發明專利說明書 DTD 版本 : 1.0.0 申請案號 :092102851 I P C 分類 :E04C 3/34 一 發明名稱 : 複合式梁柱結構 二 中文發明摘要 : 一種複合式梁柱結構, 包括一基礎 一柱以及一帽梁 柱設於該基礎之上, 柱包括一柱心結構以及一抗剪力結構, 抗剪力結構設於該柱心結構表面, 柱不具有一箍筋結構 帽梁設於該柱之上 三 英文發明摘要 : 四 指定代表圖 : ( 一 ) 本案指定代表圖為 : 第 2 圖 ( 二 ) 本代表圖之元件符號簡單說明 : 210 帽梁 211 212 鋼筋 220 柱 222 抗剪力結構 223 縱向鋼筋 230 基礎 231 232 鋼筋 d1 間距五 本案若有化學式時, 請揭示最能顯示發明特徵的化學式 : 六 發明說明 : 發明所屬之技術領域 [0001] 本發明係為一種可使用於橋樑或建築抗震結構之複合式梁柱結構, 特別係指一種能提供高勁度, 高強度 高韌性, 且施工快速容易之複合式梁柱結構 先前技術 [0002] 近年來由於國內外相繼發生強烈地震, 如 1994 年美國加州之北嶺地震,1995 年日本阪神地震,1999 年台灣 921 地震, 在這些地震中不少橋樑結構其橋柱產生破壞, 而這些橋柱的破壞也造成橋樑的破壞, 由於橋樑是交通維生救災系統中之重要的一環, 尤其橋樑通常跨越河川, 若有破壞則不易修護, 因此如何設計一耐震能力優越的橋柱將直接影響橋樑之耐震安全 [0003] 橋樑結構之耐震能力主要仰賴其橋柱的耐震行為, 以鋼筋混凝土為例, 其破壞主因通常為剪力強度不足或撓曲強度不足, 如在阪神地震中阪神高速公路高架橋在神戶東灘區近 630 公尺的倒塌, 即是鋼筋混凝土橋柱強度不足, 破壞後造成橋樑之倒塌 在早期之設計規範中, 對鋼筋混凝土桿件之剪力設計通常以強度為考量重點, 隨著耐震規範的進展, 剪力箍筋對桿件韌性之重要性也逐漸被重視, 規範亦對地震帶鋼筋混凝土桿件之箍筋量與耐震彎鉤亦有詳細之規定, 但對於早期之結構由於其設計時並無相關規定, 因此以目前之設計規範檢討這些既存結構, 可發現其大多需要耐震補強, 而常見之剪力耐震補強方法則利用包覆鋼板之方式以補足剪力強度的不足, 但這些方法實際上其桿件內皆已含有剪力箍筋, 亦即此類經由鋼板包覆補強後之桿件實際上利用鋼板 橫向箍筋 縱向主筋及混凝土共同來提供其剪力強度及撓曲強度, 其成本過於高昂, 且其僅適用於既存結構之耐震補強用 [0004] 近年來甚多研究顯示, 於鋼管內灌混凝土形成鋼管混凝土, 可發揮鋼管及混凝土的複合作用, 大幅增進其強度, 此乃因鋼管可提供其內灌混凝土之圍束作用, 故可增加其混凝土之抗壓強度, 鋼管混凝土之抗剪強度亦較一般鋼筋混凝土之剪力強度為佳, 且混凝土亦可提供鋼管之勁度, 減緩鋼管之整體挫屈與局部挫屈破壞的發生, 因此, 使用鋼管混凝土可大幅提昇其耐震能力 [0005] 雖然採用鋼管混凝土可大幅提昇其強度及韌性, 但此需符合鋼結構之所有施工要求, 尤

其在跨河橋樑施工時, 由於鋼管須與基礎固定, 須有較佳之施工技術及品管措施, 因此若能結合鋼筋混凝土及鋼管之優點, 將可節省工期, 降低造價, 且可更進而提升鋼筋混凝土橋柱之結構行為, 在設計基本理念上可分別擷取鋼管混凝土與鋼筋混凝土之優點, 並避免其個別缺點 如鋼管混凝土有極佳之混凝土圍束效果及抗剪強度, 但其欲發揮其抗撓強度則因其在鋼骨上為受拉狀態, 對任何焊接施工之瑕疵皆甚為敏感, 易於造成斷裂問題 而鋼筋混凝土柱 100( 如第 1a 圖所顯示的 ) 則因其需配置緊密剪力箍筋 110, 且箍筋需提供耐震彎鉤 ( 如第 1b 1c 圖所顯示的 ), 施工較不易確實, 且常因鋼筋過密致混凝土難以施工 而設置箍筋於橋樑的施工過程中, 為一極為耗時耗工的步驟, 若能免除箍筋設置的步驟, 同時又能讓橋樑維持足夠的強度與韌性, 將能大幅縮短工期及節省成本 發明內容 [0006] 本發明之基本理念乃於鋼管內澆灌混凝土, 並配置縱向鋼筋, 此縱向鋼筋除提供軸向強度外, 亦與混凝土結合, 提供側向載重所需之強度, 如地震力所需要之撓曲強度 但混凝土結構內不再配置剪力箍筋, 所須之剪力強度由鋼管與混凝土結構共同承擔, 如此可大幅簡化施工過程, 縮短工期及節省成本 [0007] 本發明之複合式梁柱結構包括一基礎 一柱以及一帽梁 柱設於該基礎之上, 柱包括一柱心結構以及一抗剪力結構, 抗剪力結構設於該柱心結構表面, 柱不具有一箍筋結構 帽梁設於該柱之上 [0008] 本發明亦利用鋼管之特性, 提供混凝土澆灌所須之模板, 可節省工期及造價, 再利用其對混凝土之圍束效應及優良之剪力強度, 可提升其耐震強度與韌性 採用此種複合式結構之設計尚具有下列之優點 : 第一 以鋼管做為混凝土柱之施工模板, 簡化施工程序時間與造價 第二 鋼管除可作為鋼筋混凝土施工模板外, 不再拆裝, 其可提供其內灌混凝土之圍束作用, 提升混凝土之抗壓強度, 可縮小柱之斷面 第三 無須採用施工繁複困難之剪力箍筋, 並可使混凝土澆灌容易, 避免蜂窩之發生 第四 以鋼管取代箍筋及過去鋼筋混凝土橋柱施工所需之模板, 可大幅降低造價 第五 由於鋼管可提供良好之圍束效果, 可大幅提昇橋柱之耐震韌性 第六 本發明之梁柱構件除可應用於橋柱外, 亦可使用於其他土木及建築結構上 實施方式 [0009] 本發明的實施例如第 2 圖所顯示的, 包括一基礎 230 一柱 220 以及一帽梁 210 參照第 3a 圖, 柱 220 設於基礎 230 上, 柱 220 包括一柱心結構 221, 一抗剪力結構 222 以及複數條縱向鋼筋 223, 抗剪力結構 222 設於柱心結構 221 表面, 縱向鋼筋 223 設於柱心結構 221 中, 柱 220 不具有一箍筋結構 帽梁 210 設於柱之上 [0010] 上述之柱心結構 221 的材料可為混凝土, 而抗剪力結構 222 可為複數個鋼管, 而鋼管之間可以焊接的方式相連接 [0011] 抗剪力結構 222( 鋼管 ) 與柱心結構之間, 可增設剪力釘, 以加強鋼管與柱心結構的連結 [0012] 抗剪力結構 222 與基礎 230 之間可留有一間距 d1, 間距 d1 小於柱 220 的橫截面寬度 間距 d1 的功能在於, 防止抗剪力結構 222 與基礎 230 接觸, 以避免抗剪力結構 222( 鋼管 ) 損壞基礎 230 的混凝土結構 且由於其無須如一般鋼骨結構一般錨碇於基礎, 因此可避免鋼結構錨碇之複雜施工程序 [0013] 在上述的柱 220 中之複數條縱向鋼筋 223, 除提供軸向強度外, 亦與柱心結構 221 的混凝土結合, 提供側向載重所需之強度 此外, 縱向鋼筋 223 與混凝土尚能提供軸向抗壓強度與側向抗撓強度, 由於剪力結構 222 與基礎 230 之間留有一間距, 因此抗剪力結構 222 並不提供軸向抗壓強度以及側向抗撓強度 因此柱 220 的軸力設計及撓曲設計仍為傳統之鋼筋混凝土設計 但抗剪力結構 222 內不再配置剪力箍筋, 所須之剪力強度由抗剪力結構 222 與柱心結構 221 共同承擔 如此可避免傳統鋼筋混凝土柱由於須配置緊密箍筋, 且箍筋須採耐震彎鉤, 造成施工複雜 困難 且鋼筋間距過小而致使混凝土無法澆灌, 易於造成蜂窩等缺點 而抗剪力結構 222 由於其連續性, 故可提供較傳統箍筋為佳之圍束及抗剪力效果 [0014] 抗剪力結構 222 除提供抗剪強度外, 亦可對柱心結構 221 的混凝土產生圍束作用, 增加混凝土的抗壓強度 混凝土亦可提供抗剪力結構 222 勁度, 減緩抗剪力結構 222 之整體挫屈與局部挫屈破壞的發生 [0015] 在基礎 230 以及帽梁 210 中, 除了有縱向鋼筋 223 之外, 仍會設有鋼筋 211 212 231 232, 以提供帽梁及基礎抗壓強度及抗剪強度 [0016] 柱 220 的形狀可以為圓柱 ( 如第 3b 圖所顯示的 ), 亦可以為立方體 ( 如第 3c 圖所顯示的 ) [0017] 本發明之第二實施例, 如第 4 圖所顯示的, 乃將剪力結構 222 之複數鋼管之間, 不焊接而留有間距 d2, 以減化施工程序 由於當 d2 極小時, 此間距並不影響整體結構之抗剪強度, 其仍具有足夠的抗剪力強度 [0018] 在本發明的實施方法中, 可以鋼管做為混凝土柱 ( 柱心結構 221) 之施工模板, 以簡化其施工過程, 其步驟如下 : 第一, 形成一基礎 第二, 排置複數條縱向鋼筋於該基礎之上, 但該等縱向鋼筋可利用鐵線或小號之鋼筋固定, 以維持該等縱向鋼筋的位置, 但並不需配置抗剪力之橫向箍筋 第三, 設置至少一鋼管, 包覆該等縱向鋼筋 第四, 於該鋼管內澆置混凝土, 使該等縱向鋼筋於橫向被固定, 因而形成一柱 第五, 於該柱上方形成一帽梁 [0019] 利用本發明之梁柱結構, 其於施工時, 可以鋼管做為混凝土柱之施工模板, 簡化施工程序

時間與造價 此外, 其可無須採用施工繁複困難之剪力箍筋, 而使混凝土澆灌容易, 節省工時, 並避免蜂窩之發生 [0020] 本發明亦利用鋼管之特性, 提供混凝土澆灌所須之模板, 可節省工期及造價, 再利用其對混凝土之圍束效應及優良之剪力強度, 可提升其耐震強度與韌性 採用此種複合式結構之設計尚具有下列之優點 : 第一 鋼管除可作為鋼筋混凝土施工模板外, 不再拆裝, 其可提供其內灌混凝土之圍束作用, 提升混凝土之抗壓強度, 可縮小柱之斷面 第二 以鋼管取代箍筋及過去鋼筋混凝土橋柱施工所需之模板, 可大幅降低造價 第三 由於鋼管可提供良好之圍束效果, 可大幅提昇橋柱之耐震韌性 第四 本發明之梁柱構件除可應用於橋柱外, 亦可使用於其他土木及建築結構上 [0021] 雖然本發明已於較佳實施例揭露如上, 然其並非用以限定本發明, 任何熟習此項技藝者, 在不脫離本發明之精神和範圍內, 仍可作些許的更動與潤飾, 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準 圖式簡單說明 [0033] 第 1a 圖係顯示習知之鋼筋混凝土梁柱結構示意圖 ; 第 1b 圖係顯示習知之鋼筋混凝土梁柱結構之截面圖 ; 第 1c 圖係顯示習知之鋼筋混凝土梁柱結構之截面圖 ; 第 2 圖係顯示本發明之第一實施例之示意圖 ; 第 3a 圈係顯示本發明之第一實施例之內部構造圖 ; 第 3b 圖係顯示本發明之第一實施例之截面圖 ; 第 3c 圖係顯示本發明之第一實施例之截面圖 ; 第 4 圖係顯示本發明之第二實施例之示意圖 主要元件符號說明 [0022] 100 鋼筋混凝土柱 [0023] 110 箍筋 [0024] 210 帽梁 [0025] 211 212 鋼筋 [0026] 220 柱 [0027] 221 柱心結構 [0028] 222 抗剪力結構 [0029] 223 縱向鋼筋 [0030] 230 基礎 [0031] 231 232 鋼筋 [0032] d1 d2 間距七 申請專利範圍 : 1. 一種複合式梁柱結構, 包括 : 一基礎 ; 一柱, 設於該基礎之上, 該柱係由一柱心結構 一抗剪力結構以及複數條縱向鋼筋所組成, 該抗剪力結構設於該柱心結構表面, 該等縱向鋼筋設於該柱心結構之中 ; 以及一帽梁, 設於該柱之上 2. 如申請專利範圍第 1 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱心結構之材料為混凝土 3. 如申請專利範圍第 1 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該抗剪力結構為複數個鋼管 4. 如申請專利範圍第 3 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該等鋼管之間以焊接的方式相連接 5. 如申請專利範圍第 3 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該等鋼管之間設有至少一間距 6. 如申請專利範圍第 5 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該間距小於該柱的橫截面寬度 7. 如申請專利範圍第 1 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱之形狀為一圓柱 8. 如申請專利範圍第 1 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱之形狀為一立方體 9. 如申請專利範圍第 1 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該抗剪力結構以及該基礎之間具有一間距 10. 如申請專利範圍第 9 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該間距小於該柱的橫截面寬度 11. 一種複合式梁柱結構, 包括 : 一基礎 ; 一柱, 設於該基礎之上, 該柱係由一柱心結構 一抗剪力結構 複數條縱向鋼筋以及複數個剪力釘所組成, 該抗剪力結構設於該柱心結構表面, 該等縱向鋼筋設於該柱心結構之中, 該等剪力釘設於該抗剪力結構並伸入該柱心結構 ; 以及一帽梁, 設於該柱之上 12. 如申請專利範圍第 11 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱心結構之材料為混凝土 13. 如申請專利範圍第 11 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該抗剪力結構為複數個鋼管 14. 如申請專利範圍第 13 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該等鋼管之間以焊接的方式相連接 15. 如申請專利範圍第 13 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該等鋼管之間設有至少一間距 16. 如申請專利範圍第 15 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該間距小於該柱的橫截面寬度 17. 如申請專利範圍第 11 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱之形狀為一圓柱 18. 如申請專利範圍第 11 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該柱之形狀為一立方體 19. 如申請專利範圍第 11 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該抗剪力結構以及該基礎之間具

有一間距 20. 如申請專利範圍第 19 項所述之複合式梁柱結構, 其中, 該間距小於該柱的橫截面寬度 八 圖式 : 第 1a 圖

第 1b 圖 第 1c 圖

第 2 圖

第 3a 圖

第 3b 圖 第 3c 圖

第 4 圖