JP2001279949A - 制振構造 - Google Patents

制振構造

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JP2001279949A
JP2001279949A JP2000092811A JP2000092811A JP2001279949A JP 2001279949 A JP2001279949 A JP 2001279949A JP 2000092811 A JP2000092811 A JP 2000092811A JP 2000092811 A JP2000092811 A JP 2000092811A JP 2001279949 A JP2001279949 A JP 2001279949A
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Hiroyoshi Tokinoya
浩良 時野谷
Yasuhiko Takahashi
泰彦 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】剛性や耐力を自在に設定しつつ所望の制振機能
を構造物に付与可能でなおかつ建物の用途変更や耐震性
能の見直しに対しフレキシブルに適応する。 【構成】本発明に係る制振構造は、対向する一対の柱
1、1及び対向する一対の梁2、2からなる架構に囲ま
れた構面3内に所定の構造諸特性を有する構造要素4を
3×3の配列で計9枚配置し、それらの構造要素のう
ち、最上層に配列された3枚の構造要素4の上縁を上階
の梁2の下面に設置された取付け用鋼板5に連結し、最
下層に配列された3枚の構造要素4の下縁を下階の梁2
の上面に設置された取付け用鋼板6に連結してある。ま
た、各構造要素4は、特定箇所にて例えば高力ボルトで
相互に連結してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として建築構造
物に適用される制振構造に関する。
【0002】
【従来の技術】地震や風といった外力を受けたときに構
造物に生じる揺れを抑制する制振技術としては、パッシ
ブ制振とアクティブ制振とに大別され、パッシブ制振
は、さらに各種ダンパーを各階に設置するダンパー方
式、TMDやTLDといったマスダンパー方式及び従来
からの免震方式に分類される。そして、これらのうち、
ダンパー方式に採用されるダンパーとして履歴減衰型ダ
ンパーがある。
【0003】履歴減衰型ダンパーは、地震時における上
階と下階との層間相対変形を強制的に受けることによっ
て地震時エネルギーを履歴減衰として吸収することがで
きるようになっている。
【0004】一方、柱と梁で囲まれた架構の構面全体に
わたって鋼製耐震壁を設置することがあるが、かかる鋼
製耐震壁で構成された制振構造においては、地震時に鋼
製耐震壁が弾塑性変形して履歴減衰を発揮するため、鋼
製耐震壁全体が履歴減衰型ダンパーとして機能すると言
える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、履歴減衰型ダ
ンパーを用いた制振構造は、地震を受けたときの主架構
の変形挙動を概ね弾性範囲にとどめつつ、履歴減衰型ダ
ンパーの履歴減衰によって地震時エネルギーを吸収させ
ることを目指すものであるため、主架構と履歴減衰型ダ
ンパーとの剛性や耐力のバランスをいかに設定するかが
制振構造としての機能を左右する。
【0006】しかしながら、上述したような鋼製耐震壁
からなる制振構造では、製作や取付けに手間がかかると
いう問題もさることながら、鋼板の座屈を防止するため
に補剛リブを設けたりある程度の厚みを確保したりする
必要があるため、主架構との関係において鋼製耐震壁の
剛性や耐力を自在に設定するにはどうしても限界があ
り、制振構造を設計するにあたっての自由度が低いとい
う問題を生じていた。
【0007】また、建築物の供用期間中においては、そ
の用途変更に伴って例えば通路開口や空調ダクト開口の
移設又は新設の必要が生じたり、設計用地震力の見直し
によってエネルギー吸収性能を向上させる必要が生じた
りといった事態が想定されるが、上述した従来の制振構
造でかかる事態に対処しようとすると、どのような制振
構造を新規に設置するにしろ、とりあえずは既設の鋼製
耐震壁をバーナー等を用いて解体撤去せねばならず、非
常に手間がかかるという問題も生じていた。
【0008】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、剛性や耐力を自在に設定しつつ所望の制振機
能を構造物に付与可能でなおかつ建物の用途変更や耐震
性能の見直しに対しフレキシブルに適応することが可能
な制振構造を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る制振構造は請求項1に記載したよう
に、剛性、降伏耐力、履歴特性等に関する所定の構造諸
特性を有する複数の構造要素を任意の配列でかつ任意箇
所にて互いに連結して柱梁からなる架構に囲まれた構面
内に配置するとともに、前記複数の構造要素のうち、最
上層に配列された構造要素の上縁を前記架構を構成する
上階梁の下面に設置された取付け用鋼板に連結し、最下
層に配列された構造要素の下縁を前記架構を構成する下
階梁の上面に設置された取付け用鋼板に連結してなるも
のである。
【0010】また、本発明に係る制振構造は、前記複数
の構造要素を、矩形鋼板で構成した構造要素、矩形鋼板
の両面に補剛リブを突設した構造要素、矩形鋼板の両面
に二枚のプレキャストコンクリート版を添着補剛した構
造要素、矩形鋼板にスリットを穿設した構造要素、矩形
鋼板の両面に補剛リブを突設するとともに該補剛リブが
埋設されるようにしてコンクリートで補剛した構造要
素、及び矩形鋼板の両面に設けられたスタッドに定着さ
れたコンクリートで補剛した構造要素からなる構造要素
群から選択したものである。
【0011】本発明に係る制振構造においては、複数の
構造要素を任意箇所にて互いに連結した状態で柱梁から
なる架構に囲まれた構面内に配置し、最上層に配列され
た構造要素については、その上縁を上階梁の下面に設置
された取付け用鋼板に連結し、最下層に配列された構造
要素については、その下縁を下階梁の上面に設置された
取付け用鋼板に連結する。
【0012】このようにすると、上階梁と下階梁との間
に層間相対変形が生じたとき、各構造要素には、最上層
に配列された構造要素及び最下層に配列された構造要素
を介して架構から層間相対変形が作用し、各構造要素
は、それぞれが有する剛性、降伏耐力、履歴特性等に応
じた弾性挙動又は弾塑性挙動を生じる。そして、弾塑性
挙動を生じた構造要素では、所定の履歴減衰が生じて地
震や風による振動エネルギーが吸収される。
【0013】ここで、構面内に配置された各構造要素全
体の制振機能は、各構造要素の配列の仕方や連結の有無
あるいは各構造要素の構造諸特性に依存するため、各構
造要素の配列の仕方や連結の有無を適宜設定し、あるい
は各構造要素の構造諸特性を適宜選択することにより、
構造要素全体の剛性と降伏耐力を別々に調整しつつ、所
望の履歴減衰特性を得ることができる。
【0014】任意の配列とは、柱梁からなる架構に囲ま
れた構面内に全面的に配列する場合のみならず、間柱状
に配列する場合、ロの字状に配列する場合、H字状に配
列する場合などさまざまな配列形態を含む。
【0015】構造要素の相互連結は任意箇所での連結で
足りる。すなわち、必ずしも隣接する構造要素同士をす
べて連結する必要はなく、特定箇所でのみ連結し、他は
非連結とする場合をも含む。
【0016】剛性、降伏耐力、履歴特性あるいは曲げ降
伏型かせん断降伏型かといった各構造要素の構造諸特性
をどのように設定するかは任意であるが、例えば、矩形
鋼板で構成した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを
突設した構造要素、矩形鋼板の両面に二枚のプレキャス
トコンクリート版を添着補剛した構造要素、矩形鋼板に
スリットを穿設した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リ
ブを突設するとともに該補剛リブが埋設されるようにし
てコンクリートで補剛した構造要素、及び矩形鋼板の両
面に設けられたスタッドに定着されたコンクリートで補
剛した構造要素からなる構造要素群から選択し、それら
を組み合わせることが考えられる。
【0017】かかる場合における組み合わせとしては、
例えば最上層と最下層に配列される構造要素の全体水平
剛性がそれらの間に挟まれた中間層に配列される構造要
素の全体水平剛性よりも相対的に高くなるように組み合
わせることが考えられる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振構造の実
施の形態について、添付図面を参照して説明する。な
お、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の
符号を付してその説明を省略する。
【0019】図1は、本実施形態に係る制振構造を示し
た全体図である。同図でわかるように、本実施形態に係
る制振構造は、対向する一対の柱1、1及び対向する一
対の梁2、2からなる架構に囲まれた構面3内に所定の
構造諸特性を有する構造要素4を3×3の配列で計9枚
配置し、それらの構造要素のうち、最上層に配列された
3枚の構造要素4の上縁を上階の梁2の下面に設置され
た取付け用鋼板5に連結し、最下層に配列された3枚の
構造要素4の下縁を下階の梁2の上面に設置された取付
け用鋼板6に連結してある。また、各構造要素4は、特
定箇所にて例えば高力ボルトで相互に連結してある。
【0020】取付け用鋼板5、6は、構造要素4の取付
け箇所が限定されないよう、梁2、2の全長にわたって
それぞれ設けておくのが望ましい。
【0021】図2は、I型鋼からなる上方の梁2のフラ
ンジ下面に取り付けられた取付け用鋼板5を示した斜視
図であり、同図でわかるように、取付け用鋼板5には、
構造要素4を着脱自在に取り付けるための取付け用開口
7を多数穿設してある。取付け用開口7は、さまざまな
種類、形状あるいは大きさの構造要素4に任意に適応で
きるように、開口の形状及び大きさを適宜設定するのが
よい。
【0022】ここで、いったん設置された構造要素4
は、ボルトを緩めることで取付け用鋼板5、6や隣接す
る構造要素4からいつでも取り外すことができるため、
あらためて構造要素4を組み替え、これらを構面3内の
所望の位置に再配置することができる。なお、構造要素
4の配列の仕方によっては、一部を工場にて予め相互に
溶接しておいてもよい。
【0023】一方、構造要素4は、図3乃至図5に示し
た構造要素4a乃至4fから適宜選択することができ
る。すなわち、図3(a)及び(b)に示した構造要素4a
は、矩形鋼板11の両側縁部に図示しないボルト孔が穿
設された連結用アングル14、14を設けてあるととも
に、上縁及び下縁には連結用添え板15、15を取り付
けてある。かかる矩形鋼板11は、通常の鋼材で形成し
てもよいし、低降伏点鋼や極低降伏点鋼で形成してもよ
い。
【0024】また、図3(c)及び(d)に示した構造要素4
bは、矩形鋼板11の両面に補剛リブ12を突設すると
ともに、構造要素4aと同様、該矩形鋼板の両側縁部に
は連結用アングル14、14を、上縁及び下縁には連結
用添え板15、15を設けてある。
【0025】また、図4(a)及び(b)に示した構造要素4
cは、矩形鋼板11の両面に二枚のプレキャストコンク
リート版17、17を添着補剛してあるとともに、構造
要素4aと同様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用アン
グル14、14を、上縁及び下縁には連結用添え板1
5、15をそれぞれ設けてある。
【0026】また、図4(c)及び(d)に示した構造要素4
dは、矩形鋼板11にスリット18を穿設してあるとと
もに、構造要素4aと同様、該矩形鋼板の両側縁部には
連結用アングル14、14を、上縁及び下縁には連結用
添え板15、15をそれぞれ設けてある。
【0027】また、図5(a)及び(b)に示した構造要素4
eは、矩形鋼板11の両面に補剛リブ12を縦横に突設
するとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコンク
リート19で補剛してあるとともに、構造要素4aと同
様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用アングル14、1
4を、上縁及び下縁には連結用添え板15、15をそれ
ぞれ設けてある。
【0028】また、図5(c)及び(d)に示した構造要素4
fは、矩形鋼板11の両面に設けられたスタッド20に
定着されたコンクリート21で補剛してあるとともに、
構造要素4aと同様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用
アングル14、14を、上縁及び下縁には連結用添え板
15、15をそれぞれ設けてある。
【0029】本実施形態に係る制振構造においては、上
階の梁2と下階の梁2との間に層間相対変形が生じたと
き、各構造要素4には、最上層に配列された構造要素4
及び最下層に配列された構造要素4を介して層間相対変
形が作用し、各構造要素4は、それぞれが有する剛性、
降伏耐力、履歴特性等に応じた弾性挙動又は弾塑性挙動
を生じる。そして、弾塑性挙動を生じた構造要素4で
は、所定の履歴減衰が生じて地震や風による振動エネル
ギーが吸収される。
【0030】ここで、構面3内に配置された各構造要素
全体の制振機能は、各構造要素4の配列の仕方や連結の
有無あるいは各構造要素4の構造諸特性に依存するた
め、各構造要素4の配列の仕方や連結の有無を適宜設定
し、あるいは各構造要素の構造諸特性を適宜選択するこ
とにより、構造要素全体の剛性と降伏耐力を別々に調整
しつつ、所望の履歴減衰特性を得ることができる。
【0031】図6(a)は、3×3に配列した構造要素4
の配列例を示したものであり、最下層及び最上層に3枚
の構造要素4eをそれぞれ配列して該構造要素の下縁、
上縁を取付け用鋼板6、5にそれぞれ連結するととも
に、それらに挟まれた中間層に3枚の構造要素4bを配
列してある。なお、鉛直方向については構造要素4e、
4b、4eを互いに連結するとともに構造要素4e同士
は水平方向に互いに連結し、構造要素4b同士は水平方
向で非連結としてある。
【0032】このようにすると、構造要素4eは上述し
たように矩形鋼板11の両面に補剛リブ12を縦横に突
設するとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコン
クリート19で補剛してあるのに対し、構造要素4bは
矩形鋼板11の両面に補剛リブ12を突設してあるだけ
なので、中間層に配列された構造要素4bの剛性が最上
層及び最下層に配列された構造要素4eの剛性よりも小
さくなり、上下階で層間変形が生じた場合、構造要素4
bに層間変形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地
震や風による振動エネルギーが速やかに吸収される。
【0033】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
4bが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。
【0034】以上説明したように、本実施形態に係る制
振構造によれば、剛性、降伏耐力、履歴特性等の構造諸
特性が相異なる複数の構造要素4を組み合わせて構面3
内に配置するようにしたので、各構造要素4の配列の仕
方や連結の有無あるいは構造諸特性を適宜設定あるいは
選択することにより、全体として所望の履歴減衰特性を
得ることができる。
【0035】したがって、新築当初から思い通りの制振
機能を建築構造物に付与することができるのはもちろん
のこと、建築構造物の供用期間中にその用途変更に伴っ
て例えば通路開口や空調ダクト開口の移設又は新設の必
要が生じたり、設計用地震力の見直しによってエネルギ
ー吸収性能を向上させる必要が生じたりした場合であっ
ても、それらの要求に応じて構造要素4の組み合わせや
配列の仕方を変更することで上述の事態に適応すること
が可能となり、ひいては建築構造物の長寿命化を図るこ
とも可能となる。
【0036】また、所望の履歴減衰特性が得られるよう
に各構造要素4の配列の仕方や連結の有無あるいは構造
諸特性を適宜設定あるいは選択する際、構造要素全体の
剛性と降伏耐力を別々に調整することができるので、よ
り自由度の高い構造設計が可能となる。
【0037】また、従来の鋼製耐震壁の場合とは異な
り、複数の構造要素4を組み合わせて構面3内に配置す
るようにしたので、製作、搬送、組立、撤去等の取扱い
が容易になることは言うまでもない。
【0038】本実施形態では、9枚の構造要素4を3×
3の配列で構面3に配列するようにしたが、配列する枚
数、配列の仕方、連結の有無及び構造要素の種類の選択
は任意であって、所望の制振機能に合わせて自在に設定
することが可能である。
【0039】図7乃至図9は、別の配列パターンを示し
た図であり、図7では、8枚の構造要素4をロの字状に
配列してある。すなわち、最下層及び最上層に3枚の構
造要素4bをそれぞれ配列して該構造要素の下縁、上縁
を取付け用鋼板6、5にそれぞれ連結するとともに、そ
れらに挟まれた中間層のうち、両端二箇所に2枚の構造
要素4bをそれぞれ配列し、相互に連結してある。
【0040】このようにすると、配列された構造要素4
は、すべて構造要素4bであって構造諸特性が同一とな
るが、配列の仕方が中間層では二枚、最上層及び最下層
では3枚であるため、中間層の水平剛性は最上層及び最
下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で層間変形が
生じた場合、中間層の構造要素4bに層間変形が集中し
て所定の履歴減衰が発揮され、地震や風による振動エネ
ルギーが速やかに吸収される。
【0041】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
4bが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。
【0042】また、図8では、7枚の構造要素4をH字
状に配列してある。すなわち、構造要素4f、4c、4
fを鉛直方向に互いに連結し、それらを二組離間配置し
て最下層の構造要素4fの下縁と最上層の構造要素4f
の上縁を取付け用鋼板6、5にそれぞれ連結するととも
に、中間層に位置する構造要素4c、4cに挟まれた離
間空間に構造要素4dを配置して相互に連結してある。
【0043】このようにすると、中間層の水平剛性は最
上層及び最下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で
層間変形が生じた場合、中間層の構造要素4c、4dに
層間変形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地震や
風による振動エネルギーが速やかに吸収される。
【0044】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
4c、4dが履歴減衰型ダンパーとして機能することを
示したモデル図である。
【0045】また、図9では、6枚の構造要素4を間柱
状かつ並列状に配列してある。すなわち、構造要素4
a、4c、4aを鉛直方向に互いに連結し、それらを二
組離間配置して最下層の構造要素4aの下縁と最上層の
構造要素4aの上縁を取付け用鋼板6、5にそれぞれ連
結してある。
【0046】このようにすると、中間層の水平剛性は最
上層及び最下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で
層間変形が生じた場合、中間層の構造要素4cに層間変
形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地震や風によ
る振動エネルギーが速やかに吸収される。
【0047】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
4cが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。
【0048】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る制振構
造によれば、剛性、降伏耐力、履歴特性等の構造諸特性
が相異なる複数の構造要素を組み合わせて構面内に配置
するようにしたので、各構造要素の配列の仕方や連結の
有無あるいは構造諸特性を適宜設定あるいは選択するこ
とにより、全体として所望の履歴減衰特性を得ることが
できる。
【0049】したがって、新築当初から思い通りの制振
機能を建築構造物に付与することができるのはもちろん
のこと、建築構造物の供用期間中にその用途変更に伴っ
て例えば通路開口や空調ダクト開口の移設又は新設の必
要が生じたり、設計用地震力の見直しによってエネルギ
ー吸収性能を向上させる必要が生じたりした場合であっ
ても、それらの要求に応じて構造要素の組み合わせや配
列の仕方を変更することによって上述の事態に適応する
ことが可能となり、ひいては建築構造物の長寿命化を図
ることも可能となる。
【0050】
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る制振構造の全体正面図。
【図2】取付け用鋼板5を示した詳細斜視図。
【図3】構造要素4a、4bを示した図であり、(a)は
構造要素4aの正面図、(b)はA―A線に沿う断面図、
(c)は構造要素4bの正面図、(d)はB―B線に沿う断面
図。
【図4】構造要素4c、4dを示した図であり、(a)は
構造要素4cの正面図、(b)はC―C線に沿う断面図、
(c)は構造要素4dの正面図、(d)はD―D線に沿う断面
図。
【図5】構造要素4e、4fを示した図であり、(a)は
構造要素4eの正面図、(b)はE―E線に沿う断面図、
(c)は構造要素4fの正面図、(d)はF―F線に沿う断面
図。
【図6】構造要素4を3×3に配列した例を示した図。
【図7】構造要素4をロの字状に配列した例を示した
図。
【図8】構造要素4をH字状に配列した例を示した図。
【図9】構造要素4を間柱状かつ並列状に配列した例を
示した図。
【符号の説明】
1 柱 2 梁 3 構面 4、4a〜4f 構造要素 5、6 取付け用鋼板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 剛性、降伏耐力、履歴特性等に関する所
    定の構造諸特性を有する複数の構造要素を任意の配列で
    かつ任意箇所にて互いに連結して柱梁からなる架構に囲
    まれた構面内に配置するとともに、前記複数の構造要素
    のうち、最上層に配列された構造要素の上縁を前記架構
    を構成する上階梁の下面に設置された取付け用鋼板に連
    結し、最下層に配列された構造要素の下縁を前記架構を
    構成する下階梁の上面に設置された取付け用鋼板に連結
    してなることを特徴とする制振構造。
  2. 【請求項2】 前記複数の構造要素を、矩形鋼板で構成
    した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを突設した構
    造要素、矩形鋼板の両面に二枚のプレキャストコンクリ
    ート版を添着補剛した構造要素、矩形鋼板にスリットを
    穿設した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを突設す
    るとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコンクリ
    ートで補剛した構造要素、及び矩形鋼板の両面に設けら
    れたスタッドに定着されたコンクリートで補剛した構造
    要素からなる構造要素群から選択した請求項1記載の制
    振構造。
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