专利名称：抗震束制消能斜撑的制作方法
技术领域：
本发明涉及建材构件，尤指一种可提高斜撑塑性变形能力，减低振动及降低地震力效果的抗震束制消能斜撑。
背景技术：
传统斜撑构件受轴压力时会产生整体变形以及局部变形，其滞回曲线呈现出强度渐减及束缩的行为，并在材料未完全发挥其消能容量之前，往往因过度的应力及应力集中而断裂。多年来地震工程研究人员已着手进行传统斜撑性能的改善研究工作，并有单位陆续发表可防止变形的束制斜撑，来替代并改良传统斜撑的作用。
参见图1所示，束制斜撑由主受力单元11与束制单元12组成，斜撑构材的轴力(拉力与压力)由主受力单元11承担，束制单元12则提供主受力单元11的侧向支撑，以防止主受力单元11受压变形。若能让主受力单元11在轴压力下不产生变形，则主受力单元11的轴向强度及延展性可有效发挥，并充分发挥钢材的消能容量。
因此如何控制主受力单元11的承受轴力与如何提高束制效果，便成为研究与改良束制斜撑的重点。
一般束制消能斜撑常见的形式为以矩形钢管混凝土为束制单元12，主受力单元11断面为一字形与十字形，由于主受力单元11端部的断面形状与接合螺栓孔配置的影响，使它们大多必须使用螺栓及对接钢钣13与结构构架上的连接钣对接。因此，构架中与斜撑相接的接合钣也必须同为十字形，除了要在接合隅钣14两侧加焊加劲钣与加钻螺栓孔之外，还必须搭配对接钢钣13才可完成对接的工作。
然而，这种对接的接合方式不仅增加大量的接头焊接作业，也使接合部分变得相当复杂拥挤；除此之外，在接合传递等量轴力的前提之下，采用对接接合所需的螺栓数量将为采用搭接接合的两倍。如此一来，在安装此种斜撑时，可能会非常费工耗时，作业效率降低，品质不易控制。
参见图2～4所示，另外有人研究提出插接式的束制消能斜撑，虽然这种插接式消能斜撑减少了螺栓的使用量与对接钢钣的使用，但是这种插接式消能斜撑的断面配置是由两片全长等断面的带状钢钣21以固定的平行间距插通于一钢管与混凝土构成的束制单元22中，在浇置混凝土时束制单元22内两片带状钢钣21间的间距不易定位、也不易控制其精密度，而且此种插接式接合面23与接合隅钣24的安装具有方向性，若两片带状钢钣21间的间距定位不良，且斜撑的长度若在单斜向设置时常常大于梁跨或柱高，必定使安装的效率降低，甚至无法插接安装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对前述束制斜撑的缺点部份，加以改善，并发展为更具组装效率高、经济且施工容易的抗震束制消能斜撑。
本发明的目的还在于提供一种可采用多种安装形式，更能符合抗震工程与实务需求的抗震束制消能斜撑。
本发明的技术方案是一种抗震束制消能斜撑，主要由主受力单元与束制单元组成，主受力单元为由任意形状开放或封闭式具有单对称或双对称断面的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面大，并套入束制单元内；该束制单元，为由单一或数个钢管的构件，搭配内灌混凝土、水泥砂浆或加劲构件组装而成的外框体，用以束制主受力单元。
较佳地，该斜撑包括①各自独立构成的一对围束构件；②各自独立构成的一对主受力构件，其具有单对称断面的长条状构件，其端部断面较中间段断面大，各自插通于上述的一对围束构件内，又其与结构主体呈搭接的方式接合；③系接钣，与上述的一对围束构件相连接。
较佳地，所述一对围束构件为钢管混凝土或钢管水泥砂浆灌制而成。
较佳地，所述一对围束构件为纯钢造，包括有钢管、连结钢管的钢钣与螺栓。
较佳地，该斜撑包括①一围束构件或多钢管围束构件；②单对称或双对称的主受力构件，其端部断面较中间段断面大，二端以端钣固定；③端钣连接钣，作为斜撑与结构主体间连结。
较佳地，所述主受力单元与束制单元的形状、断面、数量相匹配组合。
较佳地，所述主受力单元构件可为不同断面的分段组合，且中间段的材料强度较端部为低或相等的组合。
较佳地，所述束制单元中的各组合构件可为金属材料、非金属材料或金属与非金属材料的组合。
较佳地，该斜撑构件与结构主体间的连接，包括单一或复合构造材料的结构梁、柱、楼板及可采用V形、倒V形或对角形安装的构架组合体。
综上所述，不论采用搭接式或改良插接的束制消能斜撑不仅保有现有消能斜撑的优良力学性质，同时兼具安装容易、成本低、接合构造简单与制作品质容易控制等优点。
图1为现有典型十字形对接束制消能斜撑构架立面图。
图2、3为传统插接式束制消能斜撑的主、俯视图。
图4为传统插接式束制消能斜撑构架立面图及局部视图。
图5为本发明搭接组合式束制消能斜撑构架立面图。
图6为本发明第一实施例的主视图。
图7为本发明第一实施例的仰视图。
图8为图6沿A-A的剖视图。
图9为图6沿B-B的剖视图。
图10为本发明第二实施例的主视图。
图11为本发明第二实施例的仰视图。
图12为图10沿A-A的剖视图。
图13为图10沿B-B的剖视图。
图14为本发明第三实施例的主视图。
图15为本发明第三实施例的仰视图。
图16为图14沿A-A的剖视图。
图17为图14沿B-B的剖视图。
图18为本发明改良型插接束制消能斜撑构架立面图。
图19为本发明第四实施例的主视图。
图20为本发明第四实施例的仰视图。
图21为图19沿A-A的剖视图。
图22为图19沿B-B的剖视图。
图23为本发明第五实施例的主视图。
图24为本发明第五实施例的仰视图。
图25为图23沿A-A的剖视图。
图26为图23沿B-B的剖视图。
图27为本发明第六实施例的主视图。
图28为本发明第六实施例的仰视图。
图29为图27沿A-A的剖视图。
图30为图27沿B-B的剖视图。
图31为本发明第七实施例的主视图。
图32为本发明第七实施例的仰视图。
图33为图31沿A-A的剖视图。
图34为图31沿B-B的剖视图。
图35为本发明第八实施例的主视图。
图36为本发明第八实施例的仰视图。
图37为图35沿A-A的剖视图。
图38为图35沿B-B的剖视图。
具体实施例方式
本发明通过两种组合方式予以说明，其中图5～17为搭接组合式的束制消能斜撑；而图18～38为改良型插接束制消能斜撑，现结合图示及实施例具体说明如下参见图5～9所示，本发明的一种搭接组合式的束制消能斜撑3的第一实施例，包括有主受力单元31及束制单元32，主受力单元31及束制单元32分别为各自独立形成的一对一字形主受力构件311及一对双钢管围束构件3211，主受力构件311的端部断面较中间段断面大，并插通于束制单元32的围束构件3211，由主受力构件311两端的搭接接合面螺栓孔33分别与接合隅钣34搭接接合，并在围束构件3211与主受力构件311的端部形成有压缩空间5；束制单元32的双钢管围束构件3211内灌注有填充混凝土或水泥砂浆3212，当然，束制单元32的侧撑构件也可为纯钢造的纯钢3213(如图14～17所示)或常用的钢管混凝土或钢管水泥砂浆构制的围束构件等，用以防止整体轴力构件在受压力时发生屈曲变形，束制单元32中的围束构件也可采用单一钢管搭配其内填充混凝土或水泥砂浆3212的形态来达成需求(如图19～22所示)。较佳地，如图9所示，该一字形主受力构件311还可加设加劲钣3111。
如图10～13所示，为本发明的第二实施例，在该实施例中，束制单元32的构件仍采用双钢管围束构件3211，双钢管围束构件3211可由分段的系接钣322相互连接，而主受力单元31的构件为T字形主受力构件312，且该T字形主受力构件312也可设有扩大钣3121。
如图14～17所示，为本发明的第三实施例，在该实施例中，主受力单元31的构件也为T字形主受力构件312，在一对T字形主受力构件312之间还设有垫钣35，且围束构件为纯钢围束构件3213，而系接钣322延轴向的全长延伸。
当然，本发明的主受力单元31还可为C形等至少具有单对称断面性质的构件，不再详举。
在制作搭接组合式的束制消能斜撑3时，两组由主受力构件与围束构件构成的组件分开制作，在工地与结构主体的接合隅钣34接合时采用搭接方式，即两组斜撑组件分别先在接合隅钣34的两侧吊装并以螺栓搭接组合，之后再焊上系接钣322连结两围束构件3211完成组装。因此，不会有不易定位、安装困难的问题存在。
如图18～22所示，为本发明改良型插接束制消能斜撑4，包括有主受力单元41及束制单元42，主受力单元41及束制单元42分别为双一字形主受力构件411及单钢管围束构件4211，较佳地，该双一字形主受力构件411还可加设加劲钣4111，主受力构件411的端部断面较中间段断面大，并插通于束制单元42的围束构件4211，由主受力构件411两端的插接接合钣螺栓孔44分别与接合隅钣46插接接合，而在围束构件4211与主受力构件411的端部形成有压缩空间5；为配合主受力单元41及束制单元42的断面及构成形式的变化常将端部采用端钣43加以固定，同时为利于其与结构体作连接及施工考虑，本发明将以前传统的插接接合方式予以改善，即以一独立且具有端钣43的插接连接钣螺栓孔44先行与结构构架的接合隅钣46锁紧，再利用其本身的端钣43与斜撑的其一端钣紧靠并以螺栓固定，即完成该侧的安装，另一侧安装方式相同。采用此形式的束制消能斜撑由于中间核心段断面变小，使斜撑消能集中于中间段，更能符合消能斜撑的功能需求；另外，也可改用端钣43收边固定，如此斜撑束制单元42与主受力单元41断面形状即可依设计强度或材料使用的需要作弹性选择，无须受限于传统型端部接合的限制，得以大大提高断面使用的适用范围与配置方式。
其中，束制单元42中的围束构件4211采用单一钢管且其内搭配灌注有填充混凝土或水泥砂浆4212来达成需求，用以防止整体轴力构件在受压力时发生屈曲变形；当然，如图31～34所示，为本发明的第七实施例，在该实施中，该束制单元42的围束构件可以采用纯钢4213的形态来达成需求，而围束构件4213由系接钣422加以连接，主受力单元41的构件为双十字形主受力构件412。
如图23～26所示，为本发明的第五实施例，该实施例与前述实施例基本相同，不再重述。只是主受力单元31的构件为十字形主受力构件412，且该十字形主受力构件412也可设有扩大钣4121。
如图27～30所示，为本发明的第六实施例，该实施例与第五实施例的区别是主受力单元41的主受力构件为双T字形主受力构件413，进一步，该双T字形主受力构件413也可设有扩大钣4131。
如图35～38所示，为本发明的第八实施例，在该实施例中，在双T字形主受力构件412之间还设有垫钣45，围束构件4213为纯钢型。
本发明如前所述的各实施例中，主受力构件31、41还可以在构件上设有脱层单元6；另外，斜撑构件与结构主体间的连接，也包括单一或复合构造材料的结构梁、柱、楼板及可采用V形、倒V形或对角形安装的构架组合体，不再详述。
权利要求
1.一种抗震束制消能斜撑，主要由主受力单元与束制单元组成，其特征在于，主受力单元为由任意形状开放或封闭式具有单对称或双对称断面的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面大，并套入束制单元内；该束制单元，为由单一或数个钢管的构件，搭配内灌混凝土、水泥砂浆或加劲构件组装而成的外框体，用以束制主受力单元。
2.根据权利要求1所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，该斜撑包括①各自独立构成的一对围束构件；②各自独立构成的一对主受力构件，其具有单对称断面的长条状构件，其端部断面较中间段断面大，各自插通于上述的一对围束构件内，又其与结构主体呈搭接的方式接合；③系接钣，与上述的一对围束构件相连接。
3.根据权利要求2所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述一对围束构件为钢管混凝土或钢管水泥砂浆灌制而成。
4.根据权利要求2所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述一对围束构件为纯钢造，包括有钢管、连结钢管的钢钣与螺栓。
5.根据权利要求1所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，该斜撑包括①单一围束构件或多钢管围束构件；②单对称或双对称的主受力构件，其端部断面较中间段断面大，二端以端钣固定；③端钣连接钣，作为斜撑与结构主体间连结。
6.根据权利要求5所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述围束构件为钢管混凝土或钢管水泥砂浆灌制而成。
7.根据权利要求5所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述围束构件为纯钢造，包括有钢管、连结钢管的钢钣与螺栓。
8.根据权利要求5所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述主受力单元与束制单元的形状、断面、数量相匹配组合。
9.根据权利要求1所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述主受力单元构件可为不同断面的分段组合，且中间段的材料强度较端部为低或相等的组合。
10.根据权利要求1所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，所述束制单元中的各组合构件可为金属材料、非金属材料或金属与非金属材料的组合。
11.根据权利要求2或5所述的抗震束制消能斜撑，其特征在于，该斜撑构件与结构主体间的连接，包括单一或复合构造材料的结构梁、柱、楼板及可采用V形、倒V形或对角形安装的构架组合体。
全文摘要
本发明公开了一种抗震束制消能斜撑，主要由主受力单元与束制单元组成，其中主受力单元为由任意形状开放或封闭式具有单对称或双对称断面的钢构件组合体，其端部断面较中间段断面大，并套入束制单元内；该束制单元，为由单一或数个钢管的构件，搭配内灌混凝土、水泥砂浆或加劲构件组装而成的外框体，用以束制主受力单元；同时配合斜撑端部的搭接或插接方式与结构体连接，使斜撑无论在受压或受拉时都能稳定地、并可大大提高斜撑抗塑性变形能力，达到减低振动与降低地震力的效果。
文档编号E04B1/98GK1900441SQ20051008520
公开日2007年1月24日 申请日期2005年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者任谅恭, 王亚勇, 任德威 申请人:任德威, 任招佑, 任谅恭, 刘熙, 李晓鹏