JP2006002511A - Damping structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建築物の柱梁架構がブレースによって補強されたブレース付柱梁架構に構成される制振構造であって、架構の荷重と変形との関係（復元力特性）を調整することを可能とする技術に関するものである。 The present invention relates to a vibration damping structure configured with a braced column beam frame in which a column beam frame of a building is reinforced by braces, and adjusting the relationship between load and deformation (restoring force characteristics) of the frame. It relates to the technology to be made possible.
従来、建築物のための制振構造として、柱と梁により区画された単位構面内に、ブレースをＶ字状やＸ字状に架設したブレース付柱梁架構を備えた耐力壁の構造が公知である。 Conventionally, as a vibration control structure for buildings, there is a structure of a load-bearing wall equipped with a braceed column beam structure in which braces are laid in a V-shape or X-shape in a unit structure section divided by columns and beams. It is known.
例えば、図６に示すように、梁１１・１１と柱１２・１２とで構成された単位構面１３内に二本の引張りブレース３１・３１をＸ字状に架設してブレース付柱梁架構３０とした制振構造が知られている。引張りブレースを備えたブレース付柱梁架構は、ブレースが降伏するまでは比較的剛性が高く、安価であるため、主に住宅等の低層建築に多く採用されている。
また、例えば、図７に示すように、柱１２・１２と梁１１・１１とによるラーメン架構３３に、座屈を拘束した鋼材のブレースや、オイルダンパー・粘性ダンパー等のダンパーを内蔵したブレース３２・３２を配置して振動エネルギーを吸収し、振動を減衰する制振構造が知られている。
For example, as shown in FIG. 6, two
Further, for example, as shown in FIG. 7, a
さらに、強風や小規模の地震によって生じる小さな振幅の振動に対しても、十分な制振効果を得ることを目的として、柱梁架構により構成される単位構面内にＶ字状に二本のブレースを架設し、一方のブレースを、履歴減衰効果を有する非座屈型ブレースとし、他方を、粘性減衰効果を有するブレースとした制振構造が、特許文献１において公開されている。この制振構造の場合、振幅が大きな振動に対して、非座屈型のブレースが有効に減衰効果を発揮し、振幅が小さく且つ相対変位速度が大きな振動に対しては粘弾性効果を有するブレースが有効に減衰効果を発揮するように図られている。このように、柱梁架構に異なる特性を有する複数のブレースを備えた構造が公知となっている。 Furthermore, in order to obtain a sufficient damping effect against small amplitude vibrations caused by strong winds and small-scale earthquakes, two V-shaped units are formed in the unit structure composed of column beam structures. Patent Document 1 discloses a vibration damping structure in which a brace is installed, one brace is a non-buckling brace having a hysteresis damping effect, and the other is a brace having a viscous damping effect. In the case of this vibration control structure, a non-buckling brace effectively exhibits a damping effect against vibration with a large amplitude, and a brace having a viscoelastic effect against vibration with a small amplitude and a large relative displacement speed. Is designed to effectively exhibit a damping effect. Thus, a structure including a plurality of braces having different characteristics in a column beam frame is known.
一方、特許文献２では、エネルギー吸収部材と、柱梁架構から振動をエネルギー吸収部材に伝達するブレースを設け、柱及びブレースの双方を高張力鋼等の高弾性素材を用いて弾性変形限度内で変形する弾性部材とし、エネルギー吸収部材を高張力鋼より比較的低弾性な普通鋼等の素材が用いられ最大規模の地震時には降伏して塑性変形する塑性化部材とする制振構造が、公知となっている。
この制振構造では、最大規模の地震時には、エネルギー吸収部材が塑性変形することによって振動エネルギーを塑性歪エネルギーとして吸収するとともに、柱やブレースは弾性変形するに止まることによって、構造物全体の最大変形量や残留変形量を許容限度内に抑制するように図られている。
In this vibration control structure, at the time of the largest scale earthquake, the energy absorbing member plastically deforms to absorb vibration energy as plastic strain energy, and the pillars and braces are only elastically deformed. The amount and the amount of residual deformation are designed to be controlled within allowable limits.
しかし、図６に示すような、Ｘ型の引張ブレース付柱梁架構では、大きな振動が入力されてブレースが降伏し塑性変形すると、残留変形が生じ、ブレースが元の長さに復元せずに弛んだ状態となる。伸びた状態となったブレースは、さらに引っ張られて塑性変形するまで振動エネルギーを吸収しないため、復元力が生じても弾性変形だけでは振動エネルギーを吸収しない。塑性変形して初めて振動エネルギーを吸収できるようになる。従って、大地震時等において大きな振動が入力された場合には、柱梁架構の変形が大きくなり、さらに大きな塑性残留変形も生じることになる。 However, in an X-shaped column beam frame with a tensile brace as shown in FIG. 6, if a large vibration is input and the brace yields and plastically deforms, residual deformation occurs, and the brace does not recover to its original length. It becomes loose. Since the brace that has been stretched does not absorb vibration energy until it is further pulled and plastically deformed, even if a restoring force is generated, it does not absorb vibration energy only by elastic deformation. Vibration energy can be absorbed only after plastic deformation. Therefore, when a large vibration is input during a large earthquake or the like, the deformation of the column beam frame becomes large, and a large plastic residual deformation also occurs.
そこで、変形量を抑制するために、ブレースの断面積を大きくして剛性を上げると、応答変形は小さくなるが、ブレースが降伏し難くなるためにエネルギー吸収が悪く応答加速度が大きくなり、ブレースが降伏する前に柱脚及びブレース端部の接合部等が破壊されてしまう可能性が高くなってしまう。 Therefore, if the cross-sectional area of the brace is increased to increase the rigidity in order to suppress the deformation, the response deformation decreases, but the brace is difficult to yield, so energy absorption is poor and the response acceleration increases, and the brace There is a high possibility that the joints of the column base and the brace end will be destroyed before yielding.
また、図７に示すように、エネルギー吸収機能を有するダンパーを備えたブレース付柱梁架構は、ラーメン構造に適応すれば、柱梁架構自体が復元力をもたらすことができるため、ダンパーが振動エネルギーを吸収して振動を減衰させ、柱梁架構がその形状を復元して制振構造として有効に機能する。しかし、柱梁架構がその形状を復元させることができるために十分な弾性を有しないような構造の場合には、架構に発生する復元力が十分でないために、大きな変形が残留することになる。 In addition, as shown in FIG. 7, a braced column beam frame having a damper having an energy absorbing function can provide a restoring force if the column beam frame itself is adapted to a ramen structure. It absorbs the vibration and damps the vibration, and the column beam frame restores its shape and functions effectively as a damping structure. However, in the case of a structure that does not have sufficient elasticity because the column beam frame can restore its shape, a large deformation remains because the restoring force generated in the frame is not sufficient. .
また、特許文献２では、エネルギー吸収部材（鋼材）を降伏させて振動エネルギーを吸収しているが、柱梁架構の構面全体での荷重と変形との関係（復元力特性）を自由に調整することができない。また、鋼材が降伏したあとは、復元力がゼロとなってしまうので、大地震のあと、残留水平変形が大きく成ってしまう可能性がある。 In Patent Document 2, the energy absorption member (steel material) is yielded to absorb vibration energy, but the relationship between the load and deformation (restoring force characteristics) in the entire structure of the column beam frame can be freely adjusted. Can not do it. Moreover, since the restoring force becomes zero after the steel material yields, there is a possibility that the residual horizontal deformation will become large after a large earthquake.
そこで、本発明では、柱梁架構において、各ブレースの剛性と弾性範囲ならびに、それぞれの梁長の合計の比率とを決定することで、柱梁架構の荷重と変形との関係（復元力特性）を調整することを可能とし、大地震のような大きな振動が入力されたあとも有効な振動エネルギー吸収機能を保持することのできる制振構造を提案する。そして、柱梁架構の振動エネルギー吸収能力を簡易且つ容易に調整することができるようにして、構造物の構造設計を容易にするとともに制振構造に係るコストの低減を図り、規模の小さい住宅等の中低層の構造物であっても、各構造物に応じた振動エネルギー吸収能力を持たせることを可能とする制振構造を提案する。 Therefore, in the present invention, the relationship between the load and deformation of the column beam frame (restoring force characteristics) is determined by determining the rigidity and elastic range of each brace and the total ratio of the respective beam lengths in the column beam frame. We propose a vibration damping structure that can maintain the effective vibration energy absorption function even after a large vibration such as a large earthquake is input. The vibration energy absorption capacity of the column beam frame can be adjusted easily and easily, facilitating the structural design of the structure and reducing the cost related to the damping structure, such as a small-scale house We propose a damping structure that enables vibration energy absorption capability according to each structure even for medium and low-rise structures.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、エネルギー吸収機能を有する剛性の高いブレースを配置して成る柱梁単位架構と、剛性は低いが弾性範囲の大きい復元機能を有するブレースを配置して成る柱梁単位架構とを備える制振構造である。 That is, in claim 1, a column beam unit frame formed by arranging a highly rigid brace having an energy absorbing function and a column beam unit frame formed by arranging a brace having a low rigidity but a large elastic range. And a vibration control structure.
請求項２においては、前記ブレースの弾性範囲及び剛性を調整可能に構成するものである。 In the present invention, the elastic range and rigidity of the brace can be adjusted.
請求項３においては、普通鋼で形成され該普通鋼を降伏させることで振動エネルギーを吸収するブレースと比較して、前記エネルギー吸収機能を有するブレースを剛性の高いブレースとし、同じく、前記復元機能を有するブレースを剛性が低く且つ弾性範囲の大きいブレースとするものである。 In claim 3, compared with a brace formed of plain steel and absorbing vibration energy by yielding the plain steel, the brace having the energy absorbing function is a brace having high rigidity, and similarly, the restoring function is provided. The brace which has has a low rigidity and a large elastic range.
請求項４においては、前記エネルギー吸収機能を有するブレースを、摩擦ダンパーを備えたブレースとするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the brace having the energy absorbing function is a brace provided with a friction damper.
請求項５においては、前記復元機能を有するブレースを、普通鋼と比較して弾性範囲の大きい弾性体を備えたブレースとするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the brace having the restoring function is a brace provided with an elastic body having a larger elastic range than that of ordinary steel.
請求項６においては、前記剛性の高いブレースを配置して成る柱梁単位架構の梁長よりも、前記復元機能を有するブレースを配置して成る柱梁単位架構の梁長を小さくするものである。 In Claim 6, the beam length of the column beam unit frame formed by arranging the braces having the restoring function is made smaller than the beam length of the column beam unit frame formed by arranging the brace having high rigidity. .
請求項７においては、前記剛性の高いブレースを配置して成る柱梁単位架構の梁長の合計と、前記復元機能を有するブレースを配置して成る柱梁単位架構の梁長の合計との比を、架構全体における荷重と変形との関係を最適にする比とするものである。 In Claim 7, Ratio of the total beam length of the column beam unit frame formed by arranging the braces having high rigidity and the total beam length of the column beam unit frame formed by arranging the braces having the restoring function Is the ratio that optimizes the relationship between the load and deformation in the entire frame.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項１においては、大地震等で大きな振動が入力されてエネルギー吸収機能を有するブレースが降伏したあとも、復元機能を有するブレースが架構に復元力を与えるので、柱梁架構には常に復元力が有効に作用するため、柱梁架構及びブレースの残留変形の発生と残留変形量とを抑制することができる。 In claim 1, since the brace having a restoring function gives the restoring force to the frame even after a large vibration is input due to a large earthquake or the like, the restoring force is always applied to the column beam frame. Therefore, the residual deformation of the column beam frame and the brace and the amount of residual deformation can be suppressed.
請求項２においては、架構の荷重と変形との関係（復元力特性）を調整することができる。 In Claim 2, the relationship (restoring force characteristic) between the load and deformation of the frame can be adjusted.
請求項３においては、架構に備えられた各ブレースの弾性範囲と剛性とを別々に独立して設定することができるので、地震時の変形や応答加速度を意図的に低減することのできる弾塑性変形特性を有し、且つ、エネルギー吸収能力の高い柱梁架構とすることが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, the elastic range and rigidity of each brace provided in the frame can be set independently and independently, so that elastic deformation that can intentionally reduce deformation and response acceleration during an earthquake. It becomes possible to provide a column beam frame having deformation characteristics and high energy absorption capability.
請求項４においては、架構に備えられた各ブレースの弾性範囲と剛性とを別々に独立して設定することができるので、地震時の変形や応答加速度を意図的に低減することのできる弾塑性変形特性を有し、且つ、エネルギー吸収能力の高い柱梁架構とすることが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the elastic range and rigidity of each brace provided in the frame can be set independently and independently, elastic deformation that can intentionally reduce deformation and response acceleration during an earthquake. It becomes possible to provide a column beam frame having deformation characteristics and high energy absorption capability.
請求項５においては、柱梁架構に備えられた各ブレースの弾性範囲と剛性とを別々に独立して設定すること、地震時の変形や応答加速度を意図的に低減することのできる弾塑性変形特性を有し、且つ、エネルギー吸収能力の高い柱梁架構とすることが可能となる。また、架構における、荷重と変形との関係（復元力特性）を簡易且つ容易に調整することができる。 In Claim 5, the elastic range and rigidity of each brace provided in the column beam frame are set independently and elasto-plastic deformation capable of intentionally reducing deformation and response acceleration during an earthquake. It is possible to provide a column beam frame having characteristics and high energy absorption capability. In addition, the relationship between the load and deformation (restoring force characteristics) in the frame can be easily and easily adjusted.
請求項６においては、架構の梁長を小さくすることで、ブレースがより直立に近い状態で架設されることによって、架構の弾性範囲をより大きくすることができる。これにより、架構の復元能力を高めることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the elastic range of the frame can be further increased by reducing the beam length of the frame so that the braces are installed in a more upright state. Thereby, the restoring ability of a frame can be improved.
請求項７においては、剛性の高いブレースを配置して成る柱梁単位架構と、復元機能を有するブレースを配置して成る柱梁単位架構の、梁長の比を最適化することで、大地震発生時の変形や加速度の応答を低減する設計を行うことができる。 In claim 7, by optimizing the ratio of the beam length of the column beam unit frame formed by arranging braces with high rigidity and the column beam unit frame formed by arranging braces having a restoring function, a large earthquake It is possible to design to reduce deformation and acceleration response at the time of occurrence.
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る制振構造を備えた制振架構の全体的な構成を示す図、図２は制振架構の配置例を示す図、図３は制振架構に右向きの水平荷重が加わった場合の変形を示す図、図４は制振架構に左向きの水平荷重が加わった場合の変形を示す図、図５は架構に与えられた水平荷重と水平変形量の関係を示す図である。
図６は従来のＸ型ブレース付柱梁架構の構造を示す図、図７は従来のダンパーを備えたＶ型ブレース付柱梁架構の構造を示す図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a vibration control frame having a vibration control structure according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of the vibration control frame, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the deformation when a leftward horizontal load is applied to the vibration control frame, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the horizontal load applied to the frame and the horizontal deformation amount. is there.
FIG. 6 is a diagram showing the structure of a conventional column beam frame with X-type braces, and FIG. 7 is a diagram showing the structure of a column beam frame with V-type braces equipped with a conventional damper.
本発明に係る制振構造では、図１及び図２に示す如く、柔ブレース１４・１４を備えた単位架構（柔架構８）と、摩擦ダンパー１８を具備する剛ブレース１５を備えた単位架構（剛架構９）とを、配置していることを特徴としている。なお、図２（ａ）に示すように柔架構８と剛架構９とを隣接して配置したり、図２（ｂ）に示すように単数又は複数の単位架構を柔架構８と剛架構９とに介在させて配置したりすることもできる。
この柔架構８と剛架構９とを備えた架構を、制振架構１０とする。
In the vibration damping structure according to the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a unit frame (soft frame 8) including
A frame including the
オイルダンパー等の粘性ダンパーは、流体の粘性抵抗を利用してエネルギーを消費する構造であり、減衰力が速度又は速度の指数乗に比例して発生する。粘性ダンパーは、構造上、外部から力が加わると流体が移動してしまうため剛性を持った弾性体としては機能しない。従って、粘性ダンパーを主架構に付加する制振部材として用いることができるが、制振部材として粘性ダンパーを備えたブレースに、主架構の耐力の一部分を負担させることができない。
また、粘弾性ダンパーは、高減衰性のゴムや合成樹脂の粘弾性を利用してエネルギーを消費する構造であり、変形に比例して耐力が生じる。粘弾性ダンパーは、振動数や温度に対する依存度が大きい。従って、粘弾性ダンパーを主架構に付加する制振部材としては用いることは可能であるが、制振部材として粘弾性ダンパーを備えたブレースに架構の耐力の一部分を負担させるのは困難である。
A viscous damper such as an oil damper is a structure that consumes energy by utilizing the viscous resistance of a fluid, and a damping force is generated in proportion to speed or an exponential power of speed. The viscous damper does not function as a rigid elastic body because the fluid moves when a force is applied from the outside due to the structure. Therefore, although a viscous damper can be used as a damping member for adding to the main frame, a brace having a viscous damper as the damping member cannot bear a part of the proof strength of the main frame.
The viscoelastic damper is a structure that consumes energy by utilizing the viscoelasticity of highly-damping rubber or synthetic resin, and yield strength is generated in proportion to deformation. Viscoelastic dampers are highly dependent on frequency and temperature. Therefore, although it is possible to use it as a vibration damping member that adds a viscoelastic damper to the main frame, it is difficult to bear a part of the proof strength of the frame in a brace having a viscoelastic damper as a vibration damping member.
そこで、本発明に係る制振構造では、耐力壁を構成する架構に備える制振部材として摩擦ダンパー１８を採用している。摩擦ダンパー１８は、摩擦抵抗を利用してエネルギーを消費する構造のものである。
摩擦ダンパー１８を備えた剛ブレース１５は、摩擦ダンパー１８を構成する摩擦部材が摩擦抵抗に抗して滑り始めるまで、通常のブレースとして機能することができるので、架構の耐力の一部分を負担させることができる。また、摩擦ダンパー１８を構成する摩擦部材が摩擦抵抗に抗して滑り始めダンパーとして機能し始めれば、振動エネルギーを吸収することが可能となる。
Therefore, in the vibration damping structure according to the present invention, the
The
しかし、上述の摩擦ダンパー１８を備えた剛ブレース１５は弾塑性体であるので、この剛ブレース１５を備えた剛架構９は、塑性域においては、復元力が殆ど発生しない。
そこで、塑性域においても剛架構９に復元力を働かせるために、剛性は低いが弾性範囲の大きい柔ブレース１４・１４を備えた柔架構８を、剛架構９と組み合わせて設けているのである。これにより、柔架構８と剛架構９とを合わせた制振架構１０全体として、前記剛ブレース１５が降伏した後でも、この剛性は低いが弾性範囲の大きい柔ブレース１４・１４による復元力を備えて、大変形域まで復元力を発生させることができ、残留変形を小さくすることができる。
すなわち、本発明に係る制振構造では、小変形域において振動エネルギーを吸収し始める剛性の高いブレース（剛ブレース１５）を備えた架構（剛架構９）と、塑性域まで復元力をもたらす剛性の低いブレース（柔ブレース１４）を備えた架構（柔架構１０）とを、組み合わせて備えることにより、振動に対する応答を低減している。
However, since the
Therefore, in order to apply a restoring force to the
That is, in the vibration damping structure according to the present invention, a frame (rigid frame 9) having a highly rigid brace (rigid brace 15) that begins to absorb vibration energy in a small deformation region, and a rigidity that provides a restoring force to the plastic region. By providing a frame (soft frame 10) with a low brace (soft brace 14) in combination, the response to vibration is reduced.
ここで、前記制振架構１０について詳細に説明する。
前述の如く、制振架構１０は、柔架構８と剛架構９との組み合わせから成る。このように柔架構８と剛架構９とを別単位架構とすることで、各単位架構の構造の複雑さが解消され、施工を簡易とすることができる。また、制振架構１０に備えられる柔架構８の梁長の合計と剛架構９の梁長の合計との比を調整することで、制振架構１０全体での荷重と変形との関係（復元力特性）を最適化することができる。
Here, the
As described above, the
前記柔ブレース１４は、制振架構１０に備えられた柔要素として機能するブレースである。
図１に示す如く、柔架構８では、左右の柱１２・１２と、上下の梁１１・１１とによって構成される単位構面１３内に、柔ブレース１４が対角線上に架設され、二本の柔ブレース１４・１４がＸ字状に配置されている。
柔ブレース１４は、弾性範囲の大きい弾性体（ＰＣ鋼棒やアラミド繊維等）を引張りブレースとして構成して、剛架構９の剛ブレース１５が降伏したあとも制振架構１０に復元力を備えるようにする。この柔ブレース１４を備えた柔架構８によって制振架構１０に復元機能を備えることができる。
但し、柔ブレース１４を、ブレースに普通鋼と比較して高い弾性を有する弾性部材を少なくともその一部分に備えて構成し、復元機能を備えることもできる。
The
As shown in FIG. 1, in the
The
However, the
柔ブレース１４の荷重と変形との関係（復元力特性）は、ブレースのヤング係数、断面積、勾配ならびに柱のヤング係数、断面積を選定することによって、調整することができる。 The relationship between the load and deformation of the flexible brace 14 (restoring force characteristics) can be adjusted by selecting the Young's modulus, cross-sectional area, gradient of the brace and Young's modulus, cross-sectional area of the column.
前記剛ブレース１５は、制振架構１０に備えられた剛要素として機能するブレースであって、振動エネルギーを吸収する機能が備えられ、地震による変形や応答加速度の低減を目的として設けられている。
剛架構９では、左右の柱１２・１２と、上下の梁１１・１１とによって構成される単位構面１３内に、剛ブレース１５が対角線上に架設されている。剛ブレース１５には、エネルギー吸収機能を有する制振部材として、摩擦ダンパー１８を備えて、摩擦ダンパーが滑る（ダンパーとしてエネルギー吸収機能を発揮する）までは水平方向の力を負担し、摩擦ダンパーが滑ったあと（塑性域）では、振動エネルギーを吸収する機能を備えている。
The
In the
なお、剛ブレース１５の弾性範囲及び剛性は調整可能に構成されている。剛ブレース１５の、剛性を大きくすることで、中地震時の水平変形を小さくすることができ、弾性範囲を調整することで、水平変形の小さい時点からの振動エネルギーの吸収が可能となる。
摩擦ダンパー１８は、その摩擦係数と締め付け力とを調整することで、剛ブレース１５の弾性範囲（降伏応力・降伏荷重）を調整することが可能である。また、摩擦ダンパー１８が連結された鋼材の断面積とヤング率とを変化させることにより、剛ブレース１５の剛性を調整することができる。なお、摩擦ダンパー１８は剛塑性体として捉えることができ、ダンパーとしてエネルギー吸収機能を発揮するまでは、その剛性は無限大である。
The elastic range and rigidity of the
The
なお、柔架構８の弾性範囲を十分な程度に備えるためには、柔架構８の梁長Ｗａを小さくすること（例えば、Ｗａ≦０．５ｍ）が好ましい。このように、柔架構８の梁長Ｗａを比較的小さくすることで、柔架構８を構成する柱１２・１２そのものの変形を利用して、柔架構８の弾性範囲をより大きくすることができるようにしているのである。また、柔架構８の梁長Ｗａを小さくすることで、各柔ブレース１４・１４がより直立に近い状態で架設されることによって、柔架構８の弾性範囲をより大きくすることができるようにしているのである。
In order to provide the
そして、上述の制振架構１０において、剛架構９の梁長Ｗｂの合計と、柔架構８の梁長Ｗａの合計との比を、架構全体における荷重と変形との関係（復元力特性）を最適にする比とする。本実施例では、好ましい一例として、柔架構８と剛架構９の各単位架構の梁長合計の比は、１：２程度としている。（柔架構８の梁長Ｗａの合計：剛架構９の梁長Ｗｂの合計≒１：２）。
In the above-mentioned
上述の如く構成される制振架構１０において、図３に示すように、紙面右側に向かう水平荷重が該制振架構１０に加えられると、一方の柔ブレース１４が伸張するとともに、他方の剛ブレース１５が圧縮されて制振架構１０が紙面右方向に変形する。
また、図４に示すように、紙面左側に向かう水平荷重が制振架構１０に加えられると、一方の柔ブレース１４と剛ブレース１５とが伸張し、制振架構１０が紙面右方向に変形する。
この、紙面右方向への変形と紙面左方向への変形とが柔ブレース１４・１４及び剛ブレース１５との弾性に基づく復元力により繰り返される。
In the
Also, as shown in FIG. 4, when a horizontal load toward the left side of the drawing is applied to the
The deformation in the right direction on the paper surface and the deformation in the left direction on the paper surface are repeated by the restoring force based on the elasticity of the
図５は、架構に加えられた荷重と、これに対する水平方向の変形量の関係を示す図表である。
この図表に示すＨでは、図６に示すような、一般的な普通鋼を用いて構成された引張りブレースを配置したＸ型ブレース付柱梁架構３０での、水平荷重と水平変形量との関係を示している。Ｈでは、荷重Ｑｈが加わった点Ｈｘにおいて降伏し、荷重Ｑｈより大きい荷重が加わるとブレースは塑性変形するため、ブレース付柱梁架構３０は復元せず、残留変形が発生する。従って、大規模な地震等により、大きな振動が発生し、荷重Ｑｈより大きな水平荷重がブレース付柱梁架構３０に加わると、スリップ型の復元力特性となるために、振動エネルギー吸収機能が低下し、有効な制振構造として機能しないことになる。
FIG. 5 is a chart showing a relationship between a load applied to the frame and a horizontal deformation amount with respect to the load.
In H shown in this chart, the relationship between the horizontal load and the amount of horizontal deformation in the
図５に示す図表のＡは、剛架構９に、水平荷重を与えたときの水平変形量を示している。
Ａでは、荷重Ｑａが加わった点Ａｘにおいて降伏し、荷重Ｑａより大きい荷重が加わると剛ブレース１５の摩擦ダンパー１８は塑性変形（滑り変形）するため、剛ブレース１５は復元せず、残留変形が発生する。剛ブレース１５は点Ａｘまではブレースとして水平荷重を負担する。なお、荷重Ｑａは荷重Ｑｈより小さい値である。
また、図５に示す図表のＢは、柔架構８に、水平荷重を与えたときの水平変形量を示している。
A of the chart shown in FIG. 5 shows the amount of horizontal deformation when a horizontal load is applied to the
In A, the yield is generated at the point Ax where the load Qa is applied, and when a load greater than the load Qa is applied, the
Further, B in the chart shown in FIG. 5 indicates the amount of horizontal deformation when a horizontal load is applied to the
図５に示す図表のＨとＢとに示されるように、柔架構８は、Ｈで示されるＸ型ブレース付柱梁架構３０と比較して、大きな弾性範囲を有する。すなわち、柔架構８は、高弾性素材等の弾性要素を備えて、小さな荷重で大きく変形し、また、変形しても復元力が大きく、剛架構９の剛ブレース１５が降伏したあとも、制振架構１０に復元力を与えることのできるように構成する。
また、図５に示す図表のＨとＡとに示されるように、剛架構９は、Ｈで示されるＸ型ブレース付柱梁架構３０と比較して、大きな剛性を有するように構成する。
As shown in H and B of the chart shown in FIG. 5, the
Further, as indicated by H and A in the chart shown in FIG. 5, the
そして、図５に示す図表のＣでは、柔架構８と剛架構９とを組み合わせた制振架構１０での、水平荷重と水平変形量との関係を示している。
柔架構８と剛架構９とを組み合わせて構成される制振架構１０では、図５に示す図表のＣに示されるように、柔架構８と剛架構９とのそれぞれの弾塑性変形特性を合わせた特性を有することになる。すなわち、荷重Ｑｃが加わる点Ｃｘ（擬降伏点Ｃｘ）において、弾塑性変形特性が変化し、荷重Ｑｃより小さな荷重が加わっている間は、主に剛架構９の弾塑性変形特性が表れた変形（「一次変形」とする）が発生し、荷重Ｑｃより大きな荷重が加わってからは、主に柔架構８の弾塑性変形特性が表れた変形（「二次変形」とする」が表れる。
Then, C in the chart shown in FIG. 5 shows the relationship between the horizontal load and the horizontal deformation amount in the
In the
擬降伏点Ｃｘでの荷重Ｑｃは、剛ブレース１５が降伏する荷重Ｑａにほぼ相応している。すなわち、制振架構１０は、剛ブレース１５の摩擦ダンパー１８が降伏するまでは、主に、剛ブレース１５の圧縮ブレースとしての剛性によって、水平変形が抑制されるとともに、剛ブレース１５と柔ブレース１４・１４との弾性により制振架構１０が復元する。
そして、制振架構１０は、擬降伏点Ｃｘを超えて剛ブレース１５の摩擦ダンパー１８が塑性変形（滑り変形）を始めたあとは、剛ブレース１５に設けられた摩擦ダンパー１８により振動エネルギーが吸収され、柔ブレース１４・１４の弾性によって常に水平変形をゼロに戻そうとする復元力が発生する。
The load Qc at the pseudo yield point Cx substantially corresponds to the load Qa at which the
Then, after the
この結果、図５に示す図表のＨとＣとの関係に示されるように、柔架構８と剛架構９とを組み合わせた制振架構１０は従来のＸ型ブレース付柱梁架構３０に比較して、大きな荷重に対しても有効な復元力を有することになり、残留変形の発生及び残留変形量が抑制されている。
従って、大規模な地震等により制振架構１０に大きな荷重が加わっても、多少の残留変形は発生するものの、制振架構１０はほぼ復元される。
As a result, as shown in the relationship between H and C in the chart shown in FIG. 5, the
Therefore, even if a large load is applied to the
上述の制振架構１０では、柔ブレース１４と剛ブレース１５との、各弾塑性変形特性（弾性範囲及び剛性）と、柔架構８と剛架構９との梁長の合計の比（制振架構１０における柔架構８の梁長と剛架構９の梁長との割合）とを設定することによって、一次変形と二次変形とに現れる制振架構１０の弾塑性変形特性を自在に設定することができる。
In the above-mentioned
このように、制振架構１０での弾塑性変形特性（復元力特性）を別々に独立して設定することができることから、地震時の変形や応答加速度を意図的に低減することのできるかたちに調整できるので、エネルギー吸収能力の高い耐力壁を設定することが可能となる。
In this way, the elastic-plastic deformation characteristics (restoring force characteristics) of the
また、剛架構９の剛性と弾性範囲とを独立して設定できることにより、剛架構９の剛性を決定したあとで、降伏荷重を調整することができるので、剛架構９のバリエーションの設計が容易且つ簡易となる。構造が簡易であるので、大規模な商業施設やプラント等の構造物に限らず、規模の小さい住宅等の中低層の構造物であっても、各構造物に応じた制振能力を持たせることができる。
In addition, since the rigidity and the elastic range of the
８ 柔架構
９ 剛架構
１０ 制振ユニット架構
１１ 梁
１２ 柱
１３ 構面
１４ 柔ブレース
１５ 剛ブレース
１８ 摩擦ダンパー
8
Claims (7)
剛性は低いが弾性範囲の大きい復元機能を有するブレースを配置して成る柱梁単位架構とを備える
ことを特徴とする制振構造。 A column-beam unit frame constructed by arranging braces with high energy absorption function,
A vibration-damping structure comprising: a column-beam unit structure in which braces having a low-rigidity but large-elasticity restoring function are arranged.
請求項１に記載の制振構造。 The elastic range and rigidity of the brace are configured to be adjustable.
The vibration damping structure according to claim 1.
前記エネルギー吸収機能を有するブレースを剛性の高いブレースとし、
同じく、前記復元機能を有するブレースを剛性が低く且つ弾性範囲の大きいブレースとする、
請求項１又は請求項２に記載の制振構造。 Compared with braces formed of plain steel and absorbing vibration energy by yielding the plain steel,
The brace having the energy absorbing function is a highly rigid brace,
Similarly, the brace having the restoring function is a brace having low rigidity and a large elastic range.
The vibration damping structure according to claim 1 or claim 2.
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の制振構造。 The brace having the energy absorbing function is a brace having a friction damper,
The vibration damping structure according to any one of claims 1 to 3.
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の制振構造。 The brace having the restoration function is a brace provided with an elastic body having a large elastic range as compared with ordinary steel.
The vibration damping structure according to any one of claims 1 to 3.
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の制振構造。 The beam length of the column beam unit frame formed by arranging the brace having the restoring function is made smaller than the beam length of the column beam unit frame formed by arranging the brace having high rigidity.
The vibration damping structure according to any one of claims 1 to 5.
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の制振構造。 The ratio of the total beam length of the column beam unit frame formed by arranging the rigid braces to the total beam length of the column beam unit frame formed by arranging the braces having the restoring function is expressed as a load on the entire frame. And a ratio that optimizes the relationship between and deformation
The vibration damping structure according to any one of claims 1 to 5.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004181970A JP2006002511A (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Damping structure |
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| JP2006002511A true JP2006002511A (en) | 2006-01-05 |
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| JP (1) | JP2006002511A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008127791A (en) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Seismic-control repair method for existing truss steel-frame building |
| JP2013036164A (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Takenaka Komuten Co Ltd | Antiseismic structure |
| JP7449143B2 (en) | 2020-04-03 | 2024-03-13 | 株式会社竹中工務店 | building frame structure |
-
2004
- 2004-06-21 JP JP2004181970A patent/JP2006002511A/en active Pending
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