专利名称：具有支撑杆件的抗弯矩结构及其方法
技术领域：
本发明是涉及一种抗弯矩结构、支撑杆件及其制作方法，以增强结构的抗弯矩性能。
背景技术：
钢构架组成的结构，杆件是以具有抵抗弯矩能力方式接合。当结构承受地震力、风力等侧向载重产生弯矩如图1(a)，或当水平杆件上承受垂直载重弯矩如图1(b)，杆件与其他结构构件如连结杆件或基础接合处承受较其附近为大的弯矩。惯用的方法即依据各种载重组合下，结构分析结果以配置杆件，而杆件的设计抗弯矩强度应超过在各种载重组合下产生的弯矩。
从近几年发生的地震灾害中发现结构在杆件接合处或其附近发生脆性破坏的现象，像美国1994年北岭地震及日本1995年神户地震钢骨结构梁柱接头被大量破坏。究其原因，乃杆件接合处往往是结构最脆弱处，但焊接施工品质比较难以控制。结构承受地震时，应力又集中在杆件接合处，由于连结的柱变形，使得设计上应仅承受挠曲应力的梁翼板又需承受甚强的剪应力，而因焊道强度不足或热影响，产生脆性破坏。在FEMA-35，2000，Recommended Seismic Design Criteria For NewSteel Moment-Frame Buildings说明此破坏现象，以及几种解决的方案。
对于避免脆性破坏的发生，结构设计的原则为当杆件载重增加，造成最大弯矩处，材料应力平均，如此在应力超过弹性应变区而降服，范围不是集中在一处而为一区域，增加杆件的韧性，此区域称之为塑性铰。除上述FEMA-350的揭示外，有关增加梁柱接头韧性的结构有台湾专利号码85114354(美国专利号码5913794)及专利号码85204600，美国专利号码5680738，6012256，6138427等多项。
钢骨结构解决传统梁柱接头韧性不足的方法，目前有两类。一为加劲式梁柱接头，借提高梁柱接头处的弯矩强度，以使塑性铰的发生位置外移至加劲构件外侧；另一为减弱式梁柱接头，借减少部分梁翼板的断面，使塑性铰发生于此强度减弱区。加劲式梁柱接头并不能改善应力集中在接头的间题，焊接品质控制的间题也未能改善。减弱式梁柱接头造成杆件断面减少，因此需要用到更大断面的杆件。
偏心斜撑钢构为另一种抗震结构，借由斜撑将弯矩及剪力传递至柱，一方面控制结构侧向位移，也较一般斜撑结构更具韧性。然而在梁中会有一小段承受甚强剪力，斜撑造成结构成本增加，且导致使用上的不便。
现行钢筋混凝土结构在处理抗弯矩构架杆件两端承受弯矩较大的方式，为在杆件两端配置较多的钢筋，然而过密的配筋造成施工的不便，也影响施工的品质。而且要加大杆件断面，造成结构自重增加，结构体也占用过大的空间。从1999年集集地震中，大量钢筋混凝土结构在梁柱接头破坏的经验，也证明梁柱接合处同时承受极大挠曲应力及剪应力需要改善。
发明内容
本发明目的是提供一种具有支撑杆件的抗弯矩结构和一种制作具有抗弯矩构架的结构增强构架抵抗弯矩的方法。
一种具有支撑杆件的抗弯矩结构，其包括一个以上被支撑杆件，其两端的至少一端以抗弯矩方式在接合处与连结构件接合；一个以上的支撑杆件，其一端在接合处与连结构件以抗弯矩方式接合，另一端则设于被支撑杆件受弯距作用产生挠曲路径上的支撑处；结构承受载重时，被支撑杆件产生弯矩而造成挠曲，与支撑杆件在支撑处接触，由于支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲，彼此产生作用力，对支撑杆件的作用力造成支撑杆件与连结构件接合处产生弯矩，使结构在接合处弯矩抵抗增强；对被支撑杆件的作用力使被支撑杆件在支撑处的弯矩减少，并使支撑处及与连结构件接合处的弯矩值趋于一致。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中被支撑杆件断面形状为圆管、方管，复合杆件、组合杆件、箱型梁为中空的杆件，支撑杆件则为对应形状，并置于中空的空间。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中被支撑杆件为H型钢、I型钢具有两片翼板，翼板又以腹板连结的断面，支撑杆件则成对置于腹板两旁的空间。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中一处以上的支撑杆件对被其支撑的杆件为两个以上挠曲方向作支撑。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中支撑杆件断面形状为圆管、方管及组合成箱型梁为中空的杆件，被支撑杆件则为对应形状并穿过中空的空间。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中支撑杆件置于被支撑杆件之侧。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中被支撑杆件断面形状为H型钢，1型钢、槽型钢、角钢、圆管、方管、复合杆件及焊接组合的杆件，支撑杆件则为对应的形状。
所述的结构，其中在支撑处支撑杆件与被支撑杆件之间设置隔离物，该隔离物至少与支撑杆件或被支撑杆件之一结合。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中隔离物材质为选自钢板、石块钢性的物质。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中隔离物材质为橡胶类具有弹性的物质。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中隔离物为以弹簧合成具有弹性的构件。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中在承受载重前支撑杆件与被支撑杆件接触且其间没有作用力，当被支撑杆件承受载重产生弯矩造成变位，支撑杆件及被支撑杆件之间即产生作用力。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中支撑杆件及被支撑杆件之间于支撑处有间隙，当被支撑杆件承受载重，因弯矩产生挠曲，以至与支撑杆件接触，支撑杆件及被支撑杆件之间才产生作用力。
所述的具有支撑杆件的抗弯矩结构，其中支撑杆件与被支撑杆件之间于支撑位置在构架承受载重前已有作用力，当被支撑杆件承受载重，因弯矩产生挠曲，作用力随之改变。
一种制作具有抗弯矩构架的结构增强构架抵抗弯矩的方法构架由被支撑杆件、支撑杆件及连结构件构成其包括下列步骤(1)选择支撑位置；(2)决定支撑杆件断面；(3)将支撑杆件的一端置于支撑位置被支撑杆件受弯矩挠曲的路径上，另一端与连结构件在同一处以抗弯矩方式结合；以便结构承受载重，被支撑杆件因弯矩产生挠曲，在与支撑杆件接触后，支撑杆件及被支撑杆件彼此产生相对的作用力，此作用力使得被支撑杆件在接合处及支撑处的间弯距趋于均匀，且使支撑杆件在与连结构件结合位置产生弯矩，增强构架在接合处的抗弯矩能力。
图1(a)为已有钢构架组成的结构；图1(b)为已有钢构架水平杆件上承受垂直载重弯矩；图2(a)为H型钢梁被支撑杆件两端在上下两翼板间连结腹板两侧空间各有一对槽型钢支撑杆件支撑；图2(b)是图2(a)的b-b截面的剖视图；图3(a)为图2(a)实施例构架承受弯矩时，被支撑杆件挠曲线，及受到支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲作用力，在接合处自杆件端点A、B作的杆件挠曲线的切线。
图3(b)为图2(a)构架支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲，支撑杆件挠曲线形式及支撑杆件所受作用力的反作用力，在接合处自杆件端点A、B作的杆件挠曲线的切线。
图3(c)为支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲，造成被支撑杆件的弯矩在接合处与支撑处之间转折；图4(a)及图4(b)为在构架中支撑杆件29相对于被支撑杆件25的支撑位置；
图5(a)为I型钢支撑杆件在钢筋混凝土箱型梁被支撑杆件中空的空间对其作支撑，支撑处有隔离物传递作用力；图5(b)为图5(a)侧面图(其中钢筋未绘出)；图6为使用弹簧于隔离物，以焊接组成的箱型梁支撑杆件支撑焊接组成的箱型梁被支撑杆件，在接合处与以焊接组成的箱型柱连结构件作抗弯矩接合，其中图6(a)为上视图；图6(b)为图6(a)的b-b剖视图；图6(c)为图6(b)的c-c剖视图；图7的弯矩图说明图2实施例支撑杆件支撑位置及断面的选定方法；图8为被支撑杆件及支撑杆件与连结构件结合处承受塑性弯矩的破坏机制，显示杆件因塑性弯矩，造成的转角及挠度；图8(a)为当被支撑杆件在接合位置A的弯矩达到塑性弯矩，由于支撑杆件的支撑，不致产生塑性转角；图8(b)为当接合位置A被支撑杆件的弯矩达到塑性弯矩，接合位置A增加的弯矩即由支撑杆件承受，被支撑杆件与支撑杆件之间作用力也随之增加，至支撑杆件弯矩亦达到塑性弯矩，即造成塑性转角，接合处即不能再承受更大弯矩；图8(c)为当被支撑杆件在支撑位置C的弯矩达到塑性弯矩，即造成塑性转角，支撑位置C即不能再承受更大弯矩；图8(d)为当接合位置A被支撑杆件的弯矩达到塑性弯矩，接合位置A增加的弯矩即由支撑杆件承受，直到被支撑杆件在支撑处C的弯矩亦达到塑性弯矩，不再承受弯矩，被支撑杆件25在A及C点之间皆为塑性弯矩，形成一区段的塑性铰，达到理想的结构塑性行为；图9(a)为H型钢被支撑杆件在腹板两侧各以槽型钢支撑杆件支撑；图9(b)为图9(a)的b-b剖视图；图9(c)为H型钢被支撑杆件在承受弯矩的挠曲方向侧以另一H型钢支撑杆件支撑；图9(d)为图9(c)的d-d剖视图；
图10(a)至图10(f)为构架中的被支撑杆件弯矩图；其中图10(a)为被支撑杆件两端弯矩的方向相同，采用支撑杆件于被支撑杆件一端时，被支撑杆件上的弯矩；图10(b)为被支撑杆件两端弯矩的方向相同，采用支撑杆件于被支撑杆件两端时，被支撑杆件上的弯矩；图10(c)及图10(e)为采用支撑杆件于被支撑杆件一端时，被支撑杆件两端弯矩的方向相异，被支撑杆件上的弯矩；图10(d)及图10(f)为采用支撑杆件于被支撑杆件两端时，被支撑杆件两端弯矩的方向为相异方向；图11(a)为支撑杆件对于被支撑杆件两相对方向的挠曲均加以支撑，支撑长度相同；图11(b)为支撑杆件对于被支撑杆件的挠曲均仅在一侧加以支撑；图11(c)为支撑杆件对于被支撑杆件两相对方向的挠曲均加以支撑，支撑长度不同；图12(a)的实施例悬臂式H型钢被支撑杆件在上下两翼板间连结腹板两侧空间各有一对槽型钢支撑杆件支撑；图12(b)为图12(a)的b-b剖视图。
具体实施例方式
本发明是一个以支撑杆件增强构架抵抗弯矩的结构。图2的实施例中，图2(a)表示H型梁被支撑杆件25两端在上下两翼板35间连结腹板36两侧空间各有一对槽型钢支撑杆件29支撑。被支撑杆件25及支撑杆件29之间在支撑处30以钢材隔离物31传递作用力。隔离物31与被支撑杆件25或支撑杆件29之一作焊接连结，与另一杆件不作连结。补强铁件37、38在支撑位置30对支撑杆件29及被支撑杆件25作补强，补强铁件39在抗弯矩接合位置对H型钢柱连结构件26作补强，以传递作用力，避免集中应力造成局部变形。图2(b)是图2(a)中的b-b截面的剖视图，图示一对角钢34以螺栓33与被支撑杆件25连结，支撑杆件29及被支撑杆件25在接合处20以焊接方式与连结杆件26连结，使支撑杆件29及被支撑杆件25与连结杆件26之间为抗弯矩结合。图2(c)是图2(a)的C-C截面的剖视图，图示隔离物31对被支撑杆件25的翼板35接触提供支撑。当结构承受载重，被支撑杆件产生弯矩造成挠曲，由于支撑杆件在支撑处抵抗支撑杆件挠曲，被支撑杆件与支撑杆件彼此产生作用力，对支撑杆件的作用力造成支撑杆件与连结构件接合处产生弯矩，使构架在接合处弯矩抵抗增强；对被支撑杆件的作用力使被支撑杆件在支撑处及与连结杆件接合处的弯矩值趋于均匀，而被支撑杆件在接合处剪应力减弱。隔离物31a对被支撑杆件25的腹板36接触提供支撑，防止被支撑杆件侧向挠曲或扭曲。
图3(a)所示为图2(a)实施例构架承受弯矩时，被支撑杆件25挠曲线，及受到支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲作用力15a、15b；在接合处20a、20b自杆件端点A、B作的杆件挠曲线的切线11a、11b，被支撑杆件25挠曲线自切线11a、11b的偏移量13a、13b为被支撑杆件在支撑处30a、30b的挠度，分别标示为Δma、Δmb。图3(b)所示为图2(a)构架支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲，支撑杆件29挠曲线形式及支撑杆件所受作用力15a、15b的反作用力16a、16b；在接合处20a、20b自杆件端点A、B作的杆件挠曲线的切线12a、12b，支撑杆件29挠曲线自切线12a、12b的偏移量17a、17b为支撑杆件在支撑处30a、30b的挠度，分别标示为Δsa、Δsb。图3(c)示支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲，造成被支撑杆件的弯矩43在接合处与支撑处之间转折，也就是在接合处的弯距相对减少，在支撑处的弯矩相对增加，而使得在接合处及支撑处之间弯距趋于均匀；因此被支撑杆件加上支撑杆件可以承受自接合处传来更大的弯矩，直到被支撑杆件任何一部份达到设计采用的抵抗弯矩强度M。此时支撑杆件承受的弯矩Ms值为杆件间作用力垂直于杆件的分向量乘以支撑处至连结杆件的距离；由于结构挠曲偏移量相较于支撑处至连结杆件的距离极小，Ms值近似于杆件间作用力乘以支撑处至连结杆件的距离；而被支撑杆件加上支撑杆件抵抗的弯矩为M+Ms，构架在接合处抵抗弯矩强度增加量为Ms。
图4(a)及图4(b)说明在构架中支撑杆件29相对于被支撑杆件25的支撑位置。图4(a)及图4(b)杆件均为圆管，借由圆管中空间，图4(a)被支撑杆件25内套有支撑杆件29，图4(b)支撑杆件29内套有被支撑杆件25，在接合处20均以焊接28与同为圆管的连结杆件26作抗弯矩接合形成构架。隔离物3 1仅与支撑杆件29或被支撑杆件25之一连结，使支撑杆件29及被支撑杆件25分隔开来，也借以传递作用力。支撑处30设置两个隔离物31，使支撑杆件29得以支撑构架平面上被支撑杆件25两个方向的挠曲。
图5(a)示为I型钢支撑杆件29在钢筋混凝土箱型梁被支撑杆件25中空的空间对其作支撑，支撑处有隔离物31传递作用力。图5(b)为图5(a)侧面图(其中钢筋未绘出)，连结构件由钢筋混凝土柱连结杆件26及H型钢柱连结杆件26a组成，支撑杆件29与连结构件作抗弯矩接合。
结构承受载重时，支撑杆件与被支撑杆件之间的作用力与在支撑处的相对位移可导出一关系式，应用本发明可利用此关系式以已有的方法分析结构。支撑杆件与被支撑杆件之间的距离有三种型式，推导出在支撑处被支撑杆件挠度Δm及支撑杆件挠度Δs的关系式(1)支撑杆件与被支撑杆件在支撑位置接触，但被支撑杆件与支撑杆件之间承受载重前无作用力存在，当被支撑杆件承受载重产生弯矩变形，支撑杆件即对被支撑杆件产生作用力。杆件的位移关系式为Δm＝Δs(2)支撑杆件与被支撑杆件之间有间隙S1，当被支撑杆件承受载重产生弯矩变形，至与支撑杆件接触，支撑杆件才对被支撑杆件产生作用力。杆件的位移关系式为Δm＝Δs+S1(3)支撑杆件与被支撑杆件在支撑位置接触，且有作用力存在，当被支撑杆件承受载重产生弯矩变形，支撑杆件对被支撑杆件作用力因而增加。施作方式，可在组装支撑杆件时预施以与预期挠曲方向相同方向的力，造成支撑杆件位移S2，加以束制接着安装被支撑杆件；支撑杆件束制释放后，对被支撑杆件产生作用力，被支撑杆件在承受载重前即有作用力存在。杆件的位移关系式为Δm＝Δs-S2支撑杆件与被支撑杆件在支撑处，可加上铁件、橡胶等隔离物，隔离物与支撑杆件或被支撑杆件之一连结，对另一杆件则不作任何结合。隔离物的构成及结合方式足以传递支撑杆件与被支撑杆件之间的作用力，例如型钢杆件与钢板隔离物的连结采焊接方式。
使用橡胶、弹簧等具有弹性的隔离物，在支撑杆件抵抗被支撑杆件挠曲使隔离物压缩，其作用力方向上的变形量S3与作用力之间具有一定的关系。杆件的位移关系式为(1)支撑杆件与被支撑杆件在支撑位置有弹性隔离物，隔离物与支撑杆件及被支撑杆件接触，但在被支撑杆件承受载重前无作用力存在，关系式为Δm＝Δs+S3(2)支撑杆件与被支撑杆件之间有弹性隔离物及间隙S1，当被支撑杆件承受载重产生弯矩变形，以致间隙S1消失，支撑杆件才对被支撑杆件产生作用力，关系式为Δm＝Δs+S1+S3(3)支撑杆件与被支撑杆件在支撑位置有弹性隔离物，且有作用力存在，预施力使支撑杆件先产生位移S2，关系式为Δm＝Δs-S2+S3使用橡胶作为隔离物是由于橡胶具有在反覆受力时将能量消散的功能；使用弹簧作为隔离物是由于弹簧具有受力变形储存能量，当施加的力解除，即释放储存能量的性质。
图6示使用弹簧于隔离物，以焊接组成的箱型梁支撑杆件29支撑焊接组成的箱型梁被支撑杆件25，在接合处20与以焊接组成的箱型柱连结构件26作抗弯矩接合，图6(a)为上视图。
图6(b)为图6(a)的b-b截面的剖视图，图示弹簧32与管状铁件32a以螺栓32c结合构成隔离物，而且弹簧32另一端以螺栓32c与支撑杆件29结合，管状铁件32a与被支撑杆件25不作结合，但在被支撑杆件25上焊接四片铁片32b，以固定管状铁件32a不致侧移。
图6(c)为图6(b)的c-c截面的剖视图，图示箱型梁被支撑杆件25的中间容纳箱型梁支撑杆件29，以及弹簧32与管状铁件32a以螺栓32c结合构成隔离物的结合方式。
应用本发明更具有使被支撑杆件在与接合杆件接合处至支撑处的最大弯矩值接近，使杆件发生塑性的区域增加。以结构承受侧向力造成梁杆件两端承受相同方向弯矩，杆件上无载重，作为例子。以图7的弯矩图说明图2实施例支撑杆件支撑位置及断面的选定方法。被支撑杆件两端A、B承受弯矩，杆件在距两端各为L1及L2处以支撑杆件支撑，L3为被支撑杆件长度L减L1及L2的长度，当被支撑杆件两端A、B及支撑处C及D弯矩为容许弯矩M时，由已知的方法计算可知C与D之间的剪力为其间的弯矩变化值2M/(L-(L1/L2))，为符合被支撑杆件承受剪应力不超过杆件设计剪力强度V，其条件为2M/(L-(L1+L2))＜V，亦即(L1+L2)＜L-(2M/V)，此式可以决定支撑杆件的长度上限，而此条件式也适用于L1或L2之一的值为零，即仅有一处支撑的情况。根据习用的技艺，需要将梁的塑性铰自梁柱接合处沿着梁移出梁高一半以上的距离，依此原则设定支撑杆件的支撑位置距离接合杆件超过梁高一半以上。
从支撑处C被支撑杆件及支撑杆件位移关系ML12/(2EI)＝Ms1L12/(3EI1)+(P1L1/(G1As1))其中，I为被支撑杆件的惯性矩，Ms1为支撑杆件在接合处A的弯矩，P1为在C点被支撑杆件及支撑杆件之间的作用力，I1为C处的支撑杆件 的惯性矩，G11为支撑杆件的剪力模数，As1为在C点支撑杆件的抵抗剪力的断面积。ML12/(2EI)为被支撑杆件因弯矩造成的挠度，Ms1L12/(3EI1)为在C点支撑杆件因弯矩造成的挠度，P1L1/(G1As1)为在C点支撑杆件因剪力造成的挠度。得I1＝2IMs1L12(G1As1)/(3(ML12G1As1-2EIP1L1))因为Ms1＝P1L1＝2ML1/L3I1＝4IL12G1As1/(3(G1As1L1L3-4EI))以同样方法I2＝2IMs2L22(G2As2)/(3(ML22G2As2-2EIP2L2))因为Ms2＝P2L2＝2ML2/L3I2＝4IL22G2As2/(3(G2As2L2L3-4EI))
其中，Ms2为支撑杆件在接合处B的弯矩，P2为在D点被支撑杆件及支撑杆件之间的作用力，I2为D处支撑的支撑杆件的惯性矩，As2为在D点支撑杆件的抵抗剪力的断面积。支撑杆件惯性矩I1、I2，而被支撑杆件在C、D支撑位置弯矩为设计抗弯矩强度M时，被支撑杆件及支撑杆件在与结合杆件连结位置A及B的弯矩达到最大，分别为M+Ms1及M+Ms2。由Ms1∶Ms2＝L1∶L2，当支撑杆件较长，所承受的弯矩也较大，支撑位置可依此杆件两端承受弯矩大小决定。
杆件在连结位置A及B的弯矩及支撑位置C及D弯矩同时达到设计抗弯矩强度M为设定状态，当受力条件改变，此状态将不会发生。当支撑位置D的弯矩为(1-X)M时，被支撑杆件及支撑杆件在与结合杆件连结位置A的弯矩为M+Ms3，而被支撑杆件承受的弯矩小于M。欲使被支撑杆件的弯矩等于M，可采用断面惯性矩较I1小的支撑杆件，其惯性矩可由支撑杆件在连结位置A的弯矩为Ms3位移关系求得。依此惯性矩设置支撑杆件，则在支撑位置D的弯矩介于(1-X)M至M时，连结位置A的弯矩较支撑位置C先达到设计抗弯矩强度M。
图8示被支撑杆件25及支撑杆件29与连结构件26结合处承受塑性弯矩的破坏机制，显示杆件因塑性弯矩，造成的转角及挠度，黑色圆点50表示该处弯矩达到塑性弯矩。图8(a)示当被支撑杆件25在接合位置A的弯矩达到塑性弯矩，由于支撑杆件29的支撑，不致产生塑性转角。图8(b)示当接合位置A被支撑杆件25的弯矩达到塑性弯矩，接合位置A增加的弯矩即由支撑杆件29承受，被支撑杆件25与支撑杆件29之间作用力也随之增加，至支撑杆件29弯矩亦达到塑性弯矩，即造成塑性转角，接合处即不能再承受更大弯矩。第八c图8(c)示当被支撑杆件25在支撑位置C的弯矩达到塑性弯矩，即造成塑性转角，支撑位置C即不能再承受更大弯矩。图8(d)示当接合位置A被支撑杆件25的弯矩达到塑性弯矩，接合位置A增加的弯矩即由支撑杆件29承受，直到被支撑杆件25在支撑处C的弯矩亦达到塑性弯矩，不再承受弯矩，被支撑杆件25在A及C点之间皆为塑性弯矩，形成一区段的塑性铰，达到理想的结构塑性行为。较佳的支撑杆件断面强度设置为其抗弯矩强度需足以避免被支撑杆件在支撑位置C的弯矩达到塑性弯矩前，先达到塑性弯矩。
支撑杆件亦可与被支撑杆件接触作支撑，其间不设置隔离物。如图9(a)H型钢被支撑杆件25在腹板两侧各以槽型钢支撑杆件29支撑，图9(b)为图9(a)的b-b截面的断面图。图9(c)H型钢被支撑杆件25在承受弯矩的挠曲方向侧以另一H型钢支撑杆件29支撑，图9(d)为图9(c)的d-d截面的断面图。杆件在支撑位置的挠曲，依据惯用的方法可以计算求得，也可以用试验方式获得。
本发明可应用在被支撑杆件两端弯矩的方向相同，亦即两端的张应力在杆件不同两侧，如图1(a)结构承受地震力、风力等侧向力产生弯矩。本发明亦可应用在被支撑杆件两端弯矩的方向为相异方向，亦即两端的张应力在杆件相同侧，如图1(b)水平杆件上承受垂直载重产生弯矩。亦可应用在构架同时受到侧向力及杆件上承受载重的情况。
图10(a)至图10(f)为构架中的被支撑杆件弯矩图，杆件两端为A及B，当A端设支撑杆件时，杆件的B端的设置支撑型态有(1)与A端同方向支撑、(2)与A端相异方向支撑及(3)不设置支撑三种，弯矩汇于被支撑杆件的张力侧，受到支撑的作用力15造成被支撑杆件弯矩43在支撑处弯折。
图10(a)为被支撑杆件两端弯矩的方向相同，采用支撑杆件于被支撑杆件一端时，被支撑杆件上的弯矩43a；图10(b)为被支撑杆件两端弯矩的方向相同，采用支撑杆件于被支撑杆件两端时，被支撑杆件上的弯矩43b。
图10(c)及图10(e)为采用支撑杆件于被支撑杆件一端时，被支撑杆件两端弯矩的方向相异，被支撑杆件上的弯矩43c、43e；图10(d)及图10(f)为采用支撑杆件于被支撑杆件两端时，被支撑杆件两端弯矩的方向为相异方向，被支撑杆件上的弯矩43d、43f；像长跨距的梁杆件，受到垂直载重，杆件两端承受弯矩极大，即可采用此种形式的支撑方式。
其中图10(c)及图10(d)为杆件承受均布载重，图10(e)及图10(f)为杆件承受集中载重的状况。造成图10(a)、图10(c)及图10(e)一端弯矩较大采用一处支撑的情况之一为水平杆件对于承受由结构侧向载重及杆件垂直载重造成的弯矩，其组合效应使一端因结构侧向载重造成的弯矩与因杆件垂直载重造成的弯矩为同方向，以致弯矩值相加而较大；另一端则弯矩为异方向，弯矩值相减，以致较小。
地震力及风力等的侧向载重对结构在构架平面上施力有两个相对的方向，其所造成的杆件弯矩亦为相对的方向，需要分别纳入设计中；再加上杆件上的载重造成杆件两端的弯矩，造成对不同方向抵抗挠曲强度需求不同，支撑杆件的设置因而不同。图11(a)所示为支撑杆件29对于被支撑杆件25两相对方向的挠曲均加以支撑，支撑长度相同。此实施例适合承受载重及支撑作用力状况如图10(b)。
图11(b)所示为支撑杆件29对于被支撑杆件25的挠曲均仅在一侧加以支撑；此实施例适合承受载重及支撑作用力状况时如图10(a)、图10(c)、图10(d)、图10(e)或图10(f)，可承受结构受到两个相对的方向水平力造成的弯矩。
图11(c)所示为支撑杆件29对于被支撑杆件25两相对方向的挠曲均加以支撑，支撑长度不同。此实施例适合承受载重及支撑作用力状况如图10(b)，但杆件两侧承受弯矩值不同时。
图12(a)的实施例悬臂式H型钢被支撑杆件25在上下两翼板间连结腹板两侧空间各有一对槽型钢支撑杆件29支撑，支撑处30钢料隔离物31焊接于支撑杆件29而与被支撑杆件25的翼板35接触，支撑处30a钢料隔离物31a焊接于被支撑杆件25而与支撑杆件29的腹板36接触。一钢板底板41以锚碇螺栓42固定，置于钢筋混凝土基础上。被支撑杆件25及支撑杆件29均焊接于置于钢筋混凝土基础的钢板底板41上且以锚碇螺栓42固定，在接合处20形成抗弯矩结合。当被支撑杆件25发生挠曲，支撑杆件29借铜料隔离物31或31a传递作用力抵抗挠曲。图12(b)为图12(a)的b-b截面的剖视图。
本发明结合成的构架具有较佳的抗弯矩能力。本发明特别适用于梁柱结合成钢构架的结构对以抗弯矩为主的杆件如梁加以支撑，适用于钢骨结构或钢筋混凝土结构，适用于新建构造或结构补强，但并不排除其他的适用。
权利要求
1.一种具有支撑杆件的抗弯矩结构，其特征在于，其包括一个以上被支撑杆件，其两端的至少一端以抗弯矩方式在接合处与连结构件接合；一个以上的支撑杆件，其一端在接合处与连结构件以抗弯矩方式接合，另一端则设于被支撑杆件受弯距作用产生挠曲路径上的支撑处。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，其中被支撑杆件断面形状为圆管、方管，复合杆件、组合杆件、箱型梁为中空的杆件，支撑杆件则为对应形状，并置于中空的空间。
3.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，其中被支撑杆件为H型钢、I型钢具有两片翼板，翼板又以腹板连结的断面，支撑杆件则成对置于腹板两旁的空间。
4.如权利要求3所述的结构，其特征在于，其中一处以上的支撑杆件对被其支撑的杆件为两个以上挠曲方向作支撑。
5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，其中支撑杆件断面形状为圆管、方管及组合成箱型梁为中空的杆件，被支撑杆件则为对应形状并穿过中空的空间。
6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，其中支撑杆件置于被支撑杆件之侧。
7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，其中被支撑杆件断面形状为H型钢，1型钢、槽型钢、角钢、圆管、方管、复合杆件及焊接组合的杆件，支撑杆件则为对应的形状。
8.如权利要求2、3或6所述的结构，其特征在于，其中支撑杆件为不等断面形状。
9.如权利要求1所述的结构，其特征在于，其中在支撑处支撑杆件与被支撑杆件之间设置隔离物，该隔离物至少与支撑杆件或被支撑杆件之一结合。
10.如权利要求9所述的结构，其特征在于，其中隔离物材质为钢板、石块钢性的物质。
11.如权利要求9所述的结构，其特征在于，其中隔离物材质为橡胶类具有弹性的物质。
12.如权利要求9所述的结构，其特征在于，其中隔离物为以弹簧合成具有弹性的构件。
13.如权利要求1、9所述的结构，其特征在于，其中在承受载重前支撑杆件与被支撑杆件接触且其间没有作用力，当被支撑杆件承受载重产生弯矩造成变位，支撑杆件及被支撑杆件之间即产生作用力。
14.如权利要求1、9所述的结构，其特征在于，其中支撑杆件及被支撑杆件之间于支撑处有间隙，当被支撑杆件承受载重，因弯矩产生挠曲，以至与支撑杆件接触，支撑杆件及被支撑杆件之间才产生作用力。
15.如权利要求1、9所述的结构，其特征在于，其中支撑杆件与被支撑杆件之间于支撑位置在构架承受载重前已有作用力，当被支撑杆件承受载重，因弯矩产生挠曲，作用力随之改变。
16.一种制作具有抗弯矩构架的结构增强构架抵抗弯矩的方法构架由被支撑杆件、支撑杆件及连结构件构成，其特征在于(1)选择支撑位置；(2)决定支撑杆件断面；(3)将支撑杆件的一端置于支撑位置被支撑杆件受弯矩挠曲的路径上，另一端与连结构件在同一处以抗弯矩方式结合；以便结构承受载重，被支撑杆件因弯矩产生挠曲，在与支撑杆件接触后，支撑杆件及被支撑杆件彼此产生相对的作用力，此作用力使得被支撑杆件在接合处及支撑处的间弯距趋于均匀，且使支撑杆件在与连结构件结合位置产生弯矩，增强构架在接合处的抗弯矩能力。
全文摘要
本发明是有关一种以支撑杆件增强弯矩抵抗的结构及增强抗弯矩能力的方法。在结构抗弯矩接合附近，支撑杆件的一端依附于被支撑杆件，另一端与被支撑杆件共同以抗弯矩接合与连结构件结合。当结构承受载重时，被支撑杆件因受弯矩产生挠曲，支撑杆件及被支撑杆件彼此产生相对的作用力，增强构架在接合处的抗弯矩能力。具有此支撑杆件的抗弯矩结构可用于钢骨结构或钢筋混凝土结构的建筑物、桥梁及其他抗弯矩结构或器具。
文档编号E04B1/38GK1500949SQ0215143
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月19日 优先权日2002年11月19日
发明者毛犖, 毛 申请人:毛犖, 毛