TWI713804B - 建築之減震結構 - Google Patents

Abstract

一種建築之減震結構，包括有一核心柱體及複數個樓層單元，其中核心柱體與地面固結為一體且直立於地面，而各樓層單元位於核心柱體之周側，且未與地面直接連接。這些樓層單元可區分為至少一樓組，各樓組分別包括有沿上下方向疊置之數個樓層單元。地面與相鄰於地面的樓層單元之間，以及各樓組中上下相鄰的樓層單元之間設有一可產生上下方向位移的第一阻尼器；各樓層單元與該核心柱體之間設有一可產生水平方向位移的第二阻尼器。

Description

建築之減震結構

本發明與建築結構有關，尤指一種建築之減震結構，用以整合將震動能量整體散佈於建築結構，且本發明不僅是一個或多個阻尼系統，而更是一種適用於結構工程或土木工程中多層或高層建築結構的新系統，其可容許建築結構吸收風力/地震能量，且不會產生柔性建築結構中常見的不舒適搖擺晃動。

過去，建築師和工程師會通過增加建築結構之勁度、質量和設計尺寸來減輕風力的側向影響，但這種方式使用了更多的材料，且對於五層以上的建築物並不實用。

隨著土地與資源的日益匱乏，現代建築必須更有效地使用資源來建構。除了重力外，建築結構更須能抵抗風力與地震之側向力。而通常方式乃整合多個建築結構以提供阻抗能力。但是，此種建築結構整合方式卻有不佳的材料使用效率。

大多數現代建築被區分成三個主要建築元素：具最大質量的主結構、二至五層樓高且也可具有地下層的次結構，以及連接於地面的延伸子結構。

抗震設計規範雖也適用於抗風設計上，但地震對於建築結構尚有由地面向基礎、主結構、次結構等傳遞的能量。

地震此動態影響會對建築結構的柱產生相當大的剪力，而剪力又與地震規模與建築結構的質量有相乘關係，且大多建築物於地震中的毀損乃肇因於次結構的柱產生剪力，其餘則為建築重量或基礎建築產生的土壤液化因素。

在建築設計中，減少剪力的較佳方式乃減小建築結構的勁度，使建築結構具柔性，且因而讓建築結構容許晃動，此可透過平衡建築結構的受力，而減少對下層結構及基礎的受力影響。

然而，尚無一種建築材料兼具柔性與剛性而能同時抵抗所有的受力，目前所有施工法都需要勁度與強度來支持建築結構之重力以及側向力。

建築物的柔度可以幫助抵抗風與地震產生之側向力，也容許建築物搖擺，但這會導致居住者的不舒適，所以在設計結構時，不舒適與安全始終是個相互影響的因素。

有些施工方式乃增加阻尼(消能)結構來減少建築物的晃動，雖然這是一種解決晃動問題的補充方法，但此方法相較習知剛性建築結構已能降低材料的使用，只是如何透過阻尼結構的設計以達成兼具舒適與安全的目的，仍有待思考。

復按，我國位於地震帶上，因而經常受到地震。震波可區分為Ｐ波（壓縮波）及Ｓ波（剪力波），其中Ｐ波帶來地表及房屋上下方向的震動，而Ｓ波則為水平方向的震動。以對建築物的破壞性而言，係以Ｓ波較高；另以住戶的感受度而言，由於Ｓ波所帶來的水平搖晃動作的持續時間較久，尤其是高樓層部分受震時的橫向震動位移更甚於低樓層部分，住戶的感受非常強烈，故仍以Ｓ波的影響程度較高。

因此，建築物必須具有防震設施或結構以提高安全性，避免受震時帶來損害，此外亦可降低住戶的受震感受。習知的建築物防震結構如我國發明專利公告316283號及公開201105843A1號所揭露者，其分別於建築物的底部或兩棟建築物之間設有橫向的阻尼器，藉此吸收橫向震波以減緩橫向的搖晃。惟如前所述，震波尚包含有上下方向的Ｐ波，上述習知的防震結構缺乏可供吸收Ｐ波的裝置，因而無法周全地防護建築物，且住戶仍然直接感受到Ｐ波帶來的搖晃感。

有鑑於此，如何改進上述問題即為本發明所欲解決之首要課題。

本發明之主要目的在於提供一種建築之減震結構，其利用阻尼器吸收震波，藉此降低建築物受震時的搖晃程度，尤其降低高樓層住戶的受震感受。

為達前述之目的，本發明提供一種建築之減震結構，其包括有： 　　一核心柱體，其與地面固結為一體且直立於地面； 　　複數個樓層單元，其位於該核心柱體之周側，且未與地面直接連接；該等樓層單元可區分為至少一樓組，各樓組分別包括有沿上下方向疊置之數個樓層單元； 　　一第一阻尼器，其設於地面與相鄰於地面的樓層單元之間，以及各樓組中上下相鄰的樓層單元之間；該第一阻尼器可產生上下方向的位移； 　　一第二阻尼器，其設於各樓層單元與該核心柱體之間；該第二阻尼器可產生水平方向的位移。

於一實施例中，該第一阻尼器為彈簧或橡膠。

於一實施例中，該第二阻尼器為油壓裝置。

於一實施例中，該核心柱體係藉由其底端嵌埋入地面之下以固結於地面。

於一實施例中，該核心柱體係以鋼筋混凝土預鑄或場鑄而成之固形結構。

於一實施例中，該樓層單元係以預鑄或場鑄而成之樓層結構。

本發明的主要目的在於整合建築結構的剛性與柔性，其不僅只是讓建築結構間彼此繫結，更能使建築結構整體形成能讓受力能量消散的系統。

透過本發明，可成功達到兩個目的：

首先，可減少側向力引起的晃動而提升居住者的舒適感，本發明可減少建築結構內的各種空間位移，即使在強烈地震中，物件掉落造成的傷害將會大幅減少。

第二，可減少建築結構之構件尺寸及連接程度，不同於現有建築工法中須設計增加勁度與建構過大基礎。

而本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中獲得深入了解。

請參閱第１、２圖，所示者為本發明提供之建築之減震結構，其包括有一核心柱體１及複數個樓層單元２１。該核心柱體１係以鋼筋混凝土經預鑄或場鑄而成之固形結構，或一桁架結構，其形狀在此並不有所限制。該核心柱體１與地面５固結為一體且直立於地面；於本實施例中，該核心柱體１係藉由其底端嵌埋入地面５之下，藉此穩固地結合於地面５。

承上，各樓層單元２１係以預鑄或場鑄而成之樓層結構，這些樓層單元２１可以數個為一組，各組之樓層單元２１以上下方向疊置而構成一不高於該核心柱體１之樓組２，各樓組２分別位於該核心柱體１之周側，且未與地面５直接連接。

如第２圖所示，地面５與相鄰於地面５的樓層單元２１之間，以及各樓組２中上下相鄰的樓層單元２１之間分別設有一第一阻尼器３，其中於本實施例中，該第一阻尼器３為彈簧、橡膠或液壓/油壓結構，其可承受上下方向的力量，而產生上下方向的位移。另一方面，各樓層單元２１與該核心柱體１之間設有一第二阻尼器４，其中於本實施例中，該第二阻尼器４為油壓裝置，其可承受水平方向的力量，而產生水平方向的位移。

如第３圖所示，本發明之建築結構遭遇地震時，首先討論震波中的Ｐ波（壓縮波）所造成的影響。由於底層的樓層單元２１未與地面５直接連接，且相鄰樓層之樓層單元２１之間亦未直接連接，而係以該第一阻尼器３相隔，故Ｐ波不會直接作用於各樓層單元２１，而會先被該第一阻尼器３吸收一部分能量，令各樓層單元２１受到剩餘能量作用後可產生較少的影響，藉此可提升整個建築結構的安全性，且住戶的受震感受亦較低。

接著討論震波中的Ｓ波（剪力波）所造成的影響。與前述相同地，各樓組２並未與地面５直接連接，因此在Ｓ波的作用下，各樓組２所產生的橫向晃動位移較地面５的橫向位移小，而相鄰樓層之樓層單元２１之間亦由於未直接連接，使較高樓層的樓層單元２１’的橫向位移更小於較低樓層的樓層單元２１。此外，雖然各樓層單元２１皆以該第二阻尼器４連結於該核心柱體１而獲得穩固設置，即使Ｓ波帶動該核心柱體１同步橫向晃動，惟該第二阻尼器４可吸收一部分的能量，令各樓層單元２１受到剩餘能量作用後可產生較少的影響，藉此可提升整個建築結構的安全性，且住戶的受震感受亦較低。

特別一提的是，藉由上述結構，本發明尤其可減緩高樓層之樓層單元２１’的晃動程度，並同時降低其居住民眾的受震感受。

惟，以上實施例之揭示僅用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

綜上所述，可使熟知本項技藝者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。

１‧‧‧核心柱體 ２‧‧‧樓組 ２１、２１’‧‧‧樓層單元 ３‧‧‧第一阻尼器 ４‧‧‧第二阻尼器 ５‧‧‧地面

第１圖為本發明架構之俯視示意圖； 第２圖為本發明架構之平面示意圖； 第３圖為本發明受震時之動作狀態示意圖。

1‧‧‧核心柱體

2‧‧‧樓組

21‧‧‧樓層單元

3‧‧‧第一阻尼器

4‧‧‧第二阻尼器

5‧‧‧地面

Claims (6)

1. 一種建築之減震結構，其包括有： 　　一核心柱體，其與地面固結為一體且直立於地面； 　　複數個樓層單元，其位於該核心柱體之周側，且未與地面直接連接；該等樓層單元可區分為至少一樓組，各樓組分別包括有沿上下方向疊置之數個樓層單元； 　　一第一阻尼器，其設於地面與相鄰於地面的樓層單元之間，以及各樓組中上下相鄰的樓層單元之間；該第一阻尼器可產生上下方向的位移； 　　一第二阻尼器，其設於各樓層單元與該核心柱體之間；該第二阻尼器可產生水平方向的位移。
2. 如請求項１所述之建築之減震結構，其中，該第一阻尼器為彈簧或橡膠。
3. 如請求項１所述之建築之減震結構，其中，該第二阻尼器為油壓裝置。
4. 如請求項１所述之建築之減震結構，其中，該核心柱體係藉由其底端嵌埋入地面之下以固結於地面。
5. 如請求項１所述之建築之減震結構，其中，該核心柱體係以鋼筋混凝土預鑄或場鑄而成之固形結構。
6. 如請求項１所述之建築之減震結構，其中，該樓層單元係以預鑄或場鑄而成之樓層結構。

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