JP3714077B2

JP3714077B2 - Damping structure of buildings

Info

Publication number: JP3714077B2
Application number: JP35954299A
Authority: JP
Inventors: 康正鈴井; 泰成日野
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2001173264A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ変形が卓越する建築物の制振構造に関し、特に地震等の振動によって発生する曲げ変形エネルギーを減衰させる建築物の制振構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震等により発生する建築物の曲げ変形エネルギーを減衰させる制振構造として、特開平７−２６７８３号公報に開示されている曲げ変形制御型制振構造物が知られている。この曲げ変形制御型制振構造物は、連層の耐震要素から構成されるコアとその外周を取り囲み間隔を隔てて形成された外周壁部とを備えている。上記コアの頂部からはトップガーダーと呼ばれる張り出し部が張り出され、この張り出し部と外周壁部との間にコアに減衰力を付与する油圧式ダンパーや鋼材ダンパーが減衰装置として設けられた構造物である。
【０００３】
即ち、上記コアとは別体として地上から立設された外周壁部と、上記コアの頂部から張り出させた張り出し部とをそれらの間に減衰装置を介して接続する。これにより、地震等でコアと外周壁部とにそれぞれ曲げ変形が発生すると、それらの相対変位が上記減衰装置に入力されて緩衝されるとともに、その反力が出力される。この反力が曲げ変形エネルギーの減衰力としてコアに付与され、コアの曲げ変形が抑えられて構造物が制振されるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の建築物の制振構造にあっては、制振作用をなす制振装置として油圧式ダンパーや鋼材ダンパーが用いられていたため、以下のような課題があった。
油圧ダンパーを用いた場合には、内部に充填された油がシール部材の劣化等によって漏れ出して周囲を汚して美観を損ねたり、油圧が低下してダンパー効果が得られ難くなってしまう虞があった。
一方、鋼材ダンパーはコアと外周壁部との間にそれぞれ剛的に取り付けられて介在され、その弾塑性変形によって振動エネルギーを吸収する。このため、一度変形したダンパーはその都度交換しなければならなかった。また、その交換作業は大掛かりで手間がかかるため、メンテナンスには多くの労力を費やさなければならなかった。さらに、鋼材ダンパー自身が大型であるため、交換するたびに多大な費用がかかるという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたものであり、安定した制振効果が得られ、安価で容易にメンテナンスできる建築物の制振構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の請求項１に示す建築物の制振構造にあっては、外力の入力によって変形する垂直架構と、該垂直架構から張り出して設けられる水平架構と、該水平架構とその下方に位置する下方構造体との間に、前記垂直架構と並行に設けられる建物部材とを有する建築物の制振構造であって、前記建物部材の高さ方向の途中に介装される少なくとも１つの摩擦ダンパーを備え、該摩擦ダンパーは、前記水平架構側から垂下される建物部材に設けられた第１圧接板と、前記下方構造体側から立設される建物部材に設けられた第２圧接板とを有し、一方の圧接板が対をなして他方の圧接板を両面から挟み込んで重合され、前記一方の圧接板と前記他方の圧接板との間に、対をなす摩擦板と滑動板とが重合した状態でそれぞれ介装され、前記他方の圧接板には長孔が設けられ、前記他方の圧接板の表裏面の前記長孔の縁部には前記摩擦板がそれぞれ設けられ、該摩擦板の表面に前記滑動板が滑動自在に重合され、前記各一方の圧接板及び前記各滑動板の前記長孔に対応する部分にはそれぞれ孔部が設けられ、前記一方の圧接板の孔部、一方の滑動板の孔部、他方の圧接板の長孔、他方の滑動板の孔部、及び一方の圧接板の孔部内にボルトが挿通され、該ボルトの一方の圧接板から突出した部分にナットが締め付けられ、該ボルトに装着された皿ばね積層体により前記一方の圧接板と他方の圧接板との間にボルト軸力が付加され、前記第１圧接板と前記第２圧接板とが、前記滑動板と前記摩擦板との滑動を伴って相対移動するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
即ち、建築物の垂直架構から張り出した水平架構と、下方構造体との間に、それらの相対移動により摩擦抵抗力を発生する摩擦ダンパーが介在されている。よって、地震等の外力によって建築物の垂直架構に曲げ変形が生じると、水平架構と下方構造体とが相対移動して、その振動変位力が摩擦ダンパーに入力される。このとき、摩擦ダンパーを構成する第１圧接板と第２圧接板とが相対移動されて、入力された振動変位力が摩擦抵抗力に変換されて振動エネルギーが低減されるので建築物を制振することができる。
【０００８】
また、上記第１圧接板と上記第２圧接板との間には、対をなす摩擦板と滑動板とが挟み込まれ、これらの間で滑りを生じさせるように構成されている。さらに、滑動板および摩擦板は第１圧接板あるいは第２圧接板とは別体として設けられている。このため、滑動板および摩擦板は圧接板の材質に囚われることなく、最適な組み合わせを適宜選択することができる。即ち、滑動板および摩擦板は設計で意図した安定した摩擦係数および復元力特性が得られるように、設定することができる。
【０００９】
また、制振部材として摩擦ダンパーを用いたので、油圧ダンパーのように油が漏れないため周囲を汚すことがない。さらに、同様の理由により、油圧が低下せずダンパー効果が低減することなく安定した制振機能を得ることができる。また、摩擦ダンパーは、振動変位力を摩擦抵抗力に変換させて振動エネルギーを低減させるので、鋼材ダンパーのように垂直架構に変形が発生する度にダンパーを交換する必要はなく、半永久的に使用することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に示す建築物の制振構造にあっては、前記各長孔の短径は、前記一方の圧接板と前記他方の圧接板とが２次元的に相対移動するのを許容する長さに形成されていることを特徴とする。
【００１１】
即ち、第１圧接板と第２圧接板とは、ボルト軸力が付与された状態で垂直方向と水平方向とに２次元的に相対移動することができる。したがって、垂直架構の曲げ変形に伴って、第１圧接板の上端と第２圧接板の下端との間に生じる水平方向の変形にも、相対移動することができる。よって、垂直方向のみならず、水平方向の移動による振動変位力をも摩擦抵抗力に変換して制振することができる。
【００１２】
本発明の請求項３に示す建築物の制振構造にあっては、前記摩擦ダンパーを、前記建物部材の高さ方向の途中に複数介装するとともに、これらの摩擦ダンパーの間に前記垂直架構から張り出した中間水平架構が連結されていることを特徴とする。
【００１３】
即ち、上記摩擦ダンパーが、水平架構と最上に位置する中間水平架構間と、最下に位置する中間水平架構と下方構造体間と、各中間架構間とにそれぞれ設けられている。よって、垂直架構全体が大きく曲げ変形する場合、水平架構と下方構造体との間で発生する大きな変位量が各摩擦ダンパーに分散されて入力される。このため、ダンパー自身を大きくすることなく大きな振動に対しても制振することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１〜図５は本発明にかかる建築物の制振構造の一実施形態を示している。
【００１５】
本発明の建築物の制振構造は、特にアスペクト比が大きい建築物１０や曲げ変形が卓越する建築物１０に適用され、これら建築物の中央に位置して下方構造体をなす基礎１２上に立設され、外力が入力されて変形する垂直架構をなすコア３４と、このコア３４から外方に張り出されて建築物１０の最上階を形成する剛構造の水平架構３８と、この水平架構３８の外端部に基礎１２に亘って上記コア３４と並行に設けられる建物部材としての柱４０と、該柱４０と上記コア３４との間に、高さ方向に適宜間隔を隔てて建築物１０の階床および天井を形成する複数の床・梁架構３６と、特定階の柱４０に介設される摩擦ダンパー８とで構成されている。即ち、摩擦ダンパー８は、これが介設される特定階を形成する上記水平架構３８側の梁架構３６から垂下される上方柱部４０ａと、上方柱部４０ａの下方に位置して同階を形成する基礎１２側の梁架構３６から立設される下方柱部４０ｂとの間に設けられている。
【００１６】
上記上方柱部４０ａと上記下方柱部４０ｂとは、同じ断面形状をなすＨ型鋼で形成され、それらのフランジとウエブとをそれぞれ対向させて上下に設けられている。そして、上方柱部４０ａと下方柱部４０ｂとの間に介在される摩擦ダンパー８は、ウエブ及び一対のフランジのそれぞれに対して、同様な構成で取り付けられる。ここでは、ウエブに対する摩擦ダンパー８の取り付け構造を例にとって、以下説明する。
【００１７】
上方柱部４０ａと下方柱部４０ｂとは、その対向する端部が間隔を隔てることで互いに接離する方向に移動可能に設けられている。そして、上方柱部４０ａのウエブが第１圧接板１４をなし、この第１圧接板１４には、移動方向に沿って、後述するボルト貫通用の長孔１４ａが形成されている。この長孔１４ａは、第１圧接板１４の長さ方向に２箇所一組、かつ長孔１４ａの短手方向に一対それぞれ並べられて形成され、計４箇所設けられている。
【００１８】
長孔１４ａが設けられた第１圧接板の表裏両面にはそれぞれ、後述する複合摩擦材料からなる摩擦板２２が重ね合わされる。この摩擦板２２は薄板状に形成されるとともに、第１圧接板１４の長さ方向に組をなす長孔１４ａの長さ方向に沿って相当の長さを有している。さらにこの摩擦板２２は、長孔１４ａの短手方向に対をなす各長孔１４ａの間とその外側とに平行に３枚配列される。
【００１９】
また、第１圧接板１４の表裏両面に配置された摩擦板２２の各表面には、これに滑動自在に滑接する薄板状のステンレス製滑動板Ｓが重ね合わせられている。
【００２０】
他方、下方柱部４０ｂのウエブの表裏両面には、上方柱部４０ａに取り付けられる摩擦板２２と滑動板Ｓとの厚さに相当する厚さを有するはさみ板１７が重ね合わせられる。そしてこれらはさみ板１７と滑動板Ｓの外側には、滑動板Ｓに一端が重ね合わせられ、他端がはさみ板１７に重ね合わせられて、両柱部４０ａ，４０ｂの間にわたって一対のスプライスプレートが掛け渡される。このスプライスプレートが第２圧接板１５をなしている。従って、第１圧接板１４はその両面それぞれが、対をなす摩擦板２２および滑動板Ｓを介して、一対の第２圧接板１５に挟み込まれることになる。そしてまた第２圧接板は、はさみ板１７によって第１圧接板１４、ひいては柱４０と平行に配置される。
【００２１】
上方柱部４０ａには上述したように、ボルト挿通用の４つの長孔１４ａが形成されているとともに、下方柱部４０ｂには、ウエブを貫通する貫通孔１９が形成されている。第２圧接板１５および滑動板Ｓには、これら長孔１４ａおよび貫通孔１９に対応させてそれぞれ、孔部２１が形成されている。
【００２２】
そして下方柱部４０ｂでは、ウエブを挟む２枚の第２圧接板１５間にわたって高力ボルト１６を挿通し、かつ当該高力ボルト１６にナット１８が螺合されている。これによって、はさみ板１７を介して一対の第２圧接板１５が固定的に取り付けられ、一対の第２圧接板１５が下方柱部４０ｂに属するようになっている。
【００２３】
他方、上方柱部４０ａでは、これに属する第１圧接板１４を挟む一方の第２圧接板１５ａから滑動板Ｓを介して高力ボルト１６が挿通されている。この高力ボルト１６は摩擦板２２の隙間に位置する長孔１４ａを介して第１圧接板１４の反対側に達している。さらに、当該高力ボルト１６は裏面の摩擦板２２の隙間から滑動板Ｓ、第２圧接板１５ｂを経てナット１８で固定されている。即ち、上方柱部４０ａは摩擦板２２と滑動板Ｓとの滑動面８ａを介して、第２圧接板１５ａ，１５ｂに対し相対移動自在に取り付けられている。
【００２４】
そして、ナット１８の締付けによりボルトの軸力Ｎが発生し、この軸力Ｎが一対の第２圧接板１５ａ、１５ｂ間に伝達されて、第１圧接板１４の挟み込み力として作用する。さらに、第１圧接板１４と一対の第２圧接板１５ａ，１５ｂとは、当該挟み込み力の作用の下で、両者の相対移動が許容されるように設定されている。
【００２５】
また、高力ボルト１６とナット１８による締結構造部分には、高力ボルト１６の頭部１６ａと第２圧接板１５ａとの間に、リング状の皿ばねが複数積層された皿ばね積層体３０が設けられている。また皿ばね積層体３０の高力ボルト１６側の一端には、これに重ねて高力ボルト１６の軸力を伝達する円盤状の座金３２が設けられている。そして高力ボルト１６は、その頭部１６ａを受ける小径の座金２０を介して座金３２を貫通して皿ばね積層体３０の中空内部へと挿通されている。さらに、この高力ボルト１６は第１圧接板１４の長孔１４ａに挿入されるようになっている。他方、ナット１８の締結側には、第２圧接板１５ｂの外側に重ねて皿ばねと同径の円盤状の板座金３３が設けられている。そしてナット１８は、この板座金３３上でナット１８相当の小径な座金２０ａを介して高力ボルト１６に螺合されるようになっている。
【００２６】
以上、ウエブへの摩擦ダンパー８の取り付け構造について説明したが、上下一対のフランジに対しても同様にして摩擦ダンパー８が取り付けられる。特に、フランジの表面は単一面である一方で、ウエブ側のフランジの裏面は当該ウエブによって分断されている。従ってフランジへの摩擦ダンパー８の取り付けにあっては、摩擦ダンパー８はウエブを挟む形態で配置される。
【００２７】
ところで、上述したように専用の滑動板Ｓや摩擦板２２を備えるようにしているので、これら滑動板Ｓや摩擦板２２に様々な材質、各種の表面仕上げを施した板材を適用することができる。即ち、滑動板Ｓおよび摩擦板２２双方に高耐久性の材質のものを選択することも可能である。したがって、建物の供用期間中を通して摩擦ダンパー８の性能を一定に保つことができ、摩擦ダンパー８そのものをメンテナンスフリー化することも容易に可能である。
【００２８】
また上記皿ばね積層体３０は、高力ボルト１６の軸力Ｎを第２圧接板１５ａ，１５ｂ間に付加する経路に介装され、高力ボルト１６の軸方向変位に対しても弾発力がほぼ一定で変動することのない非線形ばね特性を発揮するようになっている。
【００２９】
以上説明した建築物の制振構造にあっては、地震や風などの外力によって建築物１０のコア３４に曲げ変形が生じ、変位力が所定値を超えると、水平架構３８側の上方柱部４０ａと基礎１２側に設けられた下方柱部４０ｂとが相対移動して、摩擦ダンパー８に入力される。そして、摩擦ダンパー８を構成する第２圧接板１５と第１圧接板１４とは滑動板Ｓと摩擦板２２との滑動を伴って相対移動する。このとき、滑動板Ｓと摩擦板２２との間に作用する高力ボルト１６の軸力Ｎによって、振動エネルギーがμ×Ｎの摩擦抵抗力Ｒに変換されて振動減衰されて建築物１０を制振することができる。
【００３０】
また、制振部材として摩擦ダンパー８を用いたので、油圧ダンパーのように油が漏れないために周囲を汚すことがなく、また、油圧が低下しないのでダンパー効果が低減しないため安定した制振機能が発揮される。さらに、摩擦ダンパー８は、振動変位力を摩擦抵抗力に変換させて振動エネルギーを低減させるので、鋼材ダンパーのようにコア３４が変形する度に、摩擦ダンパー８を交換する必要はなく、半永久的に使用することができる。
【００３１】
そして特に、第１圧接板１４とこれを挟み込む一対の第２圧接板１５との間に、摩擦板２２とステンレス板などからなる滑動板Ｓを一対にして挟み込んで７層構造とし、摩擦板２２と滑動板Ｓとの間で滑りを生じさせるようにしている。滑動板Ｓおよび摩擦板２２は第１圧接板１４あるいは第２圧接板１５に対して別途取り付けられるものなので、第１圧接板１４や第２圧接板１５の材質に囚われることがない。したがって、設計で意図した安定した摩擦係数および復元力特性が得られるように、滑動板Ｓと摩擦板２２との最適な組み合わせを適宜に選択することが可能となる。
【００３２】
また、滑動面８ａの損耗が激しく摩擦ダンパー８を交換する必要が生じた場合でも、７層構造であるから滑動板Ｓ若しくは摩擦板２２のみを取り替えることで対応することができる。さらに、滑動板Ｓも摩擦板２２もともに薄板で構成できるので、軽量化することができ、交換時の作業性、経済性の面で優れている。殊に、建築物１０においては、交換する部材が小さい方が足場を小さく簡易にすることができ、クレーン等の重機を用いることなく容易に作業できると共に、作業時間をも短縮することができる。
【００３３】
本実施形態において、下方構造体を基礎１２としたが、これに限らず剛構造の建物架構等でも構わない。
【００３４】
また、本実施形態においては、水平架構３８と基礎１２との間に摩擦ダンパー８を１つ介在させた実施形態を示したが、摩擦ダンパー８の数はこの限りではない。
【００３５】
さらに、本実施形態においては、下方柱部４０ｂに一対の第２圧接板１５ａ、１５ｂを固定して、それらの間に挟み込ませた上方柱部４０ａの第１圧接板１４に長孔１４ａを設けた実施形態を示したが、第１圧接板１４を対にして第２圧接板１５を挟み、第２圧接板１５に長孔を設けても構わない。また、上記柱４０は、本実施形態においてＨ型鋼の柱としたが、間柱、壁、ブレース等でも構わない。
【００３６】
図６は上記実施形態の変形例を示し、上記実施形態において第１圧接板１４に設けた長孔１４ａの短手方向の巾を、貫通する高力ボルト１６の外径より十分に大きくして、第１圧接板１４と第２圧接板１５との２次元的な相対移動を可能としたものである。
【００３７】
即ち、地震等の外力によって発生する建築物１０の曲げ変形に伴って、上方柱部４０ａの上端と下方柱部４０ｂの下端との間には、当然水平方向にも変形が生じる。このとき、上記変形例によれば、第１圧接板１４と第２圧接板１５とが、ボルト軸力が付与された状態でその水平方向にも相対移動できる。よって、この変形例の制振構造によれば、水平方向の振動変位力をも摩擦抵抗力に変換して振動エネルギーを低減し制振することができる。ここで、ボルト外径より大きく形成する貫通孔は、長孔に限らず丸孔または角穴等でも構わない。
【００３８】
図７は本発明の他の実施形態を示し、上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００３９】
本実施形態では、コア３４から張り出して建築物１０の最上階を形成する上記水平架構３８とは別に、水平架構３８と基礎１２との中間部分に両者から略同じ間隔を隔てて位置する特定階が、剛構造をなす中間水平架構４４で形成されている。そして、これら上下に位置する水平架構３８と中間水平架構４４との間の任意の階と、中間水平架構４４と基礎１２との間の任意の階とを形成する柱４０にそれぞれ上記摩擦ダンパー８が介設されている。
【００４０】
本実施形態によれば、上下に位置する水平架構３８と中間水平架構４４との間と、中間水平架構４４と基礎１２との間とに摩擦ダンパー８を設けたので、その範囲内で摩擦ダンパー８が作用する。即ち、建築物１０のコア３４全体が大きく曲げ変形して、水平架構３８と基礎１２とが大きく変位する場合であっても、その全体の変位量は各摩擦ダンパー８に分散されて入力される。このため、摩擦ダンパー８自身を大きくすることなく大きな振動に対しても制振することができる。
【００４１】
本実施形態においては、中間水平架構４４をコア３４の中間部分に両者から略同じ間隔を隔てて備えた形態を示したが、中間水平架構４４を設ける位置及び数量はコア３４の高さ方向に適宜間隔を隔てて設けられていればこれに限るものではない。また、水平架構３８と中間水平架構間４４間、中間水平架構４４と基礎１２間、及び各中間水平架構４４間に備える摩擦ダンパー８の数も１つに限るものではない。
【００４２】
以上説明したように、本発明の請求項１に示す建築物の制振構造にあっては、建築物の水平架構と下方構造体との間に少なくとも１つの摩擦ダンパーが介装されているので、地震等の外力によって建築物に曲げ変形が生じた場合、入力された振動変位力を摩擦ダンパーで摩擦抵抗力に変換して振動エネルギーを低減し、建築物を制振することができる。
また、一方の圧接板（第１圧接板又は第２圧接板）が対をなして他方の圧接板（第２圧接板又は第１圧接板）を両面から挟みこんで重合され、一方の圧接板と他方の圧接板との間には、対をなす摩擦板と滑動板とが重合した状態でそれぞれ介装され、各摩擦板及び滑動板は、ボルトとナットと皿ばね積層体との協働により、一方の圧接板と他方の圧接板との間に挟み込まれているので、一方の圧接板と他方の圧接板との材質に囚われることなく、最適な組み合わせを適宜に選択することができる。
さらに、各摩擦板及び滑動板を一方の圧接板と他方の圧接板との間に介装させ、ボルトとナットと皿ばね積層体との協働によって一方の圧接板と他方の圧接板との間に軸力を生じさせるだけでよいので、各摩擦板及び滑動板を一方の圧接板及び他方の圧接板に接着、ねじ止め等の手段によって固定する必要はなく、摩擦板及び滑動板の取り付け、取り外しが容易となる。
さらに、摩擦板及び滑動板を簡単に交換することができるので、一方の圧接板及び他方の圧接板をそのまま使用して、制振要素である摩擦板及び滑動板のみ交換することにより、初期の制振性能を容易に復元することができ、長期的に初期の制振性能を維持することができる。
さらに、摩擦板及び滑動板の構造を簡素化することができるので、これによっても摩擦板及び滑動板の取り付け、取り外しに要する手間を大幅に削減することができる。
さらに、制振装置として摩擦ダンパーを使用しているので、油圧ダンパーを使用した場合のように、シール部材の劣化等によって油漏れが生じて、ダンパー効果が低下したり、周囲を汚すようなことはなく、安定した制振機能を長期に渡って得ることができる。
また、本発明の請求項２に示す建築物の制振構造にあっては、各長孔の短径を、一方の圧接板と他方の圧接板とが２次元的に相対移動するのを許容する長さに形成しているので、一方の圧接板と他方の圧接板とをボルト軸力が付加された状態で２次元的に相対移動させることができ、せん断方向の振動をも制振することができ、良好な制振効果が得られることになる。
さらに、本発明の請求項３に示す建築物の制振構造にあっては、建築物の垂直架構全体が大きく曲げ変形して、水平架構と下方構造体とが大きく変位する場合であっても、その変位力は各摩擦ダンパーに分散して入力されることになるので、各ダンパー自体を大きくすることなく、大きな振動に対しても制振することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建築物の制振構造の一実施形態を示す概念図である。
【図２】本発明に適用した摩擦ダンパーの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図３中、Ｂ矢視図である。
【図５】図２に示した実施形態に適用される滑動板の平面図である。
【図６】本実施形態に適用される摩擦ダンパーの変形例を示す側面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
８摩擦ダンパー
１０建築物
１２基礎
１４第１圧接板
１４ａ長孔
１５，１５ａ，１５ｂ第２圧接板（スプライスプレート）
１６高力ボルト
２２摩擦板
３４コア（垂直架構）
３８水平架構
４０柱（建物部材）
４０ａ上方柱部（建物部材）
４０ｂ下方柱部（建物部材）
４４中間水平架構
Ｓ滑動板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration control structure of a building where bending deformation is dominant, and more particularly to a vibration control structure of a building that attenuates bending deformation energy generated by vibration such as an earthquake.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a bending deformation control type damping structure disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-26783 is known as a damping structure that attenuates bending deformation energy of a building caused by an earthquake or the like. This bending deformation control type damping structure includes a core composed of a multi-layered seismic element and an outer peripheral wall portion surrounding the outer periphery and spaced apart. A structure in which a projecting part called a top girder is projected from the top of the core, and a hydraulic damper or a steel damper that imparts damping force to the core is provided as a damping device between the projecting part and the outer peripheral wall part. It is.
[0003]
That is, an outer peripheral wall portion standing upright from the ground as a separate body from the core and an overhang portion projecting from the top of the core are connected via an attenuation device therebetween. Thus, when bending deformation occurs in the core and the outer peripheral wall part due to an earthquake or the like, their relative displacement is input to the damping device and buffered, and the reaction force is output. This reaction force is applied to the core as a damping force of bending deformation energy, and the bending deformation of the core is suppressed and the structure is damped.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vibration damping structure of a building, since a hydraulic damper or a steel damper is used as a vibration damping device that performs a vibration damping action, there are the following problems.
When a hydraulic damper is used, the oil filled inside may leak due to deterioration of the seal member and so on, contaminating the surroundings and deteriorating the aesthetics, or the hydraulic pressure may be lowered, making it difficult to obtain a damper effect. there were.
On the other hand, the steel damper is rigidly attached and interposed between the core and the outer peripheral wall portion, and absorbs vibration energy by its elastic-plastic deformation. For this reason, the damper once deformed had to be replaced each time. In addition, since the replacement work is large and time-consuming, a lot of labor has to be spent on maintenance. Furthermore, since the steel damper itself is large-sized, there is a problem that a great amount of cost is required every time it is replaced.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a building damping structure that can obtain a stable damping effect and can be easily maintained at low cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the building damping structure according to claim 1 of the present invention includes a vertical frame that is deformed by the input of an external force , a horizontal frame that projects from the vertical frame, and the horizontal frame. between Frames and lower structure located thereunder, a damping structure for a building having a building element that is provided in parallel with the vertical Frame, through the middle of the height direction of the building member comprising at least one friction damper is instrumentation, the friction damper includes a first pressing plate provided on the building member which is suspended from the horizontal rack構側, provided a building member which is erected from the lower structure side A second pressure contact plate, wherein one pressure contact plate forms a pair and the other pressure contact plate is sandwiched from both sides to be polymerized , and a pair is formed between the one pressure contact plate and the other pressure contact plate . it in a state in which the formed friction plate and sliding plate are polymerized The other press-contact plate is provided with a long hole, and the other press-contact plate is provided with a friction plate at the edge of the long hole on the front and back surfaces of the other press-contact plate. The plates are slidably overlapped , and each of the one pressure contact plate and the portion of each slide plate corresponding to the long hole is provided with a hole, respectively, and the hole of the one pressure contact plate, the one of the slide plates A bolt is inserted into the hole, the long hole of the other pressure contact plate, the hole of the other sliding plate, and the hole of the one pressure contact plate, and the nut is tightened to the portion protruding from the one pressure contact plate of the bolt, A bolt axial force is applied between the one pressure contact plate and the other pressure contact plate by the disc spring laminate attached to the bolt, and the first pressure contact plate and the second pressure contact plate are connected to the sliding plate. characterized in that it is configured to relatively move with the sliding of said friction plate
[0007]
That is, a friction damper that generates a frictional resistance force by a relative movement between a horizontal frame projecting from a vertical frame of the building and the lower structure is interposed. Therefore, when bending deformation occurs in the vertical frame of the building due to an external force such as an earthquake, the horizontal frame and the lower structure move relative to each other, and the vibration displacement force is input to the friction damper. At this time, the first pressure contact plate and the second pressure contact plate constituting the friction damper are moved relative to each other, and the input vibration displacement force is converted into the friction resistance force, so that the vibration energy is reduced. can do.
[0008]
In addition, a pair of friction plate and sliding plate is sandwiched between the first pressure contact plate and the second pressure contact plate, and is configured to cause slippage between them. Further, the sliding plate and the friction plate are provided separately from the first pressure contact plate or the second pressure contact plate. For this reason, the sliding plate and the friction plate can be appropriately selected as appropriate without being restricted by the material of the pressure contact plate. That is, the sliding plate and the friction plate can be set so as to obtain a stable friction coefficient and restoring force characteristic intended by the design.
[0009]
Further, since the friction damper is used as the vibration damping member, the oil does not leak like the hydraulic damper, so that the surroundings are not soiled. Furthermore, for the same reason, a stable damping function can be obtained without reducing the hydraulic pressure and reducing the damper effect. In addition, the friction damper converts vibration displacement force into friction resistance force and reduces vibration energy, so it is not necessary to replace the damper every time a vertical frame is deformed like a steel damper, and it is used semipermanently. can do.
[0010]
In the vibration damping structure for a building according to claim 2 of the present invention, the short diameter of each of the long holes is such that the one pressure contact plate and the other pressure contact plate relatively move in two dimensions. It is characterized by being formed to an allowable length .
[0011]
That is, the first pressure contact plate and the second pressure contact plate can be relatively moved two-dimensionally in the vertical direction and the horizontal direction in a state where the bolt axial force is applied. Accordingly, relative to the horizontal deformation that occurs between the upper end of the first press-contact plate and the lower end of the second press-contact plate in accordance with the bending deformation of the vertical frame, it can also be moved relative. Therefore, vibration displacement force due to movement in the horizontal direction as well as in the vertical direction can be converted into frictional resistance force for damping.
[0012]
In the vibration damping structure of the building shown in claim 3 of the present invention, the friction damper with a plurality interposed in the middle in the height direction of the building members, said vertical Frames between these friction dampers It is characterized in that an intermediate horizontal frame overhanging is connected.
[0013]
That is, the friction damper is provided between the horizontal frame and the uppermost intermediate horizontal frame, between the lowermost intermediate horizontal frame and the lower structure, and between the intermediate frames. Therefore, when the entire vertical frame is greatly bent and deformed, a large amount of displacement generated between the horizontal frame and the lower structure is distributed and input to each friction damper. For this reason, it is possible to control even a large vibration without enlarging the damper itself.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1-5 has shown one Embodiment of the damping structure of the building concerning this invention.
[0015]
The vibration damping structure of a building according to the present invention is applied to a building 10 having a particularly large aspect ratio and a building 10 having excellent bending deformation, and is located on the foundation 12 that forms a lower structure located in the center of these buildings. A vertical core 34 that is erected and deforms when an external force is input, a rigid horizontal frame 38 that projects outward from the core 34 to form the top floor of the building 10, and the horizontal frame The building 40 is provided with a pillar 40 as a building member provided in parallel with the core 34 over the foundation 12 at the outer end of 38, and an appropriate space is provided between the pillar 40 and the core 34 in the height direction. It comprises a plurality of floor / beam frames 36 forming 10 floors and ceilings, and a friction damper 8 interposed in a column 40 on a specific floor. That is, the friction damper 8 forms an upper floor portion 40a suspended from the beam frame 36 on the horizontal frame 38 side that forms a specific floor on which the friction damper 8 is interposed, and is located below the upper column portion 40a. It is provided between the lower column part 40b erected from the beam frame 36 on the foundation 12 side.
[0016]
The upper column part 40a and the lower column part 40b are formed of H-shaped steel having the same cross-sectional shape, and are provided vertically with their flanges and webs facing each other. And the friction damper 8 interposed between the upper column part 40a and the lower column part 40b is attached with the same structure with respect to each of a web and a pair of flange. Here, a description will be given of an example of a structure for attaching the friction damper 8 to the web.
[0017]
The upper column part 40a and the lower column part 40b are provided so as to be movable in a direction in which they face each other with their opposing ends spaced apart from each other. And the web of the upper column part 40a comprises the 1st press-contact board 14, and the long hole 14a for bolt penetration mentioned later is formed in this 1st press-contact board 14 along the moving direction. The long holes 14a are formed by arranging two pairs in the length direction of the first pressure contact plate 14 and a pair in the short direction of the long holes 14a.
[0018]
A friction plate 22 made of a composite friction material, which will be described later, is overlaid on both the front and back surfaces of the first pressure contact plate provided with the long holes 14a. The friction plate 22 is formed in a thin plate shape, and has a considerable length along the length direction of the long hole 14 a that forms a set in the length direction of the first pressure contact plate 14. Further, three friction plates 22 are arranged in parallel between the long holes 14a paired in the short direction of the long holes 14a and the outside thereof.
[0019]
Further, on each surface of the friction plate 22 arranged on both the front and back surfaces of the first pressure contact plate 14, a thin plate-like stainless steel slide plate S that is slidably slidably contacted is superposed.
[0020]
On the other hand, a scissor plate 17 having a thickness corresponding to the thickness of the friction plate 22 and the sliding plate S attached to the upper column portion 40a is overlaid on both the front and back surfaces of the web of the lower column portion 40b. One end of the scissors plate 17 and the sliding plate S is overlapped with the sliding plate S, and the other end is overlapped with the scissors plate 17 to form a pair of splice plates between the column portions 40a and 40b. It is handed over. This splice plate forms the second pressure contact plate 15. Therefore, both surfaces of the first pressure contact plate 14 are sandwiched between the pair of second pressure contact plates 15 via the friction plate 22 and the sliding plate S that form a pair. In addition, the second pressure contact plate is arranged in parallel with the first pressure contact plate 14 and consequently the column 40 by the scissors plate 17.
[0021]
As described above, four elongated holes 14a for inserting bolts are formed in the upper column part 40a, and a through hole 19 penetrating the web is formed in the lower column part 40b. Hole portions 21 are formed in the second pressure contact plate 15 and the sliding plate S so as to correspond to the long holes 14 a and the through holes 19, respectively.
[0022]
In the lower column portion 40b, the high-strength bolt 16 is inserted between the two second press-contact plates 15 sandwiching the web, and the nut 18 is screwed to the high-strength bolt 16. Accordingly, the pair of second pressure plates 15 are fixedly attached via the scissors plate 17, and the pair of second pressure plates 15 belong to the lower column part 40b.
[0023]
On the other hand, in the upper column part 40a, the high-strength bolt 16 is inserted through the sliding plate S from one second pressure contact plate 15a sandwiching the first pressure contact plate 14 belonging thereto. The high-strength bolt 16 reaches the opposite side of the first pressure contact plate 14 through a long hole 14 a located in the gap of the friction plate 22. Further, the high-strength bolt 16 is fixed by a nut 18 through the sliding plate S and the second pressure contact plate 15b from the gap between the friction plates 22 on the back surface. That is, the upper column part 40a is attached to the second press contact plates 15a and 15b through the sliding surface 8a of the friction plate 22 and the sliding plate S so as to be movable relative to the second pressing plate 15a.
[0024]
A bolt axial force N is generated by tightening the nut 18, and this axial force N is transmitted between the pair of second press contact plates 15 a and 15 b and acts as a sandwiching force of the first press contact plate 14. Furthermore, the first pressure contact plate 14 and the pair of second pressure contact plates 15a and 15b are set such that relative movement between the first pressure contact plate 14 and the pair of second pressure contact plates 15a and 15b is allowed under the action of the pinching force.
[0025]
Further, in the fastening structure portion by the high-strength bolt 16 and the nut 18, a disc spring laminated body 30 in which a plurality of ring-shaped disc springs are laminated between the head portion 16a of the high-strength bolt 16 and the second press-contact plate 15a. Is provided. In addition, a disc-shaped washer 32 for transmitting the axial force of the high-strength bolt 16 is provided on one end of the disc spring laminated body 30 on the high-strength bolt 16 side. The high-strength bolt 16 passes through the washer 32 through the small-diameter washer 20 that receives the head portion 16 a and is inserted into the hollow interior of the disc spring laminate 30. Further, the high-strength bolt 16 is inserted into the long hole 14 a of the first pressure contact plate 14. On the other hand, a disc-shaped plate washer 33 having the same diameter as the disc spring is provided on the fastening side of the nut 18 so as to overlap the outside of the second pressure contact plate 15b. The nut 18 is screwed onto the high strength bolt 16 via a small washer 20a corresponding to the nut 18 on the plate washer 33.
[0026]
Although the structure for attaching the friction damper 8 to the web has been described above, the friction damper 8 is similarly attached to the pair of upper and lower flanges. In particular, the front surface of the flange is a single surface, while the back surface of the flange on the web side is divided by the web. Therefore, when attaching the friction damper 8 to the flange, the friction damper 8 is arranged in such a manner as to sandwich the web.
[0027]
By the way, since the dedicated sliding plate S and the friction plate 22 are provided as described above, plate materials obtained by applying various materials and various surface finishes to the sliding plate S and the friction plate 22 can be applied. . That is, it is possible to select a highly durable material for both the sliding plate S and the friction plate 22. Therefore, the performance of the friction damper 8 can be kept constant throughout the building service period, and the friction damper 8 itself can be easily made maintenance-free.
[0028]
The disc spring laminated body 30 is interposed in a path for applying the axial force N of the high-strength bolt 16 between the second press-contact plates 15a and 15b, and is resilient against the axial displacement of the high-strength bolt 16. Exhibits a non-linear spring characteristic that is substantially constant and does not fluctuate.
[0029]
In the building damping structure described above, bending deformation occurs in the core 34 of the building 10 due to an external force such as an earthquake or wind, and when the displacement force exceeds a predetermined value, the upper column portion on the horizontal frame 38 side. 40 a and the lower column part 40 b provided on the foundation 12 side move relative to each other and are input to the friction damper 8. Then, the second pressure contact plate 15 and the first pressure contact plate 14 constituting the friction damper 8 move relative to each other with the sliding of the sliding plate S and the friction plate 22. At this time, the axial force N of the high-strength bolt 16 acting between the sliding plate S and the friction plate 22 converts the vibration energy into a frictional resistance force R of μ × N and is attenuated by vibration to control the building 10. Can shake.
[0030]
Further, since the friction damper 8 is used as a damping member, the oil does not leak like a hydraulic damper, so that the surroundings are not soiled, and since the hydraulic pressure does not decrease, the damper effect is not reduced, so that a stable damping function is achieved. Is demonstrated. Furthermore, since the friction damper 8 converts vibration displacement force into friction resistance force and reduces vibration energy, it is not necessary to replace the friction damper 8 every time the core 34 is deformed like a steel damper, and is semi-permanent. Can be used for
[0031]
In particular, a friction plate 22 and a pair of sliding plates S made of stainless steel or the like are sandwiched between the first pressure contact plate 14 and a pair of second pressure contact plates 15 sandwiching the first pressure contact plate 14 to form a seven-layer structure. And a sliding plate S are caused to slip. Since the sliding plate S and the friction plate 22 are separately attached to the first pressure contact plate 14 or the second pressure contact plate 15, they are not bound by the material of the first pressure contact plate 14 or the second pressure contact plate 15. Therefore, the optimum combination of the sliding plate S and the friction plate 22 can be appropriately selected so that the stable friction coefficient and restoring force characteristic intended by the design can be obtained.
[0032]
Further, even when the sliding surface 8a is heavily worn and the friction damper 8 needs to be replaced, it can be dealt with by replacing only the sliding plate S or the friction plate 22 because of the seven-layer structure. Furthermore, since both the sliding plate S and the friction plate 22 can be formed of a thin plate, the weight can be reduced, and this is excellent in terms of workability and economy at the time of replacement. In particular, in the building 10, the smaller the member to be replaced, the smaller the scaffold can be made, and the work can be easily performed without using a heavy machine such as a crane, and the work time can be shortened.
[0033]
In the present embodiment, the lower structure is the foundation 12, but the present invention is not limited to this, and a rigid building frame or the like may be used.
[0034]
Further, in the present embodiment, an embodiment in which one friction damper 8 is interposed between the horizontal frame 38 and the foundation 12 is shown, but the number of friction dampers 8 is not limited to this.
[0035]
Further, in the present embodiment, a pair of second press contact plates 15a and 15b is fixed to the lower column portion 40b, and a long hole 14a is provided in the first press contact plate 14 of the upper column portion 40a sandwiched between them. Although the embodiment has been shown, the second pressure contact plate 15 may be sandwiched between the first pressure contact plates 14 and a long hole may be provided in the second pressure contact plate 15. The column 40 is an H-shaped steel column in the present embodiment, but may be an inter-column, a wall, a brace, or the like.
[0036]
FIG. 6 shows a modification of the above embodiment. In the above embodiment, the width in the short direction of the long hole 14a provided in the first pressure contact plate 14 is made sufficiently larger than the outer diameter of the high-strength bolt 16 that passes therethrough. The two-dimensional relative movement between the first pressure contact plate 14 and the second pressure contact plate 15 is enabled.
[0037]
In other words, with the bending deformation of the building 10 caused by an external force such as an earthquake, the horizontal direction naturally deforms between the upper end of the upper column part 40a and the lower end of the lower column part 40b. At this time, according to the modified example, the first pressure contact plate 14 and the second pressure contact plate 15 can be relatively moved in the horizontal direction in a state where the bolt axial force is applied. Therefore, according to the vibration damping structure of this modification, the vibration displacement force in the horizontal direction can also be converted into the frictional resistance force, and vibration energy can be reduced and suppressed. Here, the through-hole formed larger than the outer diameter of the bolt is not limited to the long hole but may be a round hole or a square hole.
[0038]
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
[0039]
In the present embodiment, apart from the horizontal frame 38 that projects from the core 34 and forms the top floor of the building 10, a specific floor located at an intermediate portion between the horizontal frame 38 and the foundation 12 at substantially the same distance from both. Is formed by an intermediate horizontal frame 44 having a rigid structure. The friction dampers 8 are respectively provided on the pillars 40 forming an arbitrary floor between the horizontal frame 38 and the intermediate horizontal frame 44 positioned above and below and an arbitrary floor between the intermediate horizontal frame 44 and the foundation 12. Is installed.
[0040]
According to the present embodiment, the friction damper 8 is provided between the horizontal frame 38 and the intermediate horizontal frame 44 positioned above and below, and between the intermediate horizontal frame 44 and the foundation 12, so that the friction damper is within that range. 8 works. That is, even when the entire core 34 of the building 10 is greatly bent and deformed, and the horizontal frame 38 and the foundation 12 are largely displaced, the total displacement amount is distributed and input to each friction damper 8. . For this reason, it is possible to control even a large vibration without increasing the friction damper 8 itself.
[0041]
In the present embodiment, the intermediate horizontal frame 44 is provided in the intermediate portion of the core 34 at substantially the same distance from both. However, the position and quantity of the intermediate horizontal frame 44 are arranged in the height direction of the core 34. The present invention is not limited to this as long as it is provided at an appropriate interval. Further, the number of friction dampers 8 provided between the horizontal frame 38 and the intermediate horizontal frame 44, between the intermediate horizontal frame 44 and the foundation 12, and between each intermediate horizontal frame 44 is not limited to one.
[0042]
As described above, in the building damping structure according to claim 1 of the present invention, at least one friction damper is interposed between the horizontal frame and the lower structure of the building. When a bending deformation occurs in the building due to an external force such as an earthquake , the input vibration displacement force can be converted into a frictional resistance force by a friction damper to reduce the vibration energy , thereby damping the building.
Further, one pressure contact plate (first pressure contact plate or second pressure contact plate) is paired and the other pressure contact plate (second pressure contact plate or first pressure contact plate) is sandwiched from both sides to be polymerized, and one pressure contact plate The friction plate and the sliding plate that are paired are interposed between the pressure plate and the other pressure contact plate , respectively, and each friction plate and the sliding plate are cooperated by a bolt, a nut, and a disc spring laminated body. Thus, since it is sandwiched between one pressure contact plate and the other pressure contact plate , the optimum combination can be appropriately selected without being bound by the material of one pressure contact plate and the other pressure contact plate .
Further, each friction plate and sliding plate are interposed between one press contact plate and the other press contact plate, and the one press contact plate and the other press contact plate are cooperated by the bolt, the nut, and the disc spring laminate. Since it is only necessary to generate an axial force between them, it is not necessary to fix each friction plate and sliding plate to one pressure contact plate and the other pressure contact plate by means such as bonding or screwing. , Easy to remove.
Furthermore, since the friction plate and the sliding plate can be easily replaced , the initial pressure can be obtained by replacing only the friction plate and the sliding plate, which are the damping elements, using one pressure contact plate and the other pressure contact plate as they are. The damping performance can be easily restored , and the initial damping performance can be maintained in the long term.
Furthermore, since the structure of the friction plate and the sliding plate can be simplified, the labor required for attaching and removing the friction plate and the sliding plate can be greatly reduced.
Furthermore, since a friction damper is used as a vibration damping device , oil leakage may occur due to deterioration of the seal member, etc., as in the case of using a hydraulic damper, and the damper effect may be reduced or the surroundings may be soiled. Rather, a stable vibration control function can be obtained over a long period of time.
Further, in the vibration damping structure for a building according to claim 2 of the present invention, the short diameter of each of the long holes is allowed to allow two-dimensional relative movement of one pressure contact plate and the other pressure contact plate. Therefore, one pressure contact plate and the other pressure contact plate can be two-dimensionally moved relative to each other with a bolt axial force applied, and vibration in the shear direction is also suppressed. Therefore, a good damping effect can be obtained.
Furthermore, in the vibration damping structure for a building shown in claim 3 of the present invention, even if the entire vertical frame of the building is greatly bent and deformed, the horizontal frame and the lower structure are greatly displaced. Since the displacement force is distributed and input to each friction damper, it is possible to control even a large vibration without increasing each damper itself.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a vibration control structure for a building according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment of a friction damper applied to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4 is a view taken in the direction of arrow B in FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view of a sliding plate applied to the embodiment shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a side view showing a modification of the friction damper applied to the present embodiment.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
8 Friction damper 10 Building 12 Foundation 14 First press contact plate 14a Long hole 15, 15a, 15b Second press contact plate (splice plate)
16 High strength bolt 22 Friction plate 34 Core (vertical frame)
38 Horizontal frame 40 Column (building material)
40a Upper column (building material)
40b Lower column (building material)
44 Intermediate horizontal frame S Sliding plate

Claims

Vertical Frames deformed by input of an external force, the horizontal Frames provided protruding from the vertical Frames, horizontal Frame and between the lower structure located thereunder, building members that are provided in parallel with the vertical Frame A vibration control structure of a building having
Comprising at least one friction damper is interposed midway in the height direction of the building element,
The friction damper includes a first pressure-contact plate provided on the building member which is suspended from the horizontal rack構側, and a second pressing plate provided in the building members to be erected from the lower structure side,
One pressure contact plate is paired and the other pressure contact plate is sandwiched from both sides and polymerized.
Between the one pressure contact plate and the other pressure contact plate , a pair of friction plates and sliding plates are respectively interposed in a superposed state,
The other pressure contact plate is provided with a long hole, the edge of the long hole on the front and back surfaces of the other pressure contact plate is provided with the friction plate, and the sliding plate is slidable on the surface of the friction plate. Polymerized into
Holes are provided in portions corresponding to the long holes of the one pressure contact plate and the sliding plates ,
Bolts are inserted into the holes of the one pressure plate, the holes of one sliding plate, the long holes of the other pressure plate, the holes of the other sliding plate, and the holes of the one pressure plate. A nut is tightened on a portion protruding from one pressure contact plate, and a bolt axial force is applied between the one pressure contact plate and the other pressure contact plate by a disc spring laminated body attached to the bolt,
A vibration damping structure for a building, wherein the first pressure contact plate and the second pressure contact plate are configured to move relative to each other with the sliding of the sliding plate and the friction plate .

2. The short diameter of each of the long holes is formed to a length that allows the one pressure contact plate and the other pressure contact plate to move relative to each other two-dimensionally. Vibration control structure of buildings.

Said friction damper, with a plurality of interposed in the middle in the height direction of the building element, according to claim 1, characterized in that the intermediate horizontal Frames overhanging from said vertical Frames between these friction dampers are connected Or the vibration control structure of the building of 2.