TWI554667B - 組合式鋼棒挫屈束制支撐 - Google Patents

Description

組合式鋼棒挫屈束制支撐

本發明係關於一種挫屈束制支撐裝置，尤指一種組合式鋼棒挫屈束制支撐裝置。

一般傳統斜撐構架系統常被用來作為抵抗地震力之用，但是研究發現傳統斜撐受軸壓力時容易會產生整體挫屈以及局部挫屈，而習知之挫屈束制支撐(Buckling Restrained Brace，簡稱BRB)有效的改善了傳統斜撐系統的問題，其不但在受壓力時不會產生挫屈，具有較高的承壓能力，更具有十分飽滿的遲滯行為可以消散大部分的地震能量。

請參閱圖1、圖2A及圖2B，其分別為習知挫曲束制支撐示意圖、及圖1之A-A剖面圖與B-B剖面圖，一般挫屈束制支撐裝置均包含軸力構件61、圍束構件62與滑動構件63，軸力構件61主要功能是承擔軸力，一般由單片鋼板或多片鋼板組合而成，其常見為的形狀有一字、十或T形等，軸力構件61兩端為組接段611，中央段為主受 力段612，通常為了確保主受力段612能充分發揮出強度及韌性，均會將組接段611斷面設計的較主受力段612斷面為大；圍束構件62主要功能是提供軸力構件側向支撐，防止軸力構件受壓挫屈，一般由鋼管621內填充混凝土622所構成；滑動構件63功能為減少主受力元件與側撐元件間之摩擦力，以防止軸力構件61之軸力傳遞到圍束構件62，常見有矽膠板、橡膠板、黏性橡膠、高密度泡綿等材料。

請同時參閱圖1、圖2A、圖2B及圖3，圖3為習知挫曲束制支撐組接段與中央段界面示意圖，如前所述，因組接段611斷面較主受力段612斷面大，而為了避免組接段611壓迫到圍束構件62，因此圍束構件62需在組接段611與主受力段轉換處設置一段預留壓縮空間64；為達此目的，在圍束構件鋼管621內填充混凝土622澆置前，需使用一種可壓縮材料(如保麗龍)填滿此預留壓縮空間64；然而這樣的配置，在施作上將面臨以下的問題(1)預留壓縮空間64之大小與形狀具有相當高的精度，而可壓縮材料(如保麗龍)一般質地柔軟，製造上精度不易控制；(2)可壓縮材料不易固定於預留壓縮空間64內，尤其在填充混凝土622澆置時，容易受混凝土流動衝擊發生移位與變形；(3)當整個挫屈束制支撐完成後，預留壓縮空間64已埋設在圍束構件62內，無法檢查；(4)軸力構件61插通圍束構件62不易施作，經常造成滑動構件63的脫落，且軸力構件61不易定位，難以確保整個挫屈束制支撐的品質；(5)當軸力構件61採用多片鋼板組合而成時，透過焊接加工成 形，焊接作業易造成軸力構件61扭曲。

再者，參閱圖4，其為習知挫曲束制支撐運用於鋼骨構架示意圖，由於為了讓習知挫屈束制支撐6與建築物之鋼骨樑柱構架7相連接，不論習知挫屈束制支撐6兩端組接段採用螺栓接合或焊接方式均需於建築物樑柱構架與挫屈束制支撐兩端間均設需設置鋼製一處鋼骨結構連結鋼板71來連接建築物之鋼骨樑柱構架7；而通常這樣的鋼骨結構連接鋼板71，由於需傳遞挫屈束制支撐巨大的軸力，其長、寬尺度會較為龐大，需採用焊接方式來與建築物樑柱接合，故通常較適合用於鋼骨鋼筋混凝土(Steel Reinforced Concrete)或鋼骨(Steel Structure)結構中，但不易使用於鋼筋混凝土(Reinforced Concrete)結構中。

本發明之主要目的在於解決上述問題，提供一種適用各種結構系統、製作簡單及可以模組化生產之組合式鋼棒挫屈束制支撐。

為達成上述目的，本發明之組合式鋼棒挫屈束制支撐，包括有至少一圍束構件、至少一軸力構件與一間隔元件；其中，圍束構件為一種具有高勁度且至少包含一預留孔之構件；軸力構件包含一主受力段、一轉接段及一接合段；間隔元件為一種具有壓縮及包覆特性之元件；組裝時，間隔元件需套設於軸力構件之主受力段上，並連同局部轉接段一起裝設於圍束構件之預留孔內；圍束構件可 透過間隔元件提供一壓縮空間並束制軸力構件，防止其受壓時發生挫屈。

本發明之組合式鋼棒挫屈束制支撐可同時使用多數之軸力構件，將軸力構件之接合段傳遞之軸力化整為零，分散接合段之應力；當其與鋼筋混凝土結構連接時，無需使用連結板，可直接將軸力構件之接合段如鋼筋一般埋設於鋼筋混凝土連結座內；當其與鋼骨鋼筋混凝土或鋼骨結構連接時，可在軸力構件之接合段焊接一段結合鋼件，並如同習知挫屈束制支撐接頭作法一般與鋼骨構架連結鋼板相連。

前述之圍束構件可採用一外套管元件、至少一內套管元件及填充於內外套管間之一包圍元件來組合製造；也可以將內、外套管元件及包圍元件以一體成形的方式來鑄造。

前述之軸力構件之主受力段，可採用圓形或多邊形之鋼棒，其與轉接段及接合段可分別採用相同或不同材料來組合，而各組軸力構件間之主受力段亦可採用不同材料強度及斷面尺寸，但條件是轉接段所能提供之斷面強度，必需能確保主受力段能充分發揮出強度及韌性，為滿足前述條件，轉接段之斷面尺寸將設計較主受力段之斷面尺寸大，但為避免使轉接段壓迫到圍束構件，軸力構件主受力段與局部轉接段需設置於圍束構件預留孔內，故圍束構件之預留孔內徑至少需略大於軸力構件之轉接段外徑尺寸。

又由於前述軸力構件之轉接段外徑尺寸較主受力段之外徑尺寸大，而圍束構件之預留孔內徑又略大於軸力構件之轉接段外徑尺寸，故圍束構件之預留孔內徑與軸力構件之主受力段之外徑間存在一較大之間隔空間，為了使圍束構件可提供軸力構件足夠的側向支撐力，故本發明採用具有壓縮及包覆特性之間隔元件(如彈簧元件)，其外徑約略等於預留孔內徑，將其套設於軸力構件之主受力段上，並組設於圍束構件之預留孔裡，藉此安裝方式，圍束構件即可透過間隔元件提供一壓縮空間並束制軸力構件，防止其受壓時發生挫屈。

另外，前述之圍束構件可與軸力構件各自獨立分開製作，可配合預留孔數目及配置方式，設計成各種外觀形狀，並以某些特定長度(如6m、8m等)預製生產；使用者可配合建築尺寸需要裁切圍束構件至所需長度；再依結構設計需求，選擇所需的軸力構件數目，將間隔元件套設於其主受力段上，並組裝至圍束構件一部份或全部預留孔內；本發明藉由上述特性達成模組化生產之目的。

本發明所設計之組合式鋼棒挫屈束制支撐，不僅適用於各式結構系統中且保有習知挫屈束制支撐之力學性質，並可大幅改善習知挫屈束制支撐之製造上之問題，更可以模組化之製造方式降低生產成本及穩定製造品質。

以上概述與接下來的詳細說明，皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍；為使本發明之上述目的、特性與優點能更淺顯易懂，將在後續的說 明與圖示加以闡述。

1‧‧‧組合式鋼棒挫屈束制支撐

11‧‧‧軸力構件

11A‧‧‧軸力構件

11B‧‧‧軸力構件

111‧‧‧主受力段

112‧‧‧轉接段

113‧‧‧接合段

114‧‧‧鋼筋混凝土連接座

115‧‧‧結合鋼件

116‧‧‧預留孔

1111‧‧‧外螺牙

1121‧‧‧內螺牙

1131‧‧‧外螺牙

1122‧‧‧弧形鋼板

12‧‧‧間隔元件

13‧‧‧圍束構件

131‧‧‧外套管元件

132‧‧‧內套管元件

133‧‧‧包圍元件

134‧‧‧滑動構件

6‧‧‧挫屈束制支撐

61‧‧‧軸力構件

611‧‧‧組接段

612‧‧‧主受力段

62‧‧‧圍束構件

621‧‧‧鋼管

622‧‧‧填充混凝土

63‧‧‧滑動構件

64‧‧‧預留壓縮空間

7‧‧‧鋼骨樑柱構架

71‧‧‧鋼骨結構連接鋼板

圖1係習知挫曲束制支撐示意圖。

圖2A係習知挫曲束制支撐示意圖之A-A剖面圖。

圖2B係習知挫曲束制支撐示意圖之B-B剖面圖。

圖3係習知挫曲束制支撐組接段與中央段界面示意圖。

圖4係習知挫曲束制支撐運用於鋼骨構架示意圖。

圖5係本發明一較佳實施例運用於鋼筋混凝土構架之立面示意圖。

圖6係本發明圖5中組合式鋼棒挫屈束制支撐1之立體示意圖。

圖7係本發明圖6中軸力構件11及間隔元件12之立體示意圖。

圖8係本發明一較佳實施例軸力構件11之分解示意圖。

圖9係本發明一較佳實施例運用於鋼骨構架之示意圖。

圖10係本發明圖9中組合式鋼棒挫屈束制支撐1之立體示意圖。

圖11係本發明圖10中軸力構件11及間隔元件12之立體示意圖。

圖12係本發明一較佳實施例軸力構件11之分解示意圖。

圖13係本發明一較佳實施例預製之圍束構件橫剖示意 圖。

圖14係本發明一較佳實施例圍束構件橫剖示意圖。

圖15係本發明一較佳實施例圍束構件一局部縱剖示意圖。

實施例1，請參閱圖5至圖7，圖5為本發明一較佳實施例運用於鋼筋混凝土構架之立面示意圖，圖6為圖5中組合式鋼棒挫屈束制支撐1之立體示意圖，圖6圖示中隱藏部份圍束構件13圖例，目的為清楚的表示各構件間的配置情況，圖7為圖6中一軸力構件11及間隔元件12之立體示意圖。本發明實施例中之組合式鋼棒挫屈束制支撐1，包括有：至少一軸力構件11、至少一間隔元件12及至少一圍束構件13；軸力構件11由一主受力段111、一轉接段112及一接合段113組成；圍束構件13由一外套管元件131、至少一內套管元件132及內外套管間之一包圍元件133組成；間隔元件12需套設於軸力構件11之主受力段111上，並組設於圍束構件13之內套管元件132管內。

實施例1中雖然只使用了一組圍束構件13及三組軸力構件11，但本發明並不限制圍束構件13及軸力構件11數量，只要一組以上即可使用；且軸力構件11之主受力段111、轉接段112及接合段113之斷面外觀亦非只侷限於圓形，其它多邊形也可考慮使用。

實施例1中所使用之間隔元件12，為一種壓縮 及包覆特性之元件(本實施例為彈簧)，其材質並不侷限於金屬，其他複合材料也可考慮使用。

雖然在本實施例1中，內外套管間之包圍元件133採用混凝土材質，但其它材料如水泥砂漿、金屬填充材或其它複合式填充材亦可考慮使用。

請參閱圖8，其為一較佳實施例軸力構件11之分解示意圖，軸力構件11之主受力段111末端具有一外螺牙1111，轉接段112內具有一內螺牙1121，接合段113末端亦具有一外螺牙1131；組裝軸力構件11時，可將轉接段112與主受力段111及接合段113以鎖接方式連結。

安裝實施例1之組合式鋼棒挫屈束制支撐1時，只要將整組接合段113如同習知鋼筋混凝土結構之鋼筋埋設方式一般，將其組設在具有預留鋼筋之鋼筋混凝土連結座114內，再澆置混凝土即可。

實施例2，請參閱圖9至圖12，圖9為本發明一較佳實施例運用於鋼骨構架之示意圖，圖10為圖9中組合式鋼棒挫屈束制支撐1之立體示意圖，目的為清楚的表示各構件間的配置情況，圖示中隱藏部份圍束構件13圖例，圖11為圖10中一軸力構件11及間隔元件12之立體示意圖，圖12為一較佳實施例軸力構件11之分解示意圖。

在實施例2中，軸力構件11之主受力段111、間隔元件12與圍束構件13之作法，基本上，分別與實施例1軸力構件11之主受力段111、間隔元件12與圍束構件13之作法相同；比較實施例2與實施例1間作法之差異，主 要在於軸力構件11之轉接段112與接合段113之製作方式不同，及接合段113與不同結構系統之接合方式，以下針對前述差異作法敘述如下(1)請參閱圖12，在實施例2中，轉接段112與接合段113為主受力段111之延伸段，並於延伸段上加焊兩片弧形鋼板1122，以擴大這兩區段之斷面積並提高其強度，確保主受力段111能充分發揮出強度及韌性，弧形鋼板1122之材質包括了金屬及非金屬材質，且本實施例雖使用弧形鋼板1122，但並不限制其形狀，以可配合軸力構件11外型為主；(2)在實施例2中，接合段113與鋼骨構架連結鋼板71的連接方式，係在接合段113上可焊接一段結合鋼件115，並如同習知挫屈束制支撐接頭作法一般與鋼骨構架連結鋼板71相連。

實施例3，請參閱圖13，其為一較佳實施例預製之圍束構件橫剖示意圖，本實施例中包括一組預製式之圍束構件13、2組低降伏強度主受力段之軸力構件11A、4組高降伏強度主受力段之軸力構件11B及6組間隔元件12；在本實施例中雖然圍束構件13內設有9組預留孔116，但本發明並不限制這些預留孔116需全部配置軸力構件11或設置相同材質之軸力構件(11A及11B可同時搭配使用)，使用者可依結構強度需求，靈活的在圍束構件13內配置軸力構件11。

實施例4，請參閱圖14，其為另一種圍束構件橫剖示意圖，本實施例中圍束構件13以鋁合金一體成型的方式來鑄造客製化之型狀，並將軸力構件11及間隔元件12 配置於圍束構件13之預留孔116位置，組成另一種具有特色之外觀。

實施例5請參閱圖15，其為本發明之圍束構件一局部縱剖示意圖，與實施例1不同之處在於，軸力構件主受力段111僅一部分長度受圍束構件13之內套管元件132及間隔元件12之包覆，其餘部分則在包圍元件133與軸力構件11之主受力段111的界面上使用習知挫屈束制支撐之滑動構件134，減少主受力元件與側撐元件間之摩擦力，以防止軸力構件11之軸力傳遞到圍束構件13，可視為實施例1之延伸應用。

本發明至少具有下列優點；(1)藉由軸力構件11、間隔元件12及圍束構件13可各自具有獨立製作的特點，實現了組合式鋼棒挫曲束制支撐裝置模組化的目的；(2)使用者可依結構設計需求在一只圍束構件13內使用多種不同材料強度之軸力構件11，讓設計更為靈活；(3)使用者可在一只組合式鋼棒挫曲束制支撐裝置內使用複數之軸力構件11，將軸力化整為零，平均作用於個別軸力構件11之接合段113上；當其與鋼筋混凝土結構連接時，可直接將軸力構件11之接合段113如鋼筋一般埋設於鋼筋混凝土連結座114內，因此更容易運用於鋼筋混凝土結構之建築物；(4)由於在一只組合式鋼棒挫曲束制支撐裝置內各組軸力構件11具有可各自獨立存在的特點，使用者可將複數組軸力構件11靈活排列並搭配圍束構件13製作出各種具有特色之造形。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧組合式鋼棒挫屈束制支撐

11‧‧‧軸力構件

111‧‧‧主受力段

112‧‧‧轉接段

113‧‧‧接合段

12‧‧‧間隔元件

13‧‧‧圍束構件

131‧‧‧外套管元件

132‧‧‧內套管元件

133‧‧‧包圍元件

Claims (10)

1. 一種組合式鋼棒挫屈束制支撐，組設於一構造物之二外接合部間，包括有：至少一圍束構件，每一圍束構件包含有至少一預留孔；至少一間隔元件，該間隔元件係具有壓縮及包覆特性；以及至少一軸力構件，每一軸力構件包含有一主受力段、一轉接段及一接合段，該間隔元件套設於該軸力構件之該主受力段上，並連同局部該轉接段裝設於該圍束構件之該預留孔內，該間隔元件之外徑需小於或等於該圍束構件之該預留孔之內徑，且該間隔元件之內徑亦需大於或等於該軸力構件之該主受力段之外徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該每一圍束構件更包括一外套管元件、至少一內套管元件及一包圍元件，該每一圍束構件係以組合或一體成形方式製作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該軸力構件之該主受力段係為圓形或多邊形之鋼棒。
4. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該至少一軸力構件係為複數時，該複數軸力構件之該主受力段可分別使用不同強度之材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該軸力構件之該主受力段、該轉接段及該接合段可分別採用相同或不同材料來組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該軸力構件之該主受力段之外徑尺寸小於該轉接段之外徑尺寸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該主受力段及該接合段之末端係具有一外螺牙、該轉接段具有一內螺牙，該主受力段、該接合段及該轉接段採用螺牙鎖接方式連結。
8. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該軸力構件之該轉接段及該接合段可由該主受力段之延伸段上加焊一鋼板，以擴大該轉接段及該接合段之斷面積並提高其強度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該圍束構件所包括之該預留孔數量可大於或等於該軸力構件之數量。
10. 如申請專利範圍第1項所述之組合式鋼棒挫屈束制支撐，其中，該圍束構件之該預留孔之內徑至少需大於該軸力構件之該轉接段之外徑。