JP4698054B2

JP4698054B2 - Damping stud and its construction method

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Publication number: JP4698054B2
Application number: JP2001103571A
Authority: JP
Inventors: 徹竹内; 安洋中田; 貴志白井; 博志中村
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002295053A

Description

【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の温度が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

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.

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.

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.

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.

The vibration control stud according to any one of claims 1 to 4, wherein the stiffness adjusting beam is an H-shaped steel material.

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.

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.