JP4191673B2 - History damper - Google Patents
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Description
本発明は、建物の架構の構面内にブレースとして設置されるとともに、建物の振動エネルギーを吸収するダンパとしても機能する履歴ダンパに関するものである。 The present invention relates to a hysteresis damper that is installed as a brace in a frame of a building frame and also functions as a damper that absorbs vibration energy of the building.
ブレースとしても機能する履歴ダンパとしては、芯材と、この芯材の周囲に装着された補鋼体とを有するものが知られている(例えば、特許文献1,2,3参照)。
しかしながら、上述した特許文献1に開示されている発明においては、芯材の中央部に塑性部が設けられている。そのため、芯材の端部が取り付けられるガセットプレートに大きな曲げモーメントが加わることとなり、この大きな曲げモーメントに耐え得る大規模なガセットプレートが必要となって、製造コストが嵩んでしまうといった問題点があった。
また、上述した特許文献2に開示されている発明においては、中間材の両端部に履歴ダンパが設けられており、これにより各履歴ダンパの塑性部とガセットプレートとの距離が狭められ、ガセットプレートに加わる曲げモーメントの大幅な低減化が図られている。しかし、この発明は、2つの履歴ダンパと1つの中間材とを用意しなければならないとともに、これらの部材を溶接等により互いに接合しなければならず、構造が複雑化し、製造工程が増加するとともに、製造コストが嵩んでしまうといった問題点があった。
However, in the invention disclosed in
Further, in the invention disclosed in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構造部材に加わる曲げモーメントを低減化させることができるとともに、構造の簡略化を図ることができる履歴ダンパを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a hysteresis damper that can reduce the bending moment applied to the structural member and can simplify the structure.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による履歴ダンパは、建物の架構の構面内にブレースとして設置されるとともに、建物の振動エネルギーを吸収するダンパとしても機能する履歴ダンパであって、前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端部が前記架構の一部に接合され、他端部が前記架構の他の部分に接合される一本の芯材と、前記芯材を挟み込むようにして配置された一対の補剛部材とを備え、前記芯材の一端部と中央部との間、前記芯材の他端部と中央部との間にそれぞれ塑性部が設けられており、前記補剛部材が、前記中央部に密着する肉厚部と、前記塑性部との間に隙間をそれぞれ形成する薄肉部とを有していることを特徴とする。
このような履歴ダンパによれば、塑性部が、芯材の両端部近傍にそれぞれ設けられているので、例えば、ガセットプレート(構造部材)に加わる曲げモーメントを低減化させることができ、かつ架構を構成する柱および梁に加わる曲げモーメントも低減化させることができる。
また、主たる要素としては、一本の芯材のみでよいこととなるので、構造の簡略化を図ることができるとともに、製造工程および製造費の低減化を図ることができる。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A hysteresis damper according to the present invention is a hysteresis damper that is installed as a brace in a structural surface of a building frame and also functions as a damper that absorbs vibration energy of the building, and has a yield stress level that is higher than that of the frame. It is formed by a small material, arranged so that one end is joined to a part of the frame and the other end is joined to the other part of the frame, and the core is sandwiched and a pair of stiffening members which are provided between the end portion and the central portion of the core material, and the plastic part are respectively provided between the other end portion and the central portion of the core material, the stiffening The member has a thick part that is in close contact with the central part and a thin part that forms a gap between the plastic part .
According to such a hysteresis damper, since the plastic portions are provided in the vicinity of both ends of the core material, for example, the bending moment applied to the gusset plate (structural member) can be reduced, and the frame The bending moment applied to the columns and beams constituting the structure can also be reduced.
Moreover, since only one core material is sufficient as the main element, the structure can be simplified and the manufacturing process and the manufacturing cost can be reduced.
さらに、このような履歴ダンパによれば、芯材の中央部が、補剛部材により均等に押圧されるようにして一体化され、断面積が増加しているので、中央部で座屈が発生することなく、安定したダンパの履歴特性を発揮させることができるとともに、軸剛性を大幅に増加させることができる。 Furthermore, according to such a hysteresis damper, the central portion of the core material is integrated so that it is pressed evenly by the stiffening member, and the cross-sectional area increases, so that buckling occurs at the central portion. Thus, stable hysteresis characteristics of the damper can be exhibited and shaft rigidity can be greatly increased.
本発明による履歴ダンパは、前記塑性部と前記補剛部材との間に、ゴムが設けられるように構成することもできる。
このような履歴ダンパによれば、塑性部と補剛部材との間にそれぞれ、厚さ1mm程度のアンボンド材(ゴム)が配置されているので、変形した塑性部と補剛部材の内面とが擦れ合うことにより発生するおそれのある摩擦熱や異音を防止することができる。
The hysteresis damper according to the present invention may be configured such that rubber is provided between the plastic portion and the stiffening member.
According to such a hysteresis damper, since the unbonded material (rubber) having a thickness of about 1 mm is disposed between the plastic portion and the stiffening member, the deformed plastic portion and the inner surface of the stiffening member are separated from each other. It is possible to prevent frictional heat and noise that may be generated by rubbing.
本発明による履歴ダンパによれば、構造部材に加わる曲げモーメントを低減化させることができるとともに、構造の簡略化を図ることができるという効果を奏する。 According to the hysteresis damper according to the present invention, it is possible to reduce the bending moment applied to the structural member and to achieve the effect of simplifying the structure.
以下、本発明による履歴ダンパの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図7は、建物の架構1の構面2内に設置された履歴ダンパ3,3の外観を示す図である。図7に示すように、履歴ダンパ3,3は、架構1を構成する柱4,4と梁5,5によって囲まれた開口部6内において、例えば、一対のブレースとして、略ハ字状に設置されている。
Hereinafter, an embodiment of a history damper according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a view showing the appearance of the
図1および図2に示すように、履歴ダンパ3は、一本の芯材7と、この芯材7の表面7aおよび裏面7bに配置された一対の補剛部材8,8とを主たる要素として構成されたものである。
芯材7は、例えば、極軟鋼によって形成された平面視矩形を呈する板状部材であり、その降伏応力度は、通常の鉄骨もしくは鉄筋コンクリート等により形成された柱4,4および梁5,5に比較して小さいものとなっている。この芯材7は、その一方の端部7cが、開口部6の上縁の略中央に設けられて上側の梁5の下面に固定されたガセットプレート9に対して、他方の端部7dが、開口部6の下隅に配置されて柱4および下側の梁5に固定されたガセットプレート10に対して、それぞれ高力ボルト等により結合されている。
また、芯材7の端部7c,7d近傍(すなわち、芯材7の中央部7eと各端部7c,7dとの間)にはそれぞれ塑性部(降伏部)7f,7gが設けられている。これら塑性部7f,7gの両長辺側は、芯材7の端部7c,7dおよび芯材7の中央部7eよりも、その幅寸法(図において上下方向の長さ)が小さくなるように切り欠かれている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
Further, plastic portions (yield portions) 7f and 7g are provided in the vicinity of the
補剛部材8は、芯材7の中央部7eに対応して設けられた肉厚部8aと、芯材7の塑性部7f,7gおよび端部7c,7dに対応して設けられた薄肉部8bとを有してなる、平面視矩形を呈する一対の板状部材である。
肉厚部8aおよび薄肉部8bはそれぞれ、その幅方向(図において上下方向)および長手方向にわたってそれぞれ所定の厚みを有しているとともに、対向する薄肉部8bと薄肉部8bとの間には、塑性部7f,7gを収容するための空間S(図では過大表現をしているが、実際は1〜2mm程度)がそれぞれ形成されるようになっている。
図1(a)のI−I矢視断面図である図2(a)、および図1(b)のII−II矢視断面図である図2(b)に示すように、芯材7は、その中央部7eの表面7aおよび裏面7bが、肉厚部8aの内表面とそれぞれ当接するように(面接触するように)補剛部材8と補剛部材8との間に挟み込まれているとともに、芯材7と補剛部材8,8とは互いに固定された(一体化された)状態となっている。
なお、芯材7と補剛部材8,8とが当接している(面接触している)部分は、図3にドット(黒点)で示した部分である。
The
Each of the
As shown in FIG. 2A, which is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 1A, and FIG. 2B, which is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. Is sandwiched between the
The portion where the
このように構成された履歴ダンパ3に、例えば、図1(a)に白抜き矢印で示すような圧縮力(軸力)が地震等の発生により加わった場合、芯材7の塑性部7f,7gは、その時の圧縮力(軸力)に応じて、図4に示す座標の原点から実線に沿って左斜め下方向に変位する。すなわち、架構1を構成する柱4,4および梁5,5に比較して降伏応力度の低い芯材7の塑性部7f,7gが架構1に先行して降伏し、図1(b)に示すような塑性変形を生じることにより、架構1の振動エネルギーが吸収され、架構1の振動応答が減衰される。この場合、芯材7の中央部7eは、その表面7aおよび裏面7bの両面から補剛部材8により均等に押圧されるようにして一体化され、断面積が増加しているとともに、塑性部7f,7gよりも幅方向の厚みを小さくしているので、中央部で座屈が発生することなく、安定したダンパの履歴特性を発揮することができるようになっている。
また、図1(b)に示すような塑性変形を生じた塑性部7f,7gは、図2(b)に示すように、その先端(すなわち、折り曲げられて補剛部材8の側に張り出した部分の先端)が薄肉部8bの内面に当接し、塑性部7f,7gの座屈変形が抑制されるようになっている。
For example, when a compressive force (axial force) as shown by a white arrow in FIG. 1A is applied to the
Also, the
上述したように、本発明による履歴ダンパ3は、一本の芯材7と、一対の補剛部材8,8とを主たる要素として構成されており、その構成の簡略化を図ることができるとともに、製造工程および製造費の低減化を図ることができる。
また、塑性部7f,7gが、芯材7の端部7c,7d近傍(すなわち、芯材7の中央部7eよりもガセットプレート9,10により近い場所)に設けられているので、ガセットプレート9,10に加わる曲げモーメントを低減化させることができ、かつ架構1を構成する柱4,4および梁5,5に加わる曲げモーメントも低減化させることができる。
As described above, the
Further, since the
さらに、図3にドット(黒点)で示した芯材7の中央部7eが、表面7aおよび裏面7bの両面から補剛部材8により均等に押圧されるようにして一体化されているので、図4に「座屈拘束がある場合」という実線で示すように、局部座屈を抑制することができて、安定したダンパの履歴特性を発揮させることができるとともに、図5(a)に示すように、基本諸元および中央部のみに塑性部を有する従来のダンパに比べて軸剛性を大幅に増加させることができる。
図5(a)は発明者らが試験により得た試験結果の一例を示すものであり、軸力150ton、軸剛性420ton/cmのダンパを基本諸元とした場合、例えば中央部のみに塑性部を有する従来ダンパでは486ton/cmまで軸剛性を増加できるのに対し、本発明によるダンパでは966ton/cmまで増加できる。
なお、この軸剛性は、芯材7の周囲に配置される補剛部材8の(断面)形状を、図6(a)〜図6(h)のように変更したり、あるいは芯材7の材料を変更したりすることにより適宜所望の強さ(値)に簡単に調整することができる。
Further, since the
FIG. 5 (a) shows an example of the test results obtained by the inventors. When a damper having an axial force of 150 tons and an axial rigidity of 420 ton / cm is used as a basic specification, for example, only a plastic portion is provided at the center portion. In the conventional damper having the above, the shaft rigidity can be increased up to 486 ton / cm, whereas in the damper according to the present invention, it can be increased up to 966 ton / cm.
In addition, this axial rigidity changes the (cross-section) shape of the
さらにまた、塑性部7f,7gの幅寸法を小さくする(すなわち、切り欠き部分を大きくする)と、図5(b)に示すように降伏応力をさらに低下させることができる。すなわち、塑性部7f,7gの幅寸法を調整することにより、塑性部7f,7gが塑性変形を起こす降伏応力の値を適宜所望の値に調整することができる。 図5(b)は発明者らが試験により得た試験結果の一例を示すものであり、軸力30tonに低下させた場合の軸剛性の値として、例えば、中央部のみに塑性部を有する従来のダンパで375ton/cmであるのに対し、本発明によるダンパでは608ton/cmとすることができる。
Furthermore, if the width dimension of the
なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではない。すなわち、上述した実施形態では、芯材7を平面視矩形を呈する板状部材として説明したが、断面視円形を呈する棒状部材とすることもできる。
また、芯材7と補剛部材8,8との一体化は、図3(b)に示すように、芯材7および補剛部材8,8の双方に設けられた複数個(例えば、8個)の貫通孔hに通された図示しない高力ボルト等によりなされてもよいし、図3(c)に示すように、補剛部材8,8に設けられた複数個(例えば、4個)の開口部o内をそれぞれ溶接することによりなされてもよい。
さらに、芯材7の塑性部7f,7g(および端部7c,7d)と補剛部材8,8の薄肉部8bとの間にそれぞれ、例えばゴムからなる厚さ1mm程度のアンボンド材(弾性部材)が配置されているとさらに好適である。これにより、変形した塑性部7f,7g(および端部7c,7d)と薄肉部8bの内面とが擦れ合うことにより発生するおそれのある摩擦熱や異音を防止することができる。
In addition, this invention is not limited to the thing of embodiment mentioned above. That is, in the above-described embodiment, the
Further, as shown in FIG. 3B, the
Further, an unbonded material (elastic member) made of rubber, for example, having a thickness of about 1 mm is formed between the
1 架構
2 構面
3 履歴ダンパ
7 芯材
7c 端部(一端部)
7d 端部(他端部)
7e 中央部
7f 塑性部
7g 塑性部
8 補剛部材
9 ガセットプレート(架構の一部)
10 ガセットプレート(架構の他の部分)
DESCRIPTION OF
7d end (other end)
7e
10 Gusset plate (other parts of the frame)
Claims (2)
前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端部が前記架構の一部に接合され、他端部が前記架構の他の部分に接合される一本の芯材と、
前記芯材を挟み込むようにして配置された一対の補剛部材とを備え、
前記芯材の一端部と中央部との間、前記芯材の他端部と中央部との間にそれぞれ塑性部が設けられており、
前記補剛部材が、前記中央部に密着する肉厚部と、前記塑性部との間に隙間をそれぞれ形成する薄肉部とを有していることを特徴とする履歴ダンパ。 It is a history damper that is installed as a brace in the construction frame of the building and also functions as a damper that absorbs vibration energy of the building,
A single core member formed of a material having a lower yield stress compared to the frame, one end of which is bonded to a part of the frame and the other end of which is bonded to another part of the frame ; ,
A pair of stiffening members arranged so as to sandwich the core material ,
A plastic part is provided between one end part and the central part of the core material, and between the other end part and the central part of the core material ,
The hysteresis damper , wherein the stiffening member has a thick portion that is in close contact with the central portion and a thin portion that forms a gap between the plastic portion .
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