JP2008280715A - Vibration control structure for building - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、橋脚やビルディング等の建造物における制振構造に関するものである。 The present invention relates to a vibration control structure in a building such as a pier or a building.
地震による家屋や建築物等の建造物への衝撃対策は、建造物の強化による堅牢さで衝撃に耐える耐震構造と、アイソレーターにより建造物と地盤を絶縁することで衝撃が建造物に伝播しないようにする免震構造と、建造物に取り付けた装置により衝撃を吸収する制振構造とに大別される。 The countermeasures against impacts on buildings such as houses and buildings due to earthquakes are earthquake resistant structures that can withstand impacts by strengthening the buildings, and by isolating the building and the ground with an isolator so that impacts do not propagate to the building It is roughly divided into a seismic isolation structure and a vibration control structure that absorbs shocks by a device attached to the building.
耐震構造では、建造物の一部或いは多くの箇所の補修及び補強などの対策が採られてきた。しかし、耐震構造では地震による衝撃を建造物及びその基礎の堅牢さで対応するために、大規模な震災では、地震が治まった後に建造物の補修が必要であるばかりでなく、震災中に建造物が倒壊するなどの問題があった。 In the earthquake-resistant structure, measures such as repair and reinforcement of a part of the building or many places have been taken. However, in the earthquake-resistant structure, in order to respond to the impact of the earthquake with the robustness of the building and its foundation, in a large-scale earthquake disaster, not only the repair of the building is necessary after the earthquake is cured, but also during the earthquake There was a problem that the building collapsed.
又、免震構造では、建造物を支持する基礎と建造物との間に積層ゴムなどのアイソレーターが介在し、地盤と建造物とが絶縁された構成によって、地震の振動が建造物に伝播することを防止している。通常は、上述のアイソレーターとダンパーとが組み合わせて用いられる。しかし、免震構造においては、構造が複雑且つ大規模であるばかりではなく、免震構造を導入するために必要なコストが大きくなる問題があった。 In the base-isolated structure, an isolator such as laminated rubber is interposed between the foundation that supports the building and the building, and the ground and the building are insulated so that the vibration of the earthquake propagates to the building. To prevent that. Usually, the above-described isolator and damper are used in combination. However, in the seismic isolation structure, not only is the structure complicated and large, but there is a problem that the cost required to introduce the seismic isolation structure increases.
一方、制振構造では、粘性型ダンパーや履歴性ダンパーによって振動エネルギーを吸収して揺れを抑えるパッシブ制振構造、或いは、同調質量ダンパーを地震の揺れに同調させて振動させることにより揺れを抑えるアクティブ制振構造の採用によって、建造物への衝撃を減少させると共に建造物内部の揺れを抑制する効果が得られ、地震の二次災害を緩和する効果が期待出来る。 On the other hand, in the vibration control structure, passive vibration control structure that suppresses vibration by absorbing vibration energy by viscous damper or hysteretic damper, or active that suppresses vibration by oscillating tuning mass damper in synchronization with earthquake vibration By adopting the vibration control structure, it is possible to reduce the impact on the building and to suppress the shaking inside the building, and to reduce the secondary disaster caused by the earthquake.
特に履歴型ダンパーは、地震の振動エネルギー吸収能が優れており、地震が治まった後も大規模な補修工事を要することなく、簡易な補修或いは無補修で継続して使用できることから、最も普及が進んでいる。特に、座屈拘束ブレースなどの地震の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材に鋼材を用いた履歴型ダンパーによれば、鋼材の塑性変形に消費されるエネルギーとして振動エネルギーを吸収することにより、建造物の主架構の塑性変形を緩和して制振効果を得ることが出来る。 Hysteresis dampers are particularly popular because they have an excellent ability to absorb the vibration energy of earthquakes and can be used with simple or no repairs without requiring large-scale repair work even after the earthquake has ceased. Progressing. In particular, a hysteretic damper that uses steel as an energy absorbing member that absorbs vibration energy of earthquakes such as buckling-restrained braces, can absorb building vibration energy as energy consumed for plastic deformation of steel. It is possible to obtain a damping effect by relaxing plastic deformation of the main frame.
しかし、上述の履歴型ダンパーにおいては、大きな地震の後にエネルギー吸収部材が大きく塑性変形し、そのエネルギー吸収能が著しく低下したときに、エネルギー吸収部材を取り換える必要があるため、取り換え作業の容易な履歴型ダンパーが望まれていた。 However, in the above-mentioned hysteretic damper, it is necessary to replace the energy absorbing member when the energy absorbing member is greatly plastically deformed after a large earthquake and its energy absorbing ability is significantly reduced. A type damper was desired.
この要望に対し、建造物の架構に固定されたブレース構成材間に粘弾性体を介装することにより、履歴型ダンパーの設置と修復が容易な制振構造が提案されている(特許文献１)。
該制振構造においては、粘弾性体が介装されたブレースを建造物内部に配置する構造が採用されているため、既存の建造物に対しても容易に設置することが可能である。又、ダンパーの一部に粘弾性体を用いる構成であることから、地震が治まった後の修復が殆ど不要である。
The vibration damping structure employs a structure in which a brace having a viscoelastic body interposed therein is disposed inside the building, and therefore can be easily installed in an existing building. In addition, since a viscoelastic body is used for a part of the damper, almost no repair is required after the earthquake has subsided.
しかしながら、上述の制振構造においても、ブレース自身の構造が複雑であり、制振構造を構成する部材が大きくなる問題があった。 However, even in the above-described vibration damping structure, there is a problem that the structure of the brace itself is complicated and the members constituting the vibration damping structure become large.
本発明の目的は、橋脚やビルディング等の建造物において、簡易な構造で大きな制振効果を得ることが出来る制振構造を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vibration damping structure capable of obtaining a great vibration damping effect with a simple structure in a building such as a bridge pier or a building.
本発明に係る制振構造は、基礎部材に被締結部材を締結するための締結機構を具え、該締結機構は、前記基礎部材に立設されて前記被締結部材を貫通するボルト部材と、前記被締結部材から突出する前記ボルト部材の先端部に螺合するナット部から構成される建造物において、前記ボルト部材を包囲して前記ナット部と前記被締結部材との間に介在する筒状の金属製ダンパー部を具え、該金属製ダンパー部は、その一方の開口端部が前記ナット部に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されると共に、他方の開口端部が前記被締結部材に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されている。 A vibration damping structure according to the present invention includes a fastening mechanism for fastening a fastened member to a base member, the fastening mechanism standing on the base member and penetrating the fastened member; In a building composed of a nut portion that is screwed to a tip portion of the bolt member protruding from the fastened member, a cylindrical shape that surrounds the bolt member and is interposed between the nut portion and the fastened member The metal damper portion includes a metal damper portion, and one opening end portion of the metal damper portion is connected to the nut portion so that the bolt member cannot approach and separate in the longitudinal direction, and the other opening end portion is The bolt member is connected to the fastened member so that the bolt member cannot approach and separate in the longitudinal direction.
上記本発明に係る制振構造は、金属製ダンパー部を具え、且つ該金属製ダンパー部の両開口端部がナット部及び被締結部材に接近離間不能に連結されているという極めて簡易な構成によって、建造物に対して制振効果をもたらすことを可能としている。又、該制振構造においては、地震による振動を受けてボルト部材に引張力が作用したとき、該金属製ダンパー部に圧縮力が作用して金属製ダンパー部が圧縮方向に弾性変形或いは塑性変形し、ボルト部材に圧縮力が作用したときは、金属製ダンパー部に引張力が作用して金属製ダンパー部が引張方向に弾性変形或いは塑性変形する。該金属製ダンパーが繰り返し弾性変形し或いは塑性変形することにより、金属製ダンパー部が地震の振動エネルギーを吸収する。 The vibration damping structure according to the present invention has an extremely simple configuration in which a metal damper portion is provided and both opening end portions of the metal damper portion are connected to the nut portion and the fastened member so as not to approach and separate from each other. It is possible to bring about a vibration control effect on the building. In the vibration control structure, when a tensile force is applied to the bolt member in response to an earthquake vibration, the metal damper portion is elastically deformed or plastically deformed in the compression direction by applying a compressive force to the metal damper portion. When a compressive force is applied to the bolt member, a tensile force is applied to the metal damper portion, and the metal damper portion is elastically deformed or plastically deformed in the tensile direction. When the metal damper is repeatedly elastically deformed or plastically deformed, the metal damper portion absorbs the vibration energy of the earthquake.
又、金属製ダンパー部は、塑性変形の限界点以内の範囲で繰り返し変形することによって、地震の振動エネルギーを吸収して、建造物へ伝わる地震の振動エネルギーを低減し、且つボルト部材及び建造物に地震の振動による塑性変形が起こらないようにすることが可能である。 In addition, the metal damper part is repeatedly deformed within the limit of plastic deformation, thereby absorbing the vibration energy of the earthquake, reducing the vibration energy of the earthquake transmitted to the building, and the bolt member and the building. It is possible to prevent plastic deformation due to earthquake vibration.
具体的構成において、前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成されている。そして、該ダンパー部材(10)の一方の開口端部に該ナット(30)が溶接によって固定されると共に、該ダンパー部材(10)の他方の開口端部が前記被締結部材に溶接によって固定されている。 In a specific configuration, the nut portion is constituted by a nut (30) screwed into the bolt member, and the metal damper portion is constituted by a cylindrical damper member (10). The nut (30) is fixed to one open end of the damper member (10) by welding, and the other open end of the damper member (10) is fixed to the fastened member by welding. ing.
該具体的構成では、金属製ダンパー部の形状が極めて簡易であり、且つ金属製ダンパー部の両開口端部が溶接によりナット(30)及び被締結部材に固定されることから、複雑な装置或いは工程を要することなく、更に簡易に建造物の制振構造を実現することが可能である。 In the specific configuration, the shape of the metal damper portion is extremely simple, and both open end portions of the metal damper portion are fixed to the nut (30) and the member to be fastened by welding. It is possible to realize a vibration control structure for a building more easily without requiring a process.
他の具体的構成において、前記ナット部と金属製ダンパー部とが一体に形成されたナット／ダンパー合体部材(11)を具えている。
該具体的構成では、ナット部と金属製ダンパー部を連結する工程が不要である。従って、更に簡易に建造物の制振構造を実現することが可能である。
In another specific configuration, a nut / damper combined member (11) in which the nut portion and the metal damper portion are integrally formed is provided.
In this specific configuration, the step of connecting the nut portion and the metal damper portion is not necessary. Therefore, it is possible to realize a vibration control structure for a building more easily.
更に、他の具体的構成において、前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成されている。該ダンパー部材(10)の一方の開口端部には、外ねじ(31a)を有する筒状の第１フランジ部材(61)が固定されると共に、他方の開口端部には、外ねじ(32a)を有する筒状の第２フランジ部材(62)が固定される。そして、前記第１フランジ部材(31)には、前記外ねじ(31a)に螺合する内ねじ(33a)を有する袋状のダブルナット(63)が連結され、該ダブルナット(63)の内側に前記ナット(30)が拘持される。前記第２フランジ部材(32)は前記被締結部材にねじ込まれている。 Further, in another specific configuration, the nut portion is configured by a nut (30) screwed into the bolt member, and the metal damper portion is configured by a cylindrical damper member (10). Yes. A cylindrical first flange member (61) having an external screw (31a) is fixed to one open end of the damper member (10), and an external screw (32a) is fixed to the other open end. ) Having a cylindrical second flange member (62) is fixed. The first flange member (31) is connected to a bag-like double nut (63) having an inner screw (33a) screwed to the outer screw (31a), and the inner side of the double nut (63). The nut (30) is held by the screw. The second flange member (32) is screwed into the fastened member.
前記具体的構成では、ダンパー部材(10)の両開口端部に第１フランジ部材(61)及び第２フランジ部材(62)を固定した金属製ダンパー部を予め用意しておくことにより、制振構造を施工する際に溶接などの工程が不要である。従って、更に簡易に制振構造を実現することが可能であると共に、大地震後に損傷した金属製ダンパー部を容易に交換することが可能である。 In the specific configuration, a vibration damper is prepared by preparing in advance a metal damper portion in which the first flange member (61) and the second flange member (62) are fixed to both opening ends of the damper member (10). Steps such as welding are not required when constructing the structure. Therefore, it is possible to realize a vibration damping structure more easily, and it is possible to easily replace a metal damper portion damaged after a large earthquake.
具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成するコンクリート基礎(50)であって、該コンクリート基礎(50)に、前記ボルト部材となるアンカーボルト(20)の基端部が埋設されており、該コンクリート基礎(50)の表面に、前記被締結部材となるベースプレート(40)が設置されている。
該具体的構成によって、鉄骨(41)に連結されたベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とが締結された締結機構において、制振効果を得ることが出来る。
In a specific configuration, the foundation member is a concrete foundation (50) constituting a building, and a base end portion of an anchor bolt (20) serving as the bolt member is embedded in the concrete foundation (50). A base plate (40) serving as the member to be fastened is installed on the surface of the concrete foundation (50).
With this specific configuration, a damping effect can be obtained in the fastening mechanism in which the base plate (40) connected to the steel frame (41) and the concrete foundation (50) are fastened.
他の具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成する梁(52)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、該エンドプレート(51)の表面に、前記被締結部材となる鋼柱(43)が設置されている。
該具体的構成によって、梁(52)と鋼柱(43)とが締結された締結構造において、制振効果を得ることが出来る。
In another specific configuration, the foundation member is an end plate (51) fixed to a beam (52) constituting a building, and a base end portion of the bolt member is provided on the end plate (51). A steel column (43) serving as the member to be fastened is installed on the surface of the end plate (51).
With this specific configuration, a damping effect can be obtained in the fastening structure in which the beam (52) and the steel column (43) are fastened.
更に他の具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成する鋼柱(43)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、前記被締結部材は、該建造物を構成する梁(52)の端部に連結されたダイヤフラム(53)であり、前記エンドプレート(51)の表面に前記ダイヤフラム(53)が設置されている。
該具体的構成によって、鋼柱(43)と梁(52)とがダイヤフラム(53)を介して締結された締結構造において、制振効果を得ることが出来る。
In still another specific configuration, the foundation member is an end plate (51) fixed to a steel column (43) constituting a building, and the base plate of the bolt member is attached to the end plate (51). Are connected and fixed, and the member to be fastened is a diaphragm (53) connected to an end of a beam (52) constituting the building, and the diaphragm (53) is attached to the surface of the end plate (51). 53) is installed.
With this specific configuration, a damping effect can be obtained in the fastening structure in which the steel column (43) and the beam (52) are fastened through the diaphragm (53).
他の具体的構成において、前記金属製ダンパー部は、前記ボルト部材の降伏耐力よりも小さい力で最大耐力に至る。
前記具体的構成によって、該金属製ダンパー部の最大耐力がボルト部材の降伏耐力以下である場合では、地震の振動による圧縮力或いは引張力が前記締結機構に作用する際に、金属製ダンパー部がボルト部材よりも先に塑性変形して、ボルト部材の塑性変形(即ち、損傷)が防止される。
In another specific configuration, the metal damper portion reaches the maximum yield strength with a force smaller than the yield strength of the bolt member.
According to the specific configuration, when the maximum proof stress of the metal damper portion is equal to or less than the yield strength of the bolt member, when the compressive force or tensile force due to earthquake vibration acts on the fastening mechanism, the metal damper portion is Plastic deformation prior to the bolt member prevents plastic deformation (ie, damage) of the bolt member.
又、他の具体的構成において、前記金属製ダンパー部に用いられる材料は、鋼鉄、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、及び錫の中から選択される１つの金属、或いは２以上の金属の合金である。 In another specific configuration, the material used for the metal damper portion is one metal selected from steel, copper, lead, zinc, aluminum, and tin, or an alloy of two or more metals. is there.
金属製ダンパー部に用いられる材料は、金属製ダンパー部の最大引張耐力がボルト部材の降伏耐力よりも小さければよい。
一般的には、鋼、真鍮など、上述の強度を有し、且つボルト部材と比較して塑性変形による振動エネルギーの吸収作用の大きい材料が、金属製ダンパー部の材料として使用される。
The material used for the metal damper portion only needs to have the maximum tensile strength of the metal damper portion smaller than the yield strength of the bolt member.
In general, a material such as steel or brass, which has the above-described strength and has a large vibration energy absorbing effect due to plastic deformation as compared with a bolt member, is used as the material of the metal damper portion.
具体的構成において、前記金属製ダンパー部の周壁には、１或いは複数の孔が開設されている。
該具体的構成によって、前記金属製ダンパー部の降伏耐力及び座屈発生部の位置を調節することが可能となる。
In a specific configuration, one or a plurality of holes are formed in the peripheral wall of the metal damper portion.
With this specific configuration, it becomes possible to adjust the yield strength of the metal damper portion and the position of the buckling occurrence portion.
本発明の制振構造によれば、橋脚やビルディング等の建造物において、簡易な構造で大きな制振効果を得ることが出来る。 According to the vibration damping structure of the present invention, a large vibration damping effect can be obtained with a simple structure in a building such as a pier or a building.
以下、本発明の実施例を図面に沿って具体的に説明する。
＜第１実施例＞
図１及び図２を参照して、本発明に係る制振構造の第１実施例について説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
<First embodiment>
A first embodiment of a vibration damping structure according to the present invention will be described with reference to FIGS.
第１実施例においては、コンクリート基礎(50)と、該コンクリート基礎(50)上に配置された矩形のベースプレート(40)と、該ベースプレート(40)の上面に溶接され且つ鉛直方向に立設された鉄骨(40)と、該コンクリート基礎(50)に立設されて該ベースプレート(40)の四隅をそれぞれ貫通するアンカーボルト(20)と、該ベースプレート(40)から突出する該アンカーボルト(20)の先端部に螺合するナット(30)とが配備されている。ベースプレート(40)は、アンカーボルト(20)とナット(30)の締結機構によって、コンクリート基礎(50)に締結されている。 In the first embodiment, a concrete foundation (50), a rectangular base plate (40) disposed on the concrete foundation (50), and an upper surface of the base plate (40) are welded and vertically erected. A steel frame (40), anchor bolts (20) standing on the concrete foundation (50) and passing through the four corners of the base plate (40), and the anchor bolts (20) protruding from the base plate (40) And a nut (30) that is screwed onto the tip of the nut. The base plate (40) is fastened to the concrete foundation (50) by a fastening mechanism of the anchor bolt (20) and the nut (30).
又、第１実施例の制振構造は、アンカーボルト(20)を包囲してナット(30)とベースプレート(40)との間に介在する筒状のダンパー部材(10)を具え、該ダンパー部材(10)の両開口端部のうち、一方の開口端部は溶接部(70)によってナット(30)と連結されており、他方の開口端部は溶接部(71)によってベースプレート(40)と固定されている。 The vibration damping structure of the first embodiment includes a cylindrical damper member (10) surrounding the anchor bolt (20) and interposed between the nut (30) and the base plate (40). Of the open end portions of (10), one open end portion is connected to the nut (30) by the welded portion (70), and the other open end portion is connected to the base plate (40) by the welded portion (71). It is fixed.
尚、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とは、４箇所にてアンカーボルト(20)とナット(30)の締結構造により締結されているが、該締結構造は５箇所以上であってもよいことは言うまでもない。 The base plate (40) and the concrete foundation (50) are fastened by the fastening structure of the anchor bolt (20) and the nut (30) at four places. Needless to say, it is good.
具体的構成においては、例えば図３(Ａ)に示す如く、コンクリート基礎(50)と、該コンクリート基礎(50)上に配置されたベースプレート(40)と、コンクリート基礎(50)に立設されてベースプレート(40)を貫通するアンカーボルト(20)と、ベースプレート(40)から突出するアンカーボルト(20)の先端部に螺合するナット(30)と、アンカーボルト(20)を包囲してナット(30)とベースプレート(40)の間に介在するフランジ型座金(60)と、金属製の筒状のダンパー部材(10)とが配備されている。
予め筒状のダンパー部材(10)の鉛直上方に開口する開口端部とフランジ型座金(60)とが溶接部(70)によって連結され、更に該フランジ型座金(60)の上部とナット(30)とが溶接部(72)によって連結されている。
In a specific configuration, for example, as shown in FIG. 3 (A), a concrete foundation (50), a base plate (40) disposed on the concrete foundation (50), and a concrete foundation (50) are erected. An anchor bolt (20) that penetrates the base plate (40), a nut (30) that is screwed to the tip of the anchor bolt (20) that protrudes from the base plate (40), and a nut that surrounds the anchor bolt (20) ( A flange type washer (60) interposed between 30) and the base plate (40) and a metallic cylindrical damper member (10) are provided.
An opening end portion that opens in the vertical direction of the cylindrical damper member (10) in advance and the flange type washer (60) are connected by a welded portion (70), and further, an upper portion of the flange type washer (60) and a nut (30 Are connected by a welded portion (72).
そして、図３(Ｂ)に示す如く、フランジ型座金(60)を介してダンパー部材(10)に連結されたナット(30)とアンカーボルト(20)によって、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とが締結されている。更に、ダンパー部材(10)の鉛直下方の開口端部とベースプレート(40)とが溶接部(71)によって固定されている。 Then, as shown in FIG. 3B, the base plate (40) and the concrete foundation (50) are provided by the nut (30) and the anchor bolt (20) connected to the damper member (10) through the flange type washer (60). ) Is concluded. Further, the opening end portion of the damper member (10) vertically below and the base plate (40) are fixed by the welded portion (71).
前記締結機構では、アンカーボルト(20)に引張力が作用すると、ダンパー部材(10)には圧縮力が作用する。又、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用すると、ダンパー部材(10)には引張力が作用する。 In the fastening mechanism, when a tensile force acts on the anchor bolt (20), a compressive force acts on the damper member (10). When a compressive force is applied to the anchor bolt (20), a tensile force is applied to the damper member (10).
ダンパー部材(10)には、アンカーボルト(20)の降伏耐力よりも小さな力で最大耐力に至る金属材料が用いられる。
例えば、ダンパー部材(10)には、鋼、或いは銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、及び錫の中から選択される1つの金属、或いは２以上の金属の合金から構成される材料が用いられる。一方、アンカーボルト(20)には、例えば高力ボルトやＰＣ鋼棒などの降伏耐力の大きい材料を用いることが可能である。
For the damper member (10), a metal material that reaches the maximum strength with a force smaller than the yield strength of the anchor bolt (20) is used.
For example, the damper member (10) is made of steel, or one metal selected from copper, lead, zinc, aluminum, and tin, or a material composed of an alloy of two or more metals. On the other hand, for the anchor bolt (20), a material having a high yield strength such as a high strength bolt or a PC steel rod can be used.
ダンパー部材(10)の降伏耐力はアンカーボルト(20)の降伏耐力よりも小さいので、ダンパー部材(10)は、地震の振動によって圧縮及び引張方向に塑性変形することにより、地震の振動エネルギーを吸収することが可能である。即ち、鉄骨(41)に伝わる振動を軽減すると共に、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)に作用する力を弾性限界内に収めることが出来る。 Since the yield strength of the damper member (10) is smaller than the yield strength of the anchor bolt (20), the damper member (10) absorbs the vibration energy of the earthquake by plastic deformation in the compression and tension direction due to the vibration of the earthquake. Is possible. That is, vibration transmitted to the steel frame (41) can be reduced, and the force acting on the anchor bolt (20), the base plate (40) and the steel frame (41) can be kept within the elastic limit.
＜第２実施例＞
又、本発明に係る制振構造においては、図４(Ａ)に示すように、筒状のダンパー部材(10)とナット部(31)とを一体に形成したナット／ダンパー合体部材(11)を採用することが出来る。図４(Ｂ)に示すように、ナット／ダンパー合体部材(11)を、ベースプレート(40)から突出したアンカーボルト(20)に螺合させて、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とを互いに締結した後に、ナット／ダンパー合体部材(11)がベースプレート(40)に溶接部(71)によって固定される。
<Second embodiment>
Further, in the vibration damping structure according to the present invention, as shown in FIG. 4 (A), a nut / damper combined member (11) in which a cylindrical damper member (10) and a nut portion (31) are integrally formed. Can be adopted. As shown in FIG. 4 (B), the nut / damper combined member (11) is screwed to the anchor bolt (20) protruding from the base plate (40), and the base plate (40) and the concrete foundation (50) are connected. After being fastened together, the nut / damper combined member (11) is fixed to the base plate (40) by the welded portion (71).
＜第３実施例＞
更に、本発明に係る制振構造は、図５に示す構成を採用することも可能である。図５(Ａ)に示す如く、ダンパー部材(10)と、外ねじ(61a)を有する筒状の第１フランジ部材(61)と、外ねじ(62a)を有する筒状の第２フランジ部材(62)とが配備されている。そして、ダンパー部材(10)の一方の開口端部に、溶接部(73)を介して該第１フランジ部材(61)を連結すると共に、該ダンパー部材(10)の他方の開口端部に、溶接部(74)を介して該第２フランジ部材(62)を連結している。
<Third embodiment>
Furthermore, the structure shown in FIG. 5 can be adopted for the vibration damping structure according to the present invention. As shown in FIG. 5A, a damper member (10), a cylindrical first flange member (61) having an external thread (61a), and a cylindrical second flange member (external thread (62a)) 62) is deployed. The first flange member (61) is connected to one opening end of the damper member (10) via a welded portion (73), and the other opening end of the damper member (10) is connected to the other opening end. The second flange member (62) is connected through a welded portion (74).
図５(Ｂ)に示すように、第１フランジ部材(61)の外ねじ(61a)には、袋状のダブルナット(63)の内ねじ(63a)が螺合し、ダブルナット(63)の内側にナット(30)が拘持されている。第２フランジ部材(62)の外ねじ(62a)は、ベースプレート(42)の内ねじ(42a)にねじ込まれている。
図５に示す構成では、金属製ダンパー部をベースプレート(42)及びナット(30)に溶接する必要がないので、大地震後に損傷した金属製ダンパー部を簡易に交換することが出来る。
As shown in FIG. 5 (B), the inner screw (63a) of the bag-shaped double nut (63) is screwed into the outer screw (61a) of the first flange member (61), and the double nut (63) The nut (30) is held inside. The external screw (62a) of the second flange member (62) is screwed into the internal screw (42a) of the base plate (42).
In the configuration shown in FIG. 5, it is not necessary to weld the metal damper portion to the base plate (42) and the nut (30), so that the metal damper portion damaged after a large earthquake can be easily replaced.
次に本発明に係る制振構造におけるエネルギー吸収機構について説明する。図６(Ａ)は、コンクリート基礎(50)に地震の振動が伝わり、アンカーボルト(20)に引張力が作用したとき、即ち、ダンパー部材(10)に圧縮力が作用したときの、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐとダンパー部材(10)の圧縮方向の変形量Ｘとの関係を表わすグラフである。
図６(Ａ)において、Ｘmaxはダンパー部材(10)の変形量が最大になった時の圧縮方向の変形量を示す。dＰｙはダンパー部材(10)の降伏耐力を示し、dＰｍaxはダンパー部材(10)の座屈変形が進行する際にダンパー部材(10)に作用する最大圧縮耐力を示す。
Next, the energy absorption mechanism in the vibration damping structure according to the present invention will be described. FIG. 6 (A) shows a damper member when an earthquake vibration is transmitted to the concrete foundation (50) and a tensile force acts on the anchor bolt (20), that is, when a compressive force acts on the damper member (10). It is a graph showing the relationship between the compression force P which acts on (10), and the deformation amount X of the damper member (10) in the compression direction.
In FIG. 6A , X max indicates the amount of deformation in the compression direction when the amount of deformation of the damper member (10) is maximized. d P y indicates the yield strength of the damper member (10), and d P max indicates the maximum compressive strength acting on the damper member (10) when buckling deformation of the damper member (10) proceeds.
ここで、アンカーボルト(20)の降伏耐力Ｐbは、ダンパー部材(10)に作用する最大圧縮耐力dＰｍaxよりも大きいので、ダンパー部材(10)で変形が起こっている間では、アンカーボルト(20)には弾性変形のみが起こっている。 Here, yield strength P b of the anchor bolt (20) is greater than the maximum compression strength d P max acting on the damper member (10), while the deformation taking place in the damper member (10) the anchor bolts In (20), only elastic deformation occurs.
図６(Ｂ)は、変形量Ｘが増加する際のダンパー部材(10)の圧縮変形状態を示している。図６(Ａ)の点ａは図６(Ｂ)中の状態(ａ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｂは図６(Ｂ)中の状態(ｂ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｃは図６(Ｂ)中の状態(ｃ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｄは図６(Ｂ)中の状態(ｄ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｅは図６(Ｂ)中の状態(ｅ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｆは図６(Ｂ)中の状態(ｆ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｇは図６(Ｂ)中の状態(ｇ)に対応している。また、ダンパー部材(10)は２箇所で座屈し、座屈する２箇所をそれぞれ座屈部Ｏ、座屈部Ｑと称する。 FIG. 6B shows a state of compression deformation of the damper member (10) when the deformation amount X increases. Point a in FIG. 6A corresponds to state (a) in FIG. 6B, and point b in FIG. 6A corresponds to state (b) in FIG. 6B. The point c in FIG. 6 (A) corresponds to the state (c) in FIG. 6 (B), and the point d in FIG. 6 (A) corresponds to the state (d) in FIG. 6 (B). The point e in FIG. 6 (A) corresponds to the state (e) in FIG. 6 (B), and the point f in FIG. 6 (A) is the state (f) in FIG. 6 (B). The point g in FIG. 6 (A) corresponds to the state (g) in FIG. 6 (B). Further, the damper member (10) is buckled at two places, and the two places to be buckled are referred to as a buckling portion O and a buckling portion Q, respectively.
図６(Ａ)に示すように、ダンパー部材(10)の変形量Ｘは、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐが降伏耐力dＰｙに達するまで、線形に変化する。この時のダンパー部材(10)の状態は図６(Ｂ)中の(ａ)に示す状態となっている。降伏耐力dＰｙ以下の圧縮力がダンパー部材(10)に作用する時、該ダンパー部材(10)では弾性変形のみが起こっている。 As shown in FIG. 6 (A), deformation X of the damper member (10) until the compressive force P acting on the damper member (10) reaches the yield strength d P y, it varies linearly. The state of the damper member (10) at this time is the state shown in (a) of FIG. When the following compression yield strength d P y acts on the damper member (10), only the damper member (10) in the elastic deformation is occurring.
更にダンパー部材(10)の弾性変形が進み、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐが降伏耐力dＰｙを超えると、図６(Ｂ)中の状態(ｂ)に示すように、ダンパー部材(10)は２箇所の座屈部を伴って塑性変形を生じている。ダンパー部材(10)の変形量Ｘに対して、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は非線形に増加している。 Furthermore the elastic deformation of the damper member (10) advances, the compressive force P acting on the damper member (10) exceeds the yield strength d P y, as shown in state (b) in FIG. 6 (B), the damper The member (10) is plastically deformed with two buckling portions. The compressive force acting on the damper member (10) increases nonlinearly with respect to the deformation amount X of the damper member (10).
ダンパー部材(10)に作用する圧縮力がdＰｍaxに達すると、図６(Ｂ)中の状態(ｃ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｏで座屈が急激に進行する。更に、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの変形が進むと、図６(Ｂ)中の状態(ｄ)に示す如く、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの内壁どうしが接触する。ここで、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏが急激に座屈変形している間は、該ダンパー部材(10)に作用する圧縮応力は低下するが、内壁どうしが接触して、座屈部Ｏの座屈変形が進展しなくなった後は、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は増加する。 When the compressive force acting on the damper member (10) reaches d P max , as shown in the state (c) in FIG. 6 (B), buckling suddenly occurs at the buckling portion O of the damper member (10). Proceed to. Further, when the deformation of the buckled portion O of the damper member (10) proceeds, the inner walls of the buckled portion O of the damper member (10) come into contact with each other as shown in the state (d) in FIG. Here, while the buckling portion O of the damper member (10) is suddenly buckled and deformed, the compressive stress acting on the damper member (10) is reduced, but the inner walls are in contact with each other to buckle. After the buckling deformation of the portion O does not progress, the compressive force acting on the damper member (10) increases.
次に、ダンパー部材(10)の圧縮変形が更に進行すると、図６(Ｂ)中の状態(ｅ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑで塑性変形が進む。ダンパー部材(10)の圧縮力が再びdＰｍaxに達すると、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑが急激に座屈変形することによって、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力の低下は、図６(Ｂ)中の状態(ｆ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑの内壁が接触するまで続く。 Next, when the compression deformation of the damper member (10) further proceeds, the plastic deformation proceeds at the buckled portion Q of the damper member (10) as shown in the state (e) in FIG. 6 (B). When the compression force of the damper member (10) reaches d P max again, the buckling portion Q of the damper member (10) suddenly buckles and deforms, thereby reducing the compression force acting on the damper member (10). As shown in the state (f) in FIG. 6 (B), this continues until the inner wall of the buckling portion Q of the damper member (10) contacts.
更にダンパー部材(10)の圧縮変形が進行すると、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は増大し、ダンパー部材(10)の圧縮変形が進む。そして、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの外側面と座屈部Ｑの外側面とが接触するまでダンパー部材(10)の圧縮変形が進行すると、図６(Ｂ)中の状態(ｇ)に示すように、ダンパー部材(10)の圧縮変形は殆ど進行しなくなる。即ち、この時の圧縮変形量がダンパー部材(10)を使用できる限界値Ｘｍａｘであり、変形量Ｘが限界値Ｘｍａｘ以下であれば、ダンパー部材(10)の変形により、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力を最大圧縮耐力dＰｍax以下に抑えることが可能である。即ち、アンカーボルト(20)に作用する力を弾性限界以内に留めることが可能である。 Further, when the compression deformation of the damper member (10) proceeds, the compression force acting on the damper member (10) increases, and the compression deformation of the damper member (10) proceeds. Then, when the compression deformation of the damper member (10) proceeds until the outer surface of the buckling portion O of the damper member (10) contacts the outer surface of the buckling portion Q, the state (g) in FIG. ), The compression deformation of the damper member (10) hardly proceeds. That is, the amount of compressive deformation at this time is a limit value Xmax at which the damper member (10) can be used. If the amount of deformation X is equal to or less than the limit value Xmax , the damper member (10) is deformed by the deformation of the damper member (10). ) Can be suppressed to a maximum compressive strength d P max or less. That is, the force acting on the anchor bolt (20) can be kept within the elastic limit.
以上のエネルギー吸収機構の説明では、ダンパー部材(10)の２箇所に局部座屈が発生する場合について述べたが、ダンパー部材(10)の軸方向の長さに応じて、局部座屈が1箇所で発生する場合、或いは局部座屈が３箇所以上で発生する場合もある。この様な場合においても、ダンパー部材(10)は同様にエネルギー吸収による制振機能を発揮する。 In the above description of the energy absorbing mechanism, the case where local buckling occurs at two locations of the damper member (10) has been described. However, depending on the length of the damper member (10) in the axial direction, the local buckling is 1 In some cases, local buckling may occur at three or more locations. Even in such a case, the damper member (10) similarly exhibits a damping function by energy absorption.
次に、本発明の制振構造に繰り返し振動を加えたときのダンパー部材(10)に生じる変形の特性を、図７によって説明する。ここで、ダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントをＭとする。また、ダンパー部材(10)の変形量は、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)が回転したときの鉛直上方に対する回転角θに近似して表わす。 Next, the characteristic of the deformation that occurs in the damper member (10) when a vibration is repeatedly applied to the damping structure of the present invention will be described with reference to FIG. Here, M is a bending moment acting on the damper member (10). Further, the amount of deformation of the damper member (10) is expressed by approximating the rotation angle θ with respect to the vertically upward direction when the base plate (40) and the steel frame (41) are rotated.
図７において、曲げモーメントＭ及び回転角θは断面図と平行な平面に対して反時計回りを正方向とし、鉄骨(41)の左側に位置するダンパー部材を第１ダンパー部材(10a)、鉄骨(41)の右側に位置するダンパー部材を第２ダンパー部材(10b)とする。 In FIG. 7, the bending moment M and the rotation angle θ are positive in the counterclockwise direction with respect to the plane parallel to the cross-sectional view, and the damper member located on the left side of the steel frame (41) is the first damper member (10a), the steel frame. Let the damper member located on the right side of (41) be the second damper member (10b).
図７(Ａ)は本発明の制振構造の初期状態を示している。該制振構造にダンパー部材(10)に正方向の曲げモーメントが作用すると、図７(Ｂ)に示すように、第１ダンパー部材(10a)に圧縮力が作用して第１ダンパー部材(10a)が座屈変形する。ここで、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の回転はベースプレート(40)の端部を中心とするので、第２ダンパー部材(10b)は殆ど変形しない。 FIG. 7A shows an initial state of the vibration damping structure of the present invention. When a positive bending moment acts on the damper member (10) in the damping structure, as shown in FIG. 7 (B), a compressive force acts on the first damper member (10a) and the first damper member (10a). ) Buckles. Here, since the rotation of the base plate (40) and the steel frame (41) is centered on the end of the base plate (40), the second damper member (10b) is hardly deformed.
次に、図７(Ｃ)に示すように、ダンパー部材(10)に負方向の曲げモーメントが作用すると、第１ダンパー部材(10a)には引張力が作用するために座屈変形していた第１ダンパー部材(10a)は伸張する。そして、図７(Ｄ)に示すようにベースプレート(40)が反転すると、第１ダンパー部材(10a)は殆ど元の状態に戻り、第２ダンパー部材(10b)には圧縮力が作用して第２ダンパー部材(10b)が座屈変形する。又、制振構造に作用する曲げモーメントが繰り返し向きを変えることによって、第１ダンパー部材(10a)及び第２ダンパー部材(10b)は圧縮方向の変形(座屈変形を含む)と引張方向の変形を繰り返す。
Next, as shown in FIG. 7C, when a negative bending moment is applied to the damper member (10), the first damper member (10a) is buckled and deformed due to the tensile force. The first damper member (10a) extends. As shown in FIG. 7D, when the
地震発生時には、図７に示す如く、ダンパー部材(10)が圧縮方向の変形と引張方向の変形を交互に繰り返すことによって、ダンパー部材(10)が地震による振動エネルギーを吸収し、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の変形を弾性限界内に収めることを可能としている。 When an earthquake occurs, as shown in FIG. 7, the damper member (10) alternately repeats the deformation in the compression direction and the deformation in the tensile direction, so that the damper member (10) absorbs vibration energy due to the earthquake and the anchor bolt (20 ), The deformation of the base plate (40) and the steel frame (41) can be kept within the elastic limit.
図７に示す、ダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭと回転角θの関係は、図８(ａ)に示すグラフで表わされる。図８(ａ)中のグラフ上の点Ａは図７(Ａ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｂは図７(Ｂ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｃは図７(Ｃ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｄは図７(Ｄ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示している。
The relationship between the bending moment M acting on the damper member (10) and the rotation angle θ shown in FIG. 7 is represented by the graph shown in FIG. A point A on the graph in FIG. 8A shows the bending moment M and the rotation angle θ acting on the
図８(Ａ)のグラフはヒステリシス曲線を描き、該ヒステリシス曲線が包囲する領域の面積が吸収したエネルギー量に対応することから、ダンパー部材(10)の繰り返し変形により、ダンパー部材(10)が多くの振動エネルギーを吸収し、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の振動を最小限に抑えることが可能であることがわかる。 The graph of FIG. 8 (A) draws a hysteresis curve, and the area surrounded by the hysteresis curve corresponds to the amount of energy absorbed, so that the damper member (10) has many damper members (10) due to repeated deformation. It can be seen that the vibration energy of the anchor bolt (20), the base plate (40) and the steel frame (41) can be minimized.
又、図８(Ｂ)に示す如く、ダンパー部材(10)に２周期の振動が作用すると、ダンパー部材(10)の耐力が低下することによって、回転角θの変位量は増大するが、該回転角θの変位量の増大に伴い、ヒステリシス曲線が包囲する領域の面積が大きくなることから、ダンパー部材(10)は更に多くの振動エネルギーを吸収していることがわかる。 Further, as shown in FIG. 8B, when two cycles of vibrations act on the damper member (10), the proof stress of the damper member (10) decreases, and the displacement amount of the rotation angle θ increases. As the amount of displacement of the rotation angle θ increases, the area of the region surrounded by the hysteresis curve increases, indicating that the damper member (10) absorbs more vibration energy.
ここで、本発明の制振構造の具体的構成において、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されていない場合と、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されている場合について、図９を用いて説明する。 Here, in the specific configuration of the vibration damping structure of the present invention, when the damper member (10) is not fixed to the nut (30) and the base plate (40), the damper member (10) is the nut (30) and the base plate. The case of being fixed to (40) will be described with reference to FIG.
ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されていない場合は、ダンパー部材(10)に引張力が作用しないため、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用した時にダンパー部材(10)は振動エネルギーを吸収することが出来ない。そのため、図９(Ａ)に示すように、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフは原点を通過する曲線を示す。又、図９(Ａ)において、２周期目の振動の時は回転角の変位量は大きくなるものの、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、１周期目での曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲う面積と殆ど同等である。 When the damper member (10) is not fixed to the nut (30) and the base plate (40), since the tensile force does not act on the damper member (10), the damper member when the compressive force acts on the anchor bolt (20) (10) cannot absorb vibration energy. Therefore, as shown in FIG. 9A, the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ shows a curve passing through the origin. Further, in FIG. 9A, although the displacement amount of the rotation angle becomes large during the vibration of the second period, the area surrounded by the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ is the area in the first period. The area enclosed by the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ is almost the same.
一方、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されている場合は、ダンパー部材(10)に引張力が作用するため、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用した時もダンパー部材(10)は振動エネルギーを吸収することが出来る。そのため、図９(Ｂ)に示すように、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフは原点を通過しないヒステリシス曲線を示す。又、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、図９(Ａ)における曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積に比べて大きい。更に、図９(Ｂ)において、２周期目の振動の時は回転角の変位量は大きくなり、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、１周期目での曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積に比べて大きくなる。 On the other hand, when the damper member (10) is fixed to the nut (30) and the base plate (40), a tensile force acts on the damper member (10), so when a compressive force acts on the anchor bolt (20). The damper member (10) can absorb vibration energy. Therefore, as shown in FIG. 9B, the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ shows a hysteresis curve that does not pass through the origin. Further, the area surrounded by the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ is larger than the area surrounded by the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ in FIG. Further, in FIG. 9B, when the vibration is in the second period, the amount of displacement of the rotation angle is large, and the area enclosed by the graph showing the relationship between the bending moment M and the rotation angle θ is the bending in the first period. This is larger than the area surrounded by the graph indicating the relationship between the moment M and the rotation angle θ.
上述のグラフは、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されることによって、ダンパー部材(10)の振動エネルギーの吸収能が増大することを示している。よって、本発明の制振構造では、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されることが必須である。 The above graph shows that the damper member (10) is fixed to the nut (30) and the base plate (40), thereby increasing the vibration energy absorption capacity of the damper member (10). Therefore, in the vibration damping structure of the present invention, it is essential that the damper member (10) is fixed to the nut (30) and the base plate (40).
次に、本発明で採用されるダンパー部材(10)を形成する材料及びダンパー部材(10)の設計方法について説明する。
本発明に係る制振構造では、大規模の地震の際であってもベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)の制振機能を有効にするために、ダンパー部材(10)に使用される材料は、ボルト部材の降伏耐力Ｐｂよりも小さな力で、該ダンパー部材(10)が最大耐力dＰｍaxに至る材料が選ばれる。
Next, a material for forming the damper member (10) employed in the present invention and a method for designing the damper member (10) will be described.
In the damping structure according to the present invention, the material used for the damper member (10) in order to enable the damping function of the base plate (40) and the concrete foundation (50) even in the event of a large-scale earthquake. The material is selected so that the damper member (10) reaches the maximum yield strength d P max with a force smaller than the yield strength P b of the bolt member.
即ち、以下の数式１の条件を満たす材料が、本発明の制振構造におけるダンパー部材(10)に用いられる。
(数１)
dＰｍax＜Ｐｂ
数式１において、ダンパー部材(10)の最大圧縮耐力dＰｍaxはダンパー部材(10)に用いられる材料の特性の他に、ダンパー部材(10)の形状に依存するので、アンカーボルト(20)の降伏点Ｐｂを考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計することが必要である。
That is, a material that satisfies the following
(Equation 1)
d P max <P b
In
ダンパー部材(10)が円筒形の鋼管である仮定すると、ダンパー部材(10)の最大圧縮耐力dＰｍaxは数式２により評価することが可能である(鈴木敏郎、小川利行、加藤征宏、栗本照彦：「軸圧縮を受ける高張力鋼管の強度性状に関する研究」、日本建築学会論文報告集、第３２１号、ｐｐ２８−３７、１９７２)。
(数２)
dＰｍax＝dＰy((０.００１６３Ｅ・ｔ)／(σy・Ｄ)＋０.９２９)
ここで、Ｅは鋼材のヤング係数、ｔはダンパー部材(10)の肉厚、σｙは鋼管の降伏点を表わす。
Assuming that the damper member (10) is a cylindrical steel pipe, the maximum compressive strength d P max of the damper member (10) can be evaluated by Equation 2 (Toshiro Suzuki, Toshiyuki Ogawa, Norihiro Kato, Teruhiko Kurimoto : “Study on strength properties of high-strength steel pipes subjected to axial compression”, Architectural Institute of Japan, No.321, pp 28-37, 1972).
(Equation 2)
d P max = d P y ((0.0000163 · t) / (σ y · D) +0.929)
Here, E represents the Young's modulus of the steel material, t represents the thickness of the damper member (10), and σ y represents the yield point of the steel pipe.
次に、本発明の制振構造を構成するダンパー部材(10)では、その軸方向の長さＬが長いほど、ダンパー部材(10)のエネルギー吸収能は高くなる。
ｎ箇所で座屈が発生するダンパー部材(10)の最大耐力での変形量Ｘｌｉｍｉｔは数式３で得られる。
(数３)
Ｘｌｉｍｉｔ＝Ｌ−３ｔ・ｎ
Next, in the damper member (10) constituting the vibration damping structure of the present invention, the longer the length L in the axial direction, the higher the energy absorption capacity of the damper member (10).
The deformation amount X limit at the maximum proof stress of the damper member (10) where buckling occurs at n points is obtained by Equation 3.
(Equation 3)
X limit = L-3t · n
一般的に、座屈の発生箇所数ｎは、材料に関係なく、ダンパー部材(10)の形状に依存する。本発明の制振構造を構成するダンパー部材(10)の座屈について考えると、座屈が発生する間隔(座屈波長)ｍは、数式４により近似的に算出できる(Stephen P. Timoshenko, James M. Gere:"Theory of Elastic Stability", Mac Graw-Hill Company, New York, 1963)。
(数４)
ｍ＝２ｋ・ｔ[(Ｄ／ｔ)−１]０.５
ここで、ｋは、ダンパー部材(10)に用いられる材料やダンパー部材(10)の開口端部の固定方法などに依存して、１.１≦ｋ≦１.４の範囲で決定される係数である。
In general, the number n of occurrences of buckling depends on the shape of the damper member (10) regardless of the material. Considering the buckling of the damper member (10) constituting the vibration damping structure of the present invention, the interval (buckling wavelength) m at which buckling occurs can be approximately calculated by Equation 4 (Stephen P. Timoshenko, James M. Gere: "Theory of Elastic Stability", Mac Graw-Hill Company, New York, 1963).
(Equation 4)
m = 2k · t [(D / t) -1] 0.5
Here, k is a coefficient determined in the range of 1.1 ≦ k ≦ 1.4 depending on the material used for the damper member (10) and the fixing method of the opening end of the damper member (10). It is.
よって、ダンパー部材(10)の座屈発生箇所数ｎは数式５により得られる。
(数５)
ｎ＝Ｌ／ｍ＝[Ｌ／(２ｋ・ｔ)][ｔ／(Ｄ−ｔ)]０.５
数式３、数式４及び数式５より、塑性変形量Ｘｌｉｍｉｔは数式６のようになる。
(数６)
Ｘｌｉｍｉｔ＝Ｌ−３ｔ・[Ｌ／(２ｋ・ｔ)][ｔ／(Ｄ−ｔ)]０.５
＝Ｌ{１−(３／２ｋ)・[ｔ(Ｄ−ｔ)]−０.５}
Therefore, the number n of buckling occurrence points of the damper member (10) is obtained by Equation 5.
(Equation 5)
n = L / m = [L / (2k · t)] [t / (D−t)] 0.5
From Equation 3, Equation 4, and Equation 5, the plastic deformation amount X limit is represented by
(Equation 6)
X limit = L-3t · [L / (2k · t)] [t / (D−t)] 0.5
= L {1- (3 / 2k) · [t (D−t)] −0.5 }
ダンパー部材(10)の最大耐力での変形量Ｘｌｉｍｉｔは、本発明の制振構造の振動エネルギー吸収能に強く影響するので、ダンパー部材(10)に使用する材料の特性と共に、ダンパー部材(10)の形状の設計が重要である。 The deformation amount X limit at the maximum proof stress of the damper member (10) strongly influences the vibration energy absorption capacity of the vibration damping structure of the present invention. Therefore, along with the characteristics of the material used for the damper member (10), the damper member (10 ) Shape design is important.
本発明の制振構造では、ダンパー部材(10)の局部座屈に伴う耐力の低下を考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計することが出来る。
例えば、ダンパー部材(10)に軟鋼を使用する際に、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが１５以上(Ｄ／ｔ≧１５)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力の５割以上低下する。
In the vibration damping structure of the present invention, the shape of the damper member (10) can be designed in consideration of a decrease in the proof stress accompanying local buckling of the damper member (10).
For example, when mild steel is used for the damper member (10), the ratio D / t of the outer diameter D to the wall thickness t of the damper member (10) is designed to be 15 or more (D / t ≧ 15) The proof stress of the damper member (10) is reduced by 50% or more of the maximum proof stress of the damper member (10).
又、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが７以上且つ１５以下(７≦Ｄ／ｔ≦１５)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力の１〜４割程度低下する。
更に、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが７以下(Ｄ／ｔ≦７)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力とほぼ同等である。
When the damper member (10) is designed so that the ratio D / t of the outer diameter D to the wall thickness t of the damper member (10) is 7 or more and 15 or less (7 ≦ D / t ≦ 15), the yield strength of the damper member (10) Decreases by about 40 to 40% of the maximum proof stress of the damper member (10).
Further, when the ratio D / t of the outer diameter D to the thickness t of the damper member (10) is designed to be 7 or less (D / t ≦ 7), the proof stress of the damper member (10) is the damper member ( It is almost equivalent to the maximum yield strength of 10).
そこで、局部座屈に伴うダンパー部材(10)の耐力の低下を許容出来る範囲を考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計する。 Therefore, the shape of the damper member (10) is designed in consideration of a range in which a reduction in the yield strength of the damper member (10) due to local buckling can be allowed.
又、本発明の制振構造においては、アンカーボルト(20)の損傷を防ぎ、且つ部品交換を容易にするために、ダンパー部材(10)に座屈が発生しても、ダンパー部材(10)の座屈部の内面がアンカーボルト(20)に接触しないようにすることが必要である。 Further, in the vibration damping structure of the present invention, even if buckling occurs in the damper member (10) in order to prevent damage to the anchor bolt (20) and facilitate parts replacement, the damper member (10) It is necessary to prevent the inner surface of the buckled portion from contacting the anchor bolt (20).
そのため、ダンパー部材(10)の内径(Ｄ−２ｔ)がアンカーボルト(20)の外径Ｄよりも十分に大きいことが必須である。例えば、ダンパー部材(10)とボルトとの隙間をダンパー部材(10)の厚さｔ以上とし、或いはダンパー部材(10)の長さＬをダンパー部材(10)に発生する座屈の間隔ｍの整数倍程度とする。これによって、ダンパー部材(10)の座屈部の内面がアンカーボルト(20)に接触しないようにすることが出来る。 Therefore, it is essential that the inner diameter (D-2t) of the damper member (10) is sufficiently larger than the outer diameter D of the anchor bolt (20). For example, the gap between the damper member (10) and the bolt is set to be equal to or greater than the thickness t of the damper member (10), or the length L of the damper member (10) is the spacing m of the buckling generated in the damper member (10). It is about an integer multiple. Thereby, it is possible to prevent the inner surface of the buckled portion of the damper member (10) from coming into contact with the anchor bolt (20).
＜第４実施例＞
本発明に係る制振構造においては、ダンパー部材(10)の周壁に１或いは複数の穿孔を設けることによって、ダンパー部材(10)の座屈波長や座屈位置を調節することが可能である。例えば図１０(Ａ)に示す如く、周壁にスリット孔(80)を形成したダンパー部材(12)を用いてもよい。該ダンパー部材(12)においては、その周壁に軸方向に長い２つのスリット孔(80)(80)が軸方向に並び、図１０(Ｂ)に示す如く軸方向と垂直で且つ互いに直交する４方向にそれぞれ２つのスリット孔(80)(80)が形成されている。この場合、スリット孔(80)が形成された部分を中心に座屈が発生することになる。
<Fourth embodiment>
In the vibration damping structure according to the present invention, it is possible to adjust the buckling wavelength and the buckling position of the damper member (10) by providing one or a plurality of perforations in the peripheral wall of the damper member (10). For example, as shown in FIG. 10A, a damper member (12) having a slit hole (80) in the peripheral wall may be used. In the damper member (12), two slit holes (80), (80) that are long in the axial direction are arranged in the axial direction on the peripheral wall, and perpendicular to the axial direction and orthogonal to each other as shown in FIG. Two slit holes (80) (80) are formed in each direction. In this case, buckling occurs around the portion where the slit hole (80) is formed.
＜第５実施例＞
他の実施の形態としては、図１１(Ａ)に示す如く、周壁に丸孔(81)を形成したダンパー部材(13)を用いてもよい。該ダンパー部材(13)においては、その周壁に２つの丸孔(81)(81)が軸方向に並び、図１１(Ｂ)に示す如く軸方向と垂直な２方向にそれぞれ２つの丸孔(81)(81)が形成されている。この場合、丸孔(81)が形成された部分を中心に座屈が発生することになる。
<Fifth embodiment>
As another embodiment, as shown in FIG. 11A, a damper member (13) in which a round hole (81) is formed in the peripheral wall may be used. In the damper member (13), two round holes (81) (81) are aligned in the axial direction on the peripheral wall, and two round holes (two in each direction perpendicular to the axial direction as shown in FIG. 11B) ( 81) (81) is formed. In this case, buckling occurs around the portion where the round hole (81) is formed.
＜第６実施例＞
上述の実施例では、鉄骨(40)とコンクリート基礎(50)を締結した建造物に本発明の制振構造を実施したが、これに限定されず、例えば、図１２に示す如く、鋼柱(43)に梁(52)を締結した建造物に実施することも可能である。
<Sixth embodiment>
In the embodiment described above, the vibration damping structure of the present invention was applied to the structure in which the steel frame (40) and the concrete foundation (50) were fastened. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. It is also possible to carry out the construction with the beam (52) fastened to 43).
該建造物においては、鋼柱(43)と、該鋼柱(43)に接して設けられたエンドプレート(51)と、エンドプレート(51)に溶接され且つエンドプレート(51)に対して垂直に配置された梁(52)と、エンドプレート(51)の表面から鋼柱(43)へエンドプレート(51)及び鋼柱(43)を厚さ方向に貫通して設けられたボルト(21)と、鋼柱(43)から突出するボルト(21)の先端部に螺合するナット(30)と、ボルト(21)を包囲してナット(30)と鋼柱(43)との間に介在するダンパー部材(10)とが配備されている。そして、ダンパー部材(10)の２つの開口端部の内、一方の開口端部はナット(30)に溶接され、他方の開口端部は鋼柱(43)に溶接されている。 In the building, a steel column (43), an end plate (51) provided in contact with the steel column (43), welded to the end plate (51) and perpendicular to the end plate (51) And a bolt (21) provided through the end plate (51) and the steel column (43) in the thickness direction from the surface of the end plate (51) to the steel column (43). And a nut (30) screwed into the tip of the bolt (21) protruding from the steel column (43), and surrounding the bolt (21) between the nut (30) and the steel column (43) A damper member (10) is provided. Of the two open ends of the damper member (10), one open end is welded to the nut (30), and the other open end is welded to the steel column (43).
この様にしてエンドプレート(51)と鋼柱(43)とが締結され、その締結機構に対してダンパー部材(10)による制振機能が与えられる。 In this way, the end plate (51) and the steel column (43) are fastened, and a damping function by the damper member (10) is given to the fastening mechanism.
＜第７実施例＞
また本発明は、図１３に示す如く垂直の２本の鋼柱(43a)(43b)に水平の２本の梁(52a)(52b)を締結した建造物に実施することが出来る。本実施例では、下方の鋼柱(43a)の端部にエンドプレート(51)が固定されると共に、柱梁接合部パネル(44)の両端部にそれぞれダイヤフラム(53a)(53b)が固定されている。
そして、柱梁接合部パネル(44)のダイヤフラム(53a)(53b)に対して、２本の梁(52a)(52b)が連結されると共に、上方のダイヤフラム(53b)に対して上方の鋼柱(43b)が連結されている。
<Seventh embodiment>
Further, the present invention can be implemented in a building in which two horizontal beams (52a) and (52b) are fastened to two vertical steel columns (43a) and (43b) as shown in FIG. In this embodiment, the end plate (51) is fixed to the end of the lower steel column (43a), and the diaphragms (53a) and (53b) are fixed to both ends of the column-beam joint panel (44), respectively. ing.
The two beams (52a) and (52b) are connected to the diaphragm (53a) and (53b) of the column-beam joint panel (44), and the upper diaphragm (53b) is connected to the upper steel. The pillar (43b) is connected.
更に、エンドプレート(51)と下方のダイヤフラム(53a)とを互いに接合させた状態で、エンドプレート(51)及びダイヤフラム(53a)を貫通するボルト(21)と、ダイヤフラム(53a)から突出するボルト(21)の先端部に螺合するナット(30)とによって、エンドプレート(51)とダイヤフラム(53a)が互いに締結されている。
ここで、ボルト(21)を包囲してナット(30)とダイヤフラム(53a)の間にダンパー部材(10)が介在し、該ダンパー部材(10)の２つの開口端部の内、一方の開口端部はナット(30)と溶接され、他方の開口端部はダイヤフラム(53a)と溶接されている。
Further, in a state where the end plate (51) and the lower diaphragm (53a) are joined to each other, a bolt (21) that penetrates the end plate (51) and the diaphragm (53a), and a bolt that protrudes from the diaphragm (53a) The end plate (51) and the diaphragm (53a) are fastened to each other by a nut (30) threadedly engaged with the tip of (21).
Here, a damper member (10) is interposed between the nut (30) and the diaphragm (53a) so as to surround the bolt (21), and one of the two opening end portions of the damper member (10) is opened. The end is welded to the nut (30), and the other open end is welded to the diaphragm (53a).
この様にしてエンドプレート(51)とダイヤフラム(53a)とが締結され、その締結機構に対してダンパー部材(10)による制振機能が与えられる。 In this way, the end plate (51) and the diaphragm (53a) are fastened, and a damping function by the damper member (10) is given to the fastening mechanism.
(10) ダンパー部材
(11) フランジ座金
(12) ナット／ダンパー合体部材
(13) ダンパー部材
(14) ダンパー部材
(20) アンカーボルト
(21) ボルト
(30) ナット
(31) ナット部
(40)(42) ベースプレート
(42a) 内ねじ
(41) 鉄骨
(43) 鋼柱
(44) 柱梁接合部パネル
(50) コンクリート基礎
(51) エンドプレート
(52) 梁
(53) ダイヤフラム
(61) 第１フランジ部材
(62) 第２フランジ部材
(61a)(31a) 外ねじ
(63) ダブルナット
(63a) 内ねじ
(70)〜(74) 溶接部
(80) スリット孔
(81) 丸孔
(10) Damper member
(11) Flange washer
(12) Nut / damper combined member
(13) Damper member
(14) Damper member
(20) Anchor bolt
(21) Bolt
(30) Nut
(31) Nut
(40) (42) Base plate
(42a) Internal thread
(41) Steel frame
(43) Steel pillar
(44) Beam-column joint panel
(50) Concrete foundation
(51) End plate
(52) Beam
(53) Diaphragm
(61) First flange member
(62) Second flange member
(61a) (31a) External thread
(63) Double nut
(63a) Internal thread
(70)-(74) Welded part
(80) Slit hole
(81) Round hole
Claims (10)
前記ボルト部材を包囲して前記ナット部と前記被締結部材との間に介在する筒状の金属製ダンパー部を具え、該金属製ダンパー部は、その一方の開口端部が前記ナット部に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されると共に、他方の開口端部が前記被締結部材に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されていることを特徴とする制振構造。 A fastening mechanism for fastening a fastened member to the foundation member, the fastening mechanism standing on the foundation member and penetrating the fastened member, and the bolt member protruding from the fastened member In a building composed of a nut portion screwed to the tip of the
A cylindrical metal damper portion surrounding the bolt member and interposed between the nut portion and the fastened member is provided, and the metal damper portion has one open end portion with respect to the nut portion. The bolt member is connected so as not to be able to approach and separate in the longitudinal direction, and the other opening end portion is connected to the member to be fastened so that the bolt member cannot be approached and separated in the longitudinal direction. Vibration suppression structure.
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