TWI650470B - 惰性減震結構 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種惰性減震結構，其包括一容納單元以及多個滾動件組合，該容納單元包括至少兩基板以及至少四個空柱，該至少兩基板分別為一第一基板以及一第二基板，該至少四個空柱彼此縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述至少四個空柱的頂面，各空柱內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空柱的四分之三高度，本發明係透過該多個滾動件組合產生的惰性力，有效抵銷地震加速度，而達到提升耐震度的效果。
Description
本發明涉及一種減震結構，尤指一種可用於建築物之柱體或牆面的惰性減震結構。
台灣位於地震帶上，受到各大板塊的擠壓，台灣常頻繁的發生大大小小的地震，因此，近年來興建的建築物大部分皆有考量耐震的設計，如現有的建築物發展出利用減震墊或阻尼，但是，對於老舊的建築物而言，由於舊式建築法規並無對建築耐震設計的要求，故老舊建築物的耐震強度一般較弱，在強震來臨時，老舊建築物較容易發生傾導或倒塌的現象，且老舊的建築物難以加裝減震墊或阻尼，因此，如何在老舊的建築物提升其耐震強度，誠為一重要的課題。
為解決現有老舊建築物的耐震強度較弱，在地震來臨時容易發生倒塌的現象，本發明的主要目的在於提供一種惰性減震結構，本發明係於建築物的容納單元內部放置有多個滾動件，透過該多個滾動件產生的惰性力，有效抵銷地震加速度，而達到提升耐震度的效果。
本發明解決先前技術問題所提出的惰性減震結構，其係用於建築物中，其包括：一容納單元，該容納單元包括至少兩基板以及至少四個空柱，該至少兩基板分別為一第一基板以及一第二基板，該至少四個空柱彼此縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述至少四個空柱的頂面；以及
多個滾動件組合，各空柱內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空柱的四分之三高度。
前述的惰性減震結構，其中，該容納單元具有四個基板以及四十五個空柱，該四個基板分別為一第一基板、一第二基板、一第三基板以及一第四基板，其中十五個空柱縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十五個空柱的頂面，另外十五個空柱縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，且該第三基板的底面固接於前述另外十五個空柱的頂面，再另外十五個空柱縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，且該第四基板的底面固接於前述再另外十五個空柱的頂面。
前述的惰性減震結構，其中，各空柱的截面外圍為0.7m×0.7m，而個空柱的截面內圍為0.4m×0.4m。
本發明解決先前技術問題所提出的惰性減震結構，其係用於建築物中，其包括：一容納單元，該容納單元包括至少兩基板以及至少兩空牆，該至少兩基板分別為一第一基板以及一第二基板，該至少兩空牆間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述至少兩空牆的頂面；以及多個滾動件，多個滾動件組合，各空牆內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空牆的四分之三高度。
前述的惰性減震結構，其中，該容納單元具有四個基板以及三十六片空牆，該四基板分別為一第一基板、一第二基板、一第三基板以及一第四基板，其中十二片空牆縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十二片空牆的頂面，另外十二片空牆縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，且該第三基板的底面固接於前述另外十二片空牆的頂面，再另外十
二片空牆縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，且該第四基板的底面固接於前述再另外十二片空牆的頂面。
前述的惰性減震結構，其中，該空牆的截面外圍為0.7m×4.3m，該空牆的截面內圍為0.4m×4.3m。
本發明解決先前技術問題所提出的惰性減震結構，其係用於建築物中，其包括：一容納單元，該容納單元包括一第一基板、一第二基板、一第三基板、一第四基板、四十五個空柱以及三十六個空牆，其中十五個空柱以及十二個空牆縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十五個空柱以及十二個空牆的頂面，另外十五個空柱以及另外十二個空牆縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，該第三基板的底面固接於前述另外十五個空柱以及前述另外十二個空牆的頂面，再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，該第三基板的底面固接於前述再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆的頂面，該第四基板的底面固接於前述再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆的頂面；以及多個滾動件組合，各空牆內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空柱或各空牆的四分之三高度。
前述的惰性減震結構，其中，各空柱的截面外圍為0.7m×0.7m，而個空柱的截面內圍為0.4m×0.4m，且該空牆的截面外圍為0.7m×4.3m，該空牆的截面內圍為0.4m×4.3m。
前述的惰性減震結構，其中，各滾動件組合包括多個滾動件，該滾動件為一卵石或一碎石。
前述的惰性減震結構，其中該滾動件之粒徑為 5cm~ 10cm。
本發明的技術手段可獲得的功效增進為：本發明將滾動件組合設置於該容納單元內部，在地震來臨時，該多數個滾動件組合可產生一惰性力，能夠抵銷地震的加速度，相較於現有的減震墊或阻尼的防震方法，本發明更適用於老舊的建築物中，達到提升耐震度的效果。
10‧‧‧容納單元
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第二基板
13‧‧‧第三基板
14‧‧‧第四基板
15、15A‧‧‧空柱
16、16A‧‧‧空牆
20‧‧‧滾動件組合
D‧‧‧距離
圖1係本發明第一較佳實施例的立體外觀圖。
圖2係本發明第二較佳實施例的立體外觀圖。
圖3係本發明第二較佳實施例的剖面側視圖。
圖4係本發明第三較佳實施例的立體外觀圖。
圖5係本發明第三較佳實施例的剖面側視圖。
為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照發明內容來實現，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后：
本發明所提供的惰性減震結構的第一較佳實施例係如圖1所示，其包括多個容納單元10以及多個滾動件組合20，其中：
該容納單元10包括一第一基板11、一第二基板12、一第三基板13、一第四基板14以及多個空柱15，其中十五個空柱15縱橫間隔設置於該第一基板11的頂面，其中兩相鄰空柱15的距離為D，且該第二基板12的底面固接於前述十五個空柱15的頂面，另外十五個空柱15縱橫間隔設置於該第二基板12的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十五個空柱15的頂面，再另外十五個空柱15縱橫間隔設置於該第三基板13的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十五個空柱15的頂面，該第四基板14的底面固接於前述十五個空柱15的頂面，各空柱15內部均設有一滾動件組合20，其中，該滾動件組合20的高度不超過各空
柱15的四分之三高度，且各滾動件組合20包括多個滾動件，該滾動件為一卵石或一碎石。
在建築物中空柱中放置約3/4柱高(不可全滿)的無凝聚力的多個滾動件(卵石或碎石)，在建築物承受瞬間地震力時(水平加速度ax)，地震對建築物產生的橫向慣性力：V=ΣWo/g．aX，其中，V=地震對建築物產生的橫向慣性力V(對建築物為剪力)，ΣWo=建築物總重量(呆重+活載重)，g=重力加速度，ax=水平地震加速度，中空柱中的無凝聚力的多個滾動件(卵石或碎石)在地震下會同步產生相反的惰性力：Pp=ΣWi/g‧ax，其中，Pp=地震中空牆、柱中的無凝聚力的多個滾動件(卵石或碎石)重量對建築物產生的反向的慣性力(本處謂之惰性力)，ΣWi=中空牆、柱中的無凝聚力的多個滾動件(卵石或碎石)總重量，g=重力加速度，ax=水平地震加速度。
在建築物中空柱中不可填充用粘性土壤與砂(有毛細吸力)、或多個滾動件(卵石或碎石)全滿的柱，因其會吸附建築物，地震時如同汽車、火車上固定的牆、柱與設備，地震時對建築物反而產生更大的慣性力。
第一較佳實施例的數據計算如下：2間透天三層樓四跨建築物，每跨5m間距，柱高3.5m，中空柱外圍0.7m×0.7m、內空0.4m×0.4m(柱版各寬0.15m可配2排柱筋，防地震扭力)，透天三層樓樑深約0.6m，中空柱內淨高2.9m，中空柱內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的滾動件，該多個滾動件放在預鑄中空四方形的容納單元10(0.4m×0.4m×2.9m，可當柱內模)中。
第一步驟：建築物一層樓之活載重與呆載重約1t/m2，本建築物重W=3樓×1t/m2×2間×5m×4跨×5m(每跨5m)=600t，考慮規模六地震，地震加速度ax=0.33g，則此建築物在地震下產生的橫向慣性力(地震剪力)為由F=m‧ax以及V=0.33g×600t/g=198t。
第二步驟：2間透天三層樓四跨建築物共有3柱(正面)×5柱(側邊)×3層=45柱
第三步驟：中空柱內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)，多個滾動件(卵石或碎石)單位重約為Ym=2t/m3，則每支中空柱內多個滾動件(卵石或碎石)重Wi=2t/m3×0.4m×0.4m×2.625m=0.84t，45支中空柱內空填充卵石或碎石總重為Σ Wi=45支柱×0.84t=37.8t。
第四步驟：45支中空柱內多個滾動件(卵石或碎石)重在0.33g之地震產生的惰性力：S=0.33g×37.8t/g=12.474t。
第五步驟：中空柱內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)減震效果，由198t之地震橫力降至(198-12.474=185.526t)，地震加速度降為ax’=(185.526/198)×0.33g=0.309g，則45支中空柱惰性力，將地震加速度由0.33g降至0.309g減震效果尚可。
如圖2與圖3所示的本發明第二較佳實施例，該容納單元10包括一第一基板11、一第二基板12、一第三基板13、一第四基板14以及多個空牆16，其中十二個空牆16縱橫間隔設置於該第一基板11的頂面，且該第二基板12的底面固接於前述十二個空牆16的頂面，另外十二個空牆15縱橫間隔設置於該第二基板12的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十二個空牆16的頂面，再另外十二個空牆16縱橫間隔設置於該第三基板13的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十二個空牆15的頂面，該第四基板14的底面固接於前述十二個空牆16的頂面，各空牆16內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空牆16的四分之三高度，且各滾動件組合包括多個滾動件，該滾動件為一卵石或一碎石。
在建築物中空牆中放置約3/4柱高(不可全滿)的無凝聚力的多個滾動件(卵石或碎石)，2間透天三層樓四跨建築物，每跨5m間距，柱高3.5m，實心柱0.7m×0.7m，中空壁外圍0.7m×4.3m(5m-0.7m=4.3m)、中空壁內空0.4m×4.3m(牆版各寬0.15m，可配2排柱筋，牆版合計0.3m>0.2m，可當剪力牆或承重牆)，透天三層樓樑深約0.6m，中空壁內淨高2.9m，中空壁內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)，多個滾動件(卵石或碎石)放在預鑄中空長方形鋼箱中(0.4m×4.3m×2.9m，可當牆內模)。
第一步驟：建築物一層樓之活載重與呆載重約1t/m2，本建築物重W=3樓×1t/m2×2間×5m×4跨×5m(每跨5m)=600t，考慮規模六地震，地震加速度ax=0.33g，則此建築物在地震下產生的橫向慣性力(地震剪力)為，由F=m‧ax，V=0.33g×600t/g=198t。
第二步驟：2間透天三層樓四跨建築物配A柱、B柱、C柱三片剪力牆共有：3牆(兩側邊+中間牆)×4面(側牆)×3層=36片牆。
第三步驟：36片中空壁內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)，多個滾動件(卵石或碎石)單位重約為Ym=2t/m3，則每片中空壁內多個滾動件(卵石或碎石)重Wi=2t/m3×0.4m×4.3m×2.625m=9.03t，36片中空壁內空填充卵石或碎石總重為Σ Wi=36片中空壁×9.03t=325.08t。
36片中空壁內多個滾動件(卵石或碎石)重在0.33g之地震產生的惰性力：S=0.33g×325.08t/g=107.27t。
36片中空壁內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)減震效果，由198t之地震橫力降(198-107.27=90.72t)，地震加速度降為ax’=(90.72/198)×0.33g=0.151g，則36片中空壁惰性力，將地震加速度由0.33g降至0.151g減震效果良好。
如圖4與圖5所示的本發明第三較佳實施例，該容納單元10包括一第一基板11、一第二基板12、一第三基板13、一第四基板14、多個空柱15A以及多個空牆16A，其中十五個空柱15A以及十二個空牆16A縱橫間隔設置於該第一基板11的頂面，且該第二基板12的底面固接於前述十五個空柱15A以及十二個空牆16A的頂面，另外十五個空柱15A以及另外十二個空牆16A縱橫間隔設置於該第二基板12的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十五個空柱15A以及前述十二個空牆16A的頂面，再另外十五個空柱15A以及另外十二個空牆16A縱橫間隔設置於該第三基板13的頂面，該第三基板13的底面固接於前述十五個空柱15A以及十二個空牆16A的頂面，該第四基板14的底面固接於前述十五個空柱15A以及十二個空牆16A的頂面，各空柱15A及空牆16A內部均設有一滾動件組合20，其中，該滾動件組合20的高度不超過各空柱15A或空牆16A的四分之三高度，且各滾動件組合20包括多個滾動件，該滾動件為一卵石或一碎石。
2間透天三層樓四跨建築物，每跨5m間距，柱高3.5m，中空柱外圍0.7m×0.7m、內空0.4m×0.4m(柱版各寬0.15m可配2排柱筋，防地震扭力)，中空壁外圍0.7m×4.3m(5m-0.7m=4.3m)、中空壁內空0.4m×4.3m(牆版各寬0.15m，可配2排柱筋，牆版合計0.3m>0.2m，可當剪力牆或承重牆)，透天三層樓樑深約0.6m，中空柱內淨高2.9m，中空柱內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)，多個滾動件(卵石或碎石)放在預鑄中空四方形鋼箱中(0.4m×0.4m×2.9m，可當柱內模)，中空壁內淨高2.9m，中空壁內空填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)，多個滾動件(卵石或碎石)放在預鑄中空長方形鋼箱中(0.4m×4.3m×2.9m，可當牆內模。
第一步驟：45支減震柱惰性力S=0.33g×37.8t/g=12.474t，36片減震壁惰性力S=0.33g×325.08t/g=107.27t，合計惰性力Σ S=12.474+107.27=119.744t。
第二步驟：45支惰性減震柱+36片減震壁填充3/4柱高約2.625m之粒徑 5cm~ 10cm的多個滾動件(卵石或碎石)減震效果，由198t之地震橫力降(198-119.744=78.256t)，地震加速度降為ax’=(78.256/198)×0.33g=0.13g，則45支惰性減震柱+36片減震壁惰性力，將地震加速度由0.33g降至0.13g減震效果良好。考慮施工成本與減震效果，建議使用36片減震壁，其惰性減震力效果好，且又可當剪力牆，是屬最優秀的RC建議設計。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術特徵的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，均仍屬於本發明技術特徵的範圍內。
Claims (10)
- 一種惰性減震結構，其係用於建築物中，且包括：一容納單元，該容納單元包括至少兩基板以及至少四個空柱，該至少兩基板分別為一第一基板以及一第二基板，該至少四個空柱彼此縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述至少四個空柱的頂面；以及多個滾動件組合，各空柱內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空柱的四分之三高度。
- 如請求項1所述之惰性減震結構，其中，該容納單元具有四個基板以及四十五個空柱，該四個基板分別為一第一基板、一第二基板、一第三基板以及一第四基板，其中十五個空柱縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十五個空柱的頂面，另外十五個空柱縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，且該第三基板的底面固接於前述另外十五個空柱的頂面，再另外十五個空柱縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，且該第四基板的底面固接於前述再另外十五個空柱的頂面。
- 如請求項2所述之惰性減震結構，其中，各空柱的截面外圍為0.7m×0.7m，而個空柱的截面內圍為0.4m×0.4m。
- 一種惰性減震結構，其係用於建築物中，且包括：一容納單元，該容納單元包括至少兩基板以及至少兩空牆，該至少兩基板分別為一第一基板以及一第二基板，該至少兩空牆間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述至少兩空牆的頂面；以及多個滾動件，多個滾動件組合，各空牆內部均設有一滾動件組合，其中，該滾動件組合的高度不超過各空牆的四分之三高度。
- 如請求項4所述之惰性減震結構，其中，該容納單元具有四個基板以及三十六片空牆，該四基板分別為一第一基板、一第二基板、一第三基板 以及一第四基板，其中十二片空牆縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十二片空牆的頂面，另外十二片空牆縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，且該第三基板的底面固接於前述另外十二片空牆的頂面，再另外十二片空牆縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，且該第四基板的底面固接於前述再另外十二片空牆的頂面。
- 如請求項5所述之惰性減震結構，其中，該空牆的截面外圍為0.7m×4.3m，該空牆的截面內圍為0.4m×4.3m。
- 一種惰性減震結構，其係用於建築物中，且包括：一容納單元，該容納單元包括一第一基板、一第二基板、一第三基板、一第四基板、四十五個空柱以及三十六個空牆，其中十五個空柱以及十二個空牆縱橫間隔設置於該第一基板的頂面，且該第二基板的底面固接於前述十五個空柱以及十二個空牆的頂面，另外十五個空柱以及另外十二個空牆縱橫間隔設置於該第二基板的頂面，該第三基板的底面固接於前述另外十五個空柱以及前述另外十二個空牆的頂面，再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆縱橫間隔設置於該第三基板的頂面，該第三基板的底面固接於前述再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆的頂面，該第四基板的底面固接於前述再另外十五個空柱以及再另外十二個空牆的頂面；以及多個滾動件，各空柱及空牆內部均設有多個滾動件，其中，該多個滾動件的疊合高度不超過各空柱及空牆的四分之三高度。
- 如請求項7所述之惰性減震結構，其中，各空柱的截面外圍為0.7m×0.7m，而各空柱的截面內圍為0.4m×0.4m，且該空牆的截面外圍為0.7m×4.3m，該空牆的截面內圍為0.4m×4.3m。
- 如請求項1至8中任一項所述之惰性減震結構，其中，各滾動件組合包括多個滾動件，該滾動件為一卵石或一碎石。
- 如請求項9所述之惰性減震結構，其中該滾動件之粒徑為 5cm~ 10cm。
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