JP2001115599A - 鋼製構造部材および骨組部材 - Google Patents

鋼製構造部材および骨組部材

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JP2001115599A
JP2001115599A JP29791299A JP29791299A JP2001115599A JP 2001115599 A JP2001115599 A JP 2001115599A JP 29791299 A JP29791299 A JP 29791299A JP 29791299 A JP29791299 A JP 29791299A JP 2001115599 A JP2001115599 A JP 2001115599A
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JP29791299A
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Masamichi Sasaki
正道 佐々木
Yasuo Ichinohe
康生 一戸
Koji Fukuda
浩司 福田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単で安価な構成により安定して振動
エネルギーを吸収できる高ダンピング特性を有し、断面
形状の異なる鉄骨部材間でも取り付けることが可能な鋼
製構造部材を提供する。 【解決手段】柱と梁からなる主要骨組に設けられるK型
ブレースや方杖などの構造部材を構成する鉄骨部材4,
5に組み込まれる鋼製構造部材1をH形鋼部材からなる
塑性変形部2と鋼板からなる弾性変形部3から構成し、
開口2cが形成されたウェブ2bとウェブ3bが直交す
るように組み付ける。塑性変形部2のフランジ2aを一
方の鉄骨部材4にボルト接合し、弾性変形部3のフラン
ジを他方の鉄骨部材5にボルト接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主要骨組に構造部
材として組み込まれ、構造物に大きな振動が生じる際に
塑性変形することにより振動エネルギーを吸収し、主要
骨組の揺れを減衰させる高ダンピング特性を有する鋼製
構造部材およびそれを使用した骨組部材に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、構造物は耐震設計法に基づき設計
されてきた。耐震設計法は、頻繁に発生する中地震に対
しては構造の各部は弾性範囲で変形させ、数十年に一度
の大地震に対しては、構造物のある程度の塑性変形を許
容している。耐震設計法では人命保護を最優先し、構造
物に十分な変形能力をもたせ、構造物の崩壊や圧懐を防
止することを主眼とし、大地震による構造物のある程度
の被害は仕方がないとされる。このような構造物が一
度、大地震に見舞われた場合、構造物に大きな塑性変形
が残り、修復に莫大な費用がかかり、継続使用は困難な
状態になる場合が多い。
【0003】これに対し、近年、特に阪神大震災以降、
大地震後も主要構造材を大きく損傷させない設計方法へ
の要求が強くなってきた。
【0004】これに応える方法として、下記の3種の方
法が提案されている。1つは基礎部と上部構造物との間
に免震部材を採用し、構造物への地震波の入力を低減す
る方法である(特開平8−158697号公報等)。こ
の方法は、大変形後も上部構造物を支持する能力が損な
われない変形が容易な部材、すなわち免震部材を建築構
造物と基礎部分との間に介挿させ、短周期の卓越する地
震波を絶縁し、構造物に入力される地震波を長周期部分
に限定する。さらに、各種ダンパーを組み合わせて、短
周期の地震波も含めて長周期の地震波の振動エネルギー
を低減させる。この免震部材としては、通常、薄いシー
ト状のゴムと鋼板が積層された積層ゴムが用いられる。
【0005】2番目の方法は、地震のエネルギーをある
部材に集中させ、その部材を降伏させ塑性変形を生じさ
せ、その荷重−歪サイクルの履歴曲線が囲む面積を地震
の振動1周期あたりに吸収されるエネルギーとして構造
物の振動を低減させる制震方法である(特開平6−57
820号公報等)。上記文献においては、この地震のエ
ネルギーを集中させる部材として降伏型ブレースを用
い、柱と梁の骨組内に降伏型ブレースを組み込んだ例が
提示されている。降伏型ブレースは早期の座屈が拘束さ
れる構造とし、芯材には極低降伏点鋼が用いられ、一
方、この降伏型ブレースが組み込まれる柱材と梁材には
高降伏点鋼が使用される。この結果、地震エネルギーは
降伏型ブレースに集中し、振動エネルギーは降伏型ブレ
ースに吸収され、柱および梁の塑性化が防止される。
【0006】3番目の方法は平板等の鋼材をせん断降伏
させる制震ダンパーを用いる方法である(特開平2−3
00475号公報)。この方法では、スリットを設けた
鋼板と粘弾性ダンパーを、上下一対の梁の一方と他方の
梁に固定された壁等の間に配置している。振動の小さい
範囲では粘弾性ダンパーで振動を吸収させ、さらに振動
の振幅が増し、粘弾性ダンパーだけでは振動の吸収がで
きなくなった場合は、前記鋼板の塑性変形により振動エ
ネルギーを吸収する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の3つの方法はい
ずれも地震の際、構造物の振動を減少させ構造物自体に
大きな塑性変形を発生させない効果を発揮することが期
待される。しかしながら、上記の方法においては、制震
ダンパー自体が高価であったり、構造物に大きな重量増
をもたらしたり、または取り付け部に大きな剛性が要求
される等の制約が付く。したがって、都市部の構造物の
ように上記の制約を回避する必要がある場合には適用が
困難であり、より簡便で汎用的な技術が要望されてい
る。
【0008】本発明の目的は、あらゆる構造物に汎用的
に適用可能で、また比較的簡単で安価な構成により安定
して振動エネルギーを吸収できる高ダンピング特性を有
する鋼製構造部材およびそれを用いた骨組部材を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、構
造物の骨組に接合される鋼製構造部材であり、ウェブを
備えたH形鋼部材と、前記ウェブにほぼ直交して接合さ
れた鋼板とを有することを特徴とする鋼製構造部材であ
る。即ち、柱と梁からなる主要骨組に設けられるK型ブ
レースや方杖などの構造部材を構成する鉄骨部材に組み
込まれる鋼製構造部材であり、H形鋼部材のフランジを
一方の鉄骨部材に接合し、前記H形鋼部材のウェブにほ
ぼ直交接合された左右一対の鋼板を他方の鉄骨部材に接
合してなる鋼製構造部材である。
【0010】本発明の請求項2は、請求項1の鋼製構造
部材において、H形鋼部材に接合される鋼板がフランジ
とウェブを有する形鋼のウェブであることを特徴とする
鋼製構造部材である。即ち、H形鋼部材のウェブにほぼ
直交接合される左右一対の鋼板は、平板に限らず、フラ
ンジとウェブを有する断面T形の形鋼でもよい。また、
左右一体の断面H形の鋼板でもよく、H形鋼部材のウェ
ブにスリットを設けて、お互いを差し込んで接合するよ
うな構造でもよい。
【0011】本発明の請求項3は、請求項1または請求
項2の鋼製構造部材において、H形鋼部材のウェブと、
このウェブに接合された鋼板とのいずれかまたは両方
が、この鋼製構造部材に接合される構造部材よりも降伏
しやすい部材であることを特徴とする鋼製構造部材であ
る。即ち、H形鋼部材を普通鋼や低降伏点鋼などにより
塑性変形部とし、H形鋼部材のウェブが鋼板からなる弾
性変形部よりも先に塑性変形するようにする。これとは
逆に、H形鋼部材を弾性変形部、鋼板を塑性変形部とす
ることもできるし、両方を塑性変形部としてもよい。
【0012】本発明の請求項4は、請求項1、請求項2
または請求項3に記載の鋼製構造部材において、H形鋼
部材のウェブおよび/または鋼板に開口部が設けられて
いることを特徴とする鋼製構造部材である。即ち、普通
鋼や低降伏点鋼などからなるH形鋼部材のウェブに開口
部を設け、H形鋼部材のウェブが鋼板からなる弾性変形
部よりも先に塑性変形するようにする。これとは逆に、
鋼板に開口部を設けて塑性変形部とし、H形鋼部材を弾
性変形部とすることもできるし、両方に開口部を設けて
塑性変形部としてもよい。
【0013】本発明の請求項5は、請求項1、請求項
2、請求項3または請求項4に記載の鋼製構造部材と構
造部材とを接合してなる骨組部材であり、鋼製構造部材
と構造部材との間に鋼製構造部材の変形を許容する空間
が設けられていることを特徴とする骨組部材である。即
ち、柱と梁からなる主要骨組に設けられるK型ブレース
や方杖などとして用いる骨組部材において、構造部材
(鉄骨部材)と鋼製構造部材との間に鋼製構造部材の変
形を許容する空間を設ける。
【0014】鋼製構造部材のH形鋼部材と一方の鉄骨部
材は、フランジ同士(必要に応じてウェブ同士も)をス
プライスプレートを介してボルト接合し、鋼製構造部材
の鋼板と他方の鉄骨部材は、フランジ同士またはウェブ
同士をスプライスプレートを介してボルト接合する。ま
た、鋼製構造部材と鉄骨部材の接合は溶接やリベットで
もよく、また一方を溶接等による接合とし他方をボルト
接合とすることもできる。
【0015】以上のような構成において、主要骨組から
本発明の鋼製構造部材に荷重が加わると、塑性変形部の
ウェブが塑性変形し、比較的簡単で安価な構成により主
要骨組を弾性挙動にとどめることができる。本発明の鋼
製構造部材は、その塑性変形部と弾性変形部をそれぞれ
鉄骨部材に接合するようにしたため、断面形状の異なる
鉄骨部材間でも取り付けることができる。さらに、ボル
ト接合を用いた場合には、地震等の外力により塑性変形
した後でも容易に交換することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示する実施の
形態に基づいて説明する。図1〜図8は、本発明の鋼製
構造部材の第1〜第8実施形態を示したものであり、鋼
製構造部材を組み込んだ鉄骨部材の全体側面図、各位置
の断面図、鋼製構造部材単体の側面図が示されている。
【0017】図1において、本発明の鋼製構造部材1
は、鋼製弾塑性ダンパーとして機能するものであり、断
面H形の塑性変形部2と、左右一対の断面T形の弾性変
形部3,3とから構成され、塑性変形部2が一方の鉄骨
部材4に接合され、弾性変形部3が他方の鉄骨部材5に
接合される。塑性変形部2は一対のフランジ2a,2a
とウェブ2bからなり、ウェブ2bに複数の開口部2c
が設けられている。弾性変形部3はフランジ3aとウェ
ブ3bからなり、ウェブ3bが塑性変形部2のウェブ2
bの中央位置にウェブ2bとウェブ3bが直交するよう
に溶接やボルトナット等で接合され、断面視で略十字状
の鋼製構造部材1が構成される。
【0018】一方の鉄骨部材4は塑性変形部2の断面と
同一断面形状のH形鋼であり、塑性変形部2のフランジ
2aと鉄骨部材4のフランジ4aがスプライスプレート
6を介してボルト接合される。他方の鉄骨部材5の端部
には、弾性変形部3の断面と同一形状の断面T字状の接
合用部材7が弾性変形部3と同様に左右一対で設けられ
ており、弾性変形部3のフランジ3aと接合用部材7の
フランジ7aがスプライスプレート8を介してボルト接
合される。(図1(a) 参照) 。
【0019】図2の第2実施形態は、図1の第1実施形
態における弾性変形部3のフランジ3aが無い場合であ
る。この場合、弾性変形部3のウェブ3bと接合用部材
7のウェブ7bをスプライスプレート8を介してボルト
接合する。
【0020】図3の第3実施形態では、塑性変形部2の
鉄骨部材4側に塑性変形部2と同一断面で開口の無い延
長部2’を一体的に設けている。この場合、鉄骨部材4
のウェブ4bと塑性変形部2側のウェブ2b’をスプラ
イスプレート9を介してボルト接合することが可能とな
る。
【0021】図4の第4実施形態では、図1の第1実施
形態における塑性変形部2のウェブ2bの開口2cを無
くしている。その他の構成は図1の第1実施形態と同じ
である。
【0022】図5の第5実施形態では、鋼製構造部材1
を鉄骨部材4,5に溶接接合している。この場合、一方
の鉄骨部材4のフランジ4aと塑性変形部2のフランジ
2aの端部同士を突き合わせて溶接する。弾性変形部3
は、例えば平板状のウェブ3bから構成し、このウェブ
3bを鉄骨部材5側へ突出させ、この突出部分に鉄骨部
材5のウェブ5bを差し込んで溶接する。鉄骨部材5の
ウェブ5bに形成したスリットにウェブ3bを差し込ん
で溶接するなどその他の接合方法でもよい。
【0023】図6の第6実施形態では、他方の鉄骨部材
5に円形鋼管あるいは角形鋼管を用いている。この場
合、鉄骨部材5の接合用部材7には断面H形の部材を用
い、またこの接合用部材7および弾性変形部3は、その
フランジ7a,7aおよびフランジ3a,3aが円形鋼
管等の外側に位置するような幅の大きい断面形状とし、
鉄骨部材5の端部に接合用部材7のウェブ7bを差し込
んで溶接等で固定し、フランジ3aとフランジ7aとを
スプライスプレート8を介してボルト接合する。なお、
鋼製構造部材1が円形鋼管等の内側に位置するようにし
てもよい。
【0024】図7の第7実施形態では、他方の鉄骨部材
5に円形鋼管あるいは角形鋼管を用いた場合において、
弾性変形部3に平板状のウェブ3bを用い、鉄骨部材5
の接合用部材7にも平板状のウェブ7bを用い、鋼管の
内部に配置したスプライスプレート8を介してウェブ3
bとウェブ7bをボルト接合する。ウェブ7bは鋼管の
端部に差し込んで溶接等で固定する。
【0025】図8の第8実施形態では、鉄骨部材4と5
の両方に円形鋼管あるいは角形鋼管を用いている。この
場合、一方の鉄骨部材4に塑性変形部2のフランジ2
a,2aの端部を溶接で固定し、弾性変形部3の平板状
のウェブ3bを鉄骨部材5側へ突出させ鉄骨部材5の端
部に差し込み溶接等で固定する。
【0026】以上のような構成において、地震等により
大きな変動荷重を受けたときに塑性変形するのは、塑性
変形部2のウェブ2bに開口2cが設けられている場合
には、開口2cの周縁部であり、ウェブ2bに開口2c
が設けられていない場合には塑性変形部2のウェブ2b
全体であり、他の部分は概ね弾性内に留まる。塑性変形
部2と弾性変形部3との接合方法は、通常は溶接による
が、ボルトナット等で接合してもよい。
【0027】塑性変形部2に使用する鋼種は普通鋼でも
よいが、塑性変形部2の開口2cの周縁部が弾性変形部
3よりも先に降伏して振動エネルギーを吸収するために
は、塑性変形部2に極低降伏点鋼を用いるのが好まし
い。一般的な鋼製構造部材1の製作方法としては、先ず
H形鋼のウェブ部へ開口を設けて塑性変形部2とし、次
いで断面視でウェブ同士あるいはウェブと鋼板が直交す
るように、塑性変形部2を端部にスリットを設けた弾性
変形部3に差し込み、両者を溶接する方法が採られる。
【0028】塑性変形部2については、鋳造により開口
2cを設けたH形鋼を製造することも可能である。開口
2cは図示例では角部を丸くてアールをつけた矩形であ
るが、効率よくエネルギー吸収を行えるのであれば、円
形、台形、菱形、三角形等いかなる形状でも良い。
【0029】図9(a) は構造部材に軸方向に圧縮荷重が
負荷されることにより、塑性変形部2の軸方向に圧縮の
変形が生じる場合を示す図である。また、図9(b) は軸
方向に引張荷重が負荷されることにより、塑性変形部2
の軸方向に引張の変形が生じる場合を示す図である。こ
れらのとき、塑性変形部2のウェブ2bの開口2cの周
縁部には曲げせん断塑性変形を生ずる。塑性変形部2の
両端が鉄骨部材4,5に接触した場合、塑性変形部2が
拘束されることによって塑性変形部2の耐力が上昇する
恐れがあるため、図1〜図8に示すように、鋼製構造部
材1と鉄骨部材4,5との間には、軸方向に充分に変形
可能な空間(鋼製構造部材1の変形を許容する空間)1
0を設ける必要がある。なお、この空間10の形状およ
び大きさは設計条件に従って定められる。
【0030】
【実施例】図10(a) は、柱11と梁12からなる主要
骨組に本発明の鋼製構造部材1をK型ブレースの一部と
して組み込んだ例を示す図である。ここでは、鋼製構造
部材1の両端に取り付けるブレース材13(鉄骨部材
4,5)としてH形鋼を使用している。ブレース材13
の断面は円形や角形でもよい。本発明の鋼製構造部材1
を用いたK型ブレースでは、弾性変形部の降伏荷重より
も低い荷重で塑性変形部の開口周縁部に降伏が生じるよ
うに設計することにより、圧縮変形においても引張変形
と同様の安定した大きな面積を囲む履歴曲線が得られ
る。従って、ブレースと異なり、圧縮と引張の変形が交
互に繰り返された場合、両者が加算された大きな制振効
果が得られる。さらに、塑性変形後の本発明の鋼製構造
部材1は、両端のボルトを外すことによって簡単に取り
外すことができ、また交換も容易である。なお、本発明
の鋼製構造部材1はその両端に設置される鉄骨部材4,
5に溶接やリベット接合によって固定してもかまわな
い。
【0031】図10(b) は、主要骨組である柱梁接合部
近傍に方杖14の一部に本発明の鋼製構造部材1を組み
込んだ例を示す図である。ここでは、鋼製構造部材1の
両端に取り付ける方杖14(鉄骨部材4,5)としてH
形鋼を使用している。方杖14の断面は円形や角形でも
よい。この場合も、前述のK型ブレースと同様に大きな
制振効果が得られる。なお、この場合も、本発明の鋼製
構造部材1を鉄骨部材4,5に溶接やリベット接合によ
って固定してもかまわない。
【0032】なお、以上は一方の鉄骨部材4に接合され
るH形鋼部材のウェブ2bに開口等を設けて塑性変形部
とした例を示したが、これとは逆に他方の鉄骨部材に接
合される鋼板のウェブ3bに開口等を設けて塑性変形部
とすることも可能である。さらに、H形鋼部材のウェブ
2bと鋼板のウェブ3bの両方を塑性変形部とすること
も可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明は、以上のような構成からなるの
で、次のような効果を奏する。
【0034】(1) 塑性変形部のウェブが塑性変形し、比
較的簡単で安価な構成により主要骨組を弾性挙動にとど
めることができる。
【0035】(2) 鉄骨部材に塑性変形部と弾性変形部を
それぞれ接合するため、断面形状の異なる鉄骨部材間で
も取り付けることができる。
【0036】(3) ボルト接合を用いた場合には、地震等
の外力により塑性変形した後でも容易に交換することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋼製構造部材の第1実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) は鉄骨部材の断面図である。
【図2】本発明の鋼製構造部材の第2実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) は鉄骨部材の断面図である。
【図3】本発明の鋼製構造部材の第3実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) は鉄骨部材の断面図である。
【図4】本発明の鋼製構造部材の第4実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) は鉄骨部材の断面図である。
【図5】本発明の鋼製構造部材の第5実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) は鉄骨部材の断面図である。
【図6】本発明の鋼製構造部材の第6実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) ,(e) は鉄骨部材の断面図で
ある。
【図7】本発明の鋼製構造部材の第7実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) は鋼製構造部材の断面図、(c) は鋼
製構造部材の側面図、(d) ,(e) は鉄骨部材の断面図で
ある。
【図8】本発明の鋼製構造部材の第8実施形態を示した
ものであり、(a) は鋼製構造部材を組み込んだ鉄骨部材
の全体側面図、(b) ,(f) は一方の鉄骨部材の断面図、
(c) は鋼製構造部材の断面図、(d) は鋼製構造部材の側
面図、(e),(g) は他方の鉄骨部材の断面図である。
【図9】本発明の鋼製構造部材の塑性変形部のダンピン
グ効果の作動メカニズムを示す側面図である。
【図10】本発明の鋼製構造部材を柱梁構造物に組み込
んだ例を示す正面図である。
【符号の説明】
1……鋼製構造部材 2……塑性変形部 2a…塑性変形部のフランジ 2b…塑性変形部のウェブ 2c…塑性変形部の開口 3……弾性変形部 3a…弾性変形部のフランジ 3b…弾性変形部のウェブ 4……鉄骨部材 4a…鉄骨部材のフランジ 4b…鉄骨部材のウェブ 5……鉄骨部材 5a…鉄骨部材のフランジ 5b…鉄骨部材のウェブ 6……スプライスプレート 7……接合用部材 7a…接合用部材のフランジ 7b…接合用部材のウェブ 8……スプライスプレート 9……スプライスプレート 10……空間 11……柱 12……梁 13……ブレース材 14……方杖
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 浩司 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 Fターム(参考) 2E002 FA02 FA06 FB02 FB15 LA03 LB03 LB09 LB13 LC01 LC05 MA11 MA12 WA01 2E163 FA02 FA12 FB02 FB05 FB06 FB07 FB09 FB23 FB31 FB34 FB44 FB47 FB50 FF03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造物の骨組に接合される鋼製構造部材
    であり、ウェブを備えたH形鋼部材と、前記ウェブにほ
    ぼ直交して接合された鋼板とを有することを特徴とする
    鋼製構造部材。
  2. 【請求項2】 H形鋼部材に接合される鋼板がフランジ
    とウェブを有する形鋼のウェブであることを特徴とする
    請求項1に記載の鋼製構造部材。
  3. 【請求項3】 H形鋼部材のウェブと、このウェブに接
    合された鋼板とのいずれかまたは両方が、この鋼製構造
    部材に接合される構造部材よりも降伏しやすい部材であ
    ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鋼
    製構造部材。
  4. 【請求項4】 H形鋼部材のウェブおよび/または鋼板
    に開口部が設けられていることを特徴とする請求項1、
    請求項2または請求項3に記載の鋼製構造部材。
  5. 【請求項5】 請求項1、請求項2、請求項3または請
    求項4に記載の鋼製構造部材と構造部材とを接合してな
    る骨組部材であり、鋼製構造部材と構造部材との間に鋼
    製構造部材の変形を許容する空間が設けられていること
    を特徴とする骨組部材。
JP29791299A 1999-10-20 1999-10-20 鋼製構造部材および骨組部材 Withdrawn JP2001115599A (ja)

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