CN201292581Y - 剪力消能连杆减震装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种剪力消能连杆减震装置,有关一种由一个或复数个横向消能组件搭配立柱或斜撑所组成的消能装置,并连接于相邻立柱之间。此装置可增加整体结构消能效果及提高抗震性能,并可有效降低建筑物受地震或风力时水平方向的变位,其特色为构造单纯、容易施工及维修,容易配合建筑隔间灵活配置,且可灵活控制剪力消能连杆减震装置的强度与劲度来提升建筑物的抗震及抗风能力。

Description

剪力消能连杆减震装置
技术领域
本实用新型涉及一种剪力消能连杆减震装置,尤其是指一种由一个或复数个横向消能组件搭配立柱或斜撑所组成的消能装置,可增加整体结构消能效果及提高抗震性能,并可有效降低建筑物受地震或风力时水平方向的变位。
背景技术
建筑物在地震力作用下,会发生变形拥有位能,而产生摇晃的过程中得到动能,建筑物在受地震力后,终究会停止下来,是因为在位能转成动能或动能转成位能的过程中,建筑物内有一些消能机制,不断的将能量消散掉;传统的结构耐震设计概念,运用地震力作用下,楼层间发生水平向相对位移(参阅图1),让梁柱系统发生变形以抵抗地震力,并利用具有韧性的梁、柱构造来当作消能机制,然而,这样的概念往往容易使建筑物在地震过后,造成主结构体的受损而需要修补,因此,过去十多年来不断的有国内外人士进行研究,利用减震消能装置来保护或增加主结构体的抗震性能,如中华民国专利公报公告第234444号「承压式减震消能装置」及公告第227281号「受剪式减震消能装置」及公报第414225号「钢板剪力消能结构」及挫屈束制型斜撑,然而,上述这些装置在实用上却常遭遇下列困难:
1、这些消能装置往往无法独立安装,经常需藉由其它结构杆件(如斜撑、墙….等)来连接主体结构,因此较难配合建筑隔间灵活安装,而必须安装于特定位置上(如主要梁、柱构架内),不利于建筑空间配置。
2、这些消能装置本身往往具有较高的劲度,因此容易使其外围的梁、柱引发应力集中的因素,故经常需要针这对些梁、柱及其周遭力量传递路径做额外的补强,因此设计时,需将这相关装置及成本一并考虑。
3、为了避免结构发生较大的偏心扭转,且因这些消能装置本身的劲度相对的较高,一般只能以对称的方式配置于特定位置,若有一处失灵则将会引发严重的偏心扭转现象,故无论在设计上或实际施工上,均须多做更多额外的考虑。
就消能原理而言,上述这些装置均属集中消能的方式,也就是说,利用较少量的消能装置来提升结构的抗震能力,且亦都属于利用建筑物在地震时上下楼层的水平变位的差异,直接造成阻尼器水平变位所引发的消能原理(参阅图2(a)、(b))。
鉴于此,累积从事此行业多年经验,观察建筑物在地震后的实际行为,乃精心研究并再三测试改良,如今终于创作出一种剪力消能连杆减震装置,可以多量且灵活安装在建筑物内而具产业上利用价值。
发明内容
本实用新型的主要目的在提供一种剪力消能连杆减震装置,可大量的使用于建筑物新建工程上,可减少设计地震力,降低主体结构营建成本。
本实用新型的另一个目的在提供一种剪力消能连杆减震装置,可做为提升既有建物抗震性能的补强方式。
本实用新型的又一目的在提供一种剪力消能连杆减震装置,可在受建筑物大梁劲度及强度影响甚小的情况下,随结构设计者需要,自由其调整其出力大小,避免结构在强大外力作用下造成减震器外围的梁、柱或力量传递路径发生应力太过集中的现象。
本实用新型又一目的在提供一种剪力消能连杆减震装置,可额外增加建筑物的抗震能力,减少整体结构的变形,并当作保护建筑物的第一道防线。
本实用新型的技术方案:一种剪力消能连杆减震装置,包括单数或复数个立柱及单数或复数个横向消能组件,并连接于相邻立柱之间。
所述立柱为具有高劲度可承受弯矩及轴向力的构造组件。
所述立柱以螺栓或焊接及连接钢件与主结构体相连接,形成固接或铰接接头。
所述立柱以钢筋与主结构体相连接,形成固接或铰接接头。
所述横向消能组件具有韧性、延展性或其它具有吸收迟滞能的材料。
所述横向消能组件以焊接方式与相邻立柱或建筑物结构柱连接。
所述横向消能组件以连接钢材加螺栓固定方式与相邻立柱或建筑物结构柱连接。
利用地震来临时建筑物上下楼层发生水平相对位移,带动立柱使其上下两端发生偏移,进而让横向消能组件左右两端,发生具有垂直向的变位,并利用这种相对变形的关系,来达到消散能量的目的。
利用小斜撑改变横向消能组件的劲度以调整其消能效果。
以建筑物的结构柱取代立柱的功能,并增加斜撑,连接横向消能组件,以增强抗震强度。
采用本实用新型的建物可具下列优点:
1、本实用新型本身可独立安装不需具有庞大的斜撑,或其它不利于空间使用的侧撑装置,因此,可灵活的配合建筑隔间安装,而不影响建筑物的使用空间。
2、本实用新型本身的劲度相对的较小,故对原结构的劲度影响甚小可忽略不计,而且也不致引发其周围的结构组件发生应力集中的问题。
3、本实用新型可独立的安装于建筑上,且因本身的劲度相对的较小,故对原结构的偏心扭转慎小,故不须以立面连续或平面对称的方式配置,因此可创造出更多的空间来架设本装置。
4、本实用新型因具上述特性,固可以较为多量的方式散布在结构体内,形成多道防线,可保护主结构的安全性。
5、本实用新型亦可联接主要结构梁、柱并搭配斜撑,形成一巨型的剪力消能连杆减震装置,以吸收更大的地震力,提高建筑物的抗震效果。
附图说明
图1(a)传统梁柱构架示意图;
图1(b)传统梁柱构架受地震横力变形示意图;
图2(a)一般阻尼器变形前安装示意图;
图2(b)一般阻尼器受地震横力变形示意图;
图3(a)本实用新型剪力消能连杆减震装置(1)变形前安装示意图;
图3(b)本实用新型剪力消能连杆减震装置(1)受地震横力变形示意图;
图4(a)本实用新型剪力消能连杆减震装置(2)变形前安装示意图;
图4(b)本实用新型剪力消能连杆减震装置(2)受地震横力变形示意图;
图5传统偏心斜撑结构撑示意图;
图6本实用新型剪力消能连杆减震装置安装于梁柱构架内示意图;
图7本实用新型剪力消能连杆减震装置安装于小梁上示意图;
图8本实用新型剪力消能连杆减震装置安装于楼板矮墙上示意图;
图9本实用新型利用斜撑改变剪力消能连杆减震装置横向消能组件的劲度示意图;
图10本实用新型剪力消能连杆减震装置装置采用钢结构及螺栓接头示意图;
图11本实用新型剪力消能连杆减震装置装置采用钢结构及焊接接头示意图;
图12本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于全跨柱距示意图(1);
图13本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于全跨柱距示意图(2);
图14本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于全跨柱距示意图(3);
图15本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于全跨柱距示意图(4);
图16本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于全跨柱距示意图(5);
图17本实用新型剪力消能连杆减震装置运用于补强结构示意图。
具体实施方式
以附图对本实用新型作详细说明如下:
剪力消能连杆减震装置的主要消能原理:请参阅图3(a)、(b),当地震未发生时横向消能组件的左右两端A点及B点并无相对位移,如图3(a)所示,而地震来临时建筑物上下楼层发生水平相对位移,带动剪力消能连杆减震装置的立柱使其上下两端发生偏移,此时横向消能组件的左右两端转换成具有垂直方向的相对变位,如图4(b)所示A点及B点即发生具有垂直向的变位,在地震摇晃的过程中,A点及B点不断的产生相对变位,此时,即可利用横向消能组件具有可吸收迟滞能的特性,来达到消散能量的目的进而产生减震消能的功效;相同原理,将剪力消能连杆减震装置宽度扩大至整个柱距并搭配斜撑,如图4(a)所示,当地震来临时建筑物上下楼层发生水平相对位移,带动剪力消能连杆减震装置的立柱及斜撑使横向消能组件的左右两端上下两端发生偏移,如图4(b)所示A点及B点即发生具有垂直向的变位,进而产生减震消能的功效;然而此一装置如图4(a)所示,虽然有如传统偏心斜撑结构,如图5所示,但两者在功能上仍有很大不同,传统偏心斜撑结构将斜撑与大梁直接相连,斜撑所承担的轴力将被决定于大梁的劲度及强度,然而大梁的劲度及强度并非可任意调整,因其断面尺寸大小受制于楼板垂直载重及结构水平载重两者因素,因此一旦大梁断面尺寸被决定了,则斜撑所必须承担的力量亦被决定,如此将导致斜撑断面加大,不符经济效益;且采用此等结构系统,由于控制点发生在大梁上,而大梁又常与楼板相连,一旦大梁进入塑性阶段将连带使其周边的楼板受损,而本实用新型则可依据设计需要,调整横向消能组件强度及劲度,将损坏点集中至横向消能组件,使梁、柱、斜撑结构仍维持安全,防止建筑物倒塌。
请参阅图6~8所示,本实用新型利用复数个立柱100及横向消能组件200所组成的消能系统,其中立柱100的上下可分别连接建筑物的梁300或其它具有足够劲度的组件(如矮墙…等),其相连方式,可适建筑物构造种类不同或边界条件的适应因素(如RC梁或钢梁..等)而改变,可采用螺栓或焊接于连接钢板或预埋钢件或钢筋相连,与其它结构一起施作或以预埋等后装方式固定;立柱100可为纯钢材或RC材料或复合材料等,凡具高劲度可承受弯矩及轴向力的构件即可。
横向消能组件200(所有图中为求清楚以水平方向示意,实际运用时不一定全为水平方向)连接立柱100或建筑物的柱400之间,视建筑物性能需求可排列成单排或复数排,其连接方式可采用焊接或螺栓固定或其它固定方式;横向消能组件200可为具有韧性、延展性或其它具有吸收迟滞能的材料,如钢、铅、铝、合金、黏弹性阻尼器…等。
图9所示,利用小斜撑201以改变横向消能组件200的劲度,以调整横向消能组件200的受力情况,进而控制其消能效果,图10~11所示,为本实用新型采用钢结构材料,以螺栓或焊接方式运用于建筑物情况;图12~16所示,为本实用新型运用于全跨柱距宽度时情况,图17所示,为本实用新型运用于补强结构情况。
综上所述,本实用新型剪力消能连杆减震装置,构造单纯、容易施工及维修,容易配合建筑隔间灵活配置,且可灵活控制剪力消能连杆减震装置的强度与劲度来提升建筑物的抗震及抗风能力,因而具有产业上利用价值,符合实用新型专利的要求。

Claims (7)

1、一种剪力消能连杆减震装置,其特征是,它包括单数或复数个立柱及单数或复数个横向消能组件,并连接于相邻立柱之间。
2、根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述立柱为具有高劲度可承受弯矩及轴向力的构造组件。
3,根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述立柱以螺栓或焊接及连接钢件与主结构体相连接,形成固接或铰接接头。
4,根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述立柱以钢筋与主结构体相连接,形成固接或铰接接头。
5,根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述横向消能组件具有韧性、延展性或其它具有吸收迟滞能的材料。
6,根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述横向消能组件以焊接方式与相邻立柱或建筑物结构柱连接。
7,根据权利要求1所述的剪力消能连杆减震装置,其特征是,所述横向消能组件以连接钢材加螺栓固定方式与相邻立柱或建筑物结构柱连接。
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