JP3921144B2

JP3921144B2 - Vibration control device

Info

Publication number: JP3921144B2
Application number: JP2002223812A
Authority: JP
Inventors: 洋平片山; 純二橋本; 敏治前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004060397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制振装置に係り、特に構造物の振動エネルギを吸収するダンパが筋交いを有する壁内に取り付けられるよう構成された制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルや住宅等の構造物の耐震性を高める手段として、骨組の対角位置に装架されて壁の内部に配置される筋交いに油圧ダンパを取り付けてなる制振構造の開発が進められている。この制振構造では、油圧ダンパにより柱や梁等の骨組間に骨組を塑性変形させようとする地震の振動エネルギを吸収し、構造物の骨組の応答を制御し、制振させる構成となっている。
【０００３】
このような制振装置としては、例えば特開平２０００−２８２７０４号公報に開示された構成のものがある。この公報に記載されたものは、上下の梁に連結された上部、下部パネルと、この両パネル間に設けられた油圧ダンパとからなる制振装置が筋交いと干渉しないように制振装置と筋交いとを前後にずらして配置する構成になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された従来の制振装置では、制振装置と筋交いが前後に設けられるため、上部、下部パネルの厚さや筋交いの太さが制限され、設計の自由度が少ないという問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解決した制振装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
本発明は、構造物の柱、上梁、下梁、対角方向に延在し互いに交差する一対の筋交いから形成される垂直な壁面状空間に設けられる制振装置であって、前記一対の筋交いと前記上梁とによって形成された三角形状の第１の空間に設けられ、前記上梁の水平方向の変位を伝達する上部材と、前記一対の筋交いと前記下梁とによって形成された三角形状の第２の空間に設けられ、前記下梁の水平方向の変位を伝達する下部材と、前記上部材に連結された第１の連結部と前記下部材に連結された第２の連結部と前記第１の連結部と前記第２の連結部に対して所定距離離間した第３の連結部とを有し、前記第１の連結部と前記第２の連結部との相対変位に応じて前記第３の連結部を回動させて変位量を増幅させ、前記第３の連結部が前記一対の筋交いと前記柱とによって形成された三角形状の第３の空間に設けられた増幅機構と、第３の連結部に連結され、第３の連結部の回動動作に応じた抵抗力を発生するダンパと、を備えており、上部材及び下部材が筋交いに干渉することを防止して設計の自由度を高めると共に、地震発生による振動エネルギを効率良く制振することが可能になる。
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になる制振装置の一実施例を示す正面図である。
図１に示されるように、制振装置１０は、例えば木造の一般住宅用建物等の耐力壁１１にダンパ装置としての油圧ダンパ１２を組み込む構成となっている。耐力壁１１は、１階床と２階床との間に起立された柱１４と、１階床に支持されるように横架された下梁１６（基礎）と、２階床を支持するように横架された上梁１８とにより形成された長方形の壁面状空間２０と、壁面状空間２０の対角方向に延在形成された一対の筋交い２６，２８とを有する。
【０００６】
油圧ダンパ１２は、シリンダ１２ａと、ピストンロッド１２ｂとを有し、シリンダ１２ａ内には、ピストンロッド１２ｂの端部に設けられたピストン１２ｅ（図１中、破線で示す）が摺動可能に挿入されている。また、シリンダ１２ａは、内部に所定の粘度を有する作動油が充填されおり、ピストンには作動油が通過する過程で減衰力（抵抗力）を発生させるための通路が設けられている。そのため、油圧ダンパ１２は、シリンダ１２ａとピストンロッド１２ｂとの相対変位により減衰力（抵抗力）を構造物に付与することができる。
【０００７】
本実施例の油圧ダンパ１２は、１階床と２階床との間に起立された柱１４と、１階床に支持されるように横架された下梁１６（基礎）と、２階床を支持するように横架された上梁１８とにより形成された長方形の壁面状空間２０のうち一対の筋交い２６，２８により仕切られた三角形状のスペース２０ａ（請求項１の第３の空間に相当する）に配置されるように取り付けられている。尚、柱１４、下梁１６、上梁１８は、木材からなる。
【０００８】
耐力壁１１の壁面状空間２０内には、上記油圧ダンパ１２の他に下梁１６に締結部材２１を介して固定される下部材２２と、上梁１８に締結部材２３を介して固定される上部材２４とが設けられている。また、油圧ダンパ１２のピストンロッド１２ｂと、下部材２２と、上部材２４との間には、下部材２２と上部材２４との相対変位を増幅するトグル機構（増幅機構）３０とが設けられている。
【０００９】
油圧ダンパ１２は、ピストンロッド１２ｂの先端１２ｃが柱１４の上部側面に設けられた連結部材３２により回動可能に支持されている。尚、連結部材３２は、柱１４の上部側面以外（例えば、上梁１８または壁面状空間２０を覆うように形成されるパネル等）の固定部に固定されるようにしても良い。
【００１０】
また、油圧ダンパ１２のシリンダ１２ａの端部１２ｄは、トグル機構３０により支持されている。このトグル機構３０は、下部材２２の上端に固定された下部連結部３４と、上部材２４の下端に固定された上部連結部３６と、下部連結部３４に回動可能に連結する第１のリンク３８と、上部連結部３６に回動可能に連結される第２のリンク４０とから構成されている。
【００１１】
第１のリンク３８の一端は、下部連結部３４の連結ピン３４ａを支点として回動するように設けられており、第２のリンク４０の一端は上部連結部３６の連結ピン３６ａを支点として回動するように設けられている。そして、第１のリンク３６及び第２のリンク４０の他端は、シリンダ１２ａの端部１２ｄの連結ピン１２ｆに回動可能に連結されている。
【００１２】
第１のリンク３８及び第２のリンク４０は、全長が同一寸法に形成され、Ｖ字状に配置されている。また、第１のリンク３８及び第２のリンク４０は、後述するように下部材２２と上部材２４とが水平方向に相対変位すると、回動してシリンダ１２ａの端部１２ｄを伸縮方向に動作させる。
【００１３】
下部材２２は、筋交い２６，２８と下梁１６との間に形成された三角形の空間２０ｂ（請求項１の第２の空間に相当する）に取り付けられている。また、上部材２４は、筋交い２６，２８と上梁１８との間に形成された三角形の空間２０ｃ（請求項１の第１の空間に相当する）に取り付けられている。
【００１４】
このように、下部材２２及び上部材２４は、筋交い２６，２８と干渉しない位置に配置されており、コンパクトな構成になっている。また、油圧ダンパ１２は、第１のリンク３８及び第２のリンク４０が回動しても筋交い２６，２８と干渉しない範囲で揺動しながら伸縮動作を行う。すなわち、制振装置１０は、上部材２４及び下部材２２が筋交いに干渉することを防止して設計の自由度を高めると共に、地震発生による振動エネルギを効率良く制振することが可能になる。
【００１５】
トグル機構３０は、第１のリンク３８及び第２のリンク４０の全長によって回動角が変化するため、第１のリンク３８及び第２のリンク４０の全長と第１のリンク３８及び第２のリンク４０の回動角度とによって増幅率が決まる。
【００１６】
次に、上記制振装置１０の制振動作について説明する。
図２は構造物が右方向に変位したときの制振動作を示す正面図である。図２に示されるように、耐力壁１１の上部が右方向（Ｂ方向）の振動（加速度）を受け、変形した場合を考えてみる（実際には、基礎側の下梁１６に振動（加速度）が入力され基礎側も移動するが、ここでは、基礎側を基準としたときの上部構造の層間変形を考える）。
【００１７】
下部材２２に対して上部材２４が右方向（Ｂ方向）への加速度が加えられたときの変形後の状態を示しており、上部材２４の下端に設けられた上部連結部３６が油圧ダンパ１２のシリンダ１２ａの端部１２ｄに近接する方向に移動する。これにより、上部連結部３６に連結された第２のリンク４０が時計方向に回動する。さらに、第２のリンク４０の先端に連結された油圧ダンパ１２のシリンダ１２ａの端部１２ｄは、連結ピン１２ｆを介して第２のリンク４０の先端と第１のリンク３８の先端とが連結されているので、両リンク３８，４０の回動軌跡に追従するように揺動しながら下方に押し下げられる。
【００１８】
よって、油圧ダンパ１２では、上部材２４が右方向（Ｂ方向）に移動するのに伴って引っ張り荷重を受けることになり、ピストン１２ｅがシリンダ１２ａ内を両リンク３８，４０の回動角度に応じたストロークを上部材２４の変位速度（加速度）をトグル機構３０により増幅した変位速度（加速度）で摺動する。
【００１９】
その結果、油圧ダンパ１２は、シリンダ１２ａ内のピストン１２ｅが伸び方向に摺動してシリンダ１２ａからピストンロッド１２ｂが引き出される。これにより、油圧ダンパ１２の全長（端部１２ｃ，１２ｄ間距離）Ｌは、変位Ｘにトグル機構３０の増幅率βを掛けた値に伸長する。この伸長した油圧ダンパ１２の全長は、Ｌａ＝βＸ＋Ｌとなり、その変位量βＸは水平方向の変位Ｘよりも増幅されている。
【００２０】
ここで、油圧ダンパ１２の減衰係数をＣ、下梁１６と上梁１８の相対速度（dx/dt）をＶとすると、油圧ダンパ１２が発生する減衰力はＣβＶとなる。そして、このとき、トグル機構３０は梃子（てこ）であるから上梁１６と下梁１８間に生じる減衰力は、β倍だけ増幅されてＣβ^２Ｖとなる。
【００２１】
そのため、油圧ダンパ１２は、入力された振動の振幅に対してピストン速度が大きくなり、減衰力（抵抗力）を増幅させた形で発生させることができる。従って、油圧ダンパ１２においては、構造物の振幅よりも大きいストロークで減衰力を発生させることができ、例え交通振動のような振幅の小さい振動に対しても振動（加速度）を減衰するように制振動作する。
【００２２】
図３は構造物が左方向に変位したときの制振動作を示す正面図である。
図３に示されるように、耐力壁１１の上部が左方向（Ａ方向）の振動（加速度）を受け、変形した場合を考えてみる（実際には、基礎側の下梁１６に振動（加速度）が入力され基礎側も移動するが、ここでは、基礎側を基準としたときの上部構造の層間変形を考える）。
【００２３】
耐力壁１１の上部が左方向（Ａ方向）に距離Ｘ移動すると、リンク３６，４０が夫々反時計方向に回動して油圧ダンパ１２の一方の端部１２ｄを上方に回動させる。同時に油圧ダンパ１２の他方の端部１２ｃは、上梁１８と共に左方向（Ａ方向）に移動することになる。
【００２４】
その結果、油圧ダンパ１２は、シリンダ１２ａのピストンが縮み方向に摺動してピストンロッド１２ｂがシリンダ１２ａ内へより挿入される。これにより、油圧ダンパ１２の全長（端部１２ｃ，１２ｄ間距離）Ｌは、トグル機構３０の増幅率βを掛けた値に縮み。この圧縮された油圧ダンパ１２の全長は、Ｌｂ＝Ｌ−βＸとなり、その変位量βＸは水平方向の変位Ｘよりも増幅されている。
【００２５】
そのため、油圧ダンパ１２は、入力された振動の振幅に対して前述の通り増幅した減衰力（抵抗力Ｃβ^２Ｖ）を安定的に発生させることができる。従って、油圧ダンパ１２においては、実際の振幅よりも大きいストロークで減衰力を発生させることができ、例え交通振動のような振幅の小さい振動に対しても振動（加速度）を減衰するように制振動作する。
【００２６】
ここで、変形例について説明する。
図４は変形例１の構成を示す正面図である。尚、図４において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示されるように、変形例１の制振装置５０では、上記実施例と同様の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂが上部材２４の左右両側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ｄ，２０ａに配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂは、左右対称に配置され、上記トグル機構３０の第１のリンク３８及び第２のリンク４０を介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００２７】
そのため、制振装置５０では、水平方向の振動エネルギが入力されて下部材２２と上部材２４とが水平方向に相対変位した場合には、例えば、一方の油圧ダンパ１２Ａに引っ張り荷重が作用し、他方の油圧ダンパ１２Ｂに圧縮荷重が作用することになり、上記実施例の場合よりも２倍の振動エネルギを吸収して制振することが可能になる。
【００２８】
図５は変形例２の構成を示す正面図である。尚、図５において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示されるように、変形例２の制振装置６０では、上部材２４の右側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ｄに第１の油圧ダンパ１２Ａが配置され、下部材２２の左側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ａに第２の油圧ダンパ１２Ｂが配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂは、点対称に配置され、上記トグル機構３０の第１のリンク３８及び第２のリンク４０を介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００２９】
そのため、制振装置６０では、水平方向の振動エネルギが入力されて下部材２２と上部材２４とが水平方向に相対変位した場合には、例えば、一方の油圧ダンパ１２Ａに引っ張り荷重が作用し、他方の油圧ダンパ１２Ｂにも引っ張り荷重が作用することになり、上記実施例の場合よりも２倍の振動エネルギを吸収して制振することが可能になる。
【００３０】
図６は変形例３の構成を示す正面図である。尚、図６において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示されるように、変形例３の制振装置７０では、上記実施例と同様の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂが下部材２２及び上部材２４の右側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ａの上下に配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂは、上下対称に配置され、上記トグル機構３０の第１のリンク３８及び第２のリンク４０を介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００３１】
そのため、制振装置７０では、水平方向の振動エネルギが入力されて下部材２２と上部材２４とが水平方向に相対変位した場合には、例えば、一方の油圧ダンパ１２Ａに引っ張り荷重が作用し、他方の油圧ダンパ１２Ｂに圧縮荷重が作用することになり、上記実施例の場合よりも２倍の振動エネルギを吸収して制振することが可能になる。
【００３２】
図７は変形例４の構成を示す正面図である。尚、図７において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示されるように、変形例４の制振装置８０では、上記実施例と同様の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂが下部材２２及び上部材２４の右側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ａの上下に配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂは、上下対称に配置され、上記トグル機構３０の第１のリンク３８Ａ及び第２のリンク４０Ａを介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００３３】
また、制振装置８０では、油圧ダンパ１２Ｃ，１２Ｄが下部材２２及び上部材２４の左側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ｄの上下に配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ｃ，１２Ｄは、上下対称に配置され、上記トグル機構３０の第１のリンク３８Ｂ及び第２のリンク４０Ｂを介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００３４】
そのため、制振装置７０では、水平方向の振動エネルギが入力されて下部材２２と上部材２４とが水平方向に相対変位した場合には、例えば、対角方向に配置された油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｄに引っ張り荷重が作用し、逆の対角方向に配置された油圧ダンパ１２Ｂ，１２Ｃに圧縮荷重が作用することになり、上記実施例の場合よりも４倍の振動エネルギを吸収して制振することが可能になる。
【００３５】
図８は変形例５の構成を示す正面図である。図９は図８中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。尚、図８及び図９において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図８及び図９に示されるように、変形例５の制振装置９０では、油圧ダンパ１２が一体構造のトグル機構９２を介して下部材２２及び上部材２４に連結されている。
【００３６】
トグル機構９２は、三角形に形成されたプレート９４，９５を下部材２２及び上部材２４の前後面に対向するように配置して油圧ダンパ１２の端部１２ｄと回動可能に連結される。すなわち、プレート９４，９５の第１の頂部９４ａ，９５ａは、連結ピン９６を介して下部連結部３４に回動可能に連結される。また、プレート９４，９５の第２の頂部９４ｂ，９５ｂは、連結ピン９７を介して上部連結部３６に回動可能に連結される。また、プレート９４，９５の第３の頂部９４ｃ，９５ｃは、連結ピン９８を介して油圧ダンパ１２の端部１２ｄに回動可能に連結される。
【００３７】
このように３点で連結されたプレート９４，９５は、水平方向の振動が入力されて下部材２２と上部材２４が相対変位すると、上記トグル機構３０の第１のリンク３８及び第２のリンク４０と同様な動作をして油圧ダンパ１２のピストンストローク及びピストン速度を増幅する。
【００３８】
また、プレート９４，９５は、一体構造であるので、リンクよりも容易に製作できると共に組み付け作業が容易となり、作業効率が高められる。
【００３９】
図１０は変形例６の構成を示す正面図である。尚、図１０において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図１０に示されるように、変形例６の制振装置１００では、油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂが上部材２４の左右両側に筋交い２６，２８により仕切られた三角形のスペース２０ｄ，２０ａに配置されている。一対の油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂは、左右対称に配置され、上記トグル機構１０２を介して下部材２２及び上部材２４と連結されている。
【００４０】
トグル機構１０２は、菱形に形成されたプレート１０４，１０５を下部材２２及び上部材２４の前後面に対向するように配置して油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂの端部１２ｄと回動可能に連結される。すなわち、プレート１０４，１０５の第１の頂部１０４ａ，１０５ａは、連結ピン１０６を介して下部連結部３４に回動可能に連結される。また、プレート１０４，１０５の第２の頂部１０４ｂ，１０５ｂは、連結ピン１０７を介して上部連結部３６に回動可能に連結される。
【００４１】
また、プレート１０４，１０５の第３の頂部１０４ｃ，１０５ｃは、連結ピン１０８を介して１２Ａの端部１２ｄに回動可能に連結される。また、プレート１０４，１０５の第４の頂部１０４ｄ，１０５ｄは、連結ピン１０９を介して１２Ａ，１２Ｂの端部１２ｄに回動可能に連結される。
【００４２】
このように４点で連結されたプレート１０４，１０５は、水平方向の振動が入力されて下部材２２と上部材２４が相対変位すると、上記トグル機構３０の第１のリンク３８及び第２のリンク４０、及び上記変形例５のプレート９４，９５と同様な動作をして油圧ダンパ１２Ａ，１２Ｂのピストンストローク及びピストン速度を増幅する。
【００４３】
また、プレート１０４，１０５は、一体構造であるので、リンクよりも容易に製作できると共に組み付け作業が容易となり、作業効率が高められる。
【００４４】
図１１は変形例７の構成を示す正面図である。尚、図１１において、上記実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
図１１に示されるように、変形例７の制振装置１１０では、油圧ダンパ１２を上部材２４が設けられたスペース２０ｃに配置しており、上記トグル機構３０が上部材２４の左側に形成されたスペース２０ｄに設けられている。ここで、上部材２４とシリンダ１２ａとの干渉を避けるため、上部材２４の中央には穴２４ａが設けられている。
【００４５】
この変形例７の制振装置１１０では、第１のリンク２８が油圧ダンパ１２の端部１２ｄに対して略直角に近い角度で連結されるので、水平方向の振動が入力されて下部材２２と上部材２４が相対変位すると、第１のリンク３８の回動角度によりピストンストローク及びピストン速度を増幅することが可能になる。
【００４６】
そのため、油圧ダンパ１２は、入力された振動の振幅に対して減衰力（抵抗力）を増幅させた形で発生させることができる。従って、油圧ダンパ１２においては、構造物の振幅よりも大きいストロークで減衰力を発生させることができ、例え交通振動のような振幅の小さい振動に対しても振動（加速度）を減衰するように制振動作する。
尚、本発明の制振装置を２階以上の階に設ける場合は、下の階の梁が本発明の基礎に該当する。
【００４７】
また、上記実施の形態では、筋交いがＸ字状に構成された場合を一例として挙げたが、これに限らず、その他の形状とされた筋交いが用いられた構成のものにも適用できるのは勿論である。
【００４８】
上記各実施の形態は、厚みを必要とする上部材と下部材と筋交いの干渉が避けられ、上部材や下部材の剛性が十分に確保できる。そして、本制振装置にあっては、筋交いをどこかで跨ぐ必要があるが、この跨ぐ部分を比較的幅を薄くしても剛性を確保できるリンクやプレート等を用いた増幅機構としたので、必要な剛性を得た中で、リンクなどの設計を比較的自由に行うことができる。
【発明の効果】
上述の如く、上記本発明によれば、構造物の柱、上梁、下梁、対角方向に延在し互いに交差する一対の筋交いから形成される垂直な壁面状空間に設けられる制振装置であって、前記一対の筋交いと前記上梁とによって形成された三角形状の第１の空間に設けられ、前記上梁の水平方向の変位を伝達する上部材と、前記一対の筋交いと前記下梁とによって形成された三角形状の第２の空間に設けられ、前記下梁の水平方向の変位を伝達する下部材と、前記上部材に連結された第１の連結部と前記下部材に連結された第２の連結部と前記第１の連結部と前記第２の連結部に対して所定距離離間した第３の連結部とを有し、前記第１の連結部と前記第２の連結部との相対変位に応じて前記第３の連結部を回動させて変位量を増幅させ、前記第３の連結部が前記一対の筋交いと前記柱とによって形成された三角形状の第３の空間に設けられた増幅機構と、第３の連結部に連結され、第３の連結部の回動動作に応じた抵抗力を発生するダンパと、を備えており、上部材及び下部材が筋交いに干渉することを防止して設計の自由度を高めると共に、地震発生による振動エネルギを効率良く制振することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる制振装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】構造物が右方向に変位したときの制振動作を示す正面図である。
【図３】構造物が左方向に変位したときの制振動作を示す正面図である。
【図４】変形例１の構成を示す正面図である。
【図５】変形例２の構成を示す正面図である。
【図６】変形例３の構成を示す正面図である。
【図７】変形例４の構成を示す正面図である。
【図８】変形例５の構成を示す正面図である。
【図９】図８中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図１０】変形例６の構成を示す正面図である。
【図１１】変形例７の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０制振装置
１１耐力壁
１２油圧ダンパ
１２ａシリンダ
１２ｂピストンロッド
１４柱
１６下梁
１８上梁
２０壁面状空間
２２下部材
２４上部材
２６，２８筋交い
３０，９２，１０２トグル機構
３２連結部材
３４下部連結部
３６上部連結部
３８第１のリンク
４０第２のリンク
９４，９５，１０４，１０５プレート
９６〜９８，１０６〜１０９連結ピン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration damping device, and more particularly, to a vibration damping device configured such that a damper that absorbs vibration energy of a structure is attached to a wall having a brace.
[0002]
[Prior art]
As a means to increase the earthquake resistance of structures such as buildings and houses, development of a vibration control structure in which a hydraulic damper is attached to the brace that is mounted in the diagonal position of the frame and placed inside the wall is in progress . This vibration damping structure absorbs the vibration energy of earthquakes that attempt to plastically deform the frame between frames such as columns and beams by a hydraulic damper, and controls the response of the frame of the structure to suppress vibration. Yes.
[0003]
As such a vibration damping device, for example, there is a configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-282704. What is described in this publication is a bracing with a damping device so that a damping device comprising upper and lower panels connected to upper and lower beams and a hydraulic damper provided between the two panels does not interfere with the bracing. Are arranged so as to be shifted forward and backward.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vibration damping device configured as described above, since the brace and the brace are provided at the front and back, the thickness of the upper and lower panels and the thickness of the brace are limited, and the degree of freedom in design is small. There was a problem.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration damping device that solves the above-described problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
The present invention is a vibration damping device provided in a vertical wall surface space formed by a pillar of a structure, an upper beam, a lower beam, and a pair of braces extending diagonally and intersecting each other . braces and provided on said beam and the first space triangular formed by a member on which transmits the horizontal displacements of the upper beam, formed by a pair of braces and the lower beam triangle A lower member which is provided in a second space having a shape and transmits a horizontal displacement of the lower beam; a first connecting portion connected to the upper member; and a second connecting portion connected to the lower member And a first connecting part and a third connecting part spaced apart from the second connecting part by a predetermined distance, and according to relative displacement between the first connecting part and the second connecting part. the third connection part to amplify the displacement by rotating the of the third strut connecting portion of the pair of Te An amplification mechanism provided in the pillars and third space triangular formed by being connected to the third connecting portion, a damper for generating a resistance force corresponding to the rotation of the third connecting portion Thus, it is possible to prevent the upper member and the lower member from interfering with the bracing, thereby increasing the degree of freedom of design, and it is possible to efficiently suppress vibration energy due to the occurrence of an earthquake.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a vibration damping device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the vibration damping device 10 is configured to incorporate a hydraulic damper 12 as a damper device in a load-bearing wall 11 such as a wooden general residential building. The load-bearing wall 11 supports the pillar 14 erected between the first floor and the second floor, the lower beam 16 (foundation) horizontally supported by the first floor, and the second floor. A rectangular wall-like space 20 formed by the upper beam 18 horizontally mounted in this manner, and a pair of braces 26 and 28 formed to extend in a diagonal direction of the wall-like space 20.
[0006]
The hydraulic damper 12 has a cylinder 12a and a piston rod 12b, and a piston 12e (shown by a broken line in FIG. 1) provided at the end of the piston rod 12b is slidably inserted into the cylinder 12a. Has been. The cylinder 12a is filled with hydraulic oil having a predetermined viscosity, and the piston is provided with a passage for generating a damping force (resistance force) in the process of passing the hydraulic oil. Therefore, the hydraulic damper 12 can apply a damping force (resistance force) to the structure by the relative displacement between the cylinder 12a and the piston rod 12b.
[0007]
The hydraulic damper 12 according to the present embodiment includes a column 14 erected between the first floor and the second floor, a lower beam 16 (foundation) horizontally supported so as to be supported by the first floor, and the second floor. A triangular space 20a partitioned by a pair of braces 26 and 28 in a rectangular wall-shaped space 20 formed by an upper beam 18 horizontally supported to support the floor (Third space of claim 1) It is mounted so as to be positioned to the corresponding) to. The column 14, the lower beam 16, and the upper beam 18 are made of wood.
[0008]
In the wall-like space 20 of the bearing wall 11, in addition to the hydraulic damper 12, a lower member 22 fixed to the lower beam 16 via a fastening member 21, and an upper beam 18 fixed to the upper beam 18 via a fastening member 23. An upper member 24 is provided. A toggle mechanism (amplifying mechanism) 30 that amplifies the relative displacement between the lower member 22 and the upper member 24 is provided between the piston rod 12 b of the hydraulic damper 12, the lower member 22, and the upper member 24. ing.
[0009]
The hydraulic damper 12 is rotatably supported by a connecting member 32 provided on the upper side surface of the column 14 at the tip 12c of the piston rod 12b. The connecting member 32 may be fixed to a fixing portion other than the upper side surface of the column 14 (for example, a panel formed so as to cover the upper beam 18 or the wall surface space 20).
[0010]
The end 12 d of the cylinder 12 a of the hydraulic damper 12 is supported by the toggle mechanism 30. The toggle mechanism 30 includes a lower connecting portion 34 fixed to the upper end of the lower member 22, an upper connecting portion 36 fixed to the lower end of the upper member 24, and a first connecting rotatably to the lower connecting portion 34. It is comprised from the link 38 and the 2nd link 40 connected with the upper connection part 36 so that rotation is possible.
[0011]
One end of the first link 38 is provided so as to rotate about the connecting pin 34a of the lower connecting portion 34, and one end of the second link 40 rotates about the connecting pin 36a of the upper connecting portion 36. It is provided to move. And the other end of the 1st link 36 and the 2nd link 40 is connected with the connection pin 12f of the edge part 12d of the cylinder 12a so that rotation is possible.
[0012]
The first link 38 and the second link 40 have the same overall length and are arranged in a V shape. Further, the first link 38 and the second link 40 are rotated when the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced in the horizontal direction, as will be described later, and the end portion 12d of the cylinder 12a is moved in the expansion / contraction direction. Let
[0013]
The lower member 22 is attached to a triangular space 20b (corresponding to the second space of claim 1) formed between the braces 26 and 28 and the lower beam 16. The upper member 24 is attached to a triangular space 20c (corresponding to the first space of claim 1) formed between the braces 26 and 28 and the upper beam 18.
[0014]
Thus, the lower member 22 and the upper member 24 are disposed at positions that do not interfere with the braces 26 and 28, and have a compact configuration. Further, the hydraulic damper 12 performs an expansion / contraction operation while swinging within a range in which the first link 38 and the second link 40 do not interfere with the braces 26 and 28 even if the first link 38 and the second link 40 are rotated. In other words, the vibration damping device 10 can prevent the upper member 24 and the lower member 22 from interfering with the braces to increase the degree of design freedom, and can efficiently damp vibration energy due to the occurrence of an earthquake.
[0015]
Since the rotation angle of the toggle mechanism 30 varies depending on the total length of the first link 38 and the second link 40, the total length of the first link 38 and the second link 40 and the first link 38 and the second link 40. The amplification factor is determined by the rotation angle of the link 40.
[0016]
Next, the vibration damping operation of the vibration damping device 10 will be described.
FIG. 2 is a front view showing a vibration control operation when the structure is displaced in the right direction. As shown in FIG. 2, let us consider a case where the upper part of the load bearing wall 11 receives vibration (acceleration) in the right direction (B direction) and is deformed (actually, vibration (acceleration is applied to the foundation-side lower beam 16). ) Is input and the base side also moves, but here we consider the interlayer deformation of the superstructure when the base side is used as a reference).
[0017]
The upper member 24 shows a state after deformation when the upper member 24 is accelerated in the right direction (B direction) with respect to the lower member 22, and an upper connecting portion 36 provided at the lower end of the upper member 24 includes a hydraulic damper. It moves in the direction approaching the end 12d of the 12 cylinders 12a. Thereby, the 2nd link 40 connected with the upper connection part 36 rotates clockwise. Further, the end 12d of the cylinder 12a of the hydraulic damper 12 connected to the tip of the second link 40 is connected to the tip of the second link 40 and the tip of the first link 38 via a connecting pin 12f. Therefore, it is pushed down while swinging so as to follow the turning trajectory of both links 38 and 40.
[0018]
Therefore, in the hydraulic damper 12, a tensile load is received as the upper member 24 moves in the right direction (B direction), and the piston 12e moves in the cylinder 12a according to the rotation angle of both the links 38 and 40. The stroke is slid at a displacement speed (acceleration) obtained by amplifying the displacement speed (acceleration) of the upper member 24 by the toggle mechanism 30.
[0019]
As a result, in the hydraulic damper 12, the piston 12e in the cylinder 12a slides in the extending direction, and the piston rod 12b is pulled out from the cylinder 12a. As a result, the total length (distance between the end portions 12c and 12d) L of the hydraulic damper 12 extends to a value obtained by multiplying the displacement X by the amplification factor β of the toggle mechanism 30. The total length of the extended hydraulic damper 12 is La = βX + L, and the displacement amount βX is amplified more than the horizontal displacement X.
[0020]
Here, if the damping coefficient of the hydraulic damper 12 is C and the relative speed (dx / dt) of the lower beam 16 and the upper beam 18 is V, the damping force generated by the hydraulic damper 12 is CβV. At this time, since the toggle mechanism 30 is a lever, the damping force generated between the upper beam 16 and the lower beam 18 is amplified by β times and becomes Cβ ² V.
[0021]
Therefore, the hydraulic damper 12 can be generated in a form in which the piston speed increases with respect to the amplitude of the input vibration, and the damping force (resistance force) is amplified. Therefore, the hydraulic damper 12 can generate a damping force with a stroke larger than the amplitude of the structure, and can control the vibration (acceleration) to attenuate vibrations with small amplitudes such as traffic vibrations. Shake.
[0022]
FIG. 3 is a front view showing a vibration control operation when the structure is displaced leftward.
As shown in FIG. 3, let us consider a case where the upper part of the load bearing wall 11 receives vibration (acceleration) in the left direction (A direction) and deforms (actually, vibration (acceleration is applied to the lower beam 16 on the foundation side). ) Is input and the base side also moves, but here we consider the interlayer deformation of the superstructure when the base side is used as a reference).
[0023]
When the upper part of the load bearing wall 11 moves a distance X in the left direction (A direction), the links 36 and 40 rotate counterclockwise to rotate one end 12d of the hydraulic damper 12 upward. At the same time, the other end 12c of the hydraulic damper 12 moves to the left (A direction) together with the upper beam 18.
[0024]
As a result, in the hydraulic damper 12, the piston of the cylinder 12a slides in the contraction direction, and the piston rod 12b is inserted into the cylinder 12a. As a result, the total length (distance between the end portions 12c and 12d) L of the hydraulic damper 12 is reduced to a value multiplied by the amplification factor β of the toggle mechanism 30. The total length of the compressed hydraulic damper 12 is Lb = L−βX, and the displacement amount βX is amplified more than the horizontal displacement X.
[0025]
Therefore, the hydraulic damper 12 can stably generate the damping force (resistance force Cβ ² V) amplified as described above with respect to the amplitude of the input vibration. Therefore, the hydraulic damper 12 can generate a damping force with a stroke larger than the actual amplitude. For example, vibration damping is performed so as to attenuate the vibration (acceleration) even with a vibration having a small amplitude such as traffic vibration. Make.
[0026]
Here, a modified example will be described.
FIG. 4 is a front view showing the configuration of the first modification. In FIG. 4, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 4, in the vibration damping device 50 according to the first modification, the triangular spaces 20 d, the hydraulic dampers 12 A and 12 B similar to those in the above embodiment are partitioned by the braces 26 and 28 on the left and right sides of the upper member 24. 20a. The pair of hydraulic dampers 12 A and 12 B are arranged symmetrically and are connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the first link 38 and the second link 40 of the toggle mechanism 30.
[0027]
Therefore, in the vibration damping device 50, when horizontal vibration energy is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced in the horizontal direction, for example, a tensile load acts on one hydraulic damper 12A, A compressive load acts on the other hydraulic damper 12B, and vibrations can be absorbed and absorbed twice as compared with the case of the above embodiment.
[0028]
FIG. 5 is a front view showing the configuration of the second modification. In FIG. 5, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 5, in the vibration damping device 60 of Modification 2, the first hydraulic damper 12 A is disposed in the triangular space 20 d partitioned by the braces 26, 28 on the right side of the upper member 24, and the lower member 22. The second hydraulic damper 12B is disposed in a triangular space 20a partitioned by the braces 26 and 28 on the left side of. The pair of hydraulic dampers 12 A and 12 B are arranged point-symmetrically and are connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the first link 38 and the second link 40 of the toggle mechanism 30.
[0029]
Therefore, in the vibration damping device 60, when horizontal vibration energy is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced in the horizontal direction, for example, a tensile load acts on one hydraulic damper 12A, A tensile load is also applied to the other hydraulic damper 12B, and vibrations can be absorbed and absorbed twice as compared with the case of the above embodiment.
[0030]
FIG. 6 is a front view showing the configuration of the third modification. In FIG. 6, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 6, in the vibration damping device 70 of the third modification, the hydraulic dampers 12 A and 12 B that are the same as those in the above-described embodiment are triangularly separated by braces 26 and 28 on the right side of the lower member 22 and the upper member 24. It is arranged above and below the space 20a. The pair of hydraulic dampers 12 A and 12 B is arranged vertically symmetrically and is connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the first link 38 and the second link 40 of the toggle mechanism 30.
[0031]
Therefore, in the vibration damping device 70, when horizontal vibration energy is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced in the horizontal direction, for example, a tensile load acts on one hydraulic damper 12A, A compressive load acts on the other hydraulic damper 12B, and vibrations can be absorbed and absorbed twice as compared with the case of the above embodiment.
[0032]
FIG. 7 is a front view showing the configuration of the fourth modification. In FIG. 7, the same parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 7, in the vibration damping device 80 of the fourth modification, the hydraulic dampers 12 A and 12 B similar to those of the above-described embodiment have a triangular shape partitioned by braces 26 and 28 on the right side of the lower member 22 and the upper member 24. It is arranged above and below the space 20a. The pair of hydraulic dampers 12A and 12B are arranged vertically symmetrically, and are connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the first link 38A and the second link 40A of the toggle mechanism 30.
[0033]
Further, in the vibration damping device 80, the hydraulic dampers 12 C and 12 D are disposed above and below a triangular space 20 d partitioned by braces 26 and 28 on the left side of the lower member 22 and the upper member 24. The pair of hydraulic dampers 12C and 12D are arranged vertically symmetrically, and are connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the first link 38B and the second link 40B of the toggle mechanism 30.
[0034]
Therefore, in the vibration damping device 70, when horizontal vibration energy is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced in the horizontal direction, for example, the hydraulic dampers 12A and 12D arranged in the diagonal direction. A tensile load acts on the hydraulic dampers 12B and 12C disposed in opposite diagonal directions, and the vibration is absorbed by absorbing vibration energy four times that in the above embodiment. It becomes possible.
[0035]
FIG. 8 is a front view showing the configuration of the fifth modification. FIG. 9 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 8 and FIG. 9, the same parts as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
As shown in FIGS. 8 and 9, in the vibration damping device 90 of Modification 5, the hydraulic damper 12 is connected to the lower member 22 and the upper member 24 through a toggle mechanism 92 having an integral structure.
[0036]
The toggle mechanism 92 is disposed so that the plates 94 and 95 formed in a triangle are opposed to the front and rear surfaces of the lower member 22 and the upper member 24, and is rotatably connected to the end 12d of the hydraulic damper 12. That is, the first top portions 94 a and 95 a of the plates 94 and 95 are rotatably connected to the lower connection portion 34 via the connection pins 96. Further, the second top portions 94 b and 95 b of the plates 94 and 95 are rotatably connected to the upper connecting portion 36 via a connecting pin 97. Further, the third top portions 94 c and 95 c of the plates 94 and 95 are rotatably connected to the end portion 12 d of the hydraulic damper 12 via a connecting pin 98.
[0037]
Thus, the plates 94 and 95 connected at three points receive the first link 38 and the second link of the toggle mechanism 30 when the horizontal vibration is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced. The piston stroke and the piston speed of the hydraulic damper 12 are amplified by performing the same operation as 40.
[0038]
Further, since the plates 94 and 95 have an integral structure, they can be manufactured more easily than links, and the assembling work is facilitated, and the working efficiency is improved.
[0039]
FIG. 10 is a front view showing the configuration of the sixth modification. In FIG. 10, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 10, in the vibration damping device 100 according to the sixth modification, the hydraulic dampers 12 A and 12 B are disposed in triangular spaces 20 d and 20 a partitioned by braces 26 and 28 on the left and right sides of the upper member 24. . The pair of hydraulic dampers 12 A and 12 B are arranged symmetrically and are connected to the lower member 22 and the upper member 24 via the toggle mechanism 102.
[0040]
The toggle mechanism 102 is arranged so that the plates 104 and 105 formed in a diamond shape are opposed to the front and rear surfaces of the lower member 22 and the upper member 24, and is rotatably connected to the end portions 12d of the hydraulic dampers 12A and 12B. . In other words, the first top portions 104 a and 105 a of the plates 104 and 105 are rotatably connected to the lower connection portion 34 via the connection pins 106. Further, the second top portions 104 b and 105 b of the plates 104 and 105 are rotatably connected to the upper connecting portion 36 via the connecting pins 107.
[0041]
Further, the third top portions 104c and 105c of the plates 104 and 105 are rotatably connected to the end portion 12d of 12A via the connecting pin 108. Further, the fourth top portions 104d and 105d of the plates 104 and 105 are rotatably connected to the end portions 12d of 12A and 12B via the connecting pins 109.
[0042]
As described above, the plates 104 and 105 connected at the four points have the first link 38 and the second link of the toggle mechanism 30 when the horizontal vibration is input and the lower member 22 and the upper member 24 are relatively displaced. 40 and the plates 94 and 95 of the modified example 5 are operated to amplify the piston strokes and piston speeds of the hydraulic dampers 12A and 12B.
[0043]
Further, since the plates 104 and 105 have an integral structure, they can be manufactured more easily than links, and the assembling work is facilitated, and the working efficiency is improved.
[0044]
FIG. 11 is a front view showing the configuration of Modification 7. In FIG. 11, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 11, in the vibration damping device 110 of the modified example 7, the hydraulic damper 12 is disposed in the space 20 c where the upper member 24 is provided, and the toggle mechanism 30 is formed on the left side of the upper member 24. The space 20d is provided. Here, in order to avoid interference between the upper member 24 and the cylinder 12a, a hole 24a is provided in the center of the upper member 24.
[0045]
In the vibration damping device 110 of the modified example 7, since the first link 28 is connected to the end 12d of the hydraulic damper 12 at an angle close to a substantially right angle, horizontal vibration is input and the lower member 22 is connected. When the upper member 24 is relatively displaced, the piston stroke and the piston speed can be amplified by the rotation angle of the first link 38.
[0046]
Therefore, the hydraulic damper 12 can be generated in a form in which a damping force (resistance force) is amplified with respect to the amplitude of the input vibration. Therefore, the hydraulic damper 12 can generate a damping force with a stroke larger than the amplitude of the structure, and can control the vibration (acceleration) to attenuate vibrations with small amplitudes such as traffic vibrations. Shake.
When the vibration damping device of the present invention is provided on two or more floors, the beam on the lower floor corresponds to the basis of the present invention.
[0047]
In the above embodiment, the case where the braces are configured in an X shape is given as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a configuration using braces having other shapes. Of course.
[0048]
In each of the above-described embodiments, interference between the upper member and the lower member that require thickness can be avoided, and the rigidity of the upper member and the lower member can be sufficiently secured. And in this vibration damping device, it is necessary to straddle the bracing somewhere, but since this straddling part is an amplification mechanism using links, plates etc. that can ensure rigidity even if the width is relatively thin The link can be designed relatively freely while the required rigidity is obtained.
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a vibration damping device is provided in a vertical wall surface formed by a pillar, an upper beam, a lower beam, and a pair of braces extending in a diagonal direction and intersecting each other. a is provided to the pair of struts and the first space of triangular shape formed by said on beam, the lower and the member on which transmits the horizontal displacements of the upper beam, and said pair of braces provided in the second space triangular formed by the beam, and the lower member for transmitting the horizontal displacement of the lower beam, connected to the lower member and the first connecting portion connected to the upper member A second connecting portion, a first connecting portion, and a third connecting portion spaced apart from the second connecting portion by a predetermined distance, and the first connecting portion and the second connecting portion. depending on the relative displacement of the parts to amplify the displacement by rotating the third connecting portion, the third communication of Parts and the amplification mechanism provided in the third space triangular shape formed by a pair of braces and the pillar, is connected to the third connecting portion, in accordance with the rotation of the third connecting portion It is possible to increase the degree of freedom of design by preventing the upper and lower members from interfering with the braces, and to efficiently control the vibration energy due to the occurrence of an earthquake. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a vibration damping device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a vibration control operation when the structure is displaced in the right direction.
FIG. 3 is a front view showing a vibration control operation when the structure is displaced leftward.
FIG. 4 is a front view showing a configuration of Modification 1;
FIG. 5 is a front view showing a configuration of a second modification.
6 is a front view showing a configuration of Modification 3. FIG.
FIG. 7 is a front view showing a configuration of a fourth modification.
FIG. 8 is a front view showing a configuration of a fifth modification.
9 is a longitudinal sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 10 is a front view showing a configuration of a sixth modification.
FIG. 11 is a front view showing a configuration of Modification Example 7;
[Explanation of symbols]
10, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 Damping device 11 Bearing wall 12 Hydraulic damper 12a Cylinder 12b Piston rod 14 Column 16 Lower beam 18 Upper beam 20 Wall surface space 22 Lower member 24 Upper members 26, 28 Bracing 30, 92, 102 Toggle mechanism 32 Connecting member 34 Lower connecting portion 36 Upper connecting portion 38 First link 40 Second link 94, 95, 104, 105 Plate 96-98, 106-109 Connecting pin

Claims

A damping device provided in a vertical wall-like space formed by a pillar of a structure, an upper beam, a lower beam, a pair of braces extending in a diagonal direction and intersecting each other ,
Provided in the first space of triangular shape formed by said on beam and said pair of bracing, and the member on which transmits the horizontal displacements of the upper beam,
Provided in the pair of struts and a second space of triangular shape formed by said lower beam, and the lower member for transmitting the horizontal displacement of the lower beam,
A first connection portion connected to the upper member, a second connection portion connected to the lower member, and a third connection spaced apart from the first connection portion and the second connection portion by a predetermined distance. And the third connecting portion is rotated in response to relative displacement between the first connecting portion and the second connecting portion to amplify the amount of displacement, and the third connecting portion is An amplification mechanism provided in a triangular third space formed by the pair of braces and the pillar ;
A damper that is coupled to the third coupling part and generates a resistance force in accordance with a rotation operation of the third coupling part;
A vibration damping device comprising: