TWI414667B

TWI414667B - Modular buckling system

Info

Publication number: TWI414667B
Application number: TW99121985A
Authority: TW
Inventors: Keh Chyuan Tsai; Chih Yu Wei; An Chien Wu
Original assignee: Nat Applied Res Laboratories
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2013-11-11
Also published as: TW201202518A

Description

模組式挫屈束制支撐裝置

本發明是有關於一種支撐裝置，特別是指一種模組式挫屈束制支撐裝置。

挫屈束制支撐裝置(Buckling Restrained Braces，簡稱BRB)是用以搭建在建築物的鋼材結構上，當外在震動(例如地震)發生時，挫屈束制支撐裝置能先承受樓層剪力，以避免鋼材結構受損。

參閱圖1與圖2，如日本特許專利第3875924號所揭露的一種長尺挫屈束制支撐1，該長尺挫屈束制支撐1是由二挫屈束制支撐11以及二用以連接兩挫屈束制支撐11的連結單元12所構成。並且，每一挫屈束制支撐11具有一挫屈束制材111以及二分別凸出該挫屈束制材111兩端的連結部112，而每一連結單元12具有一連結部材121及一用以覆蓋該連接部材121的覆蓋部材122，藉由將兩挫屈束制支撐11其中一的連結部112相向接觸，並利用連結單元12的連結部材121搭接螺鎖於兩相接觸的連結部112上，使得兩挫屈束制支撐11連接成一體。

然而，由於一般類似如該日本特許專利的這種挫屈束制支撐1，其兩連結部112凸出挫屈束制材111兩端的長度通常會設定成是一樣的(例如每一個連結部112凸出的挫屈束制材111長度都是L)，當其利用前述連結部112相向並且以連結部材121搭接時，則兩挫屈束制材111相向的一端之間的距離便至少會是兩倍連結部112的長度(2L)。如此一來，在實際使用時，由於兩挫屈束制支撐11相連長度較長的關係，將可能導致該長尺挫屈束制支撐1的耐震性較差與消能效果不佳。故，本案將以此為改善的方向。

因此，本發明之目的，即在提供一種耐震性好及消能效果佳的模組式挫屈束制支撐裝置。

於是，本發明模組式挫屈束制支撐裝置，適於裝設在一鋼材結構，並包含一第一束制模組及一第二束制模組。該第一束制模組包括一呈剛性結構的第一圍束構件及一第一軸力構件，該第一軸力構件受該第一圍束構件包覆並具有分別凸出該第一圍束構件兩端且結構不相同的一第一接合部及一第一連接部，該第一接合部連接該鋼材結構的一接合板。

該第二束制模組包括一呈剛性結構的第二圍束構件及一第二軸力構件，該第二軸力構件受該第二圍束構件包覆並具有分別凸出該第二圍束構件兩端且結構不相同的一第二接合部及一第二連接部，該第二接合部連接該鋼材結構的另一接合板，該第二連接部與該第一連接部相連接。

其中，該第一圍束構件相距於該第二圍束構件的距離長度不長於該第一接合部凸出該第一圍束構件的長度以及該第二接合部凸出該第二圍束構件的長度。

較佳地，該第一連接部具有一面向該第二圍束構件的插接槽，該第二連接部為一板體且插入該插接槽以連接該第一連接部。於是，該第一連接部具有凸出該第一圍束構件的一第一板及一第二板，該第一板與該第二板平行間隔形成該插接槽。另外，該第一板與該第二板其中一者的截面形狀呈T字型，而另一者呈倒T字型。

較佳地，該第一連接部形成有一面向該第二圍束構件的第一接合凹槽，第二連接部形成有一面向該第一圍束構件的第二接合凹槽，藉由該第一接合凹槽與該第二接合凹槽的相互配合，使得該第一連接部與該第二連接部相連接。

較佳地，該第一連接部與第二連接部為塊狀物，並且該第一連接部與第二連接部相接觸並藉焊接連為一體。再者，該第一連接部與第二連接部截面呈十字型。

較佳地，該第一連接部與該第二連接部為一板體，並且該第一連接部與該第二連接部相向接觸，而該挫屈束制支撐裝置還包含二分別設於該第一連接部與該第二連接部相反兩側的連接鋼板，以及複數用以螺鎖該第一連接部、第二連接部與兩連接鋼板的螺鎖件。

另外，本發明的另一目的，在於提供一種並聯設計的模組式挫屈束制支撐裝置。

一種模組式挫屈束制支撐裝置，適於裝設在一鋼材結構的二接合板間，並包含二結構單元及二軸力板。兩結構單元沿兩接合板連線方向平行設置，且每一結構單元包括一第一束制模組及一連接該第一束制模組的第二束制模組。兩軸力板分別與兩接合板連接，且一者連接該等第一束制模組未連接該第二束制模組的一端，另一者連接該等第二束制模組未連接該等第一束制模組的一端。

較佳地，該等第一束制模組具有一呈剛性結構的第一圍束構件，以及一受該第一圍束構件包覆的第一軸力構件，該第一軸力構件具有分別凸出該第一圍束構件兩端的一連接該軸力板的第一接合部及一第一連接部；該等第二束制模組具有一呈剛性結構的第二圍束構件，以及一受該第二圍束構件包覆的第二軸力構件，該第二軸力構件具有分別凸出該第二圍束構件兩端的一連接該另一軸力板的第二接合部及一連接該第一連接部的第二連接部；其中，該第一圍束構件與第二圍束構件相距的長度不長於該第一接合部凸出該第一圍束構件的長度以及該第二接合部凸出該第二圍束構件的長度。

本發明之功效在於，模組式挫屈束制支撐裝置藉由第一連接部與第二連接部的結構設計，而縮短第一圍束構件相距於第二圍束構件的距離，使得在有限空間內裝設挫屈束制支撐裝置，可增加第一圍束構件與第二圍束構件的長度，藉此提升挫屈束制支撐裝置的耐震性與消能效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之七個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3與圖4，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置之第一較佳實施例。參閱圖5，挫屈束制支撐裝置101適於連接一鋼材結構19的二接合板191之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置101包含一第一束制模組2及一與第一束制模組2相連接成一體的第二束制模組3。

第一束制模組2包括一第一圍束構件21及一第一軸力構件22。第一圍束構件21呈剛性結構，並具有一供第一軸力構件22置入的中空鋼管211及一設置於中空鋼管211與第一軸力構件22之間的可硬固材料212，該可硬固材料212為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第一軸力構件22具有受第一圍束構件21包覆的中間段(圖未示)，以及分別凸出於第一圍束構件21兩端且連接中間段的一第一連接部223及一第一接合部224。第一連接部223具有一與中間段連成一體且長度為L的第一板24以及一與中間段連成一體且長度為L的第二板25，並且第一板24與第二板25上下平行間隔形成一面向第二束制模組3的插接槽29。而第一接合部224與中間段連成一體且長度為L，第一接合部224為截面呈十字型的板體，並且對接於鋼材結構19的接合板191。

第二束制模組3包括一第二圍束構件31及一第二軸力構件32。第二圍束構件31呈剛性結構，並具有一供第二軸力構件32置入的中空鋼管311及一設置於中空鋼管311與第二軸力構件32之間的可硬固材料312，該可硬固材料212為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第二軸力構件32具有一受第二圍束構件31包覆的中間段(圖未示)，以及分別凸出第二圍束構件31的兩端且連接中間段的一第二連接部322及一第二接合部323，第二連接部322為一用以置入插接槽29且長度為L的板體。而第二接合部323與中間段連成一體且長度為L，第二接合部323為截面呈十字型的板體，並且對接於鋼材結構19的另一接合板191。

於是，藉由第二束制模組3的第二連接部322置入第一束制模組2的第一連接部223所形成的插接槽29，此時，第二連接部322受第一板24與第二板25的挾持，並利用焊接技術將其加以固定連接，使得第一束制模組2與第二束制模組3連接成一體。較佳地，如圖3所示，挫屈束制支撐裝置101還包含複數用以螺鎖第二連接部322、第一板24與第二板25的螺鎖件192，藉此增加第一束制模組2與第二束制模組3的連接強度。

值得說明的是，第一連接部223與第二連接部322是交疊地連接，所以兩者連接後的長度為L，也就是第一圍束構件21相距於第二圍束構件22的距離為L。如此一來，參閱圖5，由於鋼材結構19的兩接合板191所相差的距離D是固定的，再加上第一束制模組2與第二束制模組3相較於習知縮短了相連接的長度(習知為2L，本實施例為L)，所以在有限的空間距離下，本實施例增加第一圍束構件21與第二圍束構件31的長度。因此，藉由長度較長的第一圍束構件21與第二圍束構件31提供較強的束制能力，使得挫屈束制支撐裝置101具有良好的耐震性與較佳的消能效果。整理上述，可推得本發明的重點在於，將第一束制模組2與第二束制模組3相連接的距離縮短，也就是第一圍束構件21相距於第二圍束構件31的距離長度不長於第一接合部224凸出第一圍束構件21的長度以及第二接合部323凸出第二圍束構件31的長度。

參閱圖6與圖7，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置之第二較佳實施例。挫屈束制支撐裝置102適於連接一鋼材結構的二接合板之間而用以消能，挫屈束制支撐裝置102包含一第一束制模組4及一與第一束制模組4相連接成一體的第二束制模組3，先行說明，由於第二較佳實施例與第一較佳實施例兩者的第二束制模組相同，故採用相同標號並不多加贅述。

第一束制模組4包括一第一圍束構件41及一第一軸力構件42。第一圍束構件41呈剛性結構，並具有一供第一軸力構件42置入的中空鋼管411及一設置於中空鋼管411與第一軸力構件42之間的可硬固材料412，該可硬固材料212為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。

第一軸力構件42具有一受第一圍束構件41包覆的中間段(圖未示)，以及分別凸出於第一圍束構件41兩端且連接中間段的一第一連接部423及一第一接合部424。第一連接部423具有一與中間段連成一體且長度為L的第一板44以及一與中間段連成一體且長度為L的第二板45，並且第一板44與第二板45的截面分別呈T字型與倒T字型，並且第一板44與第二板45上下平行間隔形成一面向第二束制模組3的插接槽49，並且第二束制模組3的第二連接部322置入插接槽49內，以使第一束制模組4與第二束制模組3相連接。而第一接合部424與中間段連成一體且長度為L，第一接合部424為截面呈十字型的板體，並且對接於鋼材結構19的接合板191。

進一步說明，第二較佳實施例與第一較佳實施例的差異在於，第一軸力構件42的第一板44與第二板45的截面呈T字型，藉此，當第一連接部423與第二連接部322相連接時，可提供較佳的結構性以增加連接強度，而其他優點與第一較佳實施例相同，故不多加贅述。

參閱圖8與圖9，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置之第三較佳實施例。挫屈束制支撐裝置103適於連接一鋼材結構的二接合板之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置103包含一第一束制模組5及一與第一束制模組5相連接成一體的第二束制模組6。

第一束制模組5包括一第一圍束構件51及一第一軸力構件52。第一圍束構件51呈剛性結構，並具有一供第一軸力構件52置入的中空鋼管511及一設置於中空鋼管511與第一軸力構件52之間的可硬固材料512，該可硬固材料512為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第一軸力構件52具有一受第一圍束構件51包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出於第一圍束構件51兩端的一第一連接部522及一第一接合部523，其中第一連接部522與第一接合部523的長度為L。第一連接部522為一水平設置的板體且形成有一面向第二束制模組6的第一接合凹槽524。而第一接合部523為截面呈十字型的板體且對接於鋼材結構的一接合板。

第二束制模組6包括一第二圍束構件61及一第二軸力構件62。第二圍束構件61呈剛性結構，並具有一供第二軸力構件62置入的中空鋼管611及一設置於中空鋼管611與第二軸力構件62之間的可硬固材料612，該可硬固材料612為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第二軸力構件62具有一受第二圍束構件61包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出於第二圍束構件61兩端的一第二連接部622及一第二接合部623，其中第二連接部622與第二接合部623的長度為L。第二連接部622為一垂直設置的板體且形成有一對應第一接合凹槽524的第二接合凹槽624。而第二接合部623為截面呈十字型的板體且對接於鋼材結構的另一接合板。

於是，藉由第一連接部522的第一接合凹槽524與第二連接部622的第二接合凹槽624相互卡合地連接，並且以焊接加以固定(亦可於第一連接部522與第二連接部622連接處加設鋼板連接兩者，以增加連接強度)，使得第一束制模組5與第二束制模組6相連接的距離縮短為L，也就是縮短第一圍束構件51相距於第二圍束構件61的距離，藉此可達到與第一較佳實施例相同的功效。

參閱圖10與圖11，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置之第四較佳實施例。挫屈束制支撐裝置104適於連接一鋼材結構的二接合板之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置104包含一第一束制模組7及一與第一束制模組7相連接成一體的第二束制模組8。

第一束制模組7包括一第一圍束構件71及一第一軸力構件72。第一圍束構件71呈剛性結構，並具有一供第一軸力構件72置入的中空鋼管711及一設置於中空鋼管711與第一軸力構件72之間的可硬固材料712，該可硬固材料712為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第一軸力構件72具有一受第一圍束構件71包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出第一圍束構件71兩端的一第一連接部722及一第一接合部723，其中第一連接部722的長度為L/2，第一接合部723的長度為L。第一連接部722為一截面呈十字型的板體且面向第二束制模組8。而第一接合部723為一平板狀的板體且用以連接鋼材結構的一接合板。

第二束制模組8包括一第二圍束構件81及一第二軸力構件82。第二圍束構件81呈剛性結構，並具有一供第二軸力構件82置入的中空鋼管811及一設置於中空鋼管811與第二軸力構件82之間的可硬固材料812，該可硬固材料812為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第二軸力構件82具有一受第二圍束構件81包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出第二圍束構件81兩端的一第二連接部822及一第二接合部823，其中第二連接部822的長度為L/2，而第二接合部823的長度為L。第二連接部822為一截面呈十字型的板體且與第一連接部722相向接觸。而第二接合部823為一平板狀的板體且用以連接鋼材結構的另一接合板。

於是，藉由焊接技術將相接觸的第一連接部722與第二連接部822連成一體，此時，兩者相連接起來的長度為L而與第一較佳實施例相同，故可達到與第一較佳實施例相同的效果。

參閱圖12與圖13，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置之第五較佳實施例。挫屈束制支撐裝置105適於連接一鋼材結構的二接合板之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置105包含一第一束制模組901、一與第一束制模組901相連接成一體的第二束制模組902、二連接第一束制模組901與第二束制模組902的連接鋼板903以及複數螺鎖件904。

第一束制模組901包括一第一圍束構件91及一第一軸力構件92。第一圍束構件91呈剛性結構，並具有一供第一軸力構件92置入的中空鋼管911及一設置於中空鋼管911與第一軸力構件92之間的可硬固材料912，該可硬固材料912為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第一軸力構件92具有一受第一圍束構件91包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出第一圍束構件91的一第一連接部922及一第一接合部923。第一連接部922為一呈水平的板體且長度為L/2，第一連接部922面向第二束制模組902。而第一接合部923為二上下呈水平的板體且長度為L，第一接合部923形成一卡槽與鋼材結構的一接合板相連接。

第二束制模組902包括一第二圍束構件93及一第二軸力構件94。第二圍束構件93呈剛性結構，並具有一供第二軸力構件94置入的中空鋼管931及一設置於中空鋼管931與第二軸力構件94之間的可硬固材料932，該可硬固材料932為結構混凝土或環氧樹脂，但不以此為限。第二軸力構件94具有一受第二圍束構件93包覆的中間段(圖未示)，以及連接中間段且分別凸出第二圍束構件93的一第二連接部942及一第二接合部943。第二連接部942為一呈水平的板體且長度為L/2，第二連接部942與第一連接部922相向接觸。而第二接合部943為二上下水平的板體且長度為L，第二接合部943形成一卡槽與鋼材結構的另一接合板相連接。

連接鋼板903設於第一連接部922與第二連接部942上、下兩側，而螺鎖件904縱向地螺鎖第一連接部922、第二連接部942與兩連接鋼板903，藉此，第一束制模組901與第二束制模組902相連接，並且第一圍束構件91相距於第二圍束構件93的距離為L，而相同於第一較佳實施例，故可達到與第一較佳實施例相同的功效。

參閱圖14，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第六較佳實施例。挫屈束制支撐裝置106適於連接一鋼材結構的二接合板之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置106包含一第一束制模組2及一與第一束制模組2相連接成一體的第二束制模組3。第六較佳實施例與第一較佳實施例的差異在於，第一束制模組2的長度較短，而第二束制模組3的長度較長，當然亦可反之為第一束制模組2的長度較長，而第二束制模組3的長度較短。此設計的好處在於，長短不同的束制模組2、3能配合現場施工所需，或者是能夠將現成產品且長短不同的束制模組2、3結合而加以應用。另須說明束制模組的結構亦可為其他較佳實施例之束制模組的結構。

參閱圖15，為本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第七較佳實施例。挫屈束制支撐裝置107適於連接一鋼材結構19的二接合板191之間而用以消能。挫屈束制支撐裝置107包含二沿兩接合板191連線方向平行設置且位於兩接合板191間的結構單元100，以及二分別連接結構單元100與接合板191的軸力板193。

本實施例的結構單元100以第一較佳實施例的挫屈束制支撐裝置101為例(如圖3所示)，但不以此為限，亦可為其他形式的挫屈束制支撐裝置。結構單元100包括一第一束制模組2及一第二束制模組3，其與挫屈束制支撐裝置101的差異在於，第一接合部224是連接於軸力板193；第二接合部323是連接於另一軸力板193，如圖15所示。

其中，第一圍束構件21與第二圍束構件31相距的長度不長於第一接合部224凸出第一圍束構件21的長度以及第二接合部323凸出第二圍束構件31的長度，所以挫屈束制支撐裝置107可達到與第一較佳實施例相同的功效。又，挫屈束制支撐裝置107具有二個結構單元100與二個傳遞受力能量的軸力板193，藉此能夠提升受力等級，以達到較佳的消能保護效果。

綜上所述，本發明模組式挫屈束制支撐裝置101、102、103、104、105藉由第一連接部223、423、522、722、922與第二連接部322、622、822、942的結構設計，而縮短第一圍束構件21、41、51、71、91相距於第二圍束構件31、61、81、93的距離，使得在有限空間內裝設挫屈束制支撐裝置101、102、103、104、105，可增加第一圍束構件21、41、51、71、91與第二圍束構件31、61、81、93的長度，藉此提升挫屈束制支撐裝置101、102、103、104、105的耐震性與消能效果，故確實能達成本發明之目的。此外，挫屈束制支撐裝置106的長短不同的束制模組2、3能配合現場施工所需，或者是能夠將現成產品且長短不同的束制模組2、3結合而加以應用。挫屈束制支撐裝置107以並聯的結構設計，藉此能夠提升受力等級，以達到較佳的消能保護效果。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．結構單元

101~107．．．模組式挫屈束制支撐裝置

19．．．鋼材結構

191．．．接合板

192．．．螺鎖件

193．．．軸力板

2．．．第一束制模組

21．．．第一圍束構件

211．．．中空鋼管

212．．．可硬固材料

22．．．第一軸力構件

223．．．第一連接部

224．．．第一接合部

24．．．第一板

25．．．第二板

29．．．插接槽

3．．．第二束制模組

31．．．第二圍束構件

311．．．中空鋼管

312．．．可硬固材料

32．．．第二軸力構件

322．．．第二連接部

323．．．第二接合部

4．．．第一束制模組

41．．．第一圍束構件

411．．．中空鋼管

412．．．可硬固材料

42．．．第一軸力構件

423．．．第一連接部

424．．．第一接合部

44．．．第一板

45．．．第二板

49．．．插接槽

5．．．第一束制模組

51．．．第一圍束構件

511．．．中空鋼管

512．．．可硬固材料

52．．．第一軸力構件

522．．．第一連接部

523．．．第一接合部

524．．．第一接合凹槽

6．．．第二束制模組

61．．．第二圍束構件

611．．．中空鋼管

612．．．可硬固材料

62‧‧‧第二軸力構件

622‧‧‧第二連接部

623‧‧‧第二接合部

624‧‧‧第二接合凹槽

7‧‧‧第一束制模組

71‧‧‧第一圍束構件

711‧‧‧中空鋼管

712‧‧‧可硬固材料

72‧‧‧第一軸力構件

722‧‧‧第一連接部

723‧‧‧第一接合部

8‧‧‧第二束制模組

81‧‧‧第二圍束構件

811‧‧‧中空鋼管

812‧‧‧可硬固材料

82‧‧‧第二軸力構件

822‧‧‧第二連接部

823‧‧‧第二接合部

901‧‧‧第一束制模組

902‧‧‧第二束制模組

903‧‧‧連接鋼板

904‧‧‧螺鎖件

91‧‧‧第一圍束構件

911‧‧‧中空鋼管

912‧‧‧可硬固材料

92‧‧‧第一軸力構件

922‧‧‧第一連接部

923‧‧‧第一結合部

93‧‧‧第二圍束構件

931‧‧‧中空鋼管

932‧‧‧可硬固材料

94‧‧‧第二軸力構件

942‧‧‧第二連接部

943‧‧‧第二接合部

圖1是一立體圖，說明習知日本特許專利第3875924號所揭露的長尺挫屈束制支撐；

圖2是一側視示意圖，說明該長尺挫屈束制支撐的結構；

圖3是一立體圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第一較佳實施例；

圖4是一側視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置的結構；

圖5是一俯視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置裝設於一鋼材結構的兩接合板之間；

圖6是一立體圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第二較佳實施例；

圖7是一側視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置的結構；

圖8是一立體圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第三較佳實施例；

圖9是一側視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置的結構；

圖10是一立體圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第四較佳實施例；

圖11是一側視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置的結構；

圖12是一立體圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第五較佳實施例；

圖13是一側視示意圖，說明該挫屈束制支撐裝置的結構；

圖14是一立體圖，說明說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第六較佳實施例；及

圖15是一俯視示意圖，說明本發明模組式挫屈束制支撐裝置的第七較佳實施例。

101．．．模組式挫屈束制支撐裝置