JP7300932B2 - damping device - Google Patents
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本発明は、制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device.
制振建物に用いられる各種制振装置のうち、ブレース型の制振ダンパーを有する制振装置は、ガセットプレートを介して建物に設置される場合が一般的である。制振ダンパーとガセットプレートとを剛接合とすると、地震時に、制振ダンパーに軸力だけでなく曲げモーメントも入力されることになる。制振ダンパーとガセットプレートとの接合部に曲げモーメントが生じると、制振ダンパーに首折れ座屈などが発生し、制振ダンパーが所定の性能を発揮できない虞がある。
制振ダンパーへの曲げモーメントの入力を回避する方法として、制振ダンパーとガセットプレートとをピン接合することが知られている。制振ダンパーとガセットプレートとをピン接合するためには、制振ダンパーとガセットプレートとの接合にボールベアリングやクレビスなどの特殊部材を用いている（例えば、特許文献１および２参照）。
Vibration Control Among various vibration control devices used in buildings, vibration control devices having brace-type vibration control dampers are generally installed in the building via gusset plates. If the vibration damper and the gusset plate are rigidly connected, not only the axial force but also the bending moment will be input to the vibration damper during an earthquake. If a bending moment is generated at the joint between the vibration damper and the gusset plate, the vibration damper may be bent, and the vibration damper may be unable to perform as expected.
As a method of avoiding the input of bending moment to the vibration damper, it is known to connect the vibration damper and the gusset plate with pins. A special member such as a ball bearing or a clevis is used for joining the vibration damper and the gusset plate in order to connect the vibration damper and the gusset plate with pins (see, for example,
しかしながら、ボールベアリングやクレビスなどの特殊部材を用いて制振ダンパーをガセットプレートに接合すると、制振装置の構造が複雑となり、設計や施工が煩雑になるとともにコストがかかるという問題がある。 However, when a vibration damper is joined to a gusset plate using a special member such as a ball bearing or a clevis, the structure of the vibration damping device becomes complicated, complicating design and construction, and increasing costs.
そこで、本発明は、簡便な構造で、制振ダンパーとガセットプレートとの接合部に生じる曲げモーメントを低減させることができる制振装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vibration damping device having a simple structure and capable of reducing the bending moment generated at the joint between the vibration damper and the gusset plate.
上記目的を達成するため、本発明に係る制振装置は、架構内の対角位置にそれぞれ設けられたガセットプレートに接合されるブレース型の制振ダンパーを有する制振装置において、前記制振ダンパーは、制振機能を有する制振ダンパー本体と、前記ガセットプレートと接合されるガセットプレート接合部と、前記制振ダンパー本体と前記ガセットプレート接合部との間に介在し、前記制振ダンパー本体および前記ガセットプレート接合部よりも曲げ剛性が小さい曲げ変形集中領域と、を有し、前記制振ダンパーは、軸線方向に延びて断面形状が十字形となる芯材を有し、前記芯材は、前記十字形を形成するように放射状に配置された第１芯材板部、第２芯材板部、第３芯材板部および第４芯材板部を有し、前記第１芯材板部および前記第２芯材板部は、前記第３芯材板部および前記第４芯材板部よりも軸線方向に突出する突出部分を有し、前記突出部分には、前記ガセットプレート接合部および前記曲げ変形集中領域が設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vibration damping device according to the present invention is a vibration damping device having brace-type vibration dampers joined to gusset plates respectively provided at diagonal positions in a frame, wherein the vibration dampers is a vibration damper body having a vibration damping function, a gusset plate joint portion joined to the gusset plate, interposed between the vibration damper body and the gusset plate joint portion, the vibration damper body and a bending deformation concentration region having a bending rigidity smaller than that of the gusset plate joint portion, the vibration damper having a core member extending in the axial direction and having a cross-sectional shape, the core member comprising: a first core plate portion, a second core plate portion, a third core plate portion, and a fourth core plate portion radially arranged to form the cross; and the second core plate portion have a projecting portion that projects in the axial direction more than the third core plate portion and the fourth core plate portion, and the projecting portion includes the gusset plate joint portion and the bending deformation concentrated area is provided .
本発明では、制振ダンパー本体とガセットプレート接合部との間に制振ダンパー本体およびガセットプレート接合部よりも曲げ剛性が小さい曲げ変形集中領域が設けられていることにより、曲げ変形集中領域を設けずに制振ダンパーをガセットプレートに剛接合する場合と比べて、地震時に制振ダンパーとガセットプレートとの接合部に生じる曲げモーメントを低減させることができる。
本発明に係る制振装置では、制振ダンパーとガセットプレートとの接合にボールベアリングやクレビスなどの特殊部材を用いる構成ではないため、簡便な構造とすることができる。
また、曲げ変形集中領域を容易に設けることができる。
In the present invention, a bending deformation concentration area is provided between the vibration damper main body and the gusset plate joint, and the bending deformation concentration area is smaller in bending rigidity than the vibration damper main body and the gusset plate joint. The bending moment generated at the joint between the vibration damper and the gusset plate during an earthquake can be reduced compared to the case where the vibration damper is rigidly connected to the gusset plate.
Since the vibration damping device according to the present invention does not use special members such as ball bearings and clevises for joining the vibration damper and the gusset plate, the structure can be simplified.
Also, the bending deformation concentrated area can be easily provided.
本発明に係る制振装置では、前記曲げ変形集中領域は、前記制振ダンパー本体および前記ガセットプレート接合部よりも断面二次モーメントが小さく設定されていてもよい。
このような構成とすることにより、曲げ変形集中領域を、制振ダンパー本体およびガセットプレート接合部よりも曲げ剛性が小さい領域とすることができる。
In the vibration damping device according to the present invention, the bending deformation concentrated region may be set to have a smaller geometrical moment of inertia than the vibration damper main body and the gusset plate joint portion.
By adopting such a configuration, the bending deformation concentration region can be a region having a lower bending rigidity than the vibration damper main body and the gusset plate joint portion.
本発明に係る制振装置では、前記芯材は、前記第１芯材板部と前記第２芯材板部とが同一面内に配置され、前記第３芯材板部と前記第４芯材板部とが前記第１芯材板部および前記第２芯材板部と直交する同一面内に配置され、前記第１芯材板部と、前記第２芯材板部とが前記ガセットプレートを挟んだ状態で前記ガセットプレートに接合されていてもよい。
このような構成とすることにより、芯材をガセットプレートに容易に接合することができる。
In the vibration damping device according to the present invention, the core material has the first core plate portion and the second core plate portion arranged in the same plane, and the third core plate portion and the fourth core plate portion. A material plate portion is arranged in the same plane orthogonal to the first core material plate portion and the second core material plate portion, and the first core material plate portion and the second core material plate portion are arranged in the gusset. It may be joined to the gusset plate with the plate sandwiched therebetween.
With such a configuration, the core material can be easily joined to the gusset plate.
本発明によれば、簡便な構造で、制振ダンパーとガセットプレートとの接合部に生じる曲げモーメントを低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the bending moment generated at the joint between the vibration damper and the gusset plate with a simple structure.
以下、本発明の実施形態による制振装置について、図１－図８に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による制振装置１は、建物の柱１２，１３と梁１４，１５とによって囲まれる架構１１に配置されている。柱１２，１３および梁１４，１５の軸線は、同一の鉛直面（架構１１の設置構面１１ａ）に沿って設けられている。本実施形態では、柱１２，１３および梁１４，１５は、形鋼で構成されている。
A vibration damping device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
As shown in FIG. 1, the
柱１２，１３は、水平方向に間隔をあけて設けられている。柱１２，１３のうちの一方の柱を第１柱１２とし、他方の柱を第２柱１３とする。
梁１４，１５は、上下方向に間隔をあけて設けられている。梁１４，１５のうちの上側に設けられた梁を第１梁１４とし、下側に設けられた梁を第２梁１５とする。
第１柱１２と第２柱１３とを結ぶ水平方向をＸ方向（図１の左右方向）とし、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向（図１の紙面に直交する方向）とする。
Ｘ方向において、第２柱１３に対して第１柱１２が設けられている側を一方側とし、第１柱１２に対して第２柱１３が設けられている側を他方側とする。
The
The
The horizontal direction connecting the
In the X direction, the side where the
第１梁１４および第２梁１５は、それぞれＸ方向に延びていてＸ方向一方の端部が第１柱１２に接合され、Ｘ方向の他方の端部が第２柱１３に接合されている。
第１柱１２と第１梁１４との接合箇所には、第１ガセットプレート１６（ガセットプレート）が設けられ、第２柱１３と第２梁１５との接合箇所には第２ガセットプレート１７（ガセットプレート）が設けられている。
第１ガセットプレート１６と第２ガセットプレート１７とは、取り付け向きが互いに異なるが同一の形状に形成されている。
Each of the
A first gusset plate 16 (gusset plate) is provided at the joint between the
The
第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７は、例えば、鋼板を加工した平板の部材で、板面が架構１１の設置構面１１ａに沿った向きに配置されている。第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７は、接合鋼板を介して柱１２，１３および梁１４，１５に接合されている。
The
制振ダンパー２は、例えば、摩擦ダンパー、オイルダンパー、アンボンドダンパー（登録商標）などで、架構１１の対角位置となる第１ガセットプレート１６と、第２ガセットプレート１７とに接合されるブレース型のダンパーである。制振ダンパー２は、軸線が第１ガセットプレート１６と、第２ガセットプレート１７とを結ぶ斜め方向（以下、第１斜め方向とする）に延びている。
制振ダンパー２は、軸線方向の一方の端部が第１ガセットプレート１６に接合され、他方の端部が第２ガセットプレート１７に接合されている。
The
The
第１斜め方向において、第２ガセットプレート１７に対して第１ガセットプレート１６が設けられている側（上側かつＸ方向の一方側）を一方側とし、第１ガセットプレート１６に対して第２ガセットプレート１７が設けられている側（下側かつＸ方向の他方側）を他方側とする。
第１斜め方向に直交する方向で、架構１１の設置構面１１ａに沿った方向を第２斜め方向とする。なお、第１斜め方向も架構１１の設置構面１１ａに沿った方向となっている。
In the first oblique direction, the side on which the
A direction perpendicular to the first diagonal direction and along the
制振ダンパー２は、長尺に形成され、軸線に直交する断面形状が十字形となる芯材２１を有している。芯材２１は、軸線が第１斜め方向に延びる向きに配置され、第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７に接合されている。芯材２１は、制振ダンパー２の形態によって、１つの部材であってもよいし、複数の部材、軸線方向配列されていてもよい。
芯材２１が１つの部材で構成されている場合は、軸線方向の一方の端部が第１ガセットプレート１６に接合され、軸線方向の他方の端部が第２接合プレート１７に接合されている。芯材２１が複数の部材で軸線方向に配列されている場合は、軸線方向の一方側に設けられた芯材２１の軸線方向の一方側の端部が第１ガセットプレート１６に接合され、軸線方向の他方の端部側に設けられた芯材２１の他方の端部が第２接合プレート１７に接合されている。
The
When the
芯材２１は、形鋼や鋼板を加工して形成されている。芯材２１は、断面形状における十字形の中心に軸線が配置されている。
図２－図４に示すように、芯材２１は、断面形状の十字形の中心（軸線）から四方に放射状に突出する４片を有している。これらの４片を、第１～第４芯材板部２３～２６とする。第１～第４芯材板部２３～２６は、それぞれ長尺の平板状に形成されている。本実施形態では、第１～第４芯材板部２３～２６は、略同じ厚さに形成されている。
The
As shown in FIGS. 2 to 4, the
第１芯材板部２３は、芯材２１の軸線からＹ方向の一方側に突出している。第２芯材板部２４は、芯材２１の軸線からＹ方向の他方側に突出している。第１芯材板部２３および第２芯材板部２４は、同一面内に配置されている。
第３芯材板部２５は、芯材２１の軸線から上側に突出している。第４芯材板部２６は、芯材２１の軸線から下側に突出している。第３芯材板部２５および第４芯材板部２６は、それぞれ板面がＹ方向を向き、同一鉛直面内に配置されている。
The first
The third
第１芯材板部２３および第２芯材板部２４は、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６よりも第１斜め方向の一方側および他方側の両方に突出している。第１芯材板部２３および第２芯材板部２４における、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６よりも第１斜め方向の一方側に突出している部分をそれぞれ第１突出部分２３１，２４１とし、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６よりも第１斜め方向の他方側に突出している部分をそれぞれ第２突出部分２３２，２４２とする。
The first
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１と、第２芯材板部２４の第１突出部分２４１との間には、第３芯材板部２５（第４芯材板部２６）の厚さ寸法分の隙間が形成されている。第１芯材板部２３の第１突出部分２３１と、第２芯材板部２４の第１突出部分２４１との隙間には、第１ガセットプレート１６が挿し込まれている。
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１は、第１ガセットプレート１６のＹ方向の一方側に配置され、Ｙ方向の他方側の縁部が第１ガセットプレート１６のＹ方向の一方側の面と当接している。
第２芯材板部２４の第１突出部分２４１は、第１ガセットプレート１６のＹ方向の他方側に配置され、Ｙ方向の一方側の縁部が第１ガセットプレート１６のＹ方向の他方側の面と当接している。
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１、および第２芯材板部２４の第１突出部分２４１は、上記のように配置された状態で第１ガセットプレート１６に接合されている。
第３芯材板部２５および第４芯材板部２６は、第１ガセットプレート１６と接合されていない。
Between the first projecting
The first protruding
The first projecting
The first projecting
The third
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１、および第２芯材板部２４の第１突出部分２４１は、断面形状がＬ字形となるＬ字鋼４を介して第１ガセットプレート１６と接合されている。
Ｌ字鋼４は、Ｌ字形の一方の片となる第１板部４１と、他方の片となり第１板部４１と直交する第２板部とを有している。
The first protruding
The L-shaped
第１芯材板部２３と第１ガセットプレート１６とを接合するＬ字鋼４は、第１芯材板部２３の第１突出部分２３１の第２斜め方向の両側に１つずつ配置されている。Ｌ字鋼４の第１板部４１が第１芯材板部２３の第１突出部分２３１に沿って配置され、Ｌ字鋼４の第２板部４２が第１ガセットプレート１６に沿って配置されている。
The L-shaped
第２芯材板部２４と第１ガセットプレート１６とを接合するＬ字鋼４も、第２芯材板部２４の第１突出部分２４１の第２斜め方向の両側に１つずつ配置されている。Ｌ字鋼４の第１板部４１が第２芯材板部２４の第１突出部分２４１に沿って配置され、Ｌ字鋼４の第２板部４２が第１ガセットプレート１６に沿って配置されている。
The L-shaped
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１および第２芯材板部２４の第１突出部分２４１は、第１ガセットプレート１６と以下のように接合されている。
第１芯材板部２３の第１突出部分２３１、およびその両側に配置された２つのＬ字鋼４のそれぞれの第１板部４１は、重なって配置されて、それぞれを貫通するボルトによってボルト接合されている。第２芯材板部２４の第１突出部分２４１、およびその両側に配置された２つのＬ字鋼４それぞれの第１板部４１は、重なって配置されていて、それぞれを貫通するボルトによってボルト接合されている。
The first projecting
The first protruding
第１ガセットプレート１６、第１芯材板部２３の第１突出部分２３１の第２斜め方向の一方側に配置されたＬ字鋼４の第２板部４２、および第２芯材板部２４の第１突出部分２４１の第２斜め方向の一方側に配置されたＬ字鋼４の第２板部４２は、重なって配置され、それぞれを貫通するボルト接合されている。第１ガセットプレート１６、第１芯材板部２３の第１突出部分２３１の第２斜め方向の他方側に配置されたＬ字鋼４の第２板部４２はおよび第２芯材板部２４の第１突出部分２４１の第２斜め方向の他方側に配置されたＬ字鋼４の第２板部４２は、重なって配置され、それぞれを貫通するボルト接合されている。
The
芯材２１は、上記のように第１ガセットプレート１６に接合されると、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の第１斜め方向の一方側の端部が第１ガセットプレート１６と離間している。
芯材２１における第１ガセットプレート１６と重なって接合されている部分を第１ガセットプレート接合部２７１（ガセットプレート接合部）とし、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の第１斜め方向の一方側の端部と第１ガセットプレート１６との間の領域を第１曲げ変形集中領域２８１（曲げ変形集中領域）とする。
Ｌ字鋼４は、第１ガセットプレート１６から第１斜め方向の他方側に突出せず、第１曲げ変形集中領域２８１と重ならないように設けられている。第１曲げ変形集中領域２８１は、第１芯材板部２３および第２芯材板部２４のみで構成されている。
When the
A portion of the
The L-shaped
図１に戻り、芯材２１と第２ガセットプレート１７とは、芯材２１と第１ガセットプレート１６と同様に接合されている。第２ガセットプレート１７には、第１芯材板部２３および第２芯材板部２４の第２突出部分２３２，２４２が接合され、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６は接合されていない、
Returning to FIG. 1 , the
芯材２１は、第２ガセットプレート１７に接合されると、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の第１斜め方向の他方側の端部が第２ガセットプレート１７と離間している。
芯材２１における第２ガセットプレート１７と重なって接合されている部分を第２ガセットプレート接合部２７２（ガセットプレート接合部）とし、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の第１斜め方向の他方側の端部と第２ガセットプレート１７との間の領域を第２曲げ変形集中領域２８２（曲げ変形集中領域）とする。
Ｌ字鋼４は、第２ガセットプレート１７から第１斜め方向の一方側に突出せず、第２曲げ変形集中領域２８２と重ならないように設けられている。第２曲げ変形集中領域２８２は、第１芯材板部２３および第２芯材板部２４のみで構成されている。
制振ダンパー２における、第１曲げ変形集中領域２８１と、第２曲げ変形集中領域２８２との間の部分で、第１～第４芯材板部が設けられている部分を制振ダンパー本体２９とする。制振ダンパー本体２９は、架構１１の層間変形を減衰させる機能を有している。
制振ダンパー本体２９には、第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２は含まないものとする。
When the
A portion of the
The L-shaped
In the
The vibration damper
第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２は、第１ガセットプレート接合部２７１、第２ガセットプレート接合部２７２および制振ダンパー本体２９よりも断面二次モーメントが小さく、曲げ剛性が小さく設定されている。
これにより、図５に示すように、本実施形態では、図５（ａ）に示す制振ダンパー１０２がガセットプレート１６，１７に剛接合されている場合と比べて、地震時に制振ダンパー２に生じる曲げモーメントを小さくすることができる。
図５（ａ）には、制振ダンパー１０２がガセットプレート１６，１７に剛接合されている場合に制振ダンパーに生じる曲げモーメントＭ１が示されている。図５（ｂ）には、本実施形態の第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２を設けた状態で制振ダンパー２が第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７に接合されている場合の制振ダンパー２に生じる曲げモーメントＭ２が示されている。
The first bending deformation concentrated
As a result, as shown in FIG. 5, in this embodiment, compared to the case where the
FIG. 5(a) shows the bending moment M1 generated in the vibration damper when the
上記の制振装置１の第１曲げ変形集中領域２８１と、第２曲げ変形集中領域２８２は、一般的な建築物の圧縮材と同様に設計する。例えば、第１曲げ変形集中領域２８１と、第２曲げ変形集中領域２８２の許容圧縮力Ｎａは、制振ダンパー２の最大軸力Ｎｍａｘを上回るように設計する。許容圧縮力は、日本建築学会の鋼構造座屈設計指針に従う。
これらに加え、上記の制振装置１の曲げ第１曲げ変形集中領域２８１と、第２曲げ変形集中領域２８２（以下、曲げ変形集中領域と称する）は、以下の式を満足するように設計する。
The first bending
In addition to these, the first bending
（１）架構の変形により生じる強制曲げモーメントＭＦの算出
図６および図７において、曲げ変形集中領域の曲げモーメントが一定であると仮定し、曲率が一定であるとすると、曲げ変形集中領域の回転角は次のように求められる。
(1) Calculation of Forced Bending Moment MF Caused by Frame Deformation The rotation angle is obtained as follows.
ここで、曲げ変形集中領域の長さをＬＪ、曲げ変形集中領域の回転角をθＪｉとし、（２）式に代入して変形すると、（３）式が得られる。 Here, the length of the bending deformation concentrated region is L J , the rotation angle of the bending deformation concentrated region is θ Ji , and substituting them into the formula (2) to obtain the formula (3).
また、層間変形角と制振ダンパーのなす角度は、鋼構造制振設計指針より（４）式で表される。 Also, the angle between the story deformation angle and the vibration damper is represented by the formula (4) according to the steel structure vibration damping design guideline.
（４）式を（３）式に代入すると、（５）式が得られる。 Substituting equation (4) into equation (3) yields equation (5).
ただし、
θＪｉ ：ガセットプレートと制振ダンパー間の回転角（ｒａｄ）
φ ：制振ダンパー角度（ｒａｄ）
ξｂ ：制振ダンパーの節点間長さに対する接合部の長さを表すパラメータ
Ｒ ：設計上想定する層間変形角（ｒａｄ）
however,
θ Ji : rotation angle (rad) between the gusset plate and the damper
φ : Vibration control damper angle (rad)
ξ b : Parameter R representing the length of the joint with respect to the length between nodes of the damper : story drift angle assumed in design (rad)
図８に示すように、曲げ変形集中領域のＰδ付加曲げモーメントＭＰは、以下のように算出される。 As shown in FIG. 8, the Pδ additional bending moment MP in the bending deformation concentration region is calculated as follows.
モーメントのつり合いより、以下の式が得られる。 The following equation is obtained from the moment balance.
ここで、曲げ変形集中領域の長さをＬＪ、制振ダンパーの軸力をＮｍａｘとし、（８）式に代入して変形すると、以下の式が得られる。 Here, the length of the bending deformation concentrated region is L J , the axial force of the vibration damper is N max , and the following equation is obtained by substituting into equation (8) and transforming.
よって、付加曲げモーメントＭＰの最大値は以下のようになる。 Therefore, the maximum value of additional bending moment MP is as follows.
ただし、
δ ：曲げ変形集中領域の変形（ｍｍ）
Ｎｍａｘ ：制振ダンパー最大軸力（ｋＮ）
however,
δ : Deformation of bending deformation concentration area (mm)
N max : Maximum axial force of vibration control damper (kN)
（５）式で求めた強制曲げモーメントＭＦと、（９）式で求めた付加曲げモーメントＭＰ、および制振ダンパーの最大軸力Ｎｍａｘに対し、以下の（１１）式を満たすように曲げ変形集中領域の断面を決定する。 For the forced bending moment M F obtained by the formula (5), the additional bending moment M P obtained by the formula (9), and the maximum axial force N max of the vibration control damper, the following formula (11) is satisfied. Determine the cross-section of the bending deformation concentration region.
ただし、
Ｎａ ：曲げ変形集中領域許容圧縮力（ｋＮ）
Ｍａ ：曲げ変形集中領域許容曲げモーメント（ｋＮｍ）
however,
Na: Permissible compressive force in bending deformation concentrated area (kN)
Ma: Allowable bending moment in bending deformation concentration area (kNm)
階高４．５５ｍ、スパン７．２ｍの鉄骨造建物を想定し、諸元を以下のように設定する。 Assuming a steel frame building with a floor height of 4.55m and a span of 7.2m, the specifications are set as follows.
また、ケース（１）の曲げ変形集中領域の断面は以下の通りとする。 Also, the cross section of the bending deformation concentration region of the case (1) is as follows.
ケース（１）を計算する。 Compute case (1).
（５）式より、 (5) From the formula,
（１０）式より、 (10) From the formula,
また、ＭａおよびＮａは以下の通り。 Moreover, Ma and Na are as follows.
以上を（１１）式に代入する。 Substitute the above into the equation (11).
同様にケース（２）は断面を変化させ、以下の通りとする。 Similarly, case (2) has a different cross section as follows.
ケース（２）計算する。（５）式より、 Case (2) Compute. (5) From the formula,
（１０）式より、 (10) From the formula,
また、ＭａおよびＮａは以下の通り。 Moreover, Ma and Na are as follows.
以上を（１１）式に代入する。 Substitute the above into the equation (11).
次に、上記の本実施形態による制振装置の作用・効果について説明する。
上記の本実施形態による制振装置では、制振ダンパー本体２９と第１ガセットプレート接合部２７１との間に制振ダンパー本体２９および第１ガセットプレート接合部２７１よりも曲げ剛性が小さい第１曲げ変形集中領域２８１が設けられ、制振ダンパー本体２９と第２ガセットプレート接合部２７２との間に制振ダンパー本体２９および第２ガセットプレート接合部２７２よりも曲げ剛性が小さい第２曲げ変形集中領域２８２が設けられている。これにより、第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２を設けずに制振ダンパー１を第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７に剛接合する場合と比べて、地震時に制振ダンパー２と第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７との接合部に生じる曲げモーメントを低減させることができる。
本実施形態による制振装置１では、制振ダンパー２と第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７との接合にボールベアリングやクレビスなどの特殊部材を用いる構成ではないため、簡便な構造とすることができる。
Next, the operation and effects of the vibration damping device according to the present embodiment will be described.
In the vibration damping device according to the present embodiment described above, the first bending stiffness having a smaller bending rigidity than that of the
In the
上記の本実施形態による制振装置では、第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２は、制振ダンパー本体２９、第１ガセットプレート接合部２７１および第２ガセットプレート接合部２７２よりも断面二次モーメントが小さく設定されている。
このような構成とすることにより、第１曲げ変形集中領域２８１および第２曲げ変形集中領域２８２を、制振ダンパー本体２９、第１ガセットプレート接合部２７１および第２ガセットプレート接合部２７２よりも曲げ剛性が小さい領域とすることができる。
In the vibration damping device according to the present embodiment, the first bending
With such a configuration, the first bending
上記の本実施形態による制振装置では、制振ダンパー２は、軸線方向に延びて断面形状が十字形となる芯材２１を有し、芯材２１は、十字形を形成するように放射状に配置された第１芯材板部２３、第２芯材板部２４、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６を有している。第１芯材板部２３および第２芯材板部２４は、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６よりも軸線方向に突出する第１突出部分２３１，２４１および第２突出部分２３２，２４２を有している。第１突出部分２３１，２４１および第２突出部分２３２，２４２には、第１ガセットプレート接合部２７１、第２ガセットプレート接合部２７２、第１曲げ変形集中領域２８１，第２曲げ変形集中領域２８２が設けられている。
このような構成とすることにより、第１曲げ変形集中領域２８１，第２曲げ変形集中領域２８２を容易に設けることができる。
In the vibration damping device according to the present embodiment, the
With such a configuration, the first bending deformation
上記の本実施形態による制振装置では、芯材２１は、第１芯材板部２３と第２芯材板部２４とが同一面内に配置され、第３芯材板部２５と第４芯材板部２６とが第１芯材板部２３および第２芯材板部２４と直交する同一面内に配置されている。第１芯材板部２３と、第２芯材板部２４とが第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７を挟んだ状態で第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７に接合されている。
このような構成とすることにより、芯材１７を第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７に容易に接合することができる。
In the vibration damping device according to the present embodiment described above, the
With such a configuration, the
続いて、制振装置の制振ダンパーに摩擦ダンパーが用いられていて、制振ダンパーの大容量化を図るために摩擦ダンパーを並列配置する事例を検討する。
２つのダンパー（摩擦ダンパー）の摩擦力にばらつきが生じた場合、摩擦力が小さいダンパーがすべり始めた段階で、２つのダンパーには曲げ変形が発生し、ダンパー効率の低下およびダンパー部材の曲げ応力の増加が懸念される。
本検討では、上記の曲げ変形に対しダンパー端部の断面の曲げ剛性を意図的に減少させることで、端部をピン接合に近い状態とすることが可能なディテールにより、ダンパーに入力される曲げモーメントを低減させる。
また、上記の制振装置のディテールと通常の接合部との比較を行い、上記の制振装置のディテールの有用性を検証する。
なお、実際のダンパー接合部は、柱梁とガセットプレートにて接合され、ある回転剛性を有するが、本検討ではその部分のモデル化は行わず、端部支持条件は剛接合・ピン接合にて検討した（図９参照）。
Next, a case where friction dampers are used as vibration dampers of a vibration damping device and the friction dampers are arranged in parallel to increase the capacity of the vibration dampers will be examined.
When the frictional force of the two dampers (friction dampers) varies, bending deformation occurs in the two dampers at the stage when the damper with the smaller frictional force begins to slide, resulting in a decrease in damper efficiency and bending stress in the damper member. There is concern about an increase in
In this study, by intentionally reducing the flexural rigidity of the cross section of the damper end against the above bending deformation, the bending input to the damper can be achieved by making the end close to a pin joint. Reduce moment.
In addition, the detail of the damping device described above is compared with a normal joint to verify the usefulness of the detail of the damping device.
The actual damper joint is joined with the beam and gusset plate, and has a certain rotational rigidity, but this part is not modeled in this study. We considered (see FIG. 9).
摩擦ダンパー部は、軸力に対し完全弾塑性挙動を示し、曲げに対しては弾性挙動を示すようモデル化を行う（図１０参照）。
材料の非線形特性を以下のように設定した。初期剛性はＥ＝２０５０００Ｎ／ｍｍ２とし、切片の値は摩擦力が大きいダンパーはσＳ×Ａ＝２４００ｋＮ、摩擦力が小さいダンパーはσＷ×Ａ＝１６００ｋＮとなるよう値を設定した。（摩擦力のばらつきは±４００ｋＮ（中央値２０００ｋＮの±２０％と設定した。）
第２勾配は、初期勾配の１／１００００以下の値を設定した。
また、塑性化に伴い曲げ剛性が低減されるのを防ぐため、摩擦ダンパー部は軸断面積を０とし、弾性挙動を示すダンパー断面を並列入力した。図１１にダンパー軸部断面を示し、図１２に曲げ変形集中領域断面を示す。
The friction damper section is modeled so as to exhibit perfect elastoplastic behavior with respect to axial force and exhibit elastic behavior with respect to bending (see FIG. 10).
The nonlinear properties of the material were set as follows. The initial stiffness was set to E=205000 N/mm2, and the intercept value was set to σ S ×A=2400 kN for dampers with large frictional force and σ W ×A=1600 kN for dampers with small frictional force. (The variation in frictional force was set to ±400 kN (±20% of the median value of 2000 kN.)
The second gradient was set to a value of 1/10000 or less of the initial gradient.
In order to prevent reduction in bending rigidity due to plasticization, the axial cross-sectional area of the friction damper portion was set to 0, and damper cross-sections exhibiting elastic behavior were input in parallel. FIG. 11 shows a cross section of the damper shaft, and FIG. 12 shows a cross section of the bending deformation concentration region.
検討ケース
ケース１ 上記の制振装置のディテールモデル
ケース２ 完全ピンモデル
ケース３ 完全剛モデル
端部支持条件による場合分け
ａ：片端ピン他端固定
ｂ：両端ピン
ｃ：両端剛（ケース１のみ）
検討条件
変形量一定下における、ダンパー軸力（支点反力）・ダンパー端部曲げモーメントを比較する。
変形量は、強制変位部の変位量が６ｍｍ時点を採用した。４ｍｍの時点で摩擦力が小さいダンパーに滑りが生じ、６ｍｍの段階ではケース１－ｃのみ摩擦力が大きいダンパーにも滑りが生じる。
Examination conditions Compare the damper axial force (fulcrum reaction force) and the damper end bending moment under a constant amount of deformation.
As for the amount of deformation, the point at which the amount of displacement of the forced displacement portion was 6 mm was employed. At the point of 4 mm, the damper with a small frictional force slips, and at the point of 6 mm, the damper with a large frictional force only in the case 1-c also slips.
検討結果を下表に示す。 The results of the study are shown in the table below.
実際のダンパーの配置状況は、柱梁よりガセットプレートにて支持されるため、ある程度の回転拘束および剛性がある。よって、実際の応力状態は、それぞれのケースにおけるａ（他端ピン）とｃ（両端剛）の間にあり、固定端側の値に近いと考えられる。ケース１～３それぞれのｃ（両端剛）では、ダンパー端部に曲げが生じないため、すべて同様の結果となる。
ケース１とケース３とを比較すると、同一の変形条件において支点反力は、ケース１よりもケース３の方が大きいため、ダンパーの効率は端部断面を軸部と同じとした方が良いことがわかる（図１３および図１４参照）。
上記の原因は、摩擦力が小さいダンパーが軸変形を起こした際に端部が回転変形することにより、片側のダンパーが滑った後の荷重変形関係の剛性が見かけ上低下することによると考えられる。
Since the actual damper is supported by the gusset plate from the column beam, there is a certain degree of rotation restriction and rigidity. Therefore, the actual stress state is between a (the other end pin) and c (both ends rigid) in each case, and is considered to be close to the value on the fixed end side. In case c (both ends rigid) of each of
Comparing
The reason for the above is thought to be that when the damper with a small frictional force undergoes shaft deformation, the end part is rotationally deformed, and the stiffness related to the load deformation after one side of the damper slips appears to decrease. .
一方、ダンパー端部の曲げモーメントは、曲げ変形集中領域を設けたケース１の方がケース３より大幅に小さい。
ケース３のダンパーに生じる曲げモーメントが２１．３５ｋＮｍ（摩擦力小固定端側）のとき、曲げモーメントにより生じる摩擦力は２１．３５ｋＮｍ／０．２５ｍ＝８５．４ｋＮとなり、元の摩擦力１６００ｋＮの５．３％のロスが生じる。
ケース１のダンパーに生じる曲げモーメントが０．９６ｋＮｍ（摩擦力小固定端側）のとき、曲げモーメントにより生じる摩擦力は０．９６ｋＮｍ／０．２５ｍ＝４ｋＮとなり、元の摩擦力１６００ｋＮの０．３％のロスとなる。
よって、ダンパーに生じる曲げモーメントを低減させた上記の制振装置のディテールの方が、ダンパー容量において効率的であることが明らかとなった。
On the other hand, the bending moment at the end of the damper is much smaller in
When the bending moment generated in the damper of case 3 is 21.35 kNm (on the fixed end side with small friction force), the friction force generated by the bending moment is 21.35 kNm/0.25 m = 85.4 kN, which is 5 of the original friction force of 1600 kN. A loss of 0.3% occurs.
When the bending moment generated in the damper of
Therefore, it has become clear that the details of the vibration damping device that reduce the bending moment generated in the damper are more efficient in terms of damper capacity.
曲げ変形集中領域を設けるディテールは、通常の接合部に比べ、端部をピン接合にした場合に近い結果となり、ダンパーに生じる曲げモーメントを大幅に低減可能である。
通常の接合部に比べ、上記の制振装置のディテールは摩擦力が小さいダンパーに滑りが生じた後、ダンパー効率（ダンパー軸力／変形量）が低下する。
ただし、ダンパーに生じる曲げモーメントが小さいため、ダンパーの摩擦力のロスが小さく、上記の制振装置のディテールの方がダンパー容量は大きい。
実際の設計においては、ダンパー接合部（柱梁とダンパーの接合部）の回転剛性を考慮し、ダンパー端部に生じる曲げモーメントを算出する必要がある。
The detail that provides the bending deformation concentration area results in a result closer to that of a pin joint at the end compared to a normal joint, and the bending moment generated in the damper can be greatly reduced.
Compared to normal joints, the details of the damping device have a small frictional force, and after the damper slips, the damper efficiency (damper axial force/deformation amount) decreases.
However, since the bending moment generated in the damper is small, the loss of the frictional force of the damper is small, and the damper capacity is larger in the details of the vibration damping device described above.
In the actual design, it is necessary to consider the rotational stiffness of the damper joint (the joint between the beam and the damper) and calculate the bending moment generated at the end of the damper.
曲げ変形集中領域を設けることで、従来の剛接合形式の場合に比べ地震時に制振ダンパー２に生じる曲げモーメントを低減できる。
曲げモーメントを低減することで、ダンパー容量のロスが少なく効率的である。
By providing the bending deformation concentration area, the bending moment generated in the
By reducing the bending moment, the loss of damper capacity is small and efficient.
以上、本発明による制振装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の本実施形態による制振装置では、制振ダンパー２の芯材２１は、断面形状が十字形で、第１芯材板部２３および第２芯材板部２４が第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７と接合され、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６は、軸線方向の先端部が第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７に達しておらず第１ガセットプレート１６および第２ガセットプレート１７と軸線方向に離間して配置されている。第１曲げ変形集中領域２８１は、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の軸線方向の先端部と第１ガセットプレート１６との間に設けられ、第２曲げ変形集中領域２８２は、第３芯材板部２５および第４芯材板部２６の軸線方向の先端部と第２ガセットプレート１７との間に設けられている。
これに対し、曲げ変形集中領域２８１，２８２は、曲げ剛性が小さく設定されていれば、上記以外の形態であってもよい。
Although the embodiments of the vibration damping device according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the invention.
For example, in the vibration damping device according to the present embodiment described above, the
On the other hand, the bending
上記の実施形態では、芯材２１は、第１芯材板部２３と第２芯材板部２４とが同一面内に配置され、第３芯材板部２５と第４芯材板部２６とが第１芯材板部２３および第２芯材板部２４と直交する同一面内に配置されている。第１芯材板部２３と、第２芯材板部２４とが第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７を挟んだ状態で第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７に接合されている。
これに対し、第１芯材板部２３と第２芯材板部２４とが同一面内に配置されていなくてもよいし、第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７を挟まずに第１ガセットプレート１６、第２ガセットプレート１７の同じ面に接合されていてもよい。
In the above-described embodiment, the
On the other hand, the first
１ 制振装置
２ 制振ダンパー
１１ 架構
１６ 第１ガセットプレート（ガセットプレート）
１７ 第２ガセットプレート（ガセットプレート）
２１ 芯材
２３ 第１芯材板部
２４ 第２芯材板部
２５ 第３芯材板部
２６ 第４芯材板部
２９ 制振ダンパー本体
２３１，２４１ 第１突出部分（突出部分）
２３２，２４２ 第２突出部分（突出部分）
２７１ 第１ガセットプレート接合部（ガセットプレート接合部）
２７２ 第２ガセットプレート接合部（ガセットプレート接合部）
２８１ 第１曲げ変形集中領域（曲げ変形集中領域）
２８２ 第２曲げ変形集中領域（曲げ変形集中領域）
1 damping
17 second gusset plate (gusset plate)
21
232, 242 second projecting portion (projecting portion)
271 first gusset plate joint (gusset plate joint)
272 second gusset plate joint (gusset plate joint)
281 first bending deformation concentration area (bending deformation concentration area)
282 second bending deformation concentration area (bending deformation concentration area)
Claims (3)
前記制振ダンパーは、
制振機能を有する制振ダンパー本体と、
前記ガセットプレートと接合されるガセットプレート接合部と、
前記制振ダンパー本体と前記ガセットプレート接合部との間に介在し、前記制振ダンパー本体および前記ガセットプレート接合部よりも曲げ剛性が小さい曲げ変形集中領域と、を有し、
前記制振ダンパーは、軸線方向に延びて断面形状が十字形となる芯材を有し、
前記芯材は、前記十字形を形成するように放射状に配置された第１芯材板部、第２芯材板部、第３芯材板部および第４芯材板部を有し、
前記第１芯材板部および前記第２芯材板部は、前記第３芯材板部および前記第４芯材板部よりも軸線方向に突出する突出部分を有し、
前記突出部分には、前記ガセットプレート接合部および前記曲げ変形集中領域が設けられていることを特徴とする制振装置。 A vibration damping device having brace-type vibration dampers joined to gusset plates provided at diagonal positions in a frame,
The vibration damper is
a damping damper body having a damping function;
a gusset plate joint joined with the gusset plate;
a bending deformation concentrated region interposed between the vibration damper body and the gusset plate joint portion and having a bending rigidity smaller than that of the vibration damper body and the gusset plate joint portion;
The vibration damper has a core member extending in the axial direction and having a cross-sectional shape,
The core member has a first core plate portion, a second core plate portion, a third core plate portion, and a fourth core plate portion radially arranged to form the cross,
The first core plate portion and the second core plate portion have projecting portions that protrude in the axial direction more than the third core plate portion and the fourth core plate portion,
A vibration damping device , wherein the gusset plate joint portion and the bending deformation concentrated area are provided in the projecting portion .
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| JP2011111831A (en) | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Kumagai Gumi Co Ltd | Building and construction method of the same |
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