JP5405062B2 - Vibration-damping studs using viscoelastic dampers and buckling-restrained braces - Google Patents
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本発明は、建物の骨組に組み込まれ、交通振動や地震等において建物に負荷されるエネルギーを吸収するために用いられる座屈拘束ブレースと粘弾性ダンパーを併用した制振間柱に関する。 The present invention relates to a vibration damping stud that uses a buckling restraint brace and a viscoelastic damper that are incorporated in a building framework and used to absorb energy loaded on the building in traffic vibrations or earthquakes.
鉄骨構造体等からなる建物において用いられる制振手段として、振動により粘弾性体にせん断変形を行わせて振動エネルギーを吸収するようになされた粘弾性ダンパーを用いたものや、芯材とこの芯材の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材とを有し、拘束材により座屈を防止しながらエネルギーを芯材の伸縮により吸収することによって構造体の損傷を回避する座屈拘束ブレースを用いたものなどが従来より種々提供されている。 As vibration control means used in buildings consisting of steel structures, etc., those using viscoelastic dampers that absorb vibration energy by shearing the viscoelastic body by vibration, or core material and this core It has a restraining material that restrains buckling while allowing expansion and contraction in the length direction of the material, and prevents damage to the structure by absorbing energy by stretching and contracting the core material while preventing buckling by the restraining material. Various types using a buckling-restrained brace have been provided.
しかし、粘弾性ダンパーによる制振では、中小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対しては有効であるのに対し、大地震による大振動に対しては十分な効果を発揮できない。一方、座屈拘束ブレースによる制振では大地震による大振動に対しては有効であるのに対し、中小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対しては十分な効果を発揮できない。 However, the vibration suppression by the viscoelastic damper is effective for small vibrations such as small and medium earthquakes, wind vibrations, traffic vibrations, etc., but it cannot exhibit sufficient effects for large vibrations caused by large earthquakes. On the other hand, vibration suppression by buckling-restrained braces is effective against large vibrations caused by large earthquakes, but cannot sufficiently exhibit small vibrations such as small and medium earthquakes, wind vibrations, and traffic vibrations.
本発明は、以上のような問題点に鑑み、中小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対しても、大地震による大振動に対しても十分な効果を発揮する粘弾性ダンパーと座屈拘束ブレースを併用した制振間柱を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention provides a viscoelastic damper that exhibits sufficient effects against small vibrations such as small and medium earthquakes, wind vibrations, traffic vibrations, and large vibrations caused by large earthquakes. It is an object of the present invention to provide a vibration-damping pillar using a buckling-restrained brace.
上記の課題は、建物の梁間に取付けられる制振間柱であって、
振動により粘弾性体にせん断変形を行わせて振動エネルギーを吸収するようになされるとともに該振動の可動幅が制限された粘弾性ダンパーと、
芯材とこの芯材の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材とを有する座屈拘束ブレースを併用したことを特徴とする制振間柱により解決される。
The above problem is a vibration control pillar installed between beams of a building,
A viscoelastic damper that absorbs vibrational energy by causing shear deformation of the viscoelastic body by vibration and has a limited movable width of the vibration;
This is solved by a damping stud that uses a buckling constraining brace having a core material and a constraining material that constrains buckling while allowing expansion and contraction in the length direction of the core material.
上記制振間柱では、振動により粘弾性体にせん断変形を行わせて振動エネルギーを吸収するようになされた粘弾性ダンパーが設けられるので中小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対して有効に機能するとともに、大地震による大振動のときは、粘弾性ダンパーは振動の可動幅が制限されるため、芯材とこの芯材の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材とを有する座屈拘束ブレースが履歴型ダンパーとして有効に機能する。粘弾性ダンパーに振動の可動幅を制限する機構を設けることで一定の振動以上のときには粘弾性ダンパーの振動が制限されることにより、座屈拘束ブレースが優先的に機能し大きな振動に対応することができる。 In the above-mentioned vibration control column, there is a viscoelastic damper that absorbs vibration energy by causing shear deformation of the viscoelastic body by vibration, so it can withstand small vibrations such as small and medium earthquakes, wind vibrations, traffic vibrations, etc. In addition to functioning effectively, the viscoelastic damper restricts buckling while allowing the core material and expansion and contraction in the length direction of the core material because the movable width of the vibration is limited during large vibrations caused by a large earthquake. A buckling-restrained brace having a restraining material functions effectively as a hysteretic damper. By providing a mechanism that limits the movable width of vibration in the viscoelastic damper, the vibration of the viscoelastic damper is limited when the vibration exceeds a certain level, so that the buckling-restrained brace functions preferentially to handle large vibrations. Can do.
また、粘弾性ダンパーが制振間柱の中央部に取付けられるとよい。粘弾性ダンパーが制振間柱の中央部に取付けられることで、粘弾性ダンパーを有する制振間柱としてユニット化することができ、建物本体と制振間柱の施工は建物の梁等と制振間柱の本体部とを接合するだけでよく、制振間柱の施工を容易に行うことができる。また、既存の建物に対して耐震補強をするときにもユニット化された制振間柱を利用して施工を容易に実施することができる。さらに粘弾性ダンパーを交換する場合、粘弾性ダンパーが制振間柱の中央部にあることで容易に交換することが可能となる。 Moreover, it is good to attach a viscoelastic damper to the center part of a vibration suppression stud. By attaching the viscoelastic damper to the center of the damping stud, it can be unitized as a damping stud with viscoelastic damper. It is only necessary to join the main body portion, and the construction of the vibration damping pillar can be easily performed. In addition, when retrofitting an existing building, it is possible to easily carry out the construction by using a unitized damping pillar. Furthermore, when exchanging the viscoelastic damper, the viscoelastic damper can be easily replaced because the viscoelastic damper is in the central portion of the damping stud.
また、座屈拘束ブレースが方杖形式で制振間柱と梁間に取付けられるとよい。座屈拘束ブレースが方杖形式で制振間柱と梁間に取付けられることで、縦揺れ、横揺れなど各方向の揺れに対しても効果的に座屈拘束ブレースが機能することができる。また座屈拘束ブレースが塑性変形し座屈拘束ブレースを交換する場合、制振間柱と梁間に方杖形式で取付けられるため取替えを容易に行うことができる。 Further, it is preferable that a buckling restrained brace is attached between the vibration control pillar and the beam in a cane form. By attaching the buckling-restrained brace between the vibration-damping stud and the beam in the form of a cane, the buckling-restraining brace can effectively function against swinging in each direction such as pitching and rolling. In addition, when the buckling restrained brace is plastically deformed and is replaced, the replacement can be easily performed because the buckling restrained brace is attached in the form of a cane between the damping column and the beam.
さらに、粘弾性ダンパー及び/又は座屈拘束ブレースが交換可能であるとよい。粘弾性ダンパー内の粘性体が劣化した場合や仕様の変更が生じた場合、地震等のエネルギー吸収により座屈拘束ブレースが塑性変形した場合など交換が必要となったときに制振間柱全体を交換することなく、必要な粘弾性ダンパー及び/又は座屈拘束ブレースだけを交換することで、容易にまた費用をかけずに交換を実現し必要な諸性能を確保することができる。 Furthermore, the viscoelastic damper and / or buckling restraint brace may be exchangeable. If the viscous body in the viscoelastic damper has deteriorated or the specification has changed, or if the buckling-restrained brace is plastically deformed due to energy absorption such as an earthquake, the entire damping damping column must be replaced. Without replacement, only the necessary viscoelastic dampers and / or buckling-restraining braces can be replaced, and the required performance can be ensured easily and without cost.
本発明の粘弾性ダンパーと座屈拘束ブレースを併用した制振間柱は以上のとおりであるから、小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対しても、大地震による大振動に対しても十分な効果を発揮することができる。 The vibration suppression studs using the viscoelastic damper and the buckling-restrained brace of the present invention are as described above, so even for small vibrations such as small earthquakes, wind vibrations, traffic vibrations, etc. However, a sufficient effect can be exhibited.
次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1、図2に示す制振間柱1において、2は粘弾性ダンパー、3は座屈拘束ブレース、4は柱、5は梁である。また、6は柱、梁に取付けられた補強のためのリブである。制振間柱1は建物の梁間に設けられる。制振間柱1は柱4と柱4の中央部に取替え可能に取付けられる粘弾性ダンパー2と柱4と梁5間に方杖として取付けられる座屈拘束ブレース3とからなる。
1 and 2, 2 is a viscoelastic damper, 3 is a buckling restrained brace, 4 is a column, and 5 is a beam.
粘弾性ダンパー2において、図3に示すように21はプレート21aを有する粘弾性ダンパー上側部、22は上部開放の函体22aを有する粘弾性ダンパー下側部であり、函体22a内壁部とプレート21a間は粘弾性体23,23が接着状態に介設され、粘弾性体ダンパー上側部21と粘弾性体ダンパー下側部22とが交通振動や地震等の振動により水平に方向に相対変位をすると、粘弾性体23,23がせん断変形をして振動エネルギーを吸収し、振動を減衰するようになされる。また、プレート21aは函体22aの内部を水平方向に移動可能であるが、プレート21aは函体22aの側壁により、水平方向の振動が制限され、一定量以上の水平方向の変位が規制されるようになされる。また、本実施形態においては、図3(ロ)に示すようにプレート21aは函体22aの内部を上下方向に移動可能であるが、プレート21aは函体22aを支持するベース部22b及びプレート21aを支持するベース部21bにより、上下方向の振動が制限され、一定量以上の上下方向の変位が規制されるようになされる。
なお、図3及び後述の図4において、プレート21a、函対22a、粘弾性体23の形状は粘弾性ダンパー2の可動状況を説明するために形状をデフォルメして作図している。
In the
3 and FIG. 4 to be described later, the shapes of the
以上の構成により、図4(イ)、(ハ)に示すように、振幅の小さい小振動時には、粘弾性体ダンパー上側部21と粘弾性体ダンパー下側部22との相対移動量は小さく、プレート21aの移動は函体22aの側面により制限を受けず振幅を繰り返し、粘弾性体ダンパー2の粘弾性体層23,23がせん断変形をして振動エネルギーを吸収し振動を減衰する。一方、図4(ロー1)、(ロー2)、(ハー1)、(ハー2)に示すように、振幅の大きい大振動時には、粘弾性体ダンパー上側部21と粘弾性体ダンパー下側部22との相対移動量は大きくなるが、函体22aの側面によりプレート21aの左右への移動は制限され、粘弾性ダンパーとして機能しなくなる。この粘弾性ダンパー2は、一定の振幅以上では粘弾性ダンパーとして機能しないが、粘弾性ダンパーとしての機能を停止することで後述するように制振間柱1の座屈拘束ブレースが効果的に機能し、大きな振幅に対して振幅の減衰を図ることができる。
With the above configuration, as shown in FIGS. 4A and 4C, the relative movement amount between the viscoelastic damper
粘弾性体ダンパー上側部21はプレート21aを支持するベース部21bと建物躯体側の上フランジ、下フランジ及び両フランジを接続するウェブからなるH型鋼からなる柱4と接合するための接合部からなる。接合部はウェブ部21cと上フランジ部21d、下フランジ部21dより構成され、それぞれウェブ部21c、上フランジ部21d、下フランジ部21dにはH型鋼からなる柱4と接合プレート10を介してボルト接合するためのボルト孔が設けられている。
The
同様に、粘弾性体ダンパー下側部22は函体22aを支持するベース部22bと建物躯体側の上フランジ、下フランジ及び両フランジを接続するウェブからなるH型鋼からなる柱4と接合するための接合部からなる。接合部はウェブ部22cと上フランジ部22d、下フランジ部22dより構成され、それぞれウェブ部22c、上フランジ部22d、下フランジ部22dにはH型鋼からなる柱4と接合プレート10を介してボルト接合するための孔が設けられている。
Similarly, the
柱4と粘弾性ダンパー2との接合は図1に示すように、柱4,4間に粘弾性体ダンパーが介設され、H型鋼からなる柱4,4のウェブ部、上フランジ部、下フランジ部と粘弾性ダンパー接合部のそれぞれウェブ部、上フランジ部、下フランジ部どうしをあわせプレート10,10を介してボルトにより接合される。粘弾性ダンパー2は柱4に対してボルトにより接合されているため、取外しが可能となる。
As shown in FIG. 1, the
また、制振間柱1と梁5との接合は図1に示すように、H型鋼からなる柱4の一方のフランジとはT型鋼7、またもう一方のフランジとはL型鋼8を接合部材としてスプリットティー接合により接合されている。なお、9は梁5とL型鋼8の間隔を埋めるスペーサーである。
In addition, as shown in FIG. 1, the damping inter-column 1 and the
座屈拘束ブレース3は、図5に示すように芯材31とこの芯材を囲んで設けられて芯材31の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材32とを有する。座屈拘束ブレース3は、芯材31と拘束材32とを有するものであれば、特にその構成を問わないが、例えば図5のように、芯材31が断面方形の低降伏点鋼材とされ、その周囲に両端部分を残しアンボンド材35を介してコンクリート製の断面中空角型の座屈拘束材32が設けられたものとされる。芯材31は、アングル材等の形鋼等であってもよい。アンボンド材35にはグリースやアスファルト等が用いられる。芯材31の両端部分は座屈拘束材32の端部よりそれぞれ突出しており、この突出部分に柱4と接合する接合プレート33、建物躯体の梁と接合する接合プレート34がそれぞれの接合面を90度異ならせ、座屈拘束ブレースを柱4と梁5の接合部に方杖としてそれぞれの接合部プレート33,34を柱4と梁5の接合面にあわせ、ボルト接合により取付けられる。これら接合プレート33,34には複数のボルト孔が設けられる。座屈拘束ブレース3は柱4及び梁5に対してボルトにより接合されるため、取外しが可能となる。特に、柱4と梁5に対して方杖形式で座屈拘束ブレースが接合されているため、取外しを容易に行うことができる。
As shown in FIG. 5, the buckling
座屈拘束ブレース3は、制振間柱1の一部として柱4と梁5の間に方杖として組み込まれるため、地震等の振動エネルギーが座屈拘束ブレースの芯材31によって吸収される。芯材31はその外周にそって設けられた拘束材32によって座屈拘束されるため、圧縮耐力が付与され、構造物に対する良好な耐震補強機能を奏する。また、座屈拘束ブレースは芯材31と拘束材32との軸方向の相対移動が許容されることで座屈拘束の機能を得るものであるが、芯材31と拘束材32との間にアンボンド材35を介在させることで、芯材31と拘束材32が接触してその摩擦により相対移動が妨げられることがなく、常に良好な相対移動の許容状態が維持され、座屈防止機能が確保される。
The buckling-restrained
以上のように、制振間柱1は粘弾性ダンパー2及び座屈拘束ブレース3が取り外し可能に取付けられて構成されており、粘弾性ダンパー2が振動の可動幅が制限されるため、中小地震や風による振動、交通振動などの小振動に対しては粘弾性ダンパー2が有効に機能するとともに、大地震による大振動のときは、粘弾性ダンパー2は振動の可動幅が制限され、一定の振幅以上では粘弾性ダンパーとして機能しないが、粘弾性ダンパーとしての機能を停止することで制振間柱1の座屈拘束ブレース3が効果的に機能し、座屈拘束ブレース3が履歴型ダンパーとして有効に機能する。よって、交通振動や風、小地震などの小振幅の振動から大地震による大振幅の振動まで効果的に機能し振動を吸収することができる。
As described above, the damping
また、粘弾性ダンパー2が制振間柱1の中央部に取付けられることで、粘弾性ダンパー2を有する制振間柱1としてユニット化することができ、建物本体と制振間柱1の施工は建物の梁等と制振間柱1の本体部とを接合するだけでよく、制振間柱1の施工を容易に行うことができる。また、既存の建物に対して耐震補強をするときにもユニット化された制振間柱1を利用して施工を容易に実施することができる。さらに粘弾性ダンパー2を交換する場合、粘弾性ダンパー2が制振間柱1の中央部にあることで容易に交換することが可能となる。
Moreover, by attaching the
また、座屈拘束ブレース3が方杖形式で制振間柱1と梁間に取付けられるので、縦揺れ、横揺れなど各方向の揺れに対しても効果的に座屈拘束ブレース3が機能することができる。また座屈拘束ブレース1が塑性変形し座屈拘束ブレース3の交換する場合、制振間柱と梁間に方杖形式で取付けられているため交換を容易に行うことができる。
Moreover, since the buckling
さらに、粘弾性ダンパー2内の粘性体が劣化した場合や仕様の変更が生じた場合、地震等のエネルギー吸収により座屈拘束ブレース3が塑性変形した場合など交換が必要となったときに制振間柱1全体を交換することなく、必要な粘弾性ダンパー2及び/又は座屈拘束ブレース3だけを交換することで、容易にまた費用をかけずに交換を実現し必要な諸性能を確保することができる。
Further, when the viscous body in the
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
また、上記実施形態では、粘弾性ダンパー2として柱4,4間に取付けた場合について示したが、粘弾性ダンパーの取付け位置に限定はなく、また粘弾性ダンパーの構成についても上記実施形態で示した形状に限定されず、粘弾性体により振動を吸収する粘弾性ダンパーであればよく、本実施形態では、水平の振動に対してだけでなく上下の振動に対しても機能する粘弾性ダンパーについて示したが、水平方向のみの振動に対して機能する粘弾性ダンパーであってもよい。
また、座屈拘束ブレースについても上記実施形態で示した構成に限定されず、芯材とこの芯材の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材とを有する座屈拘束ブレースであればよく、アンボンド材がなくてもよく、制振間柱に対する固定位置についても方杖形式に限定されない。
In the above embodiment, the
Further, the buckling restraint brace is not limited to the configuration shown in the above embodiment, and includes a core member and a restraint restraint brace that restrains buckling while allowing expansion and contraction of the core member in the length direction. The unbonded material may be omitted, and the fixing position with respect to the vibration control pillar is not limited to the cane type.
また、制振間柱の形鋼について、H型鋼の場合について示したが、H型鋼に限定されることはなく、任意の形鋼を用いることができ、粘弾性体ダンパーの接合部の形状についても形鋼の形状に対応すればよい。 In addition, although the shape steel of the damping stud is shown in the case of the H-shaped steel, it is not limited to the H-shaped steel, any shape steel can be used, and the shape of the joint portion of the viscoelastic damper is also used. What is necessary is just to respond | correspond to the shape of a shape steel.
1・・・制振間柱
2・・・粘弾性ダンパー
3・・・座屈拘束ブレース
4・・・柱
5・・・梁
DESCRIPTION OF
Claims (1)
振動により粘弾性体にせん断変形を行わせて振動エネルギーを吸収するようになされるとともに該振動の可動幅が制限された粘弾性ダンパーと
芯材とこの芯材の長さ方向の伸縮を許容しながら座屈を拘束する拘束材とを有する座屈拘束ブレースが併用され、
前記粘弾性ダンパーが前記制振間柱中央部に交換可能に取付けられ、
前記座屈拘束ブレースが方杖形式で、前記粘弾性ダンパーを跨がない態様により前記制振間柱と前記梁間に交換可能に取付けられたことを特徴とする制振間柱。 A damping stud attached between the beams of the building,
The viscoelastic body is subjected to shear deformation by vibration to absorb vibration energy, and the viscoelastic damper with limited movable width of the vibration, the core material, and expansion and contraction in the length direction of the core material are allowed. buckling restrained braces and a restraining member for restraining the buckling is used in combination with,
The viscoelastic damper is attached to the central part of the vibration control column in an exchangeable manner,
A damping damping column, wherein the buckling-restraining brace is in the form of a cane and is exchangeably mounted between the damping damping column and the beam in a manner that does not straddle the viscoelastic damper .
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