JP2015143417A - Reinforcement vibration control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木造又は鉄骨構造の中低層建屋の構造枠に取り付けて建屋に耐力・制震機能を付加する補強制震デバイスに関するものである。 The present invention relates to a supplemental compulsory seismic device that is attached to a structural frame of a low-rise building with a wooden structure or a steel structure to add a strength / seismic function to the building.
一般に建屋に装着する主な耐震補強としては、耐力壁、免震基礎、制振装置に大別されるが、これらを建築基準法に準拠して建設された標準的な中小木造住宅に装着した場合を例に強度・コストを比較する。大地震時において耐力壁は破壊されるが倒壊は少なく、耐震コストは並みである。免震基礎は少々の揺れを感じる程度であるが、基礎廻りはやや損壊の危険性があり、平均的な免震コストは非常に高価である。制振装置は建築基準法に未指定で、正式には個別に構造設計を要する場合があり、制震コストは耐震コストに上乗せされるので全体的にやや高価となる。 Generally, the main seismic reinforcements that are installed in buildings are roughly divided into bearing walls, seismic isolation foundations, and vibration control devices, but these are installed in standard small and medium-sized wooden houses constructed in accordance with the Building Standards Act. Compare strength and cost, using cases as an example. In the event of a major earthquake, the bearing wall will be destroyed, but there will be little collapse, and the seismic cost will be the same. The seismic isolation foundation has a slight degree of shaking, but there is a slight risk of damage around the foundation, and the average seismic isolation cost is very high. The vibration control device is not specified in the Building Standards Act and may formally require structural design individually, and the vibration control cost is added to the earthquake resistance cost, so it becomes somewhat expensive overall.
これに対して、本発明者は既に上述の中低層の建屋でも、地震作用力を吸収減衰することの可能な特許文献1に記載の制震デバイスを開発している。
この制震デバイスは、側面視が略Ω形状の低降伏点鋼を加工変形して曲げ変形を卓越させた制震素子と、地震作用力の伝達用の斜材からなり、地震の作用力が制震素子の弾性限界を超えても、さらに安定した履歴型の塑性変形が最大耐力まで進行するため、耐力効果と制震効果を併せ持ち、性能コスト的にも前記耐力壁あるいは制振装置と比較して安価であって、耐震対策上非常に有効である。
On the other hand, the present inventor has already developed a vibration control device described in
This seismic control device is composed of a seismic control element that has been deformed by bending low-yield point steel with an approximately Ω shape in side view and an oblique material for transmitting seismic force. Even if the elastic limit of the damping element is exceeded, more stable hysteretic plastic deformation progresses to the maximum proof stress, so it has both proof stress effect and damped effect. Compared to the bearing wall or vibration control device in terms of performance cost It is inexpensive and very effective for earthquake resistance.
特にこの制震デバイスを装着した建屋の構造枠は、制震性能と耐力性能を同時に合わせ持っている。
すなわち、地震力が建屋構造枠に作用すると、地震作用力の正負交番荷重が制震デバイスの斜材を介して側面視略Ω形状の制震素子に伝わり、制震素子の湾曲部に弾性変形が生じ、弾性限界まで耐力を保持するという耐力性能とともに、制震デバイスがさらに塑性変形に移行すると、その塑性曲げ変形によって制震性能が発揮され地震作用力を効果的に吸収減衰する、両者の相乗効果によって卓越した耐震性能を発揮する。
In particular, the structural frame of a building equipped with this seismic control device has both seismic performance and strength performance.
In other words, when seismic force acts on the building structural frame, positive and negative alternating loads of seismic force are transmitted to the seismic control element that is approximately Ω-shaped in side view through the diagonal material of the seismic control device and elastically deforms to the curved part of the seismic control element When the seismic control device further shifts to plastic deformation, the seismic performance is exhibited by the plastic bending deformation, and the seismic force is effectively absorbed and attenuated. Exhibits outstanding seismic performance through synergistic effects.
しかるに近年、木造あるいは鉄骨構造の中低層の建屋は、構造部材の増強や規模拡大に伴い固定荷重が増すにつれて、建屋の構造枠に作用する地震力が増大し、構造枠に装着した制震デバイスに作用する地震力も大きくなる傾向にある。この点に鑑み建屋の構造枠を模した木造軸組実験構面に従来より大きい繰り返し作用力を加える静的加力実験を行った結果、制震素子の湾曲部に塑性クラックが発生し最終的に損傷したことがあった。これは繰り返し加力によって、制震素子の曲げ部に集中する曲げ応力が耐力限界を超えたことに起因するものである。 However, in recent years, buildings with wooden or steel structures have a seismic control device attached to the structural frame because the seismic force acting on the structural frame of the building increases as the fixed load increases as the structural members increase or scale up. The seismic force acting on the earth also tends to increase. In view of this point, as a result of a static force experiment that applied a larger acting force than the conventional structure to the wooden frame experimental surface simulating the structural frame of the building, a plastic crack occurred in the curved part of the damping element, and the final result Had been damaged. This is because the bending stress concentrated on the bending portion of the vibration control element exceeded the proof stress limit due to repeated application of force.
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、固定荷重の増大した中低層の建屋においても、制震デバイスの取付け個数を増さずに地震振動の減衰性能を維持し、且つ制震素子の保有耐力を向上させて制震素子の曲げ部の破損を防止する補強制震デバイスを提供することを目的とする。 The present invention is for solving such problems, and maintains the damping performance of seismic vibration without increasing the number of seismic devices attached even in a low-rise building with an increased fixed load, and An object of the present invention is to provide a supplemental forced seismic device that improves the holding strength of the damping element and prevents the bending portion of the damping element from being damaged.
本発明の補強制震デバイスにおいては、前記課題を解決するため、弾性限界を超えると塑性変形する帯状低降伏点鋼板で構成された制震素子と、前記制震素子を支持する制震素子支持部とからなり、前記制震素子は、建屋の構造枠に取り付けるための第1の枠取付面部および第2の枠取付面部と、前記第1の枠取付面部の内側端部から立ち上がる第1の立上部と、前記第2の枠取付面部の内側端部から立ち上がる第2の立上部と、前記第1の立上部および第2の立上部間を繋ぎ、前記構造枠から伝達される地震の振動を斜材取付板を介して受ける上辺面部とにより構成されてなり、前記制震素子支持部は、円弧状の第1の側面部と、円弧状の第2の側面部とを備えてなり、前記制震素子の上辺面部と前記第1および第2の立上部に囲まれた空間部に配されるとともに、前記第1の側面部が前記第1の立上部と前記上辺面部とで形成される第1の曲げ部の内側近傍に配され、前記第2の側面部が前記第2の立上部と前記上辺面部とで形成される第2の曲げ部の内側近傍に配されていることを特徴とする補強制震デバイスが提供される。 In the supplementary forced seismic device of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a seismic element composed of a strip-shaped low yield point steel plate that is plastically deformed when the elastic limit is exceeded, and a seismic element supporting the seismic element A first frame mounting surface portion and a second frame mounting surface portion for mounting on a structural frame of a building, and a first rising from an inner end portion of the first frame mounting surface portion. Seismic vibration transmitted from the structural frame connecting the upright part, the second upright part rising from the inner end of the second frame mounting surface part, and the first upright part and the second upright part. And the vibration control element support portion includes an arc-shaped first side surface portion and an arc-shaped second side surface portion. A space surrounded by an upper side surface portion of the damping element and the first and second upright portions And the first side surface portion is disposed in the vicinity of the inside of the first bent portion formed by the first raised portion and the upper side surface portion, and the second side surface portion is the first side portion. A supplemental compulsory seismic device is provided, which is disposed in the vicinity of the inside of a second bent portion formed by two upright portions and the upper side surface portion.
本発明の補強制震デバイスの作用効果を説明する。
本発明の補強制震デバイスは、制震素子の第1および第2の曲げ部の近傍内側に制震素子支持部の円弧状の第1および第2の側面部を備えているので、制震素子に地震力が作用して変形を始めても、第1および第2の側面部により制震素子の第1および第2の曲げ部の変形が抑制され、第1および第2の曲げ部に集中する曲げ応力が抑制・分散される。これは、制震素子の第1または第2の曲げ部に曲げ変形が発生すると、各々近傍に配置された円弧状の第1または第2の側面部に沿って徐々に制震素子の第1または第2の曲げ部が接触変形しながら、円弧状の第1または第2側面部上に載置される。さらに加振によって制震素子の摺動が円滑に続き、制震素子の第1または第2の曲げ部が第1または第2の側面部に密接すると、制震素子の第1または第2の曲げ部の変形はとどまり、制震素子の部材の耐力強度で作用力に耐え、部材の靱性によって塑性変形に移行する。やがて振動の向き(地震波形の向き)の正負が切り替わり、この作用が反復されても発生する応力はその都度十分に分散・軽減され、第1および第2の曲げ部が設定以上に大きく変形することなく地震は終焉をむかえる。
The operation and effect of the supplementary forced vibration device of the present invention will be described.
Since the supplementary compulsory seismic device of the present invention includes the arc-shaped first and second side portions of the damping element support portion inside the vicinity of the first and second bent portions of the damping element, Even if seismic force is applied to the element and the deformation starts, the first and second side surfaces suppress the deformation of the first and second bent portions of the vibration control element and concentrate on the first and second bent portions. Bending stress is suppressed and dispersed. This is because, when bending deformation occurs in the first or second bending portion of the damping element, the first damping element is gradually moved along the arc-shaped first or second side face portion disposed in the vicinity thereof. Alternatively, the second bent portion is placed on the arc-shaped first or second side portion while being deformed in contact. Further, when the vibration control element continues to slide smoothly by the excitation, and the first or second bent portion of the vibration control element is in close contact with the first or second side surface portion, the first or second vibration control element. The deformation of the bent portion is limited, and it withstands the acting force with the proof strength of the member of the damping element, and shifts to plastic deformation due to the toughness of the member. Eventually, the direction of the vibration (the direction of the seismic waveform) switches between positive and negative, and even if this action is repeated, the stress that is generated is sufficiently dispersed and reduced each time, and the first and second bending parts are greatly deformed beyond the setting. The earthquake will end without any problems.
すなわち、本発明の補強制震デバイスは、上記の作用によって第1および第2の曲げ部に発生する曲げ応力が第1及び第2の側面部によって十分に抑制・分散されるとともに、第1および第2の曲げ部が大きく変形することなくほぼ湾曲状態を維持したまま制震素子の摺動が円滑に進行する。結果、制震素子の保有耐力性能が向上し、塑性クラックの発生による損壊が防止されるともに、地震エネルギーを良く吸収減衰する制震性能も発揮されることとなる。 That is, in the supplementary forced seismic device of the present invention, the bending stress generated in the first and second bent portions by the above action is sufficiently suppressed and dispersed by the first and second side portions, and the first and second The sliding of the seismic control element proceeds smoothly while maintaining the substantially curved state without greatly deforming the second bent portion. As a result, the possession strength performance of the seismic control element is improved, the damage due to the occurrence of plastic cracks is prevented, and the seismic performance that absorbs and attenuates seismic energy well is exhibited.
図1、図2は何れも本発明に係る制震デバイス1と建屋の耐力制震構造枠2(以下、単に構造枠2と称す)とのレイアウト例を示す図である。中低層建屋の壁体は木造軸組構造あるいは鉄骨構造であって、主柱等の柱材3と、梁や土台等の横材4とからなる矩形の構造枠2で構成されている。そして、構造枠2は、柱材3のほぼ中間位置に制震デバイス1が配設されている。なお、本実施形態の構造枠2は、木造軸組構造としたが、木質枠組構造・木質2×4構造や鉄骨構造等にも同様に利用可能である。さらに、構造枠2では制震デバイス1を柱材3に配設しているが、上下の横材4の中央にも同様の方法で装着し、斜材取付板8から斜材6をV字状に配設した上、その自由端を固定金具5によって柱材3に螺設することも可能である。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing examples of layouts of the
また、構造枠2は、その四隅あるいは四隅に近い場所に各々固定金具5が固定されており、各々固定金具5に斜材6が取り付けられている。そして、この上隅側(梁側)および下隅側(土台側)の固定金具5に各々固定された斜材6は、構造枠2内において、上下2段のX状になるように交差して制震デバイス1に高力ボルトとワッシャー・ナットで緊結される。
Further, the structural frame 2 has fixed
図3は、本発明に係る制震デバイス1の第1実施形態を示す断面構成図である。制震デバイス1は、低降伏点鋼からなる帯状鋼板で構成された制震素子7と、斜材6を支持する斜材取付板8と、制震素子7を支持する制震素子支持部9とにより構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram showing the first embodiment of the
制震素子7は、柱材3に取り付けるための第1の枠取付面部10aおよび第2の枠取付面部10bと、第1の枠取付面10aの内側端部(制震素子支持部9側の端部)から立ち上がるS字状の第1の立上部11aと、第2の枠取付面10bの内側端部(制震素子支持部9側の端部)から立ち上がる逆S字状の第2の立上部11bと、第1および第2の立上部11a、11b間を繋ぎ、構造枠2からの地震震動を斜材6および斜材取付板8を介して受ける上辺面部12とにより側面視で略Ω形状に構成されている。そして、制震素子7の第1および第2の枠取付面部10a、10bは、その下面に一体的に溶着された鋼板製ベース板13を介して柱材3に角ビットビス等で緊結される。
The
また、斜材取付板8は、矩形平板状の鋼板からなり、制震素子の上辺面部12の上面長手中心線上の長手方向に直角に立ち上がり、予め一体的に固定されている。そして、斜材取付板8の両面を挟むようにして斜材6が高力ボルト・ワッシャーおよびナットで緊結される。
Further, the diagonal
制震素子支持部9は、制震素子7の上辺面部12と第1および第2の立上部11a、11bに囲まれた空間部14(左右の空間部14)が配されている。そして、この制震素子支持部9は、円筒形の鋼管からなる第1および第2の制震素子支持部9a、9bにより構成され、ベース部材13に溶接等により固定されている。ここで、第1の制震素子支持部9aは、円弧状の第1の側面部15が制震素子7の第1の立上部11aと上辺面部12とで形成される第1の曲げ部16aの内側近傍に配され、第2の制震素子支持部9bも円弧状の第2の側面部17が制震素子7の立上部11bと上面部12とで形成される第2の曲げ部16bの内側近傍に配されている。さらに、第1および第2の制震素子支持部9a、9bは、第1および第2の上辺面支持面部18a、18bとを有し、この第1及び第2の上辺面支持面部18a、18bが上辺面部12の内側と接触している状態にある。
The damping
図4は、本発明に係る補強制震デバイスの第1実施形態に応力を与えた状態を示す図である。構造枠2に対して水平方向に地震力Tが作用すると、制震素子7の上辺面部12には、図1に示すように、上下2段のX状になるように交差する斜材6を介して斜材取付板8から垂直分力V1、V2、V1’、V2’、水平分力H1、H2、H1’、H2’が作用する。この際、垂直分力V1、V1’及びV2、V2’は互いに相殺されるため、制震素子7の上辺面部12には、水平分力H1、H2、H1’、H2’が作用する。本補強制震デバイス1の制震素子7は、低降伏点鋼によって側面視で略Ω形状に構成されている。制震素子7の第1または第2の曲げ部16a、16bがこれを受けて弾性変形が発生し、弾性限界耐力まで粘る。これが本耐力制震デバイスの保有耐力であって、やがて降伏点に達すると制震素子7は塑性曲げ変形に移行しつつ変形だけが伸長して、地震エネルギーを吸収する。これが制震性能である。このとき制震素子7の第1および第2の曲げ部16a、16bには、特に曲げ応力が集中する。
FIG. 4 is a view showing a state in which stress is applied to the first embodiment of the supplementary forced earthquake device according to the present invention. When the seismic force T acts on the structural frame 2 in the horizontal direction, as shown in FIG. 1, the
ここで、制震デバイス1は、第1の制震素子支持部9aの円弧状の側面部15を制震素子7の第1の曲げ部16aの内側近傍に、第2の制震素子9bの円弧状の側面部17を制震素子7の第2の曲げ部16bの内側近傍に備えているために、第1の曲げ部16aは、制震素子7の上辺面部12に水平分力H1が加わり、変形が弾性限界を超えて塑性曲げ変形を始めると、図4(a)に示すように、制震素子7は第1の制震素子支持部9aの円弧状の第1の側面部15に沿いながら徐々に接触変形し、その円弧状の第1の側面部15に円滑に摺動・支持されていき、左側の空間部14の余裕が無くなるに従い変形の進行が次第に抑制され、曲げ部16aには応力がそれ以上に集中し難い構成となっている。
また同様に第2の曲げ部16bは、制震素子7の上辺面部12に水平分力H2が加わり、変形が弾性限界を超えて塑性曲げ変形を始めても、図4(b)に示すように、第2の制震素子支持部9bの円弧状の第2の側面部17に沿って徐々に接触し、円弧状の第2の側面部17に円滑に摺動・支持されていくため、前記と同様に補強制震デバイス1は、第2の曲げ部16bに応力がそれ以上集中し難い構成となっている。
Here, the
Similarly, even if the
このため本発明の補強制震デバイス1は、第1および第2の曲げ部16a、16bに発生する曲げ応力が十分に分散され抑制・軽減されるとともに、第1および第2の曲げ部16a、16bが大きく変形することなく当初の湾曲に近い状態を維持したまま第1および第2の制震素子支持部9a、9bに支持される。結果、本発明の制震デバイス1は、制震素子7の保有耐力が向上し、クラックの発生による破損を防止することが可能となる。
For this reason, in the supplementary forced
また、第1および第2の制震素子支持部9a、9bは、2個の円筒の鋼管によって構成されてなるために、特定の形状の制震素子7を作成せずとも通常に市販されている鋼管を使用し、この鋼管を制震素子7の空間部14内に収納できるよう剪断して、ベース部材13に溶接固定することで容易に設置することが可能である。結果、第1および第2の制震素子支持部9a、9bは、特許文献1にある既存の制震デバイスにも容易に設置可能となるとともに、特定の形状の加工品も必要なくなり、低コストで補強制震デバイスの製作提供が可能となる。
Further, since the first and second damping
さらに、第1および第2の制震素子支持部9a、9bは、各々上辺面部12を支持する第1および第2の上辺面支持面部18a、18bを有し、これが上辺面部12の内側と接触しているために、制震素子7の上辺面部12に水平分力H1、H2が作用した際に、上辺面12が上辺支持面部18a、18bに円滑に摺動・支持される。結果、制震素子7の保有耐力がより一層向上する。
Furthermore, the first and second vibration control
そして、制震素子7は、低降伏点鋼であるために、予め低降伏点鋼に曲げ加工(曲げ部形成)をしておくことにより、曲げ変形が効率よく行われ、第1及び第2の側面部15、17の抑制のもと、その第1および第2の曲げ部16a、16bの塑性曲げ変形によって効果的に応力(地震応力)を吸収することが可能となる。
And since the damping
図5は、本発明に係る補強制震デバイスの制震素子の他の実施形態を示す断面構成図である。本実施形態の補強制震デバイス1は、制震素子7として側面視が略Ω状に形成されたものを使用したが、図示にある制震素子19のように側面視がハット型に形成されたものであっても対応可能である。
FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram showing another embodiment of the damping element of the supplementary forced earthquake device according to the present invention. In the supplementary compulsory
図6は、本発明に係る補強制震デバイスの制震素子支持部9の他の実施形態を示す断面構成図である。本実施形態の補強制震デバイス1においては、制震素子支持部9として2つの円筒の鋼管からなる第1および第2の制震素子支持部材9a、9bを使用したが、図示にある、断面楕円形状に形成された制震素子支持部20等のように円弧状の第1および第2の側面部21a、21bを有し、その円弧状の側面部21a、21bが制震素子7の第1および第2の曲げ部16a、16bの内側近傍に配置することが可能な形状のものであればいずれの形状であっても対応可能である。
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram showing another embodiment of the vibration control
さらに、本実施形態の補強制震デバイス1は、制震素子7の素材として低降伏点鋼を使用したが弾性限界を超えると塑性変形する素材(例えばZn―Al合金、弾塑性履歴型金属、焼き鈍し鋼等)であれば対応可能である。
Furthermore, the supplementary forced
加えて、本実施形態の補強制震デバイス1は、制震素子7の空間部14において、制震素子支持部9a、9bの上辺面支持面部18a、18bと制震素子7の上辺面部12の内側とを接触させている。ここで、制震素子支持部9a、9bの上辺面支持面部18a、18bと制震素子7の上辺面部12の内側とは接触が好ましいが、5mm前後以下の空隙を設けても、制震素子7に地震作用力が加わり始めると、作用力の水平分力H1、H2による曲げ部16a,16bの初期変形に伴う上辺面部12の変形・摺動によって、前記の空隙は速やかに解消され、上辺面部13を支持する効果を回復することが可能である。このように、準備可能な鋼管によっては、制震素子7の上辺面部12の内側と制震素子支持部9a、9bの上辺面支持面部18a、18bとの間、第1の制震素子支持部9aと第2の制震素子支持部9bとの間に空隙ができる場合がある。この空隙を処理する手段としては、制震素子支持部9a、9bとベース板13との間に制震素子7と干渉しないキャンバー鋼板を配設する、第1の制震素子支持部9aと第2の制震素子支持部9bとの間に鋼板または硬質ゴム等のフィラーを配設するなどがある。
In addition, the supplementary compulsory
1 補強制震デバイス
2 構造枠
7 制震素子
8 斜材支持部
9 制震素子支持部
9a 第1の制震素子支持部
9b 第2の制震素子支持部
11a 第1の立上部
11b 第2の立上部
13 上辺面部
14 空間部
15 第1の側面部
16a 第1の曲げ部
16b 第2の曲げ部
17 第2の側面部
T 作用力
V1 鉛直分力
V2 鉛直分力
H1 水平分力
H2 水平分力
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記制震素子は、
建屋の構造枠に取り付けるための第1の枠取付面部および第2の枠取付面部と、
前記第1の枠取付面部の内側端部から立ち上がる第1の立上部と、
前記第2の枠取付面部の内側端部から立ち上がる第2の立上部と、
前記第1の立上部および第2の立上部間を繋ぎ、前記構造枠から伝達される地震の振動を斜材取付板を介して受ける上辺面部と、
により構成されてなり、
前記制震素子支持部は、
円弧状の第1の側面部と、円弧状の第2の側面部とを備えてなり、
前記制震素子の前記上辺面部と前記第1および第2の立上部に囲まれた空間部に配されるとともに、
前記第1の側面部が前記第1の立上部と前記上辺面部とで形成される第1の曲げ部の内側近傍に配され、
前記第2の側面部が前記第2の立上部と前記上辺面部とで形成される第2の曲げ部の内側近傍に配されている、
ことを特徴とする補強制震デバイス。 It consists of a vibration control element composed of a strip-shaped steel plate that plastically deforms when exceeding the elastic limit, and a vibration control element support part that supports the vibration control element,
The vibration control element is
A first frame mounting surface portion and a second frame mounting surface portion for mounting to the structural frame of the building;
A first rising portion rising from an inner end portion of the first frame mounting surface portion;
A second raised portion rising from an inner end portion of the second frame mounting surface portion;
An upper side surface portion that connects between the first upright portion and the second upright portion, and receives vibration of an earthquake transmitted from the structural frame via an oblique member mounting plate,
Composed of
The vibration control element support part is
An arc-shaped first side surface portion and an arc-shaped second side surface portion;
While being arranged in a space part surrounded by the upper side surface part of the damping element and the first and second upright parts,
The first side surface portion is disposed in the vicinity of the inside of the first bent portion formed by the first rising portion and the upper side surface portion,
The second side surface portion is disposed in the vicinity of the inside of a second bent portion formed by the second upright portion and the upper side surface portion,
Complementary forced earthquake device characterized by that.
前記上辺面支持面部は、前記上辺面部の内側に接触または近傍に配されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の補強制震デバイス。 The vibration control element support portion includes an upper side surface support surface portion that supports the upper side surface portion,
The supplementary forced vibration device according to any one of claims 1 to 3, wherein the upper side surface support surface portion is disposed in contact with or near the inside of the upper side surface portion.
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