抗震束制消能斜撐的製作方法
2023-07-16 01:13:31 2
專利名稱：抗震束制消能斜撐的製作方法
技術領域：
本發明涉及建材構件，尤指一種可提高斜撐塑性變形能力，減低振動及降低地震力效果的抗震束制消能斜撐。
背景技術：
傳統斜撐構件受軸壓力時會產生整體變形以及局部變形，其滯回曲線呈現出強度漸減及束縮的行為，並在材料未完全發揮其消能容量之前，往往因過度的應力及應力集中而斷裂。多年來地震工程研究人員已著手進行傳統斜撐性能的改善研究工作，並有單位陸續發表可防止變形的束制斜撐，來替代並改良傳統斜撐的作用。
參見圖1所示，束制斜撐由主受力單元11與束制單元12組成，斜撐構材的軸力(拉力與壓力)由主受力單元11承擔，束制單元12則提供主受力單元11的側向支撐，以防止主受力單元11受壓變形。若能讓主受力單元11在軸壓力下不產生變形，則主受力單元11的軸向強度及延展性可有效發揮，並充分發揮鋼材的消能容量。
因此如何控制主受力單元11的承受軸力與如何提高束制效果，便成為研究與改良束制斜撐的重點。
一般束制消能斜撐常見的形式為以矩形鋼管混凝土為束制單元12，主受力單元11斷面為一字形與十字形，由於主受力單元11端部的斷面形狀與接合螺栓孔配置的影響，使它們大多必須使用螺栓及對接鋼鈑13與結構構架上的連接鈑對接。因此，構架中與斜撐相接的接合鈑也必須同為十字形，除了要在接合隅鈑14兩側加焊加勁鈑與加鑽螺栓孔之外，還必須搭配對接鋼鈑13才可完成對接的工作。
然而，這種對接的接合方式不僅增加大量的接頭焊接作業，也使接合部分變得相當複雜擁擠；除此之外，在接合傳遞等量軸力的前提之下，採用對接接合所需的螺栓數量將為採用搭接接合的兩倍。如此一來，在安裝此種斜撐時，可能會非常費工耗時，作業效率降低，品質不易控制。
參見圖2～4所示，另外有人研究提出插接式的束制消能斜撐，雖然這種插接式消能斜撐減少了螺栓的使用量與對接鋼鈑的使用，但是這種插接式消能斜撐的斷面配置是由兩片全長等斷面的帶狀鋼鈑21以固定的平行間距插通於一鋼管與混凝土構成的束制單元22中，在澆置混凝土時束制單元22內兩片帶狀鋼鈑21間的間距不易定位、也不易控制其精密度，而且此種插接式接合面23與接合隅鈑24的安裝具有方向性，若兩片帶狀鋼鈑21間的間距定位不良，且斜撐的長度若在單斜向設置時常常大於梁跨或柱高，必定使安裝的效率降低，甚至無法插接安裝。
發明內容
本發明的目的在於提供一種針對前述束制斜撐的缺點部份，加以改善，並發展為更具組裝效率高、經濟且施工容易的抗震束制消能斜撐。
本發明的目的還在於提供一種可採用多種安裝形式，更能符合抗震工程與實務需求的抗震束制消能斜撐。
本發明的技術方案是一種抗震束制消能斜撐，主要由主受力單元與束制單元組成，主受力單元為由任意形狀開放或封閉式具有單對稱或雙對稱斷面的鋼構件組合體，其端部斷面較中間段斷面大，並套入束制單元內；該束制單元，為由單一或數個鋼管的構件，搭配內灌混凝土、水泥砂漿或加勁構件組裝而成的外框體，用以束制主受力單元。
較佳地，該斜撐包括①各自獨立構成的一對圍束構件；②各自獨立構成的一對主受力構件，其具有單對稱斷面的長條狀構件，其端部斷面較中間段斷面大，各自插通於上述的一對圍束構件內，又其與結構主體呈搭接的方式接合；③系接鈑，與上述的一對圍束構件相連接。
較佳地，所述一對圍束構件為鋼管混凝土或鋼管水泥砂漿灌制而成。
較佳地，所述一對圍束構件為純鋼造，包括有鋼管、連結鋼管的鋼鈑與螺栓。
較佳地，該斜撐包括①一圍束構件或多鋼管圍束構件；②單對稱或雙對稱的主受力構件，其端部斷面較中間段斷面大，二端以端鈑固定；③端鈑連接鈑，作為斜撐與結構主體間連結。
較佳地，所述主受力單元與束制單元的形狀、斷面、數量相匹配組合。
較佳地，所述主受力單元構件可為不同斷面的分段組合，且中間段的材料強度較端部為低或相等的組合。
較佳地，所述束制單元中的各組合構件可為金屬材料、非金屬材料或金屬與非金屬材料的組合。
較佳地，該斜撐構件與結構主體間的連接，包括單一或複合構造材料的結構梁、柱、樓板及可採用V形、倒V形或對角形安裝的構架組合體。
綜上所述，不論採用搭接式或改良插接的束制消能斜撐不僅保有現有消能斜撐的優良力學性質，同時兼具安裝容易、成本低、接合構造簡單與製作品質容易控制等優點。
圖1為現有典型十字形對接束制消能斜撐構架立面圖。
圖2、3為傳統插接式束制消能斜撐的主、俯視圖。
圖4為傳統插接式束制消能斜撐構架立面圖及局部視圖。
圖5為本發明搭接組合式束制消能斜撐構架立面圖。
圖6為本發明第一實施例的主視圖。
圖7為本發明第一實施例的仰視圖。
圖8為圖6沿A-A的剖視圖。
圖9為圖6沿B-B的剖視圖。
圖10為本發明第二實施例的主視圖。
圖11為本發明第二實施例的仰視圖。
圖12為圖10沿A-A的剖視圖。
圖13為圖10沿B-B的剖視圖。
圖14為本發明第三實施例的主視圖。
圖15為本發明第三實施例的仰視圖。
圖16為圖14沿A-A的剖視圖。
圖17為圖14沿B-B的剖視圖。
圖18為本發明改良型插接束制消能斜撐構架立面圖。
圖19為本發明第四實施例的主視圖。
圖20為本發明第四實施例的仰視圖。
圖21為圖19沿A-A的剖視圖。
圖22為圖19沿B-B的剖視圖。
圖23為本發明第五實施例的主視圖。
圖24為本發明第五實施例的仰視圖。
圖25為圖23沿A-A的剖視圖。
圖26為圖23沿B-B的剖視圖。
圖27為本發明第六實施例的主視圖。
圖28為本發明第六實施例的仰視圖。
圖29為圖27沿A-A的剖視圖。
圖30為圖27沿B-B的剖視圖。
圖31為本發明第七實施例的主視圖。
圖32為本發明第七實施例的仰視圖。
圖33為圖31沿A-A的剖視圖。
圖34為圖31沿B-B的剖視圖。
圖35為本發明第八實施例的主視圖。
圖36為本發明第八實施例的仰視圖。
圖37為圖35沿A-A的剖視圖。
圖38為圖35沿B-B的剖視圖。
具體實施例方式
本發明通過兩種組合方式予以說明，其中圖5～17為搭接組合式的束制消能斜撐；而圖18～38為改良型插接束制消能斜撐，現結合圖示及實施例具體說明如下參見圖5～9所示，本發明的一種搭接組合式的束制消能斜撐3的第一實施例，包括有主受力單元31及束制單元32，主受力單元31及束制單元32分別為各自獨立形成的一對一字形主受力構件311及一對雙鋼管圍束構件3211，主受力構件311的端部斷面較中間段斷面大，並插通於束制單元32的圍束構件3211，由主受力構件311兩端的搭接接合面螺栓孔33分別與接合隅鈑34搭接接合，並在圍束構件3211與主受力構件311的端部形成有壓縮空間5；束制單元32的雙鋼管圍束構件3211內灌注有填充混凝土或水泥砂漿3212，當然，束制單元32的側撐構件也可為純鋼造的純鋼3213(如圖14～17所示)或常用的鋼管混凝土或鋼管水泥砂漿構制的圍束構件等，用以防止整體軸力構件在受壓力時發生屈曲變形，束制單元32中的圍束構件也可採用單一鋼管搭配其內填充混凝土或水泥砂漿3212的形態來達成需求(如圖19～22所示)。較佳地，如圖9所示，該一字形主受力構件311還可加設加勁鈑3111。
如圖10～13所示，為本發明的第二實施例，在該實施例中，束制單元32的構件仍採用雙鋼管圍束構件3211，雙鋼管圍束構件3211可由分段的系接鈑322相互連接，而主受力單元31的構件為T字形主受力構件312，且該T字形主受力構件312也可設有擴大鈑3121。
如圖14～17所示，為本發明的第三實施例，在該實施例中，主受力單元31的構件也為T字形主受力構件312，在一對T字形主受力構件312之間還設有墊鈑35，且圍束構件為純鋼圍束構件3213，而系接鈑322延軸向的全長延伸。
當然，本發明的主受力單元31還可為C形等至少具有單對稱斷面性質的構件，不再詳舉。
在製作搭接組合式的束制消能斜撐3時，兩組由主受力構件與圍束構件構成的組件分開製作，在工地與結構主體的接合隅鈑34接合時採用搭接方式，即兩組斜撐組件分別先在接合隅鈑34的兩側吊裝並以螺栓搭接組合，之後再焊上系接鈑322連結兩圍束構件3211完成組裝。因此，不會有不易定位、安裝困難的問題存在。
如圖18～22所示，為本發明改良型插接束制消能斜撐4，包括有主受力單元41及束制單元42，主受力單元41及束制單元42分別為雙一字形主受力構件411及單鋼管圍束構件4211，較佳地，該雙一字形主受力構件411還可加設加勁鈑4111，主受力構件411的端部斷面較中間段斷面大，並插通於束制單元42的圍束構件4211，由主受力構件411兩端的插接接合鈑螺栓孔44分別與接合隅鈑46插接接合，而在圍束構件4211與主受力構件411的端部形成有壓縮空間5；為配合主受力單元41及束制單元42的斷面及構成形式的變化常將端部採用端鈑43加以固定，同時為利於其與結構體作連接及施工考慮，本發明將以前傳統的插接接合方式予以改善，即以一獨立且具有端鈑43的插接連接鈑螺栓孔44先行與結構構架的接合隅鈑46鎖緊，再利用其本身的端鈑43與斜撐的其一端鈑緊靠並以螺栓固定，即完成該側的安裝，另一側安裝方式相同。採用此形式的束制消能斜撐由於中間核心段斷面變小，使斜撐消能集中於中間段，更能符合消能斜撐的功能需求；另外，也可改用端鈑43收邊固定，如此斜撐束制單元42與主受力單元41斷面形狀即可依設計強度或材料使用的需要作彈性選擇，無須受限於傳統型端部接合的限制，得以大大提高斷面使用的適用範圍與配置方式。
其中，束制單元42中的圍束構件4211採用單一鋼管且其內搭配灌注有填充混凝土或水泥砂漿4212來達成需求，用以防止整體軸力構件在受壓力時發生屈曲變形；當然，如圖31～34所示，為本發明的第七實施例，在該實施中，該束制單元42的圍束構件可以採用純鋼4213的形態來達成需求，而圍束構件4213由系接鈑422加以連接，主受力單元41的構件為雙十字形主受力構件412。
如圖23～26所示，為本發明的第五實施例，該實施例與前述實施例基本相同，不再重述。只是主受力單元31的構件為十字形主受力構件412，且該十字形主受力構件412也可設有擴大鈑4121。
如圖27～30所示，為本發明的第六實施例，該實施例與第五實施例的區別是主受力單元41的主受力構件為雙T字形主受力構件413，進一步，該雙T字形主受力構件413也可設有擴大鈑4131。
如圖35～38所示，為本發明的第八實施例，在該實施例中，在雙T字形主受力構件412之間還設有墊鈑45，圍束構件4213為純鋼型。
本發明如前所述的各實施例中，主受力構件31、41還可以在構件上設有脫層單元6；另外，斜撐構件與結構主體間的連接，也包括單一或複合構造材料的結構梁、柱、樓板及可採用V形、倒V形或對角形安裝的構架組合體，不再詳述。
權利要求
1.一種抗震束制消能斜撐，主要由主受力單元與束制單元組成，其特徵在於，主受力單元為由任意形狀開放或封閉式具有單對稱或雙對稱斷面的鋼構件組合體，其端部斷面較中間段斷面大，並套入束制單元內；該束制單元，為由單一或數個鋼管的構件，搭配內灌混凝土、水泥砂漿或加勁構件組裝而成的外框體，用以束制主受力單元。
2.根據權利要求1所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，該斜撐包括①各自獨立構成的一對圍束構件；②各自獨立構成的一對主受力構件，其具有單對稱斷面的長條狀構件，其端部斷面較中間段斷面大，各自插通於上述的一對圍束構件內，又其與結構主體呈搭接的方式接合；③系接鈑，與上述的一對圍束構件相連接。
3.根據權利要求2所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述一對圍束構件為鋼管混凝土或鋼管水泥砂漿灌制而成。
4.根據權利要求2所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述一對圍束構件為純鋼造，包括有鋼管、連結鋼管的鋼鈑與螺栓。
5.根據權利要求1所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，該斜撐包括①單一圍束構件或多鋼管圍束構件；②單對稱或雙對稱的主受力構件，其端部斷面較中間段斷面大，二端以端鈑固定；③端鈑連接鈑，作為斜撐與結構主體間連結。
6.根據權利要求5所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述圍束構件為鋼管混凝土或鋼管水泥砂漿灌制而成。
7.根據權利要求5所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述圍束構件為純鋼造，包括有鋼管、連結鋼管的鋼鈑與螺栓。
8.根據權利要求5所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述主受力單元與束制單元的形狀、斷面、數量相匹配組合。
9.根據權利要求1所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述主受力單元構件可為不同斷面的分段組合，且中間段的材料強度較端部為低或相等的組合。
10.根據權利要求1所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，所述束制單元中的各組合構件可為金屬材料、非金屬材料或金屬與非金屬材料的組合。
11.根據權利要求2或5所述的抗震束制消能斜撐，其特徵在於，該斜撐構件與結構主體間的連接，包括單一或複合構造材料的結構梁、柱、樓板及可採用V形、倒V形或對角形安裝的構架組合體。
全文摘要
本發明公開了一種抗震束制消能斜撐，主要由主受力單元與束制單元組成，其中主受力單元為由任意形狀開放或封閉式具有單對稱或雙對稱斷面的鋼構件組合體，其端部斷面較中間段斷面大，並套入束制單元內；該束制單元，為由單一或數個鋼管的構件，搭配內灌混凝土、水泥砂漿或加勁構件組裝而成的外框體，用以束制主受力單元；同時配合斜撐端部的搭接或插接方式與結構體連接，使斜撐無論在受壓或受拉時都能穩定地、並可大大提高斜撐抗塑性變形能力，達到減低振動與降低地震力的效果。
文檔編號E04B1/98GK1900441SQ20051008520
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者任諒恭, 王亞勇, 任德威 申請人:任德威, 任招佑, 任諒恭, 劉熙, 李曉鵬