JP4553631B2 - Vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、建物の揺れを抑える制震装置に関する。 The present invention relates to a vibration control device that suppresses shaking of a building.
既存建物の耐震改修には、社会的なニーズがある。しかし、鉄筋コンクリートの耐震壁では、耐震力を大きくすることができる一方で、大きな外力が入力されると脆性的な破壊を起こし易い。また、耐震壁は施工が大掛りになるため、耐震壁に替わって建物を地震等の外力から守る構造技術が求められている。 There are social needs for retrofitting existing buildings. However, the reinforced concrete seismic wall can increase the seismic force, but if a large external force is input, it easily causes brittle fracture. In addition, since the construction of the seismic wall is large, a structural technique for protecting the building from an external force such as an earthquake is required instead of the seismic wall.
そこで、本出願人は、図9に示すように、梁80と柱82で構成された建物の架構84の空間部に制震壁86の4隅を棒材90で回転可能に保持すると共に、架構84と制震壁86との間に弾性ゴム88を配置した制震壁構造を提案している。
Therefore, as shown in FIG. 9, the present applicant holds the four corners of the
この制震壁構造では、架構84に地震等の外力が作用して変形すると、架構84と制震壁86が相対変位し、弾性ゴム88が変形して減衰力を発揮して、架構84の振動エネルギーを吸収するというものである。
In this vibration control wall structure, when an external force such as an earthquake acts on the
しかし、制震壁86を架構84の所定位置に吊下する作業は容易でなく、施工が大掛りになる。
本発明は係る事実を考慮し、架構の振動エネルギーを吸収することができる制震壁を架構に簡単に施工することができるようにすることを課題とする In view of such facts, the present invention aims to make it possible to easily construct a vibration control wall capable of absorbing vibration energy of a frame on the frame.
請求項1に記載の発明は、梁と柱で構成された架構に取り付けられる制震装置において、前記梁に押し当てられる横材と、前記横材の両端にピン結合され、該横材とで枠体を構成する縦材と、前記縦材を伸縮させる伸縮手段と、前記枠体内に配置された壁体と、前記壁体と前記横材又は縦材とを連結する減衰部材と、前記壁体と前記横材とに軸線が該壁体の対角線と角度を持つように連結され、該壁体を面内回転可能に連結する連結部材と、を有することを特徴としている。 The invention according to claim 1 is a vibration control device attached to a frame composed of a beam and a column, a cross member pressed against the beam, and pin-coupled to both ends of the cross member. A vertical member constituting a frame, an expansion / contraction means for expanding and contracting the vertical member, a wall disposed in the frame, a damping member connecting the wall and the cross member or the vertical member, and the wall A connecting member that connects the wall body and the cross member so that an axis thereof has an angle with a diagonal line of the wall body, and connects the wall body so as to be rotatable in a plane.
請求項1に記載の発明では、横材と縦材がピン結合され、枠体を構成している。この枠体内には、壁体が配置されており、壁体は連結部材で枠体内において面内回転可能とされている。すなわち、連結部材の軸線が壁体の対角線と角度を持つように連結部材と壁体を連結することで、枠体と壁体が相対変位したとき、連結部材が壁体に回転力を付与して、枠体と壁体との相対変位量を大きくし、枠体内において壁体を大きく面内回転させる。 In the invention described in claim 1, the cross member and the vertical member are pin-coupled to form a frame. A wall body is disposed in the frame body, and the wall body can be rotated in-plane within the frame body by a connecting member. That is, by connecting the connecting member and the wall body so that the axis of the connecting member has an angle with the diagonal line of the wall body, when the frame body and the wall body are relatively displaced, the connecting member gives a rotational force to the wall body. Thus, the relative displacement between the frame and the wall is increased, and the wall is greatly rotated in the plane within the frame.
また、下側の横材を下側の梁材に載せ、伸縮手段を操作して縦材を伸長させ、ピン結合された上側の横材を上側の梁材へ押し当て、枠体を架構内に固定する。このように、伸縮手段を操作するだけで、枠体を架構に固定することができる。さらに、壁体と枠体との位置関係を、伸縮手段の伸び量と連結部材により予め決めることができるため、従来のように、連結部材の一端を架構に取り付け位置決めする必要もない。 In addition, the lower cross member is placed on the lower beam member, the vertical member is extended by operating the expansion and contraction means, the upper cross member pin-bonded is pressed against the upper beam member, and the frame is placed inside the frame. Secure to. Thus, the frame can be fixed to the frame simply by operating the expansion / contraction means. Furthermore, since the positional relationship between the wall body and the frame body can be determined in advance by the extension amount of the expansion / contraction means and the connecting member, there is no need to attach and position one end of the connecting member to the frame as in the conventional case.
また、壁体と横材又は縦材とを連結する減衰部材が、壁体が面内回転したときに変形して減衰力を発揮して、架構の振動エネルギーを吸収する。 Further, the damping member that connects the wall body and the transverse member or the vertical member is deformed when the wall body rotates in the plane and exhibits a damping force to absorb the vibration energy of the frame.
さらに、縦材は、軸力のみを伝えるピン支持構造とされているため、基本的に曲げモーメントによる応力を考慮することなく、軸力のみを考慮して設計できるので、設計断面が小さくできコストを削減できる。また、縦材が梁の荷重の一部を負担することで、耐震補強として既存の柱を補強する必要がない。 Furthermore, since the vertical member has a pin support structure that transmits only the axial force, it can be designed with consideration of only the axial force without considering the stress caused by the bending moment. Can be reduced. Moreover, it is not necessary to reinforce the existing column as a seismic reinforcement because the vertical member bears a part of the load of the beam.
なお、壁体で架構の変形を抑えるという考えではないので、それ自体が大きく変形しない程度の強度を備えればよい。従って、壁体は剛性部材でも準剛性部材であってもよい。また、減衰部材は、粘性、粘弾性、弾塑性、又は剛塑性を備えたものであってもよい。ここで、剛塑性とは、摩擦抵抗を利用して減衰させる摩擦発生部材をいうものである。 In addition, since it is not an idea of suppressing the deformation of the frame with the wall body, it is sufficient to provide a strength that does not greatly deform itself. Therefore, the wall body may be a rigid member or a semi-rigid member. Further, the damping member may have viscosity, viscoelasticity, elastoplasticity, or rigid plasticity. Here, the rigid plastic, is intended to refer to a friction generating member for attenuating by utilizing frictional resistance.
請求項2に記載の発明は、前記連結部材が、両端部が前記壁体の角部と前記横材に回転可能に連結され伸縮可能であることを特徴としている。 The invention described in claim 2 is characterized in that the connecting member is rotatably connected at both ends to the corners of the wall body and the cross member.
請求項2に記載の発明では、架構に制震装置をセットした後、連結部材を回転させて、連結部材の軸線と壁体の対角線との角度を調整することで、壁体の面内回転による変位量を増幅させることができる。これによって、減衰部材を大きく変形させて、大きな減衰力を発揮させ、架構の振動低減効果を上げることができる。 In the invention according to claim 2, after setting the vibration control device on the frame, the connecting member is rotated to adjust the angle between the axis of the connecting member and the diagonal of the wall, thereby rotating the wall in the plane. The amount of displacement due to can be amplified. As a result, the damping member can be greatly deformed to exert a large damping force, thereby increasing the vibration reduction effect of the frame.
請求項3に記載の発明は、前記減衰部材が、前記縦材から前記壁体に向かって張出す内板材と、前記壁体から前記縦材に向かって張出し前記板材を両面から挟む外板材と、で構成されていることを特徴としている。 The invention according to claim 3 is characterized in that the damping member extends from the vertical member toward the wall member, and an outer plate member extends from the wall member toward the vertical member and sandwiches the plate member from both sides. It is characterized by comprising.
請求項3に記載の発明では、縦材から張出す内板材を、壁体から張出した外板材で両面から挟むことで摩擦型のダンパーが構成されている。壁体の面内回転によって、内板材と外板材との間に摩擦力が発生し、壁体の振動が減衰される。 In the invention according to claim 3, the friction type damper is configured by sandwiching the inner plate extending from the vertical member from both sides with the outer plate extending from the wall. Due to the in-plane rotation of the wall, a frictional force is generated between the inner plate and the outer plate, and the vibration of the wall is attenuated.
また、外板材、内板材を通じて壁体の回転力が柱の軸力として伝わり、たとえば、架構が左に水平変位したとき、左側の柱には上方へ向かう軸力が作用するが、壁体は反時計方向へ回転し、左側の外板材、内板材を通じて壁体から柱には下方へ向かう軸力が作用する。このため、柱に作用する軸力が低減される。 In addition, the rotational force of the wall body is transmitted as the axial force of the column through the outer plate material and the inner plate material.For example, when the frame is horizontally displaced to the left, an axial force acting upward is applied to the left column, It rotates counterclockwise and an axial force is applied downward from the wall to the column through the left outer plate and inner plate. For this reason, the axial force which acts on the column is reduced.
請求項4に記載の発明では、前記減衰部材が、前記横材から前記壁体に向かって突設された第1支持部材と、前記壁体から前記横材に向かって突設された第2支持部材と、前記横材と平行となるように、前記第1支持部材と前記第2支持部材に両端部が回転可能に連結された直動ダンパーと、で構成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, the damping member includes a first support member projecting from the cross member toward the wall member, and a second support member projecting from the wall member toward the cross member. It is characterized by comprising a support member and a linear motion damper having both ends rotatably connected to the first support member and the second support member so as to be parallel to the cross member. .
請求項4に記載の発明では、横材から突設された第1支持部材と壁体から突設された第2支持部材とに直動ダンパーの両端部が回転可能に連結されているため、壁体の回転運動に直動ダンパーが追従できる。このため、市販の油圧ダンパー等を利用することができる。 In the invention according to claim 4, since both ends of the linear motion damper are rotatably connected to the first support member projecting from the cross member and the second support member projecting from the wall body, The linear damper can follow the rotational movement of the wall. For this reason, a commercially available hydraulic damper etc. can be utilized.
請求項5に記載の発明は、前記縦材には、充填剤が充填される中空部が形成されていることを特徴としている。 The invention according to claim 5 is characterized in that the longitudinal member is formed with a hollow portion filled with a filler.
請求項5に記載の発明では、縦材を、例えば、コンクリート等の充填剤が充填される中空部が形成された中空鋼管とすることで、この中空鋼管にコンクリートを充填して強度・剛性を高め、既存の柱を補強することができる。 In the invention according to claim 5, the longitudinal member is, for example, a hollow steel pipe in which a hollow portion filled with a filler such as concrete is formed, so that the hollow steel pipe is filled with concrete to increase strength and rigidity. Can enhance and reinforce existing pillars.
本発明は上記構成としたので、制震装置を架構に簡単に施工することができ、また、架構の振動エネルギーを吸収することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, the vibration control device can be easily applied to the frame and the vibration energy of the frame can be absorbed.
図1を参照しながら、RC構造の高層ビルに取付けられる本形態に係る制震装置10を説明していく。
With reference to FIG. 1, a
制震装置10は、平板で作られた制震壁12を構成要素としている。この制震壁12は、せん断変形しないような面内剛性の高い壁であり、材質は問わないが、格子枠や積層パネルで構成するのが好ましい。
The
制震壁12の四方には、ブラケット14、16が設けられており、横鋼材18と縦鋼材20とで構成された枠体22の内側に配置されている。横鋼材18と縦鋼材20の両端には、それぞれブラケット24,26が設けられており、連結ピン28で回動可能に連結されている。
また、縦鋼材20の下方には、ターンバックル30が組み込まれており、縦鋼材20側の雌ねじとターンバックル30側の雄ねじの螺合により、縦鋼材20が伸縮できる構成となっている。
Further, a
さらに、横鋼材18の両側にはブラケット32が設けられており、上側のブラケット32とブラケット14はアームプレート34とピン36により連結され、制震壁12が枠体22内に吊下されている。また、下側のブラケット32とブラケット16は連結部材としてのターンバックル38とピン40により連結され、制震壁12が枠体22内に支持されている。
Further,
ここで、アームプレート34とターンバックル38の軸線は制震壁12の対角線と角度を持つように連結されており(図3(B)参照)、枠体22と制震壁12が相対変位したとき、アームプレート34とターンバックル38が制震壁12に回転力を付与して、制震壁12と枠体22との相対変位量を大きくし、枠体22内において制震壁12を大きく面内回転させる。
Here, the axis of the
また、縦鋼材20の側面から弾塑性材料で製造された内板材42が制震壁12に向かって張り出している。一方、制震壁12からは、内板材42の両面を挟むように2枚の外板材44が張出している。内板材42と外板材44には、長穴46が形成されており、長穴46にボルト48を差し込み、内板材42を外板材44で締め付けることで減衰部材としての弾塑性摩擦型のダンパーが構成される。この弾塑性摩擦型のダンパーによって剛性と強度を別々に設定でき、本形態では、内板材42と外板材44が弾性限度以上に変形した際、降伏点強度によって振動エネルギーを吸収する。
In addition, an
さらに、横鋼材18から制震壁12に向かって支持部材50が突設され、制震壁12からは横鋼材18に向かって支持部材52が突設されている。そして、支持部材50には、直動式の油圧ダンパー54のロッド56がピン60で回転可能に連結され、支持部材52には、油圧ダンパー54のシリンダー58がピン62で回転可能に連結されることで、油圧ダンパー54が横鋼材18、制震壁12と平行となるように配置されている。
Further, a
なお、下側の油圧ダンパー54の取付位置は、上側の油圧ダンパー54とシリンダーとロッドとの位置関係が左右逆になっている。
It should be noted that the mounting position of the lower
ここで、本形態に係る制震装置の施工方法を図3を参照して説明する。 Here, a construction method of the vibration control device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図3(A)に示す柱66と梁68で構成された高層ビルの架構70へ、図3(B)に示すように、枠体22の横鋼材18を下側の梁68へ置き、ターンバックル30を締め上げ、図3(C)に示すように、上側の横鋼材18を上側の梁68へ押し当て、制震装置10を架構70内にセットする。このように、ターンバックル30を操作するだけで、枠体22を架構70に固定することができるため、従来のように、アームプレートの一端を架構70に取り付け位置決めする必要もなく、工期の短縮を図ることができる。
As shown in FIG. 3 (B), the
次に、ターンバックル38を旋回させて、ターンバックル38の軸線と制震壁12の対角線との角度を調整することで、後述するように、制震壁12の面内回転による変位量を増幅させることができる。また、図3(C)に示すように、下側の油圧ダンパー54が制震壁12と平行となるため、油圧ダンパー54に偏心した力が作用しない。なお、ターンバックル38に替えて袋ナットと長ねじを使用して、長ねじの軸線と制震壁12の対角線との角度を調整してもよい。
Next, by turning the
次に、本形態に係る制震装置の作用を説明する。 Next, the operation of the vibration control device according to this embodiment will be described.
図1に示すように、例えば、架構70が2点鎖線で表示するように右に変位すると、アームプレート34とターンバックル38の軸線が制震壁12の対角線と角度を持つように連結されているため、アームプレート34とターンバックル38が制震壁12に回転力を付与して、枠体22と制震壁12との相対変位量を大きくし、枠体22内において制震壁12を大きく面内回転させる。
As shown in FIG. 1, for example, when the
これによって、内板材42と外板材44で構成された弾塑性摩擦型のダンパー及び油圧ダンパー54を大きく変形させて、大きな減衰力を発揮させ、架構70の振動エネルギーを吸収する。ここで、油圧ダンパー54のロッド56とシリンダー58は回転可能に連結されているため、直動方向にのみ力が作用し偏心した力は作用しない。
As a result, the elastic-plastic friction type damper and the
さらに、縦鋼材20は、軸力のみを伝える連結ピン28でピン支持構造とされているため、基本的に曲げモーメントによる応力を考慮することなく、軸力のみを考慮して設計できる。このため、縦鋼材20の設計断面が小さくできコストを削減できる。また、縦鋼材20が梁68の荷重の一部を負担することで、耐震補強として既存の柱66を補強する必要がない。
Furthermore, since the
また、図1に示すように、制震壁12は反時計方向へ回転するが、このとき、内板材42と外板材44を介して、縦鋼材20を下方へ押し下げるような力が発生し、この力が左側の柱66に作用する抜去力と反対方向に働き、RC構造の高層ビルを安定化させる。
Further, as shown in FIG. 1, the damping
次に、第2形態に係る制震装置を説明する。 Next, the vibration control device according to the second embodiment will be described.
第2形態では、第1形態の内板材42と外板材44で構成された弾塑性摩擦型のダンパーに替えて、2枚の湾曲した板ばね76で減衰部材としてのダンパーが構成されている。板ばね76の折返し部分76Aは円弧状に加工されており、平面状となった取付部76Bが制震壁12の端面に取付けられたブラケット78と縦鋼材20に取付けられたブラケット80の両面を挟むようにして固定され、2つの板ばね76が弾塑性ダンパーとして機能する。
In the second form, instead of the elastic-plastic friction type damper constituted by the
すなわち、制震壁12がA方向へ面内回転すると、板ばね76が伸びて減衰力を発揮し、Aと反対方向へ制震壁12が面内回転すると、板ばね76が曲率度を高めて、減衰力を発揮する構成である。
That is, when the damping
なお、図6に示すように、ターンバックル30及び縦鋼材20の軸剛性を高め、また、ターンバックル30が弛まないように、ターンバックル30及び縦鋼材20(例えば、中空鋼管)を中空構造として、注入口23からコンクリート或いはグラウトを注入して充填することで、軸力伝達力を劣化させないようにしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 6, the
さらに、図3(C)で示す、横鋼材18、縦鋼材20と柱66のスペースを型枠で囲みコンクリートを打設して一体化することで、縦鋼材20の部材強度を落とすことができ、施工コストを削減できる。
Furthermore, the strength of the
また、図7に示すように、横鋼材18を中空構造としてコンクリートを注入して剛性を向上させてもよく、さらに、横鋼材18をケミカルアンカー等で梁68に固定するようにしてもよい。
Moreover, as shown in FIG. 7, the
また、図1では、横鋼材18の両側がピン支持構造となっているが、図8に示すように、横鋼材18に形成した凹部37に縦鋼材20の端面から突設させたピン39を嵌合させる構成でも構わない。
In FIG. 1, both sides of the
12 耐震壁(壁体)
18 横鋼材(横材)
22 縦鋼材(縦材)
30 ターンバックル(伸縮手段)
34 アームプレート(連結部材)
38 ターンバックル(連結部材)
42 内板材(減衰部材)
44 外板材(減衰部材)
50 支持部材(第1支持部材)
52 支持部材(第2支持部材)
54 油圧ダンパー(直動ダンパー)
12 Seismic wall (wall)
18 Cross steel (cross member)
22 Vertical steel (longitudinal)
30 Turnbuckle (stretching means)
34 Arm plate (connecting member)
38 Turnbuckle (connecting member)
42 Inner plate material (damping member)
44 Outer plate material (damping member)
50 Support member (first support member)
52 Support member (second support member)
54 Hydraulic damper (linear damper)
Claims (5)
前記梁に押し当てられる横材と、
前記横材の両端にピン結合され、該横材とで枠体を構成する縦材と、
前記縦材を伸縮させる伸縮手段と、
前記枠体内に配置された壁体と、
前記壁体と前記横材又は縦材とを連結する減衰部材と、
前記壁体と前記横材とに軸線が該壁体の対角線と角度を持つように連結され、 該壁体を面内回転可能に支持する連結部材と、
を有することを特徴とする制震装置。 In the seismic control device attached to the frame composed of beams and columns,
A cross member pressed against the beam;
Longitudinal members that are pin-coupled to both ends of the transverse member and constitute a frame with the transverse member;
Expansion and contraction means for expanding and contracting the longitudinal member;
A wall disposed in the frame;
A damping member connecting the wall and the cross member or the vertical member;
A connecting member that is connected to the wall body and the cross member so that an axis thereof has an angle with a diagonal line of the wall body;
A vibration control device characterized by comprising:
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