JP4628736B2 - Torsion prevention mechanism for base-isolated buildings - Google Patents
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Description
本発明は、免震建物用ねじれ防止機構に関する。 The present invention relates to a twist prevention mechanism for a base-isolated building.
建物の基礎と上部構造部との間に免震支承部とアーム回動式摩擦ダンパーとを配置し、免震支承部で上部構造部が水平二次元方向において免震されると共に、アーム回動式摩擦ダンパーで免震時の振動を減衰するようにした免震建物は、従来より知られている。 The seismic isolation bearing and arm-rotating friction damper are placed between the foundation of the building and the upper structure, and the upper structure is isolated in the horizontal two-dimensional direction by the seismic isolation, and the arm rotates. 2. Description of the Related Art Base-isolated buildings in which vibrations during base isolation are attenuated by a type friction damper are conventionally known.
しかしながら、上記のような免震建物では、免震動作によって上部構造部が基礎に対して水平方向にねじれ動いてしまうのを防ぐために、厳しい偏心率規定を満足させる必要があり、そのため、設計上種々の制約を生じ、建物や免震層の設計の自由度を狭くしてしまうという問題がある。 However, in such a base-isolated building, it is necessary to satisfy strict eccentricity regulations in order to prevent the upper structure from twisting in the horizontal direction with respect to the foundation due to the base-isolating operation. There is a problem that various restrictions are imposed and the degree of freedom in designing the building and the seismic isolation layer is narrowed.
そこで、個々の免震支承部にねじれを防止する機構部を組み込むことも考えられるが、個々の免震支承部は、その平面サイズが建物の平面サイズよりもかなり小さく、そのため、ねじれ補剛抵抗モーメントのレバー長さを大きくするのに限界があり、免震支承部単体のなかにねじれ防止機構を組み込んでも、大きなねじれ耐力をなかなか得られないという問題がある。 Therefore, it is conceivable to incorporate a mechanism for preventing torsion into each seismic isolation bearing, but each seismic isolation bearing has a plane size that is considerably smaller than the plane size of the building. There is a limit to increasing the lever length of the moment, and there is a problem that it is difficult to obtain a large torsional resistance even if a torsion prevention mechanism is incorporated in the seismic isolation bearing unit alone.
また、ねじれ防止機構部には、ねじれ防止方向における機械的ガタが不可避的に存在するが、サイズ的に小さい個々の免震支承部にねじれ防止機構部を組み込む構造であると、その小さなガタが、建物の上部構造部のねじれ方向における大きなガタとなって増幅し、建物の上部構造部が増幅されたそのガタによって大きくねじれ動いてしまうという問題もある。 The torsion prevention mechanism part inevitably has mechanical backlash in the torsion prevention direction. However, if the structure is incorporated in each seismic isolation bearing part that is small in size, the small backlash will not occur. There is also a problem that the upper structure portion of the building is amplified as a large backlash in the twisting direction, and the upper structure portion of the building is greatly twisted and moved by the amplified backlash.
本発明は、上記のような問題点に鑑み、大きなねじれ耐力を得ることができ、しかも、機械的ガタによる上部構造部のねじれ方向の動きを小さくすることができ、加えて、それらを簡素な機構で実現することができる、免震建物におけるねじれ防止機構を提供することを課題とする。 In view of the problems as described above, the present invention can obtain a large torsion resistance, and can reduce the movement of the upper structure portion in the torsional direction due to mechanical backlash. It is an object of the present invention to provide a torsion prevention mechanism in a base-isolated building that can be realized by the mechanism.
上記の課題において、本発明者は、調査と研究を重ねていく過程で、特定の条件のもとで、水平二次元方向に分散配置状態に備えられた複数のアーム回動式摩擦ダンパーのアーム同士をつなぎ材でつなぐことにより、ねじれ補剛抵抗モーメントを生じさせることができる事実を突き止め、本発明を完成させるに至った。 In the above problems, the present inventor, in the course of repeated investigation and research, under the specific conditions, the arm of a plurality of arm-rotating friction dampers provided in a distributed arrangement state in a horizontal two-dimensional direction The fact that the torsional stiffening resistance moment can be generated by connecting them with a connecting material has been found, and the present invention has been completed.
即ち、本発明は、下部構造部と上部構造部との間に免震支承部とアーム回動式摩擦ダンパーとが配置され、免震支承部で上部構造部が水平二次元方向において免震されると共に、アーム回動式摩擦ダンパーで免震時の振動が減衰されるようになされた免震建物におけるねじれ防止機構であって、
前記アーム回動式摩擦ダンパーは、水平二次元方向に分散配置状態となるように少なくとも2つ備えられ、両アーム回動式摩擦ダンパーのアーム同士がつなぎ材で連結され、該つなぎ材により、免震時の下部構造部と上部構造部との相対的ねじれ動作が規制されるようになされていることを特徴とする免震建物用ねじれ防止機構(第1発明)を内容とする。
That is, according to the present invention, the seismic isolation bearing part and the arm-rotating friction damper are arranged between the lower structure part and the upper structure part, and the upper structure part is seismically isolated in the horizontal two-dimensional direction by the seismic isolation support part. And a torsion prevention mechanism in a base-isolated building in which vibration at the time of base isolation is attenuated by an arm rotation type friction damper,
At least two arm-rotating friction dampers are provided so as to be dispersedly arranged in a horizontal two-dimensional direction, and the arms of both arm-rotating friction dampers are connected by a connecting material. The content of the present invention is a torsion prevention mechanism for a seismic isolation building (first invention) characterized in that the relative torsional motion between the lower structure portion and the upper structure portion during an earthquake is restricted.
この機構では、水平二次元方向に分散配置状態となるように備えられたアーム回動式摩擦ダンパーをつなぎ材でつなぐことにより下部構造部と上部構造部との相対的なねじれ動作を規制するようにしたものであるから、上部構造部がねじれ動作をしようとする際のねじれ補剛抵抗モーメントのレバー長さを大きなものにすることができ、それによって、これまでの予想をはるかに越える大きなねじれ耐力を得ることができて、建物や免震層の設計の自由度を大きくすることができる。 In this mechanism, the relative twisting motion between the lower structure part and the upper structure part is regulated by connecting the arm-rotating friction dampers that are arranged in a distributed state in the two-dimensional horizontal direction with a connecting material. Therefore, it is possible to increase the lever length of the torsional stiffening resistance moment when the superstructure tries to twist, and thereby torsion that far exceeds the expectation so far Strength can be obtained, and the degree of freedom in designing buildings and seismic isolation layers can be increased.
しかも、水平二次元方向に分散配置状態のアーム回動式摩擦ダンパーをつなぎ材でつなぐ機構であるから、ねじれ防止機構部がサイズ的に大きなものになり、該ねじれ防止機構部に不可避的に存在するねじれ方向の小さな機械的ガタによって増幅される、建物の上部構造部のねじれ方向のガタを小さく抑えることができて、そのようなガタによる上部構造部のねじれ方向の動きを極めて小さいものにすることができる。 Moreover, since it is a mechanism that connects the arm-rotating friction dampers distributed in the horizontal two-dimensional direction with a connecting material, the torsion prevention mechanism part is large in size and inevitably exists in the torsion prevention mechanism part. The torsional backlash of the superstructure of the building, which is amplified by the small mechanical backlash of the torsion, can be kept small, and the torsional movement of the superstructure by such backlash is extremely small be able to.
加えて、免震建物に備えられるアーム回動式摩擦ダンパーのうちの2つを利用し、これらダンパーのアーム同士をつなぎ材でつなぐだけのものであるから、簡素な機構でそれらを実現することができる。 In addition, two of the arm-rotating friction dampers provided in the base-isolated building are used, and the arms of these dampers are simply connected by a connecting material, so that they can be realized with a simple mechanism. Can do.
第1発明の機構において、つなぎ材が、アーム回動式摩擦ダンパーの摩擦回動中心部領域から離れた位置においてアームに連結されているとよい(第2発明)。その場合は、摩擦回動中心部領域の構造を変更することなくつなぎ材を連結することができ、ねじれ防止機構の設計や製作を容易にすることができる。 In the mechanism of the first invention, the connecting member may be connected to the arm at a position away from the friction rotation center region of the arm rotation type friction damper (second invention). In that case, the connecting material can be connected without changing the structure of the frictional rotation center region, and the design and manufacture of the twist prevention mechanism can be facilitated.
本発明は、以上のとおりのものであるから、大きなねじれ耐力を得ることができ、しかも、機械的ガタによる上部構造部のねじれ方向の動きを小さくすることができ、加えて、それらを簡素な機構で実現することができる。 Since the present invention is as described above, it is possible to obtain a large torsion resistance, and to reduce the movement of the upper structure portion in the torsional direction due to mechanical backlash. It can be realized with a mechanism.
次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2に示す第1実施形態のねじれ防止機構1は、下部構造部としての基礎と上部構造部との間に免震支承部とアーム回動式摩擦ダンパーとが配置され、免震支承部で上部構造部が水平二次元方向において免震されると共に、アーム回動式摩擦ダンパーで免震時の振動が減衰されるようになされた免震建物に備えられるもので、2つのアーム回動式摩擦ダンパー2,2とつなぎ材3とで構成されている。
The
各アーム回動式摩擦ダンパー2は、図1に示すように、アーム4…を水平面内で菱形状に組んだいわゆるパンタグラフ式のもので、隣り合うアーム4,4の端部同士は必要に応じて摩擦リング等を介設した状態でボルト5により締め合わせ状態にされて回動可能に連結され、一方の対の対角部のうちの一方がブラケット6によって基礎7の側に連結されると共に、該対角部のうちのもう一方がブラケット6によって上部構造部8の側に連結され、免震により、基礎7と上部構造部8とが水平方向に相対移動をすると、ボルト5で締め合わされたアーム4…の各関節部分がボルト5…による締付け力に抗して回動し、その時の摩擦力で免震による水平振動が減衰されるようになされている。なお、ダンパーは、アームを垂直内で菱形状などに組んだものであってもよい。
As shown in FIG. 1, each arm-rotating
そして、2つのアーム回動式摩擦ダンパー2,2は、関節部間の各アーム長さが互いに同じに設定されると共に、関節部におけるアームの開き角度も互いに同じに設定され、かつ、水平面内で同じ方向を向けられて、水平二次元方向に互いに間隔をおき、基礎7と上部構造部8の免震による水平方向の相対移動中、上部構造部8にねじれ方向の動きがなければ、対応するアーム4a,4aが互いに同じ動きをするように備えられている。
The two arm-rotating
つなぎ材3は、上記の2つのアーム回動式摩擦ダンパー2,2の対応する一組のアーム4a,4a同士をつないでそれらの間隔距離を一定に保つもので、本実施形態では、線状に延びるつなぎ材からなり、そのようなつなぎ材として、圧縮と引張りの両方に耐えることができる、例えば、鋼棒等の金属材が用いられている。
The connecting
そして、図2(ロ)に示すように、つなぎ材3は、その端部3aが鉤形に曲げられており、また、アーム4aには、ダンパー2の摩擦回動中心部領域である関節部から離れた位置において差し込み孔9が明けられ、つなぎ材3とアーム4aとは、つなぎ材3がその端部鉤部3aをアーム4aの差し込み孔9に上から差し込んだ状態に設置されることにより連結されている。
As shown in FIG. 2 (b), the
上記のねじれ防止機構1によれば、地震による免震動作中、上部構造部が基礎に対して相対的にねじれ動こうとし、2つのダンパー2,2に備えられている対応するアーム4a,4aが互い異なった動きをしようとすると、つなぎ材3が圧縮又は引張りでそれを阻止するように働いてねじれ補剛モーメントを生じ、そのねじれ補剛モーメントによって上部構造部8のねじれ方向における動きが阻止される。
According to the
このように、上記のねじれ防止機構1では、水平方向に分散配置状態となるように備えられた2つのアーム回動式摩擦ダンパー2をつなぎ材3でつなぐことにより、基礎7と上部構造部8との相対的なねじれ動作を規制するようにしたものであるから、上部構造部8がねじれ動作をしようとする際のねじれ補剛抵抗モーメントのレバー長さを大きなものにすることができ、それによって、これまでの予想をはるかに越える大きなねじれ耐力を得ることができ、建物や免震層の設計の自由度や、また、建物内における家具等の配置の自由度なども大きくすることができる。
As described above, in the
しかも、水平方向に分散配置状態にされているのアーム回動式摩擦ダンパー2,2をつなぎ材3でつなぐ機構であるから、ねじれ防止機構部がサイズ的に大きなものになり、該ねじれ防止機構部に不可避的に存在するねじれ方向の小さな機械的ガタによって増幅される、建物の上部構造部8のねじれ方向のガタを小さく抑えることができて、そのようなガタによる上部構造部8のねじれ方向の動きを極めて小さいものにすることができる。
In addition, since it is a mechanism for connecting the arm-rotating
そして、免震建物に備えられるアーム回動式摩擦ダンパーのうちの2つを利用し、これらダンパー2,2のアーム4a,4a同士をつなぎ材3でつなぐだけのものであるから、簡素な機構でそれらを実現することができる。
And since two of the arm rotation type friction dampers provided in the seismic isolation building are used and the
特に、つなぎ材3は、アーム回動式摩擦ダンパー2の摩擦回動中心部領域である関節部分から離れた位置においてアーム4aに連結されているので、摩擦回動中心部領域の構造を変更することなくつなぎ材を連結することができ、ねじれ防止機構の設計や製作を容易にすることができる。具体的には、例えば、上記のように、各アーム回動式摩擦ダンパー2の対応アーム4aに差し込み孔9を明け、つなぎ材3の鉤形端部3aを差し込むだけで、上記のねじれ防止機構1を構成することができる。
In particular, the connecting
図3(イ)に示す第2実施形態のねじれ防止機構1は、つなぎ材3が2つ備えられ、アーム回動式摩擦ダンパー2,2の対応する二組のアーム4a,4a;4b,4b同士をこれらのつなぎ材3,3でつないだものである。
The
また、図3(ロ)に示す第3実施形態のねじれ防止機構1は、アーム回動式摩擦ダンパー2が、アーム4,4を水平面内でV字形に組んだV字式のダンパーに構成されており、対応する一組のアーム4a,4aをつなぎ材3でつないだものである。
In addition, the
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、アーム回動式摩擦ダンパー2が、摩擦回動中心部である関節部をボルト5…で締め合わせ摩擦力を生じさせるようにしたものからなっている場合を示したが、ばねによるばね力で締め合わせるようにしたものからなっていてもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the arm-rotating
また、上記の実施形態形態では、つなぎ材3とアーム4aとの連結を差し込み孔9と鉤形端部とで行うようにしているが、これに限らず、種々の連結手段で連結されてよい。
In the above-described embodiment, the connecting
また、上記の実施形態では、つなぎ材3が、摩擦回動中心部である関節部から離れた位置においてアーム4aに連結されている場合を示したが、それに限らず、つなぎ材は、摩擦回動中心部である関節部において連結されていてもよく、その場合に、つなぎ材3がアームに直接連結されているか、関節的に連結されているかは問わない。即ち、第1発明において、「アーム同士がつなぎ材で連結され」の文言は、そういう意味に解釈すべきものである。
Further, in the above-described embodiment, the case where the connecting
また、上記の実施形態では2つのアーム回動式摩擦ダンパー2,2の対応アーム4a,4a同士をつなぎ材3でつないだ場合を示しているが、3つ以上のアーム回動式摩擦ダンパーの対応するアーム同士をつなぎ材でつなぐようにしてもよい。
In the above embodiment, the corresponding
更に、水平一方向において減衰作用を行う複数のアーム回動式摩擦ダンパーの群において、そのうちの2つのアーム回動式摩擦ダンパーのアーム同士をつなぎ材でつなぐと共に、前記方向とは直交する水平方向において減衰作用を行う複数のアーム回動式摩擦ダンパーの群において、そのうちの2つのアーム回動式摩擦ダンパーのアーム同士をつなぎ材でつなぐようにしてもよい。 Further, in a group of a plurality of arm-rotating friction dampers that perform a damping action in one horizontal direction, the arms of the two arm-rotating friction dampers are connected by a connecting material, and a horizontal direction orthogonal to the above direction In the group of a plurality of arm-rotating friction dampers that perform a damping action, the arms of two arm-rotating friction dampers may be connected by a connecting material.
また、上記の実施形態では、引張りと圧縮の両方に耐えるつなぎ材でアーム同士を連結した場合示したが、引張りに耐えるが圧縮には耐えないつなぎ材を複数数本組み合わせることで両方向のねじれに対応できるようになされていてもよい。 Moreover, in the above embodiment, the case where the arms are connected with a tie material that can withstand both tension and compression has been shown, but by combining a plurality of tie materials that can withstand tension but cannot withstand compression, twisting in both directions can be achieved. You may be able to respond.
更にまた、本発明のねじれ防止機構は、建物の建築において、アーム回動式摩擦ダンパーと共に、建物に組み込まれたものであってもよいし、そのほか、例えば、既設の免震建物に備えられているアーム回動式摩擦ダンパー同士をつなぎ材で連結して構成したものであってもよい。 Furthermore, the torsion prevention mechanism of the present invention may be incorporated in a building together with an arm-rotating friction damper in building construction, or in addition, for example, provided in an existing seismic isolation building. It may be constituted by connecting the arm-rotating friction dampers connected by a connecting material.
1…ねじれ防止機構
2…アーム回動式摩擦ダンパー
3…つなぎ材
4a…対応アーム
7…基礎(下部構造部)
8…上部構造部
DESCRIPTION OF
8 ... Upper structure
Claims (1)
前記アーム回動式摩擦ダンパーは、水平二次元方向に分散配置状態となるように少なくとも2つ備えられ、
各アーム回動式摩擦ダンパーのアームには、ダンパーの摩擦回動中心部領域である関節部から離れた位置において、上方に開口する差し込み孔が明けられ、端部が鉤形に曲げられたつなぎ材の端部鉤部が各アーム回動式摩擦ダンパーのアームの前記差し込み孔に上から差し込まれた状態に設置されてアーム同士を連結し、該つなぎ材により、免震時の下部構造部と上部構造部との相対的ねじれ動作が規制されるようになされていることを特徴とする免震建物用ねじれ防止機構。 A seismic isolation bearing and an arm-rotating friction damper are placed between the lower structure and the upper structure, and the upper structure is isolated in the horizontal two-dimensional direction by the seismic isolation, and the arm rotates. A torsion prevention mechanism for base-isolated buildings that is designed to attenuate vibrations during base isolation with a friction damper,
The arm-rotating friction damper is provided with at least two in a distributed arrangement state in a horizontal two-dimensional direction,
The arm of each arm rotation type friction damper has a joint hole that opens upward at a position away from the joint, which is the friction rotation center region of the damper, and the end is bent into a hook shape. The end flange of the material is installed in a state where it is inserted from above into the insertion hole of the arm of each arm rotation type friction damper, and the arms are connected to each other. A torsion-preventing mechanism for a base-isolated building, characterized in that the relative torsional motion with the upper structure is restricted.
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