TWI440754B - Multi - functional steel building structure - Google Patents

Description

多功能鋼造建築結構

本發明係關於一種多功能鋼造建築結構，特別是指一種應用剛性構架取代傳統鋼筋且具備防震、防火排煙、減音及減碳等功能之建築結構。

傳統建築結構諸如樑、柱、樓版、牆等之施工，必須先配置鋼筋架構再架設模板，將其包圍在模板內，然後施以水泥灌漿，待水泥固化後拆模而塑造出樑、柱、樓版、牆等的外型。一般而論，使用傳統鋼筋混凝土營建不但施工速度緩慢，且模板的損耗率也高。

以此傳統方式建造成之樑、柱、樓版、牆等結構，無論從其橫斷面或縱斷面來看，都是以混凝土包覆著鋼骨，故，一旦遇到強烈的地震其外層的混凝土會先被震破碎裂而剝落，更嚴重的會變形甚至斷裂。傳統鋼筋混凝土之建築結構幾乎很難抵擋有如921規模的大地震。

另外，從建築物防火方面而言，建築物之防火構造固然可以從建築技術規則來規範其使用防火等級的材料，但在一般火災中受高溫灼傷通常不是人命傷亡的主要原因，從歷來火災統計資料顯示，大部分生命的傷亡幾乎都是因吸入一氧化碳等有害氣體或濃煙所致。煙是火災燃燒過程中必然的產物，濃煙除了會使人窒息之外會阻礙視線，會助長驚慌狀況而影響逃生者找到逃離火場的路線，且會影響消防人員能否找出火場、撲滅火災的影響因素。在許多情況，煙往往比溫度更早達到令人難以忍受的程度，因此防煙比防高溫對生命的威脅更形重要，一般新建高樓建築基本上都設計有公共排煙管道，惟，可以理解的是，室內隔間通常是阻礙濃煙順利排出的主要障礙。故而，針對上述課題，為本業界亟待努力克服的目標。

本發明之主要目的在於提供一種多功能鋼造建築結構，用以改善傳統建築結構耐震效果不佳的缺點。

為了達成上述目的及其他目的，根據本發明多功能鋼造建築結構，其係由複數樑、柱、樓版、牆等構成在上、下方向具有至少一內部空間之多疊層的建築結構，該等樑、柱、樓版、牆至少包含一由多數垂直方向之第一構件和多數水平方向之第二構件互相插接組合成而成之剛性構架，其中該第一構件之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔，且在該鏤孔中至少形成一個對角方向的肋部；該第二構件分別穿設在該第一構件之鏤孔中，在該第二構件之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔，且在該鏤孔中至少形成一個對角方向的肋部；該建築結構至少另外具備一公共排煙管道。其中，每一樑之中心具有一鋼骨，沿該鋼骨橫斷面之四周分別以該剛性構架圍繞並固定在一起；每一柱之中心具有一鋼骨，沿該鋼骨橫斷面之四周分別以該剛性構架圍繞並固定在一起；及，一天花板，以剛性構架形成之固定在每一內部空間的上方及樓版的下方，構成一夾層空間並與該公共排煙管道連通。

根據本發明，在該樑、柱、樓版及牆之剛性構架的外側分別以擴張網覆設作為外模，並以混凝土灌漿在其中而固化成型。以此方式建造之樑、柱、樓版、牆等結構，無論從其橫斷面或縱斷面來看幾乎都是剛性構架包覆著混凝土，該剛性構架抗剪應力效果佳，一旦遇到強烈的地震其內部的混凝土較不容易碎裂或剝落，具有較佳的耐震度，即使地震強度超過結構的設計負荷也會先有變形，不會立即傾倒或斷裂。此為本發明之主要目的。

根據本發明之版、牆側向強度大，相對地承載樑、柱所需之斷面小、構造輕。按照本發明之樑、柱、樓版、牆等結構強度和耐震度，相較於相同強度和耐震度之傳統的樑、柱、樓版、牆等，本發明所需之截面積較小，意即建築用料(包括鋼材及混凝土)較節省、結構輕量化與耐久化，建築成本更低且施工快速，符合環保減碳之目的。此為本發明另一目的。

根據本發明，在該天花板夾層之剛性構架的底面以擴張網封閉作為外模，並在該擴張網表面噴塗有防火砂漿及粉刷有防火漆。又，在該剛性構架之複數預定點上設有排煙閘門、火警偵測裝置及在閘門內設有排煙裝置等，當該火警偵測裝置偵測到火警發生時，該排煙裝置受控將濃煙抽送到該天花板的夾層內並經由該公共排煙管道排出，能在火警發生的第一時間內即將濃煙排出，可避免對生命造成嚴重的危害。此為本發明又一目的。

根據本發明，該樑、柱、樓版、牆等之剛性構架一脈相連，並以混凝土灌注一體成型，能有效阻隔噪音，及該樓版下方之天花板夾層空間除了具有排煙的功能之外，且同時具有減音的功效。此為本發明再一目的。

以下將配合實施例對本發明技術特點作進一步地說明，該實施例僅為較佳代表的範例並非用來限定本發明之實施範圍，謹藉由參考附圖結合下列詳細說明而獲致最好的理解。

首先，第1至12圖用來說明本發明多功能鋼造建築結構並輔以主要的斷面圖加以說明。根據本發明多功能鋼造建築結構1，其係由樑10、柱20、樓版30、牆40等構成具有內部空間之多疊層的建築結構(如第1及2圖所示)，該樑10、柱20、樓版30、牆40分別包含至少一由多數直交方向之第一構件S10和第二構件S20垂直相交組合成而成之剛性構架S。其中，該樑10之中心具有一鋼骨SH，沿該鋼骨SH橫斷面之四周分別以該剛性構架S圍繞並固定在一起；該柱10之中心具有一鋼骨SH，沿該鋼骨SH橫斷面之四周分別以該剛性構架S圍繞並固定在一起；又，該建築結構1至少具備一公共排煙管道60，在該樓版30的下方以剛性構架S形成一天花板之夾層空間50，並與該公共排煙管道60連通。

該剛性構架S誠如第11至12圖所示，係以有限元素分析軟體分析計算出符合材料強度及材料變限度之設計條件，選用適合之厚度及剛性的鋼板。該第一構件S10係沿該剛性構架S之第一方向等間距地排列，該第一構件S10以鋼板軋壓成型，在其橫斷面的左右側各形成二度直角轉折，橫斷面成C字形結構，及在該第一構件S10之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔S11，且在該鏤孔S11中形成一對對角方向的肋部S12；又，在該鏤孔S11長度方向的一側分別軋壓出一個承接部S13，且藉由其基材形成一個向外側方向突出的凸緣部S14(如第11a及11c圖所示)。該第二構件S20從該剛性構架S之第二方向成等間距地穿設在該第一構件S10之承接部S13中，該第二構件S20以鋼板軋壓成型，在其橫斷面的左右側各形成一度直角轉折，橫斷面成U字形結構，在該第二構件S20之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔S21，且在該鏤孔S21中形成一對對角方向的肋部S22，及該第二構件S20例如以銲接、槍釘或自攻螺釘等與該第一構件S10之凸緣部S14固定在一起(如第11b及11c圖所示)。又，在該第二構件S20的鏤孔S21和鏤孔S21之間包含一個貫穿孔S23，且各穿設一與該第一構件S10方向平行的加勁鋼筋S30。第4圖所示即該剛性構架S應用在垂直方向的結構牆40上，及第5圖所示即該剛性構架S應用在水平方向的結構樓版30上，按照本發明在上述剛性構架S的最外層以剛性的擴張網S40包覆作為外模，並以混凝土灌漿在其中固化成型，免配筋、免拆模施工快速。上述有關剛性構架部分的更詳細說明，可參閱本案發明人於中華民國發明專利申請第98137059號所提出之「營建工程用版牆構件」。

再如第3圖所示，即該剛性構架S應用在垂直支撐柱20的結構上，該柱20中心之鋼骨SH例如習知之H型鋼，在該鋼骨SH橫斷面上以放大尺寸的第二構件S20作為加勁板S20’，包覆在其左右側以作為連接之固定件(如第3a及3b圖所示)；該剛性構架S沿著鋼骨SH橫斷面之四周圍繞包覆，且藉由複數剪力釘S50將該剛性構架S與鋼骨SH固定在一起。又如第6至8圖所示，即該剛性構架S應用在水平支撐樑10的結構上，該樑10中心之鋼骨SH例如習知之H型鋼，在該鋼骨SH橫斷面上以放大尺寸的第二構件S20作為加勁板S20’，包覆在其左右側以作為連接之固定件(如第6a圖所示)；該剛性構架S沿著鋼骨SH橫斷面之四周圍繞包覆，且藉由複數剪力釘S50將該剛性構架S與鋼骨SH固定在一起。由於樑10與樓版30及牆40等的銜接界面有多種型式，包覆在該樑10之鋼骨SH的橫斷面之四周的剛性構架S可與樓版30、牆40等之剛性構架S成共構(如第6、7及8圖所示)。按照本發明，在上述樑10及柱20之剛性構架S的最外層以剛性的擴張網S40包覆作為外模，並以混凝土灌漿在其中固化成型，免配筋、免拆模施工快速，能大幅節省人力工時，降低營建成本。

請再參考第9及10圖所示，在該樓版30的下方，藉由複數第二構件S20將縮小尺寸之剛性構架S吊掛固定形成一天花板之夾層空間50，並使該剛性構架S與樑10維持有寬裕的間距，且該夾層空間50並與該公共排煙管道60連通。根據本發明，在該剛性構架S的底面以擴張網S40包覆作為外模，及在該擴張網S40表面噴塗有防火砂漿及粉刷有防火漆等。其中，在該剛性構架S之複數預定點上設有排煙閘門53、火警偵測裝置51例如習知之煙霧感測器、溫度感測器，及在閘門53內設有排煙裝置52等，當該火警偵測裝置51偵測到火警發生時隨即開啓排煙閘門53，該排煙裝置52受控將濃煙抽送到該天花板之夾層空間50內，由於該公共排煙管道60具有煙囪效應，該夾層空間50內的濃煙隨即順著公共排煙管道60排出。

根據本發明之樓版30、牆40側向強度大，相對地樑10、柱20承載所需之斷面小、構造輕，與相同強度和耐震度之傳統鋼筋混凝土的樑、柱、樓版、牆等相較之下，本發明所需之截面積較小，意即建築用料包括鋼材及混凝土等較節省、結構輕量化與耐久化，建築成本更低且施工快速，符合環保減碳之目的。如上述之樑10、柱20、樓版30及牆40等建築結構1，無論從其橫斷面或縱斷面來看幾乎都是剛性構架S包覆著混凝土，其握裹力佳，相對地抗剪應力效果較傳統鋼筋混凝土優異，一旦遇到強烈的地震其內部的混凝土較不容易碎裂或剝落，具有較佳的耐震度，即使地震強度超過結構的設計負荷也會先有變形，不會立即傾倒或斷裂，能將地震災害減少至最低程度。經發明人等委託國家地震中心以SAP2000軟體模擬測試比較，其中，外力設定：以921地震時在嘉義偵測站所測出的地表歷時加速度值作為外力；測試組：包括本發明之樑、柱、樓版及牆等結構體；對照組：傳統鋼筋混凝土RC及鋼構混凝土SRC等構築之樑、柱、樓版及牆等結構體，從測試的變形量都能得到一一驗證。又，根據本發明之樑10、柱20、樓版30、牆40等之剛性構架S一脈相連，並以混凝土灌注一體成型，能有效阻隔噪音，及該樓版30下方之天花板的夾層空間50除了具有排煙的功能之外，能有效阻絕樓層與樓層之間聲音的傳遞，同時具有減音的功效。

以上僅為本發明代表說明的較佳實施例，並不侷限本發明實施範圍，即不偏離本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，應仍屬本發明之涵蓋範圍。

1．．．建築結構

10．．．樑

20．．．柱

30．．．樓版

40．．．牆

50．．．夾層空間

51．．．火警偵測裝置

52．．．排煙裝置

53．．．排煙閘門

60．．．排煙管道

S．．．剛性構架

S10．．．第一構件

S11．．．鏤孔

S12．．．肋

S13．．．承接部

S14．．．凸緣部

S20．．．第二構件

S20’．．．加勁板

S21．．．鏤孔

S22．．．肋

S23．．．貫穿孔

S30．．．加勁鋼筋

S40．．．擴張網

S50．．．剪力釘

SH．．．鋼骨

第1圖係繪示本發明多功能鋼造建築結構之實施例之平面示意圖；第2圖為顯示第1圖建築結構之局部立體圖；第3圖為顯示本發明建築結構之柱之橫斷面示意圖；第3a圖為顯示從第3圖中3a-3a方向之縱斷面示意圖；第3b圖為顯示第3及3a圖中標示為S20’之構件的立體圖；

第4圖為顯示本發明建築結構之牆之縱斷面示意圖；

第5圖為顯示本發明建築結構之樓版之橫斷面示意圖；

第6圖為顯示本發明建築結構之樓版和樑共構之橫斷面示意圖；

第6a圖為顯示從第6圖中6a-6a方向之縱斷面示意圖；

第7圖為顯示本發明建築結構之樓版、樑及牆共構之橫斷面示意圖；

第8圖為顯示本發明建築結構之樓版、樑及牆共構之另一橫斷面示意圖；

第9圖為顯示本發明建築結構之天花板夾層之剖面示意圖；

第10圖為顯示本發明建築結構之天花板夾層之另一剖面示意圖；

第11圖為顯示本發明應用於牆之剛性構架之組合狀態立體圖；

第11a圖為顯示本發明第一構件之橫斷面示意圖；

第11b圖為顯示本發明第二構件之橫斷面示意圖；

第11c圖為顯示本發明第一構件、第二構件成分離狀態之局部立體圖；

第12圖為顯示本發明應用於樓版之剛性構架之組合狀態立體圖。

10．．．樑

30．．．樓版

50．．．夾層空間

51．．．火警偵測裝置

52．．．排煙裝置

53．．．排煙閘門

60．．．排煙管道

S．．．剛性構架

S20．．．第二構件

S40．．．擴張網

SH．．．鋼骨

Claims (8)

1. 一種多功能鋼造建築結構，其係由複數樑、柱、樓版、牆等構成在上、下方向具有至少一內部空間之多疊層的建築結構，該等樑、柱、樓版、牆至少包含一由多數垂直方向之第一構件和多數水平方向之第二構件互相插接組合成而成之剛性構架，其中該第一構件之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔，且在該鏤孔中至少形成一個對角方向的肋部；該第二構件分別穿設在該第一構件之鏤孔中，在該第二構件之縱向面上等間距地形成多數個矩形鏤孔，且在該鏤孔中至少形成一個對角方向的肋部；該建築結構至少另外具備一公共排煙管道；其特徵在於：每一樑之中心具有一鋼骨，沿該鋼骨橫斷面之四周分別以該剛性構架圍繞並固定在一起；每一柱之中心具有一鋼骨，沿該鋼骨橫斷面之四周分別以該剛性構架圍繞並固定在一起；及一天花板，以剛性構架形成之固定在每一內部空間的上方及樓版的下方，構成一夾層空間並與該公共排煙管道連通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多功能鋼造建築結構，其中該第一構件以鋼板軋壓成型，橫斷面成C字形結構，及在該鏤孔長度方向的一側分別軋壓出一個承接部，且藉由其基材形成一個向外側方向突出的凸緣部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多功能鋼造建築結構，其中該第二構件以鋼板軋壓成型，橫斷面成U字形結構，分別穿設在該承接部中且與該凸緣部固定在一起。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多功能鋼造建築結構，其中該柱之鋼骨為H型鋼，在其橫斷面的左右側分別以加勁板包覆，及藉由複數剪力釘將該剛性構架與H型鋼固定在一起；該樑之鋼骨為H型鋼，在其橫斷面的左右側分別以加勁板包覆，及藉由複數剪力釘將該剛性構架與H型鋼固定在一起。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多功能鋼造建築結構，其中在該第二構件的鏤孔和鏤孔之間又包含一個貫穿孔，且各穿設一與該第一構件方向平行的加勁鋼筋。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多功能鋼造建築結構，其中在該樑、柱、樓版及牆之剛性構架的外側分別以擴張網封閉作為外模，並以混凝土灌漿在其中固化成型。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多功能鋼造建築結構，其中在該天花板夾層之剛性構架的底面以擴張網封閉作為外模，並在該擴張網表面噴塗有防火砂漿及粉刷有防火漆。
8. 如申請專利範圍第7項所述之多功能鋼造建築結構，其中在該剛性構架之複數預定點上設有排煙閘門、火警偵測裝置及在閘門內設有排煙裝置，當該火警偵測裝置偵測到火警發生時，該排煙裝置受控將濃煙抽送到該天花板夾層，並經由該公共排煙管道排出。