111] 若考虑弹塑性，上式则变成：

[0112]

[0113]

[0114] 为曲率，ρ为曲线的曲率半径。

[0115] μpγm

[0116] 按实际取值不宜太长

[0117] μpγm＝μp(1+α(μp-1))＝μp(1+αμp-α)。

[0118] 全线接触或面接触的阻挡结构，可以有效的控制柱的失稳和有效的控制变形集中。

[0119] 实施例1中的Δ1和Δ2按照阶段二、阶段三整定计算：

[0120] 阻挡结构随位移的增大地震作用而逐渐投入，知道阻挡结构在中部屈服，并有一定的屈服位移μpΔE，所以隔震构件采用中部强化的混凝土隔震柱2，中部的抗弯承载力，抗屈服弯矩都有大幅度的提升。

[0121] 与此同时柱的顶部也采用强化措施，采用强化措施后，屈服程度系数μp可变小。

[0122] 在地坪1阻挡之后柱高h2，理论上也存在一个失稳倾角[θp1]。

[0123] 较大，一般θp1远达不到[θp1]。

[0124] 第二阶段的作用增量Δ2max，在此增量的作用下，主结构的中部的抗力平衡[0125] 从受力达到全屈服，其抗力可表示为：

[0126]

[0127] θp为角增量。

[0128] 此时柱顶位移：

[0129]

[0130]

[0131] 柱顶退让距≥Δ0+Δ1。

[0132] 阶段三

[0133] 由于地震作用增大，柱顶位移达到Δ0+Δ1+Δ2。

[0134] 柱顶阻挡结构开始受力，知道阻挡结构屈服，阻挡结构位移达到Δ2，Δ2是地震作用增量 作用所产生。

[0135] 第三阶段的位移Δ2，此阶段的抗力由阻挡结构和已经屈服的主结构承担。

[0136] 阻挡结构和主结构的协调位移为Δ2。此阶段末的刚度为：

[0137] 阻挡结构刚度：

[0138] 主结构的刚度：

[0139] EcIj，在大应力下阻挡结构裂缝的折减系数为γLc＝0.4～0.6，γLc是随着μpc的增大而减少，μpc是阻挡结构的弹塑性增大系数。

[0140] Esc的折减系数为γLd见表，塑性位移系数为μpd。

[0141]

[0142] [μpc]＝2，[μ′pd]＝2

[0143] 意思是柱和阻挡结构的弹塑性位移因协调所以都是Δ2。

[0144] 柱的弹性极限位移。

[0145] (极限力)，阻挡结构的弹性极限位移。

[0146] 阻挡结构抗弯承载力。

[0147]

[0148]

[0149]

[0150] α2max得到优化。

[0151]

[0152] 阻挡结构和主结构的强度

[0153]

[0154] γmc＝1.1～1.2， 钢筋屈服强度，(0.9～0.95)h0j断面力臂

[0155] γmc阻挡结构的强度增大系数，γmc＝1.1～1.2时对应的μpc＝2。

[0156] γmd钢管混凝土主结构的强度增大系数。

[0157] γmd＝α(μpd-1)+1＝1+αμpd-α，α＝0.25

[0158] 阻挡结构与主结构共同的弹塑性位移

[0159] 可以确定α2max。

[0160] 其中∑Nj·Δ2/h2相对前项 要小很多。

[0161]

[0162] α2max可以由此式 确定其中∑Ve2j＝∑Nj·Δ2/h2，Δ2是此阶段位移的增量，e0不再计入偏心Δ1，Δ2分别是二、三阶段的偏心增量。

[0163] 实施例2为本发明的包被柱结构的隔震柱安装结构

[0164] 如图2-3所示，本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2、设在钢管混凝土隔震柱2外层的包被柱，包被柱顶部采用锚拉钢筋与横梁相连，包被柱为空心倒锥台或者双曲线抛物面空心柱，空心倒锥台包被柱为两部分，前一部分空心倒锥台同钢管混凝土隔震柱2一起安装于基础上，长度为基础到地坪1，在地坪处钢管混凝土隔震柱2边沿到空心倒锥台内部边沿的直线距离为Δ0，地坪处，地坪1以下部分的空心倒锥台构成约束锥，另一部分倒锥台安装在前一部分的空心倒锥台上。

[0165] 包被柱起于基础或地坪1，与地坪1连接在一起，上至梁下，与梁用耗能锚拉钢筋连接在一起，包被柱可以是圆柱也可以是方柱，可以是上下等截面也可以是上下变截面。

[0166] 空心倒锥台和双曲线抛物面柱的强度大，刚度大，有强有力的阻挡作用。

[0167] 空心倒锥台腰部退让距为Δ0，顶部水平缝不宜过大，在柱稍有竖上失效趋势时，此阻挡结构的竖向阻挡效果就显示出来了。

[0168] 退让距Δ0按照阶段一整定：

[0169] 阻挡结构未投入工作，阻挡结构的锚拉钢筋成为阻尼器，阻挡作用较小。

[0170] 临界抗力

[0171] 地震作用

[0172] 竖向有偏心e0时，助倾力矩∑Nje0，助倾剪力

[0173] 平衡方程写成：

[0174]

[0175] 抗力与作用关系：

[0176]

[0177] 隔震柱2总抗力：

[0178]

[0179] 偏心负抗力：

[0180]

[0181] 为了保证其稳定性，并控制变形集中，中小地震不修，仅取γm＝1.3～1.5。不宜过大，但有一定的阻尼比。

[0182]

[0183] 此时柱顶位移：

[0184]

[0185]

[0186] γm＝αμp-α+1＝1+αμp-α

[0187]

[0188] 具体隔离柱，μp与α，γm之间关系由试验调整。第一阶段0.5θ′po很小，可以忽略。

[0189] 隔震层的平衡条件：

[0190]

[0191] ∑γm(m0+m1)j+∑Nje0＝0

[0192] 设地震作用类正弦波

[0193] 当地震作用为0时，位移最大，临界角[θp0]，此角超越则必垮塌。

[0194] γγ＝1.8～2.0

[0195] 有竖向地震作用的临界角：

[0196] γγ＝1.2～1.3

[0197] γγ为竖向地震系数γγ＝1.2～1.3。

[0198] ∑Nj(e0j+[θp0]·h1)为忽略上部结构对隔震层之偏心距。

[0199] 设[θp]的初始值用0.02，迭代而求出[θp0]。

[0200] [θp0]是一临界特征值，有关量的最值为上限圆钢管γm＝1.8～1.9，方钢管γm＝1.4～1.5。偏心e0按实际，∑Nj按重力荷载代表值。

[0201] 第一阶段实际隔震结构的最大扭转角θp0，Δ0＝h1θpo。

[0202] 弹塑性变形与力的对应关系，由γm可找到μp，钢管混凝土柱(圆)，上下固定Δue为弹塑性临界位移。

[0203]

[0204] 式中μp应在5～10取值不宜过大，中小震情况，屈服不宜过大，震后可以继续使用。

[0205] 柱屈服后产生内裂

[0206] 内裂刚度折减，Esc变成γLEsc，γL＝0.6～1.0。

[0207] γL表

[0208]

[0209] 钢管混凝土弹塑性参数：

[0210] 钢管混凝土变形、弯矩三折线

[0211] 给出一个μp，

[0212] μp在以下的区间，

[0213] 1≤μp≤μp0

[0214] 则系统的弹塑性刚度，

[0215]

[0216] 弹塑性周期则表示为：

[0217]

[0218] 附加阻尼比：

[0219]

[0220] ζa1为μp＝μp0之值。

[0221] 弹塑性强度增大系数表示为：

[0222] γm＝(μp-1)α+1，

[0223] μp在以下的区间，4.3≤μp＜[μp]极限，重新定义u′e＝4.3ue， 系统的弹塑性刚度与折算弹性刚度之间表达μ′p所在区间：μ′p＞1。

[0224] 刚度表达：

[0225] 周期表达式：

[0226] γm用最大值，该阶段的附加阻尼比表达：

[0227] 全程ζa＝ζa1+ζa2，

[0228] 其中u′e＝4.3ue，

[0229] 钢管全屈服强度， 钢管材料初屈服强度。

[0230] 到此弹性，弹塑性，塑性三折线函数对应的刚度，周期，阻尼比等参数均匀标出。

[0231] 钢管进入弹塑性变形后，刚度周期、附加阻尼比即可求出。用刚度加权求出系统阻尼比。然后算出阻尼调整系数。

[0232]

[0233] 同时，第一阶段的总抗力 和负抗力 的有关量也全部求出。若∑Nj e0j很大，则负抗力∑Ve0j也很大。

[0234] 对应的 有关量也全部为已知。

[0235]

[0236] 退让距计算

[0237] 隔震柱2的变形曲线如图10，以下基点为0

[0238]

[0239]

[0240] 如果在Δh1处设第一阻挡，在此处的退让距为：

[0241]

[0242]

[0243] 或 γm＝1～1.9

[0244] 退让距Δ01的计算。

[0245] 实施例3为连续阻挡结构的隔震柱安装结构。

[0246] 如图4-5所示，本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2，钢管混凝土隔震柱安装在地基上，钢管混凝土隔震柱的柱体一侧或者两侧架设阻挡框架/剪力墙，阻挡框架/剪力墙的顶部通过锚拉钢筋与框架梁相连接。

[0247] 同时，阻挡框架或剪力墙可设计成以下形式：

[0248] 顶部一点阻挡；

[0249] 腰部阻挡，再顶部阻挡；

[0250] 底部阻挡到顶部的连续阻挡。

[0251] 且剪力墙内可安装圈梁：

[0252] 圈梁为环形圈梁，中柱360°环形圈梁，边柱为180°圈梁，

[0253] 水平安全带是设计在边角处，套在柱上，锚在剪力墙上。

[0254] 若地震进一步增大，剪力墙或阻挡框架做成连续阻挡结构，连续阻挡结构的约束曲线，一种为圆弧或一种为柱的实际变形曲线整层约束锥曲线为：

[0255]

[0256] Δ2＝y(h1)＝f0＝Δ＝μp·Δue

[0257] 柱的上下端若因屈服深度过大，要做曲半径修正。

[0258] 内曲面为上曲面的回转面，对外曲面为施工方便，模板可用直纹的双曲抛物面。

[0259] 整柱，都在约束锥内，可以内壁线面为y(x)的空心柱。根据实际情况也可以做半层约束锥。

[0260] 实施例4为倒锥台与双曲线抛物面柱的组合。

[0261] 如图6所示，本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，所述的双曲线抛物面柱内的钢管混凝土隔震柱安装于约束锥内，高度为地基到地坪1，在地坪处钢管混凝土隔震柱边沿到约束锥边沿的直线距离为Δ0，地坪处钢管混凝土隔震柱中部到双曲线抛物面空心柱最近的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱顶部至双曲线抛物面空心柱顶最远的直线距离为Δ2。

[0262] 实施例4的退让距Δ0按照阶段1的整定、Δ1、Δ2按照阶段二和阶段三的整定计算[0263] Δ0按照阶段1的整定：

[0264] 阻挡结构未投入工作，阻挡结构的锚拉钢筋成为阻尼器，阻挡作用较小。

[0265] 临界抗力

[0266] 地震作用

[0267] 竖向有偏心e0时，助倾力矩∑Nj e0，助倾剪力

[0268] 平衡方程写成：

[0269]

[0270] 抗力与作用关系：

[0271]

[0272] 隔震柱2总抗力

[0273]

[0274] 偏心负抗力：

[0275]

[0276] 为了保证其稳定性，并控制变形集中，中小地震不修，仅取γm＝1.3～1.5。不宜过大，但有一定的阻尼比。

[0277]

[0278] 此时柱顶位移

[0279]

[0280] γm＝αμp-α+1＝1+αμp-α

[0281]

[0282] 具体隔离柱，μp与α，γm之间关系由试验调整。第一阶段0.5θ′po很小，可以忽略。

[0283] 隔震层的平衡条件：

[0284]

[0285] ∑γm(m0+m1)j+∑Nje0＝0

[0286] 设地震作用类正弦波

[0287] 当地震作用为0时，位移最大，临界角[θp0]，此角超越则必垮塌。

[0288] γγ＝1.8～2.0

[0289] 有竖向地震作用的临界角：

[0290] γγ＝1.2～1.3

[0291] γγ为竖向地震系数γγ＝1.2～1.3。

[0292] ∑Nj(e0j+[θp0]·h1)为忽略上部结构对隔震层之偏心距。

[0293] 设[θp]的初始值用0.02，迭代而求出[θp0]。

[0294] [θp0]是一临界特征值，有关量的最值为上限圆钢管γm＝1.8～1.9，方钢管γm＝1.4～1.5。偏心e0按实际，∑Nj按重力荷载代表值。

[0295] 第一阶段实际隔震结构的最大扭转角θp0，Δ0＝h1θpo。

[0296] 弹塑性变形与力的对应关系，由γm可找到μp，钢管混凝土柱(圆)，上下固定Δue为弹塑性临界位移。

[0297]

[0298] 式中μp应在5～10取值不宜过大，中小震情况，屈服不宜过大，震后可以继续使用。

[0299] 退让距计算

[0300] 隔震柱2的变形曲线如图10，以下基点为0

[0301]

[0302]

[0303] 如果在Δh1处设第一阻挡，在此处的退让距为：

[0304]

[0305]

[0306] 或 γm＝1～1.9

[0307] 退让距Δ01的计算。

[0308] Δ1、Δ2按照阶段二和阶段三的整定计算

[0309] 阻挡结构随位移的增大地震作用而逐渐投入，知道阻挡结构在中部屈服，并有一定的屈服位移μpΔE，所以隔震构件采用中部强化的混凝土隔震柱2，中部的抗弯承载力，抗屈服弯矩都有大幅度的提升。

[0310] 与此同时柱的顶部也采用强化措施，采用强化措施后，屈服程度系数μp可变小。

[0311] 在地坪1阻挡之后柱高h2，理论上也存在一个失稳倾角[θp1]。

[0312] 较大，一般θp1远达不到[θp1]。

[0313] 第二阶段的作用增量α2max，在此增量的作用下，主结构的中部的抗力平衡[0314] 从受力达到全屈服，其抗力可表示为：

[0315]

[0316] θp为角增量。

[0317] 此时柱顶位移：

[0318]

[0319]

[0320] 柱顶退让距≥Δ0+Δ1。

[0321] 阶段三

[0322] 由于地震作用增大，柱顶位移达到Δ0+Δ1+Δ2。

[0323] 柱顶阻挡结构开始受力，知道阻挡结构屈服，阻挡结构位移达到Δ2，Δ2是地震作用增量 作用所产生。

[0324] 第三阶段的位移Δ2，此阶段的抗力由阻挡结构和已经屈服的主结构承担。

[0325] 阻挡结构和主结构的协调位移为Δ2。此阶段末的刚度为：

[0326] 阻挡结构刚度：

[0327] 主结构的刚度：

[0328] EcIj，在大应力下阻挡结构裂缝的折减系数为γLc＝0.4～0.6，γLc是随着μpc的增大而减少，μpc是阻挡结构的弹塑性增大系数。

[0329] Esc的折减系数为γLd见表，塑性位移系数为μpd。

[0330]

[0331] [μpc]＝2，[μ′pd]＝2

[0332] 意思是柱和阻挡结构的弹塑性位移因协调所以都是Δ2。

[0333] 柱的弹性极限位移。

[0334] (极限力)，阻挡结构的弹性极限位移。

[0335] 阻挡结构抗弯承载力。

[0336]

[0337]

[0338]

[0339] α2max得到优化。

[0340]

[0341] 阻挡结构和主结构的强度

[0342]

[0343] γmc＝1.1～1.2， 钢筋屈服强度，(0.9～0.95)h0j断面力臂

[0344] γmc阻挡结构的强度增大系数，γmc＝1.1～1.2时对应的μpc＝2。

[0345] γmd钢管混凝土主结构的强度增大系数。

[0346] γmd＝α(μpd-1)+1＝1+αμpd-α，α＝0.25

[0347] 阻挡结构与主结构共同的弹塑性位移

[0348] 可以确定α2max。

[0349] 其中∑Nj·Δ2/h2相对前项 要小很多。

[0350]

[0351] α2max可以由此式 确定其中∑Ve2j＝∑Nj·Δ2/h2，Δ2是此阶段位移的增量，e0不再计入偏心Δ1，Δ2分别是二、三阶段的偏心增量。

[0352] 实施例5为：

[0353] 如图7-8所示，一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，地下室室内安装有钢管混凝土隔震柱，钢管混凝土隔震柱安装于防水基础上，钢管混凝土隔震柱上套设有环形滑移牛腿3，环形滑移牛腿3通过粗钢筋与无梁楼板4锚拉连接，无梁楼板4与钢管混凝土隔震柱之间的距离为Δ1，室外地坪1通过钢套与安装于地下室边沿处的钢管混凝土隔震柱2相连接，且设计确定钢管混凝土隔震柱2到地坪1的直线距离为Δ2。

[0354] 退让距Δ1、Δ2按照阶段二和阶段三整定计算：

[0355] 阻挡结构随位移的增大地震作用而逐渐投入，知道阻挡结构在中部屈服，并有一定的屈服位移μpΔE，所以隔震构件采用中部强化的混凝土隔震柱2，中部的抗弯承载力，抗屈服弯矩都有大幅度的提升。

[0356] 与此同时柱的顶部也采用强化措施，采用强化措施后，屈服程度系数μp可变小。

[0357] 在地坪1阻挡之后柱高h2，理论上也存在一个失稳倾角[θp1]。

[0358] 较大，一般θp1远达不到[θp1]。

[0359] 第二阶段的作用增量α2max，在此增量的作用下，主结构的中部的抗力平衡[0360] 从受力达到全屈服，其抗力可表示为：

[0361]

[0362] θp为角增量。

[0363] 此时柱顶位移：

[0364]

[0365]

[0366] 柱顶退让距≥Δ0+Δ1。

[0367] 阶段三

[0368] 由于地震作用增大，柱顶位移达到Δ0+Δ1+Δ2。

[0369] 柱顶阻挡结构开始受力，知道阻挡结构屈服，阻挡结构位移达到Δ2，Δ2是地震作用增量 作用所产生。

[0370] 第三阶段的位移Δ2，此阶段的抗力由阻挡结构和已经屈服的主结构承担。

[0371] 阻挡结构和主结构的协调位移为Δ2。此阶段末的刚度为：

[0372] 阻挡结构刚度：

[0373] 主结构的刚度：

[0374] EcIj，在大应力下阻挡结构裂缝的折减系数为γLc＝0.4～0.6，γLc是随着μpc的增大而减少，μpc是阻挡结构的弹塑性增大系数。

[0375] Esc的折减系数为γLd见表，塑性位移系数为μpd。

[0376]

[0377] [μpc]＝2，[μ′pd]＝2.

[0378] 意思是柱和阻挡结构的弹塑性位移因协调所以都是Δ2。

[0379] 柱的弹性极限位移。

[0380] (极限力)，阻挡结构的弹性极限位移。

[0381] 阻挡结构抗弯承载力。

[0382]

[0383]

[0384]

[0385] α2max得到优化。

[0386]

[0387] 阻挡结构和主结构的强度

[0388]

[0389] γmc＝1.1～1.2， 钢筋屈服强度，(0.9～0.95)h0j断面力臂

[0390] γmc阻挡结构的强度增大系数，γmc＝1.1～1.2时对应的μpc＝2。

[0391] γmd钢管混凝土主结构的强度增大系数。

[0392] γmd＝α(μpd-1)+1＝1+αμpd-α，α＝0.25

[0393] 阻挡结构与主结构共同的弹塑性位移

[0394] 可以确定α2max。

[0395] 其中∑Nj·Δ2/h2相对前项 要小很多。

[0396]

[0397] α2max可以由此式 确定其中∑Ve2j＝∑Nj·Δ2/h2，Δ2是此阶段位移的增量，e0不再计入偏心Δ1，Δ2分别是二、三阶段的偏心增量。

[0398] 实施例6为在实施例1-5基础上增加软钢带。

[0399] 具体结构为如图9所示：

[0400] 一种用于房屋隔震和减震的隔震柱安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2，以及用于安装钢管混凝土隔震柱2的阻尼约束孔，阻尼约束孔内填充柔性泡沫，钢管混凝土隔震柱2安装在阻尼约束孔内，阻尼约束孔安装在地坪1以下，安装钢管混凝土隔震柱2后，钢管混凝土隔震柱2边沿到地坪1边沿的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱2顶部到边墙的距离为Δ2，边墙与横梁之间通过锚拉钢筋相连。

[0401] 有所述的钢管混凝土隔震柱2还通过软钢带与边墙/地坪1相连接

[0402] 或者

[0403] 本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2、设在钢管混凝土隔震柱2外层的包被柱，包被柱顶部采用锚拉钢筋与横梁相连，包被柱为空心倒锥台或者双曲线抛物面空心柱，空心倒锥台包被柱为两部分，前一部分空心倒锥台同钢管混凝土隔震柱2一起安装于基础上，长度为基础到地坪1，在地坪处钢管混凝土隔震柱2边沿到空心倒锥台内部边沿的直线距离为Δ0，地坪处，地坪1以下部分的空心倒锥台构成约束锥，另一部分倒锥台安装在前一部分的空心倒锥台上。

[0404] 有所述的钢管混凝土隔震柱2还通过软钢带与边墙/地坪1相连接。

[0405] 或者

[0406] 本发明的另一种优选方案是：一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，包括安装在建筑物底层的钢管混凝土隔震柱2，钢管混凝土隔震柱2安装在地基上，钢管混凝土隔震柱2的柱体一侧或者两侧架设阻挡框架/剪力墙，阻挡框架/剪力墙的顶部通过锚拉钢筋与框架梁相连接。

[0407] 或者

[0408] 本发明的另一种优选方案是一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，所述的双曲线抛物面柱内的钢管混凝土隔震柱2安装于约束锥内，高度为地基到地坪1，在地坪处钢管混凝土隔震柱2边沿到约束锥边沿的直线距离为Δ0，地坪处钢管混凝土隔震柱2中部到双曲线抛物面空心柱最近的直线距离为Δ1，钢管混凝土隔震柱2顶部至双曲线抛物面空心柱顶最远的直线距离为Δ2。

[0409] 有所述的钢管混凝土隔震柱2还通过软钢带与边墙/地坪1相连接。

[0410] 或者

[0411] 一种用于房屋隔震和减震的隔震柱2安装结构，地下室室内安装有钢管混凝土隔震柱2，钢管混凝土隔震柱2安装于防水基础上，钢管混凝土隔震柱2上套设有环形滑移牛腿，环形滑移牛腿通过粗钢筋与无梁楼板锚拉连接，无梁楼板与钢管混凝土隔震柱2之间的距离为Δ1，室外地坪1通过钢套与安装于地下室边沿处的钢管混凝土隔震柱2相连接，且设计确定钢管混凝土隔震柱2到地坪1的直线距离为Δ2。

[0412] 有所述的钢管混凝土隔震柱2还通过软钢带与边墙/地坪1相连接。

[0413] 从以上实施例可以看出，这一整体框架结构图每一构件都是因常规结构所需，或使用功能所需，而无一件是因隔震、减震、退让阻挡所需，所以不用再重金购买隔震器和减震器。

[0414] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。