JP2010024682A - 制震間柱の施工方法、制震間柱、及び建築構造物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制震部材の部材高さPは、建築構造物12の階層14をなす上下の梁26A、26Bの内法高さLよりも短い。従って、階層14に層間変形が生じたときに、せん断変形する制震部材20のせん断変形角が階層14の層間変形角よりも大きくなり、制震部材20に引張り力(引張り軸力)が作用する。この引張り軸力により、制震部材20が負担していた初期圧縮軸力が打ち消される。即ち、制震部材20に初期圧縮軸力を負担させても、この初期圧縮軸力が制震部材のせん断変形による引張り軸力によって打ち消されるため、制震部材20の振動エネルギー吸収性能が低下しない。
【選択図】図1
Description
但し、W :設計高さ比、
θR:設計層間変形角
である。
前記圧縮ひずみεが、前記フランジ鋼板の降伏ひずみの2倍である。
但し、W :設計高さ比、
ε :建築構造物の最上階層を構築したときにパネル部材が負担する初期圧縮軸力によって生じるパネル部材の圧縮ひずみ、
θR:設計層間変形角
である。
なお、上側連結部材16、下側連結部材18は、梁26A、26Bと一体的に形成しても良いし、上側連結部材16、下側連結部材18を貫通するボルトやPC鋼棒等で、梁26、28と剛結しても良い。
なお、内法高さLは、建築構造物12の最上階層を構築したときに生じる柱22の軸変形、梁26Aのたわみ変形等を考慮した高さである。
ここで、δh:層間変形量、θL:層間変形角、θp:制震部材のせん断変形角である。なお、式(2)、式(3)では、柱22、梁26A、26B、上側連結部材16、及び下側連結部材18を剛体とみなし、これらの柱22、梁26A、26B、上側連結部材16、下側連結部材18の軸変形、曲げ変形を考慮していない。更に、層間変形角θL、せん断変形θpが充分小さいため、sinθ≒θ、及びcosθ≒1の近似を用いている。
ここで、E:制震パネルのヤング係数、A:制震パネルの断面積である。また、引張ひずみεGと層間変形角θLとの関係を図5に示す。なお、図5では、L=424.5mm、P=80mmとしている。
この場合、4階の階層14(基準階層)を構築した後に(即ち、3階層分の施工作業を残した時点で)、1階〜4階の各階層14に、制震部材20に圧縮軸力を伝達可能に接合することができる。即ち、1階〜4階の各階層14に接合された制震部材20には、4階の階層14を構築した後に建てられる3階分(=7階−4階)の階層14の躯体荷重による圧縮軸力(初期圧縮軸力)を負担することになる。このように1階〜4階の各階層14は、4階の階層14を構築したときに初期圧縮軸力が設計圧縮軸力以下となるため、建築構造物12の最上階層(7階)を構築する前に1階〜4階の各階層14に制震部材20を接合することができる。
なお、本発明では、建築構造物の所定階層を構築したときに、この所定階層以下の階層に接合される制震部材が負担する初期圧縮軸力が、設計圧縮軸力以下となる所定階層を基準階層とする。
なお、初期圧縮軸力は、上記したように所定階層に制震パネルを接合してから当該所定階層の上階層に構築される階層の数等などを施工工程から割り出して算出される。
即ち、再現期間50年期待値に相当する地震、風、及びそれ以上の地震、風に対して、初期圧縮軸力の影響が無い状態で制震パネル30を有効に機能させるためには、設計層間変形角θRを1/300〜1/200程度に設定する必要がある。また、再現期間500年期待値に相当する地震、風、及びそれ以上の地震、風に対して、初期圧縮軸力の影響が無い状態で制震パネル30を有効に機能させるためには、設計層間変形角θRを1/200〜1/50程度に設定する必要がある。
設計層間変形角θRを小さく設定すれば、小さい変形で初期圧縮軸力の影響がなくなり、制震パネル30がその性能が十分に発揮できるが、制震パネル30に導入可能な初期圧縮軸力の値を小さく設定する必要がある。つまり、施工の早い段階で制震パネル30に軸力を伝達可能に接合することができなくなり、施工性の改善効果(工期の短縮)が薄れる。よって、設計層間変形角θRの値は、圧縮軸力の影響が無い状態で制震パネル30が有効に機能し始める外力(地震、風等)の大きさと、施工性の改善効果の条件を総合的に比較して、トレードオフの関係で設定すればよい。
また、梁26が鉄骨造である場合は、制震部材20と同一の形状、断面をした鋼製(490N/mm2級鋼、400N/mm2級鋼等)の連結部材を用いて、制震部材20を上下の梁26に一体的に接合しても良い。
図11(A)〜図11(C)に制震間柱の試験体60(約1/2スケール)の形状、寸法を示す。試験体60は、制震部材66と、鋼板68(SM490、板厚6mm)とを一体的に接合して構成されている。制震部材66は、低降伏点鋼からなる制震パネル62(LY225、板厚3.5mm)と鋼製のフランジ鋼板64(SM490、板厚9mm)から構成されている。この制震パネル62には格子状の補剛リブ70(SM490、板厚3.2mm)が溶接されている。また、試験体60の上部及び下部にはベースレート72がそれぞれ設けられている。なお、図11(C)における符号74は、試験体60を固定するボルト用の孔である。
先ず、図12に示す載荷装置76に試験体60を接合し、柱を模擬して試験体60の左右に配置されたジャッキ78により、制震パネル62に所定の圧縮ひずみ(初期圧縮軸力、表1参照)を発生させた。その後、ジャッキ78のストロークを一定に保持したまま試験体60に水平荷重(矢印K)を与えた。水平荷重は、制震パネル62のせん断変形角制御により行い、制震パネル62(LY225)の降伏せん断変形角γyの0.5、1、2、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、及び55倍の変形角で各サイクル3回の正負繰返し載荷を行った。なお、実測値の降伏せん断変形角γy=1.79×10−3radである。また、図12中のS(図1(A)における内法高さLに相当)は1700mm、制震パネル62の部材高さTは265mmであり、パネル部材高さ比は、53/340(=265mm/1700mm)である。
ケース1〜3により得られた制震パネル62の荷重−変形履歴特性及び測定値を図13〜15、表2に示し、ケース1〜3における累積エネルギーと累積せん断変形角の関係を図16に示す。また、ジャッキ78にセットしたロードセルから検出されるジャッキ78の軸力(柱軸力)の変動とせん断変形角の関係を図17〜19に示す。
12 建築構造物
14 階層
16 上側連結部材
18 下側連結部材
20 制震部材
26 梁(水平部材)
30 制震パネル(パネル部材)
32 フランジ鋼板
50 建築構造物
Claims (10)
- 複数階層からなる建築構造物の階層をなす上下の水平部材の内法高さよりも部材高さが短く且つ前記階層に層間変形が生じたときにせん断変形する制震部材を、
前記建築構造物の最上階層を構築したときに前記制震部材が負担する初期圧縮軸力が設計圧縮軸力以下となる基準階層以下の階層に、前記最上階層を構築する前に圧縮軸力を伝達可能に接合する制震間柱の施工方法。 - 前記基準階層に至るまで、前記制震部材に圧縮軸力を伝達させないように前記制震部材を配置しながら各階層を構築する請求項1に記載の制震間柱の施工方法。
- 前記基準階層の上階層を構築したときに、該上階層に前記制震部材を接合する請求項1又は請求項2に記載の制震間柱の施工方法。
- 低降伏点鋼製の前記パネル部材の左右の端部にはフランジ鋼板が設けられ、
前記圧縮ひずみεが、前記フランジ鋼板の降伏ひずみの2倍である請求項4に記載の制震間柱の施工方法。 - 低降伏点鋼製の前記パネル部材の左右の端部にはフランジ鋼板が設けられ、
前記圧縮ひずみεが、前記パネル部材の降伏ひずみである請求項4に記載の制震間柱の施工方法。 - 前記制震部材が、低降伏点鋼製のパネル部材を備える請求項1〜3の何れか1項に記載の制震間柱の施工方法。
- 複数層からなる建築構造物の階層をなす上の水平部材に設けられる上側連結部材と、
前記階層をなす下の水平部材に設けられる下側連結部材と、
前記上側連結部材と前記下側連結部材とに連結され前記階層に層間変形が生じたときにせん断変形するパネル部材と、
を備え、
上の前記水平部材と下の前記水平部材との内法高さに対する前記パネル部材の部材高さの比(前記パネル部材の部材高さ/前記内法高さ)を式(1)から求められる設計高さ比W以下とする制震間柱。
但し、W :設計高さ比、
ε :建築構造物の最上階層を構築したときにパネル部材が負担する初期圧縮軸力によって生じるパネル部材の圧縮ひずみ、
θR:設計層間変形角
である。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載の制震間柱の施工方法で施工された制震間柱を備える建築構造物。
- 請求項8に記載の制震間柱を有する建築構造物。
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JP2011252755A (ja) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Toshiba Corp | 地震スクラム方法及びその装置 |
JP2017172263A (ja) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 前田建設工業株式会社 | 粘弾性ダンパーの設置方法 |
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JP2006132150A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Taisei Corp | 制震柱とその構築方法 |
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