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經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（1) 發明領域 本發明係指一種結構構件，可作爲骨架結構中之負荷 承擔元件。本發明已發展爲使用於屋頂支承建築物結構中 之檁條，因此以下以檁條形式說明本發明。然而，本發明 申請可知涵蓋較廣可適用爲任何負擔支承結構之結構構件 發明背景 通常以具C截面之滾軋鋼構件形成一檫條。由截面觀 察，槺條之基本形狀具有兩個平行相隔之凸緣，一端接合 一平腹板，另端形成一內向之極小唇緣•與個別凸緣配合 之唇緣處於同一平面並與腹板平行。各製造者已將基本構 形修改爲包含唇折（後述）及/或包含腹板間之形變。變 化例均用盡心思嘗試增加彎曲強度及/或製造特殊幾何截 面之應用。 本發明之目的乃欲提供一種比基本檁條構形強度更高 之截面構形，更重要地，已考慮不同負荷及/或支承狀況 下影響彎曲強度之因素。 欲設計可承載負荷而不致使其繞主要主軸«曲之檁條 ，與多種因素有關*欲使檁條抗拒側向及扭曲形變，決定 設計負荷之主因爲跨距及截面彎曲能力，後者爲主要主軸 之有效截面係數及形成截面材料之降伏應力之乘稹。若比 較以相同材料及相同跨距之檁條，主要主軸之有效截面係 數則主導設計。有效截面係數取決於截面中材料之佈置及 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（2.10X297公釐） 一 4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 身： • 1— · 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印装 A7 _B7 五、發明説明（2 ) 截面部件之細度。截面細度可造成檁條彎曲，可顯示於短 半波長時可發生兩種彎曲模式。該模式於此處稱爲局部 '及 '變形'彎曲，將於下列相關圖式說明中詳述。 若放鬆檁條一段相當長之長度，且檁條繞主要主軸彎 曲，主要有兩因素影響截面設計。此處稱爲^撓一扭'彎 曲及 ''扭曲^形變，將於下列相關圖式說明中詳述。若考 慮將檁條放鬆一段相當之長度，撓-扭彎曲將決定截面設 計，而非爲上述局部及變形彎曲所確定之截面彎曲能力。 當檫條典型因偏心負荷而扭曲時，由檁條凸緣中心至 截面剪刀中心之;ϋ心度決定所施扭力及槺條截面所受扭曲 Λ 之程度。因此，檁條截面設計時應減小剪刀中心之偏心度 ，至少有關承受相當扭曲力之檁條應考慮。 前述基本檁條截面（即包括唇折及腹板形變）之變化 例可改良局部及變形彎曲之抗性，但改良撓一扭彎曲之抗 性則不明顯。至少部分檁條應用例中，撓一扭彎曲決定截 面之設計，本發明即卻創作一種檁條結構，可提供三種鸞 曲抗性之最適組合。 改良撓-扭彎曲抗性之明顯方式可增加各截面凸緣之 寬度，但將僅加重局部彎曲之可能性。而且，可增加唇折 強度以增加撓-扭彎曲抗性，但如此將增加剪力中心偏心 度，並增加槺條承載後扭曲之可能性。 發明概要 本發明欲調節上述矛盾難題，並提供一長形結構構件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2.10X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 八 訂 屢！ 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 8〇42l3 a7 __B7_ 五、發明説明（3 ) ，以滾軋鋼冷成形爲C形截面，C形截面具兩相隔之平行 凸緣，一腹板接合個別凸緣之一端，一唇緣位於各凸緣另 —端，一唇折由各唇緣邊緣突入C形截面，及至少一縱伸 之槽形凹處，凹處形成於腹板間並突入C形截面。結構構 件特徵在於各唇緣由C形截面向外突出，並與相配合之凸 緣形成鈍角0，及在於角度0大於90° ，但不大於 1 3 5 ° 。 唇緣形成後而唇緣及相配合凸緣間形成鈍角0，則可確 定強化結構構件之撓一扭彎曲應力，而未實質增加局部及 變形彎曲之可能性。可於構件設計時執行有限條部彎曲分 析而完成上述確定。欲詳細了解有限條部彎曲分析，可參 考出版物·'冷成形鋼結構設計f ，第二版，澳洲鋼營造學 院出版，1994，(ISBN 0909945705 )'G J Hancock^ β 本發明較佳實施例 結構構件成形後，各凸緣與配合唇緣間之角度0較佳 介於95°至125° ，最佳介於105。至120°間 〇 唇緣及唇折之寬度部分取決時結構構件之其他截面尺 寸及構件之負荷承擔需求。構件之剪力中心偏心度相關之 類似條件及因素可確定腹板內之槽形凹處之寬度，尤其是 深度。 _然而，各唇緣寬度較佳等於配合凸緣寬度之2 0%至 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公瘦) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 爲！ 經濟部中央樣準局貞工消費合作社印製 A7 __B7 五、發明説明（4 ) 6 0%，最佳寬度爲配合凸緣寬度之3 0%至6 0%。而 且，各唇折寬度較佳爲配合唇緣宽度之3 0%至1 0 0% ，最佳寬度爲配合唇緣宽度之3 0%至8 0%。 單-槽形凹處成形於腹板內之寬度較佳爲所處腹位寬 度之2 5 %至8 0 %間，槽形凹處深度較佳爲形成腹板之 金屬厚度3至20倍。 當檁條處於不明顯之扭曲力作用下，如以支撐構件將 檁條適當固定至支承結構以防止扭曲，將剪刀中心偏心度 降低之必要性即不如槽形凹處突入C形截面程度之必要性 大。當以如栓及支架等輔助元件固定至腹板表面時即可能 發生上述狀況。 因此，作爲腹板內單一極深槽形凹處之改換，腹板內 可成形一組多數淺槽，功用與單一較深凹處相似可增加局 部彎曲應力水準。若腹板內成形一組槽形凹處，各槽形凹 處寬度較佳爲腹板總寬度5%至2 0%，深度較佳爲形成 腹板之金靥厚度0.5至3.0倍。 若腹板內成形一組槽形凹處，較佳爲四個平行相隔之 槽形凹處。而且，各槽形凹處較佳具弧形截面。 本發明可由下列屋頂支承檁條之替換實施例及各式形 態檁條間之比較分析而充分了解。可參考附圖了解本說明 〇 圖式簡述 圖中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） ~— (請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) { 訂 Λ 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖1及2顯示習知C形截面， 圓3顯示本發明第一較佳之C截面檁條形狀， 圖4，5及6顯示負荷條件下可能發生之三種不同彎 曲形式， 圖7顯示檁條在負荷狀況下可能發生之扭曲變形， 圖8顯示三種不同檁條截面彎曲應力對彎曲半波長之 圖形， 圖9顯示圖3所示C形截面實施例，但尺寸圖例參照 說明書表1 ， 圖1 0顯示本發明C形截面槺條之第二較佳形式，及 圖1 1顯示如圖1 0說明之相同檁條/但尺寸圖例參 照說明書表2。 本發明詳細說明 進行說明符合本發明重點之槺條之較佳形式前，參考 圖1及2之習知C形截面檁條。 如圖1所示，基本之C形截面檁條形態由滾軋鋼冷成 形，並具兩平行相隔之凸緣1 0，凸緣一端由平坦腹板 1 1接合。各凸緣1 0另一端形成極小之唇緣1 2。兩唇 緣1 2處於同一平面，並與腹板1 1平行· 圖2顯示基本榇條形態之一成功變化例。其亦包含C 形截面檁條，各唇緣1 2邊緣處包括一唇折1 3。唇折 1 3突入C形截面並與凸緣1 〇平行。變化之檁條另包括 —腹板內之縱伸槽形凹處1 4。槽形凹處1 4通常深度爲 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS } A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（6 ) 形成檁條之金屬厚度之1.5至4.0倍。 以有限條部彎曲分析，圖2變化之檁條之局部彎曲及 變形彎曲之應力水準逮大於圖1之基本檁條形態者》圖4 及5分別說明此局部彎曲及變形彎曲之效果，施加於圖1 及2習知檁條之彎曲應力水準分別於圖8中繪爲圖Α及Β 〇 可再利用有限條部彎曲分析確定於圖2所示檁條之腹 板內加入槽形凹處1¾可明顯增加局部彎曲應力水準，而 唇折1 3可實質增加變形彎曲應力水準。然而，修改之習 知檁條（圖2 )伏點當如圖6所示，撓一扭《曲成爲控制 因素之較大半波長時即不顯著。換言，曲線B顯示圖2修 改之檁條之撓-扭彎曲應力水準較曲線A所示圖1基本橡 條者高，但其間差異鼸半波長度增加而漸小。由於修改橡 條之截面輪廓特性（部分由於極淺之槽形凹處14)，相 對基本檁條*修正檁條之剪力中心偏心度已增加。 圚7圖式証明剪力中心偏心度（e )，該圖說明扭曲 變形之效果。扭曲變曲可能性隨剪力中心偏心度而增加。 圖3所示檁條截面乃針對圖2修改檁條之撓扭彎曲特 性而改良，同時仍維持極高之局部及變形彎曲應力水準， 並降低剪力中心偏心度（e )接近至圖1基本習知檁條之 水準。 如圖3所示，槙條之較佳形式表面上與圖1及2之習 知檁條類似，並以相同參考數字標明類似零件。然而，圖 3所示檁條特徴乃包含由C形截面向外傾斜之唇緣1 5。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ 經濟部中央搮準局員工消费合作杜印製 3ύ42!3 Α7 _Β7___ 五、發明説明（7 ) 各唇緣與配合凸緣形成一鈍角0，如下可知’角度大於 9 0。而小於1 8 0°可產生功效·如前所述’唇緣較佳 傾斜角介於95°及125°間，較佳介於1〇5°至 1 2 0 0。 如圖3所示較佳之槺條形式有一極深之縱伸槽形凹處 1 6，成形於腹板1 1內並突入C形截面。槽形凹處深度 較佳爲腹板11厚度之3至20倍。 欲發展圖3所示檁條截面，首先將基本圖1之檁條傾 斜唇緣1 5並增加凸緣1 0之有效寬度，如此可明顯增加 撓一扭彎曲應力水準，並小幅增加局部彎曲應力水準，明 顯降低變形彎曲應力水準。其亦可小但明顯地增加剪力中 心偏心度。 增加唇緣1 5於垂直方向移動之剛性，即增加唇緣 1 5長度及/或唇折1 3長度可改良變形彎曲應力水準。 增加唇緣1 5長度可獲較大利益，因爲增加唇折1 3長度 未如增加唇緣15長度可於未支撐截面增加同等能力。 圖3所示截面結合之槽1 6極深，可有效減少剪力中 心偏心度。 創作圖3所示特定槺條截面之尺寸如圖9指証及下表 1所示》適用圖3賁施例之尺寸與圖1及2所示習知檁條 形式之相關尺寸比較。 本紙张尺度適用中國國家梂準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 歧！ -10 - A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 表1 尺寸 檁條截面 圖1 圓2 圖3 D ( mm ) 200 200 200 B 75 75 7 5 又 16 28 38 b 0 10 10 d 0 62 52 i 0 4 15 t 1.5 1.5 1.5 0 (度） 90 90 105 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Μ ! 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 由圖8可見（曲線C)，圖3所示具有表1尺寸之c 形截面檁條之局部及變形應力水準分別爲4 4 3MP a及 419MPa ，兩者均接近正常降伏應力450MPa。 當作爲繞主要主軸彎曲之檁條截面，新發展檁條與習知橡 條相較之最大優點在於未支撐設計及遠距支撐之設計，其 中撓扭彎曲主控設計強度。未支撐長度爲5 ，0 0 0mm 之撓一扭彎曲應力大約高於修改習知檁條結構2 8%，大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -11 - A7 B7 經濟部中央揉準局貝工消费合作杜印製 五、發明説明（9 ) 約高於基本習知檫條結構7 2%，而分別只增加鋼料8% 及2 0% *局部及變形彎曲應力與修改之習知檁條截面者 。負荷偏心度與基本習知檁條截面相當，但實質低於修改 之習知檁條截面。因此，基本及修改之習知槺條截面兩者 所具優點可予保持，並改良撓-扭彎曲能力。 圖1 0所示檁條類似圖3所示，並以相同參考數字指 出類似零件。然而，圖1 0所示之檁條實施例可容許如栓 及支架（未圖示）之輔助元件安裝至腹板1 1 ，其並形成 四平行槽形凹處1 7。槽形凹處1 7可改良槺條之局部彎 曲應力水準，但不會降低剪力中心偏心度至如圖3所示極 深槽形凹處1 6之相同水準，槽形凹處適合須容忍較大邊 際剪力中心偏心度之檁條。 各槽形凹處1 7具一般弧形，平順融入腹板1 1。各 凹處突入檁條C形截面之程度（即深度）約等於形成腹板 金屬厚度之0.5至3.0倍，取決於檁條之其他尺寸及 負荷支承需求。 圖1 0之槺條實施例可行之典型尺寸及圖1 1圖例確 認者可見於下表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 _典！ 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12 - A7 B7 五、發明説明（10) 表2 尺寸 圖10槺條截面 形式1 形式2 形式3 D (mm) 100 105 200 B 50 60 73 又 17 22 25 b 10 10 11 t 1.2 1. 5 1.5 i 1.0 1. 5 1. 5 G 14 25 25 S 21 41 41 Θ (度） 105 105 105 請 先 閲 讀 背 ίτ % 事 項 再 填 % 本 頁 訂 歧 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 圖1 0所示具表圖2形式3尺寸之檁條之局部及變形 彎曲應力水準分別爲457MPa及427MPa。未支 撐長度5 0 0 Omm之撓一扭彎曲應力約大於修改之習知 檁條結構（如圖2所示）7%，約大於基本習知檁條結構 (如圚1所示）3 9%，而相對增加鋼置分別爲0%及 10%· 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210 X297公釐） -13 - A7 _B7 _ 五、發明说明（n) 可了解利用一般工程運用於上述檁條之製造，並可藉 適當半徑之楞條接合棟條之交叉元件。例如，各案例中可 用半徑1 Omm之楞條將凸緣1 〇接合腹板，並可用半徑 5mm之楞條將唇緣1 5接合相鄰凸緣1 〇及唇折1 3。 圖1 0實施例之槽形凹處1 7中，各凹處可具3mm半徑 ，並藉3 mm半徑之楞條融入腹板。 可了解以任何已知成形步驟製造檁條，例如可用冷成 形滾軋鋼，滾軋鋼可經冷軋或熱軋過程* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 咸！ 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -14 -

Claims (1)

1. ^04213 恭 v- A8 B8 C8 D8 「、申請專利範圍 附件： 阮件-货] 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 第85 1 0 1328號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國85年8月修正 1 . 一種結構構件，由滾軋鋼冷成形並具兩平行相隔 之凸緣之C形截面，一腹板接合個別凸緣之一端，一唇緣 位於各凸緣另一端，一辱折由各辱緣邊緣突入C形截面， 及至少一縱伸槽形凹處位於腹板內並突入C形截面：其特 徴在於各辱緣由C形截面向外突出並與配合凸緣形成一鈍 角0，而角度Θ大於90° ，不大於135° 。 / 2 .如申請專利範圍第1項之結構構件，其中各凸緣 與配合唇緣間之角度介於9 5°至1 2 5°間，含 1 2 5 0 〇 3 .如申請專利範圍第1項之結構構件，其中各凸緣 與配合辱緣間之角度介於1 0 5°至1 2 0°間，含 1 2 0 0 ° 4 .如申請專利範圍第1至第3項其中任一項之結構 構件，其中各唇緣宽度等於配合凸緣寬度之2 0 %至6 0 5.如申請專利範圍第4項之結構構件，其中各唇緣 宽度不小於配合凸緣寬度之3 0%。 6 .如申請專利範圍第4項之結構構件，其中各辱折 宽度等於配合辱緣寬度之3 0%至1 0 0%。 7.如申請專利範園第6項之結構構件，其中各辱折 (請先聞讀背面之注意事項再4寫本頁) 訂 成！ 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部t央梯準局®C工消费合作社印裝 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 宽度不大於配合唇緣宽度之8 0 %。 8 .如申請專利範圍第1項之結構構件，其中兩唇折 與凸緣實質平行。 9 .如申請專利範圍第1至第3項其中任一項之結構 構件，其中單一槽形凹處位於腹板內，槽形凹處宽度介於 腹板總宽度之2 5 %至8 0 %間，槽形凹處深度介於形成 腹板金屬厚度之3至2 0倍。 I 0 .如申請專利範圍第1至第3項其中任一項之結 構構件，其中單一槽形凹處位於腹板內，檜形凹處寬度約 等於腹板總寬度之5 0 %，榷形凹處深度約等於形成屈板 金靥厚度之1 〇倍。 II .如申請專利範圍第1至第3項其中任一項之結 構構件，其中一組多數槽形凹處位於腹板內，槽形凹處彼 此平行相隔。 1 2 .如申請專利範園第1至第3項其中任一項之結 構構件，其中四個槽形凹處彼此平行相隔地位於腹板內。 1 3 .如申請專利範圍第1項之結構構件，其中各槽 形凹處深度介於形成腹板金屬厚度之0.5至3. 0倍。 14.如申請專利範圍第1項之結構構件，其中各槽 形凹處具弧形截面形式。 (請先閣讀背面之注$項再填寫本頁) ,4· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4规格（210X297公釐）