JP4698054B2 - Damping stud and its construction method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の構造骨組み、その他各種建設物の構造体において、入力振動エネルギー、特に水平力を吸収することを目的とした制振構造物における制振間柱とその構築方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来技術として、次の▲1▼〜▲7▼があり、その技術内容は次のとおりである。
【0003】
▲1▼特開平2000−274108は、上下階梁に直接連結される粘弾性ダンパーの構造に関する。▲2▼特開平2000−54680は、粘弾性ダンパーの上下階梁への詳細な設置構造に関する。▲3▼特開平2000−73605は、粘弾性ダンパーの積層鋼板表面形状に関する。▲4▼特開平2000−73608は、粘弾性ダンパーの連結手法に関する。▲5▼特開平2000−73609は、粘弾性ダンパーの連結手法に関する。▲6▼特開平2000−73610は、粘弾性ダンパーの連結手法に関する。▲7▼特開平2000−73611は、粘弾性ダンパーの周辺の補強に関する。
【0004】
前記▲1▼〜▲7▼の従来技術は、何れも上下階床の梁に粘弾性ダンパーを直接連結することを前提としている。
【0005】
前記と関連する従来例として、粘弾性ダンパーを建築物の構造骨組みである間柱に設置し、上下階の梁に作用する水平方向の振動を間柱を介して粘弾性ダンパーに伝えて減衰させる例を、図20によって説明する。同図において、上下階の梁3a、3bと柱1が柱・梁接合部2で接合されていると共に、上下階の梁3a、3b間を粘弾性ダンパー6を中間に設けた間柱4で連結して建築物の構造骨組みが構築されている。
【0006】
すなわち、間柱4の中間部は上下に分断されて、上階の梁3aに上端が固定された上部間柱4aと下階の梁3bに下端が固定された下部間柱4aとからなっており、かつ、上下部の間柱4a、4bにはそれぞれ内外鋼板5a、5bが固着されていて、互いに平行間隔をあけて重なり合っており、この重なり合った平行間隔部に所定厚の板状の粘弾性体5が配置され、上下部の間柱4a、4bで挟持され、接着材で固着することで粘弾性ダンパー6を構成している。
【0007】
前記の制振間柱4によると、地震により建築物の構造骨組みが振動し、梁3a、3bに図20(B)の矢印の水平力が作用したとき、その水平力は梁3から上下の間柱4a、4bを介して粘弾性体5に伝わり、この粘弾性体5で水平力が減衰されながら、柱1と、上下の梁3a、3bと、制振間柱4は図20の点線のように変形することで徐々に振動が減衰される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
間柱に粘弾性ダンパーを組み込んで建築物の構造骨組みを設計するときは、想定した所定規模の地震による水平力の大きさと、その際、建築物の制振能力を計算して決め、その条件に見合うよう、粘弾性体の材質、大きさ、厚み(断面積)等で決まる所期値の減衰能力を有する粘弾性ダンパーを製作し、前記間柱に組み込むのである。しかし、従来の制振間柱では次の問題があった。
【0009】
図20において、粘弾性ダンパー6による制振作用は、間柱4→梁3a、3b→柱・梁接合部2の経路で伝わって建築物の揺れを制振するものであるが、この制振間柱4の設置構造では、柱・梁接合部2で期待される粘弾性ダンパー6の減衰性能につき、梁3a,3bの剛性に著しく影響され、建築物に所期の制振性能を付加させるのが難しい構造であった。その理由は次のとおりである。
【0010】
すなわち、粘弾性体ダンパー6の減衰性能に影響を及ぼすところの、当該ダンパー6と柱・梁接合部2間のばね剛性、つまり、主体構造の梁3の剛性は、梁3a及び3bの支える床などの鉛直荷重と、間柱4による水平荷重や曲げモーメントの2箇所からの作用荷重で決定される必要があり、従って、減衰性能だけに着目してこれを最適にするように決定することが困難であった。また、梁3の剛性は、設計時における計算値と、現実に施工されたときの梁剛性の大きさに大きな開きがあるのが通常である。それは、梁には現場作業での組み立て、溶接による設置作業の条件や、梁上に施工する、RC、SRC等の床コンクリートの厚みや重み、ひび割れ、その他の梁剛性の大きさを変化させる諸条件が不可避的に存在し、しかも、これらの条件は計算が出来ないため、結果として、梁剛性が不明瞭となっていたためである。
【0011】
前記のとおり剛性が不明瞭な梁に対し、図20の従来構造では、制振間柱4を梁3の中間部に直接支持させる構造であって、実際の構築時の梁剛性の大きさを正確に求められない主体構造の梁3の全長部分を粘弾性ダンパーの直列ばねとして利用している。このため、減衰性能を正確に計算し製作した粘弾性ダンパー6を制振間柱4に用いても、所期の減衰能力を持つ建築物の構造骨組を構築できなかったのである。
【0012】
本発明は、前記従来の問題点を解決した新規な制振間柱と、その構築方法を提供するものである。
【0013】
【問題を解決するための手段】
前記の問題点を解決するために、本発明に係る制振間柱は、次のように構成する。
【0014】
第1の発明は、柱、梁で構成される建築構造物の制振間柱であって、H形鋼製の一方の間柱部材に固定された内鋼板と、他方の間柱部材に固定された外鋼板が交互に単層又は複層に積層して配置され、これらの間に粘弾性体を挟持して振動エネルギー吸収部が形成され、前記間柱部材の両方又は一方は剛性調整梁に固定され、当該剛性調整梁は主体梁構造の梁の両端部付近に支持されているとともに、その両端部が柱に対して間隔を空けて配置されていることを特徴とする。
【0015】
第2の発明は、第1の発明において、前記内鋼板または外鋼板の側面に補剛リブを固着したことを特徴とする。
【0016】
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記主体構造の梁に固定された剛性調整梁と間柱の結合体についての温度が20℃のときの水平剛性が振動エネルギー吸収部について温度が20℃のときの水平剛性に対し、0.5倍以上4.0以下の剛性を保持していることを特徴とする。
【0017】
第4の発明は、第1〜第3の何れかの発明において、前記間柱と、剛性調整梁の主体構造梁との支持部との間を方杖で連結したことを特徴とする。
【0018】
第5の発明は、第1〜第4の何れかの発明において、剛性調整梁はH形鋼材であることを特徴とする。
【0019】
第6の発明は、第1,第3,第4,第5の何れかの発明において、柱、梁で構成される建築構造物の制振間柱であって、第1発明に記載の振動エネルギー吸収部に代えて、一方の間柱部材を構成する制振ボックスに粘性流体が封入されていると共に、この制振ボックスに他方の間柱部材を構成する制振鋼材が挿入されて構成された振動エネルギー吸収部を用いることを特徴とする。
【0020】
第7の発明は、第1〜第6の何れかの発明における制振間柱と剛性調整梁を予め工場にて組立ててなる制振間柱枠組みセットを、現場にて建築物の構造骨組に組み込み、前記剛性調整梁を主体構造の梁の両端部付近に固着することを特徴とする。
【0021】
【作用】
振動エネルギー吸収部(粘弾性体のダンパー)の減衰性能は、ダンパーと柱・梁接合部間のばね剛性、具体的には、梁剛性が不明瞭な主体構造の梁に著しく影響される。この点に関し、本発明では、主体構造の梁剛性の影響を回避する構成としたことで、従来の問題点が解決され、次の顕著な作用が奏される。
【0022】
▲1▼ 床荷重や地震力を負担する主体構造の梁と、ダンパーを支える剛性調整梁を分離して梁両端部で支持することで、直列ばね剛性を自由に設定でき、ダンパーの減衰性能も明確に規定できる。
【0023】
▲2▼ 主体構造の梁については、ダンパーの力が直接伝達しないため、ダンパー取付けによるサイズアップを防止でき、また、通常の床荷重や地震荷重などでサイズを決定できる。
【0024】
▲3▼ ダンパーおよびその周辺が破損した時に取替えが容易である。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図を参照して詳細に説明する。
【0026】
図1(A)、(B)は、本発明に係る粘弾性ダンパーを組み込んだ制振間柱の配置構造の概要と、建築物の構造骨組の減衰作用の説明図で、従来例として示す図20(A)、(B)に対応するものである。
【0027】
図1において、建築物の構造骨組は、角鋼管1aにコンクリート1b(図10、図12に示す)を充填してなる柱1と、H形鋼製の梁3とが柱・梁接合部2で接合され構成される。具体的には、柱1に固着した外ダイアフラム19(図8、図9に示す)に梁3の端部を溶接することで、柱・梁接合部2が構成されている。また、上下階の梁3a、3bの間に粘弾性ダンパー17を中間に設けた制振間柱14が配設されられており、この制振間柱14の固定構造が従来技術と異なっている。
【0028】
本発明では、上下部の間柱14a、14bのそれぞれの上下端を、従来のように上下階の梁3a、3bの中間部に直接固着せず、梁3a、3bと平行にかつ所定の間隔Sをあけて剛性調整梁13を設け、間柱14a、14bを上下の剛性調整梁13a、13bに固定し、この剛性調整梁13の両端部を、固定部12を介して上下階の梁3a、3bの両端部近傍に固定している。
【0029】
したがって本発明では、地震で建築物の構造骨組みに水平力が作用したときの粘弾性ダンパー17の減衰作用は、上下部の間柱14a、14bから剛性調整梁13を介して、主体構造の梁両端部に伝わり、さらに柱・梁接合部2に伝達される。このように、粘弾性ダンパー17の減衰作用は、剛性調整梁13の固定部12を介して梁3の両端部に伝達され、粘弾性ダンパー17と柱・梁接合部2との直列ばね剛性に著しく影響する、剛性が不明瞭な梁3の中間部の伝達経路を回避することで、粘弾性ダンパー17の減衰能力を設計値どおりに柱・梁接合部2に伝達するよう構成している。図1(B)は、梁3に水平力が作用した場合における、柱1と、梁3と、制振間柱14と、剛性調整梁13の変形形態を点線で示す。図2以下で、具体的構造を説明する。
【0030】
図2〜図5は、本発明の実施形態1を示し、図2は、粘弾性ダンパーの取付け態様を示す正面図、図3は、図2のA−A断面図、図4は粘弾性ダンパーの取付け部の拡大図、図5は、図4のB−B断面図である。
【0031】
各図において、H形鋼材からなる制振間柱14における分断された上部間柱14aと下部間柱14bのそれぞれの上端と下端は、H形鋼材からなる剛性調整梁13の内側フランジ10に溶接9で固着されている。制振間柱14の長手方向延長線上において、上下の剛性調整梁13a、13bのそれぞれの内外フランジ10、10a間には、補強プレート8が溶接されている。
【0032】
上下に分断された上部間柱14aと下部間柱14bのそれぞれの先端部16は図示の位置で接近している。上部間柱14aと下部間柱14bの両側面には、その上下部の間柱14a、14bの先端から突出するようにそれぞれ内外鋼板7a、7bが、制振間柱14のウェブと平行に設けられ、かつ固定ボルト18で固着されている。上下から伸びる各内外鋼板7a、7bは、間隙を介して櫛歯状に噛合っていて、各外鋼板7aと7b間に形成される複数層の間隙には、矩形で所定の板厚、例えば、2.0m2、厚さ5mmの固形体からなる複数の粘弾性体15が挟持され、その両側面が内外鋼板7a、7bの側面に固着されている。上下の各内外鋼板7a、7bを交互に間隙を介して積層するため、下側の内鋼板7bは下部間柱14bの両側面に直に固着しているのに対し、上側の外鋼板7aは上部間柱14aの両側面にスペーサ26を介して固着されている。
【0033】
矩形の粘弾性体15および内外鋼板7a、7bの幅は、H形鋼製の上部間柱14aの両側のフランジ21間の寸法よりも小さく、両フランジ21間に納まる大きさでる。また、矩形の粘弾性体15は、外側に位置する外鋼板7aで被覆されており、この外鋼板7aが被覆鋼板として内側層の粘弾性体15を保護している。なお、外鋼板7aには、補剛リブ20を設けてもよい。
【0034】
前記の構成において、地震発生時には、主構造体の上下部の梁3a、3bに作用する水平力が、当該梁3a、3bの両端部から固定部12(詳細は図19以下で後述する)を介して上下部の剛性調整梁13a、13bに伝達され、上下の間柱14a、14bを介して粘弾性体15にせん断力が作用して変形し、その減衰作用は粘弾性体15→上下の間柱14a、14b→剛性調整梁13a、13b→梁3a、3bの両端部→柱・梁接合部2へと伝達されて建物の振動が減衰される。つまり、実施形態1では、粘弾性体15のせん断力は、剛性が不明瞭な主体構造の梁3の中間部を回避して、剛性が正確に計算された剛性調整梁13a、13bから梁3a、3bの両端部へ入り、柱・梁接合部2へと伝達されるので、設計値と実際に地震時に発揮する粘弾性ダンパー17の減衰性能との誤差を殆どなくすることが出来る。
【0035】
次に、図6、図7は、本発明の実施形態2を示し、図6は、粘弾性ダンパー17の取付け態様を示す正面図、図7は、図6のC−C断面図である。この実施形態2が実施形態1と相違するのは、上下部の制振間柱14a、14bと上下部の剛性調整梁13a、13bとの固定構造である。すなわち、実施形態2では、上部間柱14aと下部間柱14bの外端に補強リブ29を介して溶接されている上下の端部接合プレート23を、H形鋼からなる上下部の剛性調整梁13a、13bの内側フランジ10に当てがい、その当接した各部材を挿通する固定ボルト24にナットを締結することで、上下部の間柱14a、14bをそれぞれ上下部の剛性調整梁13a、13bに固定している。他の構成は実施形態1と同じである。
【0036】
制振間柱14は、主体構造である上下梁3a、3bの間に設けられているが、その主たる機能は、地震時に建物制振機能を発揮させることである。この場合、地震発生時に、制振間柱14の粘弾性体15による制振機能を所期設定値で発揮させるには、既述のとおり、建築物完成時における梁3の剛性強度の不明瞭性による制振性能への影響を取り除くため、構造骨組みの柱・梁接合部2に近い部位で制振間柱14を支持させるのがよく、そのために剛性調整梁13が設けられている。したがって、剛性調整梁13はその剛性を計算でき、かつ低コストで製作できるものが好ましく、この観点から、実施例の剛性調整梁3はH形鋼製であって、所定の長さを有しており、その両端が、固定部12のスペーサ26a(図8以下に示す)を介して梁3の端部に近い位置に固定される。
【0037】
次に剛性調整梁13と梁3との固定構造の一例を図8〜図13を参照して説明する。
【0038】
図8は、制振間柱14と剛性調整梁13を予め工場で溶接して制振間柱枠組みセット25を製作し、この制振間柱枠組みセット25を現場にて構築中の構造骨組みの柱1と梁3で囲まれた枠内に組み込む前の状態を示す。図9、図10は、制振間柱枠組みセット25を組み込んだ後の状態を示している。図9、図10に示すように、制振間柱枠組みセット25は、剛性調整梁13a、13bを、上下部の梁部材3a、3bの柱1に近い部位に、内側フランジ11に設けられたスペーサ26aを介して、当該梁部材3a、3bとの間に平行間隔Sをあけて支持させ、かつ梁3と剛性調整梁13の各フランジ10、10a、11にアンカーボルト30を挿通することで、梁3に固定している。
【0039】
図11、図12は、主体構造の梁3(図では、下部の梁部材3bを示す)が鉄骨造の場合の剛性調整梁13との固定構造を示し、図13、図14は、主体構造の梁3がRC造(鉄筋コンクリート)の場合の固定構造を示している。図11、図12において、下部剛性調整梁13bのフランジ10aの下面を平面が略長方形のスペーサ26aのフラットな上面で支持している。スペーサ26aの下面には、剛性調整梁13の配置平面に沿って、下に凸の所定の曲率Rを付形した曲面31が形成されていて、この曲面31が下階梁3bの上フランジ11の上面で支持されている。下階梁3bの上フランジ11の上面で、スペーサ26aの両側部位にストッパー33が溶接されており、このストッパー33によってスペーサ26aに作用する下階梁3bの長手方向の動きを制限している。
【0040】
アンカーボルト30は、前記の各部材を固定するために設けられる。すなわち、アンカーボルト30は、主体構造の梁3と剛性調整梁13のウェブの両側において、スペーサ26aとストッパー33および各梁3、13の上下のフランジ11、10、10aを挿通して設けられ、端部にナット34を締結することで剛性調整梁13の端部が下階梁3bに若干の可動範囲を許容して固定されている。
【0041】
また図13に示す、主体構造の梁3がRC造(鉄筋コンクリート)の場合の固定構造においても、スペーサ26aとストッパー33自体の構造は、図11、図12と同じである。なお、図13では、梁3がRC造であるので、ストッパー33の梁3への固定構造が図11、図12と少し異なっている。
【0042】
図13では、RC造の梁3の上下面に、内面に固着したスタッド35がコンクリート中に埋設された態様で補強プレート36が配置されていて、図において上側の補強プレート36にストッパー33が溶接されている。また、スペーサ26aを挿通して上下に伸長するアンカーボルト30は、RC造の梁3に形成したボルト挿通孔37を挿通して下側に突出している。固定部12におけるその他の構造は、図11、図12と同じである。
【0043】
上階梁3aと上部の剛性調整梁13aとの固定構造も、図11〜図13に示す固定構造と同じであるので重複説明を省略する。また、上下階の各梁3a、3bには床板38を敷設して、その上にコンクリートの床スラブ39が打設される。この場合、下階の床スラブ39にあっては、下部剛性調整梁13bがこの床スラブ39に埋設されないよう、下部剛性調整梁13bの部位を避けて床コンクリートが打設される。
【0044】
前記の固定構造によって、地震発生時、梁3に水平力が作用したとき、制振間柱14の粘弾性体15にせん断力が作用して変形すると共に、梁3の両端部において、当該梁3と剛性調整梁13との固定部12を介して剛性調整梁13a、13bに伝達され、このとき、剛性調整梁13が粘弾性ダンパー17に対して直列ばねとなって、その減衰作用は直列的に主体構造の梁3の端部から柱・梁接合部2に伝達され、建物の減衰作用が奏される。つまり、本発明では、剛性調整梁13a、13bを設けたことで、主体構造の梁3の梁剛性の不明瞭性、つまり、粘弾性体ダンパー17の減衰性能に影響を与える種々の外乱要因を回避でき、所期の設計値どおりの粘弾性体ダンパー17の減衰性能を引き出すことが可能となっている。
【0045】
図14は、本発明の実施形態3として、制振間柱14と剛性調整梁13との結合の補強構造を示す。すなわち、実施形態3では、上下部の間柱14a、14bを上下部の剛性調整梁13a、13bに溶接又はボルトで固定するのに加えて、上下部の間柱14a、14bの両側と、上下部の剛性調整梁13a、13bとの間をそれぞれ「八」または「逆八」の字に配置した方杖(傾斜補強梁)40で結合した例を示す。方杖40と制振間柱14および剛性調整梁13との接合手段は任意でよく、例えば、H形鋼製の制振間柱14と剛性調整梁13の両端部にガッセットプレートを溶接し、方杖40とガッセットプレートに固定ボルト41を挿通したボルト接合でもよい。
【0046】
実施形態3によると次のメリットがある。すなわち、既述の実施形態1、2の制振間柱枠組みセット25は、通常規模の建築物に用いることを予定しており、大形の高層建築物に適用するときは、剛性調整梁13の断面構造が大きいものを用いる必要が生じる場合がある。これに比し、本実施形態3では、制振間柱14と剛性調整梁13の結合を方杖40で補強したことにより、H形鋼製の剛性調整梁13自体の断面構造を大形にしなくとも、大規模高層建築物の制振機構に適用できる。
【0047】
図15は、本発明の実施形態4を示す。この実施形態4では、実施形態1、2における固形の粘弾性体15に代えて半液状の粘性体43を用いた例が示されている。すなわち、実施形態4では、下部の間柱14bを兼ねる制振ボックス42に半液状の粘性体43が収容されており、この半液状の粘性体43の中に上部の間柱14aを兼ねる制振鋼材44が水平方向に可動的に上方から挿入されており、これにより、粘弾性ダンパー17付きの間柱14を構成した例が示されている。
【0048】
制振ボックス42は扁平な矩形状であり、上端は開放されていて、かつ補強つば46が固着されていると共に、底板45は下部剛性調整梁13bの内側フランジ10に固定ボルト47で固定されている。他方、制振鋼材44に固定された取付け板48は、上部剛性調整梁13bの内側フランジ10に固定ボルト47で固定されている。他の構成は、実施形態1、2と同じである。
【0049】
実施形態4の構成においても、地震発生時、梁3に水平力が作用したとき、梁3の両端部において、当該梁3と剛性調整梁13との固定部12を介して剛性調整梁13a、13bに伝達されたとき、制振鋼材44は制振ボックス42内で、半液状の粘性体43に抵抗されながら水平方向に可動することで制振作用が奏される。
【0050】
[実施形態の作用]
本発明の実施形態によると、例えば振動数f=0.5Hzの地震等の外力が作用した場合、図16〜図19に示すように、粘弾性ダンパー(振動エネルギー吸収体)17の剛性をKd、直列に接合された剛性調整梁(金属ばね)13と間柱4a、4bの結合体としての剛性をKcとすると、図17に示すようにKc/Kdが温度20℃で0.5から4となる制振間柱14の最大せん断力を図16に示す。また、制振間柱14(粘弾性ダンパー17+制振間柱14)と剛性調整梁13の結合体としての剛性を図18に、さらに、制振間柱14(粘弾性ダンパー17+制振間柱14)と剛性調整梁13の結合体としての減衰係数を図19に示す。
【0051】
図16から、制振間柱14のせん断力は、剛性調整梁13と間柱4a、4bの結合体としての剛性が極めて大きい場合(Kc=Rigid、制振間柱14が剛性調整梁13に接合されず、直接構造体の柱・梁接合部2に接合された場合に相当する)には、温度が低くなるにしたがって急激に増大することが分かる(なお、層間変位の部位につき図1に示す)。この急増するせん断力により粘弾性ダンパー17が破壊される恐れがある。図16において、剛性(Kc)が温度20℃で145KN/mm(Kc/Kd=3.73)、108KN/mm(Kc/Kd=2.72)、73KN/mm(Kc/Kd=1.76)、36KN/mm(Kc/Kd=0.8)である。すなわち、Kc/Kdが0.5〜4となるような剛性調整梁13を粘弾性ダンパー(振動エネルギー吸収体)17に直列に接合することにより、低温度、例えば、10℃において急激な軸力の増大を抑制することができる。また、温度が高くなると直列に接合される剛性調整梁13(金属ばね)の影響は低温度に比べ小さくなり、結果として粘弾性の温度依存性を緩和させる作用、効果がある。また、このような調整は、剛性調整梁13を使用することで、直列ばね剛性を自由に、かつ明確に設定できることによる。
【0052】
図18及び図19において、剛性調整梁13(金属ばね)と制振間柱14の結合体としての剛性や減衰係数についてもせん断力の場合と同様に、剛性調整梁13を粘弾性ダンパー(振動エネルギー吸収体)17に直列に接合することにより、低温度で過大になることを防止することができる。また高温度での金属ばねの影響は小さくなり、温度依存性が緩和される。
【0053】
以上の粘弾性ダンパー17の温度依存性が緩和されることにより、剛性調整梁13付きの制振間柱14を建物に適用した場合、構造体の振動特性を安定させることができ、一定の振動減衰効果を期待できるようになり、一方で、制振間柱14自身も作用せん断力が軽減されることでコスト的に経済的な制振間柱を実現できる。
【0054】
なお、本発明において重要なことは、粘弾性ダンパー17組み込みの制振間柱14を直接主体構造の梁3に固定しないで、梁3と平行に配置した剛性調整梁13に支持させる点であり、剛性調整梁13と梁3との固定構造や固定部位、さらに、制振間柱14と剛性調整梁13との補強結合構造などは設計に応じて変更して構わない。
【0055】
【発明の効果】
本発明は、振動エネルギー吸収部(粘弾性体のダンパー)の減衰性能は、ダンパーと柱・梁接合部間のばね剛性、つまり、両部材間を結合している、梁剛性が不明瞭な主体構造の梁に著しく影響される。この点に関し、本発明では、主体構造の梁剛性の影響を回避する構成としたので、次の効果を有している。
【0056】
▲1▼ 主体構造の梁サイズによらず、制振間柱と組み合わせた剛性調整梁によって直列ばねを決定できるので、直列ばね剛性を自在に調整でき、性能曲線に見るように、温度が変化することによる振動エネルギー吸収部(粘弾性体のダンパー)の減衰力、減衰係数、剛性を性能目標に合わせて設定できるようになった。
【0057】
▲2▼ 想定外の大規模な地震力が作用して振動エネルギー吸収部(粘弾性体のダンパー)あるいはその周辺が破損した場合に、取替えが主要構造部とは独立に行えるため、修繕が容易である。この点、従来構造では、主体構造の梁の取替えは、コスト的にも技術的にも極めて困難であったが、本発明では、この点が改良されている。
【0058】
▲3▼ 振動エネルギー吸収部(粘弾性体のダンパー)の減衰力が主体構造の梁に伝達されないため、この主体構造梁はダンパー減衰力を考慮する必要なく設計でき、設計取扱上においても容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は、本発明に係る粘弾性ダンパーを組み込んだ制振間柱の配置構造の概要図と、これによる地震発生時の建築物の構造骨組の減衰作用の説明図である。
【図2】本発明の実施形態1を示し、粘弾性ダンパーの取付け態様を示す正面図である。
【図3】図2のA−A断面図である。
【図4】粘弾性ダンパーの取付け部の拡大図である。
【図5】図4のB−B断面図である。
【図6】(A)、(B)は、本発明の実施形態2を示し、粘弾性ダンパーを組み込んだ制振間柱の配置構造を示す拡大正面図である。
【図7】図6のC−C断面図である。
【図8】制振間柱と剛性調整梁を組立て製作した制振間柱枠組みセットを、構築中の構造骨組みに組み込む前の状態を示す説明図である。
【図9】制振間柱と剛性調整梁を組立て製作した制振間柱枠組みセットを、構築中の構造骨組みに組み込だ後の状態を示す説明図である。
【図10】図9のD−D断面図である。
【図11】鉄骨造の主体構造梁と剛性調整梁の端部との固定構造を示す拡大図である。
【図12】図11のE−E断面図である。
【図13】RC造の主体構造梁と剛性調整梁の端部との固定構造を示す拡大図である。
【図14】本発明の実施形態3として、制振間柱と剛性調整梁との補強固定構造を示す正面図である。
【図15】(A)、(B)は、本発明の実施形態4として示す、粘弾性ダンパーの拡大図と側面図、(C)、(D)は、図(B)の部分拡大図である。
【図16】本発明における制振間柱のせん断力と温度との関係を示す説明図である。
【図17】本発明における粘弾性ダンパーの剛性(Kd)と剛性調整梁と間柱4a、4bの結合体としての剛性(Kc)との割合と温度との関係を示す説明図である。
【図18】本発明における制振間柱と剛性調整梁の結合体としての等価剛性と温度との関係を示す説明図である。
【図19】本発明における制振間柱と剛性調整梁の結合体としての減衰係数と温度との関係を示す説明図である。
【図20】(A)、(B)は、従来例に係る粘弾性ダンパーを組み込んだ制振間柱の配置構造の概要図と、これによる地震発生時の建築構造骨組の減衰作用の説明図である。
【符号の説明】
1 柱
2 柱・梁接合部
3 梁
3a 上階梁
3b 下階梁
4 間柱
4a 上部間柱
4b 下部間柱
5 粘弾性体
5a 外鋼板
5b 内鋼板
6 粘弾性ダンパー
7 接合プレート
8 補強プレート
9 溶接
10 内側フランジ
10a 外側フランジ
11 内側フランジ
12 固定部
13 剛性調整梁
13a 上部剛性調整梁
13b 下部剛性調整梁
14 間柱
14a 上部間柱
14b 下部間柱
15 粘弾性体
16 先端部
17 粘弾性ダンパー(振動エネルギー吸収部)
18 固定ボルト
19 外ダイアフラム
20 補剛リブ
21 フランジ
22 ウェブ
23 端部接合プレート
24 固定ボルト
25 制振間柱枠組セット
26 スペーサ
26a スペーサ
27 端部接合プレート
28 固定ボルト
29 補強リブ
30 アンカーボルト
31 曲面
33 ストッパー
34 ナット
35 スタッド
36 補強プレート
37 ボルト挿通孔
38 床板
39 コンクリート床スラブ
40 方杖
41 固定ボルト
42 制振ボックス
43 半液状の粘性体
44 制振鋼材
45 底板
46 補強つば
47 固定ボルト
48 取付け板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a damping pillar and a construction method thereof in a damping structure for the purpose of absorbing input vibration energy, particularly horizontal force, in a structural framework of a building and other various construction structures. .
[0002]
[Prior art]
As this type of prior art, there are the following (1) to (7), and the technical contents are as follows.
[0003]
(1) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-274108 relates to the structure of a viscoelastic damper directly connected to upper and lower floor beams. (2) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-54680 relates to a detailed installation structure of a viscoelastic damper on upper and lower floor beams. (3) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73605 relates to the surface shape of laminated steel plates of viscoelastic dampers. (4) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73608 relates to a viscoelastic damper connection method. (5) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73609 relates to a viscoelastic damper connection method. (6) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73610 relates to a viscoelastic damper connection method. (7) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73611 relates to reinforcement around a viscoelastic damper.
[0004]
The prior arts (1) to (7) are premised on connecting viscoelastic dampers directly to the beams on the upper and lower floors.
[0005]
As a conventional example related to the above, an example in which a viscoelastic damper is installed on a stud that is a structural framework of a building, and a horizontal vibration acting on a beam on the upper and lower floors is transmitted to the viscoelastic damper via the stud and attenuated. This will be described with reference to FIG. In the figure, the beams 3a and 3b on the upper and lower floors and the column 1 are joined by the column / beam joint 2, and the beams 3a and 3b on the upper and lower floors are connected by the middle column 4 provided with a viscoelastic damper 6 in the middle. As a result, the structural framework of the building is built.
[0006]
That is, the middle part of the stud 4 is divided into upper and lower parts, and consists of an upper stud 4a whose upper end is fixed to the beam 3a on the upper floor and a lower stud 4a whose lower end is fixed to the beam 3b on the lower floor, and The inner and outer steel plates 5a and 5b are fixed to the upper and lower intermediate pillars 4a and 4b, respectively, and overlap each other with a parallel interval therebetween, and a plate-like viscoelastic body 5 having a predetermined thickness is overlapped with the overlapping parallel interval portion. The viscoelastic damper 6 is configured by being disposed, sandwiched between the upper and lower intermediate columns 4a and 4b, and fixed with an adhesive.
[0007]
According to the above-mentioned vibration control column 4, when the structural frame of the building vibrates due to the earthquake and the horizontal force indicated by the arrow in FIG. 20B acts on the beams 3a and 3b, the horizontal force is applied from the beam 3 to the upper and lower columns. 20 is transmitted to the viscoelastic body 5 through 4a and 4b, and the horizontal force is attenuated by the viscoelastic body 5, while the column 1, the upper and lower beams 3a and 3b, and the vibration-damping column 4 are as indicated by dotted lines in FIG. The vibration is gradually attenuated by the deformation.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When designing a structural framework of a building by incorporating viscoelastic dampers into the studs, calculate the level of horizontal force due to the earthquake of a predetermined scale assumed and calculate the damping capacity of the building at that time. To meet the requirements, a viscoelastic damper having a predetermined damping capacity determined by the material, size, thickness (cross-sectional area), etc. of the viscoelastic body is manufactured and incorporated into the stud. However, the conventional vibration control pillar has the following problems.
[0009]
In FIG. 20, the vibration damping action by the viscoelastic damper 6 is transmitted along the path of the pillar 4 → beams 3a, 3b → column / beam joint 2 to suppress the vibration of the building. In the installation structure 4, the damping performance of the viscoelastic damper 6 expected at the column / beam joint 2 is significantly influenced by the rigidity of the beams 3 a and 3 b, and the desired damping performance is added to the building. It was a difficult structure. The reason is as follows.
[0010]
In other words, the spring stiffness between the damper 6 and the column / beam joint 2 that affects the damping performance of the viscoelastic damper 6, that is, the stiffness of the main beam 3 is the floor supported by the beams 3a and 3b. Therefore, it is necessary to determine the optimum load by focusing only on the damping performance. Met. Further, the rigidity of the beam 3 usually has a large difference between the calculated value at the time of design and the magnitude of the beam rigidity when actually constructed. This is because the beam is assembled on site and welded, and the conditions of installation work by welding, the thickness and weight of floor concrete such as RC and SRC, cracks, etc. This is because the conditions inevitably exist and these conditions cannot be calculated, and as a result, the beam rigidity has become unclear.
[0011]
In contrast to the beam whose rigidity is unclear as described above, the conventional structure of FIG. 20 is a structure in which the damping stud 4 is directly supported by the middle part of the beam 3, and the magnitude of the beam rigidity at the time of actual construction is accurate. The full length portion of the main structure beam 3 that is not required in the above is used as a series spring of a viscoelastic damper. For this reason, even if the viscoelastic damper 6 produced by accurately calculating the damping performance is used for the damping stud 4, the structural frame of the building having the desired damping capacity could not be constructed.
[0012]
The present invention provides a novel vibration-damping stud that solves the above-mentioned conventional problems, and a construction method thereof.
[0013]
[Means for solving problems]
In order to solve the above-described problems, the vibration control stud according to the present invention is configured as follows.
[0014]
The first invention is a vibration-damping stud for a building structure composed of pillars and beams, and is an inner steel plate fixed to one intermediate pillar member made of H-shaped steel and an outer part fixed to the other intermediate pillar member. Steel plates are alternately stacked in a single layer or multiple layers, and a vibration energy absorbing portion is formed by sandwiching a viscoelastic body between them, and both or one of the stud members is fixed to a stiffness adjusting beam, The stiffness adjusting beam is supported near both ends of the main beam. And both ends are spaced from the column. It is characterized by that.
[0015]
According to a second invention, in the first invention, a stiffening rib is fixed to a side surface of the inner steel plate or the outer steel plate.
[0016]
According to a third invention, in the first or second invention, a stiffness adjusting beam and a stud fixed to the main structure beam. When the temperature for the conjugate of 20 ° C. Horizontal rigidity is vibration energy absorption part about of When the temperature is 20 ℃ It is characterized by having a rigidity of 0.5 times or more and 4.0 or less with respect to the horizontal rigidity.
[0017]
A fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the stud and the supporting portion of the main structure beam of the stiffness adjusting beam are connected by a cane.
[0018]
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the stiffness adjusting beam is an H-shaped steel material.
[0019]
A sixth invention is a vibration-damping inter-column of a building structure composed of columns and beams in any of the first, third, fourth, and fifth inventions, In place of the vibration energy absorber described in the first invention, Viscous fluid is sealed in the damping box that constitutes one of the stud members, and the damping steel material that constitutes the other stud member is inserted into this damping box. Configured Vibration energy absorber Use It is characterized by that.
[0020]
The seventh aspect of the present invention incorporates a vibration suppression column framework set in which the vibration suppression column and the rigidity adjusting beam in any one of the first to sixth inventions are assembled in advance in a factory, and is incorporated into the structural framework of the building at the site. The rigidity adjusting beam is fixed to both ends of the main structure beam.
[0021]
[Action]
The damping performance of the vibration energy absorbing part (viscoelastic damper) is significantly influenced by the spring rigidity between the damper and the column / beam joint, specifically, the main structure beam whose beam rigidity is unclear. In this regard, in the present invention, the conventional problem is solved by adopting a configuration that avoids the influence of the beam rigidity of the main structure, and the following remarkable effects are exhibited.
[0022]
(1) By separating the main structure beam bearing the floor load and seismic force and the stiffness adjusting beam supporting the damper and supporting them at both ends of the beam, the series spring stiffness can be set freely, and the damping performance of the damper It can be clearly defined.
[0023]
(2) For the main structure beam, the damper force is not transmitted directly, so the size can be prevented from increasing due to the installation of the damper, and the size can be determined by normal floor load or seismic load.
[0024]
(3) Replacement is easy when the damper and its surroundings are damaged.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
1 (A) and 1 (B) are explanatory views of an outline of the arrangement structure of damping damping columns incorporating the viscoelastic damper according to the present invention and a damping action of a structural framework of a building, and are shown as a conventional example. This corresponds to (A) and (B).
[0027]
In FIG. 1, a structural framework of a building is composed of a column 1 in which a square steel pipe 1 a is filled with concrete 1 b (shown in FIGS. 10 and 12) and a beam 3 made of H-shaped steel. It is joined and configured. Specifically, the end of the beam 3 is welded to an outer diaphragm 19 (shown in FIGS. 8 and 9) fixed to the column 1 to form the column / beam junction 2. Further, a damping damping column 14 provided with a viscoelastic damper 17 in the middle is arranged between the beams 3a and 3b on the upper and lower floors, and the fixing structure of the damping damping column 14 is different from the prior art.
[0028]
In the present invention, the upper and lower ends of the upper and lower intermediate pillars 14a and 14b are not directly fixed to the intermediate portions of the beams 3a and 3b on the upper and lower floors as in the prior art, but in parallel with the beams 3a and 3b and at a predetermined interval S The rigidity adjusting beam 13 is opened and the studs 14a and 14b are fixed to the upper and lower rigidity adjusting beams 13a and 13b, and both ends of the rigidity adjusting beam 13 are connected to the upper and lower floor beams 3a and 3b via the fixing portion 12. It is fixed in the vicinity of both ends.
[0029]
Therefore, in the present invention, the damping action of the viscoelastic damper 17 when the horizontal force is applied to the structural framework of the building due to the earthquake is such that both ends of the main structure beam are passed from the upper and lower intermediate columns 14a and 14b via the stiffness adjusting beam 13. Is further transmitted to the column / beam joint 2. In this way, the damping action of the viscoelastic damper 17 is transmitted to both ends of the beam 3 via the fixing portion 12 of the stiffness adjusting beam 13, and the series spring stiffness between the viscoelastic damper 17 and the column / beam joint 2 is increased. By avoiding the transmission path in the middle part of the beam 3 that is significantly indistinct and has a significant influence, the damping capacity of the viscoelastic damper 17 is transmitted to the column / beam joint 2 as designed. FIG. 1B shows the deformation form of the column 1, the beam 3, the damping inter-column 14, and the stiffness adjusting beam 13 with a dotted line when a horizontal force is applied to the beam 3. The specific structure will be described below with reference to FIG.
[0030]
2 to 5 show Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a front view showing an attachment mode of the viscoelastic damper, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG. 4 is a viscoelastic damper. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4.
[0031]
In each figure, the upper end and the lower end of the divided upper inter-column 14a and lower inter-column 14b in the damping damping column 14 made of H-shaped steel are fixed to the inner flange 10 of the stiffness adjusting beam 13 made of H-shaped steel by welding 9. Has been. The reinforcing plate 8 is welded between the inner and outer flanges 10 and 10a of the upper and lower stiffness adjusting beams 13a and 13b on the longitudinal extension line of the vibration suppression column 14.
[0032]
The front end portions 16 of the upper and lower spacers 14a and 14b divided in the vertical direction approach each other at the illustrated position. Inner and outer steel plates 7a and 7b are provided on both side surfaces of the upper and lower studs 14a and 14b in parallel with the web of the damping stud 14 so as to protrude from the tips of the upper and lower studs 14a and 14b, respectively. It is fixed with bolts 18. The inner and outer steel plates 7a and 7b extending from above and below are engaged in a comb-like shape through a gap, and a plurality of gaps formed between the outer steel plates 7a and 7b have a rectangular shape with a predetermined thickness, for example, 2.0m 2 A plurality of viscoelastic bodies 15 made of a solid body having a thickness of 5 mm are sandwiched, and both side surfaces thereof are fixed to the side surfaces of the inner and outer steel plates 7a and 7b. Since the upper and lower inner and outer steel plates 7a and 7b are alternately stacked with a gap therebetween, the lower inner steel plate 7b is directly fixed to both side surfaces of the lower stud 14b, whereas the upper outer steel plate 7a The spacers 14 are fixed to both side surfaces of the spacers 14 a via spacers 26.
[0033]
The width of the rectangular viscoelastic body 15 and the inner and outer steel plates 7a and 7b is smaller than the dimension between the flanges 21 on both sides of the H-shaped steel upper stud 14a, and is large enough to fit between the flanges 21. The rectangular viscoelastic body 15 is covered with an outer steel plate 7a located on the outer side, and the outer steel plate 7a protects the viscoelastic body 15 of the inner layer as a coated steel plate. In addition, you may provide the stiffening rib 20 in the outer steel plate 7a.
[0034]
In the above configuration, when an earthquake occurs, the horizontal force acting on the upper and lower beams 3a and 3b of the main structure causes the fixing portions 12 (details will be described later in FIG. 19 and below) from both ends of the beams 3a and 3b. Is transmitted to the upper and lower stiffness adjusting beams 13a and 13b, and the viscoelastic body 15 is deformed by the shearing force via the upper and lower intermediate columns 14a and 14b. 14a, 14b → Rigidity adjusting beams 13a, 13b → Both ends of beams 3a, 3b → Transmission from column / beam joint 2 to attenuate building vibration. That is, in the first embodiment, the shearing force of the viscoelastic body 15 avoids the intermediate part of the main structure beam 3 whose rigidity is unclear, and the rigidity adjustment beams 13a and 13b whose rigidity is accurately calculated are used as the beam 3a. 3b enters both ends of 3b and is transmitted to the column / beam joint 2, so that the error between the design value and the damping performance of the viscoelastic damper 17 actually exhibited during an earthquake can be eliminated.
[0035]
Next, FIG. 6 and FIG. 7 show Embodiment 2 of the present invention, FIG. 6 is a front view showing how the viscoelastic damper 17 is attached, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line CC in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the fixing structure of the upper and lower vibration damping inter-columns 14a and 14b and the upper and lower rigidity adjusting beams 13a and 13b. That is, in the second embodiment, the upper and lower end joining plates 23 welded to the outer ends of the upper and lower studs 14a and 14b via the reinforcing ribs 29 are connected to the upper and lower stiffness adjusting beams 13a made of H-section steel, The upper and lower intermediate columns 14a and 14b are fixed to the upper and lower rigidity adjusting beams 13a and 13b, respectively, by fastening the nuts to the fixing bolts 24 that are applied to the inner flange 10 of the 13b and passing through the abutting members. ing. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0036]
Although the vibration suppression interphase 14 is provided between the upper and lower beams 3a and 3b which are main structures, the main function is to exhibit a building vibration suppression function at the time of an earthquake. In this case, when the earthquake occurs, in order to exhibit the damping function by the viscoelastic body 15 of the damping column 14 at the predetermined setting value, as described above, the rigidity of the beam 3 at the time of completion of the building is unclear. In order to remove the influence on the vibration damping performance due to the vibration, it is preferable to support the vibration damping column 14 at a portion close to the column / beam joint 2 of the structural frame, and the stiffness adjusting beam 13 is provided for that purpose. Therefore, it is preferable that the stiffness adjusting beam 13 can calculate its stiffness and can be manufactured at low cost. From this viewpoint, the stiffness adjusting beam 3 of the embodiment is made of H-shaped steel and has a predetermined length. Both ends thereof are fixed at positions close to the ends of the beam 3 via spacers 26a (shown in FIG. 8 and the following) of the fixing portion 12.
[0037]
Next, an example of a fixing structure between the stiffness adjusting beam 13 and the beam 3 will be described with reference to FIGS.
[0038]
FIG. 8 shows a structure of a vibration suppression column frame set 25 which is prepared by welding the vibration suppression column 14 and the stiffness adjusting beam 13 in advance in a factory. A state before being assembled in the frame surrounded by the beam 3 is shown. FIG. 9 and FIG. 10 show a state after the vibration suppression stud frame set 25 is incorporated. As shown in FIGS. 9 and 10, the damping inter-column framework set 25 includes the spacers provided on the inner flange 11 with the stiffness adjusting beams 13 a and 13 b close to the columns 1 of the upper and lower beam members 3 a and 3 b. By supporting the beam members 3a and 3b with a parallel interval S through the pin 26a and inserting the anchor bolts 30 into the flanges 10, 10a and 11 of the beam 3 and the stiffness adjusting beam 13, It is fixed to the beam 3.
[0039]
11 and 12 show the fixing structure with the stiffness adjusting beam 13 when the main structure beam 3 (the lower beam member 3b is shown in the figure) is a steel structure, and FIGS. 13 and 14 show the main structure. The fixed structure in case the beam 3 of this is RC structure (reinforced concrete) is shown. 11 and 12, the lower surface of the flange 10a of the lower stiffness adjusting beam 13b is supported by a flat upper surface of a spacer 26a having a substantially rectangular plane. On the lower surface of the spacer 26a, a curved surface 31 having a predetermined convex curvature R is formed along the arrangement plane of the stiffness adjusting beam 13, and this curved surface 31 is formed on the upper flange 11 of the lower floor beam 3b. It is supported on the top surface of. Stoppers 33 are welded to both sides of the spacer 26a on the upper surface of the upper flange 11 of the lower floor beam 3b, and the stopper 33 restricts the longitudinal movement of the lower floor beam 3b acting on the spacer 26a.
[0040]
The anchor bolt 30 is provided to fix each of the above members. That is, the anchor bolt 30 is provided on both sides of the web of the main structure beam 3 and the stiffness adjusting beam 13 through the spacer 26a, the stopper 33, and the upper and lower flanges 11, 10, 10a of the beams 3, 13, By fastening the nut 34 to the end, the end of the stiffness adjusting beam 13 is fixed to the lower floor beam 3b while allowing a slight movable range.
[0041]
Also in the fixing structure shown in FIG. 13 in which the main structure beam 3 is RC (reinforced concrete), the structure of the spacer 26a and the stopper 33 itself is the same as in FIGS. In FIG. 13, since the beam 3 is RC, the structure for fixing the stopper 33 to the beam 3 is slightly different from those in FIGS. 11 and 12.
[0042]
In FIG. 13, a reinforcing plate 36 is disposed on the upper and lower surfaces of the RC beam 3 in a manner in which studs 35 fixed to the inner surface are embedded in concrete, and the stopper 33 is welded to the upper reinforcing plate 36 in the drawing. Has been. Further, the anchor bolt 30 that extends vertically through the spacer 26a is inserted through a bolt insertion hole 37 formed in the RC beam 3 and protrudes downward. Other structures in the fixing portion 12 are the same as those in FIGS. 11 and 12.
[0043]
Since the fixing structure of the upper floor beam 3a and the upper rigidity adjusting beam 13a is the same as the fixing structure shown in FIGS. A floor plate 38 is laid on each of the beams 3a and 3b on the upper and lower floors, and a concrete floor slab 39 is placed thereon. In this case, in the floor slab 39 on the lower floor, the floor concrete is placed avoiding the portion of the lower stiffness adjusting beam 13b so that the lower stiffness adjusting beam 13b is not embedded in the floor slab 39.
[0044]
Due to the fixed structure, when a horizontal force is applied to the beam 3 in the event of an earthquake, a shearing force is applied to the viscoelastic body 15 of the damping column 14 to deform it. And the stiffness adjusting beam 13 are transmitted to the stiffness adjusting beams 13a and 13b via the fixing portion 12. At this time, the stiffness adjusting beam 13 becomes a series spring with respect to the viscoelastic damper 17, and the damping action is in series. Then, the beam is transmitted from the end of the main structure beam 3 to the column / beam joint 2 to exert a damping action on the building. That is, in the present invention, by providing the stiffness adjusting beams 13a and 13b, various disturbance factors affecting the ambiguity of the beam stiffness of the main structure beam 3, that is, the damping performance of the viscoelastic damper 17 can be obtained. It is possible to avoid the damping performance of the viscoelastic damper 17 according to the intended design value.
[0045]
FIG. 14 shows a reinforcing structure of the connection between the vibration damping stud 14 and the stiffness adjusting beam 13 as the third embodiment of the present invention. That is, in Embodiment 3, in addition to fixing the upper and lower intermediate columns 14a and 14b to the upper and lower rigidity adjusting beams 13a and 13b with welding or bolts, both sides of the upper and lower intermediate columns 14a and 14b, An example is shown in which the stiffness adjusting beams 13a and 13b are coupled by a wand (inclined reinforcing beam) 40 arranged in the shape of “eight” or “reverse eight”, respectively. Any means may be used for joining the cane 40 to the damping damping column 14 and the stiffness adjusting beam 13. For example, a gusset plate is welded to both ends of the damping rod 14 made of H-shaped steel and the stiffness regulating beam 13. A bolt joint in which the fixing bolt 41 is inserted into the cane 40 and the gusset plate may be used.
[0046]
The third embodiment has the following advantages. In other words, the vibration suppression stud frame set 25 of the above-described first and second embodiments is planned to be used for a normal scale building, and when applied to a large high-rise building, the rigidity adjusting beam 13 It may be necessary to use one having a large cross-sectional structure. In contrast, in the third embodiment, the cross-sectional structure of the H-shaped steel stiffness adjusting beam 13 itself is not enlarged by reinforcing the coupling between the damping post 14 and the stiffness adjusting beam 13 with the cane 40. Both can be applied to the vibration control mechanism of large-scale high-rise buildings.
[0047]
FIG. 15 shows Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, an example in which a semi-liquid viscous body 43 is used instead of the solid viscoelastic body 15 in the first and second embodiments is shown. That is, in the fourth embodiment, the semi-liquid viscous body 43 is accommodated in the vibration damping box 42 that also serves as the lower stud 14b, and the damping steel material 44 that also serves as the upper stud 14a in the semi-liquid viscous body 43. Is inserted movably in the horizontal direction from above, and thus an example is shown in which the stud 14 with the viscoelastic damper 17 is configured.
[0048]
The damping box 42 has a flat rectangular shape, the upper end is open, the reinforcing collar 46 is fixed, and the bottom plate 45 is fixed to the inner flange 10 of the lower stiffness adjusting beam 13b with fixing bolts 47. Yes. On the other hand, the mounting plate 48 fixed to the damping steel member 44 is fixed to the inner flange 10 of the upper stiffness adjusting beam 13b with fixing bolts 47. Other configurations are the same as those of the first and second embodiments.
[0049]
Even in the configuration of the fourth embodiment, when a horizontal force is applied to the beam 3 in the event of an earthquake, the stiffness adjusting beam 13a and the stiffness adjusting beam 13a are fixed to both ends of the beam 3 via the fixing portions 12 of the beam 3 and the stiffness adjusting beam 13. When transmitted to 13b, the damping steel material 44 moves in the horizontal direction while being resisted by the semi-liquid viscous body 43 in the damping box 42, thereby exerting a damping action.
[0050]
[Operation of the embodiment]
According to the embodiment of the present invention, when an external force such as an earthquake with a frequency f = 0.5 Hz is applied, the rigidity of the viscoelastic damper (vibration energy absorber) 17 is set to Kd as shown in FIGS. Assuming that the rigidity of the combined body of the stiffness adjusting beam (metal spring) 13 and the intermediate columns 4a and 4b joined in series is Kc, as shown in FIG. 17, Kc / Kd is 0.5 to 4 at a temperature of 20 ° C. FIG. 16 shows the maximum shearing force of the damping damping column 14. Further, FIG. 18 shows the rigidity as a combined body of the damping inter-column 14 (viscoelastic damper 17 + damping damping column 14) and the stiffness adjusting beam 13, and further, the rigidity with the damping inter-column 14 (viscoelastic damper 17 + damping damping column 14). FIG. 19 shows the attenuation coefficient as a coupling body of the adjusting beam 13.
[0051]
From FIG. 16, the shear force of the damping inter-column 14 has a very large rigidity as a combined body of the stiffness adjusting beam 13 and the inter-columns 4 a and 4 b (Kc = Rigid, the damping inter-column 14 is not joined to the stiffness adjusting beam 13. (It corresponds to the case where it is directly joined to the column / beam joint 2 of the structure), it can be seen that the temperature rapidly increases as the temperature is lowered (the portion of the interlayer displacement is shown in FIG. 1). There is a risk that the viscoelastic damper 17 may be destroyed by this rapidly increasing shearing force. In FIG. 16, the stiffness (Kc) is 145 KN / mm (Kc / Kd = 3.73), 108 KN / mm (Kc / Kd = 2.72), 73 KN / mm (Kc / Kd = 1.76) at a temperature of 20 ° C. ), 36 KN / mm (Kc / Kd = 0.8). That is, by connecting the stiffness adjusting beam 13 having a Kc / Kd of 0.5 to 4 in series to the viscoelastic damper (vibration energy absorber) 17, a rapid axial force at a low temperature, for example, 10 ° C. Can be suppressed. Further, when the temperature is increased, the influence of the stiffness adjusting beam 13 (metal spring) joined in series becomes smaller compared to the low temperature, and as a result, there is an action and an effect of relaxing the temperature dependence of viscoelasticity. Further, such adjustment is based on the fact that the series spring rigidity can be set freely and clearly by using the rigidity adjusting beam 13.
[0052]
18 and 19, the stiffness and damping coefficient of the combined body of the stiffness adjusting beam 13 (metal spring) and the damping stud 14 are also set to the viscoelastic damper (vibration energy) as in the case of the shearing force. By joining in series with the absorber 17, it is possible to prevent an excessive amount at a low temperature. Further, the influence of the metal spring at high temperature is reduced, and the temperature dependence is relaxed.
[0053]
By reducing the temperature dependency of the viscoelastic damper 17 as described above, when the damping damping column 14 with the stiffness adjusting beam 13 is applied to a building, the vibration characteristics of the structure can be stabilized and constant vibration damping can be achieved. The effect can be expected, and on the other hand, the vibration damping stud 14 itself can also realize a cost-effective damping pillar by reducing the acting shear force.
[0054]
In the present invention, what is important is that the damping damping column 14 built in the viscoelastic damper 17 is not directly fixed to the main structure beam 3 but supported by the stiffness adjusting beam 13 arranged in parallel with the beam 3. The fixing structure and fixing portion between the stiffness adjusting beam 13 and the beam 3, and the reinforcing coupling structure between the vibration control stud 14 and the stiffness adjusting beam 13 may be changed according to the design.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, the damping performance of the vibration energy absorbing part (viscoelastic damper) is based on the spring rigidity between the damper and the column / beam joint, that is, the beam rigidity is unclear. Significantly affected by structural beams. In this regard, the present invention has the following effects because it is configured to avoid the influence of the beam rigidity of the main structure.
[0056]
(1) Regardless of the beam size of the main structure, the series spring can be determined by the stiffness adjusting beam combined with the damping stud, so the series spring stiffness can be adjusted freely, and the temperature changes as seen in the performance curve. It is now possible to set the damping force, damping coefficient, and rigidity of the vibration energy absorption part (damper of viscoelastic body) due to the performance target.
[0057]
(2) Easy repair is possible because the vibration energy absorption part (viscoelastic damper) or its surroundings are damaged due to an unexpected large-scale seismic force and can be replaced independently of the main structure. It is. In this respect, in the conventional structure, replacement of the main structure beam is extremely difficult in terms of cost and technology, but this point is improved in the present invention.
[0058]
(3) Since the damping force of the vibration energy absorbing part (viscoelastic damper) is not transmitted to the main structure beam, this main structure beam can be designed without considering the damper damping force, and it is easy to handle the design. is there.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic views of a structure of vibration-damping studs incorporating a viscoelastic damper according to the present invention, and an explanation of a damping action of a structural framework of a building at the time of an earthquake by this FIG.
FIG. 2 is a front view showing the attachment mode of the viscoelastic damper according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of a mounting portion of a viscoelastic damper.
5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIGS. 6A and 6B are enlarged front views showing an arrangement structure of damping pillars incorporating a viscoelastic damper according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state before a damping inter-frame framework set in which a damping inter-column and a stiffness adjusting beam are assembled and manufactured is assembled into a structural framework under construction.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state after a damping inter-frame framework set obtained by assembling and producing a damping inter-column and a stiffness adjusting beam is assembled into a structural framework under construction.
10 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is an enlarged view showing a fixing structure of the steel structure main structure beam and the end of the stiffness adjusting beam.
12 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG.
FIG. 13 is an enlarged view showing a fixing structure between a main structure beam of RC structure and an end of a stiffness adjusting beam.
FIG. 14 is a front view showing a reinforcing and fixing structure of a vibration control column and a stiffness adjusting beam as Embodiment 3 of the present invention.
FIGS. 15A and 15B are an enlarged view and a side view of a viscoelastic damper shown as Embodiment 4 of the present invention, and FIGS. 15C and 15D are partially enlarged views of FIG. is there.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the relationship between the shearing force of the damping stud and the temperature in the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the stiffness (Kd) of the viscoelastic damper, the stiffness (Kc) as a combined body of the stiffness adjusting beam and the intermediate columns 4a, 4b, and the temperature in the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the relationship between the equivalent stiffness as a combined body of damping damping columns and stiffness adjusting beams and temperature in the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a relationship between a damping coefficient and a temperature as a combined body of damping damping columns and stiffness adjusting beams in the present invention.
FIGS. 20A and 20B are a schematic diagram of the arrangement structure of the damping studs incorporating the viscoelastic damper according to the conventional example, and an explanatory diagram of the damping action of the building structure frame at the time of the earthquake by this. is there.
[Explanation of symbols]
1 pillar
2 Column / beam joint
3 beams
3a Upper floor beam
3b Lower floor beam
4 studs
4a Upper stud
4b Lower stud
5 Viscoelastic body
5a Outer steel plate
5b inner steel plate
6 Viscoelastic damper
7 Joining plate
8 Reinforcement plate
9 Welding
10 Inner flange
10a Outer flange
11 Inner flange
12 Fixed part
13 Stiffness adjustment beam
13a Upper stiffness adjustment beam
13b Lower stiffness adjustment beam
14 studs
14a Upper stud
14b Lower stud
15 Viscoelastic body
16 Tip
17 Viscoelastic damper (vibration energy absorption part)
18 Fixing bolt
19 Outer diaphragm
20 Stiffening rib
21 Flange
22 Web
23 End joint plate
24 Fixing bolt
25 Damping stud frame set
26 Spacer
26a Spacer
27 End joint plate
28 Fixing bolt
29 Reinforcement ribs
30 Anchor bolt
31 Curved surface
33 Stopper
34 nuts
35 Stud
36 Reinforcement plate
37 Bolt insertion hole
38 floor boards
39 Concrete floor slabs
40 staff
41 Fixing bolt
42 Damping box
43 Semi-liquid viscous material
44 Damping steel
45 Bottom plate
46 Reinforced collar
47 Fixing bolt
48 Mounting plate

Claims (7)

柱、梁で構成される建築構造物の制振間柱であって、H形鋼製の一方の間柱部材に固定された内鋼板と、他方の間柱部材に固定された外鋼板が交互に単層又は複層に積層して配置され、これらの間に粘弾性体を挟持して振動エネルギー吸収部が形成され、前記間柱部材の両方又は一方は剛性調整梁に固定され、当該剛性調整梁は主体梁構造の梁の両端部付近に支持されているとともに、その両端部が柱に対して間隔を空けて配置されていることを特徴とする制振間柱。It is a vibration-damping stud for a building structure composed of pillars and beams, and an inner steel plate fixed to one intermediate pillar member made of H-shaped steel and an outer steel plate fixed to the other intermediate pillar member are alternately single-layered. Or arranged in multiple layers, a viscoelastic body is sandwiched between them to form a vibration energy absorbing portion, and both or one of the studs is fixed to the stiffness adjusting beam, and the stiffness adjusting beam is the main component. A vibration-damping stud that is supported near both ends of a beam having a beam structure, and that both ends are arranged with a space from the pillar. 前記内鋼板または外鋼板の側面に補剛リブを固着したことを特徴とする請求項1記載の制振間柱。  2. The vibration damping stud according to claim 1, wherein a stiffening rib is fixed to a side surface of the inner steel plate or the outer steel plate. 前記主体構造の梁に固定された剛性調整梁と間柱の結合体についての温度が20℃のときの水平剛性が振動エネルギー吸収部について温度が20℃のときの水平剛性に対し、0.5倍以上4.0以下の剛性を保持していることを特徴とする請求項1または2記載の制振間柱。 The horizontal rigidity when the temperature of the combined body of the stiffness adjusting beam and the studs fixed to the main structure beam is 20 ° C. is 0.5% of the horizontal rigidity when the temperature of the vibration energy absorbing portion is 20 ° C. The damping pillars according to claim 1 or 2, wherein rigidity of not less than double and not more than 4.0 is maintained. 前記間柱と、剛性調整梁の主体構造梁との支持部との間を方杖で連結したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の制振間柱。  The damping stud according to any one of claims 1 to 3, wherein the stud and a support portion of the main structure beam of the stiffness adjusting beam are connected by a wand. 剛性調整梁はH形鋼材であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の制振間柱。  The vibration control stud according to any one of claims 1 to 4, wherein the stiffness adjusting beam is an H-shaped steel material. 柱、梁で構成される建築構造物の制振間柱であって、請求項1に記載の振動エネルギー吸収部に代えて、一方の間柱部材を構成する制振ボックスに粘性流体が封入されていると共に、この制振ボックスに他方の間柱部材を構成する制振鋼材が挿入されて構成された振動エネルギー吸収部を用いることを特徴とする請求項1,3,4,5の何れか1項に記載の制振間柱。It is a vibration control pillar of a building structure composed of columns and beams, and a viscous fluid is enclosed in a vibration control box that constitutes one of the pillar members instead of the vibration energy absorbing portion according to claim 1 . A vibration energy absorbing portion configured by inserting a damping steel material that constitutes the other stud member into the damping box is used in any one of claims 1, 3, 4, and 5. The vibration control pillar described. 請求項1〜6の何れか1項に記載の制振間柱と剛性調整梁を予め工場にて組立ててなる制振間柱枠組みセットを、現場にて建築物の構造骨組に組み込み、前記剛性調整梁を主体構造の梁の両端部付近に固着することを特徴とする制振間柱の構築方法。  A vibration control pillar frame set in which the vibration control pillar and rigidity adjustment beam according to any one of claims 1 to 6 are assembled in advance at a factory is incorporated in a structural framework of a building at a site, and the rigidity adjustment beam Is constructed in the vicinity of both ends of the main structure beam.
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