JP2006207144A - Seismic response control frame - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、住宅用鉄骨軸組フレームにブレースを組み込んで耐力壁として使用可能とした制震架構体に関する。 The present invention relates to a seismic control frame that can be used as a load-bearing wall by incorporating a brace into a steel frame frame for a house.
壁面として使用される住宅用鉄骨軸組フレームは、強度アップや制震特性アップの為にブレースが取り付けられている。このような強度アップを図った耐力フレームとしては、例えば特許文献1に示すように座屈型の鋼材ブレースを交差するように配置して、引っ張り力のみ負担させて強度を上げた構成のものがある。
また、制震特性のアップを図った制震フレームとしては、上述する鋼材ブレースに代えて粘弾性ダンパーを備えたブレース(粘弾性ブレース)を配置して、振動を速やかに減衰するように構成したものがある(例えば、特許文献2参照)。
Braces are attached to residential steel frame frames used as wall surfaces to increase strength and improve vibration control characteristics. As a load-bearing frame designed to increase the strength as described above, for example, as shown in
In addition, as a seismic control frame with improved seismic control characteristics, a brace (viscoelastic brace) provided with a viscoelastic damper is arranged in place of the steel brace described above, so that vibration is quickly damped. There are some (see, for example, Patent Document 2).
このように構成した耐力フレームと制震フレームの双方を使用することで、剛性及び制震性の双方を向上させることが可能であるが、住宅用軸組フレームにおいては、耐力フレームや制震フレームの設置箇所には限りがあり、振動減衰性能を高めるために耐力フレーム設置箇所の一部に制震フレームを組み付けると、住宅の耐震強度が低下してしまう。
そのため、鋼材ブレースと粘弾性ブレースの2種類のブレースを組み合わせて、1つの軸組フレームの中に共存させて強度と振動減衰の双方の両立を図った制震架構体が提案されている(例えば、特許文献3参照)。これは、曲がり難い座屈拘束型の鋼材ブレース(座屈拘束ブレース)と粘弾性ブレースとを1つの軸組フレームに組み付けた構成となっている。
By using both the load-bearing frame and the vibration control frame configured as described above, it is possible to improve both the rigidity and the vibration control performance. There is a limit to the installation location of the housing, and if the vibration control frame is assembled to a part of the load-bearing frame installation location in order to improve the vibration damping performance, the earthquake resistance strength of the house will decrease.
For this reason, there has been proposed a vibration control frame that combines two types of braces, a steel brace and a viscoelastic brace, to coexist in a single frame to achieve both strength and vibration damping (for example, And Patent Document 3). This is a configuration in which a buckling-restrained steel brace (buckling-restraining brace) and a viscoelastic brace, which are difficult to bend, are assembled on one shaft frame.
しかし、引用文献3の構成の制震架構体を備えた住宅に振動が発生した場合、或いは制震架構体に応力が加わった場合、座屈拘束ブレースと粘弾性ブレースの挙動が異なるにも拘わらず、軸組フレーム上での双方の接合部が重なっているため、この接合部において力のアンバランスによる過度の応力が生じ、この接合部を中心に軸組フレームが曲がりやすかった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、特性の異なる2種類のブレースを組み込んでもブレース接合部に過度の応力が発生するようなことがなく、強度と制震の双方の性能の向上を図った制震架構体を提供することを目的とする。
However, when vibration is generated in a house equipped with the vibration control frame structure of the cited
Therefore, in view of such problems, the present invention does not generate excessive stress at the brace joint even when two types of braces having different characteristics are incorporated, and improves both strength and vibration control performance. The purpose is to provide the seismic control frame.
上記課題を解決する為に、請求項1に記載の発明は、柱と梁から成る住宅用軸組フレームにブレースを配置してなる制震架構体であって、ブレースは前記軸組フレームの対角線上に一対配置してなり、一方のブレースが制震用の制震ブレースであって、他方のブレースが耐力用の座屈拘束ブレースであることを特徴とする。
この構成により、異なる振動特性を有するブレースを同一の軸組フレームに設置しても、軸組フレームとブレースとの接合部に過大なストレスが発生する事がないし、フレーム単位で強度アップと制震を両立させることが可能となる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
With this configuration, even if braces with different vibration characteristics are installed on the same frame, there will be no excessive stress at the joint between the frame and the brace. It is possible to achieve both.
請求項2の発明は、柱と梁から成る住宅用軸組フレームにブレースをX字状に配置してなる制震架構体であって、X字状ブレースは前記軸組フレーム内に上下2段に配置され、X字を構成するブレースの一方が制震用の制震ブレース、他方のブレースが耐力用の座屈拘束ブレースであり、同種類のブレースを上下軸対称に配置して2段形成したことを特徴とする制震架構体。
この構成により、異なる振動特性を有するブレースを同一の軸組フレームに設置しても、軸組フレームとブレースとの接合部に過大なストレスが発生する事がないし、フレーム単位で強度アップと制震を両立させることが可能となる。また、ブレースを2段に設けることで、縦長の軸組フレームに対しても良好に作用し、高い剛性を維持できる。
The invention according to
With this configuration, even if braces with different vibration characteristics are installed on the same frame, there will be no excessive stress at the joint between the frame and the brace. It is possible to achieve both. In addition, by providing the braces in two stages, the brace works well on a vertically long frame frame, and high rigidity can be maintained.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、座屈拘束ブレースが鋼材ブレースであることを特徴とする。
この構成により、軸組フレームの剛性を更に上げることができ、住宅の耐力壁として良好に使用できる。
The invention according to
With this configuration, the rigidity of the frame can be further increased, and it can be used favorably as a bearing wall of a house.
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の発明において、ブレースの交差部は、一方のブレースに設けた孔に他方のブレースを挿通して交差させると共に、その交差部で双方のブレースをピンにより連結して成ることを特徴とする。
この構成により、交差部の厚みが増すことがなく、交差したブレースを壁1枚の厚みの中に納めることができる。また、交差部においてブレースを互いに連結することでブレースの強度を上げることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the crossing portion of the brace crosses the other brace by inserting the other brace into the hole provided in the one brace. Both braces are connected by pins.
With this configuration, the thickness of the intersecting portion does not increase, and the intersected braces can be accommodated in the thickness of one wall. Moreover, the strength of the braces can be increased by connecting the braces to each other at the intersection.
請求項5の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の発明において、ブレースの交差部は、金属プレートを配置してブレースを2分割して接続し、前記金属プレートから個々のブレースを放射状に配置してX字状ブレースを構成する請求項1乃至3の何れかに記載の制震架構体。
この構成により、一方のブレースの中央に孔を開ける必要がないし、他方のブレースを細くする必要も無く、双方のブレースの強度を上げる事ができる。また、交差部を薄く作製でき、壁1枚の厚みの中に交差したブレースを納めることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the brace crossing portion is arranged by connecting a metal plate by dividing the brace into two parts, and connecting the individual braces from the metal plate. The seismic control frame structure according to any one of
With this configuration, there is no need to make a hole in the center of one brace, and there is no need to make the other brace thinner, and the strength of both braces can be increased. In addition, the crossing portion can be made thin, and the braces that cross each other can be accommodated in the thickness of one wall.
このように、本発明によれば、異なる振動特性を有するブレース同士が軸組フレームの同一部位に接合されることがないので、軸組フレームとブレースとの接合部に無理なストレスを掛ける事無くフレーム単位で強度アップと制震を両立させることが可能となる。
そして、一方のブレースを座屈拘束ブレースにすることで、住宅用軸組フレームの耐力壁を形成る軸組フレームに使用可能となり、剛性を上げると共に効果的に制震を図ることができる。
As described above, according to the present invention, braces having different vibration characteristics are not joined to the same part of the frame frame, so that an excessive stress is not applied to the joint part of the frame frame and the brace. It is possible to achieve both strength enhancement and vibration control on a frame-by-frame basis.
And by making one brace into a buckling-restrained brace, it can be used for a frame frame that forms a bearing wall of the frame frame for a house, and it is possible to increase the rigidity and effectively control the vibration.
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る制震架構体の第1実施形態を示す正面図であり、1は柱1aと梁1bから成る軸組フレーム、2は制震ブレース、3は座屈拘束ブレースを示している。双方のブレースは、軸組フレーム1の異なる対角線上に設置され、中央で交差してX字状に配置され、この交差部を図2に示している。尚、1cは軸組フレーム1の中桟を示している。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of a vibration control frame according to the present invention, wherein 1 is a frame frame composed of
制震ブレース2は、外筒12aと内筒12bの間に粘弾性体4を挟んで形成した円筒状の粘弾性ダンパー5を備えた粘弾性ブレースで構成され、粘弾性ダンパー5が中央を除いて長手方向に対称に設けられている。また、座屈拘束ブレース3は、円筒状に形成された金属棒体から成る鋼材ブレースであり、耐力用で堅牢に形成されている。そして、ブレース交差部は図2(a)の正面説明図に示すように、制震ブレース2の中央に座屈拘束ブレース3を挿通するための孔6が設けられ、制震ブレース2に座屈拘束ブレース3を挿通して交差させている。
また、図2(b)の制震ブレース2の中心軸に沿った断面説明図に示すように、ブレース2,3の交差部は、双方のブレース2,3を貫通するピン7が取り付けられている。ピン7は、双方のブレース2,3に直交する方向に設けられ、双方のブレース2,3は軸組フレーム1が形成する面内で回動可能に連結されている。
尚、座屈拘束ブレース3は、制震ブレース2に形成された孔6に挿通できる径で形成されている。
The
Further, as shown in the cross-sectional explanatory view along the central axis of the
The buckling restrained
一方、軸組フレーム1と各ブレースの連結は、軸組フレーム1の隅部に設けた接合プレート8にブレース端部を溶接して連結されている。尚、中桟1cは、双方のブレース2,3と干渉しない横方向で架設されている。
On the other hand, the
このように、振動時の挙動が異なる粘弾性ブレースと鋼材ブレースをX字状に配置することで、双方のブレースが軸組フレームの同一部位において接合されることがなくなり、軸組フレームとブレースとの接合部に過大なストレスが発生することがなくなって、フレーム単位で強度アップと制震を両立させることが可能となる。そして、座屈拘束ブレースを組み込むことで、剛性を上げると共に効果的に制震を図ることができ、座屈拘束ブレースを鋼材ブレースとすることで、住宅の耐力壁として良好に使用できる。
また、一方のブレースに他方のブレースを挿通して交差させるので、ブレース交差部の厚みが増すことがなく、交差したブレースを壁1枚の厚みの中に納めることができるし、交差部においてピンによりブレースを互いに連結することで制震ブレースの座屈防止を図ることができる。
In this way, by arranging viscoelastic braces and steel braces with different behaviors during vibration in an X-shape, both braces are not joined at the same part of the frame frame, and the frame frame and brace As a result, excessive stress is not generated at the joint portion, and it is possible to achieve both strength enhancement and vibration control on a frame-by-frame basis. And by incorporating a buckling-restrained brace, it is possible to increase the rigidity and effectively control the vibration, and by using the buckling-restraining brace as a steel brace, it can be used favorably as a bearing wall of a house.
In addition, since one brace is inserted through the other brace and intersected, the thickness of the brace intersecting portion does not increase, and the intersected brace can be accommodated in the thickness of one wall, and the pin can be pinned at the intersecting portion. By connecting the braces to each other, it is possible to prevent buckling of the vibration control brace.
尚、交差部は、座屈拘束ブレース3側に孔6を設けて、制震ブレース2を挿通しても良く、図3はこのように構成した場合のブレース交差部を示し、(a)は正面、(b)は座屈拘束ブレースの中心軸を断面とした断面を示している。この場合、この図に示すように、制震ブレース2の粘弾性ダンパー5を連続して設けることができ、簡易な構造にすることができる。また、制震ブレース2は鋼板の間に板状の粘弾性体をサンドイッチ状に挟み込んだ板状の粘弾性ダンパーを使用しても良いし、座屈拘束ブレース3は断面四角形の角柱とすることもできる。そして、双方をピン7で連結すれば上記実施形態と同様に互いに堅牢にできる。
Incidentally, the crossing portion may be provided with a
図4は本発明の第2実施形態を示している。図4において、10は制震ブレース、11は座屈拘束ブレースであり、双方のブレースは上記第1実施形態と同様の構成となっている。また、交差部も上記第1実施形態と同様に、制震ブレース10に孔6を設けて、座屈拘束ブレース11を挿通して交差させ、更に交差部はピン7により連結されている。
そして、X字状に配置したブレースを上下2段設け、同一のブレースはく字状に配置し、中桟1cを中心に上下軸対称に構成されている。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, 10 is a vibration control brace and 11 is a buckling restrained brace, and both braces have the same configuration as in the first embodiment. Further, as in the first embodiment, the crossing portion is also provided with a
And the braces arranged in an X shape are provided in two upper and lower stages, the same braces are arranged in a square shape, and the upper and lower axes are symmetrical about the
このように、X字状ブレースを2段に形成することで、縦長の軸組フレームに対しても良好に作用し、剛性が劣化するようなことがない。また、異なる振動特性を有するブレース同士が軸組フレームの同一部位に接合されることがないので、軸組フレームとブレースとの接合部に無理なストレスを掛ける事無くフレーム単位で強度アップと制震を両立させることが可能となる。 In this way, by forming the X-shaped braces in two stages, the X-shaped brace works well even with a vertically long frame frame, and the rigidity does not deteriorate. In addition, since braces having different vibration characteristics are not joined to the same part of the frame frame, the strength is increased and the vibration is controlled on a frame-by-frame basis without applying excessive stress to the joint between the frame frame and the brace. It is possible to achieve both.
図5は、本発明に係る制震架構体の他の例を示し、(a)は軸組フレームの対角線上に1組のブレースを配置した図1の変形例、(b)はブレースをX字状に上下に2対配置した図4の変形例を示している。双方とも交差部に金属プレート13a,13bを配置し、この金属プレート13a,13bに上記実施形態と同様に配置した制震ブレース2a,10a及び座屈拘束ブレース3a,11aの一端を連結して交差させている。但し、図示するように上記実施形態に比べて約半分の長さのブレースが用いられ、金属プレート13a,13bから放射状に配置され、金属プレート13a,13bと各ブレースの連結部は溶接されている。
5A and 5B show another example of the vibration control frame according to the present invention, in which FIG. 5A is a modified example of FIG. 1 in which one set of braces is arranged on the diagonal of the frame frame, and FIG. The modification of FIG. 4 which has arrange | positioned two pairs up and down in the shape of a character is shown. In both cases,
このように、直接双方を交差させずに、金属プレート等を配置して交差させても良く、一方のブレースの他方を挿通する孔を開ける必要がないし、他方のブレースを細くする必要も無く、双方のブレースの強度を上げる事ができる。また、交差部を薄く作製でき、壁1枚の厚みの中に交差したブレースを納めることができる。 Thus, without crossing both directly, metal plates or the like may be arranged and crossed, there is no need to open a hole through which the other of one brace is inserted, and there is no need to narrow the other brace, The strength of both braces can be increased. In addition, the crossing portion can be made thin, and the braces that cross each other can be accommodated in the thickness of one wall.
図6〜図9は、本発明に係る制震架構体の更に他の例を示し、何れも強度の高い同一の制震ブレース16(16a〜16d)同士を交差させて構成した場合を示している。但し、図7は図6の交差部の説明図である。このように、座屈拘束ブレースを使用しなくても、座屈強度の高い制震ブレースを使用することで、強度を維持しながら良好に制震動作させることが可能となり、上記実施形態の何れの構成にも適用できる。
逆に、一対のブレースを鋼材ブレースで構成することも可能であり、一方を耐力限界の高い耐力用、他方を耐力限界の低い制震用とすることで制震性と高強度の両立を図ることができる。
FIGS. 6 to 9 show still other examples of the seismic control frame according to the present invention, and all show the case where the same high-strength seismic control braces 16 (16a to 16d) are crossed. Yes. However, FIG. 7 is an explanatory diagram of the intersection of FIG. As described above, even if the buckling restrained brace is not used, it is possible to perform a good vibration control operation while maintaining the strength by using the vibration control brace having a high buckling strength. It is applicable to the configuration of
Conversely, a pair of braces can be composed of steel braces, and one is used for strength-bearing with a high yield limit and the other is used for seismic control with a low yield limit. be able to.
尚、上記実施形態において、制震ブレース2,2a,10,10a,16を粘弾性ダンパーのみを備えた粘弾性ブレースで構成しているが、摩擦ダンパーを粘弾性ダンパーに直列に配設して、1本のブレースに粘弾性ダンパー、摩擦ダンパーの双方を組み付けて制震ブレースを構成しても良い。こうすることで、一定の力以上にて摩擦ダンパーが機能する(滑り出す)ようにすれば、粘弾性体の破壊を防ぐことも可能となる。 In the above embodiment, the vibration control braces 2, 2a, 10, 10a, 16 are constituted by viscoelastic braces having only viscoelastic dampers, but the friction dampers are arranged in series with the viscoelastic dampers. A vibration-damping brace may be configured by assembling both a viscoelastic damper and a friction damper to one brace. By doing so, it is possible to prevent the viscoelastic body from being broken if the friction damper functions (slides out) with a certain force or more.
1・・軸組フレーム、1a・・柱、1b・・梁、2,2a・・制震ブレース、3,3a・・座屈拘束ブレース、4・・粘弾性体、5・・粘弾性ダンパー、6・・孔、7・・ピン、10,10a・・制震ブレース、11,11a・・座屈拘束ブレース、13a,13b・・金属プレート、16・・制震ブレース。 1. Frame frame, 1a ... Column, 1b ... Beam, 2a ... Damping brace, 3, 3a ... Buckling restraint brace, 4 ... Viscoelastic body, 5 ... Viscoelastic damper, 6 .... hole, 7 ... pin, 10, 10a ... vibration control brace, 11, 11a ... buckling restrained brace, 13a, 13b ... metal plate, 16 ... vibration control brace.
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