JP3960898B2

JP3960898B2 - Spatial structures and dome roofs

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Publication number: JP3960898B2
Application number: JP2002300724A
Authority: JP
Inventors: 辰治石丸; 秀典石垣; 康三深尾; 裕安部; 庸介鈴木
Original assignee: Nihon University; Takenaka Corp
Current assignee: Nihon University; Takenaka Corp
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP2004137680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間に架け渡される空間構造物及びドーム屋根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３３に示すようなアーチ状の屋根トラス１００では、上弦材１０２と下弦材１０４にピン１０８で束材１０６が連結され（束材が剛結されることもある）、且つ上弦材１０２と下弦材１０４とを一体化させるために、剛性の大きい斜材１１０で連結している。
【０００３】
すなわち、従来の屋根トラス１００では、屋根架構１３０の斜材１１０の剛性を小さくして斜材１１０を変形させ、屋根架構１３０を変形させるような設計思想は存在しなかった。
【０００４】
一方、このような屋根トラスにおいても、風や地震等の外乱による振動を抑制する技術として、図３４に示すように、屋根トラス１１２の架構１３２と支柱１１４との間に振動エネルギーを吸収するダンパー１１６を設けたものがある（特許文献１）。
【０００５】
しかし、この方法では、屋根トラス１１２が囲う内部空間が損なわれ、また、ダンパー１１６が配置されていない架構１３２の振動を低減することができない。
【０００６】
また、図３５及び図３６に示すように、空間構造物としてのドーム屋根１１８に制振装置１２０を直接取付けたものもある（特許文献２参照）。しかし、空間構造物は一般骨組構造物と異なり、高次の固有周期まで外乱の影響を受けるため、単一の固有周期に対して制振装置１２０の付加質量１２２を同調させても、制振効果は限定される。
【０００７】
また、冒頭で述べたように、通常の設計方法であれば、特許文献１においても、ドーム屋根１１８の上弦材１２４と下弦材１２６とを一体化させるために、剛性の大きい斜材１２８が用いられていると考えられる。しかし、このような剛性の高いドーム屋根１１８では、制振装置１２０を直接取付けても大きな制振効果は期待できない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２７０６２３号公報
【特許文献２】
特開平８−１０５８５４号公報（図９、図１０）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、風や地震等の外乱によって生じる振動を自己低減する空間構造物及び屋根ドームを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、空間に架け渡され両端部が支承される上弦材と、前記上弦材と所定の間隔を開けて配置されると共に、空間に架け渡され両端部が支承される下弦材と、前記上弦材と前記下弦材に設けられた連結部へ回転可能に連結される斜材と、前記上弦材と前記下弦材の間へ回転可能に連結され軸力を発揮する束材と、を備え、前記上弦材と前記下弦材の平均の軸剛性をＫｃ、斜材の軸剛性をＫｂとしたとき、Ｋｂ／Ｋｃ＝βが前記連結部の変形回転を許容する大きさとされ、斜材を分割して減衰装置で連結したことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、空間に架け渡され両端部が支承される上弦材及び下弦材、この上弦材と下弦材に設けられた連結部（回転角変形部）へ斜材を回転可能に連結し、また、上弦材と下弦材の間へ軸力を発揮する束材を回転可能に連結することで、空間構造物が構築されている。
【００１２】
この斜材の軸剛性は、上弦材と下弦材の平均軸剛性をＫｃ、斜材の軸剛性をＫｂとしたとき、Ｋｂ／Ｋｃ＝βが、連結部の変形回転を許容する大きさに設定されている。
【００１３】
このように、βの値を連結部の変形回転を許容する大きさとすることで、梁成、及び空間構造物のライズの大きさに関わらず、空間構造物の固有周期が大きく長周期側に遷移する。すなわち、斜材の変形を許容し、この斜材の変形を利用することで、分割した斜材を連結した減衰装置が有効に機能して大きな振動低減効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記減衰装置と並列に配置したばね材と共に前記斜材を連結したことを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、所定の減衰係数を持つばね材を介在させることで、安定した構造物とすることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記βが０．１以下であることを特徴としている。
【００１７】
空間構造物の固有周期の値は、スパンや載荷荷重によって異なった値を示すが、βを０．１以下として、１次固有周期を１．０ｓ以上となるように設定すれば、地震等の外乱（周期が非常に短い）に対して免震効果を発揮させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、前記上弦材と前記下弦材を連結する束材を設け、前記上弦材、前記下弦材、及び前記束材で構成される枠体の連結部に前記斜材を連結したことを特徴としている。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記斜材をケーブルとして、このケーブルにプレテンションを導入したことを特徴としている。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、斜材をケーブルとすることで、座屈の心配がなくなる。また、プレテンションを導入することで、圧縮方向の力を減衰装置へ伝えることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、空間に架け渡され両端部が支承される上弦材と、前記上弦材と所定の間隔を開けて配置されると共に、空間に架け渡され両端部が支承される下弦材と、前記上弦材に設けた第１連結部に２本の第１アームの一端部をそれぞれ回転可能に連結し、前記下弦材に設けた第２連結部に２本の第２アームの一端部をそれぞれ回転可能に連結すると共に、前記第１アームの他端部と前記第２アームの他端部を回転可能に連結したトグルブレースと、前記第１アームの他端部と第２アームの他端部の間に取付けられた減衰装置と、を有することを特徴としている。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、上弦材の第１連結部には、２本の第１アームの一端部がそれぞれ回転可能に連結されている。また、下弦材の第２連結部には、２本の第２アームの一端部がそれぞれ回転可能に連結されている。
【００２３】
そして、第１アームの他端部と第２アームの他端部を回転可能に連結することで、第１連結部及び第２連結部の変位量を、第１アームの他端部と第２アームの他端部の回転移動量に変えるトグルブレースが構成される。
【００２４】
トグルブレースを構成することで、第１連結部及び第２連結部の変位量が第１アームの他端部と第２アームの他端部の部位で幾何学上拡大される。従って、第１アームの他端部と第２アームの他端部の連結部の間に減衰装置を取付けることで、大きな減衰効果を発揮させることができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、前記減衰装置と並列に前記第１アームの他端部と第２アームの他端部の間にばね材を配置したことを特徴としている。
【００２６】
請求項７に記載の発明では、所定の減衰係数を持つばね材を介在させることで、安定した構造物とすることができる。
【００２７】
また、トグルブレースの場合、斜材の軸剛性に相当する剛性は、ばね材の剛性とアームの取付角度によって決めることができる。このため、仮に、請求項１の斜材とアームに同一の部材を使用した場合、座屈長さは約半分、部材数が２倍となるので、トグルブレースは斜材の約８倍の座屈強度を発揮することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、前記第１アーム及び第２アームをケーブルとして、このケーブルにプレテンションを導入したことを特徴としている。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の空間構造物を複数組み合わせてドーム屋根を構成し、該ドーム屋根の頂点を中心とする同心円上又は同心楕円上に沿って、前記減衰装置が位置するように構成したことを特徴としている。
【００３０】
請求項９に記載の発明では、空間構造物を複数組み合わせてドーム屋根を構成している。そして、ドーム屋根の頂点を中心とする同心円上又は同心楕円上に沿って、減衰装置が位置するように配置している。
【００３１】
ドーム屋根のような立体モードでは、固有モードの特定が難しい。しかし、頂点を含む軸回り、すなわち、同心円上又は同心楕円上に変形が大きい箇所が確率的に大きいことが解析で判明した。
【００３２】
そこで、ドーム屋根の全体に減衰機構を設けるのではなく、振動を吸収する減衰装置を同心円上又は同心楕円上に沿って配置することで、最小の建設コストで必要な振動低減機能を持たせることができる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、前記ドーム屋根の主要固有モードの節部となる位置に減衰装置を配置したことを特徴としている。
【００３４】
請求項１０に記載の発明では、同心円上又は同心楕円上であり且つドーム屋根の主要固有モードの節部となる位置に減衰装置を配置している。
【００３５】
ここで、主要固有モードとは、ドーム屋根の１次固有周期、２次固有周期、及び３次固有周期を指しており、例えば、一次固有周期の場合では、ドーム屋根の頂点が節部となるため、ここに減衰機構を配置すればよいことになる。
【００３６】
このように、節部に減衰機構を配置することで、対称モード及び逆対称モードにおいても、概ね複数モードで節部がラップするので、高次モードに至るまで制振効果を発揮することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、第１形態に係るドーム屋根を構成する空間構造物としての平行弦トラスアーチ１０は、空間に架け渡された鋼製の上弦材１２及び下弦材１４の両端部が支柱３２にピン１８で支承されている。上弦材１２と下弦材１４の間には軸力だけ発揮する束材１６がピン２０で連結されている。なお、本形態では、ピン２０により束材１６が連結された構造を説明するが、束材１６を剛結しても本発明の効果を奏することができる。
【００３８】
また、図２及び図３に示すように、上弦材１２、下弦材１４、及び束材１６で構成されるトラスユニット２２の連結部のピン２０には、鋼製の斜材２６が回転可能に連結され側面視にてＸ字状に配置されている。
【００３９】
斜材２６の中央部は切断され、減衰装置としてのダンパー２８のシリンダー２８Ａとロッド２８Ｂがピン２４で連結されている。つまり、図３（Ｂ）に示すように、地震等の外乱によりトラスユニット２２が変形したとき、斜材２６の軸方向の変形をダンパー２８で吸収する構成である。なお、図１では、斜材２６が３箇所にしか図示されていないが、図示を省略しただけで、全てのトラスユニット２２に配置されている。
【００４０】
また、斜材は鋼棒でなく、ケーブルにターンバックル等でプレテンションを導入したものでもよい。これにより、斜材の座屈の心配がなくなり、また、プレテンションを導入することで、圧縮方向の力をダンパー２８へ伝えることもできる。
【００４１】
ここで、斜材２６の軸剛性をＫｂ、上弦材１２と下弦材１４の平均軸剛性をＫｃ、斜材２６の断面積をＡｂ、弦材（上弦材１２と下弦材１４）の断面積をＡｃ、斜材の弦材に対する取付角度がθのとき、Ｋｂ／Ｋｃ＝（Ａｂ／Ａｃ）×ｃｏｓθ＝β≦０．２とすることにより、トラスユニット２２の連結部の変形回転が許容される。
【００４２】
これにより、トラスユニット２２の弦材長さＬ、梁成ｈ、及びトラスアーチ１０のライズｒの大きさに関わらず、トラスアーチ１０の固有周期が大きく長周期側に遷移する。
【００４３】
以上のことを証明するため、固有周期の推移傾向として示したのが図４〜図６である。
【００４４】
図４に示すように、トラスアーチ１０のライズｒ＝ｈ／ｌ＝０（ｒ＝（天頂部の高さと支承部の高さの差／スパン長））では、対称モードと逆対称モードともβ≦０．１で固有周期が長周期側へ遷移し、図５に示すように、トラスアーチ１０のライズｒ＝０．３では、対称モードと逆対称モードともβ≦０．１で固有周期が長周期側へ遷移し、図６に示すように、トラスアーチ１０のライズｒ＝０．５では、対称モードと逆対称モードともβ≦０．１で固有周期が長周期側へ遷移している。
【００４５】
このように、β≦０．２よりもβ≦０．１の方が、斜材２６にダンパー２８を組み込んだとき、斜材２６の変形が大きく振動低減効果が大きいことが分かる。また、トラスアーチ１０の固有周期の値は、スパン長や載荷荷重によって異なった値を示すが、β≦０．１として、一次固有周期を１．０ｓ以上となるように設定すれば、地震等の外乱に対して免震効果を発揮させることができる。
【００４６】
以上のように、斜材と弦材の軸剛性比βをβ≦０．２、好ましくはβ≦０．１として、ここに減衰機構を設けることで、風や地震等の外乱によって生じる振動を自己低減することができる。
【００４７】
なお、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）に示す○は逆対称１次モード、△は逆対称２次モード、□は逆対称３次モード、◇は逆対称４次モード、●は逆対称５次モードを示す。また、図４（Ｃ）、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）に示す○は対称１次モード、△は対称２次モード、□は対称３次モード、◇は対称４次モード、●は対称５次モードを示す。
【００４８】
次に、第２形態に係る空間構造物としてのトラスアーチを説明する。
【００４９】
図７に示すように、第２形態のトラスアーチ２００では、上弦材１２、下弦材１４、及び束材１６で構成されるトラスユニット２２の連結部のピン２０４には、ダンパー２４で連結された鋼製の斜材２０２が回転可能に連結され側面視にてＸ字状となっていない。このように、斜材２０２を配置してもトラスアーチを構成することは可能であり、部材点数の削減につながる。
【００５０】
次に、第３形態に係る空間構造物としてのトラスアーチを説明する。
【００５１】
図８に示すように、第３形態のトラスアーチ２０６では束材がなく、ダンパー２４で連結された鋼製の斜材２０８だけで、トラスが構成されており、さらにシンプルな構成とされている。
【００５２】
このトラスアーチ２０６の場合、例えば、図７に示す束材を備えたトラスアーチと組み合わせてドーム屋根を設計することができ、また、単独のトラスアーチとする場合は、斜材２０８をばね材で連結する。
【００５３】
次に、第４形態に係る空間構造物としてのトラスアーチを説明する。
【００５４】
図９に示すように、第３形態のトラスアーチのトラスユニット２１０では、斜材２６がダンパー２４とばね材２１２で連結されている。このように、所定の減衰係数を持つばね材２１を介在させることで、安定した構造物とすることができる。
【００５５】
また、図１０に示すように、ピン１８の近くにあるトラスユニット２１４を、束材１６の中央に斜材２１６を連結し、斜材２１６とダンパー２１８が三角形状を描くように構成することもできる。このように、支承部に近いトラスユニット２１４の上弦材１２と下弦材１４を直接ダンパー２１８とばね２１９で連結することで、大きな制振効果を得ることができる。
【００５６】
次に、第５形態に係る空間構造物としてのトラスアーチを説明する。
【００５７】
図１１に示すように、トラスアーチ３４の基本構造は第１形態のトラスアーチ１０と同じ平行弦トラスアーチであり、トラスユニット２２には斜材に変えてトグル機構を構成するトグルブレース３６が配置されている。
【００５８】
図１２及び図１３に示すように、トグルブレース３６の２本の第１アーム部材３８の一端は、トラスユニット２２の連結部に連結ピン４０を介して回転可能に取付けられ、挟角が２θとなっている。また、連結ピン４０と対角線上にある連結ピン４２には、第２アーム部材４４の一端が回転可能に取付けられ、挟角が２θとなっている。
【００５９】
また、第１アーム部材３８と第２アーム部材４４の他端部は、連結シャフト４６でそれぞれ回動可能に連結され、トラスユニット２２の両面に菱形のトグルを構成している。さらに、連結シャフト４６の間には、ダンパー４８のシリンダー４８Ａとロッド４８Ｂが回転可能に連結されている。
【００６０】
図１３（Ｂ）に示すように、トグルブレース３６の特徴として、連結シャフト４６が互いに接近すると、連結ピン４０における２つの第１アーム部材３８がなす角度と連結ピン４２における２つの第２アーム部材４４がなす角度が小さくなり、また、連結シャフト４６が互いに離間すると、連結ピン４０における２つの第１アーム部材３８がなす角度と連結ピン４２における２つの第２アーム部材４４がなす角度が大きくなる。
【００６１】
なお、図１１には、トグルブレース３６が３箇所にしか図示されていないが、全てのトラスユニット２２に配置されている。
【００６２】
次に、トラスアーチ３４に地震等による外力が作用したとき、本形態に係るトグルブレース３６がどのように機能するかを説明する。
【００６３】
地震等によって、図１３（Ａ）に示すトラスアーチ３４のトラスユニット２２が右方向へ水平変形すると、図１３（Ｂ）に示すように（実際の挙動を強調して描いている）、右側の束材１６は右へ傾き、トラスユニット２２に設けられた連結ピン４０と対角線上にある連結ピン４２が相対変位して間隔が狭くなる（図面上手前のトグルブレースの説明である）。
【００６４】
これにより、連結ピン４０を中心として第１アーム部材３８が回動して第１アーム部材３８同士がなす角度が大きくなる。また、連結ピン４２を中心として第２アーム部材４４が回動して第２アーム部材４４同士がなす角度が大きくなるこのため、第１アーム部材３８と第２アーム部材４４とを連結する連結シャフト４６同士の間隔が広くなる。
【００６５】
この連結シャフト４６の変位量は、菱形のトグル機構の幾何学的特性により連結ピン４０と連結ピン４２の相対変位量より増幅されている。このため、連結ピン４６に連結されたダンパー４８のロッド４８Ｂが伸長し、効率良く熱に変換されて吸収され、トラスユニット２２の変位が制限されることで、トラスアーチ３４の振動が減衰される。
【００６６】
なお、効率良くとは、連結ピン４０と連結ピン４４の相対変位量が小さくても、連結シャフト４６が大きく変位しダンパー４８の変位量が大きくなるため、振動エネルギーの吸収効率が良いということである。
【００６７】
また、トラスユニット２２の裏面側に設けられたトグルブレース３６においては、第１アーム部材３８と第２アーム部材４４とを連結する連結シャフト４６同士の間隔が狭くなり、ダンパー４８のロッド４８Ｂが伸縮してトラスアーチ３４の振動を減衰する。
【００６８】
このように、第５形態では、斜材に替えてトグルブレースとすることで、大きな減衰効果を発揮させることができる。つまり、図１３に示すアームの取付角度をθとしたとき、幾何学的なトグル変形拡大倍率α＝１／ｔａｎθとなり、等価減衰係数の倍率αｃは、αｃ＝α²＝（１／ｔａｎθ）²となる。
【００６９】
例えば、θ＝１７．５°、ダンパーの減衰係数Ｃ＝０．０２ｔ／ｋｉｎｅ（市販品のダンパーの性能）としたとき、等価減衰係数ＣｅｑはＣ×αｃ＝０．０２×（１／ｔａｎ１７．５）²＝０．２０ｔ／ｋｉｎｅと、１０倍になる。
【００７０】
また、トグルブレース３６では、第１アーム部材３８と第２アーム部材４４の軸剛性と座屈に対する安全性を分離して考えることができる。すなわち、トグルブレース３６の場合、図１４に示すように、コイルばね５０を自由状態で連結シャフト４６の間に架け渡し、第１アーム部材３８と第２アーム部材４４との姿勢（菱形形状）を保持するように配置すると、斜材の軸剛性に相当する剛性は、コイルばね５０の剛性とアームの取付角度θによって決めることができる。
【００７１】
このため、斜材１８と第１アーム部材３８と第２アーム部材４４に同一の部材を使用した場合、座屈長さは約半分、部材数が２倍となるので、トグルブレース３６は斜材１８の約８倍の座屈強度を発揮することができる。
【００７２】
なお、本形態では、束材１６を使用したが、束材が必ずしも必要でなく、上弦材１２，下弦材１４，及びトグルブレース３６だけでトラスアーチを構成し、束材を有するトラスアーチと組み合わせてドーム屋根を設計することもできる。
【００７３】
また、図１５及び図１６に示すように、第１アーム部材２２０と第２アーム部材２２２で平行四辺形状のトグルブレース２２８を構成してもよい。トグルブレース２２８の連結ピン２３０は、ばね材２２４で連結されており、トグルブレース２２８は所定のばね剛性を備える。さらに、連結ピン４０とピン２３０には、ダンパー２２６のシリンダー２２６Ａとロッド２２６Ｂが回転可能に連結されている。
【００７４】
この構成では、図１３に示すように、１つのトラスユニットの表裏に２つのトグルブレースを形成するのではなく、２つのトラスユニットに亘ってトグルブレースを構成することで、バランスを保っている。
【００７５】
すなわち、図１４に示すように、例えば、矢印方向の力が作用すると、左側のトグルブレース２２８は閉じようとし、右側のトグルブレース２２８は開こうとして、左右のバランスを保つ。
【００７６】
また、図１７に示すように、ピン１８に直接支承されるトラスユニットにトグル機構を設けてもよい。すなわち、上弦材に相当するトグル部材２４０と下弦材に相当するトグル部材２４２の連結部をピン１８で支承する構成である。
【００７７】
このトグル材２４０，２４２のピン２４４，２４６は、ダンパー２４８及びコイルばね２５０で連結されており、主にコイルばね２５０のばね剛性で、トグル部材２４０、２４２の姿勢（菱形形状）が保持されている。
【００７８】
この構成では、図１７（Ｂ）に示すように、水平方向及び上下方向の振動に対して減衰力を発揮できるため、ピンに支承されるトラスユニットの構成としては好ましいものとなっている。
【００７９】
以上説明した第１形態〜第５形態では、全てのトラスユニットに斜材又はトグルブレースを配置してトラスアーチを制振させる場合について示したが、トラスアーチの主要固有モードの節部となる位置に配置してもよい。
【００８０】
図１８（Ａ）〜（Ｈ）は、トラスアーチの１次固有周期モードから８次固有周期モードでどの部位が節部となるかを示した図であり、節部が明瞭に現われている図１８（Ｄ）で見ると、凹に湾曲した部分と凸に湾曲した部分の中間部分（中立部分）が節部Ｎとなっている。
【００８１】
すなわち、この節部Ｎにあたるトラスユニット又はこの節部Ｎを含む周辺の複数のトラスユニットに斜材又はトグルブレースを配置することで、最小の建設コストで、トラス屋根に必要な自己振動低減機能を持たせることができる。
【００８２】
次に、図１９に示す、一般建築モデル（Ｂａｓｉｃ）、従来の制振モデル（Ｂａｓｉｃ＋Ｃ：０．０２）、本発明の斜材にダンパーを取付けたモデル（ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．０２）、トグルブレースにダンパーを取付けたモデル（ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．２）、及びモードの節部にトグルブレースにダンパーを取付けたモデル（ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．２Ｎ）を比較した解析モデルをを説明する。
【００８３】
ここで、トラスアーチのスパンを５０ｍ、ライズを０．３、トラスユニットの長さを３．６ｍ，梁成を１．８ｍ、常時荷重を７０ｋｇｆ／ｍ²とし、斜材の取付角度θ＝３５°、トグルブレースのアームの取付角度θ＝１７．５°、ダンパー取付長ｄ＝１２６．９ｃｍ、ダンパーの減衰係数Ｃ＝０．０２とした。
【００８４】
また、図２０に示すように、入力位置Ｉへ水平方向へ１ガル、又は上下方向へ１ガルの外乱入力により、節点１、２、３において直接周波数応答解析を行った。
【００８５】
この結果、Ｂａｓｉｃ（β＝０．３５、ダンパーなし）では、図２１に示す水平動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が大きく、また、図２２に示す上下動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が大きい。
【００８６】
Ｂａｓｉｃ＋Ｃ：０．０２（β＝０．３５、等価減衰係数が０．０２のダンパーあり）では、図２３に示す水平動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が大きく、また、図２４に示す上下動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が大きく、振動が減衰されているとは言い難い。すなわち、一般建築にダンパー等の減衰部材を設けても効果が小さいことが分かる。
【００８７】
ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．０２（β＝０．００７、等価減衰係数が０．０２のダンパーあり）では、図２５に示す水平動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が小さく、また、図２６に示す上下動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が小さくなっており、振動が減衰されている。
【００８８】
さらに、ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．２（β＝０．００７、トグル機構で等価減衰係数０．２となる）では、図２７に示す水平動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が非常に小さく、また、図２８に示す上下動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が非常に小さくなっており、振動が大きく減衰されている。
【００８９】
また、ＬＳ−Ｂｒａｃｅ＋Ｃ：０．２Ｎ（β＝０．００７、トグル機構で等価減衰係数０．２となる）では、図２９に示す水平動の地震では、それぞれの節点１、２、３で水平方向及び上下方向とも応答倍率が非常に小さく、また、図３０に示す上下動の地震では、それぞれの節点１、２、３において、周波数１０Ｈｚの部分で水平方向及び上下方向とも応答倍率が部分的に高くなっているが、Ｂａｓｉｃ＋Ｃ：０．０２と比較すると、遙かに振動が大きく減衰されている。
【００９０】
ところで、上述したトラスアーチのモデルで節部を特定する場合と、ドーム屋根のような立体モードで特定され節部とでは発生する部位が異なる。これは、代表的な固有モードの特定が困難であり、また、節部がある範囲に跨って発生するからである。
【００９１】
そこで、本発明では、円形のドーム屋根２５０の１次固有周期モードから４次固有周期モードでどの部位が節部となるかを、図３１に示すように解析して節部の範囲を求めている。
【００９２】
２次固有周期モードのように、対称モードであれば、節部の箇所は頂点を中心点とした同心円上に存在するが、３次固有周期モードのように、逆対称モードの節部は、頂点を含む軸回りに閉じた領域として所定の間隔で出現する。
【００９３】
そこで、同心円上に沿って、モード１に対応する箇所に斜材及びダンパー、トグルブレス及びダンパーから構成される制振装置２５２を、モード２，３，４に対応する箇所に制振装置２５４を、全モードに対応する箇所に制振装置２５６を配置することで、最小の建設コストで必要な振動低減機能を持たせることができる。
【００９４】
また、節部に制振装置を配置することで、対称モード及び逆対称モードにおいても、概ね複数モードで節部がラップするので、高次モードに至るまで制振効果を発揮することができる。
【００９５】
なお、本実施例では、円形のドーム屋根を例にとって説明しているが、楕円形のドーム屋根でも同じことが言える。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は上記構成としたので、風や地震等の外乱によって生じる振動を自己低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態に係る空間構造物の正面図である。
【図２】第１形態に係る空間構造物のトラスユニットの一部平面図である。
【図３】第１形態に係る空間構造物のトラスユニットの正面図である。
【図４】トラスユニットの斜材のβと空間構造物の固有周期の推移との関係を示すグラフである。
【図５】トラスユニットの斜材のβと空間構造物の固有周期の推移との関係を示すグラフである。
【図６】トラスユニットの斜材のβと空間構造物の固有周期の推移との関係を示すグラフである。
【図７】第２形態に係る空間構造物の正面図である。
【図８】第２形態に係る空間構造物の正面図である。
【図９】第３形態に係る空間構造物のトラスユニットの正面図である。
【図１０】第４形態に係る空間構造物の正面図である。
【図１１】第５形態に係る空間構造物の正面図である。
【図１２】第５形態に係る空間構造物のトラスユニットの一部平面図である。
【図１３】第５態に係る空間構造物のトラスユニットの正面図である。
【図１４】第５態に係る空間構造物のトラスユニットのダンパーにコイルばねを取付けた状態を示す正面図である。
【図１５】トグルブレースの中にコイルばねを設けたトラスユニットの正面図である。
【図１６】トグルブレースの中にコイルばねを設けたトラスユニットの正面図である。
【図１７】第５形態に係る空間構造物が支承される部分のトラスユニットの変形例である。
【図１８】空間構造物の固有モードと節部の関係を示す説明図である。
【図１９】空間構造物の解析モデルの条件を示した表である。
【図２０】解析モデルにおける外乱の入力位置とデータの出力位置を示した説明図である。
【図２１】一般建築モデルに水平動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２２】一般建築モデルに上下動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２３】従来の制振モデルに水平動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２４】従来の制振モデルに上下動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２５】斜材にダンパーを取付けたモデルに水平動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２６】斜材にダンパーを取付けたモデルに上下動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２７】トグルブレースにダンパーを取付けたモデルに水平動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２８】トグルブレースにダンパーを取付けたモデルに上下動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図２９】節部にトグルブレースにダンパーを取付けたモデルにダンパーを取付けたモデルに水平動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図３０】節部にトグルブレースにダンパーを取付けたモデルに上下動の地震を入力したときの応答倍率と振動周波数の関係を示したグラフである。
【図３１】ドーム屋根の固有モードと節部の関係を示す説明図である。
【図３２】ドーム屋根に取付けた制振装置の位置を示す説明図である。
【図３３】従来の平行弦トラスアーチを示す正面図である。
【図３４】従来の平行弦トラスアーチに制振装置を取付けた状態を示す正面図である。
【図３５】従来のドーム屋根の平面図である。
【図３６】従来のドーム屋根に制振装置が取付けられた状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１２上弦材
１４下弦材
１６束材
２２トラスユニット（枠体）
２６斜材
２８ダンパー（減衰装置）
３６トグルブレース
４８ダンパー（減衰装置）
Ｎ節部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a space structure that spans a space and a dome roof.
[0002]
[Prior art]
In the arch-shaped roof truss 100 as shown in FIG. 33, the bundle material 106 is connected to the upper chord material 102 and the lower chord material 104 with a pin 108 (the bundle material may be rigidly connected), and the upper chord material 102 and the lower chord In order to integrate the material 104 with each other, the diagonal material 110 having high rigidity is connected.
[0003]
That is, in the conventional roof truss 100, there is no design concept for reducing the rigidity of the diagonal member 110 of the roof frame 130 to deform the diagonal member 110 and deforming the roof frame 130.
[0004]
On the other hand, in such a roof truss, as a technique for suppressing vibration due to disturbance such as wind and earthquake, as shown in FIG. 34, a damper that absorbs vibration energy between the frame 132 and the column 114 of the roof truss 112 116 is provided (Patent Document 1).
[0005]
However, in this method, the internal space surrounded by the roof truss 112 is damaged, and vibration of the frame 132 where the damper 116 is not arranged cannot be reduced.
[0006]
Moreover, as shown in FIG.35 and FIG.36, there also exists what attached the damping device 120 directly to the dome roof 118 as a space structure (refer patent document 2). However, unlike a general frame structure, a spatial structure is affected by disturbances up to a higher-order natural period. Therefore, even if the additional mass 122 of the vibration damping device 120 is tuned to a single natural period, vibration suppression is performed. The effect is limited.
[0007]
Further, as described at the beginning, in the case of a normal design method, in Patent Document 1, in order to integrate the upper chord member 124 and the lower chord member 126 of the dome roof 118, the diagonal member 128 having high rigidity is used. It is thought that. However, such a highly rigid dome roof 118 cannot be expected to have a great damping effect even if the damping device 120 is directly attached.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 11-270623 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-105854 (FIGS. 9 and 10)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
This invention considers the fact concerned, and makes it a subject to provide the space structure and roof dome which self-reduces the vibration which arises by disturbances, such as a wind and an earthquake.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the upper chord member spanned in the space and supported at both ends thereof, the upper chord member and the upper chord member are arranged at a predetermined interval, and are spanned in the space and supported at both ends. To the connecting part provided in the lower chord material and the upper chord material and the lower chord material To be rotatable With diagonal materials joined together, A bundle member that is rotatably connected between the upper chord member and the lower chord member and exhibits an axial force; Where Kc is the average axial stiffness of the upper chord member and the lower chord member and Kb is the axial stiffness of the diagonal member, and Kb / Kc = β is set to a size that allows deformation and rotation of the connecting portion. It is characterized in that the materials are divided and connected by a damping device.
[0011]
In the first aspect of the invention, the upper chord material and the lower chord material, which are spanned in the space and supported at both ends, and the diagonal material to the connecting portion (rotation angle deformation portion) provided on the upper chord material and the lower chord material. It is connected so that it can rotate, and a bundle that exerts an axial force between the upper chord material and the lower chord material is also connected rotatably. In this way, a spatial structure is constructed.
[0012]
The axial stiffness of the diagonal member is set such that Kb / Kc = β allows deformation and rotation of the connecting portion when the average axial stiffness of the upper chord member and the lower chord member is Kc and the axial stiffness of the diagonal member is Kb. Has been.
[0013]
In this way, by setting the value of β to a size that allows deformation and rotation of the connecting portion, the natural period of the spatial structure is large and the long period side is increased regardless of the size of the beam formation and the rise of the spatial structure. Transition. That is, by allowing the deformation of the diagonal material and utilizing the deformation of the diagonal material, the damping device connecting the divided diagonal materials functions effectively, and a large vibration reduction effect can be obtained.
[0014]
The invention according to claim 2 is characterized in that the diagonal member is connected together with a spring member arranged in parallel with the damping device.
[0015]
In the invention described in claim 2, a stable structure can be obtained by interposing a spring material having a predetermined damping coefficient.
[0016]
The invention described in claim 3 is characterized in that β is 0.1 or less.
[0017]
The value of the natural period of the spatial structure is different depending on the span and loading load. However, if β is set to 0.1 or less and the primary natural period is set to 1.0 s or more, an earthquake or the like The seismic isolation effect can be demonstrated against disturbance (very short period).
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, a bundle member for connecting the upper chord member and the lower chord member is provided, and the diagonal member is provided at a connecting portion of a frame body constituted by the upper chord member, the lower chord member, and the bundle member. It is characterized by being connected.
[0019]
The invention according to claim 5 is characterized in that the diagonal member is used as a cable and a pretension is introduced into the cable.
[0020]
In the invention according to claim 5, by using the diagonal member as the cable, there is no fear of buckling. Moreover, by introducing pretension, force in the compression direction can be transmitted to the damping device.
[0021]
According to the sixth aspect of the present invention, the upper chord member spanned in the space and supported at both ends thereof, the upper chord member and the upper chord member are arranged at a predetermined interval, and are spanned in the space and supported at both ends. One end of two first arms is rotatably connected to the lower chord material and the first connecting portion provided on the upper chord material, and the two second arms are connected to the second connecting portion provided on the lower chord material. A toggle brace that rotatably connects one end to the other end of the first arm and the other end of the second arm, and the other end of the first arm and the second arm. And an attenuator mounted between the other end portions.
[0022]
In the invention according to claim 6, one end portions of the two first arms are rotatably connected to the first connecting portion of the upper chord material. Further, one end portions of the two second arms are rotatably connected to the second connecting portion of the lower chord material.
[0023]
And the other end part of the 1st arm and the other end part of the 2nd arm are connected so that rotation is possible, and the amount of displacement of the 1st connecting part and the 2nd connecting part is changed to the other end part of the 1st arm and the 2nd. A toggle brace that changes to the rotational movement amount of the other end of the arm is formed.
[0024]
By configuring the toggle brace, the displacement amount of the first connecting portion and the second connecting portion is geometrically expanded at the other end portion of the first arm and the other end portion of the second arm. Therefore, a large damping effect can be exhibited by attaching an attenuation device between the other end portion of the first arm and the connecting portion of the other end portion of the second arm.
[0025]
The invention described in claim 7 is characterized in that a spring material is disposed between the other end of the first arm and the other end of the second arm in parallel with the damping device.
[0026]
In the invention according to claim 7, a stable structure can be obtained by interposing a spring material having a predetermined damping coefficient.
[0027]
In the case of a toggle brace, the rigidity corresponding to the axial rigidity of the diagonal member can be determined by the rigidity of the spring member and the mounting angle of the arm. For this reason, if the same member is used for the diagonal member and the arm of claim 1, the buckling length is about half and the number of members is twice, so the toggle brace is about eight times the diagonal member. The bending strength can be exhibited.
[0028]
The invention described in claim 8 is characterized in that the first arm and the second arm are used as cables, and pretension is introduced into the cables.
[0029]
The invention according to claim 9 is a concentric circle or concentric ellipse centering on the apex of the dome roof by combining a plurality of spatial structures according to any one of claims 1 to 8 to form a dome roof. The attenuating device is positioned along the line.
[0030]
In the invention described in claim 9, the dome roof is configured by combining a plurality of space structures. And it arrange | positions so that an attenuation | damping apparatus may be located along the concentric circle centering on the vertex of a dome roof or a concentric ellipse.
[0031]
In a three-dimensional mode such as a dome roof, it is difficult to specify an eigenmode. However, it was found by analysis that a portion having a large deformation around the axis including the vertex, that is, on a concentric circle or a concentric ellipse is probabilistically large.
[0032]
Therefore, instead of providing a damping mechanism for the entire dome roof, a damping device that absorbs vibration is arranged along a concentric circle or a concentric ellipse, so that the necessary vibration reduction function can be provided at the minimum construction cost. Can do.
[0033]
The invention described in claim 10 is characterized in that an attenuation device is arranged at a position that becomes a node of the main eigenmode of the dome roof.
[0034]
In the tenth aspect of the present invention, the attenuation device is arranged at a position that is concentric or concentric and is a node of the main eigenmode of the dome roof.
[0035]
Here, the main natural mode refers to the primary natural period, the secondary natural period, and the tertiary natural period of the dome roof. For example, in the case of the primary natural period, the top of the dome roof is a node. Therefore, a damping mechanism may be disposed here.
[0036]
Thus, by arranging the damping mechanism at the node, the node wraps generally in a plurality of modes even in the symmetric mode and the anti-symmetric mode, so that the vibration damping effect can be exhibited until reaching the higher order mode. .
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the parallel string truss arch 10 as a space structure constituting the dome roof according to the first embodiment has both ends of a steel upper chord member 12 and a lower chord member 14 spanned in the space. Is supported by a pin 18. Between the upper chord member 12 and the lower chord member 14, a bundle member 16 that exerts only an axial force is connected by a pin 20. In this embodiment, the structure in which the bundle member 16 is connected by the pin 20 will be described. However, the effect of the present invention can be obtained even if the bundle member 16 is rigidly connected.
[0038]
As shown in FIGS. 2 and 3, a steel diagonal member 26 is rotatable on the pin 20 of the connecting portion of the truss unit 22 composed of the upper chord member 12, the lower chord member 14, and the bundle member 16. They are connected and arranged in an X shape in a side view.
[0039]
A central portion of the diagonal member 26 is cut, and a cylinder 28A and a rod 28B of a damper 28 as a damping device are connected by a pin 24. That is, as shown in FIG. 3B, when the truss unit 22 is deformed by a disturbance such as an earthquake, the damper 28 absorbs the deformation of the diagonal member 26 in the axial direction. In FIG. 1, the diagonal members 26 are illustrated only in three places, but are disposed in all the truss units 22 just by omitting the illustration.
[0040]
Further, the diagonal member is not a steel bar, but may be a cable in which pretension is introduced by a turnbuckle or the like. Thereby, there is no worry about the buckling of the diagonal material, and the force in the compression direction can be transmitted to the damper 28 by introducing the pretension.
[0041]
Here, the axial stiffness of the diagonal material 26 is Kb, the average axial stiffness of the upper chord material 12 and the lower chord material 14 is Kc, the cross-sectional area of the diagonal material 26 is Ab, and the cross-sectional area of the chord material (the upper chord material 12 and the lower chord material 14). When the mounting angle of Ac and the diagonal material with respect to the chord material is θ, the deformation rotation of the connecting portion of the truss unit 22 is allowed by setting Kb / Kc = (Ab / Ac) × cos θ = β ≦ 0.2. .
[0042]
As a result, the natural period of the truss arch 10 is greatly shifted to the long period side regardless of the length L of the truss unit 22, the beam h, and the rise r of the truss arch 10.
[0043]
In order to prove the above, FIGS. 4 to 6 show the transition tendency of the natural period.
[0044]
As shown in FIG. 4, at the rise r = h / l = 0 of the truss arch 10 (r = (difference between the height of the zenith and the height of the support / span length)), β ≦ As shown in FIG. 5, when the rise r = 0.3 of the truss arch 10, the natural period transitions to the long period side at 0.1, and β ≦ 0.1 for both the symmetric mode and the anti-symmetric mode, and the natural period is the long period. As shown in FIG. 6, at the rise r = 0.5 of the truss arch 10, both the symmetric mode and the inverse symmetric mode have β ≦ 0.1 and the natural period is shifted to the long period side.
[0045]
Thus, it can be seen that when β ≦ 0.1 than when β ≦ 0.2, when the damper 28 is incorporated in the diagonal member 26, the diagonal member 26 is greatly deformed and has a greater vibration reduction effect. In addition, the value of the natural period of the truss arch 10 shows a different value depending on the span length and the loaded load. However, if β ≦ 0.1 and the primary natural period is set to be 1.0 s or more, an earthquake or the like The seismic isolation effect can be demonstrated against disturbance.
[0046]
As described above, the axial rigidity ratio β of the diagonal material and the chord material is set to β ≦ 0.2, preferably β ≦ 0.1, and the vibration generated by disturbance such as wind or earthquake is provided by providing a damping mechanism here. Self-reduction.
[0047]
In FIG. 4B, FIG. 5B, and FIG. 6B, ◯ is the reverse symmetric primary mode, Δ is the reverse symmetric secondary mode, □ is the reverse symmetric tertiary mode, and ◇ is the reverse symmetric 4 The next mode, ● indicates the inverse symmetric fifth-order mode. 4 (C), FIG. 5 (C), and FIG. 6 (C), ◯ is a symmetric primary mode, Δ is a symmetric secondary mode, □ is a symmetric tertiary mode, ◇ is a symmetric quaternary mode, Indicates a symmetric fifth-order mode.
[0048]
Next, a truss arch as a spatial structure according to the second embodiment will be described.
[0049]
As shown in FIG. 7, in the truss arch 200 of the second form, the steel 204 connected to the pin 204 of the connecting portion of the truss unit 22 composed of the upper chord member 12, the lower chord member 14, and the bundle member 16 by the damper 24. The made diagonal member 202 is rotatably connected and is not X-shaped in a side view. In this way, it is possible to form a truss arch even if the diagonal member 202 is disposed, which leads to a reduction in the number of members.
[0050]
Next, a truss arch as a spatial structure according to the third embodiment will be described.
[0051]
As shown in FIG. 8, the truss arch 206 according to the third embodiment has no bundling material, and the truss is configured only by the steel diagonal material 208 connected by the damper 24, which further simplifies the configuration.
[0052]
In the case of this truss arch 206, for example, a dome roof can be designed in combination with a truss arch provided with a bundle shown in FIG. 7, and in the case of a single truss arch, the diagonal member 208 is connected by a spring material.
[0053]
Next, a truss arch as a spatial structure according to the fourth embodiment will be described.
[0054]
As shown in FIG. 9, in the truss unit 210 of the truss arch of the third form, the diagonal member 26 is connected to the damper 24 and the spring member 212. In this way, a stable structure can be obtained by interposing the spring material 21 having a predetermined damping coefficient.
[0055]
Also, as shown in FIG. 10, the truss unit 214 near the pin 18 may be configured such that the diagonal member 216 is connected to the center of the bundle member 16 so that the diagonal member 216 and the damper 218 draw a triangular shape. it can. Thus, a great vibration damping effect can be obtained by directly connecting the upper chord member 12 and the lower chord member 14 of the truss unit 214 close to the support portion with the damper 218 and the spring 219.
[0056]
Next, a truss arch as a spatial structure according to the fifth embodiment will be described.
[0057]
As shown in FIG. 11, the basic structure of the truss arch 34 is the same parallel string truss arch as the truss arch 10 of the first embodiment, and the truss unit 22 is provided with a toggle brace 36 that constitutes a toggle mechanism instead of diagonal materials. .
[0058]
As shown in FIGS. 12 and 13, one end of the two first arm members 38 of the toggle brace 36 is rotatably attached to the connecting portion of the truss unit 22 via a connecting pin 40, and the included angle is 2θ. It has become. Further, one end of the second arm member 44 is rotatably attached to the connecting pin 42 diagonally to the connecting pin 40, and the included angle is 2θ.
[0059]
Further, the other end portions of the first arm member 38 and the second arm member 44 are connected to each other by a connecting shaft 46 so as to be rotatable, and a rhombus toggle is formed on both surfaces of the truss unit 22. Further, a cylinder 48A and a rod 48B of a damper 48 are rotatably connected between the connecting shafts 46.
[0060]
As shown in FIG. 13B, the toggle brace 36 is characterized by the angle formed by the two first arm members 38 in the connecting pin 40 and the two second arm members in the connecting pin 42 when the connecting shaft 46 approaches each other. When the angle formed by 44 is reduced and the connecting shaft 46 is separated from each other, the angle formed by the two first arm members 38 in the connecting pin 40 and the angle formed by the two second arm members 44 in the connecting pin 42 are increased. .
[0061]
In FIG. 11, the toggle brace 36 is illustrated only in three places, but is disposed in all the truss units 22.
[0062]
Next, how the toggle brace 36 according to this embodiment functions when an external force such as an earthquake acts on the truss arch 34 will be described.
[0063]
When the truss unit 22 of the truss arch 34 shown in FIG. 13 (A) is horizontally deformed due to an earthquake or the like, as shown in FIG. 13 (B) (the actual behavior is emphasized), the right bundle The member 16 is tilted to the right, and the connecting pin 40 provided on the truss unit 22 and the connecting pin 42 on the diagonal line are relatively displaced to narrow the interval (this is an explanation of the toggle brace on the front side of the drawing).
[0064]
Thereby, the 1st arm member 38 rotates centering on the connection pin 40, and the angle which 1st arm member 38 makes is large. Further, since the second arm member 44 rotates around the connecting pin 42 and the angle formed between the second arm members 44 is increased, the connecting shaft that connects the first arm member 38 and the second arm member 44. The interval between 46 becomes wider.
[0065]
The displacement amount of the connecting shaft 46 is amplified by the relative displacement amount of the connecting pin 40 and the connecting pin 42 due to the geometric characteristics of the diamond-shaped toggle mechanism. For this reason, the rod 48B of the damper 48 connected to the connecting pin 46 extends, is efficiently converted into heat and absorbed, and the displacement of the truss unit 22 is limited, so that the vibration of the truss arch 34 is attenuated.
[0066]
“Efficient” means that even if the relative displacement amount of the connecting pin 40 and the connecting pin 44 is small, the connecting shaft 46 is greatly displaced and the amount of displacement of the damper 48 is large, so that the vibration energy absorption efficiency is good. is there.
[0067]
Further, in the toggle brace 36 provided on the back side of the truss unit 22, the interval between the connecting shafts 46 connecting the first arm member 38 and the second arm member 44 is narrowed, and the rod 48B of the damper 48 is expanded and contracted. Thus, the vibration of the truss arch 34 is attenuated.
[0068]
Thus, in the fifth embodiment, a large damping effect can be exhibited by using toggle braces instead of diagonal materials. That is, when the arm mounting angle shown in FIG. 13 is θ, the geometric toggle deformation magnification α = 1 / tan θ, and the magnification αc of the equivalent attenuation coefficient is αc = α. ² = (1 / tanθ) ² It becomes.
[0069]
For example, when θ = 17.5 ° and damper damping coefficient C = 0.02 t / kine (commercial damper performance), the equivalent damping coefficient Ceq is C × αc = 0.02 × (1 / tan17. 5) ² = 0.20 t / kine, which is 10 times larger.
[0070]
In the toggle brace 36, the axial rigidity and buckling safety of the first arm member 38 and the second arm member 44 can be considered separately. That is, in the case of the toggle brace 36, as shown in FIG. 14, the coil spring 50 is bridged between the connecting shafts 46 in a free state, and the posture (diamond shape) between the first arm member 38 and the second arm member 44 is changed. If it arrange | positions so that it may hold | maintain, the rigidity equivalent to the axial rigidity of an oblique member can be determined by the rigidity of the coil spring 50, and the attachment angle (theta) of an arm.
[0071]
For this reason, when the same member is used for the diagonal member 18, the first arm member 38, and the second arm member 44, the buckling length is about half and the number of members is doubled. The buckling strength of about 8 times 18 can be exhibited.
[0072]
In this embodiment, the bundle material 16 is used. However, the bundle material is not necessarily required, and the truss arch is constituted only by the upper chord material 12, the lower chord material 14, and the toggle brace 36, and the dome is combined with the truss arch having the bundle material. You can also design a roof.
[0073]
As shown in FIGS. 15 and 16, the first arm member 220 and the second arm member 222 may constitute a parallelogram shaped toggle brace 228. The connecting pin 230 of the toggle brace 228 is connected by a spring material 224, and the toggle brace 228 has a predetermined spring rigidity. Furthermore, the cylinder 226A and the rod 226B of the damper 226 are rotatably connected to the connecting pin 40 and the pin 230.
[0074]
In this configuration, as shown in FIG. 13, the balance is maintained by forming the toggle braces across the two truss units, rather than forming two toggle braces on the front and back of one truss unit.
[0075]
That is, as shown in FIG. 14, for example, when a force in the direction of the arrow is applied, the left toggle brace 228 attempts to close and the right toggle brace 228 attempts to open, maintaining a left-right balance.
[0076]
In addition, as shown in FIG. 17, a toggle mechanism may be provided in the truss unit that is directly supported by the pin 18. In other words, the pin 18 supports the connecting portion of the toggle member 240 corresponding to the upper chord material and the toggle member 242 corresponding to the lower chord material.
[0077]
The pins 244 and 246 of the toggle members 240 and 242 are connected by a damper 248 and a coil spring 250, and the posture of the toggle members 240 and 242 (rhombus shape) is maintained mainly by the spring rigidity of the coil spring 250. Yes.
[0078]
In this configuration, as shown in FIG. 17B, a damping force can be exerted against vibrations in the horizontal direction and the vertical direction, so that the configuration of the truss unit supported by the pin is preferable.
[0079]
In the first to fifth embodiments described above, the case where the diagonal members or toggle braces are arranged in all the truss units to suppress the truss arch is shown. However, the truss arch is arranged at the position corresponding to the node of the main eigenmode of the truss arch. May be.
[0080]
18 (A) to 18 (H) are diagrams showing which part becomes a node portion from the first natural period mode to the eighth natural period mode of the truss arch. FIG. 18 shows the nodes clearly appearing. When viewed in (D), an intermediate portion (neutral portion) between the concavely curved portion and the convexly curved portion is a node portion N.
[0081]
That is, by arranging diagonal members or toggle braces on the truss unit corresponding to the node N or a plurality of peripheral truss units including the node N, the truss roof has a self-vibration reducing function necessary for the minimum construction cost. be able to.
[0082]
Next, as shown in FIG. 19, a general building model (Basic), a conventional vibration suppression model (Basic + C: 0.02), a model in which a damper is attached to the diagonal member of the present invention (LS-Blace + C: 0.02), toggle An analysis model comparing a model in which a damper is attached to a brace (LS-Blace + C: 0.2) and a model in which a damper is attached to a toggle brace at a node of a mode (LS-Brace + C: 0.2N) will be described.
[0083]
Here, the span of the truss arch is 50 m, the rise is 0.3, the length of the truss unit is 3.6 m, the beam is 1.8 m, and the constant load is 70 kgf / m. ² The mounting angle θ of the diagonal member is 35 °, the mounting angle θ of the toggle brace arm is 17.5 °, the damper mounting length d is 126.9 cm, and the damper damping coefficient C is 0.02.
[0084]
Further, as shown in FIG. 20, the frequency response analysis was directly performed at the nodes 1, 2, and 3 by the disturbance input of 1 gal horizontally to the input position I or 1 gal vertically.
[0085]
As a result, in Basic (β = 0.35, no damper), in the horizontal motion earthquake shown in FIG. 21, the response magnification is large in the horizontal and vertical directions at the respective nodes 1, 2, and 3, and FIG. In the vertical motion earthquake shown in Fig. 1, the response magnification is large in the horizontal and vertical directions at the nodes 1, 2, and 3, respectively.
[0086]
In Basic + C: 0.02 (with a damper with β = 0.35, equivalent damping coefficient of 0.02), in the horizontal motion earthquake shown in FIG. The response magnification is large, and in the vertical motion earthquake shown in FIG. 24, it is difficult to say that the vibration is damped because the response magnification is large in the horizontal and vertical directions at the respective nodes 1, 2, and 3. That is, it can be seen that even if a damping member such as a damper is provided in a general building, the effect is small.
[0087]
When LS-Brace + C: 0.02 (β = 0.007, with damper with equivalent damping coefficient of 0.02), the horizontal motion shown in FIG. The response magnification is small in both directions, and in the vertical motion earthquake shown in FIG. 26, the response magnification is small in both the horizontal and vertical directions at the respective nodes 1, 2, and 3, and the vibration is attenuated.
[0088]
Furthermore, at LS-Brace + C: 0.2 (β = 0.007, the equivalent damping coefficient is 0.2 by the toggle mechanism), the horizontal motion earthquake shown in FIG. The response magnification is very small both in the vertical direction and in the vertical direction, and in the vertical motion earthquake shown in FIG. 28, the response magnification is very small in the horizontal direction and the vertical direction at each of the nodes 1, 2, and 3. Is greatly attenuated.
[0089]
In addition, at LS-Brace + C: 0.2N (β = 0.007, the equivalent damping coefficient is 0.2 by the toggle mechanism), the horizontal motion earthquake shown in FIG. The response magnification is very small both in the vertical direction and in the vertical direction. In the vertical motion earthquake shown in FIG. 30, the response magnification is partially in the horizontal direction and the vertical direction at the frequency of 10 Hz at each of the nodes 1, 2, and 3. However, compared with Basic + C: 0.02, the vibration is greatly attenuated.
[0090]
By the way, the site | part which generate | occur | produces with the case where a node part is specified with the model of the above-mentioned truss arch and the node part specified by solid mode like a dome roof differs. This is because it is difficult to specify a typical eigenmode, and the node portion extends over a certain range.
[0091]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 31, the range of the nodal portion is obtained by analyzing which part of the circular dome roof 250 becomes the nodal portion from the first natural period mode to the fourth natural period mode. Yes.
[0092]
In the case of a symmetric mode, as in the second-order natural period mode, the location of the node is on a concentric circle with the vertex at the center point, but like in the third-order natural period mode, the node in the anti-symmetric mode is Appears at predetermined intervals as a closed region around the axis including the vertex.
[0093]
Therefore, along the concentric circle, a vibration damping device 252 composed of a diagonal material and a damper, a toggle brace and a damper is provided at a location corresponding to mode 1, and a vibration damping device 254 is provided at a location corresponding to modes 2, 3, and 4. By arranging the vibration damping device 256 at a location corresponding to all modes, it is possible to provide a necessary vibration reduction function at a minimum construction cost.
[0094]
Further, by arranging the vibration damping device at the node portion, the node portion wraps generally in a plurality of modes even in the symmetric mode and the anti-symmetric mode, so that the vibration damping effect can be exhibited up to the higher order mode.
[0095]
In this embodiment, a circular dome roof is described as an example, but the same applies to an elliptical dome roof.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, since the present invention is configured as described above, vibrations caused by disturbances such as wind and earthquake can be reduced by themselves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a space structure according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partial plan view of the truss unit of the space structure according to the first embodiment.
FIG. 3 is a front view of the truss unit of the space structure according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between β of the diagonal member of the truss unit and the transition of the natural period of the spatial structure.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between β of the diagonal member of the truss unit and the transition of the natural period of the spatial structure.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between β of the diagonal member of the truss unit and the transition of the natural period of the spatial structure.
FIG. 7 is a front view of the space structure according to the second embodiment.
FIG. 8 is a front view of a space structure according to a second embodiment.
FIG. 9 is a front view of a truss unit for a space structure according to a third embodiment.
FIG. 10 is a front view of a space structure according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a front view of a space structure according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is a partial plan view of the truss unit of the space structure according to the fifth embodiment.
FIG. 13 is a front view of the truss unit of the space structure according to the fifth aspect.
FIG. 14 is a front view showing a state in which a coil spring is attached to a damper of a truss unit of a spatial structure according to a fifth state.
FIG. 15 is a front view of a truss unit in which a coil spring is provided in a toggle brace.
FIG. 16 is a front view of a truss unit in which a coil spring is provided in a toggle brace.
FIG. 17 is a modification of the truss unit at the portion where the space structure according to the fifth embodiment is supported.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the relationship between the eigenmodes of the spatial structure and the nodes.
FIG. 19 is a table showing conditions for an analysis model of a spatial structure.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a disturbance input position and a data output position in an analysis model;
FIG. 21 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a horizontal motion earthquake is input to a general building model.
FIG. 22 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a vertical motion earthquake is input to a general building model.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a horizontal motion earthquake is input to a conventional vibration suppression model.
FIG. 24 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a vertical motion earthquake is input to a conventional vibration suppression model.
FIG. 25 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a horizontal motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a diagonal member.
FIG. 26 is a graph showing a relationship between response magnification and vibration frequency when a vertical motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a diagonal member.
FIG. 27 is a graph showing a relationship between response magnification and vibration frequency when a horizontal motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a toggle brace.
FIG. 28 is a graph showing the relationship between response magnification and vibration frequency when a vertical motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a toggle brace.
FIG. 29 is a graph showing a relationship between a response magnification and a vibration frequency when a horizontal motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a toggle brace at a node portion.
FIG. 30 is a graph showing a relationship between response magnification and vibration frequency when a vertical motion earthquake is input to a model in which a damper is attached to a toggle brace at a node.
FIG. 31 is an explanatory diagram showing a relationship between a natural mode of a dome roof and a node portion.
FIG. 32 is an explanatory diagram showing the position of the vibration damping device attached to the dome roof.
FIG. 33 is a front view showing a conventional parallel string truss arch.
FIG. 34 is a front view showing a state in which a vibration damping device is attached to a conventional parallel string truss arch.
FIG. 35 is a plan view of a conventional dome roof.
FIG. 36 is a perspective view showing a state in which a vibration damping device is attached to a conventional dome roof.
[Explanation of symbols]
12 Upper chord material
14 Lower chord material
16 Bundles
22 truss unit (frame)
26 diagonal
28 Damper (Attenuator)
36 Toggle braces
48 Damper (Attenuator)
N section

Claims

Upper chord material spanned in space and supported at both ends,
A lower chord material that is arranged at a predetermined interval from the upper chord material, spans the space and is supported at both ends,
An oblique member rotatably connected to a connecting portion provided on the upper chord member and the lower chord member,
A bundle member that is rotatably connected between the upper chord member and the lower chord member and exerts an axial force ;
With
When the average axial stiffness of the upper chord material and the lower chord material is Kc and the axial stiffness of the diagonal material is Kb, Kb / Kc = β is set to a size that allows deformation and rotation of the connecting portion, and the diagonal material is divided. Spatial structure characterized by being connected by a damping device.

The space structure according to claim 1, wherein the diagonal member is connected together with a spring member arranged in parallel with the damping device.

The space structure according to claim 1 or 2, wherein β is 0.1 or less.

A bundle member for connecting the upper chord member and the lower chord member is provided, and the diagonal member is connected to a connecting portion of a frame body composed of the upper chord member, the lower chord member, and the bundle member. The spatial structure according to any one of claims 1 to 3.

The space structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a pretension is introduced into the cable using the diagonal member as a cable.

Upper chord material spanned in space and supported at both ends,
A lower chord material that is arranged at a predetermined interval from the upper chord material, spans the space and is supported at both ends,
One end portions of two first arms are rotatably connected to a first connecting portion provided on the upper chord material, and one end portions of two second arms are respectively connected to a second connecting portion provided on the lower chord material. A toggle brace that is rotatably connected and that rotatably connects the other end of the first arm and the other end of the second arm;
A spatial structure comprising: an attenuation device attached between the other end of the first arm and the other end of the second arm.

The space structure according to claim 6, wherein a spring material is disposed between the other end of the first arm and the other end of the second arm in parallel with the damping device.

The space structure according to claim 6 or 7, wherein the first arm and the second arm are used as cables, and pretension is introduced into the cables.

A plurality of spatial structures according to any one of claims 1 to 8 are combined to form a dome roof, and the attenuation device is positioned along a concentric circle or a concentric ellipse centered on the apex of the dome roof. A dome roof characterized by being configured to do so.

The dome roof according to claim 9, wherein the attenuation device is disposed at a position that is a node of a main eigenmode of the dome roof.