專利名稱：建筑物基礎上的聚四氟乙烯減震盒的制作方法
技術領域：
本發明屬于土木建筑技術，聚四氟乙烯減震盒可放置于建筑物的基礎上或其他部位，是一種簡單有效的減震措施。
地震對建筑物的破壞性很大，尤其對磚混結構，在8°、9°及以上烈度區破壞是很普遍和嚴重的，對人民的生命財產造成很大的危害。地震對建筑物的破壞機理是很復雜的，因素很多，地震本身的隨遇性很大，很難予估現行抗震規范采用反應譜方法計算地震力，也是一種近似的方法，抗震規范的設計原則是裂而不倒，減輕建筑物的破壞，避免人員傷亡，減少經濟損失。為此建筑物要增加造價，對于8°區為1-3%，9°區為5-8%，即使如此，仍難以達到令人滿意的效果。實際地震對建筑物的破壞仍很大，如唐山原定為6°烈度區，1976年7月28日發生了7.8級大地震，市區烈度為Ⅺ度和Ⅹ度，在Ⅺ度區，各種房屋基本倒平，個別嚴重破壞，Ⅹ度區，多層磚混結構、工業廠房、鋼筋砼框架，大多數倒塌或嚴重破壞，人員傷亡達40萬，世界范圍的地震更是頻繁發生，造成大量人員傷亡和財產損失。目前各國亦缺乏經濟有效的抵御手段，有效的抵御地震災害，是擺在世界人民面前的一大課題。
本發明的目的是提出一種聚四氟乙烯減震盒，聚四氟乙烯簡稱F4，具有耐化學穩定性。耐熱性、使用溫度為-200℃-260℃，幾乎不吸水，耐老化，F4板的壓縮強度，25℃，5%變形時為129kg/cm2，為取得F4的最佳剛度，要求其結晶度為75-80%。潤滑性能良好，摩擦系數很低，與鋼的滑動摩擦系數為0.04-0.12。聚四氟乙烯減震盒的上蓋和底分別貼有聚四氟乙烯板和不銹鋼拋光板，其間填以295硅脂，其滑動摩擦系數在0.02以下，將聚四氟乙烯減震盒放置于基礎的上下盤之間，構成一種上下盤之間可以滑動的復合基礎，其滑動摩擦系數降到0.02以下，傳到基礎上盤的力，僅為其摩擦力，從而達到減震的目的。
發明是這樣實現的，當地震引起地面水平運動時，基礎的下盤1隨其運動，由于其上聚四氟乙烯減震盒的滑動摩擦系數為0.02，故傳到基礎上盤4即上部結構的水平地震力僅為其摩擦力，即其上荷重的2%，而達到減震的目的。
對于放置Ⅱ型聚四氟乙烯減震盒的建筑物除可對水平地震荷載減震外，對豎向地震力也可減震。


圖1、聚四氟乙烯減震盒放置在條形基礎上。
圖2、聚四氟乙烯減震盒放置在鋼筋砼框架柱的獨立基礎上。
圖3、聚四氟乙烯減震盒Ⅰ型圖4、聚四氟乙烯減震盒Ⅱ型圖5、地球斷面示意6、地震波傳播與運動形式示意7、典型地震加速度示意圖結合圖1、圖2說明建筑物基礎上聚四氟乙烯減震盒的工作原理，當地震引起地面的水平運動時，基礎的下盤1隨其運動，由于其上的聚四氟乙烯減震盒的底2與蓋3之間的滑動摩擦系數為0.02，故傳到基礎上盤4的水平力僅為其上荷重的0.02倍，即摩擦力F＝0.02W，W為上部結構自重及荷重。相當于5°、6°地震烈度的水平地震力。從而達到減震的目的。由于摩擦系數與運動速度關系不大，就是說，不論發生多大震級的地震，和多大烈度區，上部結構所受的水平地震力變化不大，都是0.02W，除非摩擦力方向變化的周期，即地面運動加速度的周期，與上部結構的自振周期接近，發生共振，水平力才會增大，但由于建筑物本身阻尼的存在，使其放大率數值變為有限量，如放大8倍，才相當于8°地震區的水平地震力，仍然比未敷減震盒的建筑物發生共振時水平地震力小得多，可免于房屋倒塌。從這里也提醒我們，即使建筑物基礎上放置了聚四氟乙烯減震盒，建筑物的自振周期仍應避開地基土的卓越周期。
結合圖3、圖4說明聚四氟乙烯減震盒的制作，為實現聚四氟乙烯減震盒的減震效果，必須保證聚四氟乙烯板與不銹鋼板間的足夠小的滑動摩擦系數，這就要求不銹鋼板和F4板表面平整光滑，潤滑脂充填其間。
聚四氟乙烯減震盒Ⅰ型的制作見圖3，另有幾點說明1、盒的頂板4底板1可用耐老化、耐水、耐寒、耐腐蝕、難燃的塑料制作，如氯化聚氯乙烯CPVC，r＝1.5，σ＝610kg/cm2，-20℃沖擊強度為25-60kg/cm2，板材價格約20元/kg，頂底板厚度可用3mm厚氯化聚氯乙烯板。
2、1.5mm厚的聚四氟乙烯板3，即F4板，尺寸為a-200，b-200，F4板的一面經脫脂等凈化處理后，將該面浸入萘-鈉絡合液中3-5秒鐘后取出(另一面絕對不能沾上)，立即將該面浸入丙酮中除去過剩的有機物(另一面不能沾)，再經水沖洗后于紅外線下干燥，在其上鉆孔Φ5，間距35。萘鈉絡合物分子中的鈉能破壞F4表面的C-F鍵，使F分離出來，發生碳化，這種碳化后的F4表面涂DG-3膠粘劑，復合壓緊于砂皮打磨后的氯化聚氯乙烯頂板上，常溫固化。
3、1.5mm厚的1Cr18Ni9Ti不銹鋼板2，尺寸為a，b，一面拋光，另外一面砂皮打磨，涂DG-3膠粘劑，復合壓緊于砂皮打磨后的氯化聚氯乙烯底板上，常溫固化。
4、在F4板的園孔中及F4與不銹鋼板間涂一層較厚的295硅脂6，以潤滑。
5、用50μm厚的聚氟乙烯薄膜即F1薄膜5，寬140，上下各20寬，涂DG-3膠粘劑粘于氯化聚氯乙烯頂板4和底板1上，用以密封聚四氟乙烯減震盒四周。F1薄膜和氯化聚氯乙烯板粘接處應先用砂紙打出毛面，粘結后壓緊，常溫固化。
聚氟乙烯具有防腐蝕性，良好的低溫性能，使用溫度-100-150℃，以耐候性耐老化著稱，拉伸強度為450kg/cm2，伸長率115-250%，吸水率0.5%。
聚四氟乙烯減震盒Ⅱ型的制作見圖4。說明同Ⅰ型，即聚四氟乙烯減震盒Ⅱ型中的氯化聚氯乙烯底板1，頂板4，不銹鋼板2，F4板3，聚氟乙烯密封條5，295硅脂6，均同于減震盒Ⅰ型，僅在不銹鋼板2下加一＞15mm厚的氯丁橡膠板7，尺寸同不銹鋼板2，用以豎向地震力的減震，也就是用DG-3膠粘劑將氯丁橡膠板7上粘于表面砂皮打磨的不銹鋼板下面，下粘于氯化聚氯乙烯底板上。
結合圖5、6、7，從地球的構造、地震的形成，地震波的類型、性狀及有關引證進一步說明聚四氟乙烯盒的減震效果。
地球是一個平均直徑為6400公里的橢園球體，至今已有45億年的歷史。地球由性質不同的三個層構成，最外層是很薄的地殼，中間是很厚的地幔，最里面的叫地核，如圖5所示，世界上絕大部分地震發生在地殼內。
由地殼運動產生的自然力推擠地殼巖層，使其薄弱部位突然發生斷裂錯動，引起振動，即地震。
地震引起的振動以波的形式從震源向各個方向傳播，這就是地震波，地震波是一種彈性波，它包含可以通過地球本體的二種體波，和只限于地面附近傳播的兩種面波，如圖6所示。
體波包含有縱波和橫波，縱波也稱P波，是由震源向外傳遞的壓縮波，質點的振動方向和波的前進方向一致，一般表現為周期短、振幅小;橫波也稱S波，是由震源向外傳遞的剪切波，質點的振動方向和波的前進方向相垂直，一般表現為周期較長，振幅較大，且水平方向的振動比豎直方向的振動大，S波只能在固體里傳播，而P波在固體、流體里都能傳播。
面波也稱L波，一般可以說是體波經地層界面多次反射形成的次生波，它包括瑞雷波和樂甫波，L波對應的加速度一般都是較小的。
從地面加速度記錄圖，圖7可以看出，P波最先到達，S波到達較遲，面波在體波之后到達，一般從P波到S波之間的振動叫初始微動，S波以后的振動叫主振動。
地震時一般水平方向的振動大于豎向振動，而房屋抵抗水平地震力的能力小于抵抗豎向地震力的能力，因此對建筑物實施水平方向的減震措施是很必要的，能同時豎向減震更好。
聚四氟乙烯的低摩擦系數在許多科技著作中都有論述，在《化工產品手冊，合成樹脂及塑料》中P155，聚四氟乙烯潤滑性能良好，具有很低的動靜態摩擦系數，對金屬的摩擦系數為0.07，自身摩擦系數低至0.01，一機部材料研究所編的《工程塑料應用》P64頁中，F4對鋼的動靜摩擦系數均為0.04，石富安編的《工程塑料》中，F4具有非常小的摩擦系數μ，μ隨V的增大而增大，到線速度0.5-1m/s以上時趨于穩定，且μ靜＜μ動，μ隨荷載的增加而減小，到負荷8×105Pa以上時趨于恒定，在高速高負荷下F4的μ可低于0.01，且μ不隨溫度變化，只有在表面溫度高于熔點時，摩擦系數才急劇增大。《英》J.A.布賴德森著《塑性材料》P384中F4對金屬的摩擦系數0.09-0.12，自身摩擦系數0.02-0.10，上海塑料研究所黃德余主編的《塑料性能評定》P96，純聚四氟乙烯的摩擦系數最小，0.131-0.136，填充聚四氟乙烯是一種理想的軸承和支承滑塊材料，摩擦系數提高不多，壓縮蠕變降低很多，如20%碳纖維填料聚四氟乙烯，壓縮強度在25℃，5%變形時為187kg/cm2，μ＝0.17。而且聚四氟乙烯的摩擦系數μ與摩擦條件有關，在滴油摩擦時μ約為0.02。
繆京媛、葉牧編《氟塑料-加工與應用》中，F4支承滑塊的低摩擦系數和高承載能力，廣泛用作橋梁等的支承滑塊，其聚四氟乙烯板與不銹鋼的實測μ＜0.05，又據鐵道科學研究院橋梁室的同志講，加上潤滑脂后，μ＝0.001-0.005。
與本聚四氟乙烯減震盒情況最相近的就是F4支承滑塊，我估計它的滑動摩擦系數μ是在很小的速度下測得的，而地震時地面運動速度比較大，一般1m/s以下，但時間只有1-2分鐘，參照他們的實驗結果，我取聚四氟乙烯減震盒的F4板與不銹鋼拋光板的滑動摩擦系數為0.01，考慮一個長期使用50年以上的安全系數2，取為0.02。
也可以用填料聚四氟乙烯或F46等代替聚四氟乙烯，如用20%碳纖維填料聚四氟乙烯代替F4做減震盒，其承壓力提高1.5倍，蠕變降低很多，μ略有增大。
聚四氟乙烯減震盒可用于7°，8°，9°及以上烈度區的建筑物和構筑物上，可放置于多層樓房的條形基礎上，如圖1所示，其中5為50厚的縫，縫外側填瀝青麻絲，外抹20厚水泥砂漿。6為160寬F1薄膜用DG-3膠粘劑粘于基礎上盤4，下盤1各20寬，用以密封基礎上下盤之間的空隙。也可以放置在多層鋼筋砼框架柱的獨立基礎上，如圖2所示，5、6所示構造同上;也可以放置在高層建筑的條形、片伐或箱形基礎的上部，類似圖1、2所示。
放置聚四氟乙烯減震盒的結構應充分考慮其自身穩定性，采用長寬比，高寬比較小的體形為好。考慮風荷載時減震盒的摩擦系數按0.01計算摩擦力，以抵御風荷，不足部分用圖1、2所示之5的抹灰砂漿抵抗，示該地區風荷載的大小，決定抹灰砂漿的標號和厚度，它能抗風，但不能抗地震。
聚四氟乙烯減震盒減震效果可達50-60%，增加造價不多，對8°區為2%以下，或不增加造價，9°區不增加造價，或減少造價。
權利要求
1.聚四氟乙烯具有很低的摩擦系數，這是科技書中有的，但是利用它的這一特性以減震是我的發明，一種建筑物基礎上的聚四氟乙烯減震盒就是其實施例。
2.按權利要求1所述，一種建筑物基礎上的聚四氟乙烯減震盒，許多個減震盒置于基礎的上下盤之間，構成一種上下盤之間可以滑動的復合基礎。減震盒是一個封閉體，其特征是頂板和底板上分別貼有聚四氟乙烯板和不銹鋼板，潤滑劑充滿其間，它們之間可以滑動，側壁用柔韌塑料膜密封，可隨頂板和底板滑動。聚四氟乙烯減震盒有Ⅰ型和Ⅱ型。其特征是Ⅰ型是對水平地震力減震，Ⅱ型是對水平和豎直地震力都可以減震。
3.按權利要求1所述，低摩擦系數材料有聚四氟乙烯、20%碳纖維填料聚四氟乙烯，F46等。
4.按權利要求1所述，聚四氟乙烯減震盒可放置于建筑物的條形基礎上，片伐和箱形基礎上，鋼筋砼框架柱的獨立基礎上，某些構筑物的基礎上等等，聚四氟乙烯減震盒也可用于建筑物和構筑物的其它部位。
全文摘要
建筑物基礎上的聚四氟乙烯減震盒，它屬于土木建筑技術。聚四氟乙烯減震盒頂蓋與底板間的滑動摩擦系數為0.02，把它放在基礎的上下盤之間，構成一種上下盤之間可以滑動的復合基礎。基礎下盤隨地震引起的地面水平運動時，由于減震盒的存在，傳到基礎上盤4的水平力僅為其摩擦力，F＝0.02W，W為上部結構自重及荷重，相當于5°～6°烈度區的水平地震力。達到減震的效果。聚四氟乙烯減震盒可放置在條形基礎上，片伐，箱形基礎上，也可用于鋼筋砼框架柱的獨立基礎上，某些構筑物的基礎上，也可放置在建筑物和構筑物的其它部位。
文檔編號E02D27/34GK1067700SQ9110379
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月13日 優先權日1991年6月13日
發明者單蘊平 申請人:單蘊平