TWI491785B - 拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置 - Google Patents

Description

拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置

　　本發明係有關於一種拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，尤其是指一種能有效提高摩擦阻尼設計容量，使結構體具有更加優良之消能減震效果的拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置。

　　按，近年來全球災難性地震不斷發生與重演，每一場大地震的發生往往伴隨著數千、萬個生命的殞落，更伴隨著無數家庭的破碎。而強震所引致的交通電訊中斷、設施功能癱瘓，進而導致經濟停頓、市場流失等中長期的經濟損失更是難以估計；加上數萬災民無家可歸所衍生的社會問題，人民對政府的不信任感以及國家整體競爭力的衰退等層面的影響，均嚴重衝擊國家社會的發展。

　　以２０１１年３月１１日於日本宮城外海引發高達芮氏規模９﹒０的強烈地震為例，該地震除造成建築結構倒塌與人員傷亡外，巨大的地震能量釋放更進一步引發高達二十三公尺高的海嘯巨浪，侵襲日本東部沿海，造成嚴重傷亡與福島核電廠嚴重的輻射外洩，其造成之環境污染、經濟損失與社會成本更是難以估計。而台灣與日本同樣處於環太平洋地震帶上，芮氏規模高達９﹒０以上之強烈地震同樣可能發生在台灣，國人歷經９２１集集大地震的慘痛教訓，與日本３１１強烈地震的前車之鑑，對於結構物之防震能力應有更高的體認。

　　傳統建築結構係依據韌性設計概念進行設計與施工，容許建築結構於梁端產生塑性角以消散地震能量，強調小震不壞、中震可修、大震不倒的概念，以降低人員的傷亡。然對於站在救災最前線之醫療與消防體系之建築結構物，其於地震過後能否立即投入救災的工作將更顯重要。即使醫療與消防體系之建築結構於地震過程中並未倒塌，然相關之醫療與消防搶救設備若發生移位、傾倒甚至嚴重毀損，依然無法立即投入救災的工作，其將進一步推升震害的傷亡人數。此外，對於高科技業者之生產廠房而言，層疊式廠房之設計概念引致Ｆａｂ層的抗震能力不足，除結構體可能遭受地震破壞外，結構內部之生產機台設備亦容易產生移位與傾覆，難以於震後立即投入生產，對於廠房停工與訂單之流失所造成的損失均難以估計。因此，對於醫療、消能、科技廠房、避難場所等，強調震後必須維持其機能性之建築結構而言，其耐震設計必須朝更為積極之「功能設計」方向去思考。而「結構控制」觀念的應用便提供了這樣的可能性，於結構體中設置制震裝置，以期在地震時吸收能量，與結構構件共同承擔地震力，使結構振動反應減小，提升結構之耐震安全性。

　　近年來，隨著電腦科技與材料技術的進步，各種創新之結構隔震與消能裝置如雨後春筍般相繼研發出來，包括基礎隔震、消能減震及主動／半主動控制系統。其中，基礎隔震與消能減震設計等屬於被動控制之系統，因毋須額外的動力供給、設計簡單、機構行為容易掌握，較具發展潛力。

　　基礎隔震在滿足特定之條件下，不失為有效的建築防震工法。目前，美國加州、日本及臺灣等位於強震帶的國家已有不少醫院建築採用這種設計。隔震設計藉由柔性的隔震支承延長結構基本週期—設計目標通常為２～３秒之間，避開地震的主要振頻以隔絕地震力的傳輸路徑，降低結構所須承受之地震力。惟應用隔震設計有其前提，並非所有場址、任何型式的建築都能適用。另一方面，消能減震乃利用額外的消能裝置與結構適當地結合，而將結構在地震作用時的層間位移或相對速度轉換為消能裝置的驅動機制，使其吸收地震能量，進而提升結構的耐震能力。消能減震工法有較佳之可靠度與經濟性，近年來已廣為業界所接受。就物理及振動力學原理而言，凡構成吸能阻尼材料或裝置者，其機構至少必須滿足塑性變形或流阻特性之兩個基本要件之一，其係利用金屬材料之大幅度變形使其承受之應力超過該材料降伏強度，而由彈性行為進入塑性變形，繼而於往復運動過程中產生吸能者，其阻力大小與構件之位移變形有關，一般稱之為「位移型消能元件」，如金屬降伏阻尼器﹙Ｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｙｉｅｌｄｉｎｇ　Ｄａｍｐｅｒ﹚、挫屈束制斜撐（Ｂｕｃｋｌｉｎｇ　Ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ　Ｂｒａｃｅｓ，ＢＲＢ）、圓形棒加勁消能阻尼器等；抑或利用阻尼裝置組成構件間之相對運動，間接驅動其內含流質或半固態材料之流動而產生阻力，其阻力大小與流體之流動速度有關，一般稱之為「速度型消能元件」，或材料本身之黏滯性而產生對於振動之阻抗力，如黏滯性液流阻尼器﹙Ｖｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄａｍｐｅｒ﹚。此外，有利用摩擦消能原理而發展之「摩擦阻尼器」，因其消散能量與摩擦介面之相對位移成正比，故「摩擦阻尼器」亦可被歸類為「位移型消能元件」。摩擦阻尼器主要透過摩擦介面之摩擦力與相對滑動位移所作的負功，達到消散地震能量之目的。

　　就習用利用摩擦機制達到消能制震的摩擦阻尼器而言，其多為採用金屬質地作為對磨材質，惟一般金屬材料質地較硬，表面之摩擦係數低，致使摩擦阻尼器之設計容量偏低，難以滿足建築結構工程實務應用之需求。

　　本發明之主要目的，係提供一種拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，該裝置具有多個摩擦介面，能有效提高摩擦阻尼裝置之設計容量，滿足建築結構工程實務應用之需求，改善傳統摩擦阻尼器之缺失。

　　上述本發明之主要目的與功效，是由以下之具體技術手段所達成：

　　一種拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，係包括有中心軸座、支撐墊塊、摩擦阻尼片及外覆板件；中心軸座自軸心處向外放射狀凸設複數翼片，於該些翼片上設長槽孔，支撐墊塊設在兩兩翼片之間，摩擦阻尼片則設在翼片與支撐墊塊之間，外覆板件以和翼片凸伸方向相互垂直的狀態設置在最外側，另以鎖固件穿設鎖固成相對應的二外覆板件，期間該鎖固件並同時依序穿設支撐墊塊、摩擦阻尼片、翼片之長槽孔、摩擦阻尼片、支撐墊塊，該中心軸座的一端與該些外覆板件的一端分別固定於相鄰的二結構體；據此，當風力或震動力施加於二結構體使中心軸座與外覆板件間將產生相對位移時，將可透過在中心軸座之各翼片二側所設置之摩擦阻尼片產生多個滑動摩擦介面，而大幅提升阻尼裝置之設計容量。

　　其中，在如上所述本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的較佳實施例中，該摩擦阻尼片係選自摩擦係數較低之黃銅、硬塑膠等材料或高摩擦係數之特殊合金材質。

　　其中，在如上所述本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的較佳實施例中，該中心軸座自軸心處向外放射狀凸設四翼片，各四翼片間之夾角為９０度而呈十字形狀。

　　其中，在如上所述本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的較佳實施例中，該中心軸座的一端處接設有支撐鈑，供與結構體接設固定。

　　其中，在如上所述本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的較佳實施例中，該外覆板件的一端處接設有支撐鈑，供與結構體接設固定。

　　其中，在如上所述本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的較佳實施例中，該外覆板件與一端處接設之支撐鈑間設有補強板。

　　為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

　　請參第一圖，為本發明拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的立體分解圖。

　　本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置包括有：一中心軸座（１）、複數支撐墊塊（２）、複數摩擦阻尼片（３）、複數外覆板件（４）及複數鎖固件（５）；其中：

　　該中心軸座（１），其自軸心向外放射狀凸設複數翼片（１１），每一翼片（１１）上均設有沿著軸向方向延伸之長槽孔（１２）；

　　該些支撐墊塊（２），係設在該中心軸座（１）的兩兩翼片（１１）之間，並在該些支撐墊塊（２）上沿著中心軸（Ｏ）設置呈徑向貫穿的複數第一方向穿孔（２１）與第二方向穿孔（２２），該些第一方向穿孔（２１）與該些第二方向穿孔（２２）間為朝不同徑向方向貫穿設置，尤其該些第一方向穿孔（２１）與該些第二方向穿孔（２２）的軸向方向是分別與其對應之翼片（１１）的凸伸方向相互垂直，且分布的範圍限於對應該翼片（１１）之長槽孔（１２）的開設範圍；

　　該些摩擦阻尼片（３），係設在該翼片（１１）與該支撐墊塊（２）之間，該些摩擦阻尼片（３）上設置複數貫孔（３１），該些複數貫孔（３１）對應該支撐墊塊（２）之第一方向穿孔（２１）或第二方向穿孔（２２）；

　　該些外覆板件（４），係以和該翼片（１１）凸伸方向相互垂直的狀態設置在最外側，其上設有複數貫穿孔（４１），該些複數貫穿孔（４１）對應該支撐墊塊（２）之第一方向穿孔（２１）或第二方向穿孔（２２）；

　　該些鎖固件（５），係穿設鎖固在兩兩對應設置之二外覆板件（４）上，期間該些鎖固件（５）並同時依序穿設該支撐墊塊（２）、該摩擦阻尼片（３）、該翼片（１１）之長槽孔（１２）、該摩擦阻尼片（３）、該支撐墊塊（２），以將該中心軸座（１）、該些支撐墊塊（２）、該些摩擦阻尼片（３）及該些外覆板件（４）組設固定成一拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置。

　　組裝本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置時，請參第二、三、四圖。係在該中心軸座（１）的兩兩翼片（１１）之間設置一支撐墊塊（２），並同時在該支撐墊塊（２）的二側與該中心軸座（１）之各翼片（１１）之間各設置一摩擦阻尼片（３），使該中心軸座（１）之各翼片（１１）的二側為該摩擦阻尼片（３）所貼覆，而該摩擦阻尼片（３）的另一側則與該支撐墊塊（２）的其中一面貼觸，於該中心軸座（１）各翼片（１１）的凸伸方向路徑上設置一外覆板件（４），令該外覆板件（４）與該翼片（１１）凸伸之方向相互垂直；最後，再以該些鎖固件（５）依序穿設鎖固成相對應設置之外覆板件（４）的貫穿孔（４１）、支撐墊塊（２）之第一方向穿孔（２１）、摩擦阻尼片（３）之貫孔（３１）、翼片（１１）之長槽孔（１２）、摩擦阻尼片（３）之貫孔（３１）、支撐墊塊（２）之第一方向穿孔（２１）、外覆板件（４）的貫穿孔（４１），以及依序穿設鎖固成相對應設置之外覆板件（４）的貫穿孔（４１）、支撐墊塊（２）之第二方向穿孔（２２）、摩擦阻尼片（３）之貫孔（３１）、翼片（１１）之長槽孔（１２）、摩擦阻尼片（３）之貫孔（３１）、支撐墊塊（２）之第二方向穿孔（２２）、外覆板件（４）的貫穿孔（４１），將該中心軸座（１）、該些支撐墊塊（２）、該些摩擦阻尼片（３）、該些外覆板件（４）組成一能大幅提升阻尼設計容量之抗風減震阻尼裝置。

　　請參看第五圖，當將該中心軸座（１）的一端固定安裝於其一結構體（６１），而將該些外覆板件（４）相對該中心軸座（１）一端的另一端固定安裝於另一結構體（６２），且二結構體（６１）、（６２）承受風力或震動力時，二結構體（６１）、（６２）因風力或震動力影響所產生之相對運動，將施加於分別與二結構體（６１）、（６２）固接之中心軸座（１）及外覆板件（４），使中心軸座（１）與外覆板件（４）間產生相對位移，而能透過在中心軸座（１）之各翼片（１１）二側所設置之摩擦阻尼片（３）產生多個滑動摩擦介面，而大幅提升阻尼裝置之設計容量。

　　較佳為，該摩擦阻尼片（３）係選自摩擦係數較低之黃銅、硬塑膠等材料或高摩擦係數之特殊合金材質。

　　較佳為，該中心軸座（１）係自軸心處向外放射狀凸設四翼片（１１），使各翼片（１１）間之夾角為９０度而排列呈十字形狀。

　　較佳為，該中心軸座（１）的一端處接設有支撐鈑（１３），供與其一結構體（６１）接設固定。

　　較佳為，該外覆板件（４）的一端處接設有支撐鈑（４２），該支撐鈑（４２）係供與另一結構體（６２）接設固定。

　　較佳為，該外覆板件（４）與其一端處所接設之支撐鈑（４２）間設有補強板（４３），以供強化該支撐鈑（４２）之支撐力。

　　以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

　　綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)．．．中心軸座

(11)．．．翼片

(12)．．．長槽孔

(13)．．．支撐鈑

(2)．．．支撐墊塊

(21)．．．第一方向穿孔

(22)．．．第二方向穿孔

(3)．．．摩擦阻尼片

(31)．．．貫孔

(4)．．．外覆板件

(41)．．．貫穿孔

(42)．．．支撐鈑

(43)．．．補強板

(5)．．．鎖固件

(61)．．．結構體

(62)．．．結構體

(O)．．．中心軸

第一圖：本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的立體分解圖

第二圖：本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的立體組合圖

第三圖：本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的組合俯視剖面圖

第四圖：本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的組合側視剖面暨安裝後示意圖

第五圖：本發明之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置的組合側視剖面暨安裝後實施摩擦減震示意圖

(1)．．．中心軸座

(11)．．．翼片

(12)．．．長槽孔

(13)．．．支撐鈑

(2)．．．支撐墊塊

(21)．．．第一方向穿孔

(22)．．．第二方向穿孔

(3)．．．摩擦阻尼片

(31)．．．貫孔

(4)．．．外覆板件

(41)．．．貫穿孔

(42)．．．支撐鈑

(43)．．．補強板

(5)．．．鎖固件

(O)．．．中心軸

Claims (10)

1. 一種拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，係包括：
   　　一中心軸座，係自其軸心向外放射狀凸設複數翼片，每一翼片上均設有沿著軸向方向延伸之長槽孔；
   　　複數支撐墊塊，係設在該中心軸座的兩兩翼片之間，該支撐墊塊上沿著其中心軸設置徑向貫穿的複數第一方向穿孔與第二方向穿孔，該第一方向穿孔與該第二方向穿孔的軸向方向分別與其對應之翼片的凸伸方向相互垂直，且分布的範圍限於對應該翼片之長槽孔的開設範圍；
   　　複數摩擦阻尼片，設在該翼片與該支撐墊塊之間，該些摩擦阻尼片上設置複數貫孔；
   　　複數外覆板件，係以和該翼片凸伸方向相互垂直的狀態設置在最外側，其上設有複數貫穿孔；及
   　　複數鎖固件，係穿設固定於成相對應的二外覆板件的貫穿孔中，期間該鎖固件並同時依序穿設該支撐墊塊之 第一方向穿孔或第二方向穿孔、摩擦阻尼片之貫孔、翼片之長槽孔、摩擦阻尼片之貫孔、支撐墊塊之第一方向穿孔或第二方向穿孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該摩擦阻尼片係選自摩擦係數較低之黃銅、硬塑膠材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該摩擦阻尼片係選自高摩擦係數之特殊合金材質。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任意一項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該中心軸座自軸心處向外放射狀凸設四翼片，各四翼片間之夾角為９０度而呈十字形狀。
5. 如申請專利範圍第4項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該中心軸座的一端處接設有供與結構體接設固定之支撐鈑。
6. 如申請專利範圍第5項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該外覆板件的一端處接設有供與結構體接設固定之支撐鈑。
7. 如申請專利範圍第6項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該外覆板件與一端處接設之支撐鈑間設有補強板。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任意一項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該中心軸座的一端處接設有供與結構體接設固定之支撐鈑。
9. 如申請專利範圍第8項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該外覆板件的一端處接設有供與結構體接設固定之支撐鈑。
10. 如申請專利範圍第9項所述之拘束式抗風制震摩擦阻尼裝置，其中，該外覆板件上之支撐鈑與該外覆板件間設有補強板。