JP3116824B2 - 梁ダンパ構造 - Google Patents

梁ダンパ構造

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JP3116824B2
JP3116824B2 JP08155436A JP15543696A JP3116824B2 JP 3116824 B2 JP3116824 B2 JP 3116824B2 JP 08155436 A JP08155436 A JP 08155436A JP 15543696 A JP15543696 A JP 15543696A JP 3116824 B2 JP3116824 B2 JP 3116824B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築構造物の振動
低減のため設置する梁ダンパ構造に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】建築構造
物に振動低減を目的として、減衰装置を設置する場合
は、構面内にブレースなどの耐震要素を組み込んで、減
衰装置を取着するのが通例であった。
【0003】図9は、柱梁架構面10内に、ブレース8
を設けその頭部にハニカム形状の弾塑性ダンパー9を取
着して、履歴減衰を狙った構造の図である。弾塑性ダン
パーの代わりにオイルダンパーを用いることも可能であ
るし、両者を併用する構造も開発されている。(例えば
特願平7-179909号)いずれにしても、従来型の減衰付加
を目的とした構造では、次のような問題点があった。
【0004】 必ずブレース或いは耐震壁等、減衰装
置を取り付ける架構面が必要になる。
【0005】従って架構面で建築構造物の空間が仕切ら
れるので、建築計画上の制約を受ける。また既存の建築
構造物への設置は必ずしも可能ではない。
【0006】 柱梁架構面に、ブレースなどの耐震要
素を設け、減衰装置を取着したとしても、減衰装置のあ
る架構面の平面配置が適切でない場合には、建築構造物
に捩じり振動を励起する場合がある。
【0007】本発明は、上記のような問題点を解決し
て、建築計画の自由度を損なうことなく、既存の建築構
造物にも応用でき、しかも捩じり変形から完全に開放さ
れた梁ダンパ構造を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1は、柱1と梁2
で構成されるフレームの、梁2で互いに連結されていな
い柱1間に、上弦材5と下弦材6を有し、該上弦材5と
下弦材6を減衰装置9を介して連結して形成されるダン
パ梁を配設してなることを特徴とした梁ダンパ構造であ
ることを要旨とする。 請求項2は、柱1と梁2で構成さ
れるフレームの、梁2で互いに連結されていない柱1間
に、上弦材5と下弦材6を有し、該上弦材5と下弦材6
を弾塑性ダンパ4を介し連結して形成されるダンパ梁を
配設してなることを特徴とした梁ダンパ構造であること
を要旨とする。 請求項3は、柱1と梁2で構成されるフ
レームの、梁2で互いに連結されていない柱1間に、上
弦材5と下弦材6を有し、該上弦材5と下弦材6をオイ
ルダンパ7をラチスバーとして組み込んでラチス状に形
成されるダンパ梁を配設してなることを特徴とした梁ダ
ンパ構造であることを要旨とする。
【0009】次にその作用に就いて述べる。
【0010】 図2(a)は、鉛直に立設された建築
構造物に水平荷重が作用する状況を、建築構造物を水平
に置き、建築構造物全体を、マクロ的に自重による水平
一様荷重を受ける片持ち梁と見なした場合の図であり、
(b)は横断面図である。柱1と梁2で構成されたフレ
ームは、曲げ変形と剪断変形を受けることになる。この
場合、建築構造物の曲げ剛性は剪断剛性に比べて極めて
大きく、普通の場合は、剪断変形の卓越した構造体とし
てモデル化される。これを数学的に考えれば、2個のば
ね(曲げ剛性と剪断剛性)を直列に連結し全体として合
成された剛性は、殆ど剪断剛性によって決まるものと考
えられる。図3は、柱1と梁2で構成されたフレームの
全体の剛性の数学的モデルを表す図である。
【0011】建築物全体の曲げ剛性KB 建築物全体の剪断剛性KS 全体の合成された剛性KH は、 KH =1/ (1/ KB +1/ KS ) で表される。これに対して、図4(a)は、図2(a)
と同様に、鉛直に立設された建築構造物に水平荷重が作
用する状況を、建築構造物を水平に置き、建築構造物全
体を、マクロ的に自重による水平一様荷重を受ける片持
ち梁と見なした場合の図であるが、(b)は太い実線で
示すように、斜梁を設け、その梁に減衰装置を組み込ん
だダンパ梁を配設した図である。
【0012】図4の場合も図2の場合と同様に、建築構
造物の断面積は変わらず、しかも斜梁は建築構造物の軸
方向に貫通していないので、断面二次モーメントは変わ
らず、従って建築構造物の曲げ剛性KB も変わらない。
【0013】これに対して剪断剛性は、柱と梁で構成さ
れた基本フレームに、ダンパ梁の剪断剛性を並列に付加
した効果を持つ。図5は、柱1と梁2で構成されたフレ
ームに、梁ダンパ構面を付加した場合の全体の剛性の数
学的モデルを表す図である。
【0014】従って 柱と梁で構成された基本フレームの剪断剛性KS1 柱とダンパ梁で構成されるフレームの剪断剛性KS2 全体の合成された剛性KH は、 KH =1/ 〔1/ KB +(1/ (KS1+KS2)〕 で表される。
【0015】このようにして、地震時の水平剪断力の一
部は、ダンパ梁3の接続したフレームが負担する。
【0016】 既にで述べた構造と同様、柱1と梁
2及びダンパ梁3で構成される基本フレームも曲げ剛性
が大きいので、フレーム全体の水平剛性は、剪断剛性に
左右される。 ダンパ梁3は柱梁架構で連結されてい
ない柱間に架設される斜梁となるので、上弦と下弦に挟
持された減衰装置により、構造物全体の捩じり振動を抑
制する。
【0017】図1(a)は、斜めのダンパ梁3を設けた
建築構造物の梁伏図であり、(b)は軸組図である。
(b)図は、梁2で互いに連結されていない柱1間に、
上弦材5と下弦材6を設け、ラチスバーに減衰装置9を
取り付け、上弦材5と下弦材6でラチスを組んだダンパ
梁3の一例である。
【0018】ダンパ梁に設けた減衰装置(例えば弾塑性
ダンパ、オイルダンパ等)は、速度に比例する減衰力を
発揮するのみで、鉛直力のような静的荷重に対しては作
用しない。
【0019】従って、ダンパ梁3は鉛直方向の静的な荷
重を負担することはなく、鉛直方向の静的な荷重は、あ
くまでも柱1と梁2の基本フレームが負担する。ダンパ
梁3の減衰装置9は、建築構造物の水平方向の振動エネ
ルギを吸収する役割を果たす。
【0020】そこで、例えば柱1と梁2の基本フレーム
は、基本フレームとダンパ梁フレームとの、合計の水平
剪断力の約70%を負担し、残り約30%の水平剪断力
をダンパ梁に負担させる。弾塑性ダンパを利用したダン
パ梁にあっては、ダンパ梁がその他の構造部材に先立っ
て降伏するようにしておけばよい。従って基本フレーム
の設計水平剪断力は小さくてよいことになる。弾塑性ダ
ンパの代わりに、オイルダンパを利用しても同様な結果
を得る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。
【0022】図1(a)は、ダンパ梁構面を設けた建築
構造物の梁伏図である。柱1と梁2によって構成される
基本ラーメン構造にダンパ梁3を設けている。(b)は
ダンパ梁構面のA−A視図である。この図の例では、ダ
ンパ梁3は、上弦材5と下弦材6よりなり、減衰装置9
を組み込んだラチスバーをラチス状に組んで形成してい
る。
【0023】従って、ブレースとか耐震壁の場合のよう
に、空間を仕切ることを必要とせず、建築計画の自由度
は損なわれないし、既存の建築構造物にも応用できる。
また、ダンパ梁は斜梁となるので、建築構造物全体の捩
じり振動を抑制する。
【0024】図2(a)は、鉛直に立設された建築構造
物に水平荷重が作用する状況を、建築構造物を水平に置
き、建築構造物全体を、マクロ的に自重による水平一様
荷重を受ける片持ち梁と見なした場合の図であり、
(b)は横断面図である。
【0025】図3は、柱と梁で構成されたフレームの全
体の剛性の数学的モデルを表す図である。
【0026】図4(a)は、図2(a)と同様に、鉛直
に立設された建築構造物に水平荷重が作用する状況を、
建築構造物を水平に置き、建築構造物全体を、マクロ的
に自重による水平一様荷重を受ける片持ち梁と見なした
場合の図であるが、(b)は太い実線で示すように、斜
梁を設け、その梁に減衰装置を組み込んだダンパ梁3を
配設した図である。
【0027】図5は、柱と梁で構成されたフレームに、
ダンパ梁構面を付加した場合の全体の剛性の数学的モデ
ルを表す図である。
【0028】図6は、ダンパ梁3の具体例の一つであ
り、ダンパ梁3の上弦材5と下弦材6の間に弾塑性ダン
パ4を取着して形成した図である。(a)は立面図であ
り、(b)は上面図である。
【0029】弾塑性ダンパ4の降伏レベルをその他の構
造部材に比較して、低めに設定しておけば、弾塑性ダン
パ4の負担剪断力以上の水平剪断力が柱梁の基本フレー
ムに作用することはない。例えば、ダンパ梁柱フレーム
が、設計水平剪断力の約30%を負担し、残りの70%
を基本フレームが負担するように設計する。そしてダン
パ梁柱フレームが負担する水平剪断力で、他の構造部材
に先立って弾塑性ダンパが降伏するように設計しておけ
ばよい。
【0030】図7の(a)は図6(a)のB部の詳細図
であり(b)はそのC−C視図である。
【0031】図8(a)は、弾塑性ダンパの代わりに、
ラチスバーにオイルダンパー7を応用して上弦材5と下
弦材6でラチスを構成した図である。
【0032】(b)は、そのD−D視図である。この場
合も、前述と同様な効果が得られる。
【0033】
【発明の効果】本発明の効果は次の通りである。
【0034】 従来のブレース内設置型減衰装置
べて、建築計画上の制約がなく、適用範囲が極めて広
い。
【0035】 従来の、一か所に配置する減衰装置
は、高耐力、高減衰係数の部材が必要であったが、梁ダ
ンパ構造では、低耐力、低減衰係数の部材を多数個設置
することとなる。このため、単価の低い減衰部材を多量
に用いることができるため、従来の減衰材料を用いたも
のよりも、コスト低減が図れる。
【0036】 建築計画上の制限がなく、ダンパ梁は
常時の荷重には無関係であるから、従来の減衰装置を柱
梁フレームの構面内に設置する方法と比較すると、既存
建築構造物の耐震補強法としても、有効である。また、
ダンパ梁は斜梁となるので、建築構造物全体の捩じり振
動を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、ダンパ梁構面を設けた建築構造物の
上面図である。(b)はダンパ梁構面のA−A視図であ
る。
【図2】(a)は、鉛直に立設された建築構造物に水平
荷重が作用する状況を、建築構造物を水平に置き、建築
構造物全体を、マクロ的に自重による水平一様荷重を受
ける片持ち梁と見なした場合の図であり、(b)は横断
面図である。
【図3】柱と梁で構成されたフレームの全体の剛性の数
学的モデルを表す図である。
【図4】(a)は、図2(a)と同様に、鉛直に立設さ
れた建築構造物に水平荷重が作用する状況を、建築構造
物を水平に置き、建築構造物全体を、マクロ的に自重に
よる水平一様荷重を受ける片持ち梁と見なした場合の図
であるが、(b)は太い実線で示すように、斜梁を設
け、その梁に減衰装置を組み込んだダンパ梁3を配設し
た図である。
【図5】柱と梁で構成されたフレームに、ダンパ梁構面
を付加した場合の全体の剛性の数学的モデルを表す図で
ある。
【図6】ダンパ梁3の具体例の一つであり、ダンパ梁3
の上弦材5と下弦材6の間に弾塑性ダンパ4を取着して
形成した図である。(a)は梁伏図であり、(b)は軸
組図である。
【図7】(a)は図6(a)のB部の詳細図であり
(b)はそのC−C視図である。
【図8】(a)は、弾塑性ダンパの代わりに、ラチスバ
ーにオイルダンパー7を応用して上弦材5と下弦材6で
ラチスを構成した図である。
【図9】柱梁架構面10内に、ブレース8を設けその頭
部に減衰装置9となるハニカムダンパーのような弾塑性
ダンパーを取着して、履歴減衰を狙った構造の図であ
る。
【符号の説明】
1・・・柱、2・・・梁、3・・・ダンパ梁、4・・・
弾塑性ダンパ、5・・・上弦材、6・・・下弦材、7・
・・オイルダンパ、8・・・ブレース、9・・・減衰装
置、10・・・柱梁架構面
フロントページの続き (72)発明者 石井 孝二 東京都調布市飛田給2丁目19番1号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 吉川 和秀 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 近藤 明洋 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−232478(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E04H 9/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 柱1と梁2で構成されるフレームの、梁
    2で互いに連結されていない柱1間に、上弦材5と下弦
    材6を有し、該上弦材5と下弦材6を減衰装置9を介し
    て連結して形成されるダンパ梁を配設してなることを特
    徴とした梁ダンパ構造。
  2. 【請求項2】 柱1と梁2で構成されるフレームの、梁
    2で互いに連結されていない柱1間に、上弦材5と下弦
    材6を有し、該上弦材5と下弦材6を弾塑性ダンパ4を
    介し連結して形成されるダンパ梁を配設してなることを
    特徴とした梁ダンパ構造。
  3. 【請求項3】 柱1と梁2で構成されるフレームの、梁
    2で互いに連結されていない柱1間に、上弦材5と下弦
    材6を有し、該上弦材5と下弦材6をオイルダンパ7を
    ラチスバーとして組み込んでラチス状に形成されるダン
    パ梁を配設してなることを特徴とした梁ダンパ構造。
JP08155436A 1996-06-17 1996-06-17 梁ダンパ構造 Expired - Lifetime JP3116824B2 (ja)

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JP2009185469A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Kajima Corp 梁曲げ降伏先行型架構

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JPH102125A (ja) 1998-01-06

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