JP6517052B2 - Shear damper - Google Patents
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Description
この発明は、住宅やその他各種の建物における地震等の外力により相対移動する二つの部材間に用いられるエネルギー吸収用の板状のせん断ダンパに関する。 The present invention relates to an energy absorbing plate-like shear damper used between two members relatively moved by an external force such as an earthquake in a house or other various buildings.
従来、せん断力に対して曲げで損傷させる板状のせん断ダンパでは、弱点となりうる溶接等による両端の接合部に損傷を発生させないように、接合部から離れた一部分に切欠きを設けることで損傷する箇所を接合部以外に限定させている。外力によりせん断ダンパに作用するモーメントの大きさは、両端の接合部間の中心を挟んでモーメントの正負が反転する逆対称曲げモーメントの勾配に対応して、前記中心からの距離で決定される。前記切欠きを設けたせん断ダンパの場合、外力によるモーメントに対して断面性能が下回った箇所で損傷することになる。 Conventionally, in plate-like shear dampers that are damaged by bending due to shear force, damage is generated by providing a notch at a part away from the joint so as not to damage the joint at both ends due to welding or the like that can be a weak point. The locations to be used are limited to those other than the joint. The magnitude of the moment acting on the shear damper by the external force is determined by the distance from the center corresponding to the slope of the antisymmetrical bending moment in which the positive and negative of the moment are reversed across the center between the joints at both ends. In the case of the shear damper provided with the notches, damage occurs at a point where the cross-sectional performance is lower than the moment due to the external force.
また、せん断ダンパの一部に切欠きを設けることで、広い範囲で損傷が発生するようにした例もあるが、切欠きの位置や大きさは経験的に決められているにすぎない。 In addition, there is also an example in which damage is generated in a wide range by providing a notch in a part of the shear damper, but the position and size of the notch are only determined empirically.
従来の曲げによって損傷させる形式のせん断ダンパの場合、モーメント勾配と断面係数によって決定された位置に損傷を発生させることができるが、決定された位置となる断面に損傷が集中するため、一箇所に曲げによる亀裂が入る。このため、変形能力が小さく、繰り返してかかる力に対して耐久力が乏しい。また、モーメント勾配に合わせた断面係数となるように切欠きの形状が決められていないため、最も効率良く損傷させることができない。 In the case of conventional shear dampers that are damaged by bending, although damage can be generated at a position determined by the moment gradient and section coefficient, the failure is concentrated at the cross section where the determined position is obtained. There is a crack due to bending. For this reason, the deformability is small, and the durability against repeated forces is poor. In addition, since the shape of the notch is not determined so as to have a section coefficient in accordance with the moment gradient, it can not be damaged most efficiently.
この発明の目的は、地震等の外力によるせん断力を受けた場合に、ある領域を持つ一部分を同じ荷重で損傷させることで、変形能力が大きくかつ耐久力に優れ、かつ製作が容易なせん断ダンパを提供することである。 An object of the present invention is a shear damper which has a large deformability, excellent durability, and easy manufacture by damaging a part having a certain area with the same load when receiving a shear force by an external force such as an earthquake. To provide.
この発明のせん断ダンパは、建物における外力により相対移動する二つの部材間に用いられるエネルギー吸収用の厚さが均一な板状のせん断ダンパであって、前記二つの部材間を結ぶ方向である部材間方向の両端に位置し前記二つの部材にそれぞれ固定される両側の固定部と、これら両側の固定部の間にそれぞれ前記固定部に隣り合って位置し外力による曲げによって損傷する両側の損傷部と、これら両側の損傷部の間に位置する連結部とを備え、前記固定部、損傷部、および連結部が互いに一体であり、前記建物における前記外力による前記二つの部材の相対移動によってせん断力がかかる方向と前記厚さの方向とが一致するように配置される。前記損傷部は、前記部材間方向と垂直な断面の形状が矩形であり、板厚をt、前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面における前記厚さの方向と直交する方向の幅をb、材料の降伏強度をσy、建物ごとに決められるせん断力をQとした場合、前記損傷部における前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが、次式
S=(6Q/(σy・t))・y
により決定され、
かつ前記固定部および前記連結部の前記部材間方向と垂直な断面の面積は、前記式で決定される前記断面の面積Sよりも大きく、前記固定部は、前記損傷部の前記固定部に続く端部よりも幅広であることを特徴とする。
A shear damper according to the present invention is a plate-like shear damper having a uniform thickness for energy absorption used between two members relatively moved by an external force in a building, the members being a direction connecting the two members. Fixing portions on both sides located at both ends in the interdirection and fixed to the two members, and damaged portions located on both sides between the fixing portions on both sides adjacent to the fixing portion and damaged by bending due to external force And a connecting part located between the damaged parts on both sides, wherein the fixing part, the damaged part, and the connecting part are integrated with each other, and shear force is caused by the relative movement of the two members by the external force in the building. And the direction of the thickness are aligned with each other. The damaged portion has a rectangular shape in cross section perpendicular to the inter-member direction, and has a plate thickness t, and a width in a direction perpendicular to the thickness direction in a cross section separated from the center in the inter-member direction by a distance y Where b is the yield strength of the material σy, and the shear force determined for each building is Q, the area S of the cross section separated by the distance y from the center in the inter-member direction at the damaged portion is 6Q / (σy · t)) · y
Determined by
And the area of said member between a direction perpendicular to the cross section of the fixing portion and the connecting portion, the much larger than the area S of the cross section is determined by the formula, the fixed portion, the fixed portion of the damaged portion It is characterized in that it is wider than the following end .
式S=(6Q/(σy・t))・yは、せん断ダンパに厚さ方向のせん断力がかかった場合における、部材間方向の中心から距離yにある断面の耐力となる曲げモーメントと、せん断ダンパがせん断力を受けたときに部材間方向の中心から距離yの位置に発生する曲げモーメントとの関係から導かれる。このように損傷部における前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面の面積Sを定めることで、損傷部の部材間方向の全領域において、部材間方向の中心から距離yにある断面の耐力となる曲げモーメントと、せん断ダンパがせん断力を受けたときに部材間方向の中心から距離yの位置に発生する曲げモーメントとが一致する。
板厚tは一定であるから、(6Q/(σy・t))をα(定数)に置き換えれば、式S=α・yとなる。つまり、損傷部における前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面の面積Sは、前記距離yに比例する。なお、前記せん断力Qの値は、建物の設計上で成り立つ範囲であればよく、建物の設計等によって定数として任意に設定すればよい。
Formula S = (6Q / (σ y · t)) · y is in the case where the shearing force in the thickness direction is applied to the shear damper, the bending moment becomes strength of the section from the center of the inter-member direction distance y When the shear damper receives a shear force, it is derived from the relationship with the bending moment generated at the distance y from the center in the direction between members. Thus, by defining the area S of the cross section separated by the distance y from the center in the inter-member direction in the damaged part, the cross-section at the distance y from the center in the inter-member direction in the entire region in the inter-member direction of the damaged part The bending moment as the proof load and the bending moment generated at the position y from the center in the direction between the members when the shear damper is subjected to the shear force coincide with each other.
Since the plate thickness t is constant, if (6Q / (σ y · t)) is replaced with α (constant), the equation S = α · y is obtained. That is, the area S of the cross section which is separated by the distance y from the center in the inter-member direction in the damaged portion is proportional to the distance y. Note that the value of the shear force Q may be in a range that holds in design of a building, and may be arbitrarily set as a constant according to the design of the building and the like.
固定部および連結部の部材間方向と垂直な断面の面積は、前記式S=(6Q/(σy・t))・yで決定される断面の面積Sよりも大きいため、このせん断ダンパが設けられる二つの部材間に相対移動が発生すると、損傷部が変形することでエネルギーを吸収する。損傷部の断面の面積を式S=(6Q/(σy・t))・yの関係が成り立つ形状としたため、損傷部が全領域で同程度に損傷する。つまり、損傷部の一部が局所的に損傷するのではなく、全体が少しずつ損傷する。そのため、変形能力が大きくかつ耐久力に優れる。
この発明のせん断ダンパは、厚さが均一な板状であるため、板材をレーザー加工等により切り出すことで容易に製作することができる。
Since the area of the cross section perpendicular to the inter-member direction of the fixing portion and the connecting portion is larger than the area S of the cross section determined by the equation S = (6Q / (σ y · t)) · y, this shear damper When relative movement occurs between the two provided members, the damaged part deforms to absorb energy. Since the area of the cross section of the lesion was the expression S = (6Q / (σ y · t)) · y relationship holds shape, the damaged part is damaged to the same extent in all areas. That is, not a part of the injured part is locally damaged, but the whole is gradually damaged. Therefore, the deformability is large and the durability is excellent.
Since the shear damper of the present invention is in the form of a plate having a uniform thickness, it can be easily manufactured by cutting a plate material by laser processing or the like.
この発明において、前記連結部は、前記部材間方向の全長に亘って、前記部材間方向と垂直な断面における前記厚さの方向と直交する方向の幅が一定であってもよい。この場合、連結部の部材間方向および厚さの方向と直交する両側縁の形状が平行となり、加工がし易い。 In the present invention, the connecting portion may have a constant width in a direction perpendicular to the thickness direction in a cross section perpendicular to the inter-member direction over the entire length in the inter-member direction. In this case, the shapes of the inter-member direction of the connecting portion and the side edges orthogonal to the thickness direction become parallel, which facilitates processing.
この発明において、材料の許容せん断応力度をτとした場合、前記連結部の前記部材間方向と垂直な断面の面積が、次式
τ≧Q/(b・t)
で与えられる条件を充足するとよい。
逆対称曲げモーメントに対する耐力だけであれば、式S=(6Q/(σy・t))・yで決定される断面の面積よりも大きくするだけでよいが、二つの部材間でせん断ダンパを介してせん断力を伝達させるために連結部の断面の面積を上記のように定める。
In the present invention, assuming that the allowable shear stress of the material is τ, the area of a cross section perpendicular to the inter-member direction of the connecting portion is expressed by the following equation: τ ≧ Q / (b · t)
It is good to satisfy the condition given by.
If it is only the proof stress against the antisymmetrical bending moment, it is only necessary to make it larger than the area of the cross section determined by the equation S = (6Q / (σ y · t)) · y. The area of the cross section of the connection is determined as described above in order to transmit the shear force.
この発明のせん断ダンパは、建物における外力により相対移動する二つの部材間に用いられるエネルギー吸収用の板状のせん断ダンパであって、建物における外力により相対移動する二つの部材間に用いられるエネルギー吸収用の厚さが均一な板状のせん断ダンパであって、前記二つの部材間を結ぶ方向である部材間方向の両端に位置し前記二つの部材にそれぞれ固定される両側の固定部と、これら両側の固定部の間にそれぞれ前記固定部に隣り合って位置し外力による曲げによって損傷する両側の損傷部と、これら両側の損傷部の間に位置する連結部とを備え、前記固定部、損傷部、および連結部が互いに一体であり、前記建物における前記外力による前記二つの部材の相対移動によってせん断力がかかる方向と前記厚さの方向とが一致するように配置され、前記損傷部は、前記部材間方向と垂直な断面の形状が矩形であり、板厚をt、前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面における前記厚さの方向と直交する方向の幅をb、材料の
降伏強度をσy、建物ごとに決められるせん断力をQとした場合、前記損傷部における前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが、次式
S=(6Q/(σy・t))・y
により決定され、かつ前記固定部および前記連結部の前記部材間方向と垂直な断面の面積は、前記式で決定される前記断面の面積Sよりも大きく、前記固定部は、前記損傷部の前記固定部に続く端部よりも幅広であるため、地震等の外力によるせん断力を受けた場合に、ある領域を持つ一部分を同じ荷重で損傷させることで、変形能力が大きくかつ耐久力に優れ、かつ製作が容易である。
The shear damper of the present invention is a plate-like shear damper for energy absorption used between two members relatively moved by external force in a building, and energy absorption used between two members relatively moved by external force in a building A plate-like shear damper having a uniform thickness, and fixed parts located on both ends in the inter-member direction which is a direction connecting the two members and fixed to the two members, and It comprises: a damaged part located adjacent to the fixed part between the fixed parts on both sides and damaged by bending due to external force; and a connecting part located between the damaged parts on both sides, the fixed part, the damage parts, and the connecting portion are integral with one another, the direction of the thickness to the direction in which the take shearing force by relative movement of the two members due to the external force in the building matches The damaged portion has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the inter-member direction, a thickness t and a direction of the thickness in a cross-section separated by a distance y from the center between the inter-members and Assuming that the width in the orthogonal direction is b, the yield strength of the material is σy, and the shear force determined for each building is Q, the area S of the cross section separated by the distance y from the center in the inter-member direction at the damaged portion is The following equation S = (6Q / (σy · t)) · y
Area of the member between a direction perpendicular to the cross section of the determined, and the fixed portion and the connecting portion by, the much larger than the area S of the cross section is determined by the formula, the fixing portion of the damaged portion Because it is wider than the end part following the fixed part, it has a large deformability and excellent durability by damaging a part having a certain area with the same load when receiving a shear force by an external force such as an earthquake. And easy to manufacture.
この発明の実施形態を図面と共に説明する。この発明のせん断ダンパは、戸建て住宅、集合住宅等の住宅やその他各種の建物における地震等の外力により相対移動する二つの部材間に用いられる。例えば、図13(A),(B),(C)に示す各耐力壁において、パネルフレーム21と斜材25との接合部にせん断ダンパ1が用いられる。図13(A)の場合、パネルフレーム21の縦フレーム材22および斜材25が相対移動する二つの部材であり、図13(B)および図13(C)の場合、パネルフレーム21の横フレーム材23および斜材25が相対移動する二つの部材である。後述の「部材間方向」は、二つの部材におけるせん断ダンパ1が接合される部材間を結ぶ方向であり、図13(A),(B),(C)において矢印Yで示される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The shear damper of the present invention is used between two members which move relative to each other due to an external force such as an earthquake in a house such as a single-family house or an apartment house or other various buildings. For example, in each of the bearing walls shown in FIGS. 13 (A), (B) and (C), the
実施形態の説明に先立ち、この発明の基本的な考え方について説明する。図1(A)〜(D)は、外力により相対移動する二つの部材10,10間に板状のせん断ダンパ1を設けた状態を示す。上段は側面図、下段は正面図である。
図1(A)に示すような幅が一定のせん断ダンパ1に厚さ方向のせん断力が作用すると、図1(B)のように、相対移動する二つの部材10に固定された固定部11に負担がかかり損傷する。溶接箇所である固定部11は入熱の影響により他の部分よりも弱いため、固定部11で損傷が発生する。固定部11で損傷してしまうと、せん断ダンパ1が耐え得るせん断力の予測がたたない。
Prior to the description of the embodiments, the basic concept of the present invention will be described. FIGS. 1A to 1D show a state in which a plate-
When a shear force in the thickness direction acts on a
そこで、図1(C)のように、せん断ダンパ1の一部分に切欠き12を設けることで、損傷する箇所を固定部11以外に限定させることが行われている。しかし、単に切欠き12を設けるだけでは、切欠き12とそれ以外の箇所との境界部13に損傷が集中するため、変形能力が小さくかつ耐久力に乏しいせん断ダンパとなる。前記境界部13に損傷が集中するのは、次の理由による。せん断ダンパ1には、外力により中央でモーメントの正負が反転する逆対称曲げモーメントM(図2参照)が作用する。この逆対称曲げモーメントMに対して断面係数が下回った箇所で損傷が発生する。このため、切欠き12の範囲内で最も大きな曲げモーメントが作用する箇所である、長手方向の中心から最も離れた境界部13に損傷が集中するのである。
Therefore, as shown in FIG. 1C, by providing the
この発明の主旨は、図1(D)のように、逆対称曲げモーメントMと断面係数が一致するようにせん断ダンパ1の形状を工夫することで、所定の範囲14で損傷が同程度に発生させる。これにより、せん断ダンパ1の変形能力を大きくかつ耐久力を向上させることである。
The gist of the present invention is that, as shown in FIG. 1 (D), damage is generated to the same extent in a
図3は、上記考え方に基づくせん断ダンパの第1の実施形態を示す。図3(A)はせん断ダンパ1の正面図に部材間方向の中心から部材間方向に±yの距離にある断面の図を付加した図、(B)はその側面図である。図3の例は、図13(B)のIII部に使用されているせん断ダンパ1を示す。図3に示すせん断ダンパ1が、それぞれの板面が互いに対向するように並列に複数個設けられる。図13(B)において、複数枚のせん断ダンパ1は、紙面の左右方向に並ぶ。
このせん断ダンパ1は、厚さが均一な板状であって、長手方向の両端に位置し外力により相対移動する二つの部材10,10にそれぞれ固定される両側の固定部2,2と、これら両側の固定部2,2の内側にそれぞれ隣り合って位置し曲げにより損傷する両側の損傷部3,3と、これら両側の損傷部3,3の間に位置する連結部4とで構成される。このせん断ダンパ1は、建物における外力による二つの部材10,10の相対移動によってせん断力がかかる方向と厚さの方向とが一致するように配置され、固定部2,2が溶接により各部材10,10にそれぞれ固定される。
FIG. 3 shows a first embodiment of a shear damper based on the above concept. FIG. 3A is a front view of the
The
図3の例の場合、片方(図の上側)の部材10は梁23であり、もう片方(図の下側)の部材10は一対の斜材25が接合される接合部材26である。前記長手方向は、前記二つの部材10,10間を結ぶ方向であり、以下「部材間方向Y」と呼称する。また、板面に沿い前記部材間方向Yと直交する方向を「幅方向X」と呼称する。
In the case of the example of FIG. 3, the
図3(A)に示すように、この実施形態のせん断ダンパ1は、前記部材間方向Yを上下方向かつ幅方向Xを左右方向に表した場合、正面形状すなわち板面と垂直な方向である面外方向から見た形状が、長方形の板材から、部材間方向Yの中央部における左右一方(例えば右側)を、部材間方向Yに対称な所定の形状に切除した形状である。つまり、固定部2,2、損傷部3,3、および連結部4の左右他方(例えば左側)の端縁は同一直線上にある。左右一方(例えば右側)の端縁は、互いに交差する複数本の直線で構成されている。よって、このせん断ダンパ1は、幅方向Xに非対称かつ部材間方向Yに対称の形状である。せん断ダンパ1の幅(幅方向Xの寸法)は、固定部2,2が最も広く、損傷部3に行くに従い狭くなり、連結部4で最も狭くなっている。固定部2,2の幅は、加工前の長方形の板材の幅のままとしてもよい。このせん断ダンパ1は、厚さが均一な板状であるため、板材をレーザー加工等により上記形状に切り出すことで容易に製作することができ、前記固定部2,2、損傷部3,3、および連結部4が互いに一体である。
As shown in FIG. 3A, in the
このせん断ダンパ1は、面外方向のせん断力を受ける箇所に用いられるものであり、部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面における損傷部3の幅bが、
b=α・y (式1)
α:定数
となるように定められている。以下、その理由を説明する。
The
b = α · y (equation 1)
α: It is determined to be a constant. The reason will be described below.
損傷部3は、部材間方向Yと垂直な断面の形状が矩形である。板厚をt、部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた損傷部3の幅をbとした場合、断面係数Z、およびその断面の耐力となる曲げモーメントMyは、それぞれ式2、式3で表される。
Z=b・t2/6 (式2)
My=Z・σy=σy・b・t2/6=A・b・t2 (式3)
但し、σyは降伏強度、A(=σy/6)は定数である。
The damaged
Z = b · t 2/6 ( Equation 2)
M y = Z · σ y = σ y · b ·
However, σ y is a yield strength, and A (= σ y / 6) is a constant.
また、せん断ダンパ1の部材間方向Yの長さをhとし、せん断ダンパ1の両端を固定した状態でせん断力Qが加わった場合に、部材間方向Yの中心から距離yの位置に発生する逆対称曲げモーメントMは、
M=Q・(h/2)・(y/(h/2))=Q・y (式4)
となり、部材間方向Yの中心からの距離yを変数とした一次関数で表される。ここで用いられるせん断力Qは、建物ごとに決められる設計せん断力である。
Further, assuming that the length of the inter-member direction Y of the
M = Q. (H / 2). (Y / (h / 2)) = Q.y (Equation 4)
And is represented by a linear function with the distance y from the center of the inter-member direction Y as a variable. The shear force Q used here is a design shear force determined for each building.
上記せん断力Qは、建物にかかる外力から算出される。せん断力Qの値は、建物の設計上で成り立つ範囲であればよく、建物の設計等によって定数として任意に設定すればよい。具体的には、外力は、想定する地震の規模に、建物の規模や仕様、建設地等の設計条件を考慮して決定され、その結果、建物の各階ごとの外力が算出される。算出された各階の外力に対して耐力壁位置を検討し、その配置に合わせて各耐力壁で負担すべきせん断力が決定される。1枚の耐力壁で負担すべきせん断力が決定され、かつ耐力壁内部に配置されるせん断ダンパ1の位置および向きが決定されれば、その耐力壁のダンパ部の設計せん断力が決定され、配置すべきせん断ダンパ1の個数が決定される、このように、各せん断ダンパ1に求められる設計せん断力が決定されることになる。
The shear force Q is calculated from the external force applied to the building. The value of the shear force Q may be a range that holds in the design of the building, and may be set arbitrarily as a constant depending on the design of the building and the like. Specifically, the external force is determined in consideration of the scale of the assumed earthquake, the scale and specifications of the building, and the design conditions such as the construction site, and as a result, the external force for each floor of the building is calculated. The bearing wall position is examined with respect to the calculated external force of each floor, and the shear force to be applied by each bearing wall is determined according to the arrangement. Once the shear force to be applied is determined by one bearing wall and the position and orientation of the
断面の耐力となる曲げモーメントMyと逆対称曲げモーメントMとが等しいとすると、式3および式4から、
y=(A/Q)・b・t2 (式5)
但し、(A/Q)は定数
となる。
Assuming that the bending moment M y which is the proof stress of the cross section and the antisymmetrical bending moment M are equal, from
y = (A / Q) · b · t 2 (Equation 5)
However, (A / Q) is a constant.
板厚tは定数であるから、定数をまとめてα=1/((A/Q)・t2)とすることで、上記式5から前記式1が導かれる。原点Oを中心としたXY平面の座標軸を仮定した場合、損傷部3の左右一方(例えば右側)の端縁を決定する直線は、x=±α・yで表され、左右他方(例えば左側)の端縁を決定する直線は、x=0で表される。
Since the plate thickness t is a constant, the
また、式(5)およびA=σy/6の関係から、損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積S(=b・t)は、
S=(6Q/(σy・t))・y (式6)
となる。よって、損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積Sを式6から計算される広さに定めることで、損傷部3の部材間方向Yの全領域において、断面の耐力となる曲げモーメントMyと、逆対称曲げモーメントMとが一致する。
Further, from the relationship of the equation (5) and A = σ y / 6, the area S (= b · t) of the cross section at the damaged
S = (6Q / (σ y · t)) · y (Equation 6)
It becomes. Therefore, by defining the area S of the cross section separated by the distance y from the center of the inter-member direction Y in the
固定部2および連結部4の部材間方向Yと垂直な断面の面積は、前記式6で決定される断面の面積Sよりも大きくしてある。この実施形態の場合、固定部2および連結部4の幅を式1で決定される幅bよりも広くしてある。これにより、せん断ダンパ1に外力によるせん断力が作用した場合、固定部2および連結部4は損傷せず、損傷部3が損傷するように限定される。
The area of the cross section perpendicular to the inter-member direction Y of the fixing
この実施形態では、連結部4の幅が部材間方向Yの全領域に亘って同寸法とされ、その連結部4の幅bは、次に示す式7で与えられる条件を充足する寸法とされている。
τ≧Q/(b・t) (式7)
但し、τ:材料の許容せん断応力度
逆対称曲げモーメントMに対する耐力だけであれば、式6で決定される断面の面積よりも大きくするだけでよいが、二つの部材10,10間でせん断ダンパ1を介してせん断力を伝達させるために連結部4の断面の面積を上記のように定める。連結部4の幅が部材間方向Yの全領域に亘って同寸法であると、連結部4の両側縁の形状が平行となり、加工がし易い。なお、連結部4の幅は、部材間方向Yの全領域に亘って同寸法でなくてもよい。
In this embodiment, the width of the connecting
τ ≧ Q / (b · t) (Equation 7)
However, τ: Allowable shear stress of material If it is only the proof stress against the antisymmetrical bending moment M, it is only necessary to make it larger than the area of the cross section determined by the equation 6, but the shear damper between the two
また、連結部4と損傷部3との境界や、損傷部3と固定部2との境界では、断面が連続するように幅方向Xの端縁を成す線を緩やかな曲線としてもよい。この場合、境界での応力集中の発生を抑制することができる。
Further, at the boundary between the connecting
このせん断ダンパ1の構成によると、このせん断ダンパ1が設けられる二つの部材10間に外力により相対移動が発生すると、損傷部3が変形することでエネルギーを吸収する。損傷部3の断面の面積Sを式6の関係が成り立つ形状としたため、損傷部3が全領域で同程度に損傷する。つまり、損傷部3の一部が局所的に損傷するのではなく、全体が少しずつ損傷する。そのため、変形能力が大きく、かつ耐久力に優れる。
According to the configuration of the
建物ごとに決められるせん断力Qは、建物にかかる外力から算出され、この外力は、想定する地震の規模、および建物の設計条件を考慮して決定されるため、建物の規模や仕様、建築地等の各種条件に合ったせん断ダンパ1を提供することができる。
The shear force Q determined for each building is calculated from the external force applied to the building, and this external force is determined in consideration of the size of the assumed earthquake and the design conditions of the building. It is possible to provide the
上記効果を確かめるために耐力試験を行った。図4はこの発明のせん断ダンパの耐力試験結果を示すグラフである。この試験結果から、この発明のせん断ダンパは、多くの回数の荷重を繰り返し受けても耐えられることが分かる。 A proof test was conducted to confirm the above effect. FIG. 4 is a graph showing the result of the proof stress test of the shear damper of the present invention. From the test results, it can be seen that the shear damper of the present invention can withstand multiple repeated loads.
図5は、この発明の第2の実施形態を示す。図5(A)はせん断ダンパ1の正面図に部材間方向の中心から部材間方向に±yの距離にある断面の図を付加した図、(B)はその側面図である。第1の実施形態のせん断ダンパ1は幅方向Xに非対称かつ部材間方向Yに対称(線対称)の形状であるが、損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが式6を満足するのであれば、この第2の実施形態のせん断ダンパ1のように、せん断ダンパ1が幅方向Xに非対称かつ部材間方向Yに非対称の形状であってもよい。このせん断ダンパ1は、原点Oを中心とする回転対称の形状である。原点Oを中心としたXY平面の座標軸を仮定した場合、紙面の上側の損傷部3の左右一方(例えば紙面の右側)の端縁を決定する直線、および下側の損傷部3の左右他方(例えば左側)の端縁を決定する直線は、x=α・yで表され、上側の損傷部3の左右他方(例えば左側)の端縁を決定する直線、および下側の損傷部3の左右一方(例えば右側)の端縁を決定する直線は、x=0で表される。
この実施形態を含め以下の各実施形態についても、前記同様に、固定部2および連結部4の部材方向と垂直な断面の面積は、前記式6で決定される断面の面積Sよりも大きくしてある。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 5A is a front view of the
Also in the following embodiments including this embodiment, the area of the cross section perpendicular to the member direction of the fixing
図6は、この発明の第3の実施形態を示す。図6(A)はせん断ダンパ1の正面図に部材間方向の中心から部材間方向に±yの距離にある断面の図を付加した図、(B)はその側面図である。損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが式6を満足するのであれば、このせん断ダンパ1のように、幅方向Xに対称かつ部材間方向Yに対称の形状であってもよい。原点Oを中心としたXY平面の座標軸を仮定した場合、損傷部3の紙面の左右両方の端縁を決定する2本の直線は、x=±(1/2)・α・yで表される。
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 6A is a front view of the
図7は、この発明の第4の実施形態を示す。図7(A)はせん断ダンパ1の正面図に部材間方向の中心から部材間方向に±yの距離にある断面の図を付加した図、(B)はその側面図である。損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが式6を満足するのであれば、このせん断ダンパ1のように、幅方向Xに非対称、かつ部材間方向Yに非対称、かつ原点Oを中心として非回転対称の形状であってもよい。原点Oを中心としたXY平面の座標軸を仮定した場合、紙面の上側の損傷部3の左右一方(例えば右側)の端縁を決定する直線は、x=α・yで表され、上側の損傷部3の左右他方(例えば左側)の端縁を決定する直線は、x=0で表される。また、下側の損傷部3の左右一方(例えば右側)の端縁を決定する直線は、x=−β・yで表され、損傷部3の左右一方(例えば右側)の端縁を決定する直線は、x=γ・yで表される。この例の場合、係数β,γは共に(1/2)αであるが、損傷部3における部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の幅bが式1を充足するのであれば、β,γの大きさが互いに異なっていてもよい。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7A is a front view of the
図8は、この発明の第5の実施形態を示す。図8(A)はせん断ダンパ1の正面図に部材間方向の中心から部材間方向に±yの距離にある断面の図を付加した図、(B)はその側面図である。このせん断ダンパ1は、固定部2および損傷部3が、それぞれ互いに幅方向Xに分離した複数(例えば二つ)の部位2L,2R,3L,3Rからなっている。連結部4は一つであって、この一つの連結部4に損傷部3の紙面における左右の部位3L,3Rがそれぞれ連結されている。この例の場合、幅方向Xに対称かつ部材間方向Yに対称の形状であり、損傷部3の各部位3L,3Rにおける部材間方向Yの中心から等距離にある断面の面積(S/2)が互いに等しい。但し、損傷部3の各部位3L,3Rにおける部材間方向Yの中心から距離yだけ離れた断面の面積の和が式6を満足するのであれば、各部位3L,3Rの断面の面積が互いに異なっていてもよい。
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a front view of the
上記各実施形態のせん断ダンパ1は、複数個組み合わされた形状であってもよい。図9は、図3のせん断ダンパ1を2個使用し、中央に開口部12ができるように、各せん断ダンパ1を左右対称の配置で組み合わせた複合せん断ダンパ1Aとしたものである。二つのせん断ダンパ1は、それぞれの固定部2同士が結合されている。このように二つのせん断ダンパ1を繋ぎ合わせた複合せん断ダンパ1Aとすると、長方形の板材から中央の開口部12を穴あけ加工するだけで、同時に二つのせん断ダンパ1を製作することができ、より一層製作効率が良い。
The
図10は、図9の複合せん断ダンパ1Aにおける各せん断ダンパ1の固定部2同士を細長形状の繋ぎ部13で繋いだ複合せん断ダンパ1Bを示す。この複合せん断ダンパ1Bは、繋ぎ部13を曲げ加工することで、図11、図12のように、二つのせん断ダンパ1が並列に並ぶ形状とすることができる。
図11の複合せん断ダンパ1Cは、平面視で全体としてU字状になるように繋ぎ部13で180°曲げ加工したもので、二つのせん断ダンパ1が同一方向を向く姿勢で平行に並んでいる。図12の複合せん断ダンパ1Dは、平面視で全体としてZ字状になるように繋ぎ部13で曲げ加工したもので、二つのせん断ダンパ1が互いに逆向きの姿勢で平行に並んでいる。このように、二つのせん断ダンパ1が互いに逆向きの姿勢であると、複合せん断ダンパ1Cの全体に捩れが発生することをなくすことができる。
FIG. 10 shows a
The
1…せん断ダンパ
2…固定部
3…損傷部
4…連結部
10…外力により相対移動する部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
建物における外力により相対移動する二つの部材間に用いられるエネルギー吸収用の厚さが均一な板状のせん断ダンパであって、
前記二つの部材間を結ぶ方向である部材間方向の両端に位置し前記二つの部材にそれぞれ固定される両側の固定部と、これら両側の固定部の間にそれぞれ前記固定部に隣り合って位置し外力による曲げによって損傷する両側の損傷部と、これら両側の損傷部の間に位置する連結部とを備え、
前記固定部、損傷部、および連結部が互いに一体であり、
前記建物における前記外力による前記二つの部材の相対移動によってせん断力がかかる方向と前記厚さの方向とが一致するように配置され、
前記損傷部は、前記部材間方向と垂直な断面の形状が矩形であり、板厚をt、前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面における前記厚さの方向と直交する方向の幅をb、材料の降伏強度をσy、建物ごとに決められるせん断力をQとした場合、前記損傷部における前記部材間方向の中心から距離yだけ離れた断面の面積Sが、次式
S=(6Q/(σy・t))・y
により決定され、
かつ前記固定部および前記連結部の前記部材間方向と垂直な断面の面積は、前記式で決定される前記断面の面積Sよりも大きく、前記固定部は、前記損傷部の前記固定部に続く端部よりも幅広であることを特徴とするせん断ダンパ。 Between the inner and outer rings,
A plate-like shear damper having a uniform thickness for energy absorption used between two members moved relative to each other by an external force in a building,
Fixing portions located on both ends in the inter-member direction, which is a direction connecting the two members, and fixed to the two members respectively, and positions adjacent to the fixing portions between the fixing portions on both sides The damage on both sides which are damaged by bending due to external force, and the connection located between the damage on both sides,
The fixing part, the damage part, and the connecting part are integral with one another;
The relative movement of the two members by the external force in the building is arranged so that the direction in which the shearing force is applied matches the direction of the thickness.
The damaged portion has a rectangular shape in cross section perpendicular to the inter-member direction, and has a plate thickness t, and a width in a direction perpendicular to the thickness direction in a cross section separated from the center in the inter-member direction by a distance y Where b is the yield strength of the material σy, and the shear force determined for each building is Q, the area S of the cross section separated by the distance y from the center in the inter-member direction at the damaged portion is 6Q / (σy · t)) · y
Determined by
And the area of said member between a direction perpendicular to the cross section of the fixing portion and the connecting portion, the much larger than the area S of the cross section is determined by the formula, the fixed portion, the fixed portion of the damaged portion Shear damper characterized in that it is wider than the following end .
τ≧Q/(b・t)
で与えられる条件を充足するせん断ダンパ。 The shear damper according to claim 1 or 2, wherein when an allowable shear stress degree of the material is τ, an area of a cross section perpendicular to the inter-member direction of the connection portion is expressed by the following equation: τ ≧ Q / (b T)
Shear damper that satisfies the conditions given in.
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