JP2007016918A - Impact absorbing plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、住宅やビルなど建物の免震装置に好適な衝撃吸収板に関する。 The present invention relates to an impact absorbing plate suitable for a seismic isolation device for a building such as a house or a building.
地震の揺れを軽減する免震装置は建築物の土台となる部分に積層ゴムを用いたもの、バネを利用したもの、ボール状と楕円板で挟んだもの、高弾性ツイスト板を2枚もしくは4枚組み合わせてなるもの(特許文献1)など、各種の方式が提案されている。 Seismic isolation devices that reduce the shaking of the earthquake are those that use laminated rubber on the base of the building, those that use springs, those that are sandwiched between a ball and an ellipse, and two or four highly elastic twist plates Various methods such as a combination of sheets (Patent Document 1) have been proposed.
ゴムと鉄(金属)の積層材料を用いた免震装置(本明細書ではこれを「積層ゴム方式」という。)は地震の揺れに対して一定程度以上の抵抗値を示しながらエネルギーを徐々に吸収し、最大移動値(例えば70mm)の範囲で0に近づけるように設計されるため、設計値以下の横揺れ(水平方向への揺れ)に対しては比較的大きな効果を発揮するものとして、すでに実用化が進んでいる。しかし、設計された最大移動値を超える大きな横揺れに対しては、遠心力が働くために却って免震効果か得られなくなり、また、直下型地震で起こるような縦揺れ(垂直方向への揺れ)については、構造上十分な免震効果を発揮しえないという欠点がある。また、ゴムは耐久性が低いという点でも問題がある。 The seismic isolation device using laminated material of rubber and iron (metal) (referred to as “laminated rubber method” in this specification) gradually increases the energy while exhibiting a certain resistance value against earthquake vibration. Since it is designed to absorb and approach 0 in the range of the maximum movement value (for example, 70 mm), it is said that it exhibits a relatively large effect against lateral roll (swing in the horizontal direction) below the design value. It is already in practical use. However, for large rolls exceeding the designed maximum movement value, the seismic isolation effect can no longer be obtained because of the centrifugal force, and vertical rolls (swing in the vertical direction) that occur in direct earthquakes ) Has the disadvantage that it cannot exert a sufficient seismic isolation effect structurally. Another problem is that rubber has low durability.
しかし、一般に、地震動の揺れのうち、垂直方向の振動は建物の全荷重がその土台(基礎)に加わるため、建築物の規模が大きくなるほど、土台が受ける垂直方向の衝撃力が大きくなる。特に、高層ビルなど重量の大きな建築物に対しては、すでに実用化されている積層ゴム方式の免震装置は殆ど免震効果を発揮しないと考えられている。 However, in general, among the vibrations of seismic vibration, the vertical vibration causes the total load of the building to be applied to the foundation (foundation), so that the vertical impact force received by the foundation increases as the size of the building increases. Especially for heavy buildings such as high-rise buildings, it is considered that laminated rubber type seismic isolation devices that have already been put to practical use exhibit little seismic isolation effect.
また、一般にゴムは金属と比べて変形率が大きいためエネルギーの吸収率が小さく、「エネルギーの滅衰」が求められる免震装置には、効果が小さいとされている。一方、鋼もバネと同じようにリバウンドの繰り返しによって、長時間をかけてエネルギーを吸収する特徴を持つため、建築物に適用されると反復する揺れによって金属疲労を招き、倒壊に至る危険性も指摘されている。 In general, rubber has a large deformation rate compared to metal, so the absorption rate of energy is small, and it is said that the effect is small for seismic isolation devices that require “energy decay”. On the other hand, steel, like springs, has the characteristic of absorbing energy over a long period of time by rebounding repeatedly, so when applied to buildings, repeated shaking causes metal fatigue and the risk of collapse. It has been pointed out.
ところで、近年、鉄鋼材料は格段の進歩を遂げ、ナノテクノロジー(超微細技術)を応用したナノ結晶材料合金が開発されているが、中でも、亜鉛・アルミニウム合金(Zn−Al合金)は、塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が少なく、延性が大きいこと、また、Pbを含まないため環境に優しいという特徴を備えているため、木造住宅の柱や梁に取り付けて地震の揺れを抑える「制震装置」への応用が研究されている(非特許文献1)。 By the way, in recent years, steel materials have made great progress, and nanocrystalline material alloys using nanotechnology (ultrafine technology) have been developed. Among them, zinc-aluminum alloys (Zn-Al alloys) are plastically deformed. Occasionally, there is little work hardening and distortion degradation, large ductility, and because it does not contain Pb, it has the feature of being environmentally friendly. ”Is being studied (Non-patent Document 1).
以上のような背景の下で、本件発明者は先に、90度の角度で交叉するようにねじ曲げられた2つのツイスト面を用いた衝撃吸収板について発明し、これについて特許出願を行っているが(上掲特許文献1)、この衝撃吸収板は水平方向(前後及び左右)、垂直方向(上下方向)への地震の揺れに対して優れた衝撃吸収効果を発揮するものであった。 Under the background as described above, the inventor of the present invention first invented an impact absorbing plate using two twist surfaces twisted so as to cross at an angle of 90 degrees, and has filed a patent application for this. (Patent Document 1 listed above), this shock absorbing plate exhibited an excellent shock absorbing effect against the shaking of the earthquake in the horizontal direction (front and rear and left and right) and the vertical direction (up and down direction).
しかし、特許文献1の衝撃吸収板は、垂直方向に伸び縮みする際に必ず支持板に対しねじれ方向の力が加わる構造となっていたため、構造上、垂直方向の揺れの吸収効率が水平方向と比べるとやや劣っている。 However, since the shock absorbing plate of Patent Document 1 has a structure in which a force in the torsional direction is always applied to the support plate when the shock absorbing plate expands and contracts in the vertical direction, the absorption efficiency of the vertical shaking is structurally the horizontal direction. Somewhat inferior.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、水平方向のみならず、垂直方向の大きな揺れに対しても、更に効果的な衝撃吸収効果を発揮しうる衝撃吸収板を提供せんとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and does not provide a shock absorbing plate that can exhibit a more effective shock absorbing effect not only in the horizontal direction but also in a large vertical swing. It is what.
本発明に係る衝撃吸収板は、90度の角度で交叉するようねじ曲げられた2つのツイスト面(2,3)を有し、各ツイスト面端縁(4)には支持板への固定部(5)を設けられた高弾性ツイスト板(20)であって、前記ツイスト面(2,3)の中間部に少なくとも一つのウエーブ(7a又は7b)が設けられてなることを特徴とする。 The shock absorbing plate according to the present invention has two twist surfaces (2, 3) that are twisted so as to intersect at an angle of 90 degrees, and each twist surface end edge (4) has a fixing portion ( 5) A highly elastic twist plate (20) provided with at least one wave (7a or 7b) at an intermediate portion of the twist surface (2, 3).
また、高弾性ツイスト板(20)を1枚若しくは2枚乃至4枚を1セットとして、上下2枚の支持板(6,6’)の間に挟持しつつ、このとき各ツイスト板のツイスト面同士は互いに直角になるように配置し、これらツイスト板を前記上下の支持板に固定して用いることが好ましい。 Also, one high elastic twist plate (20) or a set of two to four plates is sandwiched between two upper and lower support plates (6, 6 '), and at this time, the twist surface of each twist plate It is preferable to arrange the twist plates at right angles to each other and fix the twist plates to the upper and lower support plates.
このように、上下のツイスト面の中間部に少なくとも一つのウエーブ(7)を設ける構成により、上下動の大きな振動に対して支持板にねじり力が加えられることなく吸収できる。すなわち、従来の如くウエーブが無い場合は、上下方向の振動を吸収する際、必ず支持板にねじり力(水平方向でツイストを緩和する方向に回転する力)が働くが、本発明に係る衝撃吸収板によれば、中間部に設けたウエーブ(7)を支持板へのねじり力を作用することなく上下方向の振動を吸収することが可能となる。 Thus, by providing at least one wave (7) in the middle part of the upper and lower twist surfaces, it is possible to absorb a large vibration in the vertical direction without applying a torsional force to the support plate. That is, when there is no wave as in the prior art, a torsional force (a force that rotates in a direction that relaxes the twist in the horizontal direction) always acts on the support plate when absorbing vibration in the vertical direction. According to the plate, it is possible to absorb the vibration in the vertical direction without applying the twisting force to the support plate on the wave (7) provided in the intermediate portion.
本発明に係る前記衝撃吸収板は、高弾性プレートよりなることが好ましい。高弾性プレートは塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が小さい材料であり、例えば極軟鋼を用いてもよいが、亜鉛とアルミニウムを含む合金(Zn/Al合金、以下、「Zn−Al合金」という。)を用いることがより好ましい。ZnーAl合金は10〜20%/sの歪み速度域で降伏強度が200MPa、引張強度が250MPa、その時の伸びは60%以上すなわち100MPa級の極軟鋼以上の伸びを示すといった点で、極軟鋼よりも優れた特性を具備するためである。
あるいは、カーボングラファイトなど非金属の部材でもよい。
The impact absorbing plate according to the present invention is preferably made of a highly elastic plate. The high elastic plate is a material that is small in work hardening and strain deterioration during plastic deformation, and for example, ultra mild steel may be used, but an alloy containing zinc and aluminum (Zn / Al alloy, hereinafter referred to as “Zn—Al alloy”). ) Is more preferable. The Zn-Al alloy is an ultra mild steel in that the yield strength is 200 MPa and the tensile strength is 250 MPa at a strain rate range of 10 to 20% / s, and the elongation at that time is 60% or more, that is, the elongation of 100 MPa class or more. This is because it has more excellent characteristics.
Alternatively, a non-metallic member such as carbon graphite may be used.
(第1の実施形態)
図1(a)〜(d)は本発明に係る衝撃吸収板の製造工程を示す図である。図1(a)は、長方形の高弾性プレート10を正面から見た図である。この高弾性プレートは、極軟鋼或いはZnーAl合金等、塑性変形時に加工硬化や歪み劣化が少なく、延性が大きい性質を備える部材を用いることが好ましい。予め、両端部に固定部材を止めるための孔を形成しておく。
次に、図1(b)に示すように、中央部で略90度の角度で交叉するように中央部を捻ると、2つのツイスト面2,3が現れる。なお、高弾性プレートは伸び縮みしやすいため、このように折り曲げて塑性変形させても加工硬化や歪み劣化は殆ど起こらない。
次に、図1(c)に示すように、一方のツイスト面3に第1のウエーブ7aを与えるように変形加工する。
次に、図1(d)に示すように、他方のツイスト面2に第2のウエーブ7bを与えるよう変形加工し、更に、両端のツイスト面端縁4を折り曲げ、固定部5を形成して本発明に係る衝撃吸収板20が完成する。なお、製造工程は一例であり、始めに固定部5を形成しておくなど、順序が入れ替わっても構わない。
また、ウエーブは少なくとも一つあればよく、第1又は第2のウエーブの何れか一方を省略してもよい。なお、Zn−Al合金は溶接が困難であるため固定手段はボルトを例示したが、例えば、ツイスト面端縁4の肉厚を厚くしてネジ溝を切り、ここにボルトをねじ込んで固定部材に固定するなど、固定は他の方法でもよい。もちろん、溶接が可能であれば溶接でもよい。
(First embodiment)
1 (a) to 1 (d) are diagrams showing a manufacturing process of an impact absorbing plate according to the present invention. Fig.1 (a) is the figure which looked at the rectangular highly
Next, as shown in FIG. 1B, when the central portion is twisted so as to intersect at an angle of approximately 90 degrees at the central portion, two
Next, as shown in FIG. 1C, deformation processing is performed so as to give the
Next, as shown in FIG. 1 (d), the
Further, at least one wave may be provided, and either the first or second wave may be omitted. Since the Zn-Al alloy is difficult to weld, the bolt is exemplified as the fixing means. For example, the
図4(a)、(b)及び図5(a)は、図1(d)に示す衝撃吸収板20を2枚乃至4枚組み合わせて上下に共通の支持板6,6’を取り付けたユニットの全体斜視図を表わしている。本発明に係る衝撃吸収板10は1枚単位で使用してもよいがこのように複数枚(2枚乃至4枚程度)を1セットとして1つのユニットを構成して用いることが好ましい。建物のどの位置にどのようなユニットを用いることが適切かということについては後述する。
4 (a), 4 (b), and 5 (a) show a unit in which two to four
図2は本発明に係る衝撃吸収板の基本原理を説明するために模式化して表した図(原理原則図)である。y方向の揺れは図中に示すA面の「しなり」でエネルギーを吸収し、x方向の揺れはB面の「しなり」でエネルギーを吸収し、z方向の揺れはウエーブと極軟鋼或いはZn−Al、カーボングラファイト等の上述した優れた物性特性で吸収する。この原理に基づいて実際に地震の揺れを吸収する様子について説明する。 FIG. 2 is a diagram (principal principle diagram) schematically showing the basic principle of the shock absorbing plate according to the present invention. Shaking in the y direction absorbs energy at the “bend” on the A side shown in the figure, shaking in the x direction absorbs energy at the “bending” on the B side, and shaking in the z direction means that the wave and extra mild steel or It absorbs with the above-mentioned excellent physical properties such as Zn-Al and carbon graphite. Based on this principle, the state of actually absorbing earthquake shaking will be described.
図3はこの衝撃吸収板が地震の揺れを吸収する様子を説明するための図であり、上下の支持板6,6’に衝撃吸収板を取り付けた様子を示している。このうち図3(a)は静止状態を表している。図3(b)は垂直方向の揺れに対して、図3(c)はより実際に近い水平及び垂直方向の激しい揺れに対して衝撃を吸収する様子を、それぞれ示している。
FIG. 3 is a view for explaining how the shock absorbing plate absorbs the shaking of the earthquake, and shows a state in which the shock absorbing plate is attached to the upper and
図3(b)に示すように、垂直方向の揺れに対しては、ウエーブ7a,7bが曲率を変えて変形することで上下の支持板6,6’に対してねじり力を殆ど伝えることなく衝撃を吸収する。また、上述の通り、この衝撃吸収板は高弾性プレートで形成されているため、材料の優れた特性とも相俟って、直下型地震のような激しい垂直方向の揺れに対しても、大きな衝撃吸収効果を発揮する。
As shown in FIG. 3 (b), with respect to vertical shaking, the
地震は様々な方向に揺れるため、水平(前後左右)及び垂直(上下)に激しく揺れる場合もある。図3(c)は、縦揺れと横揺れが同時に起った様子を示している。このような場合でも、ウエーブとツイスト面のねじれが水平垂直方向の複雑な振動のエネルギーを吸収する。 Because earthquakes sway in various directions, they may sway violently in the horizontal (front / back / left / right) and vertical (up / down) directions. FIG.3 (c) has shown a mode that pitch and roll occurred simultaneously. Even in such a case, the twist of the wave and twist plane absorbs the energy of complex vibration in the horizontal and vertical directions.
(第2の実施形態)
本発明に係る衝撃吸収板は上述したように1枚若しくは複数枚を1セットとしてユニットを構成し、これを建造物の土台部分に敷き詰めることで、免震装置として機能させることができるほか、以下に示すように、建築物の骨格をなす柱として用いることもできる。
(Second Embodiment)
As described above, the shock absorbing plate according to the present invention constitutes a unit with one or a plurality of sets as one set, and can be made to function as a seismic isolation device by laying it on the foundation part of a building. As shown in Fig. 2, it can also be used as a pillar that forms the skeleton of a building.
木造2階建ての建造物の柱として本発明に係る衝撃吸収板を用いる場合、1階の平屋建ての部分(2階に部屋が存在しない部分)と、2階建ての部分(2階に部屋が存在する部分)とがあるため、使用する部位にかかる荷重を考慮して必要十分な耐力の衝撃吸収板(或いは複数組み合わせたユニット)を用いる必要がある。 When the shock absorbing plate according to the present invention is used as a pillar of a wooden two-story building, a one-story one-story part (a part where no room exists on the second floor) and a two-story part (a room on the second floor) Therefore, it is necessary to use a shock-absorbing plate (or a unit in which a plurality of units are combined) having a sufficient and sufficient proof stress in consideration of a load applied to a portion to be used.
衝撃吸収板の使用枚数(1乃至4枚)及び平屋建て用(H)か2階建て用(N)かにより、以下の8種類の部品で構成される。
1H・・・1枚使用、平屋建て用
2H・・・2枚使用、平屋建て用
3H・・・3枚使用、平屋建て用
4H・・・4枚使用、平屋建て用
1N・・・1枚使用、2階建て用
2N・・・2枚使用、2階建て用
3N・・・3枚使用、2階建て用
4N・・・4枚使用、2階建て用
Depending on the number of used shock absorbers (1 to 4) and whether it is for one-story building (H) or two-story building (N), it is composed of the following eight types of parts.
1H: 1 sheet used, for single-
図5(b)は部品の適用箇所について説明するための図である。
「2H」及び「2N」は、直交する2枚の壁を支える部分に適用され、これを、『曲がり角型』と名付ける。図4(a)を「2H」又は「2N」の一例を表している。
「3H」及び「3N」は、3枚の壁を支える部分に適用され、これを、『三叉路型』と名付ける。図4(b)は「3H」又は「3N」の一例を表している。
「4H」及び「4N」は、4枚の壁を支える部分に適用され、これを、『四つ角型』と名付ける。図5(a)は「4H」又は「4N」の一例を表している。
FIG. 5B is a diagram for explaining the application part of the component.
“2H” and “2N” are applied to a portion that supports two orthogonal walls, and are named “curved corner type”. FIG. 4A shows an example of “2H” or “2N”.
“3H” and “3N” are applied to the portion supporting the three walls, and are named “three-way type”. FIG. 4B shows an example of “3H” or “3N”.
“4H” and “4N” are applied to the portion supporting the four walls, and are named “quadrangle type”. FIG. 5A shows an example of “4H” or “4N”.
なお、衝撃吸収板の使用枚数が同じでも2階建て用の衝撃吸収板(N)は平屋建て用のそれ(H)よりも肉厚が大きく、耐力差が設けられている。また、更に細かく分類すれば、衝撃吸収板はひねり方向によって、「右ひねり」と「左ひねり」の2種類が可能であり、複数枚を1セットのユニットとした場合には、左右ひねりのうち何れを用いるのか、或いは両方を組み合わせるのか、などの違いによって更にバリエーションが広がることとなる。これらは設計の際に行われる荷重計算その他の要因に応じて適宜最適な部品を選択することとなる。 Even if the number of shock absorbing plates used is the same, the two-story shock absorbing plate (N) is thicker than that of the one-story building (H) and has a proof stress difference. Furthermore, if classified further finely, the impact absorbing plate can be divided into two types, “right twist” and “left twist”, depending on the twist direction. Variations will be further expanded depending on which one is used or both are combined. In these cases, an optimal part is appropriately selected according to the load calculation performed at the time of design and other factors.
図6(a)及び(b)は、2階建ての木造住宅のそれぞれ2階部分及び1階部分の平面図を示している。この例では、2H・3H・2N・3N・4Nの5種類の部品が使用されていることを示している。
FIGS. 6A and 6B are plan views of the second floor portion and the first floor portion of the two-story wooden house, respectively. This example shows that five types of
すなわち、1階部分の北側(玄関・ホール・洗面・浴室)は、すぐ上が屋根になっており、2階に部屋がない。そこで、部品としては平屋建て用(H)を用いている。つまり、『平屋建て用の曲がり角型(2H)』と『平屋建て用の三叉路型(3H)』が用いられている。 That is, the north side of the first floor (entrance / hall / washing / bathroom) has a roof just above it, and there is no room on the second floor. Therefore, a one-story building (H) is used as a part. That is, the “one-story curved corner type (2H)” and the “one-story built three-way type (3H)” are used.
1階部分の南側(和8帖、居間等)は、この2階に部屋(洋6が3部屋)ある。そこで、部品としては2階建て用(N)を用いている。つまり、『2階建て用の曲がり角型(2N)』と『2階建て用の三叉路型(3N)』と『2階建て用の四つ角型(4N)』が用いられている。 On the south side of the 1st floor (Japanese 8cm, living room, etc.), there are rooms on this 2nd floor (3 rooms for Western 6). Therefore, the two-story building (N) is used as a part. That is, the “two-story curved corner type (2N)”, “two-story three-way type (3N)”, and “two-story square type (4N)” are used.
このように予め数種類の部品を準備しておき、必要十分な耐力を適材適所に配置していくことで、地震に対する揺れを軽減することができる。 In this way, by preparing several types of parts in advance and arranging necessary and sufficient proof strength in the right place, it is possible to reduce shaking against an earthquake.
なお、第2の実施形態では木造住宅に適用した場合を例示したが、本発明に係る衝撃吸収板は、平断面が十文字になっていることを利用した免震原理に基づくものであることから、コンクリート建造物に適用することも可能である。 In addition, although the case where it applied to the wooden house was illustrated in 2nd Embodiment, since the shock-absorbing board which concerns on this invention is based on the seismic isolation principle using the cross section becoming a cross-shaped. It can also be applied to concrete structures.
本発明に係る衝撃吸収板によると、従来のような大規模で高価な免震システムとは異なり、従来よりも簡易で安価で、しかも、飛躍的に効果の大きい免震システムを構築することが可能となる。特に、設計値以上の揺れに対しても、最大限の免震効果を発揮しうる点は、従来の積層ゴム方式のような欠点がないという点で、特筆すべきものである。
従って、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
According to the shock absorbing plate of the present invention, unlike a conventional large-scale and expensive seismic isolation system, it is possible to construct a seismic isolation system that is simpler and less expensive than the conventional one, and that has a dramatic effect. It becomes possible. In particular, the fact that the maximum seismic isolation effect can be exhibited even when the vibration exceeds the design value is notable because it does not have the disadvantages of the conventional laminated rubber system.
Therefore, the industrial applicability of the present invention is extremely large.
2,3 ツイスト面
4 ツイスト面端縁
5 固定部
6(6’) 上支持板(下支持板)
7a,7b ウエーブ
20 本発明に係る衝撃吸収板
30 免震ユニット
2, 3
7a,
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Legal Events
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Effective date: 20080630 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101005 |
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A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20110222 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |