JP2011140757A - トラス架構及びトラス架構を備えた構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】トラス架構に振動を低減する制振機能を付与する。
【解決手段】トラス棒材１２は、外径がＤ２の鋼材で所要長に形成され、複数のトラス棒材１２の端部がジョイント部材１４で接合されている。トラス棒材１２とジョイント部材１４の組み合わせでトラスが構成される。ジョイント部材１４は、表面に複数の挿入穴１６が設けられた鋼製の球体であり、挿入穴１６の大きさは内径がＤ１、深さがＨ１とされている。定常状態におけるトラス棒材１２の先端は、挿入穴１６の深さＨ１のほぼ半分の深さまで挿入されている。これにより、挿入穴１６の中でトラス棒材１２の先端が、定常状態における位置からＨ１／２の範囲で移動可能とされている。挿入穴１６の中には粘弾性体１８が充填され、粘弾性体１８が挿入穴１６の内壁、及びトラス棒材１２の周壁と接する部分は、粘弾性体１８と挿入穴１６の内壁及びトラス棒材１２の周壁が粘着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トラス架構及びトラス架構を備えた構造物に関する。

トラス架構は、軽量化が図れて大スパン空間を実現できるため、構造物の構造部材として広く利用されている。このとき、トラス架構には、構造部材としての強度確保に加え、地震時や生活活動に伴う振動を低減する制振機能が期待されている。

そこで、トラス架構で振動を低減する制振装置が提案されている（特許文献１）。
特許文献１によれば、図６に示すように、制振装置８０は、剛体からなる球体８２と、球体８２の周囲に形成されたトラス架構８４を有している。なお、図６には、トラス架構８４の一部が図示されている。

トラス架構８４は、球体８２の表面に直交して形成された第１の制振要素８６と、制振要素８６の端部に設けられたジョイント部材（節点）８８と、節点８８に接合されトラス状に形成された第２の制振要素９０とで構成されている。ここに、制振要素８６、９０は棒材とされ、それぞれの、両端間の一定部分には図示しないエネルギー吸収部が設けられている。

これにより、外力によるエネルギーが加えられ、制振要素８６、９０の両端間に相対変位が生じた際に、エネルギー吸収部が相対変位に対して抵抗し、加えられたエネルギーを吸収する。これにより、制振要素８６、９０で振動が低減される。しかし、エネルギー吸収部の具体的な構成は開示されていない。

特開平１１−３２５１７２号公報

本発明は、上記事実に鑑み、トラス架構に振動を低減する制振機能を付与することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るトラス架構は、棒材と、前記棒材の端部が移動可能に挿入される挿入穴が複数設けられ、挿入された前記棒材を接合してトラス構造とするジョイント部材と、前記挿入穴に充填され、前記棒材から前記ジョイント部材へ伝達される外力によるエネルギーを吸収する粘弾性体と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、棒材とジョイント部材でトラス架構が構成され、棒材の端部が挿入されたジョイント部材の挿入穴には、粘弾性体が充填されている。
これにより、トラス架構に外力によるエネルギーが加えられ、棒材からジョイント部材へエネルギーが伝達されたとき、挿入穴の中を棒材の端部が移動し、挿入穴に充填された粘弾性体によりエネルギーが吸収される。
この結果、トラス架構に振動を低減する制振機能を付与することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトラス架構において、前記粘弾性体は、圧縮変形、引張変形を繰返して外力による前記エネルギーを吸収し、前記棒材の端部を前記挿入穴の中立位置に復帰させることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、粘弾性体は、棒材がジョイント部材に圧縮力を及ぼす時は圧縮変形されて圧縮力に抵抗し、棒材がジョイント部材に引張力を及ぼす時は、引張変形されて引張力に抵抗する。
そして、この圧縮変形、引張変形を繰返して外力によるエネルギーを吸収し、棒材の端部を、外力が加えられる前の位置である、挿入穴の中立位置に復帰させる。これにより、トラス架構の振動が低減する。

請求項３に記載の発明に係る構造物は、請求項１、又は請求項２に記載のトラス架構を備えている。
これにより、外力によるエネルギーをトラス架構が吸収する構造物を提供できる。

本発明は、上記構成としてあるので、振動を低減するトラス架構、及びトラス架構備えた構造物を提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係るトラス架構の基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るトラス架構のトラス棒材とジョイント部材の相対変位を示す図である。 従来のトラス架構のエネルギー吸収のしくみを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るトラス架構のエネルギー吸収のしくみを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る建物の基本構成を示す図である。 従来例の制振機能を備えたトラス架構の基本構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係るトラス架構１０は、軸力を受けるトラス棒材１２を有している。トラス棒材１２は、外径がＤ２の鋼材で所要長に形成され、複数のトラス棒材１２の端部がジョイント部材１４で接合されている。トラス棒材１２とジョイント部材１４の組み合わせでトラスが構成される。

ジョイント部材１４は、表面に複数の挿入穴１６が設けられた鋼製の球体であり、挿入穴１６の大きさは内径がＤ１、深さがＨ１とされている。挿入穴１６の内径Ｄ１はトラス棒材１２の外形Ｄ２より大きく、トラス棒材１２の端部が挿入されたとき、挿入穴１６の内壁とトラス棒材１２の周壁の間には隙間δが生じている。

また、トラス棒材１２に軸力が作用していない定常状態において、トラス棒材１２の先端は深さＨ２まで挿入されている。トラス棒材１２が挿入された深さＨ２は、挿入穴１６の深さＨ１のほぼ半分の深さであり、トラス棒材１２の先端は、この定常状態における位置を基準に、挿入穴１６の中を軸線Ｘの方向にＨ１／２の範囲で移動（振動）可能とされている。

挿入穴１６の中には粘弾性体１８が充填され、粘弾性体１８が挿入穴１６の内壁と接する部分、及び粘弾性体１８がトラス棒材１２の周壁と接する部分は、粘弾性体１８が挿入穴１６の内壁及びトラス棒材１２の周壁に粘着されている。

この構成により、トラス棒材１２が外力により振動を生じたとき、トラス棒材１２の先端と挿入穴１６の相対移動に対応して粘弾性体１８が変形される。粘弾性体１８を変形させることでエネルギーが消費されるため、トラス棒材１２の先端と挿入穴１６の相対移動が抑制される。

具体的には、図２（Ａ）に示すように、トラス棒材１２に外力によるエネルギーが加えられ、トラス棒材１２がジョイント部材１４の挿入穴１６から抜け出る方向（矢印Ｐ１）に移動しようとしたとき、引張変形された粘弾性体１８が相対移動に抵抗し、トラス棒材１２がジョイント部材１４から抜け出るのを抑制する。

一方、図２（Ｂ）に示すように、トラス棒材１２に外力によるエネルギーが加えられ、トラス棒材１２がジョイント部材１４の挿入穴１６の奥へ入り込む方向（矢印Ｐ２）に移動しようとしたとき、圧縮変形された粘弾性体１８が相対移動に抵抗し、トラス棒材１２がジョイント部材１４の奥へ入り込むのを抑制する。

このように、粘弾性体１８が圧縮変形、引張変形を繰返して外力によるエネルギーを吸収し、トラス棒材１２の端部を、外力が加えられる前の位置である、挿入穴１６の中立位置（図１（Ａ））に復帰させる。これにより、トラス架構１０の振動が低減される。

次に、粘弾性体でエネルギーが吸収される仕組みについて説明する。
図３に、複数のトラス棒材１２とジョイント部材２０〜２５で構築された一般的なトラスをモデル化した、一般トラスモデル３０を示す。

一般トラスモデル３０のジョイント部材２０に作用する外力をＰ、外力Ｐによりジョイント部材２０、２２間のトラス棒材１２に生じる軸力をＮＡとする。また、トラス棒材１２の軸剛性をＫｔとし、トラス棒材１２の軸変形量をδＡ_０とすれば（１）式が成立する。
ＮＡ＝Ｋｔ×δＡ_０・・・（１）

一方、図４に示すように、粘弾性体１８を組み込んだトラスをモデル化した粘弾性体モデル３２は、基本的なトラス構成は一般トラスモデル３０と同じであるが、トラス棒材１２の両端とジョイント部２０〜２５の間に粘弾性体１８が設けられている。

粘弾性体モデル３２のジョイント部材２０に作用する外力をＰ、外力Ｐによりジョイント部材２０、２２間のトラス棒材１２に生じる軸力をＮＢとする。トラス棒材１２の軸剛性をＫｔとし、粘弾性体１８のトラス棒材１２の軸線方向の剛性をＫｎとする。また、トラス棒材１２の軸変形量をδＢ_０、粘弾性体の軸変形量をδＢ_ｎとすると（２）式が成立する。
ＮＢ＝Ｋｔ×δＢ_０＋Ｋｎ×δＢ_ｎ・・・（２）

ジョイント部材２０、２２間に生じる軸力ＮＡとＮＢは、作用する外力Ｐが等しいため、いずれも大きさが等しく、（１）（２）式から（３）式が成立する。
Ｋｔ×δＢ_０＋Ｋｎ×δＢ_ｎ＝Ｋｔ×δＡ_０・・・（３）

ここで、Ｋｎ×δＢ_ｎ＞０であるから、（３）式は（４）式に変形できる。
Ｋｔ×δＢ_０＜Ｋｔ×δＡ_０・・・（４）
よって、δＢ_０＜δＡ_０となる。

図４におけるトラス棒材１２に作用する軸力をＮＢＢとすれば（５）式が成立する。
ＮＢＢ＝Ｋｔ×δＢ_０・・・（５）
従って、（１）（４）式から、ＮＢＢ＜ＮＡが成立する。
この結果は、粘弾性体１８をトラス棒材１２の両端部に組み込むことで、トラス棒材１２に生じる軸力を減らすことが可能となることを示している。即ち、トラス架構３２に振動を低減する制振機能を付与することができる。

（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態に係る建物５０は、柱５６の間にトラス梁５２、５４が架け渡されている。トラス梁５２、５４は、第１の実施の形態で説明したトラス棒材１２、ジョイント部材１４、及び粘弾性体１８（図示せず）で構成されている。

これにより、トラス棒材１２とジョイント部材１４の相対変位（振動）は、トラス梁５２、５４に設けられた粘弾性体１８で吸収され、外力によるエネルギーをトラス架構が吸収する制振機能を備えた構造物５０を提供できる。

１０ トラス架構
１２ トラス棒材（棒材）
１４ ジョイント部材
１６ 挿入穴
１８ 粘弾性体
５０ 建物（構造物）

Claims (3)

1. 棒材と、
   前記棒材の端部が移動可能に挿入される挿入穴が複数設けられ、挿入された前記棒材を接合してトラス構造とするジョイント部材と、
   前記挿入穴に充填され、前記棒材から前記ジョイント部材へ伝達される外力によるエネルギーを吸収する粘弾性体と、
   を有するトラス架構。
2. 前記粘弾性体は、圧縮変形、引張変形を繰返して外力による前記エネルギーを吸収し、前記棒材の端部を前記挿入穴の中立位置に復帰させる請求項１に記載のトラス架構。
3. 請求項１、又は請求項２に記載のトラス架構を備えた構造物。

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