專利名稱：橫向支撐系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及對于輕型框架建筑物中所使用的結構的滯后阻尼，且明確地說，涉及一 種橫向支撐系統，其經構造以提供通過滯后阻尼實現的高度能量耗散以及提供較高初始 剛性，使得能量在輕型框架建筑物內在較低力閾值下耗散。
背景技術：
由于例如地震活動和大風等自然現象引起的剪切應力可能對輕型框架建筑物的結構 完整性具有破壞性影響。此類自然現象期間所產生的橫向力可導致墻壁頂部相對于墻壁 底部橫向移動，這種移動可導致對墻壁的破壞或結構損壞，且在一些情況下，可導致房 屋倒塌。
在例如住宅和小型建筑的建筑物中，已經開發出橫向支撐系統來抵制剪切應力對輕 型框架建筑物的結構完整性可能產生的破壞性影響。盡管己知各種設計，但一種類型的 橫向支撐系統包含彼此間隔的垂直間柱和附接到所述間柱并在所述間柱之間延伸的水平 橫梁。所述橫梁以旨在增加橫向負載下連接的結構性能的方式附接到間柱。
許多常規橫向支撐系統最初在橫向負載下性能良好，但在顯著的地震活動和大風期 間經常發生的反復橫向負載下下塌并失效。在橫向支撐系統明顯下塌或失效時，必須更 換整個系統。
與結構的負載無關的另一個考慮因素是工作人員可在工地上建立此類結構的容易度 和有效性。增加建筑時間、復雜性和成本的一項任務是必須在工地上將組件焊接在一起。 通常優選螺栓連接，因為其可較快、有效地且在不需要與焊接相關聯的額外設備和勞動 力成本的情況下實現。

發明內容
本發明的實施例概括地說涉及一種用于在建筑物中將支柱附接到橫梁的橫向支撐系 統。在實施例中，所述橫向支撐系統包含一對屈曲抑制塊，所述屈曲抑制塊每一者焊接 到橫梁的頂部和底部凸緣。每一屈曲抑制塊包含穿過塊中心而形成的一個或一個以上孔。 所述橫向支撐系統進一步包含用于每一屈曲抑制塊的至少一個下塌鏈。每一下塌鏈包含 附接到支柱的第一末端和穿過屈曲抑制塊中的孔而安裝并附接到屈曲抑制塊的末端的第 二末端。
所述橫向支撐系統具有足夠的剛性和硬度以在所施加橫向負載下提供高度的抗偏轉 能力。然而，在高于可控且可預測水平的橫向負載下，本發明的結構實現下塌鏈的穩定 下塌。以此方式，所施加橫向負載被滯后阻尼而遠離系統，且高度能量得到耗散，進而 防止對框架造成破壞。此外，下塌鏈的能量耗散和穩定下塌允許框架抵擋住橫向負載下 的反復偏轉而不會失效。
在實施例中，可將橫梁運送到已焊接、膠合或以另外方式附接有屈曲抑制塊的工地。 一旦運送到工地上，就可將下塌鏈插入到屈曲抑制塊中的孔中，并附接到屈曲抑制塊和 支柱。因此，工地上需要最小限度地制造本發明的橫向支撐系統。


圖1是根據本發明實施例通過橫向支撐系統連接到支柱的橫梁的透視圖。 圖2是根據圖1的橫向支撐系統的正視圖。
圖3到5是根據本發明另一實施例通過橫向支撐系統連接到支柱的橫梁的透視圖。 圖6是圖3到5所示的橫向支撐系統的正視圖。 圖7是圖3到5所示的橫向支撐系統的俯視圖。 圖8是圖3到5所示的橫向支撐系統的下塌鏈的側視圖。 圖9是圖3到5所示的橫向支撐系統的屈曲抑制塊的端視圖。 圖IO是圖3到5所示的橫向支撐系統的屈曲抑制塊的側視圖。 圖11是根據本發明替代實施例的下塌鏈的側視圖。 圖12是根據本發明替代實施例的屈曲抑制塊的側視圖。 圖13是本發明實施例的框架的橫向負載與橫向位移的曲線圖。
具體實施例方式
現將參看圖1到13描述本發明，在本發明實施例中圖1到13涉及一種橫向支撐系 統，其具有較高的初始剛性且包含能夠在橫向負載下有效地耗散橫向支撐系統內產生的 能量的下塌鏈。應了解，本發明可用許多不同形式實施，且不應解釋為限于本文陳述的 實施例。事實上，提供這些實施例是為了使本揭示案將詳盡且完整，并將把本發明完全 傳達給所屬領域的技術人員。當然，本發明希望涵蓋這些實施例的替代形式、修改和等
效物，這些包含在由所附權利要求書界定的本發明范圍和精神內。此外，在本發明的以 下詳細描述中，陳述大量具體細節以便提供對本發明的徹底理解。然而，所屬領域的技 術人員將了解，可在沒有此類具體細節的情況下實踐本發明。
現參看圖l和2，展示部分由附接到垂直支柱104的水平橫梁102組成的框架100。 橫梁102和支柱104的每一者包含一對通過中心隔板連接的相對凸緣。盡管稱為垂直支 柱和水平橫梁，但應了解，在替代實施例中，支柱和橫梁可以除90。以外的角度彼此附接。 橫梁102借助于包含橫向支撐系統的橫梁短柱IIO而附接到支柱104。所述橫向支撐系統 由一對屈曲受抑制加撐裝置112組成，橫梁短柱110的頂部和底部凸緣的每一者上有一 個屈曲受抑制加撐裝置112。每一屈曲受抑制加撐裝置112包含平坦的"狗骨"形下塌鏈 114，其在其第一末端處焊接或膠合到橫梁短柱110的凸緣，并在其第二末端處焊接或膠 合到支柱104的凸緣("狗骨"形是指其在中心部分比在其端部處窄)。覆蓋每一下塌鏈 114的中心部分的是屈曲抑制塊116。塊116焊接或膠合到橫梁短柱110的各個凸緣。
可在橫梁短柱110與支柱104之間進一步提供剪切突出部122。剪切突出部122可通 過焊接、膠合或螺栓連接而附接到支柱104的凸緣，并通過焊接、膠合或螺栓連接而附 接到橫梁短柱IIO的中心隔板。橫梁短柱IIO額外包含端板124，其焊接在橫梁短柱的與 剪切突出部122相對的末端。端板124可螺栓連接到類似的端板126以將橫梁102附接 到橫梁短柱IIO，如下文所解釋。
在操作中，所述對屈曲受抑制加撐裝置112協同操作以對抗橫向負載下橫梁相對于 支柱的旋轉(即，圍繞剪切突出部122旋轉)。第一方向上的試旋轉將使裝置112中的第 一者置于拉伸狀態并使裝置中的第二者置于壓縮狀態。相反方向上的試旋轉將使裝置中 的第一者置于壓縮狀態并使第二者置于拉伸狀態。
各個裝置112的下塌鏈114對于橫向負載下支柱104與橫梁102之間的相對移動提 供較高的初始剛性和抗拉力，但在高于可預測且可控水平的橫向負載下提供穩定下塌和 能量耗散。明確地說，支柱和橫梁的彎曲強度可設計成超過下塌鏈114的力矩容量，且 明確地說，超過下塌鏈114的較薄中心部分的力矩容量。因此，下塌鏈114在支柱或橫 梁下塌或失效之前在橫向負載下下塌，且任何破壞均限于下塌鏈，而下塌鏈可容易地移 除并進行更換。屈曲抑制塊116防止下塌鏈在壓縮負載下屈曲。提供剪切突出部122是 為了對抗垂直負載下的垂直剪切力(即，沿著支柱104的長度)。
此外，如參照以上和以下實施例描述的提供在橫梁102與支柱104之間的橫向支撐 系統允許省略常規上提供為橫梁的一部分的橫向扭轉屈曲抑制系統。也就是說，在現有
技術系統中，提供橫向扭轉屈曲抑制系統作為橫梁的一部分以在過度橫向負載下下塌。 這些橫向扭轉屈曲抑制系統包含下塌鏈和橫向支撐來防止橫梁的屈曲。通過使用根據本 發明的橫向支撐系統，可省略現有技術中建置于橫梁上的橫向扭轉屈曲抑制系統。能夠 經由鏈力矩容量的有限上限來控制通過根據本發明的橫向支撐系統(其與橫梁本身分離) 對橫梁的輸入需求，允許將橫梁設計成沒有支撐的。其還允許將橫梁和支柱設計成在極 限下塌鏈連接力矩容量的水平下保持彈性。
在橫向負載下，下塌鏈114對下塌鏈所附接到的支柱104的凸緣施加力。因此，視 需要，可將連續板130附接到支柱104的受影響凸緣以對抗由下塌鏈施加的力。
如背景技術中所解釋的，需要避免在工地上進行焊接。因此，在實施例中，可如下 完成橫梁102與支柱104的組裝和連接。在到達工地之前，可將下塌鏈114的第一末端 和屈曲抑制塊116焊接或膠合到橫梁短柱110。還可將端板124焊接或膠合到短柱110。
接著可通過將下塌鏈114的第二末端焊接/膠合到支柱104的凸緣，并將剪切突出部 焊接/膠合到支柱104的隔板，而將橫梁短柱IIO焊接或膠合到支柱104。接著可將剪切 突出部螺栓連接到橫梁短柱110的隔板。接著可將接合的橫梁短柱110與支柱104運送 到工地。包含橫梁短柱110允許所有焊接/膠合均在支柱到達工地之前發生。可將端板126 焊接或膠合到橫梁102，且接著可將橫梁運送到工地。 一旦運送到工地，就可通過將端 板124與126螺栓連接在一起而將橫梁102附接到橫梁短柱110。
現參看圖3到12解釋本發明的替代實施例。在此實施例中，提供一種橫向支撐系統， 其允許省略橫梁短柱110并提供較簡單但有效的設計。首先參看圖3到7，框架200部分 由附接到垂直支柱104的水平橫梁102組成。盡管稱為垂直支柱和水平橫梁，但應了解， 在替代實施例中，支柱和橫梁可以除90。以外的角度彼此附接。
橫梁102借助于橫向支撐系統而附接到支柱104。所述橫向支撐系統由一對屈曲受 抑制加撐裝置212組成，橫梁102的頂部和底部凸緣的每一者上有一個屈曲受抑制加撐 裝置212。每一屈曲受抑制加撐裝置212包含一個或一個以上圓柱形下塌鏈214，每一圓 柱形下塌鏈214在其末端處包含螺紋，如下文所解釋。可在屈曲抑制塊216內提供每一 組一個或一個以上下塌鏈214，所述屈曲抑制塊216焊接、膠合或以另外方式附接到橫 梁102的上部和下部凸緣。
可在橫梁102與支柱104之間進一步提供剪切突出部222。剪切突出部122可通過 焊接、膠合或螺栓連接而附接到支柱104的凸緣，并通過焊接、膠合或螺栓連接而附接 到橫梁102的中心隔板。視需要，可將支柱凸緣加強件230附接到支柱104的凸緣以對抗由下塌鏈施加的力。
圖8展示圓柱形下塌鏈214的實施例的側視圖，且圖9和10分別展示屈曲抑制塊 216的實施例的端視和側視圖。圓柱形下塌鏈214可由鋼形成，且包含第一和第二螺紋 末端240、 242以及位于末端240與242之間的中心部分244。中心部分244優選地具有 比末端240、 242小的直徑，使得當下塌時(如下文所解釋)，下塌鏈214在中心部分244 處下塌。可提供錐形部分246和248以從末端240、 242的直徑平滑地過渡到中心部分 244。盡管未圖示，但末端240和242可斜切以允許容易地插入到屈曲抑制塊216中。中 心部分244可包含肋狀物250，其目的在下文中解釋。可能形成由與末端240和242不 同的材料制成的中心部分244，其中中心部分具有較低的彈性模數。在此類實施例中， 中心部分可具備與末端240相同的直徑，且仍是在高于中心部分下塌點的張應力下首先 下塌的部分。
在圖8的實施例中，末端242可具有比末端240大的直徑。作為一個實例，末端242 可具有1.30英寸的直徑，末端240可具有1.25英寸的直徑，且中心部分244除了在肋狀 物250處外可具有1.00英寸的直徑，肋狀物250可具有1.25英寸的直徑。應了解，在替 代實施例中，以上尺寸的每一者可在所陳述的值上下彼此成比例或不成比例地變化。
屈曲抑制塊216可以是由例如鋁或鋼等金屬制成的塊，其具有穿過其中而形成的一 個或一個以上孔260，以用于接納一個或一個以上下塌鏈214。孔260可具有與肋狀物 250和/或末端240的直徑近似相同的直徑，其中末端264稍大以接納下塌鏈214的螺紋 末端242。塊216的長度(沿著橫梁102的長度)可以是(例如)6.50英寸，寬度(跨 越橫梁102的凸緣的寬度)可近似等于或稍許小于橫梁102的凸緣的寬度，例如為7.00 英寸，且塊216可具有2.50英寸的高度。當塊216包含一對孔260時，孔的中心線之間 可彼此間隔4.00英寸。應了解，在替代實施例中，這些尺寸的每一者可彼此成比例或不 成比例地變化。
塊216可包含末端262和與末端262相對的末端264，當如下文所解釋那樣組裝裝 置112時下塌鏈214的末端240突起穿過所述末端262。孔260的一部分可擰在末端264 附近，以便接納下塌鏈的螺紋末端242，如下文所解釋。
可將橫梁102運送到已焊接、膠合或以另外方式附接有塊216的工地。可將支柱運 送到已焊接、膠合或以另外方式附接有剪切突出部222的工地。現參看圖6到10， 一旦 運送到工地上，就可將下塌鏈214插入到孔260中，其中下塌鏈214的末端240首先插 入到塊216的末端264中(即，從圖6和7的視角來看為從右向左)。下塌鏈的較小直徑
部分240、 244和250穿過較大直徑的孔260，直到有螺紋的下塌鏈末端242與孔的螺紋 末端嚙合為止。此時，末端242可被擰到塊末端264中以將下塌鏈214附接到屈曲抑制 塊216。下塌鏈214的末端242可包含頭部以將鏈驅動到塊中，但在替代實施例中可省 略所述頭部。
對于每一下塌鏈214，將所述鏈擰入直到鏈末端240從塊末端262突起為止。如(例 如)圖6中看到，接著將螺帽270擰到鏈末端240上，末端240穿過支柱104的凸緣中 所形成的孔，且將第二螺帽272擰到末端240上。 一旦螺帽270和272在支柱凸緣的相 對側向下變緊，屈曲受抑制加撐裝置212就固定在適當位置以對抗橫梁102與支柱104 之間的移動。
明確地說，所述對屈曲受抑制加撐裝置212協同操作以對抗橫向負載下橫梁102相 對于支柱104的旋轉。各個裝置212的下塌鏈214對于橫向負載下支柱104與橫梁102 之間的相對移動提供較高的初始剛性和抗拉力，但在高于可預測且可控水平的橫向負載 下提供中心部分244處的穩定下塌和能量耗散。明確地說，支柱和橫梁的彎曲強度可設 計成超過下塌鏈214的部分244的力矩容量。因此，下塌鏈214在支柱或橫梁下塌或失 效之前在橫向負載下下塌，且任何破壞均限于下塌鏈，而下塌鏈可容易地移除并進行更 換。
屈曲抑制塊216防止下塌鏈在壓縮負載下屈曲。明確地說，孔260相對于下塌鏈214 的中心部分244的直徑的相對直徑限制了下塌鏈可能屈曲的量。如上文所陳述，中心部 分244可包含肋狀物250。肋狀物250的加大直徑進一步限制了下塌鏈214可能在屈曲 抑制塊216的孔260內屈曲的量。在實施例中，可能存在三個肋狀物250，但在替代實 施例中可能存在一個、兩個或三個以上肋狀物250。在另外的實施例中，可完全省略肋 狀物250。
在參看圖8到IO描述的實施例中，鏈末端242具有比鏈末端240大的直徑，進而允 許下塌鏈自由地穿過屈曲抑制塊216，直到鏈末端242與塊末端264中的螺紋嚙合為止。 在圖11的替代實施例中，下塌鏈214具有擁有相等直徑的末端240和242，例如1.25英 寸。在此類實施例中，塊216可具有沿著其整個長度具有螺紋的孔260,如圖12所示。 圖11和12的實施例可在較小直徑的中心部分中具有或不具有肋狀物的情況下操作。
根據上文參看圖1到12描述的本發明實施例，橫向支撐系統具有足夠的剛性和硬度 以在所施加橫向負載下提供高度的抗偏轉能力。然而，在高于可控且可預測水平的橫向 負載下，本發明的結構實現下塌鏈的穩定下塌。以此方式，所施加橫向負載被滯后阻尼
而遠離系統，且高度能量得到耗散，進而防止對框架造成破壞。此外，下塌鏈的能量耗
散和穩定下塌允許框架ioo抵擋住橫向負載下的反復偏轉而不會失效。
在下塌后鏈被破壞的情況下，可簡單地通過移除并更換下塌鏈來使橫向支撐系統恢 復到其原始的完整性和負載承受能力。結構框架保持完好且不需要更換。
圖13是圖1到2的屈曲受抑制加撐裝置112的實施例和圖3到10的屈曲受抑制加 撐裝置212的實施例對于所施加橫向負載的響應的曲線圖。如所看到的，兩個實施例均 彈性地執行，直到在約22,000磅的橫向負載下達到其下塌點為止。
盡管本文己經詳細描述了本發明，但應了解，本發明不限于本文所揭示的實施例。 所屬領域的技術人員可在不脫離所附權利要求書所描述和界定的本發明精神或范圍的情 況下對所述實施例作出各種變化、替代和修改。
權利要求
1.一種用于建筑物中的橫向支撐系統，所述橫向支撐系統包括結構框架，其具有橫梁和支柱；以及屈曲抑制塊，其附接到所述橫梁；以及下塌鏈，其擰入到所述屈曲抑制塊中并螺栓連接到所述支柱，所述下塌鏈在橫向負載施加到所述結構框架時能夠在拉伸和壓縮狀態下下塌以耗散所述框架內的應力。
2. 根據權利要求l所述的橫向支撐系統，其中所述橫梁與支柱之間的所述屈曲抑制塊 和下塌鏈允許省略所述橫梁上的橫向扭轉屈曲抑制系統。
3. —種包含橫梁和支柱的建筑物，所述建筑物包括屈曲抑制塊，其能夠附接到所述橫梁的末端，所述屈曲抑制塊包含當所述塊附接 到所述橫梁時最接近所述橫梁的所述末端的第一末端、與所述第一末端相對的第二 末端以及處于所述第一與第二末端之間的孔；以及下塌鏈，其包含能夠附接到所述支柱的第一末端和穿過所述屈曲抑制塊中的所述 孔而安裝并能夠附接到所述屈曲抑制塊的所述第二末端的第二末端，所述下塌鏈在 橫向負載施加到所述橫梁和/或支柱時能夠在拉伸和壓縮狀態下下塌以耗散所述框 架內的應力。
4. 根據權利要求l所述的建筑物，其中所述下塌鏈的所述第二末端經旋擰以與所述屈曲抑制塊的所述第二末端上的螺紋配合。
5. 根據權利要求1所述的建筑物，其中所述下塌鏈包含具有比所述第一和第二末端低的強度的中間部分，所述下塌鏈在給定張力下在所述中間部分處下塌。
6. 根據權利要求5所述的建筑物，其中所述中間部分具有比所述第一和第二末端小的 直徑。
7. 根據權利要求l所述的建筑物，其進一步包括在所述下塌鏈的中間部分中的具有較 大直徑的一個或一個以上肋狀物，所述一個或一個以上肋狀物通過與界定所述孔的 所述屈曲抑制塊的墻壁形成接觸來對抗所述下塌鏈的屈曲。
8. 根據權利要求7所述的建筑物，其中所述一個或一個以上肋狀物包括三個肋狀物。
9. 根據權利要求1所述的建筑物，其中所述下塌鏈的所述第二末端具有比所述下塌鏈 的所述第一末端大的直徑。
10. —種建筑物，其包括支柱； 橫梁；剪切突出部，其附接在所述支柱與橫梁之間；以及橫向支撐系統，其附接在所述支柱與橫梁之間，所述橫向支撐系統包含一對屈曲抑制塊，每一屈曲抑制塊處于所述橫梁的頂部和底部凸緣上，每一屈曲抑制塊包含附接到所述橫梁的末端的第一末端、與所述第一末端相對的第二末端和處于所述第一與第二末端之間的至少一個孔；以及一對下塌鏈，每一下塌鏈包含附接到所述支柱的第一末端和穿過所述屈曲抑制塊的一者中的所述孔而安裝并附接到所述屈曲抑制塊的一者的所述第二末端的第二末端，所述對下塌鏈中的下塌鏈在橫向負載施加到所述橫梁和/或支柱時能夠在拉伸和壓縮狀態下下塌以耗散所述框架內的應力。
11. 根據權利要求IO所述的建筑物，其中每一屈曲抑制塊包含一對平行孔。
12. 根據權利要求11所述的建筑物，其中屈曲抑制塊中的每一孔包含穿過其中的下塌 鏈。
13. 根據權利要求10所述的建筑物，其中每一下塌鏈的所述第二末端經旋擰以與每一 屈曲抑制塊的所述第二末端上的螺紋配合。
14. 根據權利要求10所述的建筑物，其中每一下塌鏈包含具有比所述第一和第二末端 小的直徑的中間部分。
15. 根據權利要求10所述的建筑物，其進一步包括在每一下塌鏈的中間部分中的具有 較大直徑的一個或一個以上肋狀物，所述一個或一個以上肋狀物通過與界定所述孔 的所述屈曲抑制塊的墻壁形成接觸來對抗所述下塌鏈的屈曲。
16. 根據權利要求15所述的建筑物，其中所述一個或一個以上肋狀物包括三個肋狀物。
17. —種組裝具有橫梁、支柱和處于其間的橫向支撐系統的框架的方法，其包括以下步 驟(a) 將屈曲抑制塊附接到所述橫梁和支柱中的第一者；(b) 將下塌鏈附接到所述屈曲抑制塊；以及(c) 將所述下塌鏈螺栓連接到所述橫梁和支柱中的第二者。
18. 根據權利要求17所述的方法，所述將屈曲抑制塊附接到所述橫梁和支柱中的第一 者的步驟(a)包括以下步驟通過膠合或焊接中的一者來附接所述屈曲抑制塊。
19. 根據權利要求17所述的方法，所述將下塌鏈附接到所述屈曲抑制塊的步驟(b)包括以下步驟將所述下塌鏈的螺紋末端擰入到所述屈曲抑制塊的螺紋部分中。
20. 根據權利要求17所述的方法，所述將屈曲抑制塊附接到所述橫梁和支柱中的第一 者的步驟(a)包括以下步驟在所述橫梁和支柱到達工地之前將所述屈曲抑制塊附 接到所述橫梁和支柱中的一者。
21. 根據權利要求17所述的方法，所述步驟(a)中附接的所述屈曲抑制塊和所述步驟 (b)中附接的所述下塌鏈一起抵抗所述橫梁相對于所述支柱的橫向偏轉，但在高于 闡值水平的負載下在所述下塌鏈的中心部分處下塌。
22. 根據權利要求17所述的方法，所述步驟(a)中附接的所述屈曲抑制塊和所述步驟 (b)中附接的所述下塌鏈一起抵抗所述橫梁相對于所述支柱的橫向偏轉，其通過所 述下塌鏈的下塌強度來對所述下塌鏈施加張力。
23. 根據權利要求17所述的方法，所述步驟(a)中附接的所述屈曲抑制塊和所述步驟 (b)中附接的所述下塌鏈一起抵抗所述橫梁相對于所述支柱的橫向偏轉，其通過借 助所述屈曲抑制塊的所述孔的墻壁約束所述下塌鏈屈曲來對所述下塌鏈施加壓縮 力。
全文摘要
本發明揭示一種用于在建筑物中將支柱附接到橫梁的橫向支撐系統。所述橫向支撐系統包含一對屈曲抑制塊，每一屈曲抑制塊附接到橫梁的頂部和底部凸緣。每一屈曲抑制塊包含穿過所述塊的中心而形成的一個或一個以上孔。所述橫向支撐系統進一步包含用于每一屈曲抑制塊的至少一個下塌鏈。每一下塌鏈包含附接到所述支柱的第一末端和穿過屈曲抑制塊中的孔而安裝并附接到所述屈曲抑制塊的末端的第二末端。
文檔編號E04B1/58GK101343894SQ20071030153
公開日2009年1月14日 申請日期2007年12月21日 優先權日2006年12月22日
發明者史蒂文·E·普賴爾, 巴德里·希里尤爾 申請人:辛普森緊固系統公司