JP2004019271A - Vibration-damping structural member - Google Patents

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JP2004019271A
JP2004019271A JP2002176281A JP2002176281A JP2004019271A JP 2004019271 A JP2004019271 A JP 2004019271A JP 2002176281 A JP2002176281 A JP 2002176281A JP 2002176281 A JP2002176281 A JP 2002176281A JP 2004019271 A JP2004019271 A JP 2004019271A
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Tatsuji Ishimaru
石丸 辰治
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Tatsuji Ishimaru
石丸 辰治
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration-damping structural member which suppresses vibrations of a structure without additional provision of a vibration control device or the like. <P>SOLUTION: When columns 14 and beams 16 are horizontally deformed due to application of an external force of an earthquake or the like, relative displacement is generated at connecting pins 30, 34 arranged on diagonals in a frame portion. The relative displacement is amplified by first and second arm members 28, 32 forming a damping mechanism 13, and therefore an oil damper 44 connected to a connecting shaft 36 is largely deformed, to thereby restrict relative movement of the connecting shaft 36 and absorb vibrations of the structural member. More specifically, vibrations caused by the relative displacement between the structural members such as the columns 14 and beams 16 are not absorbed but vibrations caused by the displacement of the structural members per se are absorbed, and therefore vibrations of the structure caused by an earthquake or wind can be effectively damped, to thereby dispense with securement of a space for additional provision of the vibration control device in the structure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の柱・梁等の構造部材自体が、自ら揺れを抑える機能を備えた制振構造部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
図25に示すように、長さの等しいロッド150を菱形に組み合わせ、ピンジョイント152の間にダンパー154を配置し、ピンジョイント156での変形量を拡大しダンパー154による減衰性を向上させた制振用ダンパー装置158がある(特開平5−231031号公報参照)。
【0003】
また、図26に示すように、建物140と建物144の間に制振装置110を配置し、トグルを構成するリンク部材112によって、相対変位する建物140、144の変形倍率を大きくして、油圧ダンパー142で振動エネルギーを吸収する制振構造も提案されている。
【0004】
しかし、上記技術は、何れも梁と柱、或は建物と建物のように、異なる構造部材間の相対変位を幾何学的に増幅して制振しようとするもので、設置スペースを必要とし、また、構造物が竣工しないと、制振装置を組み付けることができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、構造物を構築する構造部材に減衰機能を持たせることで、改めて制振装置等を設置しなくても、構造物の揺れを抑えることができる制振構造部材を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、縦材と横材を連結して構成され、構造物を構築する構造部材と、前記構造部材の中に配置され、縦材と横材との連結部に回動可能に連結されて、前記連結部間の相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、前記構造部材の中に配置され、縦材と横材との連結部に回動可能に連結されて、前記連結部間の相対変位を増幅して剛性を高めるばね効果増幅手段と、を有することを特徴としている。
【0007】
請求項1に記載の発明では、構造物に作用する地震等の外力によって、構造部材が水平方向又は鉛直方向へ変形すると、これにより、対角線上にある縦材と横材の連結部に相対変位が生じる。この相対変位は、減衰手段によって増幅され減衰される。
【0008】
すなわち、柱や梁のような構造部材間の相対変位による振動を吸収するのではなく、構造部材自体の変位による振動そのものを吸収することで、地震や風による構造物の振動を効果的に制振する。このため、別途、構造物に制振装置を取付けるためのスペースを確保する必要がなくなる。
【0009】
また、連結部間にばね効果増幅手段を設けることで、連結部間の相対変位を増幅して構造部材の剛性を高めることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記減衰手段が、前記縦材と横材との連結部に一端が回動可能に連結された2つの第1アーム部材と、前記連結部の対角線上にある連結部に一端が回動可能に連結された2つの第2アーム部材と、前記第1アーム部材の他端と前記第2アーム部材の他端をそれぞれ回動可能に連結してリンク機構を構成する連結部材と、連結部材に連結され、連結部材同士の相対移動を制限するダンパーと、を有することを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明では、2つの第1アーム部材の一端が縦材と横材との連結部に回動可能に連結され、この連結部の対角線上にある連結部へ2つの第2アーム部材の一端が回動可能に連結されている。そして、第1アームの他端と第2アーム部材の他端がそれぞれ連結部材で回動可能に連結され、リンク機構が構成されている。
【0012】
ここで、地震等によって、対角線上にある縦材と横材との連結部に相対変位が生じると、この連結部を中心に第1アーム部材と第2アーム部材が回動して、第1アーム部材の他端と第2アーム部材の他端を連結する連結部材が大きく変位する。
【0013】
この連結部材には、それぞれダンパーが連結されており、ダンパーが大きく変形して連結部材の相対移動を制限する。
【0014】
このため、小さな変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、連結部材に連結されたダンパーが小さな力によって、構造部材の振動を吸収することで結果として構造物の振動を吸収する。また、対角線上にある縦材と横材との連結部の小さな変位が、大きな変位に増幅されて吸収されるので、中小の地震や風による振動も効果的に吸収することができる。
【0015】
請求項3に記載の発明は、前記連結部材同士又は連結部材と連結部がばね部材で連結されたことを特徴としている。この構成では、連結部材同士又は連結部材と連結部がばね部材で連結されており、第1アーム部材と第2アーム部材の自由な挙動を規制している。このため、強風によって、構造部材が不用意に揺ることが防止される。なお、ばね材としては、圧縮コイルばねや引張コイルばねを用いることができる。
【0016】
請求項4に記載の発明は、前記連結部材に質量体が取付けられたことを特徴としている。この構成では、連結部材に質量体が取付けられているため、第1アーム部材と第2アーム部材の振り幅が大きくなり、増幅効果も大きくなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に示すように、第1形態に係る制振構造部材は、構造物10の屋根12を支える支柱14や梁16として利用されている。
(支柱)
図2及び図3に示すように、支柱14は、4本の鋼製の縦材18を四方へ平行に配置して、鋼製の横材20で連結した長箱形状をしており、主として4本の縦材18の軸力が支柱14の支持力となっている。
【0018】
また、横材20により格子状に区切られた各々のフレーム部の中には、減衰手段としての減衰機構13が構築されている。フレーム部の連結部には、減衰機構13を構成するフランジ22、24、一対のフランジ26が対角線上にそれぞれ設けられている。
【0019】
フランジ22には、鋼製の第1アーム部材28の一端が連結ピン30を介して回転可能に取付けられ、2つの第1アーム部材28が所定の角度を呈している。また、ブランジ22と対角線上にあるフランジ24には、鋼製の第2アーム部材32の一端が連結ピン34を介して回転可能に取付けられ、2つの第2アーム部材32が所定の角度を呈している。
【0020】
第1アーム部材28と第2アーム部材32の他端部は、連結シャフト36でそれぞれ回動可能に連結されている。すなわち、連結シャフト36が互いに接近すると、連結ピン22における2つの第1アーム部材28がなす角度と連結ピン34における2つの第2アーム部材32がなす角度が小さくなり、また、連結シャフト36が互いに離間すると、連結ピン22における2つの第1アーム部材28がなす角度と連結ピン34における2つの第2アーム部材32がなす角度が大きくなる。
【0021】
さらに、向い合う連結シャフト36の中央部及び両端部は3つコイルばね38で連結され、連結シャフト36を互いに接近させる方向へ付勢している。また、連結シャフト36の中央部とフランジ26に設けられた連結ピン40はそれぞれコイルばね42で連結されており、連結シャフト36を互いに離間させる方向へ付勢している。このコイルばね38、42によって、第1アーム部材28と第2アーム部材32との姿勢(菱形形状)は保持され、挙動が抑えられている。
【0022】
さらに、連結シャフト36と連結ピン40との間には、2つのダンパー44が、コイルばね42と平行となるように配置されている。ダンパー44のシリンダー44Aが、連結ピン40に回転可能に連結され、ダンパー44のロッド44Bが連結シャフト36に回転可能に連結されている。
【0023】
なお、図2には、第1アーム部材28、第2アーム部材32、ダンパー44、コイルばね38、42で構成される減衰機構13が、最上部と最下部のフレーム部にしか図示されていないが、全てのフレーム部に配設されている。
(梁)
図1及び図4に示すように、梁16は、鋼製の上弦材46(横材)、下弦材48(横材)、これらを連結する矩形状のフレーム部材50で構成されたボックス構造であり、両端部が支柱14の上部に固定されて、ラーメン構造の一部となっている。
【0024】
この梁16のフレーム部には、支柱14に設けた同一構造の減衰機構13が構築されており、梁16自体が地震等による揺れを抑えることができる。梁16の上には、図1に示すように、屋根12が架橋されており、屋根付きの大空間を構築している。
【0025】
次に、構造物に地震等による外力が作用したとき、本形態に係る制振構造部材(支柱、梁)がどのように機能するかを説明する。
【0026】
地震等によって、図1に示す構造物10が右方向へ水平変形すると、図5に示すように(実際の挙動を強調して描いている)、左側の支柱14は左へ傾き、フレーム部の連結部に設けられた連結ピン30と対角線上にある連結ピン34が相対変位して間隔が広くなる。
【0027】
これにより、連結ピン30を中心として第1アーム部材28が回動して第1アーム部材28同士がなす角度が小さくなる。また、連結ピン34を中心として第2アーム部材32が回動して第2アーム部材32同士がなす角度が小さくなる。このため、第1アーム部材28と第2アーム部材32とを連結する連結シャフト36の間隔が狭くなる。
【0028】
この連結シャフト36の変位量は、菱形のリンク機構の幾何学的特性により連結ピン30と連結ピン34の相対変位量より増幅されている。このため、連結ピン40に連結されたオイルダンパー42のロッド44Bが伸長し、効率良く熱に変換されて吸収され、連結シャフト36の変位が制限されることで、構造物10の振動が減衰される。
【0029】
なお、効率良くとは、連結ピン30と連結ピン34の相対変位量が小さくても、連結シャフト36が大きく変位しダンパー44の変位量が大きくなるため、振動エネルギーの吸収効率が良いということである。
【0030】
また、梁16の左側の減衰機構13においては、連結ピン30とこの連結ピン30と対角線上に位置する連結ピン34との間隔が広まり、連結ピン30を中心として第1アーム部材28が回動して第1アーム部材28同士がなす角度が大きくなる。また、連結ピン34を中心として第2アーム部材32が回動して第2アーム部材32同士がなす角度が大きくなる。このため、第1アーム部材28と第2アーム部材32とを連結する連結シャフト36の間隔が広くなる。
【0031】
この連結シャフト36の変位量は、連結ピン30、34の相対変位量より増幅されているため、連結ピン40に連結されたオイルダンパー44のロッド44Bが収縮して、振動エネルギーが熱に変換されて吸収される。
【0032】
一方、梁16の右側の減衰機構13においては、連結ピン30とこの連結ピン30と対角線上に位置する連結ピン34との距離が広がり、連結シャフト36が接近し、連結ピン40に連結されたオイルダンパー44のロッド44Bが伸張して、振動エネルギーが熱に変換されて吸収される。
【0033】
さらに、右側の支柱14も変形して、連結シャフト36の間隔を離間させることで、オイルダンパー44により、第1アーム部材28と第2アーム部材32の移動が制限されて、振動エネルギーが吸収される。
【0034】
このように、本発明では、支柱14、梁16の制振構造部材の振動そのものを吸収することで、地震や風による構造物10の振動を効果的に制振する。このため、別途、構造物10に制振装置を取付けるためのスペースを確保する必要がなくなる。
【0035】
なお、本形態では、図3に示すように、ダンパー44とコイルばね42を並列に配置したが、取付スペースを削減するために、図6に示す減衰機構15のように、コイルばね42をダンパー44へ挿通して、コイルばね42とダンパー44を一体化してもよい。
【0036】
また、本形態では、梁の両端部に減衰機構を配置して、揺れ方向に関係なく均等に制振効果を発揮させるようにしたが、全てのフレーム部に減衰機構を配置してもよい。さらに、姿勢保持のための手段してコイルばねを例にとって説明しているが、ばねの形式は特に問わない。
【0037】
また、ダンパーはオイルダンパーに限定されず、摩擦力、エア等を利用した汎用のダンパーを使用することができる。さらに、第2実施形態で図示するが、第1実施形態で説明した連結シャフト36に補助質量体を取付けることにより、第1アーム部材28と第2アーム部材32の振り幅が大きくなり、変位の増幅率をを上げることができる。
【0038】
次に、第2形態に係る制振構造部材を説明する。
【0039】
第2形態以降の実施形態の制振構造部材は、梁を例に採って説明するが、支柱に配設できることは無論である。
【0040】
図7に示すように、制振構造部材としての梁56のフレーム部の連結部からは固定アーム58が対角線上に張り出している。固定アーム58の先端には、T字を描くように架材60が固定されている。架材60の両端部には、第1アーム部材62の一端が回動可能に連結されており、固定アーム58側へ傾倒している。
【0041】
また、第1アーム部材62の他端には、第2アーム部材64の他端が連結シャフト68を介して回転可能に連結されている。そして、第2アーム部材64の一端は、固定アーム58の延長線上にある連結部に連結ピン66で回転可能に連結されている。
【0042】
連結シャフト68同士はコイルばね70で連結されている。また、固定アーム58と交差する対角線上にある連結ピン76と連結シャフト68がコイルばね72で連結されている。また、架材60と連結ピン66とはコイルばね76で連結されている。これにより、第1アーム部材62と第2アーム部材64とが構成する略三角形状の姿勢が保持され挙動が抑えられている。
【0043】
さらに、連結シャフト68と連結ピン76との間には、オイルダンパー74が、コイルばね72と平行となるように配置され、連結シャフト68と連結ピン76に回転可能に連結されている。
【0044】
次に、構造物に地震等による外力が作用したとき、本形態に係る制振構造部材(梁56)がどのように機能するかを説明する。
【0045】
梁56へ外力が右方向へ作用すると、図8に示す模式図のように、つか材52が右側へ傾き、架材60と連結ピン66とが相対変位して間隔が狭くなる。これにより、連結ピン66を中心として第2アーム部材64が回動して、第1アーム部材62と第2アーム部材64がなす角度が小さくなり、第1アーム部材62と第2アーム部材64とを連結する連結シャフト68の間隔が狭くなる。
【0046】
この連結シャフト68の変位量は、リンク機構の幾何学的特性により架材60と連結ピン66の相対変位量より増幅されている。このため、連結ピン76に連結されたオイルダンパー74のロッドが伸張して、連結シャフト68の変位を制限することで、構造物10の振動が減衰される。
【0047】
また、梁56が上下に振動すると、図9に示す模式図のように、下方へ揺れたとき、架材60と連結ピン66とが相対変位して間隔が広くなる。このため、第1アーム部材62と第2アーム部材64とを連結する連結シャフト68の間隔が広くなる。この連結シャフト68の変位量は、リンク機構の幾何学的特質により架材60と連結ピン66の相対変位量より増幅されている。このため、連結ピン76に連結されたオイルダンパー74のロッドが収縮し、連結シャフト68の変位が制限されることで、構造物10の上下方向の振動が減衰される。
【0048】
なお、図10に示すように、連結シャフト68に補助質量体78を取付けることで、第1アーム部材62と第2アーム部材64の振りが大きくなり、増幅効果を向上させることができる。
【0049】
次に、第3形態に係る制振構造部材を説明する。
【0050】
図11に示すように、第3形態の梁80では、第2形態の架材60がなく、第1アーム部材82が固定アーム58の先端部へ直接連結され、第2アーム部材64との間に略三角形状のリンク機構を構成している。
【0051】
この構成においても、図12及び図13に示すように、構造物の左右及び上下の振動を減衰することができ、また、図14に示すように、連結シャフト68に補助質量体84を取付けることで、第1アーム部材82と第2アーム部材64の振り幅を大きくすることができる。
【0052】
次に、第4形態に係る制振構造部材を説明する。
【0053】
図15に示すように、第4形態の梁86では、第1形態〜第3形態と同様に連結部の変位を増幅してオイルダンバーを大きく変位させて構造部材の振動を抑える点で同一であるが、オイルダンパー88が第1アーム部材90と第2アーム部材92とで星型に組まれたリンク機構の内側へ配置されている点で異なる。
【0054】
この構成では、第1アーム部材90の一端が、連結ピン94に回動可能に連結され、その他端は連結シャフト96を介して第2アーム部材92の他端に回転可能に連結されている。第2アーム部材92の一端は、連結ピン94の対角線と直交する方向へ配置された支持アーム98の両端部にそれぞれ回転可能に連結されている。
【0055】
この支持アーム98の連結ピン101には、コイルばね100の一端が連結されており、このコイルばね100の他端を連結部に固定することで、支持アーム98がフレーム部内に支持される。連結シャフト96には、たすき掛けとなるように2つのオイルダンパー88が直列に配置され、連結シャフト96の大きな相対変位に対応できるようになっている。
【0056】
この構成においても、図16及び図17に示すように、構造物の左右及び上下の振動を減衰することができ、また、図18に示すように、連結シャフト96に補助質量体102を取付けることで、第1アーム部材90と第2アーム部材92の振り幅を大きくすることができる。
【0057】
さらに、第2アーム部材92の一端は、コイルばね100に支持された支持アーム98に回転可能に連結されているため、どのような角度から地震とによる外力が入力されても、大きな振り幅で連結シャフト96を移動させることができる。
【0058】
また、オイルダンパーを直列に配置することで、設置距離が長い場合にも汎用のオイルダンパーで対応できるため、制作コストを削減できる。
【0059】
さらに、本発明は、建物だけでなく、橋梁等のように常に振動が付加されるような土木構造物にも適用することができる。
【0060】
また、図19に示すように、図1に示したラーメン構造の構造部材の梁16の中央部のフレーム部材50に束材23を取付け、さらに、梁16の両端部に床版27を取付けている。この束材23で補強されたフレーム部材52と、床版27で補強された梁16の両端部には、プレテンション部材29が設けられており、このプレテンション部材29にプレテンション力を発生させることにより、梁16の剛性を高めている。
【0061】
さらに、図1で示した支柱14及び梁16では、フレーム部に一対の減衰機構13を配置したが、図20〜図22に示す第5形態の制振構造部材では、フレーム部の中を斜めに横切るように、1つの減衰機構13を配置した支柱33,梁31とされており、部品点数の削減が図られている。
【0062】
また、梁31は、斜材57及び束材52が配置されたシングルのプラットトラス構造とされており、支柱33の上部に設けられた架台54に両端部が支承されている。なお、架台54は、クロス材53の中央部に固定されている。
【0063】
このように、本発明の制振構造部材は、構造形式に関わらず利用することができる。
【0064】
また、図23に示すように、第6形態に係る制振構造部材の支柱143では、縦材18と横材20で構成されたフレーム部の連結部に、ブレス材149が連結されており、支柱143の剛性が向上されている。さらに、図24に示すように、第7形態に係る制振構造部材の支柱145には、縦材18と横材20で構成されたフレーム部の外面部に対向するように減衰機構13が取付けられている。また、支柱145の中央部には、鋼管又はコンクリート製の補助柱147が立設されている。この補助柱147は、屋根12を支え、支柱145に作用する荷重を軽減させている。
【0065】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、構造物に改めて制振装置等を設置しなくても、構造部材として構造物の揺れを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1形態に係る制振構造部材で構築された屋根付き大空間の構造物を示した斜視図である。
【図2】第1形態に係る制振構造部材としての支柱を示す斜視図である。
【図3】第1形態に係る制振構造部材の減衰機構を示す平面図である。
【図4】第1形態に係る制振構造部材である支柱、梁の平常時の状態を示す正面図である。
【図5】第1形態に係る制振構造部材である支柱、梁の地震時の状態を示す正面図である。
【図6】他の制振構造部材の減衰機構を示す平面図である。
【図7】第2形態に係る制振構造部材の梁を示す正面図である。
【図8】第2形態に係る制振構造部材の梁が横揺れしている状態を示す模式図である。
【図9】第2形態に係る制振構造部材の梁が縦揺れしている状態を示す模式図である。
【図10】第2形態に係る制振構造部材の梁に補助質量体を取付けた状態を示す正面図である。
【図11】第3形態に係る制振構造部材の梁を示す正面図である。
【図12】第3形態に係る制振構造部材の梁が横揺れしている状態を示す模式図である。
【図13】第3形態に係る制振構造部材の梁が縦揺れしている状態を示す模式図である。
【図14】第3形態に係る制振構造部材の梁に補助質量体を取付けた状態を示す正面図である。
【図15】第4形態に係る制振構造部材の梁を示す正面図である。
【図16】第4形態に係る制振構造部材の梁が横揺れしている状態を示す模式図である。
【図17】第4形態に係る制振構造部材の梁が縦揺れしている状態を示す模式図である。
【図18】第4形態に係る制振構造部材の梁に補助質量体を取付けた状態を示す正面図である。
【図19】第1形態に係る制振構造部材の変形例を示した斜視図である。
【図20】第5形態に係る制振構造部材で構築された屋根付き大空間の構造物を示した斜視図である。
【図21】第5形態に係る制振構造部材としての支柱を示す斜視図である。
【図22】第5形態に係る制振構造部材の減衰機構を示す平面図である。
【図23】第6形態に係る制振構造部材としての支柱を示す斜視図である。
【図24】第7形態に係る制振構造部材としての支柱を示す斜視図である。
【図25】従来の制振用ダンパーの取付状態を示す正面図である。
【図26】制振装置が建物間に取付けられた例を示す正面図である。
【符号の説明】
13  減衰機構(減衰手段)
14  支柱(構造部材)
16  梁(構造部材)
28  第1アーム部材
32  第2アーム部材
36  連結シャフト(連結部材)
38  コイルばね(ばね部材)
42  コイルばね(ばね部材)
44  オイルダンパー(ダンパー)
78  補助質量体(質量体)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration damping structural member having a function of suppressing a vibration of a structural member itself such as a column or a beam of the structure.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 25, rods 150 having the same length are combined in a rhombus shape, a damper 154 is arranged between the pin joints 152, the amount of deformation at the pin joint 156 is increased, and the damping property of the damper 154 is improved. There is a vibration damper device 158 (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-231310).
[0003]
Also, as shown in FIG. 26, the vibration damping device 110 is arranged between the building 140 and the building 144, and the deformation ratio of the buildings 140 and 144 that are relatively displaced is increased by the link member 112 constituting the toggle, so that the hydraulic pressure is increased. A vibration damping structure in which vibration energy is absorbed by the damper 142 has also been proposed.
[0004]
However, all of the above techniques, like beams and columns, or buildings and buildings, geometrically amplify the relative displacement between different structural members and attempt to dampen them, and require an installation space, Further, the vibration damping device cannot be assembled unless the structure is completed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above facts, the present invention provides a damping function to a structural member that constructs a structure, so that the vibration of the structure can be suppressed without requiring a new vibration damping device or the like. The task is to provide
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a vertical member and a horizontal member are connected to each other, and a structural member for constructing a structure, and a structural member disposed in the structural member and connected to a connecting portion between the vertical member and the horizontal member. Damping means movably connected to amplify and attenuate the relative displacement between the connecting portions, and disposed in the structural member and rotatably connected to a connecting portion between the vertical member and the horizontal member. And a spring effect amplifying means for amplifying relative displacement between the connecting portions to increase rigidity.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, when the structural member is deformed in the horizontal direction or the vertical direction by an external force such as an earthquake acting on the structure, a relative displacement is caused in the diagonally connecting portion between the vertical member and the horizontal member. Occurs. This relative displacement is amplified and damped by the damping means.
[0008]
In other words, instead of absorbing the vibration caused by the relative displacement between the structural members such as columns and beams, the vibration itself caused by the displacement of the structural member itself is absorbed, thereby effectively suppressing the vibration of the structure caused by the earthquake or wind. Shake. Therefore, it is not necessary to separately secure a space for attaching the vibration damping device to the structure.
[0009]
Further, by providing the spring effect amplifying means between the connecting portions, the relative displacement between the connecting portions can be amplified to increase the rigidity of the structural member.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the damping means is provided on two diagonal lines of the first arm member, one end of which is rotatably connected to a connecting portion between the vertical member and the horizontal member, and the connecting portion. A link mechanism is formed by rotatably connecting two second arm members, one ends of which are rotatably connected to a connecting portion, and the other end of the first arm member and the other end of the second arm member, respectively. And a damper connected to the connecting member and restricting relative movement between the connecting members.
[0011]
According to the second aspect of the invention, one ends of the two first arm members are rotatably connected to the connecting portion between the vertical member and the horizontal member, and the two second arm members are connected to the connecting portion on the diagonal line of the connecting portion. One end of the arm member is rotatably connected. The other end of the first arm and the other end of the second arm member are rotatably connected by connecting members, respectively, to form a link mechanism.
[0012]
Here, when a relative displacement occurs in the connecting portion between the vertical member and the horizontal member on the diagonal line due to an earthquake or the like, the first arm member and the second arm member rotate around the connecting portion, and the first arm member rotates. A connecting member connecting the other end of the arm member and the other end of the second arm member is greatly displaced.
[0013]
A damper is connected to each of the connecting members, and the damper is greatly deformed to limit the relative movement of the connecting member.
[0014]
Therefore, a relationship of small deformation × large force = large deformation × small force is established, and the damper connected to the connecting member absorbs the vibration of the structural member by the small force, and as a result, absorbs the vibration of the structure. . In addition, a small displacement of a connecting portion between a vertical member and a horizontal member on a diagonal line is amplified by a large displacement and absorbed, so that vibrations due to a small or medium-sized earthquake or wind can be effectively absorbed.
[0015]
The invention described in claim 3 is characterized in that the connecting members or the connecting member and the connecting portion are connected by a spring member. In this configuration, the connecting members are connected to each other or the connecting member and the connecting portion by a spring member, thereby restricting free movement of the first arm member and the second arm member. For this reason, the structural member is prevented from being carelessly shaken by the strong wind. In addition, a compression coil spring or a tension coil spring can be used as the spring material.
[0016]
The invention according to claim 4 is characterized in that a mass body is attached to the connecting member. In this configuration, since the mass body is attached to the connecting member, the swing width of the first arm member and the second arm member increases, and the amplification effect also increases.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the vibration damping structural member according to the first embodiment is used as a column 14 or a beam 16 that supports a roof 12 of a structure 10.
(Post)
As shown in FIGS. 2 and 3, the column 14 has a long box shape in which four steel vertical members 18 are arranged in parallel in four directions and connected by steel horizontal members 20. The axial force of the four vertical members 18 is the supporting force of the column 14.
[0018]
A damping mechanism 13 as damping means is constructed in each frame section divided by the cross member 20 in a lattice shape. Flanges 22 and 24 and a pair of flanges 26 that constitute the damping mechanism 13 are provided diagonally on the connecting portion of the frame.
[0019]
One end of a first arm member 28 made of steel is rotatably attached to the flange 22 via a connecting pin 30, and the two first arm members 28 have a predetermined angle. One end of a second steel arm member 32 is rotatably attached to the flange 24 on the diagonal line with the flange 22 via a connecting pin 34, and the two second arm members 32 exhibit a predetermined angle. ing.
[0020]
The other end portions of the first arm member 28 and the second arm member 32 are rotatably connected by a connecting shaft 36, respectively. That is, when the connecting shafts 36 approach each other, the angle formed by the two first arm members 28 of the connecting pin 22 and the angle formed by the two second arm members 32 of the connecting pin 34 become smaller. When separated, the angle between the two first arm members 28 of the connecting pin 22 and the angle between the two second arm members 32 of the connecting pin 34 increase.
[0021]
Further, the central portion and both end portions of the connecting shaft 36 facing each other are connected by three coil springs 38 and urge the connecting shafts 36 in a direction to approach each other. The center of the connecting shaft 36 and the connecting pin 40 provided on the flange 26 are connected by a coil spring 42, respectively, and urge the connecting shaft 36 in a direction to separate from each other. The attitude (diamond shape) of the first arm member 28 and the second arm member 32 is maintained by the coil springs 38 and 42, and the behavior is suppressed.
[0022]
Further, two dampers 44 are arranged between the connection shaft 36 and the connection pin 40 so as to be parallel to the coil spring 42. A cylinder 44A of the damper 44 is rotatably connected to the connecting pin 40, and a rod 44B of the damper 44 is rotatably connected to the connecting shaft 36.
[0023]
In FIG. 2, the damping mechanism 13 including the first arm member 28, the second arm member 32, the damper 44, and the coil springs 38 and 42 is shown only in the uppermost and lowermost frame portions. Are provided on all the frame parts.
(Beam)
As shown in FIGS. 1 and 4, the beam 16 has a box structure composed of a steel upper chord 46 (horizontal member), a lower chord member 48 (horizontal member), and a rectangular frame member 50 connecting these members. In addition, both ends are fixed to the upper part of the column 14 to form a part of the ramen structure.
[0024]
In the frame portion of the beam 16, a damping mechanism 13 of the same structure provided on the support column 14 is constructed, and the beam 16 itself can suppress shaking due to an earthquake or the like. As shown in FIG. 1, the roof 12 is bridged on the beams 16 to form a large space with a roof.
[0025]
Next, how the vibration damping structural members (posts, beams) according to the present embodiment function when an external force due to an earthquake or the like acts on the structure will be described.
[0026]
When the structure 10 shown in FIG. 1 is horizontally deformed rightward due to an earthquake or the like, as shown in FIG. 5 (illustrating the actual behavior), the left support 14 tilts to the left, and The connecting pin 30 provided on the connecting portion and the connecting pin 34 on the diagonal line are relatively displaced to increase the interval.
[0027]
Accordingly, the angle formed between the first arm members 28 by rotating the first arm members 28 around the connection pins 30 is reduced. Further, the second arm member 32 rotates around the connection pin 34, and the angle formed between the second arm members 32 decreases. For this reason, the interval between the connecting shafts 36 connecting the first arm member 28 and the second arm member 32 is reduced.
[0028]
The displacement of the connecting shaft 36 is amplified from the relative displacement between the connecting pin 30 and the connecting pin 34 due to the geometrical characteristics of the diamond-shaped link mechanism. For this reason, the rod 44B of the oil damper 42 connected to the connection pin 40 extends, is efficiently converted to heat and absorbed, and the displacement of the connection shaft 36 is limited, so that the vibration of the structure 10 is attenuated. You.
[0029]
The term “efficiently” means that even if the relative displacement between the connecting pin 30 and the connecting pin 34 is small, the connecting shaft 36 is largely displaced and the displacement of the damper 44 is large, so that the vibration energy absorption efficiency is good. is there.
[0030]
In the damping mechanism 13 on the left side of the beam 16, the distance between the connection pin 30 and the connection pin 34 located diagonally to the connection pin 30 is widened, and the first arm member 28 rotates around the connection pin 30. As a result, the angle between the first arm members 28 increases. Further, the second arm member 32 rotates about the connection pin 34, and the angle formed between the second arm members 32 increases. Therefore, the distance between the connecting shafts 36 connecting the first arm member 28 and the second arm member 32 is increased.
[0031]
Since the displacement of the connecting shaft 36 is amplified from the relative displacement of the connecting pins 30 and 34, the rod 44B of the oil damper 44 connected to the connecting pin 40 contracts, and the vibration energy is converted into heat. Absorbed.
[0032]
On the other hand, in the damping mechanism 13 on the right side of the beam 16, the distance between the connection pin 30 and the connection pin 34 located diagonally to the connection pin 30 increases, and the connection shaft 36 approaches and is connected to the connection pin 40. The rod 44B of the oil damper 44 expands, and the vibration energy is converted into heat and absorbed.
[0033]
Further, the right support 14 is also deformed to separate the connection shaft 36, whereby the movement of the first arm member 28 and the second arm member 32 is restricted by the oil damper 44, and the vibration energy is absorbed. You.
[0034]
As described above, in the present invention, the vibration of the structure 10 due to an earthquake or wind is effectively damped by absorbing the vibration itself of the vibration damping structural members of the columns 14 and the beams 16. Therefore, it is not necessary to separately secure a space for mounting the vibration damping device on the structure 10.
[0035]
In the present embodiment, the damper 44 and the coil spring 42 are arranged in parallel as shown in FIG. 3, but in order to reduce the mounting space, the coil spring 42 is connected to the damper 44 like the damping mechanism 15 shown in FIG. 44, the coil spring 42 and the damper 44 may be integrated.
[0036]
Further, in the present embodiment, the damping mechanism is arranged at both ends of the beam so that the damping effect is exerted uniformly regardless of the swing direction. However, the damping mechanism may be arranged in all the frame parts. Furthermore, although a coil spring has been described as an example of a means for holding the posture, the type of the spring is not particularly limited.
[0037]
Further, the damper is not limited to an oil damper, and a general-purpose damper using a frictional force, air, or the like can be used. Further, as illustrated in the second embodiment, by attaching the auxiliary mass body to the connection shaft 36 described in the first embodiment, the swing width of the first arm member 28 and the second arm member 32 increases, and the displacement of the first arm member 28 and the second arm member 32 increases. The amplification rate can be increased.
[0038]
Next, a vibration damping structural member according to a second embodiment will be described.
[0039]
The vibration damping structural members of the second and subsequent embodiments will be described by taking a beam as an example, but it is a matter of course that they can be arranged on a support.
[0040]
As shown in FIG. 7, a fixed arm 58 extends diagonally from a connection portion of the frame portion of the beam 56 as a vibration damping structural member. A frame member 60 is fixed to the tip of the fixed arm 58 so as to draw a T-shape. One end of a first arm member 62 is rotatably connected to both ends of the frame member 60, and is inclined to the fixed arm 58 side.
[0041]
The other end of the first arm member 62 is rotatably connected to the other end of the second arm member 64 via a connection shaft 68. One end of the second arm member 64 is rotatably connected to a connecting portion on an extension of the fixed arm 58 by a connecting pin 66.
[0042]
The connection shafts 68 are connected by a coil spring 70. A connecting shaft 76 and a connecting pin 76 on a diagonal line intersecting with the fixed arm 58 are connected by a coil spring 72. The frame member 60 and the connection pin 66 are connected by a coil spring 76. Thereby, the substantially triangular posture constituted by the first arm member 62 and the second arm member 64 is maintained, and the behavior is suppressed.
[0043]
Further, an oil damper 74 is disposed between the connection shaft 68 and the connection pin 76 so as to be parallel to the coil spring 72, and is rotatably connected to the connection shaft 68 and the connection pin 76.
[0044]
Next, how the vibration damping structural member (beam 56) according to this embodiment functions when an external force due to an earthquake or the like acts on the structure will be described.
[0045]
When an external force acts on the beam 56 in the right direction, as shown in the schematic diagram of FIG. 8, the holding member 52 tilts to the right, and the frame member 60 and the connecting pin 66 are relatively displaced to reduce the interval. As a result, the second arm member 64 rotates about the connection pin 66, and the angle formed between the first arm member 62 and the second arm member 64 is reduced, so that the first arm member 62 and the second arm member 64 The distance between the connecting shafts 68 connecting the two is narrowed.
[0046]
The displacement of the connecting shaft 68 is amplified from the relative displacement between the frame member 60 and the connecting pin 66 due to the geometric characteristics of the link mechanism. For this reason, the rod of the oil damper 74 connected to the connecting pin 76 is extended, and the displacement of the connecting shaft 68 is limited, so that the vibration of the structure 10 is damped.
[0047]
Further, when the beam 56 vibrates up and down, as shown in the schematic diagram of FIG. 9, when the beam 56 swings downward, the frame member 60 and the connecting pin 66 are relatively displaced to increase the interval. Therefore, the distance between the connecting shafts 68 connecting the first arm member 62 and the second arm member 64 is increased. The displacement of the connecting shaft 68 is amplified from the relative displacement between the frame member 60 and the connecting pin 66 due to the geometrical characteristics of the link mechanism. For this reason, the rod of the oil damper 74 connected to the connecting pin 76 contracts, and the displacement of the connecting shaft 68 is limited, so that the vertical vibration of the structure 10 is attenuated.
[0048]
In addition, as shown in FIG. 10, by attaching the auxiliary mass body 78 to the connection shaft 68, the swing of the first arm member 62 and the second arm member 64 is increased, and the amplification effect can be improved.
[0049]
Next, a vibration damping structural member according to a third embodiment will be described.
[0050]
As shown in FIG. 11, in the beam 80 of the third embodiment, the first arm member 82 is directly connected to the distal end of the fixed arm 58 without the bridge member 60 of the second embodiment, and And a substantially triangular link mechanism.
[0051]
Also in this configuration, as shown in FIGS. 12 and 13, left and right and up and down vibrations of the structure can be damped, and as shown in FIG. 14, the auxiliary mass body 84 is attached to the connecting shaft 68. Thus, the swing width of the first arm member 82 and the second arm member 64 can be increased.
[0052]
Next, a vibration damping structural member according to a fourth embodiment will be described.
[0053]
As shown in FIG. 15, the beam 86 of the fourth embodiment is the same as the first embodiment to the third embodiment in that the displacement of the connecting portion is amplified and the oil damper is largely displaced to suppress the vibration of the structural member. However, the difference is that the oil damper 88 is disposed inside the star-shaped link mechanism of the first arm member 90 and the second arm member 92.
[0054]
In this configuration, one end of the first arm member 90 is rotatably connected to the connection pin 94, and the other end is rotatably connected to the other end of the second arm member 92 via the connection shaft 96. One end of the second arm member 92 is rotatably connected to both ends of a support arm 98 disposed in a direction orthogonal to a diagonal line of the connection pin 94.
[0055]
One end of a coil spring 100 is connected to the connection pin 101 of the support arm 98, and the support arm 98 is supported in the frame by fixing the other end of the coil spring 100 to the connection portion. Two oil dampers 88 are arranged in series on the connecting shaft 96 so as to cross each other, so that a large relative displacement of the connecting shaft 96 can be accommodated.
[0056]
Also in this configuration, left and right and up and down vibrations of the structure can be attenuated as shown in FIGS. 16 and 17, and the auxiliary mass body 102 is attached to the connecting shaft 96 as shown in FIG. Thus, the swing width of the first arm member 90 and the second arm member 92 can be increased.
[0057]
Further, since one end of the second arm member 92 is rotatably connected to the support arm 98 supported by the coil spring 100, the swing width is large even if an external force due to an earthquake is input from any angle. The connecting shaft 96 can be moved.
[0058]
Further, by arranging the oil dampers in series, even when the installation distance is long, a general-purpose oil damper can be used, so that the production cost can be reduced.
[0059]
Further, the present invention can be applied to not only buildings but also civil engineering structures to which vibration is always applied, such as bridges.
[0060]
As shown in FIG. 19, the bundle member 23 is attached to the frame member 50 at the center of the beam 16 of the structural member having the rigid frame structure shown in FIG. 1, and the floor slabs 27 are attached to both ends of the beam 16. I have. At both ends of the frame member 52 reinforced by the bundle member 23 and the beam 16 reinforced by the floor slab 27, a pretension member 29 is provided, and the pretension member 29 generates a pretension force. This increases the rigidity of the beam 16.
[0061]
Further, in the columns 14 and the beams 16 shown in FIG. 1, a pair of damping mechanisms 13 are arranged in the frame portion. However, in the vibration damping structural member of the fifth embodiment shown in FIGS. The support 33 and the beam 31 in which one damping mechanism 13 is disposed so as to cross the horizontal direction, thereby reducing the number of components.
[0062]
Further, the beam 31 has a single platform truss structure in which a diagonal member 57 and a bundle member 52 are arranged, and both ends are supported by a gantry 54 provided above the column 33. The gantry 54 is fixed to the center of the cloth material 53.
[0063]
As described above, the vibration damping structural member of the present invention can be used regardless of the structure type.
[0064]
Further, as shown in FIG. 23, in a support 143 of the vibration damping structure member according to the sixth embodiment, a breath member 149 is connected to a connection portion of a frame portion configured by the vertical members 18 and the horizontal members 20, The rigidity of the column 143 is improved. Further, as shown in FIG. 24, the damping mechanism 13 is attached to the support 145 of the vibration damping structural member according to the seventh embodiment so as to face the outer surface of the frame portion composed of the vertical members 18 and the horizontal members 20. Has been. An auxiliary column 147 made of steel pipe or concrete is provided upright at the center of the column 145. The auxiliary columns 147 support the roof 12 and reduce the load acting on the columns 145.
[0065]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the swing of the structure as a structural member without newly installing a vibration damping device or the like on the structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a large space with a roof constructed with a vibration damping structural member according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a support as a vibration damping structure member according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a damping mechanism of the vibration damping structure member according to the first embodiment.
FIG. 4 is a front view showing a normal state of columns and beams which are vibration damping structural members according to the first embodiment.
FIG. 5 is a front view showing the state of the columns and beams, which are the vibration damping structural members according to the first embodiment, during an earthquake.
FIG. 6 is a plan view showing a damping mechanism of another vibration damping structure member.
FIG. 7 is a front view showing a beam of a vibration damping structural member according to a second embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a second embodiment is swaying.
FIG. 9 is a schematic view showing a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a second embodiment is pitching.
FIG. 10 is a front view showing a state where an auxiliary mass body is attached to a beam of the vibration damping structural member according to the second embodiment.
FIG. 11 is a front view showing a beam of a vibration damping structural member according to a third embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a third embodiment is swaying.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a third embodiment is pitching.
FIG. 14 is a front view showing a state in which an auxiliary mass body is attached to a beam of the vibration damping structural member according to the third embodiment.
FIG. 15 is a front view showing a beam of a vibration damping structural member according to a fourth embodiment.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a fourth embodiment is swaying.
FIG. 17 is a schematic diagram showing a state in which a beam of a vibration damping structural member according to a fourth embodiment is pitching.
FIG. 18 is a front view showing a state in which an auxiliary mass body is attached to a beam of a vibration damping structural member according to a fourth embodiment.
FIG. 19 is a perspective view showing a modification of the vibration damping structure member according to the first embodiment.
FIG. 20 is a perspective view showing a structure of a large space with a roof constructed with a vibration damping structural member according to a fifth embodiment.
FIG. 21 is a perspective view showing a support as a vibration damping structure member according to a fifth embodiment.
FIG. 22 is a plan view showing a damping mechanism of a vibration damping structure member according to a fifth embodiment.
FIG. 23 is a perspective view showing a support as a vibration damping structure member according to a sixth embodiment.
FIG. 24 is a perspective view showing a support as a vibration damping structure member according to a seventh embodiment.
FIG. 25 is a front view showing a mounting state of a conventional vibration damper.
FIG. 26 is a front view showing an example in which the vibration damping device is installed between buildings.
[Explanation of symbols]
13 Damping mechanism (damping means)
14 props (structural members)
16 beams (structural members)
28 First arm member 32 Second arm member 36 Connection shaft (connection member)
38 Coil spring (spring member)
42 Coil spring (spring member)
44 Oil damper (damper)
78 Auxiliary mass body (mass body)

Claims (4)

  1. 縦材と横材を連結して構成され、構造物を構築する構造部材と、
    前記構造部材の中に配置され、縦材と横材との連結部に回動可能に連結されて、前記連結部間の相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、
    前記構造部材の中に配置され、縦材と横材との連結部に回動可能に連結されて、前記連結部間の相対変位を増幅して剛性を高めるばね効果増幅手段と、
    を有することを特徴とする制振構造部材。
    A structural member configured by connecting a vertical member and a horizontal member, and constructing a structure;
    A damping means arranged in the structural member, rotatably connected to a connecting portion between the vertical member and the horizontal member, and amplifying and attenuating a relative displacement between the connecting portions,
    A spring effect amplifying means arranged in the structural member, rotatably connected to a connecting portion between the vertical member and the horizontal member, and amplifying relative displacement between the connecting portions to increase rigidity,
    A vibration damping structural member comprising:
  2. 前記減衰手段が、
    前記縦材と横材との連結部に一端が回動可能に連結された2つの第1アーム部材と、前記連結部の対角線上にある連結部に一端が回動可能に連結された2つの第2アーム部材と、前記第1アーム部材の他端と前記第2アーム部材の他端をそれぞれ回動可能に連結してリンク機構を構成する連結部材と、前記連結部材に連結され、連結部材同士の相対移動を制限するダンパーと、を有することを特徴とする請求項1に記載の制振構造部材。
    The attenuation means,
    Two first arm members, one ends of which are rotatably connected to a connecting portion of the vertical member and the horizontal member, and two first arm members, one ends of which are rotatably connected to a connecting portion on a diagonal line of the connecting portion. A second arm member, a connecting member that forms a link mechanism by rotatably connecting the other end of the first arm member and the other end of the second arm member, and a connecting member that is connected to the connecting member. The damping structure member according to claim 1, further comprising: a damper for restricting relative movement between the damping members.
  3. 前記連結部材同士又は連結部材と連結部がばね部材で連結されたことを特徴とする請求項2に記載の制振構造部材。The damping structure member according to claim 2, wherein the connecting members are connected to each other or the connecting member and the connecting portion are connected by a spring member.
  4. 前記連結部材に質量体が取付けられたことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の制振構造部材。The vibration damping structural member according to claim 2, wherein a mass body is attached to the connecting member.
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