JP3982754B2 - 軟節構造の制振構造物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟節構造の制振構造物に関し、特に柱と構造体の柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の制振構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、柱と、柱の上下に取り付けられる支持構造体（例えば、梁や天井、床や基礎等）との間に、筋交い状に緩衝手段（例えば、オイルダンパ）を設置し、構造体に加わる振動を、緩衝手段の緩衝作用によって早期に減衰させるようにした技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、制振の対象としている構造物は、柱と上部構造体との柱梁接合部を剛節とした剛節構造であり、構造物の修理・解析・移築が非常に困難であった。また、柱梁接合部をピン構造とする軟節構造では、地震の安全性が確保できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、柱と構造体の柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の構造物に対し、高減衰となる軟節耐震構造を実現することができる軟節構造の制振構造物を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、柱と上部構造体との柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の制振構造物であって、前記柱の先端部に設けられた張ね出し梁と、該張ね出し梁の先端部の前記上部構造体に対する変位を増幅する増幅機構と、該増幅機構によって増幅された変位を緩衝する緩衝手段とを具備することを特徴とする軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項２記載の発明の要旨は、前記増幅機構は、前記張ね出し梁の先端部に取り付けられた傘型トグル機構であることを特徴とする請求項１記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項３記載の発明の要旨は、前記傘型トグル機構は、前記上部構造体に一端部が取り付けられたメインアームと、該メインアームの他の回転端部に一端部が回転可能に連結されている一対の第１サブアームと、該一対の第１サブアームのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、前記張ね出し梁の先端部に他端部が回転可能に連結されている一対の第２サブアームとからなり、前記緩衝手段は、前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装されていることを特徴とする請求項２記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項４記載の発明の要旨は、前記上部構造体と前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第１付勢部材と、前記メインアームと前記一対の第１サブアームとの連結部と、前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第２付勢部材とを具備することを特徴とする請求項３記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項５記載の発明の要旨は、前記傘型トグル機構は、前記張ね出し梁の先端部に一端部が回転可能に取り付けられた一対の第１サブアームと、該一対の第１サブアームのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、前記上部構造体に他端部が回転可能に連結されている一対の第２サブアームとからなり、前記緩衝手段は、前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装されていることを特徴とする請求項２記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項６記載の発明の要旨は、前記上部構造体と前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第１付勢部材を具備することを特徴とする請求項５記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項７記載の発明の要旨は、 前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装された第２付勢部材を具備することを特徴とする請求項５又は６記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項８記載の発明の要旨は、柱と下部構造体との接合部は、ピン接合であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項９記載の発明の要旨は、前記緩衝手段は、オイルダンパもしくは弾塑性ダンパであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物に存する。
また請求項１０記載の発明の要旨は、前記請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物が、構造物の全ての柱と上部構造体もしくは選択された一部の柱と上部構造体に設けられていることを特徴とする構造物に存する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明に係る軟節構造の制振構造物の実施の形態を示す概略正面図であり、図２は、図１に示す傘型トグル機構を示す概略正面図であり、図３は、本発明に係る軟節構造の制振構造物の実施の形態の解析モデルを示す説明図であり、図４および図５は、図１に示す傘型トグル機構の動作を説明するための説明図である。
【０００８】
本実施の形態の構造物の制振装置は、図１を参照すると、構造体の柱１と、柱１が取り付けられる上部構造体（梁）２と下部構造体（下階の梁もしくは基礎）３との間に設けられる制振装置であって、特に、柱１と上部構造体２とがピン接合部４によってピン接合されている軟節構造の構造体を対象とし、柱１の先端部に取り付けられた張ね出し梁５と、張ね出し梁５の両側の先端部にそれぞれ設置された傘型トグル機構６とからなる。なお、柱１の柱脚部（柱１と下部構造体３との接合部）は、ピン接合でも適用できる。
【０００９】
張ね出し梁５は、柱１の上部、すなわち先端部に固定され、両側先端部には、上下に貫通するパイプ５１が固定されている。
【００１０】
傘型トグル機構６は、図２を参照すると、上部構造体２に一端部が回転可能に取り付けられ、かつ、張ね出し梁５の先端部に取り付けられたパイプ５１を貫通しているメインアーム６１と、メインアーム６１の他の回転端部に一端部が回転可能に連結されている第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂと、第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、かつ、パイプ５１に他端部が回転可能に連結されている第２サブアーム６３ａおよび第２サブアーム６３ｂと、第１サブアーム６２ａ、ｂと第２サブアーム６３ａ、ｂとのそれぞれの連結部間に介装されている緩衝部材６４とを備え、上部構造体２とパイプ５１との間に第１付勢部材６５を介装すると共に、メインアーム６１と第１サブアーム６２ａ、ｂとの連結部と、パイプ５１との間に第２付勢部材６６を介装した基本構成となっており、張ね出し梁５の両側先端部にそれぞれ設置されている。
【００１１】
ついで、これらの詳細について説明すれば、メインアーム６１は、その一端部が、上部構造体２に設けられたブラケット６７にピン６８を介して回転可能に連結されている。
【００１２】
また、第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂは、その一端部が、メインアーム６１の回転端部にピン６９を介して回転自在に連結されている。
【００１３】
また、第２サブアーム６３ａおよび第２サブアーム６３ｂは、そのそれぞれの一端部が、第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂのそれぞれ他の回転端部にそれぞれピン７０およびピン７１を介して回転自在に連結されていると共に、それぞれの他端部が、パイプ５１にそれぞれピン７２およびピン７３を介して回転自在に連結されている。
【００１４】
緩衝部材６４は、本実施の形態においてはオイルダンパが用いられ、その一端部が、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａとを連結するピン７０に回転可能に連結され、他端部が、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂとを連結するピン７１に回転可能に連結されている。
そして、この緩衝部材６４は、オイルダンパに代えて、コイルバネ等の弾塑性部材によって構成することも可能であり、あるいは、高減衰ゴム等の粘弾性体によって構成することも可能である。
【００１５】
このような構成により、上部構造体２に対する張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）の相対位置の変位に対応して、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａの連結部と、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂの連結部との距離が変位する。振動による上部構造体２の変位量に応じて変位する上部構造体２に対する張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）の相対位置の変位量は、図３に示すように、柱１の高さｈと張ね出し梁５の張ね出し長さＡＭとによって定まり、上部構造体２に対する張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）の相対位置の変位量応じて変位する第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａの連結部と、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂの連結部との距離は、第１サブアーム６２ａ、ｂと第２サブアーム６３ａ、ｂとの長さの違いによって定まる。従って、振動による上部構造体２の変位量に対する傘型トグル機構６のトグル倍率は、張ね出し梁５の張ね出し長さＡＭ、第１サブアーム６２ａ、ｂの長さおよび第２サブアーム６３ａ、ｂの長さによって設定することができる。
【００１６】
ここで、構造体に振動が加わり、例えば、上部構造体２が、図３に矢印ｘで示す方向に移動し、柱１が、図３に矢印ｘで示す方向に傾動させられると、柱１の図３において右側に位置する張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が上部構造体２から離れるように相対移動させられ、柱１の図３において左側に位置する張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が上部構造体２に近づくように相対移動させられる。
【００１７】
張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が上部構造体２から離れるように相対移動させられた側に取り付けられた傘型トグル機構６は、図４を参照すると、張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が下方向に変位するため、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａとの連結部と、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂとの連結部との距離が短くなる。また、張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が上部構造体２に近づくように相対移動させた側に取り付けられた傘型トグル機構６は、図５を参照すると、張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）が上方向に変位するため、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａとの連結部と、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂとの連結部との距離が広がる。張ね出し梁５の先端部（パイプ５１）の変位量に対する、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａの連結部と、第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂの連結部との距離の変位量は、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａおよび第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂによって構成されるトグル機構によって増幅され、この増幅された変位量の分が、緩衝部材６４の作動量となる。
【００１８】
このように、緩衝部材６４に前述したような外力が加わると、これらの緩衝部材６４が伸縮動作させられて緩衝機能が生じ、この緩衝機能によって、柱１や上部構造体２で構成される構造物の振動エネルギーが吸収される。
しかも、前述した柱１の変位量に対して、緩衝部材６４の作動量が増幅されていることにより、そのエネルギー吸収作用が増幅され、構造体の振動が抑制される。
【００１９】
張ね出し梁５先端部の動きは、図３に示したように、（ＡＭ／ｈ）ｘであり、傘型トグル機構６の単独の変形倍率をβとすると、層間変形ｘに対する緩衝部材６４の作動量は、（ＡＭ／ｈ）β・ｘとなる。従って、（ＡＭ／ｈ）βを大きく設定するように設計すれば、緩衝部材６４の作動量を大きくすることができ、エネルギー吸収作用が増幅されることになる。
【００２０】
なお、本実施の形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２１】
図６は、本発明に係る軟節構造の制振構造物の他の実施の形態を示す概略正面図である。
例えば、図９に示す傘型トグル機構は、張ね出し梁５の先端部に一端部が回転可能に連結されている第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂと、第１サブアーム６２ａおよび第１サブアーム６２ｂのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、かつ、上部構造体２に他端部が回転可能に連結されている第２サブアーム６３ａおよび第２サブアーム６３ｂと、第１サブアーム６２ａ、ｂと第２サブアーム６３ａ、ｂとのそれぞれの連結部間に介装されている緩衝部材６４とを備え、上部構造体２と張ね出し梁５の先端部との間に第１付勢部材６５を介装した構成となっており、張ね出し梁５の先端部と上部構造体２との距離の変位量は、第１サブアーム６２ａと第２サブアーム６３ａおよび第１サブアーム６２ｂと第２サブアーム６３ｂによって構成されるトグル機構によって増幅され、この増幅された変位量の分が、緩衝部材６４の作動量となる。また、図示しない第２付勢部材を、緩衝部材６４と共に、第１サブアーム６２ａ、ｂと第２サブアーム６３ａ、ｂとのそれぞれの連結部間に介装しても良い。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、柱１と上部構造体２との柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の構造物に対し、柱１の先端部に張ね出し梁５を設けると共に、張ね出し梁５の先端部に傘型トグル機構６を設け、増幅された変位量を緩衝部材６４で緩衝するように構成することにより、高減衰となる軟節耐震構造を実現することができ、大型ビルや工場建屋等に応用することにより、耐震性能向上に大きく寄与することができるという効果を奏する。
【００２３】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の軟節構造の制振構造物は、柱と上部構造体との柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の構造物に対し、柱の先端部に張ね出し梁を設けると共に、張ね出し梁の先端部に傘型トグル機構を設け、増幅された変位量を緩衝部材で緩衝するように構成することにより、高減衰となる軟節耐震構造を実現することができ、大型ビルや工場建屋等に応用することにより、耐震性能向上に大きく寄与することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軟節構造の制振構造物の実施の形態を示す概略正面図である。
【図２】図１に示す傘型トグル機構を示す概略正面図である。
【図３】本発明に係る軟節構造の制振構造物の実施の形態の解析モデルを示す説明図である。
【図４】図１に示す傘型トグル機構の動作を説明するための説明図である。
【図５】図１に示す傘型トグル機構の動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明に係る軟節構造の制振構造物の他の実施の形態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ 柱
２ 上部構造体（梁）
３ 下部構造体（下階の梁もしくは基礎）
４ ピン接合部
５ 張ね出し梁
５１ パイプ
６ 傘型トグル機構
６１ メインアーム
６２ａ 第１サブアーム
６２ｂ 第１サブアーム
６３ａ 第２サブアーム
６３ｂ 第２サブアーム
６４ 緩衝部材
６５ 第１付勢部材
６６ 第２付勢部材
６７ ブラケット
６８、６９、７０、７１、７２、７３ ピン

Claims (10)

1. 柱と上部構造体との柱梁接合部をピン支持とした軟節構造の制振構造物であって、
   前記柱の先端部に設けられた張ね出し梁と、
   該張ね出し梁の先端部の前記上部構造体に対する変位を増幅する増幅機構と、
   該増幅機構によって増幅された変位を緩衝する緩衝手段とを具備することを特徴とする軟節構造の制振構造物。
2. 前記増幅機構は、前記張ね出し梁の先端部に取り付けられた傘型トグル機構であることを特徴とする請求項１記載の軟節構造の制振構造物。
3. 前記傘型トグル機構は、前記上部構造体に一端部が取り付けられたメインアームと、
   該メインアームの他の回転端部に一端部が回転可能に連結されている一対の第１サブアームと、
   該一対の第１サブアームのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、前記張ね出し梁の先端部に他端部が回転可能に連結されている一対の第２サブアームとからなり、
   前記緩衝手段は、前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装されていることを特徴とする請求項２記載の軟節構造の制振構造物。
4. 前記上部構造体と前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第１付勢部材と、
   前記メインアームと前記一対の第１サブアームとの連結部と、前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第２付勢部材とを具備することを特徴とする請求項３記載の軟節構造の制振構造物。
5. 前記傘型トグル機構は、前記張ね出し梁の先端部に一端部が回転可能に取り付けられた一対の第１サブアームと、
   該一対の第１サブアームのそれぞれ他の回転端部に一端部がそれぞれ回転可能に連結され、前記上部構造体に他端部が回転可能に連結されている一対の第２サブアームとからなり、
   前記緩衝手段は、前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装されていることを特徴とする請求項２記載の軟節構造の制振構造物。
6. 前記上部構造体と前記張ね出し梁の先端部との間に介装された第１付勢部材を具備することを特徴とする請求項５記載の軟節構造の制振構造物。
7. 前記第１サブアームと前記第２サブアームとの２箇所の連結部間に介装された第２付勢部材を具備することを特徴とする請求項５又は６記載の軟節構造の制振構造物。
8. 柱と下部構造体との接合部は、ピン接合であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物。
9. 前記緩衝手段は、オイルダンパもしくは弾塑性ダンパであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物。
10. 前記請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の軟節構造の制振構造物が、構造物の全ての柱と上部構造体もしくは選択された一部の柱と上部構造体に設けられていることを特徴とする構造物。

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