TW200552B - Stiffness decoupler for base isolation of structures - Google Patents

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經濟部屮央標準^β工消作合作社印11 200552 Λ ____Π6___ 五、發明説明（I ) 發明背憂- L發昍領域·: 本項發明的勁度去偶合装置主要是用於高層建築物或橋 樑的防裔结構施工上。本項發明可有效的去除结構物中支 撐柱横向承載強度的勒度。如此’结構物因地震所產生的 埋動可有效的控制’而仍能保持承載強度’阻泥強度與结 構的壽命。本項發明更有其他優點·勁度去偁合装置具有 確霣保護结構物的加長，且充滿混凝土於其中的網管’它 們與四周分佈，且位於基礎與结構物之間的承戟柱相承接 ;低摩擦承座位於承載柱與结構物之間，以允許它們之間 的相對横向邇動。 建築與结構工程師在建第，橋樑或其他结構物的設計中 已長期的面臨地霣問匾。最近舊金山的大地震只是眾多因 建築設計不良而可能遣致重大災難的例子之一。 在遇去有許多的建議增強各種结構物的防麻能力。而最 新的建議刖是將強度（即在大承載下仍為彈性變形），養 形能力和能量吸收能力加μ混合考f«。舉例來說，利用大 彈性承座μ支撐延展性加強的混凝土主體结構，以將结# 與基礎相隔開。而遒種承座價格卻相當昂貴，而且對瓌境 有不良之影響。 在過去也建議利用钦鋼I吸收能量裝置•它們在正常狀態 下相當堅硬，但在強烈地箱下卻能降服並吸收能量。這種 (請先閲請背而之注意事項蒋填裒本頁) 本紙张尺度遑用中a 8家標準(CHS)>f 4規格（210x297公;¢) 81. 6. 10,000張(Η) 200552 Λ Ιί 6 經濟部屮央標準^β工消汾合作社印^ 五、發明説明（2 ) 方法利用網捧為基礎隔離装置以吸收不正常的能量。 雖然在造方面仍持續的有相闞研究。然而，直到目前仍 未有一確實有效的，經濟的，易於安装*壽命長且能在地 震中吸收破壊能量，Μ防止结構倒塌的基礎隔離糸统被發 展出來。 發明癧沭： 本項發明克眼了上述的問題，並提供一種新的勁度去偶 合装置，以保護建築物、橋樑等结構物不會遭到地震的破 壞。本項發明的去偶合装置可除去结構承載柱在受力狀態 下受產生的横向勁度，Μ減低地面加速的傳遞至隔離的结 構物上。 本項發明計劃利用加長的·具相當彈性的’並連接至结 構物以保護结構物的中空網管，它們向下伸人结構物的基 礎。有部份網管（最好是全部）中垓塞能減缓®管移動的 物質，其中Μ填塞混凝土為最佳。此外，所有的去偶合裝 置能配合鋼管來操作Μ阻止结構物的傾倒’而1管部 能與基礎相偶合並容許少許的頂部移動以減少_移力的增 加0 另有一去偁合裝置的受承載力姐成元件與網管保持—壤 當間隔，最典型的例子是一中空，正方或圜形截面的加強 混凝土柱，並有鋼管向下配置於其中。這承載元1件位於基 礎上，並向上伸展至结構物中做為其頂端。承座則位於承 載元件與结構物間做為連结之用並容許横向®動的存在。 4 本紙張尺度遑用中S «家榀毕（CNS)甲4規格（210x297公；《：) 6· 30,000¾ (Η) (請先閱-背而之注意事項#填寫本頁) 200552 Λ 6 1$ 6 五、發明説明（3) 在實際的操作中，结構物應具有去偶合装置於傳统的承 載柱處’同時也有承座结構與内部網管的存在於其中。 經 濟 部 央 標 準 X 消f;， 合 V?· 杜 印 圖銳廐诚： 圔1為多曆 去偶合裝置則 圃2為部份 重要構件。 黼3 a則是 合装置结構的 承載柱與位於 圈3 b與圃 圚形截面的承 圖4則顯示 圈5為用來 合装置之垂直 画6與圖5 圖7為本項 管位於中空承 蹰8為圖7 匾9則說明 圖1 0則顧示 管偶合裝置。 建築物结構主S的部份剖視圈，本項發明的 位於结構主體底部與基礎之間。 元件的頭示圖，它包含了去偁合裝置中一些 圔2中沿 部份顯.示 承載柱四 3 a類似 載柱與低 本項發明 固定«管 剖視圔。 類似，為 發明之去 載柱中。 中網管方 建築物主 5中沿 3a — 3a線的剖視圔，它是去偶 圖，它利用中空，方形截面的加強 個角處的低摩擦承座。 ，而這棰去偶合裝置則利用中空’ 摩擦承座。 中承座元件的視圖。 底端至下層基礎结構的彈餐 另一種網管彈簧偏移偁合装S ° 偶合装置的剖面圖，並有許多@# 向的部份視圈。 ’ 體基礎的第二加強網孀的保$ α 線10-10的剖視圖，並加強說明18 本紙张疋度逍用中a明家《準（CNS) Ή規怙（2丨0x297公¢) 81. 6· (請先間讀背而之注意事項#填寫本頁) 裝. 線- 200552 Λ 6 η 6 五、發明説明（4) 經濟部屮央標準^A工消费合作社印製 g例榀诚： 現在讓我們來討論圜1 ，匾中所示為多層建築物的主《 骨幹20，並有勁度去偶合装置22位於主體20的基礎24輿加 強混凝土基座26之間。一般來說，去偶合装置22包含有 加長的，相當具彈性的中空網管28，包圏住網管28的筆直 且中空的承載柱30·與位於主體20底邊和承載柱頂端30之 間的承座32。 主牌骨幹20為傳统型式，它包括了基礎24，筆直的承載 柱34與分隔樓板36，38。主體20的施工材料為典型的加強 混凝土與傳统支撐地區40的基礎24。支撐地區40，如匾所 示，均含有一對横向的水平鋼棵40 a ，40 b。 同樣的，基座26亦為傳统型式（除了配合鋦*28所做的 修改之外）包括了基座腳42;基座26也是由加強混凝土姐 成。 圔2與圃3 a對去偶合装置22有更詳盡的說明。麵中顯 示網管28做彼此等間隔的排列，如網管28a位於陣列外園 而婀管28b則位於中央。造些網管為傳统薄壁網管，其直 徑的範圍為3/4至3英吋。鋦管的中心都以阻泥材料加以 填塞，即混凝土 44。鋼管的頂端伸入加強混凝土支撐地區 40。如鼸1所示，網管將向上伸展通過基礎24而進入承載 柱34中。為了加強網管28與主厢20的連结，可Μ加装横向 的法蘭（flange)與套筒（圖中未顯示）於網管上。更簡 單的說，可以利用任何傅统的方法來加強網管28與主體 6 本紙尺度边用中B明家標準（CNS)肀4規怙（210x297公度） 81. 6. 1〇,000張（H) (請先閱讀背而之注意事項孙項窍本頁) 200552 Λ 6 Π 6 經濟部屮央桴準^只工消作合作社印製 所示，網管28將伸展進入並附著於基座 再強調一次，任何可以將網管2 δ穩固 構都可利用*在此將列舉兩種方法。 含有一垂直，中空，單一的基礎承載柱 五、發明説明（5 ) 2 0間的連结。如圖 26的基座脚42中。 連结至基座26的機 去偁合裝置22亦 46。在圈1至3 a 計48位於其下方。 中且伸人基座26中 。而承載柱46則位 幹20之中，承載柱 承座機構32是由 承座缠成均位在網 54 (見圖3 a )包 用來支撐由低摩擦 材料由黄铜，鉛或 ，亦可不加潤滑） 细孔60 K便連结基 個邊角下方均有一 '64，它們並與细孔 連接器66則位在承 展並穿«夾撖溝構 載柱上，並經由配 位置· Μ防止承座 中的承載柱46其截面 圖2顯示有金靨補強 ，以加強承載柱46的 於基座_ 42之上•且 46的頂端則有支撐承 數個相同的承座埋成 揉40 a ，40 b之下方 含一截頭三角结構的 係數材枓製成的承座 粉末泉華金屬所姐成 。承座56 (見圖4 > 礎Μ支撐平板52。此 對反向漸縮，相配對 60相對應。结！数為3 載柱46之中Μ配合承 與细孔60。蟋帽68可 對夾锇62 · 64來調整 負載的不均衡且/或 且有勁度 度計48之 向安定性 至主《骨 ，而道些 座缌成 這底座是 承座合金 加Μ潤滑 的四個角均有一 外.在底座56的每 的槽孔夾鐵62， 的類似丁型的嫘紋 座總成54且向上伸 固定承座總成於承 承座總成54的高與 提供承座上正常之 負載。 承座墊58則配合支撐地區40放置以容許承載柱46與主體 為方形的 50位於勁 穩固與横 向上延伸 座。 54所姐成 。每個承 底座56， 墊 58，（ ，而它可 (請先閲讀背而之注意事項#填寫本頁) 裝· 訂- 線· 81. 6.丨〇,〇〇〇張_(H) 本紙張尺度遑用中a明家樣準（CNS)甲4規彷（2丨0x297公龙） Λ 6 I? 6 200552 五、發明説明（6 ) (請先閱讀背而之注意事項孙填窍本頁) 20間有横向移動存在，為了配合装置在承座塑58與支樓 地區接觴點處放置金靨平板70M確保支撐地區40之稼固° 而每個金鼷平板70刖用預埋於混凝土中的嫘检加以固定’ 或是固定於傳统建築材枓的支撐上。 3 b說明另一種類似的中空，瓌狀柱72的去偶合裝® 22。而環狀柱具有M90度角分佈的垂直勁度器74 ’且有相 互連结的補強物50位於其中，就如方形承載柱46一般’ & 偶合装置22也包含有填塞混凝土的網管28，與位於勁度81 74上方的四個承座缌成54。而在支撐地區40處亦有四個59 立的平板78固定於其下方，且四個承座结！成54均一承座1S 58與其配合。 經濟部屮央標準局β工消费合作社印虹 在本項發明中*位在承載柱46與72中陣列外園的網管 28相偶合Μ容許這些網管對於偏移力能有限度的向上移動 存在。首先注意到圈5與10中的偶合配置。特別是，網管 偶合裝置80具有一固定於基座腳42的鋼管承接基礎與最底 端的支撐板82和相互隔開且位支撐板上方的頂端環状固定 環84。在這個例子中，支撐板82與固定環84都埋於混凝土 基座腳42中。而且固定環利用類似基座_42中使用的嫘帽 與螺栓總成86來做進一步的鎖定。由装置80所承接的網管 28a的底端刖有柱礅板88且用焊接方法固定其他機構上， 而這柱礅板88刖配置於支撐板82與固定環84之間*而線圈 彈簧90則位在柱礅板88與固定環之間並配合著鐧管28a的 底端部份排列。由画中可立即瞭解鋼管28 a的向上移動是 藉由媒圈彈簧90來達成的。 81. 6. 10.000張（H) 本姝又度逍用中8困家楳毕（CNS)肀4規格（210X297公放) Λ 6 Π 6 經濟部屮央榀準·^JA工消1\·-合作社印51 五、發明説明（7 ) 醒6顯示另—種類似的鋼管偶合装置92。在這例子中 ，装置具有一固定於基座腳42的基礎94與一向上伸展的栓 96.而這栓的頂端則有柱墩板98加以固定。而基座94則是 用預埋螺帽與嫘栓缌成100加Μ固定的。 鋦管28a的底端呈中空狀且附著於啣接板102與固定環 104之上。如匾6所示，嗶接板1〇2由網管28a底蟠向上 排放且位於兩網管之間。另一方面，固定環104位在板 102下方也排列在兩網管之間。固定環1〇4圼環狀结構並 環鐃著承接栓96，如圈所示；在這種配置下，柱墩板98與 固定環104相互配合Μ支撐位於啣接板102與固定環1〇4 之間的栓96。另有一位於固定環1〇4與啣接板1〇2間的埭 圈弹簧106刖配置於拴96的上端承接端。因此，鋼管28a 的向上移動是相對於彈簧106的餳移。 雖然圓1至3 b中的網管28是相互間隔的排列，但並非 限制於此。舉例來說，網管10S (如圖7和8)是由混凝 土加K填塞且相互接觸而圼束吠排列。網管是由混凝土 U0或類似的阻泥材料加以填塞。而網管的排列並非固定 不變，最重要的是它們與四周承戟柱連鑛壁或其他支撐構 件保持足夠的空間Μ防止在地麄中鋼管與支撐構件間的撞 擊。如圖3 a與7中，承載檐件（如承載柱46)與鋼管間 的距離須比最近鋼管之最大直徑要大。在中空支撐承載柱 的使用例子中，本項發明亦可利用相互隔關的筆直鋼板或 類似裝置做與鋼管排列相似的配置.Μ達到相同的目的。 為了要提供最有效的防震裝置，本項發明也可與其他能 (請先Μ11·»ι背而之注意事'? #蜞寫本頁) 裝· 線- 本紙张尺度边用中8 8家橒毕(0吣）肀4規格（210><297公_8：) 81. 6. 10,000張（Η) Λ 6 Π 6 200552 五、發明説明（8 ) 夠增強防震效果的装置相互配合而装設於结構物中。舉例 而言，如圖1所示，相互交叉繫於且預埋於主體20中和基 座26的基礎24之中的彈性婀索112 ，114 。在裝設之中， _索先保持鬆弛，之後再用固定彈簧装置118將它伸 定（例如固定於門孔116之上方）。這種te工技術是相當 不錯的，在不預期的地震影響情況下，鋼索112 , 114 m

阻止主體20相對於基座26的横向浬動。而鋼索u2 ,114 的連结可利用任何簡便之方法，如預埋於基礎24中的& 2 针120 ，將網索尾端環鐃交叉針再用連结器122加w擊9S Ο 另外有一補強混凝土承栽籀124豳作於基座26與基@ 24之間。膾124的上承載面稍低於位於承載装置32與基礎 24之間的接觸面。萬一结構物遭致破壞，建築物會因承載 糖的存在而不致使之倒塌。 在去偶合装置22的正常操作中，结構物的承載是經由筆 直的承載柱46或72來承受•其中也包括了個別的承座總成 54。而以混凝土填充的網管主要是應付次要的應縮應力。 如文中所述，對结構而言承載柱46或72是不能承受剪應力 (請先閱1?背而之注意事項再碼寫本頁) 裝· 線. 經濟部屮央槛準而β工消价合作社印¾ 地產們滯的 因可它遅間 低管.並物 減鋼是壞構 能這的破结 柱。別 K止 載移特加防 承錯更動K 和的，運· 管間動的棒 網_ 埋物力 的榷的構張 土與物结是 凝離構將做 混隔结般當 塞物瑗 一可 填構滅器也 ，结並收管 時的果吸鋼 生生效動， 。 發產的震時 的震所器是同 矩地速度像此 力在加勁 W在 和面生可。 本紙尺度逍用中S Η家樣毕(CHS) 規格(210x2町公龙） 81. 6. 10,000ft (Η) 經濟部屮央標準，^β工消"合作社印51 200552 Λ 6 __Π_6__ 五、發明説明（9) 分離與傾覆。利用如圖5和6中所示的彈簧僱移鋼苷連结 器對縳動力矩特別有效，因為當力矩增大時，咀止傾覆的 張力也同時變大。因此，混凝土填塞網管可控制结構物的 自然遇期並提供一逆向加Μ保護结構物在地震中回覆至本 來的位置。 承座總成能支撑结構並將僱心負載傳遞至支揮承載柱* Κ維持结構的平衡於地震震動中。因此，承座的功能設計 如轉简支撐一般在结構與支撐載柱間對横向運動僅有些許 的阻力。 交叉網索112 ，114可當作是非線性彈簧Μ防止遇多的 横向理動，即在需要時可缯強横向阻力。在變形量不大時 .承載糖124與保_结構並無連接，這些牆在地震較強烈 時則能產生效用，即當横向變形大到足以產生垂直位移時 ，结構就會與承載猜接觴，而承載糖能提供額外的承載強 度以支撐變形的结構物並產生能吸收動能的摩擦力與減低 振幅。 因此本項發明擁有先前技術所沒有的多項優黏。例如去 偶合裝置能吸收壓縮與伸張應力，並能做長時間的負載而 灌有些許的變形。這種情形與到目前為止仍在使用的在& 震期間會遭致損壤的矽橡膠承座墊圈是正好相反的°更重 要的是，本項發明的去偶合装置在超負載下’包括&胃# 向位移，堪能保持穩定，以保護結構在強震中和後的平衡 狀態。同時，也提供了高張力強度抗傾覆力矩。 雖然文中已敘述本項發明的抗震功能，然而本項 (請先閲讀背而之注意事項孙蜞寫本頁) _ 11 - 本紙Λ尺度边用十a a家榣毕(CNS) Ή規格（2丨0X297公;》) 厂 81. δ. 10,000ft (Η) 200552 Λ 6 l) 6 五、發明説明（丨0 )可用於其他的領域中。經由強度支撐承載'柱所產生的勁度 横向去偁合装置可降低長跨距鋼性结構橋在負載懕力下所 產生的溫升。 (請先閱請背而之注意事項科填寫本頁) 經濟部屮央標準工消"合作社印製 - 12 - 本紙張尺度边用中困Η家楳準((：Ν5)Ή規格(210X297公龙） 81. 6.】0,000張(H)

Claims (1)

1. 本^年

   經濟部中央揉準局印裂 夂' 申請專利範面·一 L —棰裝設於结構主體與基座之間的勁度去偶合裝置，其 包括： 若干加長，相當彈性，中空的網管，網管的上端與结構 相互緊密連接，並且向下伸展入基座，而這些鋼管中填 塞以阻泥材料Μ減嫌網管在地霞中的移動、 網苷與基座間的偁合機構Μ胆止结構物的傾覆； 相互間隔排列的負重承載構件，如前述的網管，負載承 座元件，它們裝置於基座上方並向上伸入结構物中並S 出頂端；與 安装於前述負載承座元件頂端與结構物之間的承座機構 *其能容許在該頂端與结構間有横向相對位移存在。 2- 根據申請專利範圍第1項之勁度去偁合装置•該網管呈 等間隔相互排列。 a 根據申謫專利範圍第1項之勁度去偁合裝置，該網管亦 可里束狀相互接觸的排列。 4. 根據申誚專利範画第1項之勁度去偁合装置，該網管排 列除了 JI醑的排列外，中間至少須有一支钃苷，並由偁 合装置周画的鋼管固定至基座上。 5. 根據申請專利範圍第1項之勁度去谭合裝置，阻泥材料 是混凝土。 & 根據申請專利範園第1項之勁度去偁合裝置，所有的鋼 管皆用阻泥材料加以填塞。 7. 根據申請專利範園第1項之勁度去偶合裝置，主要的負 載承載構件具有一内含該鋼管的承載柱。 Τ4(210Χ297 公廣) ......................................................si..............................^..............................^ -· (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 200552 Α7 Β7 C7 D7 六、申請專利範BO— 經濟部中央搮準扃印裝 8· 根據申謅專利範圍第7項之勁度去偁合装置，該承載柱 的截面為方形。 9· 根據申請專利範围第7項之勁度去偁合装置，該承載柱 的截面亦可為圆形。 根據申請專利範圈第1項之勁度去偶合装E，該承座櫬 構含有固定於上述負載承座元件頂端的基礎；與鑲於基 礎上的承座墊以啣接該结構物；而此承座垫的材料具有 低摩擦係數的特性。 11 稂據申謫專利範圍第10項之勁度去偁合装置*該承座墊 其姐成材料包括黃飼•網，鉛或粉末泉華金鼷，可Μ加 潤滑，亦可以不須滴滑。 · 12- 根據申請專利範圍第10項之勁度去偶合裝置•該基礎包 括可調整的夾鐵结構Μ調整該承座櫬構的通當高度。 13- 根據申請專利範圍第1項之勁度去偶合装置•該结構物 部份為混凝土，並有網管預埋於其中。 w. 根據申謫專利範圍第1項之勁度去偶合裝置*位於負重 承載概_件頂端與结構物之間的等間隔承座機構能配合著 支撐結構物。 la 根據申謫專利範圈第1項之勁度去偁合裝置•位於稍低 於承座櫬構與结構物啣接面處則有承載牆。 16. 根據申請専利範園第1項之勁度去偶合裝置•該偶合裝 置包括有：固定至基座並承接網管的基礎，其底端有支 撐板與固定環在支撐板上方，固定瓖可滑動承接钃管的 底端；附著於該锕苷底端的柱墩板其结構與設置是專門 (請先閑讀背面之注惫事項再填珲本页) .装· .打. •線· f 4(210X297 公廣) Α7 Β7 C7 D7 200552 /、、申請專利範ΒΓ一 用來固定鋼管底端於支撐板與固定環間；與安装於柱墩 板與固定環間的線圈彈簧，它並配合著網管底端部份排 列。 17· 根據申請專利範圍第1項之勁度去偶合装置，該偶合装 置包括有：固定於基座的基礎與一向上伸馬的栓，而栓 的頂端則有柱墩板加Μ固定；用以固定偶合網管底端的 啣接板與固定環，此啣接板由鋼管底端向上間隔排放於 兩網管之間，固定環與啣接板間接向下排放，並呈環狀 結檐環綾著上迷的栓，而柱墩板與固定瓌相互配合固定 栓之頂部於唧接板與固定環之間；與一位於固定環與啣 接板之間的線圈彈簧，它配置於栓的上端承接.端處。 ia 根據申謫專利範圍第1項之勁度去偶合裝置*在结構物 與基座之間有網索機構存在Μ固定结構物於基座上，網 索並可抑止结構物與基座間過度的相對移動° 19. 根據申請專利範園第1項之勁度去偁合裝置’該結構物 為多層结構。 2α 根據申_請專利範園第1項之勁度去偶合裝置’該偶合裝 置包含有容許限度的结構向上移動存在，且有上述的網 管來抑止僑斜力量的增大。 ......................................................St..............................#..............................& . . (請先閱讀背面之注意事項再填宵本頁) 經濟部中央搮準扃印裝 3 T 4(210X297 公廣)