JP3800476B2 - Earthquake resistant building - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の耐震構造に関し、特に、中高層建物の層崩壊を防止した耐震建物に関する。
【0002】
【従来の技術】
特大地震時において、中高層建物が層崩壊を生じ、これによって多数の人命が危険にさらされるケースが注目されている。図19に示すように中高層建物40が一旦、最弱層に損傷を受けて耐力を低下すると、其の層に地震エネルギーが集中することになって層崩壊41を生じ、他の層は全く健全であるにも関わらず層崩壊モードによって建物が崩壊してしまうからである。
【0003】
危険な層崩壊を防止するために、最近の構造設計は梁よりも柱の耐力を充分に大きくして靭性に富んだ梁崩壊型になるように設計する方向も示されている。
しかし、純ラーメン構造の場合には、このような設計法も可能であると考えられるが、実際の建物では、図20に例示するように腰壁42、垂れ壁43、袖壁44、方立て壁45によって、設計段階で期待しているような崩壊モードにならない可能性も否定できないのが実状である。
そこで、不確定要因に対してスリット46を設けることによって非構造部材として扱うという設計方針も示されているが、部分スリットに関してはスリットを設けた設置の効果がほとんど期待できないのが現状である。
【0004】
又、建物全体の耐力を上げる方法として連層耐震壁等を用いることも検討されている。しかし、高層建物の場合には、図21に見られる如く周期が長いことによって地震力の低減が達成されており、連層耐震壁等で剛性を上げることは入力地震動低減の利点を損なうことになる。
【0005】
このことは、連層耐震壁を建物全体に適用した場合の層間変形角について考察すると明確である。
図22に例示する如く、従来の耐震壁では、層間変形角が4×10-3rad程度で負担せん断力が最大に達し、付帯ラーメンのせん断破壊を防止するような配慮がなされていれば、8×10-3radぐらいまでは負担せん断力はあまり低下しない。
同様に、柱・梁骨組は、層間変形角が5×10-3rad程度で負担せん断力が最大に達し、それ以上では負担せん断力はほとんど低下しない。
そして、壁と柱・梁骨組が耐震壁と合体して耐えることの可能な層せん断力は、図示のように層間変形の小さい段階では建物の全層の耐力が大きいが、8×10-3rad程度以上の層間変形角では壁が耐力を失うので層せん断力が柱・梁骨組のみの耐力になる。
【0006】
このために建物全体としては、変形が小さい段階では連層耐震壁を含んで剛性が高いために建物の固有周期が短くなり、連層耐震壁がない場合と比較して耐震力が大きくなる。又、特大地震においては、層間変形角が10×10-3rad程度を大きく上回ることも考えられることから、そのような層間変形時においては、連層耐震壁の構造部材としての健全性は維持することができず、建物の中では相対的に弱い層が降伏し、図23に示す質点モデルに見られるように、変形はその降伏層47に集中して層崩壊につながっていた。
又、連層耐震壁を有効な構造要素にするためには、高さ方向に連続して配置することが望ましいことから平面計画上の障害になる場合もあるという問題点も発生していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、建物の構造要素に応力受動遅延機構及びこれに付加する層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を組み込んで、建物の層崩壊を防止すると共に、大地震時にも補修の必要性の少ない廉価な耐震建物を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による耐震建物は、基本的に、建物の構造要素に応力受動遅延機構及びこれに付加する層せん断耐力増強部材を組み込んだことを特徴としている。具体的構成としては、耐震壁を対象にして応力受動遅延機構として建物の構造要素間のギャップを採用し、層せん断耐力増強部材には建物の構造要素で対応する。さらに、応力受動遅延機構を組み込んだ建物の構造要素を平面計画に合わせて建物の高さ方向や平面的に適宜配置することを特徴とするものであり、層間変形角の小さい段階では応力受動遅延機構を作用させることで柱・梁骨組による耐力のみで柔軟に対応させ、大きな層間変形角に対しては、柱・梁骨組と層せん断耐力増強部材とが合同で対処して各層の靱性と層間変形角の平準化を行なうものであるから、地震力に対して特定層が層崩壊を起こすのを回避させて、建物全体が均等に対応できる構造を廉価に達成している。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明を耐震壁に適用した実施の形態を説明するための正面図である。
本実施の形態では、構造要素が耐震壁1であり、応力受動遅延機構はギャップ2である。耐震壁1のギャップ2は、柱・梁骨組の変形に合わせてテーパー状に形成しており、耐震壁は台形型に構成している。耐震壁1は左右の柱3,3と上部の梁4とは切断しており、ギャップ幅を超える地震力に対しては層せん断耐力増強部材としても機能している。
台形型耐震壁と柱との隙間は、柱と壁とが衝突して破損することがないように設定しているものであり、その隙間にはエネルギー吸収も兼ねて衝撃緩衝用の部材を充填しておくことが望ましい。
なお、応力受動遅延機構は、ギャップに限定されるものでなく、地震力によって柱、梁が水平力を受けた場合にこの応力を耐震壁等の構造要素に所定の変形後に伝達できる弾性機構のような他の構造であってもよい。
【0010】
次に、上記耐震壁における応力受動遅延機構の働きについて説明する。
耐震壁1は、柱、梁との間にギャップ2を設けてあるから、層間変形角が小さい間はせん断力を負担しておらず、建物は柱・梁骨組による耐力のみで柔軟に対応している。しかし、所定の設定値以上の大きな層間変形角に対しては耐震壁1によってせん断力を負担するため、建物としては柱・梁骨組と合同で柔軟に対応することで充分な耐力を維持できる。
ギャップ2の幅は、構造設計上必要な層間変形角まで各層の耐力を低下させないような値に調整して設定している。
同ギャップの値とギャップ形成による変形能力については後で詳述するが、調整するギャップ幅のおおよその目安としては、設計上の最大層間変形角より耐震壁が設定している負担せん断力が最大に達する4〜8×10-3radだけ小さい2〜6×10-3radに収まる程度に設定すれば効率的である。
【0011】
以上のように、本発明における応力受動遅延機構は、ギャップ2の形成とその作用で説明したように、地震力によって柱・梁骨組が水平力を受けてもこの応力を耐震壁等の構造要素に直ちに伝達することなく、所定の変形差を確保した後に伝達する機能を果たせる機構を総称している。
又、耐震壁1は、上記応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形においては、柱・梁骨組によるせん断力に加算してせん断力を負担する、層せん断耐力増強部材としても機能している。
【0012】
図2は、構面内に開口部5を有する場合の実施の形態を示す正面図である。
開口部側の耐震壁6の切断面7は直線状に形成されており、柱3側のギャップ2はテーパー状になっている。開口部5の上面には、柱3、梁4及びスラブ8の応力を耐震壁6に伝達するために、所定厚の鉄板9が耐震壁6の切断面7と所定のギャップ10を保って装着されている。なお、各ギャップには図1の例と同様の理由で衝撃吸収用の部材を挟み込むことが望ましい。
本実施の形態の例でも、各ギャップが応力受動遅延機構を形成しており、耐震壁6は建物の構造要素と位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形においては、層せん断耐力増強部材として機能している。
【0013】
図3は、耐震壁を上下に2分割する本発明の実施態様を示す正面図である。
耐震壁は上下に2分割しており、その中間部分に凹凸部分13を形成することで、地震動入力による柱、梁のせん断力を上壁11と下壁12の凸凹部分13に形成するギャップ14で応力受動遅延機構としての機能を達成している。
上壁11と下壁12の凸凹部分13には衝撃によって壁部分に損傷を与えないように保護用の鉄板15,16等を用いて補強している。
本実施の形態の例でも、各ギャップ14が応力受動遅延機構を形成し、上下壁11,12は建物の構造要素と位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形においては、層せん断耐力増強部材として機能している。
【0014】
図4は、K型ブレース17に本発明を適用した場合の実施形態を示す正面図である。
K型ブレース17は、ブレースの交点を梁と接合しているが、この接合部分に隙間18を形成しておき、この隙間を挟んで応力受動遅延機構としてのギャップ保持装置19を装備することで、発明としての作用効果を達成している。
ギャップ保持装置19については、図5で詳述するが、地震動入力による柱、梁のせん断力を、前記実施の態様で説明したギャップ14と同様の変形差で、梁4とK型ブレース17との間に伝達させる機能を有しており、応力受動遅延機構として作動するものである。
又、K型ブレースは、上記応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形においては、柱・梁骨組によるせん断力に加算してせん断力を負担する層せん断耐力増強部材として機能している。
【0015】
図5は、耐震壁に本発明を適用した実施態様の正面図(a)、断面図(b)及びギャップ保持装置19の詳細断面図(c)、(d)である。
耐震壁20は、上端に拘束梁21を備えており、柱、梁との間は縁切り状態にしてある。梁4と耐震壁20の拘束梁21との間には隙間22を形成しており、この隙間22を挟んで図4と同様のギャップ保持装置19を装備している。
ギャップ保持装置19は、装置内にギャップを保有しており、地震動入力による柱、梁のせん断力を前記実施の態様で説明したギャップ14と同様に、所定の変形差を保って梁4と耐震壁20との間に伝達し、応力受動遅延機構として作動するものである。
又、耐震壁20は、上記応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形においては、 柱・梁骨組によるせん断力に加算してせん断力を負担する層せん断耐力増強部材として機能し、柱・梁骨組と一体になって特大の地震動入力に耐えるように作用する。
【0016】
図5(b)の断面図は、隙間22を挟んで対峙する梁4と耐震壁20の拘束梁21に対してギャップ保持装置19が取り付けられている状態を示しており、ギャップ保持装置19は、装置内に形成されたギャップを介在させて梁4と耐震壁20とのせん断状態に対応してお互いをシアキーで拘束し合っている。ギャップ保持装置19は、前記実施の態様で説明したギャップ14と同様の変形差で、梁4とK型ブレース17との間に地震動を伝達させる機能を有しており、応力受動遅延機構として作動するものである。
図5(c)、(d)は、ギャップ保持装置19で使用されている2種類のシアキーを断面的に示している。
図5(c)に示しているシアキー23は、低降伏鋼から成るせん断ピン24を使用しているもので位置を保持するために配置している。そして、図5(d)に示しているシアキー25は、高強度鋼又は普通鋼から成るせん断ピン26を使用しており、層間変形がギャップ量に達した場合に、それ以上の層間変形に対しては前記実施の態様で説明したギャップ14と同様に梁4と耐震壁20との間にせん断力を伝達する役割を担っている。
【0017】
シアキー25のせん断ピン26は、遊び空隙のあるギャップ孔27を貫通して配置されているので、地震動入力による柱、梁のせん断力に対して上記ギャップ14と同様に作用し、ギャップ保持装置19は応力受動遅延機構としての機能を発揮するものである。
各シアキー23,25は、図5(a)で図示のように梁方向に1列に配置されるものであるが、それぞれをどの程度の個数にするかは耐震設計上から算出されてくることになる。
【0018】
図6は、上記耐震壁を連層耐震壁として建物に配置する状態を説明するための正面図である。
図6(a)に示す独立壁型の連層耐震壁28は、柱3、梁4と縁を切った状態で、梁4とギャップ保持装置19を介在させて接合しており、高層方向に連続的に配置されている。
図6(b)に示す柱切断型の連層耐震壁29は、柱3と一体のままで梁4と縁を切った状態で、ギャップ保持装置19を介在させて梁4と接合している。この際の柱3は、軸力のみを伝達するように柱頭には積層ゴムや滑り支承のような軸力伝達部材を配置しておくことが望ましい。
【0019】
実際の建物では、図6で示した連層耐震壁のような純ラーメン構造の場合だけでなく、図20の従来例で示すように腰壁42、垂れ壁43、袖壁44、方立て壁45等が適宜に配置されていることが普通である。
従って、図6に示した連層耐震壁の配置では設計段階で期待しているような崩壊モードにならない可能性も否定できなく、最適な層せん断力特性を備えた建物を構築するためには、本発明による応力受動遅延機構を組み込んだ構造要素を、設計計画に合わせて建物の高さ方向や平面位置に適宜配置することが必要になる。
【0020】
図7は、耐震壁、ブレース等の構造要素を、上記対応の下に建物に配置する他の実施の形態を示す正面図である。
本実施の形態においては、建物の設計計画の段階において、応答解析等の検討をすることで他の層に比較して相対的に弱く、層破壊を招く恐れが予測される層に対して、本発明による応力受動遅延機構を組み込んだ構造要素を予め配置しておくことで、層破壊を有効に防止している。又、高さ方向の層別ばかりでなく、平面的にも応答解析等によって耐力の低下を生じる可能性のある架構面位置が明確になっている場合には、平面上の所定の位置に応力受動遅延機構を組み込んだ構造要素を配置することによって、建物の偏心によるねじれ破壊等を防止することを可能にしている。
図7(a)、(b)は、各層の平面計画が比較的同一に近い建物に対応する例である。この場合は、平面計画的に同一であるから耐震壁やK型ブレースを建物の高さ方向に連続して配置したものであり、上記連層耐震壁の例に近い建物に適用できる。
図7(c)、(d)は、各層の平面計画がそれぞれに異なっている建物に対応する例である。この場合は、平面的に架構面の耐力低下が異なっているために地震力に対応できる形態が異なることになる。そこで、層破壊や建物のねじれ崩壊を防止するために、各層の平面計画に合わせて各架構面に耐震壁やK型ブレースを配置しているものであり、層毎に異なる配置状態になっている。
【0021】
図8は、本発明によって、建物の構造要素に応力受動遅延機構を組み込んで、建物の層崩壊を防止する耐震建物の層間変形角について考察するための特性図である。なお、本考察における各構造要素の設定値は、図22に例示した従来のものと同様にしてある。
本発明による建物は、耐震壁が柱、梁との間に層間変形角2〜6×10-3rad程度に相当するギャップを設けてあるから、図示のように、層間変形角が2〜6×10-3radの程度までは、柱・梁骨組のみがせん断力を負担して層せん断耐力増強部材としての耐震壁はせん断力を負担していないが、ギャップを越える所定の設定値以上の層間変形角に至ると耐震壁によるせん断力の負担が始まり、10〜14×10-3radぐらいまでは負担せん断力がほとんど低下しない。そして、柱・梁骨組は従来例と同様に鉛直荷重を保持しており、層間変形角が5×10-3rad程度で負担せん断力が最大に達しても、軸力比を0.3程度以下に設定すれば、20×10-3radを越える層間変形角に対しても充分な変形能力を有している。
【0022】
以上のように、壁と柱・梁骨組を統合した層せん断力特性は、図示のように層間変形角の小さい段階では柱・梁骨組による耐力のみで対応することから柔軟である。
一方、10〜14×10-3radのような大きな層間変形角に対しては、柱・梁骨組と層せん断耐力増強部材としてせん断耐力を増強する壁とが合同で対処することで、特定層が層崩壊を起こすことを回避させて、各層の靱性と層間変形角の平準化が行われることになり、建物全体で地震入力エネルギーを吸収することになって充分な耐力を維持できる。
【0023】
次に、本発明による耐震建物のエネルギー吸収機構について説明する。
図9は、本発明をK型ブレースに適用した実施の形態を説明するための正面図である。
K型ブレース30は、ブレースの交点31で梁4と対峙している。ブレースの交点31と対峙している梁4にはエネルギー吸収機構である鋼材ダンパー32を設けており、K型ブレース30の交点31には突起33を配置して鋼材ダンパー32との間に、応力受動遅延機構としてのギャップ34を形成している。
従って、平常時には、K型ブレース30の交点31と梁4とはギャップ34を挟んで分離状態に置かれている。
【0024】
そして、地震等による水平力を受けた建物が図10に示すように変形すると、前記実施の態様で説明したギャップと同様の変形差で、梁4に設けた鋼材ダンパー32とK型ブレース30の突起33とが当接する。
図11は、鋼材ダンパー32の特性を所定値までは剛にしておき、鋼材ダンパーが層せん断力の一部を負担する範囲に層間変形角の設定値を定める場合のダンパー部の「変形―せん断力」関係を示している。
ダンパー部の変形が設定値を超えると、鋼材ダンパー32が剛性を発揮するので、梁の水平力はK型ブレース30に伝達される。K型ブレース30は、補強効果を発揮してせん断耐力を増強する状態になり、図示のように柱、梁のせん断耐力を補強する機能が発揮される。
従って、ギャップ34は前記実施の形態と同様に応力受動遅延機構として作動しており、K型ブレース30は、応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位置付けられると同時に、ギャップ幅に相当する値以上の層間変形角に至る変形においては、柱、梁によるせん断力に加算してせん断力を負担する層せん断耐力増強部材として機能している。
【0025】
図12は、層間変形角がさらに増大してダンパー部の変形が上記設定値を超過する場合のダンパー部の「変形―せん断力」関係を示している。
上記設定値を超えると、鋼材ダンパー32の剛性が限界点を超えるために塑性変形を開始し、せん断力の抵抗は図示のように頭打ちとなる。鋼材ダンパー32は、柱、梁に加えられているエネルギーを吸収してK型ブレース30への伝達応力を頭打ちにするので、K型ブレース30には過大な応力が加えられることなく、損傷を回避することができる。
従って、鋼材ダンパー32は、ギャップ34に相当する幅以上の層間変形角に至る変形においては、柱、梁から構造要素としてのK型ブレースに伝達するせん断力が頭打ちとなり、エネルギー吸収機構としても機能している。
【0026】
図13〜15には、通常の各種ダンパーを用いた場合の本発明におけるダンパー部分の「変形―せん断力」関係を示している。
図13は、エネルギー吸収機構として鋼材ダンパーを採用した場合のダンパー部の「変形―せん断力」関係を示している。
本実施の形態の例では、層間変形角が応力受動遅延機構としてのギャップ34に相当する層間変形角を超えると、エネルギー吸収機構は直ちに単独の鋼材ダンパーが備えているほぼ矩形の「変形―せん断力」特性に従った履歴35を示して、柱、梁から伝達されるせん断力を吸収して頭打ちとするので、構造要素の損傷を回避することに成る。
【0027】
図14は、エネルギー吸収機構としてオイルダンパーを採用した場合のダンパー部分の「変形―せん断力」関係を示している。
応力受動遅延機構としてのギャップ34に相当する層間変形角を超えると、エネルギー吸収機構は直ちに単独のオイルダンパーが備えている楕円形の「変形―せん断力」特性に従った履歴36を示し、構造要素としてのK型ブレースに伝達するせん断力を頭打ちとしている。
【0028】
図15は、エネルギー吸収機構として粘弾性衝撃吸収装置を採用した場合のダンパー部の「変形―せん断力」関係を示している。
応力受動遅延機構としてのギャップ34に相当する層間変形角を超えると、エネルギー吸収機構は直ちに単独の粘弾性衝撃吸収装置が備えている傾斜した楕円形の「変形―せん断力」特性に従った履歴37を示している。
粘弾性衝撃吸収装置の設定形態としては、梁から吊り下げた鋼材ダンパーの両側に粘弾性衝撃吸収装置を貼り付けて、K型ブレースの交点等に設けた突起と当接するように構成してもよい。
【0029】
図16は、本発明を耐震壁に適用した実施の形態を説明するための正面図である。
耐震壁38は、上端中央に窪み39を備えており、柱との間は縁切り状態に形成している。梁4には鋼材ダンパー32が設けてあり、窪み39との間にはギャップ34を確保している。
上記の構成において、鋼材ダンパーに所定の剛性を保有させておく場合には、地震等による水平力が作用して層間変形角がギャップ34に相当する設定値を超えると、鋼材ダンパー32は剛性を発揮するので、梁の水平力は耐震壁38に伝達される。このため、耐震壁38は剛性を現出することで補強効果を発揮し、せん断耐力を増強する状態になって、柱、梁のせん断耐力を補強する機能が発揮される。
そして、層間変形角がギャップ34に相当する設定値を超えて鋼材ダンパーの抵抗力が頭打ちになる場合には、鋼材ダンパー32はエネルギーを吸収し、梁の水平力はそれ以上に耐震壁38に伝達されない。
【0030】
従って、ギャップ34は、前記実施の形態と同様に、応力受動遅延機構として作動し、耐震壁38は、応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位置付けられると同時に、ギャップ幅以上に相当する層間変形角に至る変形においては、鋼材ダンパー32の剛性が発揮される場合に、層せん断耐力増強部材として機能させる。そして、鋼材ダンパー32は、設定値を超えて鋼材ダンパーの抵抗力が頭打ちになることでエネルギー吸収機構としても機能している。
【0031】
上述した層せん断力特性を図17に示す質点モデルに適用してみると、建物の全層を低い初期剛性にすることで建物に対する地震力の増大を防止している。
地震時には、特定層の柱・梁骨組が、せん断力を受けて応力受動遅延機構であるギャップで設定した層間変形角に至ると、鋼材ダンパー等の剛性が発揮されて耐震壁等が層せん断耐力増強部材としてせん断力を負担してその層の剛性を高める。このために、せん断力による変形は特定層から抵抗力の弱い他の層に分散させることになる。
さらに大きな力が作用する場合には、鋼材ダンパー等の抵抗力が頭打ちになることでエネルギー吸収機構として機能し、柱、梁等の構造要素に対して過大な層間変形の発生を阻止する。
以上のことから、建物としては各層の耐力・靱生アップと層間変形角の平準化効果が発揮され、建物全体で地震入力エネルギーを吸収することになって層崩壊を未然に防止できることになる。
【0032】
上述したように、本発明による耐震建物は、柱・梁骨組がせん断力を負担できる安全な範囲である2〜6×10-3rad程度までは層間変形角が生じることを許容している。従って、図18に示すように、本発明による耐震建物は、K型ブレース等の構造要素50に応力受動遅延機構及びこれに付加する層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を組み込んだ構成51に加えて、層間変形角の範囲で作用するダンパー等の制震装置52を付加して設置する場合にも各装置の作動面において良好な協調性が保てるものであり、設計計画上で有効な自由度もある。
【0033】
本発明による耐震建物は、上記した解析的な層崩壊防止の直接的機能の他に、建物において実際に遭遇する以下のような事例に対しても有効な機能を発揮することができる。
即ち、実際の建物では、解析モデルの諸元に対して多くのばらつきを伴っている。例えば、一考察によると、材料強度の等のばらつきによって部材強度のばらつきは、耐震壁の剪断強度で8〜12%、柱の剪断強度で7〜10%程度である。さらに、雑壁のようにモデル化の際に無視されている要因も存在し、各層の諸元のばらつきは、相対的に弱い層への入力エネルギーの集中を招き、結果的に層崩壊に結びつくことになると考えられる。
しかし、本発明による耐震建物は、建物の構造要素に応力受動遅延機構を組み込み、層せん断耐力増強部材を付加したことによって、相対的に弱い層に対して保護的に作用するので、ばらつきに対しても極めて包容的に対応できる架構形式になっている。
【0034】
又、地震時における建物の挙動は、作用する地震動によって大きく左右される。従って、特定の地震動に対して構造諸元を最適化しても、他のタイプの地震動に対しては危険側の構造諸元になっていることも多い。
しかし、本発明による耐震建物は、建物の構造要素に応力受動遅延機構を組み込み、層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を付加することによって、地震時に層崩壊に向かっている層をタイムリーに補強したり、エネルギーを吸収するように作用するので、どのようなタイプの地震動に対しても有効に機能する架構形式になっている。
【0035】
以上のように、本発明による耐震建物は、入力エネルギーを建物全体で吸収して弱い層の崩壊を暫時防止していることから、中小の地震に対しては、全く補修の必要がなく、大地震に対しても構造部材の補修を必要とする場合が極めて少なく経済的にも有利である。
【0036】
以上、本発明について実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明にによる耐震建物は、基本的に、建物の構造要素応力受動遅延機構を組み込んだり、組み込んだ応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を付加することを特徴とするものであり、地震力に対する建物の層崩壊を防止して応力の分散を図り、建物全体が均等に対応できる構造を廉価に達成しているものであるから、本発明は上述した実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは当然のことである。
【0037】
【発明の効果】
本発明による耐震建物は、基本的に、建物の構造要素に応力受動遅延機構を組み込んだり、組み込んだ応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材を付加することを特徴とするものであり、具体的には、耐震壁を対象にして応力受動遅延機構としては建物の構造要素間のギャップを採用することを特徴とし、層せん断耐力増強部材としては各構造要素を採用する。さらに、応力受動遅延機構を組み込んだ建物の構造要素を平面計画に合わせて建物の高さ方向や平面的に適宜配置することを特徴としているので、建物に対する地震力の増大を防止し、各層の靱性を向上させると同時に、建物の層崩壊を防止して層間変形角の平準化を図り、地震力の入力エネルギーを建物全体で吸収することによって建物の崩壊を防止している。
さらに、構造が簡潔で包容的に構成してあるから、建物の平面計画にフレキシビリテイを確保することができ、建屋諸元のばらつきや地震動の多様さにも包括的(ロバスト)に対応できる効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】応力受動遅延機構を組み込んだ本発明による耐震壁の正面図
【図2】応力受動遅延機構を組み込んだ開口部を有する耐震壁の正面図
【図3】応力受動遅延機構を組み込んだり他の耐震壁の正面図
【図4】応力受動遅延機構を組み込んだりK型ブレースの正面図
【図5】ギャップ保持装置を用いた耐震壁の正面、断面、詳細断面図
【図6】応力受動遅延機構を組み込んだ連層耐震壁の正面図
【図7】応力受動遅延機構を高さ方向もしくは平面方向に組み込んだ耐震建物の正面図
【図8】応力受動遅延機構を組み込んだ耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図9】応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を付加するK型ブレースの正面図
【図10】応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を付加するK型ブレースの作動状態図
【図11】層せん断耐力増強部材を付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図12】エネルギー吸収機構を付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図13】エネルギー吸収機構として鋼材ダンパーを付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図14】エネルギー吸収機構としてオイルダンパーを付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図15】粘弾性衝撃吸収装置を付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図
【図16】層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を付加する耐震壁の正面図
【図17】本発明による耐震建物の質点モデル
【図18】応力受動遅延機構等と制震装置を組み込んだK型ブレースの正面図
【図19】従来の層崩壊した建物の正面図
【図20】従来の耐震建物の正面図
【図21】地震動入力の振動特性係数図
【図22】従来の耐震建物における「層間変形角―層せん断力」特性図
【図23】従来の耐震建物の質点モデル
【符号の説明】
1 耐震壁(層せん断耐力増強部材)
2 ギャップ(応力受動遅延機構)
3 柱
4 梁
5 開口部
6 開口部側の耐震壁(層せん断耐力増強部材)
7 切断面
8 スラブ
9 鉄板
10 ギャップ(応力受動遅延機構)
11 上壁(層せん断耐力増強部材)
12 下壁(層せん断耐力増強部材)
13 凹凸部分
14 ギャップ(応力受動遅延機構)
15、16 保護用鉄板
17 K型ブレース(層せん断耐力増強部材)
18 隙間
19 ギャップ保持装置(応力受動遅延機構)
20 耐震壁(層せん断耐力増強部材)
21 拘束梁
22 隙間
23 シアキー
24 低降伏剪断ピン
25 シアキー
26 高強度剪断ピン
27 ギャップ孔(応力受動遅延機構)
28 独立壁型の連層耐震壁(層せん断耐力増強部材)
29 柱切断型連層耐震壁(層せん断耐力増強部材)
30 K型ブレース(層せん断耐力増強部材)
31 K型ブレースの交点
32 鋼材ダンパー(層せん断耐力増強部材、エネルギー吸収機構)
33 交点に配置した突起
34 ギャップ(応力受動遅延機構)
35 鋼材ダンパー(エネルギー吸収機構)の「変形―せん断力」特性図
36 オイルダンパー(エネルギー吸収機構)の「変形―せん断力」特性図
37 粘弾性衝撃吸収装置(エネルギー吸収機構)の「変形―せん断力」特性図
38 耐震壁(層せん断耐力増強部材)
39 窪み
40 中高層建物
41 層崩壊
42 腰壁
43 垂れ壁
44 袖壁
45 方立て壁
46 スリット
47 降伏層
50 構成要素
51 応力受動遅延機構等の構成
52 制震装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an earthquake-resistant structure of a building, and more particularly to an earthquake-resistant building that prevents a middle-high-rise building from collapsing.
[0002]
[Prior art]
At the time of an oversized earthquake, high-rise buildings have collapsed, and this has led to a lot of human life being at risk. As shown in FIG. 19, once the middle-to-high-rise building 40 is damaged by the weakest layer and its proof stress is lowered, seismic energy concentrates on that layer, resulting in a layer collapse 41, and the other layers are completely healthy. This is because the building collapses due to the layer collapse mode.
[0003]
In order to prevent dangerous layer collapse, the recent structural design also shows the direction of designing a beam collapse type that is sufficiently tougher than the beam and has a toughness.
However, in the case of a pure ramen structure, it is considered that such a design method is also possible. However, in an actual building, as illustrated in FIG. 20, a waist wall 42, a hanging wall 43, a sleeve wall 44, a vertical wall In reality, the possibility of not having the collapse mode expected at the design stage due to the wall 45 cannot be denied.
Therefore, a design policy of handling as a non-structural member by providing the slit 46 for an uncertain factor is also shown, but regarding the partial slit, the effect of installing the slit is hardly expected at present.
[0004]
In addition, the use of multi-story shear walls as a method of increasing the proof stress of the entire building is also being studied. However, in the case of a high-rise building, the seismic force is reduced due to the long period as seen in FIG. 21, and increasing the rigidity by the multistory shear wall or the like impairs the advantage of reducing the input seismic motion. Become.
[0005]
This is clear when considering the interlaminar deformation angle when multi-story shear walls are applied to the entire building.
As illustrated in FIG. 22, in the conventional earthquake resistant wall, the interlayer deformation angle is 4 × 10. -3 If the load shearing force reaches the maximum at about rad and care is taken to prevent the shear failure of the attached ramen, 8 × 10 -3 Up to about rad, the shear load is not reduced so much.
Similarly, the column / beam frame has an interlayer deformation angle of 5 × 10 -3 The strain shearing force reaches a maximum at about rad, and the strain shearing force hardly decreases beyond that.
As shown in the figure, the layer shear force that can be withstood by the wall and the pillar / beam frame combined with the earthquake resistant wall is large at the stage where the interlayer deformation is small. -3 At interlaminar deformation angles of about rad or more, the wall loses its yield strength, so the layer shear force becomes the yield strength of the column / beam frame only.
[0006]
For this reason, since the rigidity of the entire building including the multi-layer earthquake resistant wall is high at a stage where deformation is small, the natural period of the building is shortened, and the earthquake resistance is increased as compared with the case without the multi-layer earthquake resistant wall. Also, in extra large earthquakes, the interlayer deformation angle is 10 × 10 -3 Since it is possible that it will greatly exceed the rad level, the soundness as a structural member of the multistory earthquake resistant wall cannot be maintained during such inter-layer deformation, and there are relatively weak layers in the building. Yield and deformation was concentrated in the yield layer 47 and led to the layer collapse, as seen in the mass model shown in FIG.
Moreover, in order to make a multistory shear wall an effective structural element, it is desirable to arrange it continuously in the height direction.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention incorporates a stress passive delay mechanism and a layer shear strength enhancing member or energy absorption mechanism added to the structural element of the building to prevent the building from collapsing, and requires little repair even during a large earthquake. It provides an inexpensive seismic building.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The seismic building according to the present invention basically adds a stress passive delay mechanism to the structural elements of the building and the same. Built-in layer shear strength enhancing member It is characterized by that. As a specific configuration, Seismic wall Targeted between the structural elements of buildings as a passive stress delay mechanism Gap Adopted, the structural element of the building corresponds to the layer shear strength enhancing member To do. In addition, the structural elements of the building incorporating the stress passive delay mechanism are appropriately arranged in the height direction and plane according to the plan of the building. By making the mechanism work, it is possible to flexibly cope with only the proof strength of the column / beam frame, and for large inter-layer deformation angles, the column / beam skeleton and the layer shear strength enhancing member jointly handle each layer toughness and interlayer. Since the deformation angle is leveled, a specific layer can be prevented from collapsing due to seismic force, and a structure that can handle the entire building evenly can be achieved at low cost.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a front view for explaining an embodiment in which the present invention is applied to a seismic wall.
In the present embodiment, the structural element is the earthquake resistant wall 1 and the stress passive delay mechanism is the gap 2. The gap 2 of the earthquake-resistant wall 1 is formed in a taper shape in accordance with the deformation of the column / beam frame, and the earthquake-resistant wall is formed in a trapezoidal shape. The seismic wall 1 is cut from the left and right columns 3 and 3 and the upper beam 4 and functions as a layer shear strength enhancing member for seismic force exceeding the gap width.
The gap between the trapezoidal type seismic wall and the column is set so that the column and the wall do not collide and break, and the gap is filled with a shock-absorbing member that also absorbs energy. It is desirable to keep it.
The stress passive delay mechanism is not limited to the gap, but is an elastic mechanism that can transmit this stress to a structural element such as a seismic wall after a predetermined deformation when a column or beam is subjected to a horizontal force by an earthquake force. Such other structures may be used.
[0010]
Next, the function of the stress passive delay mechanism in the earthquake-resistant wall will be described.
Because the seismic wall 1 has a gap 2 between the column and the beam, the shearing force is not borne when the interlaminar deformation angle is small, and the building can flexibly cope with only the strength of the column / beam frame. ing. However, since the shear wall 1 bears a shear force for large inter-layer deformation angles greater than a predetermined set value, sufficient strength can be maintained by flexibly cooperating with a column / beam frame as a building.
The width of the gap 2 is adjusted and set to a value that does not lower the proof stress of each layer up to the interlayer deformation angle necessary for the structural design.
The value of the gap and the deformation capacity due to the gap formation will be described in detail later. As an approximate guideline for the gap width to be adjusted, the shear load set by the earthquake resistant wall is set to the maximum from the design maximum interlayer deformation angle. 4-8x10 to reach -3 2-6 × 10 smaller by rad -3 It is efficient if it is set so as to be within rad.
[0011]
As described above, the stress passive delay mechanism according to the present invention, as explained in the formation of the gap 2 and the action thereof, even if the column / beam frame receives a horizontal force due to the seismic force, It is a collective term for mechanisms that can perform the function of transmitting after securing a predetermined deformation difference without immediately transmitting to the terminal.
In addition, the seismic wall 1 is positioned as a structural element for incorporating the above-described stress passive delay mechanism, and at the same time, in the deformation that reaches the interlayer deformation angle beyond the gap width, the shearing force is added to the shearing force by the column / beam framework. It also functions as a layer shear strength enhancing member.
[0012]
FIG. 2 is a front view showing an embodiment in which the opening 5 is provided in the composition surface.
The cut surface 7 of the seismic wall 6 on the opening side is formed in a straight line, and the gap 2 on the column 3 side is tapered. An iron plate 9 having a predetermined thickness is mounted on the upper surface of the opening 5 while maintaining a predetermined gap 10 with the cut surface 7 of the earthquake-resistant wall 6 in order to transmit the stress of the column 3, the beam 4 and the slab 8 to the earthquake-resistant wall 6. Has been. It should be noted that it is desirable to sandwich an impact absorbing member in each gap for the same reason as in the example of FIG.
Also in the example of the present embodiment, each gap forms a stress passive delay mechanism, and the seismic wall 6 is positioned as a structural element of the building, and at the same time, in a deformation reaching an interlayer deformation angle greater than the gap width, the layer shear It functions as a strength-enhancing member.
[0013]
FIG. 3 is a front view showing an embodiment of the present invention in which the earthquake-resistant wall is divided into two in the vertical direction.
The earthquake-resistant wall is divided into two in the vertical direction, and by forming an uneven portion 13 in the middle portion thereof, a gap 14 that forms the shearing force of columns and beams due to the input of earthquake motion in the convex and concave portions 13 of the upper wall 11 and the lower wall 12 is formed. It achieves the function as a stress passive delay mechanism.
The convex and concave portions 13 of the upper wall 11 and the lower wall 12 are reinforced with protective iron plates 15 and 16 so as not to damage the wall portion by impact.
Also in the example of the present embodiment, each gap 14 forms a stress passive delay mechanism, and the upper and lower walls 11 and 12 are positioned as structural elements of the building. It functions as a shear strength enhancing member.
[0014]
FIG. 4 is a front view showing an embodiment in which the present invention is applied to the K-type brace 17.
The K-type brace 17 is joined to the beam at the intersection of the braces, and a gap 18 is formed at this joined portion. Gap By providing the gap holding device 19 as a stress passive delay mechanism with the gap interposed therebetween, the effect of the invention is achieved.
The gap holding device 19 will be described in detail with reference to FIG. 5, but the shearing force of the columns and beams due to the seismic motion input is changed by the same deformation difference as the gap 14 described in the above embodiment, and the beam 4 and the K-type brace 17. It functions as a stress passive delay mechanism.
The K-type brace is positioned as a structural element for incorporating the above-described stress passive delay mechanism. At the same time, in the deformation that reaches the interlayer deformation angle beyond the gap width, the K-type brace is added to the shearing force by the column / beam framework. Functions as a layer shear strength enhancing member.
[0015]
FIG. 5 is a front view (a), a cross-sectional view (b), and a detailed cross-sectional view (c), (d) of the gap holding device 19 in an embodiment in which the present invention is applied to a shear wall.
The seismic wall 20 has a constraining beam 21 at the upper end, and the column and the beam are in an edge-cut state. A gap 22 is formed between the beam 4 and the restraining beam 21 of the seismic wall 20, and a gap holding device 19 similar to that shown in FIG.
The gap holding device 19 has a gap in the device, and in the same way as the gap 14 described in the above embodiment, the shearing force of the column and the beam due to the seismic motion input is maintained at a predetermined deformation difference with the beam 4 and the earthquake resistance. It transmits to the wall 20 and operates as a stress passive delay mechanism.
In addition, the seismic wall 20 is positioned as a structural element for incorporating the above-described stress passive delay mechanism, and at the same time, in the deformation that reaches the interlayer deformation angle beyond the gap width, the shearing force is added to the shearing force by the column / beam frame. It functions as a layer shear strength enhancing member that bears the load, and works with column and beam frames to withstand oversized earthquake motion input.
[0016]
The cross-sectional view of FIG. Gap 22 shows a state in which a gap holding device 19 is attached to the beam 4 facing each other across 22 and the restraining beam 21 of the earthquake-resistant wall 20, and the gap holding device 19 interposes a gap formed in the device. In response to the shearing state of the beam 4 and the seismic wall 20, each other is restrained with a shear key. The gap holding device 19 has a function of transmitting seismic motion between the beam 4 and the K-type brace 17 with the same deformation difference as the gap 14 described in the above embodiment, and operates as a stress passive delay mechanism. To do.
5C and 5D show two types of shear keys used in the gap holding device 19 in cross section.
The shear key 23 shown in FIG. 5 (c) uses a shear pin 24 made of low yield steel and is arranged to hold the position. The shear key 25 shown in FIG. 5 (d) uses a shear pin 26 made of high-strength steel or ordinary steel. When the interlayer deformation reaches the gap amount, In the same manner as in the gap 14 described in the above embodiment, the shear force is transmitted between the beam 4 and the earthquake-resistant wall 20.
[0017]
Since the shear pin 26 of the shear key 25 is disposed through the gap hole 27 having a play gap, the shear pin 26 acts on the shearing force of the columns and beams caused by the seismic motion input in the same manner as the gap 14. Exhibits a function as a stress passive delay mechanism.
The shear keys 23 and 25 are arranged in a row in the beam direction as shown in FIG. 5A. However, the number of shear keys 23 and 25 is calculated from the seismic design. become.
[0018]
FIG. 6 is a front view for explaining a state in which the earthquake-resistant wall is arranged in a building as a multi-layer earthquake-resistant wall.
The independent wall-type multi-story earthquake-resistant wall 28 shown in FIG. 6A is joined to the column 3 and the beam 4 with the gap retaining device 19 interposed between them in a state where the edge is cut off. It is arranged continuously.
The column-cut type multi-story earthquake-resistant wall 29 shown in FIG. 6B is joined to the beam 4 with the gap holding device 19 interposed between the column 3 and the beam 3 while being integrated with the column 3. . In this case, it is desirable that the column 3 is provided with an axial force transmission member such as laminated rubber or a sliding bearing on the column head so as to transmit only the axial force.
[0019]
In an actual building, not only in the case of a pure ramen structure such as the multi-layer earthquake resistant wall shown in FIG. 6, but also in the conventional example of FIG. 20, a waist wall 42, a hanging wall 43, a sleeve wall 44, a vertical wall It is normal that 45 etc. are arrange | positioned suitably.
Therefore, the arrangement of the multi-story shear walls shown in FIG. 6 cannot deny the possibility that the collapse mode is not expected at the design stage, and in order to construct a building with the optimum layer shear force characteristics. Therefore, it is necessary to appropriately arrange the structural element incorporating the stress passive delay mechanism according to the present invention in the height direction or the plane position of the building in accordance with the design plan.
[0020]
FIG. 7 is a front view showing another embodiment in which structural elements such as earthquake-resistant walls and braces are arranged in a building under the above-mentioned correspondence.
In the present embodiment, at the stage of the building design plan, it is relatively weak compared to other layers by examining response analysis etc., and for the layer that is expected to cause layer destruction, Layer breakage is effectively prevented by arranging in advance a structural element incorporating the stress passive delay mechanism according to the present invention. In addition to the stratification in the height direction, if the frame surface position that may cause a decrease in proof stress is clarified not only in the plane but also in the plane, stress is applied to a predetermined position on the plane. By disposing a structural element incorporating a passive delay mechanism, it is possible to prevent torsional destruction and the like due to eccentricity of the building.
FIGS. 7A and 7B are examples corresponding to buildings in which the plan of each layer is relatively similar. In this case, since they are the same in plan, the seismic walls and K-type braces are continuously arranged in the height direction of the building, and can be applied to a building close to the above example of the multi-layer seismic walls.
FIGS. 7C and 7D are examples corresponding to buildings in which the floor plan of each layer is different. In this case, since the strength reduction of the frame surface is different in plan, the form that can cope with the seismic force is different. Therefore, in order to prevent layer destruction and torsional collapse of buildings, earthquake-resistant walls and K-type braces are arranged on each frame according to the plan of each layer, and the arrangement is different for each layer. Yes.
[0021]
FIG. 8 is a characteristic diagram for considering the interlaminar deformation angle of a seismic building that incorporates a passive stress delay mechanism into the structural element of the building and prevents the building from collapsing according to the present invention. Note that the setting values of each structural element in this consideration are the same as those in the conventional example illustrated in FIG.
Buildings according to the present invention have an interlayer deformation angle of 2-6 × 10 between the seismic walls and the columns and beams. -3 Since a gap corresponding to about rad is provided, the interlayer deformation angle is 2-6 × 10 6 as shown in the figure. -3 Up to the level of rad, only the column and beam frames bear the shearing force, and the shear wall as the layer shear strength increasing member does not bear the shearing force, but the interlayer deformation angle exceeds the predetermined set value beyond the gap. When it reaches, the burden of shearing force by the earthquake-resistant wall begins, and 10-14x10 -3 The shear load is hardly reduced until about rad. The column / beam frame holds the vertical load as in the conventional example, and the interlayer deformation angle is 5 × 10. -3 Even if the shear load reaches the maximum at about rad, if the axial force ratio is set to about 0.3 or less, 20 × 10 -3 It has sufficient deformation capability even for interlayer deformation angles exceeding rad.
[0022]
As described above, the laminar shear force characteristics obtained by integrating the wall and the column / beam frame are flexible because only the proof strength of the column / beam frame is used at the stage where the interlayer deformation angle is small as shown in the figure.
On the other hand, 10-14 × 10 -3 For large interlaminar deformation angles such as rad, it is possible to prevent the specific layer from causing layer collapse by jointly dealing with the column / beam frame and the wall that enhances the shear strength as a layer shear strength enhancing member. Thus, the toughness of each layer and the interlayer deformation angle are leveled, and the entire building can absorb the seismic input energy and maintain sufficient proof stress.
[0023]
Next, the energy absorption mechanism of the earthquake-resistant building according to the present invention will be described.
FIG. 9 is a front view for explaining an embodiment in which the present invention is applied to a K-type brace.
The K-type brace 30 faces the beam 4 at the intersection 31 of the braces. A steel damper 32 serving as an energy absorbing mechanism is provided on the beam 4 facing the intersection 31 of the brace, and a protrusion 33 is disposed at the intersection 31 of the K-type brace 30 so that a stress is applied to the steel damper 32. A gap 34 is formed as a passive delay mechanism.
Therefore, at the normal time, the intersection 31 of the K-type brace 30 and the beam 4 are placed in a separated state with the gap 34 interposed therebetween.
[0024]
And if the building which received the horizontal force by an earthquake etc. deform | transforms as shown in FIG. 10, the steel material damper 32 provided in the beam 4 and the K-type brace 30 of the deformation difference similar to the gap demonstrated in the said aspect will be sufficient. The protrusion 33 contacts.
FIG. 11 shows the “deformation-shearing” of the damper when the characteristic of the steel damper 32 is made rigid up to a predetermined value and the set value of the interlaminar deformation angle is determined within a range where the steel damper bears a part of the layer shear force. Power relationship.
When the deformation of the damper portion exceeds the set value, the steel damper 32 exhibits rigidity, so that the horizontal force of the beam is transmitted to the K-type brace 30. The K-type brace 30 is in a state of enhancing the shear strength by exerting a reinforcing effect, and exhibits a function of reinforcing the shear strength of columns and beams as shown in the figure.
Accordingly, the gap 34 operates as a stress passive delay mechanism as in the above embodiment, and the K-type brace 30 is positioned as a structural element for incorporating the stress passive delay mechanism, and at the same time, a value corresponding to the gap width. In the deformation to the above-mentioned interlayer deformation angle, it functions as a layer shear strength enhancing member that bears the shearing force by adding to the shearing force due to the columns and beams.
[0025]
FIG. 12 shows the “deformation-shear force” relationship of the damper portion when the interlayer deformation angle is further increased and the deformation of the damper portion exceeds the set value.
When the set value is exceeded, the rigidity of the steel damper 32 exceeds the limit point. Plasticity The deformation starts and the resistance of the shearing force reaches a peak as shown in the figure. The steel damper 32 absorbs the energy applied to the pillars and beams and reaches the peak of the transmission stress to the K-type brace 30, so that excessive stress is not applied to the K-type brace 30 and damage is avoided. can do.
Therefore, in the steel damper 32, when the deformation reaches an interlayer deformation angle equal to or larger than the width corresponding to the gap 34, the shearing force transmitted from the columns and beams to the K-type brace as a structural element reaches a peak, and functions as an energy absorbing mechanism. is doing.
[0026]
13 to 15 show the “deformation-shear force” relationship of the damper portion in the present invention when various ordinary dampers are used.
FIG. 13 shows a “deformation-shear force” relationship of the damper portion when a steel damper is employed as the energy absorbing mechanism.
In the example of the present embodiment, when the interlayer deformation angle exceeds the interlayer deformation angle corresponding to the gap 34 as the stress passive delay mechanism, the energy absorbing mechanism immediately becomes a substantially rectangular “deformation-shear” provided in a single steel damper. The history 35 according to the “force” characteristic is shown, and the shearing force transmitted from the columns and beams is absorbed to make the peak, so that damage to the structural element is avoided.
[0027]
FIG. 14 shows the “deformation-shear force” relationship of the damper portion when an oil damper is employed as the energy absorbing mechanism.
When the interlayer deformation angle corresponding to the gap 34 as the stress passive delay mechanism is exceeded, the energy absorption mechanism immediately shows a history 36 according to the elliptical “deformation-shear force” characteristic of the single oil damper, and the structure The shearing force transmitted to the K-type brace as an element is peaked.
[0028]
FIG. 15 shows the “deformation-shearing force” relationship of the damper portion when the viscoelastic shock absorber is adopted as the energy absorbing mechanism.
When the interlayer deformation angle corresponding to the gap 34 as the stress passive delay mechanism is exceeded, the energy absorption mechanism immediately follows the slanted elliptical “deformation-shear force” characteristic of the single viscoelastic shock absorber. 37 is shown.
As a setting form of the viscoelastic shock absorbing device, a viscoelastic shock absorbing device may be attached to both sides of a steel damper suspended from a beam so as to be in contact with a protrusion provided at an intersection of a K-type brace. Good.
[0029]
FIG. 16 is a front view for explaining an embodiment in which the present invention is applied to a seismic wall.
The seismic wall 38 is provided with a recess 39 at the center of the upper end, and is formed in an edge-cut state between the columns. The beam 4 is provided with a steel damper 32 and a gap 34 is secured between the beam 4 and the beam 39.
In the above configuration, when the steel damper has a predetermined rigidity, when a horizontal force due to an earthquake or the like acts and an interlayer deformation angle exceeds a set value corresponding to the gap 34, the steel damper 32 has a rigidity. As it is exerted, the horizontal force of the beam is transmitted to the seismic wall 38. For this reason, the seismic wall 38 exhibits a reinforcing effect by exhibiting rigidity, and is in a state of enhancing the shear strength, thereby exhibiting the function of reinforcing the shear strength of the columns and beams.
When the interlayer deformation angle exceeds a set value corresponding to the gap 34 and the resistance force of the steel damper reaches a peak, the steel damper 32 absorbs energy, and the horizontal force of the beam exceeds the seismic wall 38. Not transmitted.
[0030]
Accordingly, the gap 34 operates as a stress passive delay mechanism as in the above embodiment, and the earthquake resistant wall 38 is positioned as a structural element for incorporating the stress passive delay mechanism, and at the same time, the gap corresponding to the gap width or more. In the deformation that reaches the deformation angle, when the rigidity of the steel damper 32 is exerted, it functions as a layer shear strength enhancing member. And the steel material damper 32 is functioning also as an energy absorption mechanism by exceeding the set value and the resistance force of the steel material damper reaching a peak.
[0031]
When the above-mentioned layer shear force characteristics are applied to the mass model shown in FIG. 17, an increase in seismic force on the building is prevented by making all layers of the building have low initial rigidity.
In the event of an earthquake, when a column / beam frame in a specific layer is subjected to a shear force and reaches the interlaminar deformation angle set by a gap, which is a stress passive delay mechanism, the rigidity of the steel damper, etc. is exerted, and the shear wall and the like are subjected to the layer shear strength As a reinforcing member, it bears a shearing force and increases the rigidity of the layer. For this reason, the deformation due to the shearing force is dispersed from the specific layer to another layer having a weak resistance.
When a larger force acts, the resistance force of the steel damper or the like reaches a peak, thereby functioning as an energy absorption mechanism and preventing the occurrence of excessive interlayer deformation with respect to structural elements such as columns and beams.
From the above, the building has the effect of leveling up the strength and toughness of each layer and the inter-layer deformation angle, and the entire building absorbs the seismic input energy and can prevent the layer collapse.
[0032]
As described above, the seismic building according to the present invention is in a safe range in which the column / beam frame can bear the shearing force. -3 Interlayer deformation angles are allowed to occur up to about rad. Therefore, as shown in FIG. 18, the seismic building according to the present invention includes a structure 51 in which a stress passive delay mechanism and a laminar shear strength increasing member or energy absorbing mechanism added thereto are incorporated in a structural element 50 such as a K-type brace. In addition, even when a damping device 52 such as a damper that operates in the range of the interlayer deformation angle is added and installed, good cooperation can be maintained in the operation surface of each device, and the degree of freedom effective in the design plan. There is also.
[0033]
The seismic building according to the present invention can exhibit an effective function for the following cases that are actually encountered in the building, in addition to the above-described direct function of preventing the analytical layer collapse.
In other words, an actual building has many variations with respect to the specifications of the analysis model. For example, according to one consideration, the variation in the member strength due to the variation in the material strength or the like is about 8 to 12% in the shear strength of the earthquake resistant wall and about 7 to 10% in the shear strength of the column. In addition, there are factors that are ignored during modeling, such as miscellaneous walls, and variations in the specifications of each layer cause concentration of input energy in relatively weak layers, resulting in layer collapse. It is thought that it will be.
However, the seismic building according to the present invention protects against a relatively weak layer by incorporating a stress passive delay mechanism into the structural element of the building and adding a layer shear strength enhancing member. However, it is a frame format that can be handled quite inclusively.
[0034]
In addition, the behavior of buildings during an earthquake is greatly affected by the earthquake motion that acts. Therefore, even if the structural specifications are optimized for a specific seismic motion, the structural specifications are often on the dangerous side for other types of seismic motion.
However, the earthquake-resistant building according to the present invention incorporates a stress passive delay mechanism into the structural element of the building and adds a layer shear strength enhancing member or energy absorption mechanism to reinforce the layer that is facing the layer collapse in an earthquake in a timely manner. Or acting to absorb energy, it has a frame format that works effectively against any type of earthquake motion.
[0035]
As described above, the earthquake-resistant building according to the present invention absorbs input energy throughout the building to prevent the weak layer from collapsing for a while, so there is no need for repair at all for small and medium-sized earthquakes. There are very few cases where structural members need to be repaired even in the event of an earthquake, which is economically advantageous.
[0036]
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiment. However, the earthquake-resistant building according to the present invention basically incorporates the structural element stress passive delay mechanism of the building, or layers the built-in stress passive delay mechanism. It is characterized by the addition of a shear strength enhancing member or energy absorption mechanism, which prevents the building from collapsing against seismic forces and distributes the stress to achieve a structure that can handle the entire building at low cost. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0037]
【The invention's effect】
The seismic building according to the present invention basically incorporates a stress passive delay mechanism into the structural element of the building, or incorporates a stress passive delay mechanism into the built-in stress passive delay mechanism. Layer shear strength reinforcement member It is characterized by adding, specifically, Seismic wall As a target, the passive stress delay mechanism is between building structural elements. Gap Each structural element is used as a layer shear strength enhancing member. Is adopted. In addition, the structural elements of the building that incorporates the passive stress delay mechanism are appropriately arranged in the height direction of the building and in plan according to the plan, so that the increase in seismic force against the building is prevented, and At the same time as improving toughness, the layer collapse of the building is prevented to equalize the interlaminar deformation angle, and the building energy is prevented by absorbing the input energy of the seismic force throughout the building.
In addition, because the structure is simple and inclusive, it is possible to ensure flexibility in the floor plan of the building, and it is possible to respond comprehensively to the variations in building specifications and the diversity of seismic motion. It is effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a shear wall according to the present invention incorporating a stress passive delay mechanism.
FIG. 2 is a front view of a shear wall having an opening incorporating a passive stress delay mechanism.
[Fig.3] Front view of a stress-resistant wall incorporating a passive stress delay mechanism
Fig. 4 Front view of a K-type brace incorporating a passive stress delay mechanism
FIG. 5: Front, cross-section, and detailed cross-sectional view of a seismic wall using a gap retaining device
[Fig.6] Front view of multi-story shear wall incorporating passive stress delay mechanism
Fig. 7 Front view of a seismic building incorporating a passive stress delay mechanism in the height or plane direction.
[Fig. 8] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" of an earthquake-resistant building incorporating a passive stress delay mechanism
FIG. 9 is a front view of a K-type brace in which a layer shear strength enhancing member or an energy absorbing mechanism is added to a stress passive delay mechanism.
FIG. 10 is an operational state diagram of a K-type brace in which a layer shear strength increasing member or an energy absorbing mechanism is added to a stress passive delay mechanism.
[Fig. 11] Fig. 11 "Characteristics of interlaminar deformation angle-laminar shear force" of a seismic building to which a layer shear strength increasing member is added
[Fig. 12] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" of an earthquake-resistant building with an energy absorption mechanism
[Fig. 13] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" of an earthquake-resistant building with steel dampers as an energy absorption mechanism
[Fig. 14] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" of a seismic building with an oil damper as an energy absorption mechanism
[Fig. 15] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" of a seismic building to which a viscoelastic shock absorber is added
FIG. 16 is a front view of a shear wall to which a layer shear strength enhancing member or an energy absorbing mechanism is added.
FIG. 17 is a mass point model of an earthquake-resistant building according to the present invention.
FIG. 18 is a front view of a K-type brace incorporating a passive stress delay mechanism and a vibration control device.
FIG. 19 is a front view of a conventional layer collapsed building.
FIG. 20 is a front view of a conventional earthquake-resistant building.
FIG. 21: Vibration characteristics coefficient diagram of seismic motion input
[Fig. 22] Characteristic diagram of "interlaminar deformation angle-laminar shear force" in a conventional earthquake resistant building
FIG. 23: Mass point model of a conventional earthquake-resistant building
[Explanation of symbols]
1 Seismic wall (layer shear strength reinforcement member)
2 Gap (stress passive delay mechanism)
3 pillars
4 Beam
5 openings
6 Seismic wall on the opening side (layer shear strength enhancing member)
7 Cut surface
8 Slab
9 Iron plate
10 Gap (stress passive delay mechanism)
11 Upper wall (layer shear strength enhancing member)
12 Lower wall (layer shear strength enhancing member)
13 Concavity and convexity
14 Gap (stress passive delay mechanism)
15, 16 Protective iron plate
17 K-type brace (layer shear strength enhancing member)
18 Clearance
19 Gap retainer (stress passive delay mechanism)
20 Seismic wall (layer shear strength reinforcement member)
21 Restraint beams
22 Clearance
23 Sheakey
24 Low yield shear pin
25 Shea Key
26 High strength shear pin
27 Gap hole (stress passive delay mechanism)
28 Independent wall type multi-story shear wall (layer shear strength enhancing member)
29 Column-cut type multi-story shear wall (layer shear strength enhancing member)
30 K-type brace (layer shear strength enhancing member)
31 Intersection of K-type brace
32 Steel damper (layer shear strength enhancing member, energy absorption mechanism)
33 Protrusions placed at the intersection
34 Gap (stress passive delay mechanism)
35 "Deformation-shearing force" characteristic diagram of steel damper (energy absorption mechanism)
36 "Deformation-shearing force" characteristic diagram of oil damper (energy absorption mechanism)
37 “Deformation-shear force” characteristic diagram of viscoelastic shock absorber (energy absorption mechanism)
38 Seismic wall (layer shear strength reinforcement member)
39 Dimple
40 medium to high-rise buildings
41 layer collapse
42 Waist wall
43 Hanging wall
44 Sleeve Wall
45 Vertical wall
46 slit
47 Yield layer
50 components
51 Structure of stress passive delay mechanism, etc.
52 Vibration control device
Claims (1)
前記柱・梁骨組が所定の層間変形に到達した場合に、前記層せん断耐力増強部材が層せん断耐力の一部を負担して、
地震時の層間変形角の高さ方向分布を均等化し、層崩壊を防止した耐震建物において、
前記層せん断耐力増強部材は柱の変形に合わせてテーパー状に形成した耐震壁であって、前記応力受動遅延機構は柱と耐震壁との間に形成されたギャップに充填した衝撃緩衝用の部材であることを特徴とする耐震建物。 When a column / beam frame receives a horizontal force due to an earthquake, a stress passive delay mechanism that continuously transmits stress to the layer shear strength enhancing member after predetermined deformation of the column / beam frame is arranged in multiple layers in the height direction. Along with the design plan, arrange it at the desired position on the plane as appropriate.
When the column / beam framework reaches a predetermined interlayer deformation, the layer shear strength enhancing member bears a part of the layer shear strength,
In seismic buildings that prevent the collapse of layers by equalizing the height direction distribution of interlaminar deformation angles during earthquakes,
The layer shear strength enhancing member is a seismic wall formed in a tapered shape in accordance with the deformation of the column, and the stress passive delay mechanism is a shock buffering member filled in a gap formed between the column and the seismic wall. An earthquake-resistant building characterized by
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