JP2006283373A - Seismic-response controlled structure of lightweight steel-framed house - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地震により発生する振動の減衰を図るために軽量鉄骨住宅に採用される制震構造に関するものである。 The present invention relates to a vibration control structure employed in a lightweight steel house in order to attenuate vibrations generated by an earthquake.
軽量鉄骨住宅の制震構造として、柱材と横架材とから構成される枠組フレームを上下の梁の間に付設し、その枠組フレームの内外に粘弾性ダンパーやオイルダンパー等の制震装置を設けることにより、地震によるエネルギーを粘性減衰エネルギーとして吸収して制震効果を得るものが知られている。具体的には、枠組フレームと梁との間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造(特許文献1)や、枠組フレームを上下に分けて構成し、それらの2つの枠組フレームの間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造(特許文献2)、枠組フレームの内部を上下に二分割するように補強材を水平に架設し、その補強材の上下において、二つのオイルダンパーを互い違いの傾斜状に設置したKブレース型の制震構造(特許文献3)が知られている。 As a light-damping structure for lightweight steel houses, a frame consisting of pillars and horizontal members is attached between the upper and lower beams, and viscoelastic dampers and oil dampers are installed on the inside and outside of the frame. It is known that a seismic effect can be obtained by providing energy by absorbing earthquake energy as viscous damping energy. Specifically, a seismic control structure in which a viscoelastic damper is installed between the frame and the beam (Patent Document 1), or the frame is divided into upper and lower frames, and viscoelasticity is formed between these two frame frames. Damping structure with dampers (Patent Document 2), reinforcing material is installed horizontally so that the inside of the frame is divided into two parts vertically, and the two oil dampers are staggered at the top and bottom of the reinforcing material. An installed K-brace type damping structure (Patent Document 3) is known.
しかしながら、上記従来の制震構造における枠組フレームでは、粘弾性ダンパーを除いた枠組フレームの取付剛性(枠組フレーム全体の取付剛性)と粘弾性ダンパーの貯蔵剛性(硬さ)とのバランスが悪いと、粘弾性ダンパーが変位する前に枠組フレーム自体や粘弾性ダンパーの取り付け部分が変形してしまい、十分な減衰性能が得られない、という事態が発生する。 However, in the frame frame in the conventional vibration control structure, if the balance between the frame frame mounting rigidity excluding the viscoelastic damper (the entire frame frame mounting rigidity) and the viscoelastic damper storage rigidity (hardness) is poor, Before the viscoelastic damper is displaced, the frame itself and the attachment portion of the viscoelastic damper are deformed, and a situation in which sufficient damping performance cannot be obtained occurs.
本発明の目的は、上記従来の軽量鉄骨住宅の制震構造が有する問題点を解消し、粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮し、地震による振動エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換し、建物の変形を軽減することが可能な軽量鉄骨住宅の制震構造を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the problems of the conventional light-damped steel housing vibration control structure, the viscoelastic damper exhibits sufficient damping characteristics, and efficiently converts vibration energy from the earthquake into thermal energy, The object of the present invention is to provide a damping structure for a light-weight steel house that can reduce the deformation of buildings.
かかる本発明の内、請求項1に記載された発明の構成は、左右の柱材と上下の横架材とから構成される枠組フレームに粘弾性ダンパーを設置してなる軽量鉄骨住宅の制震構造であって、前記枠組フレームの内部が中桟によって上下に二分割されており、その中桟の上側においては、左右の柱材と上側の横架材との2つの仕口に連結された上側の支持フレームと、左右の柱材と中桟との2つの仕口に連結された下側の支持フレームとが、互いに平行となるように水平に設置されているとともに、前記中桟の下側においては、左右の柱材と中桟との2つの仕口に連結された上側の支持フレームと、左右の柱材と下側の横架材との2つの仕口に連結された下側の支持フレームとが、互いに平行となるように水平に設置されており、前記中桟の上側に設けられた上下一対の支持フレームの間には、枠組フレーム面に対して平行に対向させたプレート同士の間に粘弾性体を介在させてなる第一粘弾性ダンパーが取り付けられており、かつ、前記中桟の下側に設けられた上下一対の支持フレームの間には、枠組フレーム面に対して平行に対向させたプレート同士の間に粘弾性体を介在させてなる第二粘弾性ダンパーが取り付けられており、層間変位角が1/200rad以上である場合に、下式1〜6を満たすことにある。
40kN/cm≦Kbs1≦200kN/cm ・・1
40kN/cm≦Kbs2≦200kN/cm ・・2
1.5≦Kbs1/K’ds1≦10 ・・3
1.5≦Kbs2/K’ds2≦10 ・・4
tanδ1≧0.6 ・・5
tanδ2≧0.6 ・・6
(但し、Kbs1,Kbs2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性であり、K’ds1,K’ds2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性であり、tanδ1,tanδ2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの損失係数、第二粘弾性ダンパーの損失係数である)
Among the present inventions, the structure of the invention described in
40 kN / cm ≦ Kbs1 ≦ 200 kN /
40 kN / cm ≦ Kbs2 ≦ 200 kN /
1.5 ≦ Kbs1 / K′ds1 ≦ 10 3
1.5 ≦ Kbs2 / K′ds2 ≦ 10 4
tan δ1 ≧ 0.6 ・ ・ 5
tan δ2 ≧ 0.6 ・ ・ 6
(However, Kbs1 and Kbs2 are the attachment rigidity of the attachment part of the first viscoelastic damper and the attachment rigidity of the attachment part of the second viscoelastic damper, respectively. (The storage stiffness of the elastic damper and the storage stiffness of the second viscoelastic damper, where tan δ1 and tan δ2 are the loss coefficient of the first viscoelastic damper and the loss coefficient of the second viscoelastic damper, respectively)
本発明の如く、内部が上下二つの領域に分割されて上側の領域に第一粘弾性ダンパーが取り付けられ、下側の領域に第二粘弾性ダンパーが取り付けられた枠組フレームにおいては、水平方向のみを考慮すると、枠組フレーム全体の特性を、図1の如き直列水平換算バネとしてモデル化することができる。なお、図1において、M1のバネは、枠組フレームの第一粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、M2のバネおよびダッシュポットは、第一粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものである。また、M3のバネは、枠組フレームの第二粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、M4のバネおよびダッシュポットは、第二粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものである。 As in the present invention, in a frame frame in which the interior is divided into two upper and lower regions, the first viscoelastic damper is attached to the upper region, and the second viscoelastic damper is attached to the lower region, only in the horizontal direction. Can be modeled as a series horizontal conversion spring as shown in FIG. In FIG. 1, the spring of M1 shows the attachment part of the first viscoelastic damper of the frame frame as an elastic element, and the spring and dashpot of M2 have the first viscoelastic damper as a viscoelastic element. It is shown. In addition, the spring of M3 shows the attachment part of the second viscoelastic damper of the frame frame as an elastic element, and the spring and dashpot of M4 show the second viscoelastic damper as a viscoelastic element. is there.
したがって、枠組フレームに粘弾性ダンパーの代わりに剛体(きわめて剛性の高い鋼材等)を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム全体の取付剛性Kbs(sは水平成分を示す)の近似値とすることができ、その取付剛性Kbsから下式8,9を利用して、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Kbs1、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Kbs2を求めることができる。
1/Kbs=1/Kbs1+1/Kbs2 ・・8
Kbs1=Kbs2 ・・9
Therefore, the attachment strength when measured by attaching a rigid body (such as a very rigid steel material) instead of the viscoelastic damper to the frame frame is an approximation of the attachment rigidity Kbs (s indicates the horizontal component) of the entire frame frame. From the mounting rigidity Kbs, the mounting rigidity Kbs1 of the mounting portion of the first viscoelastic damper and the mounting rigidity Kbs2 of the mounting portion of the second viscoelastic damper can be obtained using the following
1 / Kbs = 1 / Kbs1 + 1 / Kbs2 ..8
Kbs1 = Kbs2 ..9
本発明の制震構造においては、層間変形量が1/200rad以上である場合に、上記の如く枠組フレームに剛体を取り付けて求められる取付剛性Kbs1および取付剛性Kbs2が、いずれも、40kN/cm以上200kN/cm以下となるように調整されることが必要である。なお、層間変形角とは、各層の層間変位をその階の高さで除した値のことである。Kbs1やKbs2が、40kN/cm未満となると、地震によって振動した場合に、枠組フレーム自体が変形してしまい、第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮できなくなる。なお、Kbs1やKbs2を増加させる方法としては、柱材や横架材の断面剛性を高める方法等を挙げることができる、反対に、Kbs1やKbs2が200kN/cmを上回るような設計では、枠組フレームを構成する鋼材の重量が大きくなりすぎて、軽量鉄骨住宅の施工に適用することが難しくなる。 In the vibration control structure of the present invention, when the amount of inter-layer deformation is 1/200 rad or more, both the mounting rigidity Kbs1 and the mounting rigidity Kbs2 required by attaching a rigid body to the frame frame as described above are 40 kN / cm or more. It is necessary to adjust so that it may become 200 kN / cm or less. The interlayer deformation angle is a value obtained by dividing the interlayer displacement of each layer by the height of the floor. When Kbs1 or Kbs2 is less than 40 kN / cm, when the frame vibrates due to an earthquake, the frame frame itself is deformed, and the first viscoelastic damper and the second viscoelastic damper cannot exhibit sufficient damping characteristics. In addition, as a method of increasing Kbs1 or Kbs2, a method of increasing the cross-sectional rigidity of the column member or the horizontal member can be exemplified. On the contrary, in a design in which Kbs1 or Kbs2 exceeds 200 kN / cm, a frame is used. It becomes difficult to apply the construction of a lightweight steel house because the weight of the steel material constituting the steel becomes too large.
また、本発明の制震構造においては、上記の如く求められる取付剛性Kbs1と第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds1との比の値、および、上記の如く求められる取付剛性Kbs2と第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds2との比の値が、いずれも、1.5以上10以下であることが必要である。Kbs1/K’ds1やKbs2/K’ds2が1.5未満であると、ある程度の耐力は発揮されるものの、減衰性能が損なわれてしまう。反対に、Kbs1/K’ds1やKbs2/K’ds2が10を上回ると、地震によって振動した場合に、第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが十分に変形して減衰特性を発揮するものの、耐力が損なわれてしまう。 Further, in the vibration control structure of the present invention, the ratio value between the mounting rigidity Kbs1 obtained as described above and the storage rigidity K'ds1 of the first viscoelastic damper, and the mounting rigidity Kbs2 obtained as described above and the second value. The value of the ratio with the storage rigidity K′ds2 of the viscoelastic damper must be 1.5 or more and 10 or less. If Kbs1 / K′ds1 or Kbs2 / K′ds2 is less than 1.5, a certain level of yield strength is exhibited, but the damping performance is impaired. On the other hand, when Kbs1 / K'ds1 or Kbs2 / K'ds2 exceeds 10, when the vibration is caused by an earthquake, the first viscoelastic damper and the second viscoelastic damper are sufficiently deformed to exhibit damping characteristics. The yield strength will be impaired.
さらに、本発明の制震構造においては、第一粘弾性ダンパーの損失係数tanδ1、第二粘弾性ダンパーの損失係数tanδ2の値が、いずれも0.6以上であることが必要である。tanδ1やtanδ2が0.6未満となると、十分な減衰特性が得られなくなる。なお、本発明における第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds1、損失係数tanδ1、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds2、損失係数tanδ2は、一般的な住宅の固有振動数(約1〜7Hz)の領域において常温下で測定されるものである。 Furthermore, in the damping structure of the present invention, it is necessary that both the loss coefficient tan δ1 of the first viscoelastic damper and the loss coefficient tan δ2 of the second viscoelastic damper are 0.6 or more. When tan δ1 and tan δ2 are less than 0.6, sufficient attenuation characteristics cannot be obtained. In the present invention, the storage rigidity K′ds1 and loss coefficient tan δ1 of the first viscoelastic damper, the storage rigidity K′ds2 and loss coefficient tan δ2 of the second viscoelastic damper are the natural frequencies (about 1 to 7 Hz) and measured at room temperature.
請求項2に記載された発明の構成は、請求項1に記載された発明において、各支持フレームは、トラス構造を利用して柱材あるいは横架材に設置されたものであることにある。
The structure of the invention described in
請求項3に記載された発明の構成は、請求項1、または請求項2に記載された発明において、層間変位角が1/100rad以上である場合に、下式7を満たすことにある。
Fdsmax<Fs ・・7
(但し、Fdsmaxは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Fsは、枠組フレームの許容水平耐力である)
The structure of the invention described in
Fdsmax <
(Where Fdsmax is the maximum horizontal strength generated in the frame, and Fs is the allowable horizontal strength of the frame)
なお、Fdsmaxは、図2に示すように、各粘弾性ダンパー単体の軸方向に作用する反力(粘弾性ダンパー単体の剪断変形加振試験によって測定されるもの)をFdjとした場合に、下式10によって与えられるものであり、許容水平耐力Fsとは、構造物を弾性体と仮定して部材に応じる応力度の最大値が許容応力度(すなわち、構造物の外力に対する安全性を確保するために定められる部材に許容できる応力度の限界)に達するときに作用し得る荷重のことである。
Fdsmax=Fdj ・・10
As shown in FIG. 2, Fdsmax is expressed as follows when the reaction force acting in the axial direction of each viscoelastic damper unit (measured by a shear deformation excitation test of the viscoelastic damper unit) is Fdj. The allowable horizontal proof stress Fs is given by Equation 10, and the maximum value of the stress level corresponding to the member is assumed to be an elastic body and the allowable stress level (that is, safety against external force of the structure is ensured). Therefore, it is a load that can act when the limit of the degree of stress that can be tolerated for a member defined for the purpose is reached.
Fdsmax = Fdj 10
また、請求項3の如く構成する場合には、層間変形角が1/100radである場合にも、上式1〜6を満たすように構成するのが好ましい。
Further, when configured as in
本発明に係る軽量鉄骨住宅の制震構造は、第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーが適度な粘弾性を有しており、かつ、第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーを除いた枠組フレーム全体が適度な剛性を有しているため、地震によって外力が加わった場合に、各粘弾性ダンパーが適度に変形して、十分な減衰性能が発揮される。したがって、地震による振動エネルギーが効率的に熱エネルギーに変換されるため、建物の変形を大きく軽減することができる。さらに、枠組フレームの大きさや形状に合わせて、粘弾性特性を容易に調整することができる。また、請求項2の如く、トラス構造を利用して支持フレームを柱材あるいは横架材に設置した場合には、支持フレームと柱材あるいは横架材との接続強度が高くなるため、地震の際の振動エネルギーをロスなく第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーに伝えて、効率的に熱エネルギーに変換することが可能となる。さらに、請求項3の如く、枠組フレームに発生する最大水平耐力が枠組フレームの許容水平耐力を下回るように調整することにより、許容耐力内で大きな減衰を発生させることができる。また、過度な荷重の発生による躯体構造の損傷を防止することができる。すなわち、枠組フレームに発生する最大水平耐力が許容水平耐力を超えてしまうと、アンカーボルトが脱落したり、基礎が破壊されたり、躯体が損傷したりするが、請求項3の如く構成することにより、そのような事態の発生が防止される。
The damping structure of the lightweight steel house according to the present invention includes the first viscoelastic damper and the second viscoelastic damper having moderate viscoelasticity, and excluding the first viscoelastic damper and the second viscoelastic damper. Since the entire framework frame has an appropriate rigidity, when an external force is applied due to an earthquake, each viscoelastic damper is appropriately deformed to exhibit a sufficient damping performance. Therefore, the vibration energy due to the earthquake is efficiently converted into thermal energy, so that the deformation of the building can be greatly reduced. Furthermore, the viscoelastic characteristics can be easily adjusted according to the size and shape of the framework frame. In addition, when the support frame is installed on the column member or the horizontal member using the truss structure as in
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図3は、実施例1の枠組フレームを示す正面図である。枠組フレーム1は、軽量の形鋼を用いた鉄骨系プレハブ構造に採用されるものであり、所定の間隔をおいて配設される一対の柱材2,2と、それらの柱材2,2の上下の端同士をそれぞれ接続する横架材(上桟、下桟)3,3とによって、高さが約2700mmで幅が約1000mmの縦長の長方形状に組み付けられている。なお、各横架材3,3は、C型鋼によって形成されたものであり、各柱材2,2は、横架材3と同じC形鋼を幅方向に接合することによって形成されたものである。また、各横架材3,3と各柱材2,2とは、溶接によって接合されている。加えて、各横架材3,3は、溶接によって梁9と接合されている。なお、枠組フレーム1は、設計上、許容水平耐力Fsが30kNとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a front view illustrating the frame frame according to the first embodiment. The
また、柱材2,2の間には、それらの柱材2 ,2を中間部位同士で接続する中桟4が架設されており、その中桟4によって上下二つの領域R1,R2に分割されている。そして、上側の領域R1においては、水平な棒状の2個一対の支持フレーム12,12が、二種類の4個の補助材11a,11b・・によって、上側の横架材3および中桟4の内側に取り付けられている。一方、下側の領域R2においては、上側の領域R1の支持フレーム12,12と同様な2個一対の支持フレーム12,12が、それぞれ、二種類の4個の補助材11a,11b・・によって、下側の横架材3および中桟4の内側に取り付けられている。
Further, between the
すなわち、上側の領域R1においては、柱材2,2と上側の横架材3との仕口部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間、および、柱材2,2と中桟4との仕口部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間が、長尺な補助材11a,11a・・によって傾斜状に連結されており、上側の横架材3の中央部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間、および、中桟4の中央部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間が、短尺な補助材11b,11b・・によって傾斜状に連結されている。そして、各支持フレーム12,12・・と柱材2,2とを連結した4つの補助材11a,11b・・が、上下対称なトラス構造を形成した状態になっている。
That is, in the upper region R1, between the joint portions of the
一方、下側の領域R2においては、柱材2,2と下側の横架材3との仕口部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間、および、柱材2,2と中桟4との仕口部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間が、長尺な補助材11a,11a・・によって傾斜状に連結されており、下側の横架材3の中央部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間、および、中桟4の中央部分と支持フレーム12,12の左右の端縁際との間が、短尺な補助材11b,11b・・によって傾斜状に連結されている。そして、上側の領域R1と同様に、各支持フレーム12,12・・と柱材2,2とを連結した4つの補助材11a,11b・・が、上下対称なトラス構造を形成した状態になっている。
On the other hand, in the lower region R2, between the joint portion between the
枠組フレーム1においては、上記したトラス構造によって、2つの支持フレーム12,12は、同じ高さに位置し、左右の柱材2,2と平行で、かつ、互いに平行となるように配置された状態になっている。なお、各柱材2,2と各補助材11a,11b・・、および、各補助材11a,11b・・と各支持フレーム12,12・・は、それぞれ、溶接によって接合されている。さらに、各領域R1,R2においては、一対の支持フレーム12,12の内側に、それぞれ、水平断面がT字状のダンパー設置部材13,13が溶接されており、それらのダンパー設置部材13,13を利用して、第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bが取り付けられている。なお、第一粘弾性ダンパー5aと第二粘弾性ダンパー5b5とは同一の構造を有するものである。
In the
図4は、第一粘弾性ダンパー5a(第二粘弾性ダンパー5b)を示したものである。第一粘弾性ダンパー5a(第二粘弾性ダンパー5b)は、金属製で矩形状の芯プレート6と、その芯プレート6を挟むように配置される金属製で矩形の一対の外プレート7,7と、芯プレート6と外プレート7,7との間に介在される一対の粘弾性体8とによって構成されており、芯プレート6を中心として表裏対称な構造になっている(図4(b)参照)。そして、各粘弾性体8,8は、表裏両面が芯プレート6と外プレート7,7との対向面に接着されている。
FIG. 4 shows the first
かかる第一粘弾性ダンパー5a(第二粘弾性ダンパー5b)は、芯プレート6の外端縁際に穿設されたネジ孔(図示せず)、および、外プレート7,7の外端縁際に穿設されたネジ孔(図示せず)を利用して一対のダンパー設置部材13,13の間に螺着されている。そして、支持フレーム12,12に相対的な変位が発生した場合に(すなわち、支持フレーム12,12が近接したり、離反したり、互いに上下にずれたりした場合等に)、粘弾性体8が剪断変形することによって、減衰性能を発揮するようになっている。
The first
枠組フレーム1においては、水平方向のみを考慮した場合、上記の如く、粘弾性特性を図1のような直列水平換算バネとしてモデル化でき、第一粘弾性ダンパー5aおよび第二粘弾性ダンパー5bの代わりに剛体を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム1全体の取付強度Kbsとして近似させることができる。また、枠組フレーム1においては、各領域R1,R2の構造が中桟4を軸として上下対称であるため、粘弾性ダンパー5aの取付剛性Kbs1と、粘弾性ダンパー5bの取付剛性Kbs2との間に、上式8,9が成立する。
In the
そのため、上下の領域R1,R2における支持フレーム12,12に溶接されたダンパー設置部材13,13の間に、第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bの代わりに、略同一形状の剛体(金属板)を取り付け、その状態で、層間変形角が1/200radとなるように枠組フレーム1を水平変形させて(図3の矢印方向)、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム1の取付剛性Kbsを算出し、上式8,9を用いて、粘弾性ダンパー5aの取付部分の取付剛性Kbs1および粘弾性ダンパー5bの取付部分の取付剛性Kbs2を算出した。算出された枠組フレーム1の取付剛性Kbsの値は、37.2kN/cmであった。取付剛性Kbs1、取付剛性Kbs2の算出結果を表1に示す。また、層間変形角が1/100radとなるように枠組フレーム1を水平変形させた場合の取付剛性Kbs1、取付剛性Kbs2の算出結果を表2に示す。
Therefore, between the
一方、第一粘弾性ダンパー5aの貯蔵剛性K’ds1、第二粘弾性ダンパー5bの貯蔵剛性K’ds2は、それぞれ、下式11により算出される。
K’ds1,K’ds2=G×S/d ・・11
なお、上式11において、Gは剪断弾性係数であり、K’ds1,K’ds2の算出にあたっては、粘弾性体の特性から剪断弾性係数Gを0.18N/mm2 とした。また、Sは第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bの各粘弾性体8の面積であり、dは各粘弾性体8の厚み(粘弾性体8単体の厚み)である。
On the other hand, the storage rigidity K′ds1 of the first
K′ds1, K′ds2 = G × S / d 11
In the above equation 11, G is a shear elastic coefficient. In calculating K′ds1 and K′ds2, the shear elastic coefficient G was set to 0.18 N / mm 2 from the characteristics of the viscoelastic body. Further, S is the area of each
それゆえ、貯蔵剛性K’ds1,K’ds2が、それぞれ、表1に示す数値となるように、第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bの粘弾性体8の面積S、厚みdを調整した(すなわち、貯蔵剛性K’ds1,K’ds2が表1に示す数値となるように第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bを設計した)。
Therefore, the area S and the thickness d of the
また、第一粘弾性ダンパー5aの損失係数tanδ1、第二粘弾性ダンパー5bの損失係数tanδ2を測定した。なお、かかる損失係数tanδ1,tanδ2の測定は、動的加振機((株)鷺宮製作所製)を用いて、20℃の雰囲気下で、2Hzの正弦波を利用して200%の剪断歪を加えた場合の変形−荷重を挙動を調べることによって行った。損失係数tanδ1,tanδ2の測定結果を表1に示す。
Further, the loss coefficient tan δ1 of the first
上記の如く、枠組フレーム1の取付剛性Kbs、取付剛性Kbs1、取付剛性Kbs2を求めた後に、上下の領域R1,R2における支持フレーム12,12に溶接されたダンパー設置部材13,13の間から剛体を取り外し、上記した第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bを取り付けた。第一粘弾性ダンパー5a第二粘弾性ダンパー5bを取り付けた枠組フレーム1においては、貯蔵剛性K’ds1および取付剛性Kbs1を考慮すると、Kbs1/K’ds1の値は、3.61に調整されていることになり、貯蔵剛性K’ds2および取付剛性Kbs2を考慮すると、Kbs2/K’ds2の値は、3.67に調整されていることになる(表1参照)。
As described above, after obtaining the mounting rigidity Kbs, the mounting rigidity Kbs1, and the mounting rigidity Kbs2 of the
そして、第一粘弾性ダンパー5a、第二粘弾性ダンパー5bを取り付けた枠組フレーム1において、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が1/200radとなるように枠組フレーム1を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性K’as、損失剛性K”as、損失係数tanδaを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のtanδa/tanδ1およびtanδa/tanδ2を算出した。算出結果を表1に示す。また、層間変形角が1/100radとなるように枠組フレーム1を水平方向に変形させた場合のtanδa/tanδ1およびtanδa/tanδ2を表2に示す。
Then, in the
また、層間変形角1/200radおよび1/100radの変形時に枠組フレーム1に発生する最大水平耐力Fdsmaxを上式10に基づいて算出した。算出されたFdsmaxを表1、表2に示す。
Further, the maximum horizontal proof stress Fdsmax generated in the
表1より、枠組フレーム1は、第一粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性Kbs1、枠組フレーム1の第二粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性Kbs2、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds1、損失係数tanδ1、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’ds2、損失係数tanδ2が、本発明の条件を満たすように調整されているため、減衰特性の指標となる水平成分のtanδa/tanδ1,tanδa/tanδ2がいずれも50%以上となり、良好な減衰特性を発現し得ることが分かる。また、表1、表2より、枠組フレーム1に発生する最大水平耐力Fdsmaxは、枠組フレーム1の許容水平耐力Fs(30kN)に比べて十分に小さくなっていることが分かる。
From Table 1, the
なお、本発明の軽量鉄骨住宅の制震構造の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、枠組フレームや粘弾性ダンパー等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。 In addition, the structure of the light-damped steel house vibration control structure of the present invention is not limited to the aspect of the above-described embodiment, and the structure of the frame frame, the viscoelastic damper, and the like is within the scope of the present invention. It can be changed as appropriate.
たとえば、本発明においては、粘弾性ダンパーの貯蔵剛性K’dの値を枠組フレームの取付剛性Kbの値に合わせて適宜調整することが可能である。それゆえ、粘弾性ダンパーの特性を、用途に合わせて適宜変更することができる。したがって、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系等の各種の高分子化合物を粘弾性体として好適に用いることができる。また、粘弾性ダンパーも、上記実施形態の如く芯プレートと一対の外プレートとの間に粘弾性体を介在させたものに限定されず、表裏一対のプレートの間に粘弾性体を介在させただけのもの等に変更することも可能である。 For example, in the present invention, the value of the storage rigidity K′d of the viscoelastic damper can be appropriately adjusted according to the value of the mounting rigidity Kb of the frame frame. Therefore, the characteristics of the viscoelastic damper can be appropriately changed according to the application. Therefore, various polymer compounds such as rubber, asphalt, acrylic, and styrene can be suitably used as the viscoelastic body. Further, the viscoelastic damper is not limited to the viscoelastic body interposed between the core plate and the pair of outer plates as in the above embodiment, and the viscoelastic body is interposed between the pair of front and back plates. It is also possible to change to only the ones.
また、上下の横架材あるいは中桟に支持フレームを取り付けるための構造は、上記実施形態の如き4本の補助材を利用したトラス構造に限定されず、外側の2本の補助材のみによって支持フレームを取り付けることも可能であるし、外側の2本の補助材の間に、支持フレームと鉛直となるように別の補助材を懸架させることも可能である。 Further, the structure for attaching the support frame to the upper and lower horizontal members or the middle rail is not limited to the truss structure using the four auxiliary members as in the above embodiment, and is supported only by the two outer auxiliary members. A frame can be attached, or another auxiliary material can be suspended between the two outer auxiliary materials so as to be perpendicular to the support frame.
加えて、本発明の制震構造に採用される枠組フレームは、上記実施形態の如く中桟の上下に同一の粘弾性ダンパーを取り付けたものに限定されず、構造や特性の異なる粘弾性ダンパーを中桟の上下に取り付けたものに変更することも可能である。かかる場合でも、取付剛性Kbs1,Kbs2,貯蔵剛性K’ds1,K’ds2,損失係数tanδ1,tanδ2が上記所定の関係を満たすように調整されていれば、枠組フレームは十分な減衰性能を発揮することができるものとなる。 In addition, the frame frame employed in the vibration control structure of the present invention is not limited to the frame having the same viscoelastic damper attached to the top and bottom of the middle rail as in the above embodiment, but viscoelastic dampers having different structures and characteristics are used. It is also possible to change to those attached to the top and bottom of the middle rail. Even in such a case, if the mounting rigidity Kbs1, Kbs2, the storage rigidity K'ds1, K'ds2, and the loss coefficients tanδ1, tanδ2 are adjusted so as to satisfy the predetermined relationship, the frame frame exhibits sufficient damping performance. Will be able to.
1・・枠組フレーム、2・・柱材、3・・横架材、4・・中桟、5a・・第一粘弾性ダンパー、5b・・第二粘弾性ダンパー、6・・芯プレート、7・・外プレート、8・・粘弾性体、12・・支持フレーム。
1 ..
Claims (3)
前記枠組フレームの内部が中桟によって上下に二分割されており、
その中桟の上側においては、左右の柱材と上側の横架材との2つの仕口に連結された上側の支持フレームと、左右の柱材と中桟との2つの仕口に連結された下側の支持フレームとが、互いに平行となるように水平に設置されているとともに、
前記中桟の下側においては、左右の柱材と中桟との2つの仕口に連結された上側の支持フレームと、左右の柱材と下側の横架材との2つの仕口に連結された下側の支持フレームとが、互いに平行となるように水平に設置されており、
前記中桟の上側に設けられた上下一対の支持フレームの間には、枠組フレーム面に対して平行に対向させたプレート同士の間に粘弾性体を介在させてなる第一粘弾性ダンパーが取り付けられており、かつ、
前記中桟の下側に設けられた上下一対の支持フレームの間には、枠組フレーム面に対して平行に対向させたプレート同士の間に粘弾性体を介在させてなる第二粘弾性ダンパーが取り付けられており、
層間変位角が1/200rad以上である場合に、下式1〜6を満たすことを特徴とする軽量鉄骨住宅の制震構造。
40kN/cm≦Kbs1≦200kN/cm ・・1
40kN/cm≦Kbs2≦200kN/cm ・・2
1.5≦Kbs1/K’ds1≦10 ・・3
1.5≦Kbs2/K’ds2≦10 ・・4
tanδ1≧0.6 ・・5
tanδ2≧0.6 ・・6
(但し、Kbs1,Kbs2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性であり、K’ds1,K’ds2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性であり、tanδ1,tanδ2は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの損失係数、第二粘弾性ダンパーの損失係数である) It is a light-damping structure for light-weight steel houses, with viscoelastic dampers installed on a frame frame composed of left and right pillars and upper and lower horizontal members.
The inside of the framework frame is divided into two vertically by a middle rail,
On the upper side of the middle rail, it is connected to the upper support frame connected to the two joints of the left and right pillar members and the upper horizontal member, and to the two joints of the left and right pillar members and the middle rail. The lower support frame is installed horizontally so as to be parallel to each other,
On the lower side of the middle rail, the upper support frame connected to the two joints of the left and right pillar members and the middle rail, and the two joints of the left and right pillar members and the lower horizontal member. The connected lower support frame is installed horizontally so as to be parallel to each other,
A first viscoelastic damper is attached between a pair of upper and lower support frames provided on the upper side of the middle rail, with a viscoelastic body interposed between the plates opposed in parallel to the frame surface of the frame. And
Between the pair of upper and lower support frames provided on the lower side of the middle rail, there is a second viscoelastic damper having a viscoelastic body interposed between the plates opposed in parallel to the frame surface of the frame. Installed,
When the interlayer displacement angle is 1/200 rad or more, the light-damping structure for a light-weight steel house satisfies the following formulas 1 to 6.
40 kN / cm ≦ Kbs1 ≦ 200 kN / cm 1
40 kN / cm ≦ Kbs2 ≦ 200 kN / cm 2
1.5 ≦ Kbs1 / K′ds1 ≦ 10 3
1.5 ≦ Kbs2 / K′ds2 ≦ 10 4
tan δ1 ≧ 0.6 ・ ・ 5
tan δ2 ≧ 0.6 ・ ・ 6
(However, Kbs1 and Kbs2 are the attachment rigidity of the attachment part of the first viscoelastic damper and the attachment rigidity of the attachment part of the second viscoelastic damper, respectively. (The storage stiffness of the elastic damper and the storage stiffness of the second viscoelastic damper, where tan δ1 and tan δ2 are the loss coefficient of the first viscoelastic damper and the loss coefficient of the second viscoelastic damper, respectively)
Fdsmax<Fs ・・7
(但し、Fdsmaxは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Fsは、枠組フレームの許容水平耐力である) The lightweight steel-housed seismic control structure according to claim 1 or 2, wherein the following expression 7 is satisfied when the interlayer displacement angle is 1/100 rad or more.
Fdsmax <Fs 7
(Where Fdsmax is the maximum horizontal strength generated in the frame, and Fs is the allowable horizontal strength of the frame)
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