JP4423051B2 - Half-tension toggle mechanism and building structure - Google Patents
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Description
本発明は、構成部材に張力を導入して、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させないハーフテンショントグル機構並びに建築構造物に関するものである。 The present invention relates to a half-tension toggle mechanism and a building structure in which tension is introduced into a component member so that the component member is always in a tensile state and no compression force is generated.
従来のトグル機構の作動原理について図6(a)に示す。図6に示すように、実線で示される4点OADCを結ぶフレームは、それぞれ縦方向に配置されるフレームOAと、横方向に配置されるフレームADと、縦方向に配置されるフレームDCと、横方向に配置されるフレームCOから構成され、このフレーム内にA点とB点を結ぶ鋼棒ABと、B点で回動自在にピン結合する鋼棒BCと、同じくB点で回動自在にピン結合する鋼棒BOとからなるトグル機構を有するフレームOADCから構成される。 The operation principle of the conventional toggle mechanism is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the frames connecting the four points OADC shown by the solid lines are each a frame OA arranged in the vertical direction, a frame AD arranged in the horizontal direction, and a frame DC arranged in the vertical direction, Consists of a frame CO arranged in the horizontal direction, a steel bar AB connecting point A and point B in this frame, a steel bar BC that is pin-coupled freely at point B, and also rotatable at point B It is comprised from the flame | frame OADC which has a toggle mechanism which consists of the steel rod BO pin-coupled to.
このトグル機構に対して移動距離AA’=DD’=xとなるようにフレームADを移動させる層間変形が、地震又は風を原因として生じ、フレームOADCがフレームOA’D’Cに変形したものとする。A点がA’点に移動する層間変形が生じることによりB点はB’点に移動するため、AA’とBB’との比からβ倍の増幅率が存在することとなる。このAA’に生じる速度をv(≒ωx)と表現すると、BB’の速度はβvである。OB間に単位速度に対する抵抗係数cの粘性ダンパが挿入されると、BB’の速度による抵抗力はcβvである。 Interlayer deformation that moves the frame AD so that the moving distance AA ′ = DD ′ = x with respect to this toggle mechanism is caused by an earthquake or wind, and the frame OADC is transformed into the frame OA′D′C. To do. Due to the interlayer deformation in which the A point moves to the A ′ point, the B point moves to the B ′ point, and therefore a β-fold amplification factor exists from the ratio of AA ′ to BB ′. If the speed generated in AA ′ is expressed as v (≈ωx), the speed of BB ′ is βv. When a viscous damper having a resistance coefficient c with respect to the unit speed is inserted between the OBs, the resistance force due to the speed of BB ′ is cβv.
従って、梃子の原理よりAA’に作用する抵抗力はそのβ倍のcvβ2と算出される。ここで、ダンパを装着する際に、OB間よりもBD間にダンパを設けると、ダンパ装置のストロークを大きくすることとなり、必要なストローク長が長い場合は、BD間にダンパを挿入する場合がある。 Therefore, the resistance acting on AA ′ is calculated as β times cvβ 2 by the principle of the lever. Here, when installing the damper, if the damper is provided between the BDs rather than between the OBs, the stroke of the damper device will be increased. If the required stroke length is long, the damper may be inserted between the BDs. is there.
以上のように、トグル機構は、梃子の原理を応用し、風などによる建物の小さな揺れを増幅して、ダンパで制御可能とし、大地震に対しても必要なダンパ容量を小さくするものである。 As described above, the toggle mechanism applies the lever principle to amplify small shaking of the building due to wind, etc., and can be controlled with a damper, reducing the required damper capacity even for large earthquakes. .
ところが、図6に示されるトグル機構には、フレームOADCに対してその法線方向圧縮力を受けるなど面外変形を考慮すると、大きな圧縮力に耐性を有するためには、鋼棒AB等の断面積を大きくする必要があった。 However, in the toggle mechanism shown in FIG. 6, considering out-of-plane deformation such as receiving a normal direction compressive force on the frame OADC, in order to have resistance against a large compressive force, the steel bar AB or the like is disconnected. It was necessary to increase the area.
そこで、この部材断面の縮小化を実現する機構がテンショントグル機構である。テンショントグル機構は、トグル機構の構成部材に張力を有する部材を導入し、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させぬことによって部材面の縮小化を行なうものである。図2に示すように、構成部材OB間にバネを設置し、張力を導入することで、トグル構成部材に張力が発生し、フレームの変形時における圧縮力を抑制でき、構成部材全体の断面を小さくすることができる(例えば特許文献1並びに特許文献2)。
以上の様にテンショントルク機構が張力を導入することにより構成部材の断面を小さくすることができるが。しかし、一方で、OB間のバネの張力により、支持されるフレームに導入される長期軸力が大きくなるという課題を有している。この長期軸力により、フレームに対して特定の強度を必要とする。 As described above, the tension torque mechanism can reduce the cross-section of the structural member by introducing the tension. However, on the other hand, there is a problem that the long-term axial force introduced into the supported frame increases due to the tension of the spring between the OBs. This long-term axial force requires a specific strength for the frame.
そこで、本発明の目的は、トグル機構の構成部材に弾性部を導入して、常時構成部材を引張状態として圧縮力の発生を防ぎ、部材断面を縮小化することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to introduce an elastic portion into the constituent member of the toggle mechanism to keep the constituent member in a tensile state to prevent the generation of compressive force and reduce the member cross section.
本発明に係るハーフテンショントグル機構は、前記の目的を達成するために構造物の相対変位可能な任意の3点に設けられた第1の支承部に回動可能に連結された第1筋交い部と、
残る2点の一方に設けた第2の支承部に回動可能に連結された第2筋交い部と、
前記第1筋交い部他端側に設けた第1筋交い部他端側回動部と、第2筋交い部の他端側に設けた第2筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第1ピン部と、
第3の点に設けた第3の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第1ピン部と連結される該第2連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構であって、
エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第2の弾性部とからなることを最も主要な特徴とする。
The half tension toggle mechanism according to the present invention includes a first bracing portion rotatably connected to first support portions provided at arbitrary three points where relative displacement of the structure is possible in order to achieve the above object. When,
A second bracing portion rotatably connected to a second support provided on one of the remaining two points;
The first bracing part other end side rotating part provided on the other end side of the first bracing part and the second bracing part other end side turning part provided on the other end side of the second bracing part are rotatable. A connected first pin portion;
The third support portion provided at the third point is rotatably connected, and the other end side has energy absorbing means for attenuating the swing of the second connection portion connected to the first pin portion. And at least each of the support part, the rotating part and the connecting part is a half tension toggle mechanism formed of a forged product,
The energy absorbing means is mainly characterized by being composed of a single-effect damper that acts only during contraction, a first elastic portion that is free in a neutral state, and a second elastic portion that generates tension.
また、エネルギ吸収手段は、中央に第一弾性部を配置して第1弾性部を挿んで対設される片効きダンパと、同じく第1弾性部を挿んで対設される第2弾性部から構成されてもよい。圧縮力の発生を削減することができる。 In addition, the energy absorbing means includes a single-effect damper that is disposed in the center with the first elastic portion and is inserted into the first elastic portion, and a second elastic portion that is provided in the same manner by inserting the first elastic portion. It may be configured. Generation of compressive force can be reduced.
さらに、エネルギ吸収手段は、片効きダンパの外周に第2弾性部が装着されることを特徴としてもよい。必要な張力を自由に変更することができる。 Further, the energy absorbing means may be characterized in that the second elastic portion is mounted on the outer periphery of the one-effect damper. The necessary tension can be changed freely.
その上、相対変位可能な任意の3点は、その一点が塔型構造物の一部であり、他の二点は塔型構造物が立設される地上面であることを特徴とすることができる。塔型構造物の制震装置とすることが可能となる。 In addition, any three points that can be relatively displaced are characterized in that one point is a part of the tower structure and the other two points are the ground surface on which the tower structure is erected. Can do. It becomes possible to make a vibration control device for a tower-type structure.
そして、相対変位可能な任意の3点は、その一点が対となる縦フレームと横フレームとから構成される枠体に配置され、一点が上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に設けられ、二点が前記上方の前記横フレームと縦フレームとの一方側突き合わせ部に対向する下方の横フレームと縦フレームとの突き合わせ部であり、三点が下方の前記横フレームと縦フレームとの一方側の突き合わせ部に設けられたことを特徴とする。 And any three points that can be relatively displaced are arranged in a frame body composed of a vertical frame and a horizontal frame, one point of which is a pair, and one point abutment portion between the upper horizontal frame and the vertical frame. The two points are the butted portions of the lower horizontal frame and the vertical frame facing the one-side butted portion of the upper horizontal frame and the vertical frame, and the three points are the lower horizontal frame and the vertical frame. It is provided in the butt | matching part of one side.
また、本発明に係る建築構造物は、前記ハーフテンショントグル機構を適用する。 Moreover, the said half tension toggle mechanism is applied to the building structure which concerns on this invention.
本発明に係る構造物の相対変位可能な任意の3点に設けられた第1の支承部に回動可能に連結された第1筋交い部と、残る2点の一方に設けた第2の支承部に回動可能に連結された第2筋交い部と、前記第1筋交い部他端側に設けた第1筋交い部他端側回動部と、第2筋交い部の他端側に設けた第2筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第1ピン部と、第3の点に設けた第3の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第1ピン部と連結される該第2連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構において、エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第2の弾性部とすることで支持フレームに導入される長期軸力を低減することができるという利点がある。 The 1st bracing part connected rotatably to the 1st support part provided in arbitrary 3 points which can be displaced relatively of the structure concerning the present invention, and the 2nd support provided in one of the remaining 2 points A second bracing portion that is pivotally connected to the first portion, a first bracing portion other end side turning portion provided on the other end side of the first bracing portion, and a second bracing portion provided on the other end side of the second bracing portion. Two bracing portions, the other end side turning portion is rotatably connected to the first pin portion and the third support portion provided at the third point, and the other end side is the first pin portion. An energy absorbing means for attenuating swinging of the second connecting portion connected to the 1 pin portion, and at least each of the support portion, the rotating portion and the connecting portion in a half tension toggle mechanism formed of a forged product, The energy absorbing means generates a single-effect damper that acts only during contraction, a first elastic portion that is free in a neutral state, and generates tension. There is an advantage that it is possible to reduce the long-term axial force introduced to the support frame by the second elastic portion.
また、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第2の弾性部を設けることで、第一の弾性部を中立状態から圧縮方向へ向かう場合にのみ、張力(復元力)を有することで、長軸力は、第2の弾性部の張力のみであって非常に小さく、短期軸力は殆ど増加することがない。このため、トグル機構の構成部材に張力を導入し、常時構成部材を引張状態として圧縮力を発生させないことで、部材断面の縮小化を実現する。 In addition, by providing a first elastic portion that has a free length in the neutral state and a second elastic portion that generates tension, the tension (restoration) is performed only when the first elastic portion is moved from the neutral state to the compression direction. The long axial force is only the tension of the second elastic portion and is very small, and the short-term axial force hardly increases. For this reason, a reduction in the cross section of the member is realized by introducing a tension to the constituent member of the toggle mechanism and keeping the constituent member in a tension state so as not to generate a compressive force.
図1に、本発明に係るハーフテンショントグル機構2について詳細に説明する。まず、示すのはフレーム構造にハーフテンショントグル機構2を適用した例である。
FIG. 1 explains in detail a half
フレーム構造は、下部フレーム4と、下部フレーム4上に立設される垂直フレーム6と、垂直フレーム6上に上部フレーム8が配置され、この下部フレーム4と、上部フレーム8とは、建築物の鉄骨に相当し、垂直フレーム6は鉄骨に相当する。
The frame structure includes a
この上部フレーム8にハーフテンショントグル機構2の第1支承部10が配設されている。この第1支承部10には、上部第1クレビス12がピン結合される。上部第1クレビス12は、鋼管14を介して上部第2クレビス16と接合される。上部第1クレビス12と鋼管14及び、上部第2クレビス16と鋼管14はいずれもフレア溶接される。上部第2クレビス16は、下部第1クレビス18と弾性部側クレビス20それぞれと一点22でピン結合される。
The
一方の下部第1クレビス18は、鋼管24を介して下部第2クレビス26と接続され、下部第2クレビス26が下部フレーム4に設けられる第2支承部28とピン結合する。この第2支承部28は、下部フレーム4に配設される。
One lower
他方の、弾性部側クレビス20は、フレア溶接された鋼管30がターンバックル32を介して弾性部34と結合される。弾性部34は、支軸36と接合され、支軸36が第3支承部38とピン結合し、第3支承部38が下部フレーム4に配設される。
The other elastic
以上のトグル機構の構成に対して、ハーフテンショントグル機構2を示す詳細である弾性部34について、更に詳細に示す。
The
弾性部34は、上部プレート40が上部ロッド42を介してターンバックル32と結合し、下部プレート44が支軸36と結合される。上部プレート40と下部プレート44の間には、ダンパ46を内蔵した張力を発生させる第2の弾性部である小バネ48と、空隙部50を有して中立状態で自由長となる第一の弾性部である大バネ52とが設けられる。
In the
ダンパ46は、小バネ48に内蔵され、引張方向にのみ減衰力を発揮するよう片効き型とされる。具体的にはオイルダンパ等から構成される。上部プレート40と下部プレート44にそれぞれロッド54がナットによってネジ止め固定される。ダンパ46は大バネ52の周囲に4本配置される。
The
小バネ48は、ダンパ46の外周に炭素鋼、ステンレス鋼等の降伏点の低い金属材料で製作した巻きばねから構成され、その長さは通常時にダンパ46の接続点間の長さと略同じ長さとする。小バネ48の端部は、それぞれロッド54に溶接固定もしくはボルト固定される。
The
小バネ48が引張方向へ伸張される場合にのみ張力(復元力)を有するようにしている。従って長期軸力は、小バネ48の張力の増加のみで非常に小さく、短期軸力はハーフテンショントグル機構から殆ど増加しない。
Only when the
空隙部50は、外枠は鋼材からなる直方体から構成され、内部は空洞となるようよう構成される。ここで、内部の長手側の長さは所定の値に設定される。空隙部50の長手方向の一方には上部ロッド42を貫通させるロッド孔56が設けられ、他方の端部には大バネ52が溶接される。上部ロッド42の端部は、ねじ切りされており、ロッド孔56より直径の大きなナット58が固定されて上部ロッド42が空隙部50から外れないように係止される。空隙部50内部の大バネ52側の端面が60である。
In the
大バネ52の反対側端部は下部プレート44に接合される。大バネ52は、ターンバックル32と空隙部50によって中立状態となるように調節される。このため、大バネ52が中立状態から圧縮方向へ収縮する場合には長期軸力が発生しない。
The opposite end of the
以上、本発明をフレームを有する構造に適用した実施例を示したが、弾性部34は図1の構成に限定されるものではなく、図2の(a),(b)に実施例を示す。
As described above, the embodiment in which the present invention is applied to the structure having the frame has been described. However, the
図2(a)に示される弾性部34は、図1の例において小バネ48とダンパ46を別の軸に分けた状態で配置した場合を示し、図2(c)にその上部プレート40方向からの断面図を示す。すなわち、特定の対角にダンパ46のみを配置し、一方の対角に小バネ48を配置したものである。この場合、小バネ48並びにダンパ46による長期軸力は、図1の同軸型と比較して半分の大きさとなる。
The
上部プレート40から見た像は、(c)に示されるように図1から小バネ48並びにダンパ46が、上部プレート40の角部に位置する。
In the image viewed from the
次に、図2(b)に示される弾性部34は、空隙部50を大バネ52と上部プレート40との間に挿入せず、直接に大バネ62を上部プレート40と下部プレート44に接合するものである。このように構成することで、空隙部50のような特殊な部品を利用することなく中立状態で自由長を保持することが可能となる。図2(d)にその上部プレート40方向からの断面図を示す。
Next, the
なお、弾性部34の例として3つの例を示したが、これらに限定されるものではなく、張力を発生させる弾性部と、通常時に自由長となる弾性部と、片効きダンパを有するものであれば何れの組合せも可能である。
In addition, although three examples were shown as an example of the
続いて、本発明に係る弾性部34の動作について図3を用いて説明する。
Next, the operation of the
図3(a)は、ターンバックル32と接続される上部ロッド42の端部に挿嵌されるナット58が空隙部50の大バネ52側の内壁50に接触する位置まで、上部ロッド42が配置された状態であり、ダンパ46と、小バネ48と、大バネ52は全て収縮した位置に留まる。
FIG. 3A shows that the
次に、本弾性部34を構造物等に装着する際の構成を図3(b)に示す。図3(b)では、ターンバックル32の調整並びにハーフテンショントグル機構2への接続方法によって、空隙部50内のロッド42が、挿嵌されるナット56がターンバックル32側の内壁に係止するように調整される。ここで、ダンパ46は調整位置に応じて配置され、そのダンパロッド51が伸張される。小バネ48は、自由長よりはその長さが延長され、復元力が発生する。
Next, FIG. 3B shows a configuration when the
以上の状態において、第1支承部10と第3支承部38との間の変位及び、第2支承部28と第3支承部38との間の変位が生じ、上部プレート40と下部プレート44の間が延びる方向に作用した場合について図3(c)に示す。
In the above state, the displacement between the
この場合、小バネ48とダンパ46が伸張する上にさらに大バネ52が伸張する。このため、小バネ48と大バネ52はいずれも復元力が発生する。一方、ダンパ46はこれらの伸張速度あるいは圧縮速度の応答速度に応じて減衰力が発生する。
In this case, the
一方、図3(b)において、上部プレート40と下部プレート44の間が収縮する方向に作用した場合は、小バネ48が収縮し、上部ロッド42が空隙部50へ移動し、ダンパ46はこれらの圧縮速度の応答速度に応じて減衰力が発生する。
On the other hand, in FIG. 3B, when acting between the
続いて、フレーム構造に適用した例を実施例1に、電波塔に本発明を実施した例を実施例2に示す。 Subsequently, an example applied to the frame structure is shown in Example 1, and an example in which the present invention is applied to a radio tower is shown in Example 2.
図4は、本発明に係るハーフテンショントグル機構2を二組、一組のフレーム構造内に制震装置として配置した例である。図4(a)は、下部フレーム4と、下部フレーム4上に立設される垂直フレーム6と、垂直フレーム6上に上部フレーム8が配置されるフレーム構造において、垂直フレーム6と下部フレーム4との両突合せ部にそれぞれ第2支承部28が配設され、一方、上部フレーム8にそれぞれ、第1支承部10が配設される。さらに、下部フレーム4の中央に2組の第3支承部8が配設される。これら各支承部から鋼管14と鋼管24と弾性部34が1点29でピン結合するハーフテンショントグル機構2をフレーム内に対称的に配置することができる。対称的に配置することで長期軸力ならびに張力がフレームに非対称に加重されることを防止することができる。
FIG. 4 is an example in which two sets of half
次に、図4(b)に示されるように、1本の垂直フレーム6の両脇にハーフテンショントグル機構2を配置した例を示す。第1支承部10と、第2支承部28と、第3支承部8の配設位置は同一として、垂直フレーム6を軸として対称に一組のハーフテンショントグル機構2を対称性を有しながら配設される。
Next, as shown in FIG. 4B, an example in which the half
さらに、本発明に係るハーフテンショントグル機構2を、携帯電話用基地局等の電波塔や送電用鉄塔の制震装置として適用する例を図5に示す。
Furthermore, FIG. 5 shows an example in which the half
電波塔72は、図5(a)に示すように基礎71上に立設され頂部にアンテナ装置を搭載し、中央にワイヤ固定リング70が挿嵌される。ワイヤ固定リング70は、ワイヤ74と連結され、このワイヤ74は大地に固定されるワイヤ76と連結部材78で連結される。この連結部材78は、ワイヤ81を介して弾性部80と連結される。この弾性部80は、ワイヤ82を介して大地に固定される。この弾性部80は、図2で示した、小バネ48、ダンパ46、大バネ52から構成される。
As shown in FIG. 5A, the
これらのハーフテンショントグル機構2は、電波塔72に対して3本以上のワイヤによって電波塔72に対して線対称となる位置に張設され、3本張設した例を図5(b)に示し、4本張設した例を図5(c)に示す。これらの機構は既存の電波塔72等の構造を大きく変更することなく制震機能を付加することができ、さらに設置用のスペースも必要としないため、コスト並びにスペース効率の高い制震装置である。
The half
本発明に係るハーフテンショントグル機構によって、長期軸力を小さくし、短期軸力が増加しないことにより、従来より構成部材の断面積を小さくすることができ、通常のフレームを有する建築物や、鉄塔、アンテナ等の制震装置として活用することができる。 With the half tension toggle mechanism according to the present invention, the long-term axial force is reduced and the short-term axial force is not increased, so that the cross-sectional area of the constituent members can be made smaller than before, and a building having a normal frame or a steel tower It can be used as a vibration control device such as an antenna.
2 ハーフテンショントグル機構
4 下部フレーム
6 垂直フレーム
8 上部フレーム
10 第1支承部
12 上部第1クレビス
14 鋼管
16 上部第2クレビス
18 下部第1クレビス
20 弾性部側クレビス
22 一点
24 鋼管
26 下部第2クレビス
28 第2支承部
32 ターンバックル
34 弾性部
36 支軸
38 第3支承部
40 上部プレート
42 上部ロッド
44 下部プレート
46 ダンパ
48 小バネ
50 空隙部
52 大バネ
56 ロッド孔
70 ワイヤ固定リング
71 基礎
72 電波塔
74 ワイヤ
76 ワイヤ
78 連結部材
80 弾性部
82 ワイヤ
2 Half
Claims (6)
残る2点の一方に設けた第2の支承部に回動可能に連結された第2筋交い部と、
前記第1筋交い部他端側に設けた第1筋交い部他端側回動部と、第2筋交い部の他端側に設けた第2筋交い部他端側回動部とが回動可能に連結された第1ピン部と、
第3の点に設けた第3の支承部に回動可能に連結され、かつ他端側は第1ピン部と連結される該第2連結部の揺動を減衰するエネルギ吸収手段とを有し、少なくとも前記各支承部、回動部及び連結部は鍛造品で形成したハーフテンショントグル機構であって、
エネルギ吸収手段は、収縮時にのみ作用する片効きダンパと、中立状態で自由長となる第一の弾性部と、張力を発生させる第2の弾性部とからなるハーフテンショントグル機構。 A first bracing part rotatably connected to a first support part provided at any three points where relative displacement of the structure is possible;
A second bracing portion rotatably connected to a second support provided on one of the remaining two points;
The first bracing part other end side rotating part provided on the other end side of the first bracing part and the second bracing part other end side turning part provided on the other end side of the second bracing part are rotatable. A connected first pin portion;
The third support portion provided at the third point is rotatably connected, and the other end side has energy absorbing means for attenuating the swing of the second connection portion connected to the first pin portion. And at least each of the support part, the rotating part and the connecting part is a half tension toggle mechanism formed of a forged product,
The energy absorbing means is a half-tension toggle mechanism comprising a one-effect damper that acts only during contraction, a first elastic part that is free in a neutral state, and a second elastic part that generates tension.
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