JPH0522028B2 - - Google Patents

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JPH0522028B2
JPH0522028B2 JP63114069A JP11406988A JPH0522028B2 JP H0522028 B2 JPH0522028 B2 JP H0522028B2 JP 63114069 A JP63114069 A JP 63114069A JP 11406988 A JP11406988 A JP 11406988A JP H0522028 B2 JPH0522028 B2 JP H0522028B2
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JP
Japan
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hinge
braces
building
brace
restraint
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Takuji Kobori
Naomiki Niwa
Tadashi Nasu
Shigeto Kurata
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Kajima Corp
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  • Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は制震構造物に用いられる可変剛性ブ
レースに関するもので、構造物に入力する地震、
風等の外力に応じて架構の剛性を変化させ、地震
等に対処させるものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] This invention relates to a variable rigidity brace used in seismic damping structures.
The rigidity of the frame changes according to external forces such as wind to cope with earthquakes, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、高層建築や重要構造物等の耐震設計にお
いては地震時の地盤の動きや建物の応答を計算
し、安全性をチエツクする動的設計が行われてい
る。
Conventionally, in the seismic design of high-rise buildings and important structures, dynamic design has been performed to check safety by calculating the ground movement and building response during an earthquake.

耐震の方法としては建物と基礎の間に積層ゴム
支承やダンパーを介在させた免震構法あるいは減
震構法、建物構成部材のうち、非主要部材の破壊
により地震エネルギーを消費さる方法、壁あるい
は柱等にスリツトを設け、建物を最適の剛性に調
整する方法等がある。
Earthquake resistance methods include seismic isolation or attenuation construction methods in which laminated rubber bearings or dampers are interposed between the building and the foundation, methods that consume earthquake energy by destroying non-main building components, walls or columns. There is a method to adjust the rigidity of the building to the optimum level by creating slits in the building.

ところで、現行の耐震設計手法により設計され
た建物の地震時における安全性の確認は、構造物
の塑性化を伴なう履歴特性による吸収エネルギー
が構造物に作用する地震エネルギーを上回るとい
う基本思想によるが、これには履歴ループ特性に
対する信頼性の問題がある。
By the way, confirmation of the safety of buildings designed using current seismic design methods in the event of an earthquake is based on the basic idea that the energy absorbed by the hysteresis characteristics associated with plasticization of the structure exceeds the seismic energy acting on the structure. However, this has the problem of reliability regarding the history loop characteristics.

また、従来の方法はいずれも地震や風等の自然
外力に対し、受身の耐震構造を与えるものであ
り、建物が特定の固有振動数を有するため、地震
という不確定な入力に対し、共振現象を避けて通
ることはできない。
In addition, all conventional methods provide a passive earthquake-resistant structure against natural external forces such as earthquakes and wind, and because buildings have a specific natural frequency, they cannot resist resonance phenomena in response to uncertain inputs such as earthquakes. You cannot avoid it.

これに対し、出願人は特開昭62−268479号にお
いて、上述のような受身の耐震方法でなく、感知
した地震動に基づく応答予測システムの判断のも
とに建物事体の剛性を能動的に変化させ、共振領
域外または共振の少ない状態とし、建物および建
物内の機器、居住者等の安全を図つた制震方法を
提案している。
In contrast, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-268479, the applicant proposed an active method to improve the stiffness of a building based on the judgment of a response prediction system based on the detected seismic motion, rather than using the passive seismic resistance method described above. We are proposing a vibration damping method that aims at the safety of buildings, equipment inside buildings, occupants, etc. by changing the vibration to a state where resonance is outside the resonance region or with little resonance.

上記の制震方法では柱、はり、ブレース、壁並
びにそれらの接合部の全部もしくは一部、または
建物と基礎あるいは隣接する建物との間に、コン
ピユーターの指令により連結状態が変化する制御
装置を設け、次のようにして、建物の制震を行な
う。
In the above seismic control method, a control device is installed in all or part of columns, beams, braces, walls, and their joints, or between a building and the foundation or an adjacent building, so that the connection state can be changed according to computer commands. , Damping the building is done as follows.

地震の発生を建物を中心に狭域および広域に
配置した地震感知装置により感知し、観測デー
タを有線、無線の通信網によりコンピユーター
に伝達する。広域の地震感知方法は既設の地震
観測点における地震計あるいは専用に設置した
ものをマイクロ回線あるいは電話回線等で結
ぶ。また狭域の地震感知装置は建物の周辺ある
いは周辺地盤内に設けた地震計や、建物基部や
建物内に設置した振動センサーからなり、風力
等の影響は建物内の振動センサーで感知する。
The occurrence of an earthquake is detected by earthquake sensing devices placed in both narrow and wide areas around buildings, and the observation data is transmitted to a computer via wired and wireless communication networks. A wide-area earthquake detection method connects seismometers at existing earthquake observation points or specially installed ones using microcircuits or telephone lines. In addition, narrow-area earthquake sensing devices consist of seismometers installed around buildings or in the surrounding ground, and vibration sensors installed at the base of buildings or inside buildings, and the effects of wind force etc. are detected by vibration sensors inside buildings.

感知した地震について、コンピユーターによ
り地震の規模の判断、周波数特性の分析、応答
量の予測等を行ない、建物の振動を制御すべき
か否か、また制御すべき場合の制御量につい
て、共振をかわし、地震応答量の少ない最適剛
性(固有振動数)を与えるものとして判断を下
す。
For detected earthquakes, a computer determines the scale of the earthquake, analyzes frequency characteristics, predicts the amount of response, etc., and determines whether or not to control the vibration of the building, and if so, the amount of control to avoid resonance. The judgment is made based on the one that provides the optimum stiffness (natural frequency) with a small amount of seismic response.

コンピユーターの指令を建物の各部の制御装
置に伝え、建物の剛性をコンピユーターの予測
に基づく最適剛性となるように制御装置を作動
させる。連結状態の調整は固定状態と連結解除
状態を油圧機構、電磁石等によりオン、オフで
調整するものや、固定状態、連結解除状態の
外、緊張力の導入や任意の位置での固定を油圧
機構あるいは特殊合金等を用いて調整するもの
等が考えられる。
The computer's commands are transmitted to the control devices in each part of the building, and the control devices operate so that the building's stiffness reaches the optimal stiffness based on the computer's predictions. The connection state can be adjusted by turning the fixed state and uncoupled state on and off using hydraulic mechanisms, electromagnets, etc., or by applying tension or fixing at any position between the fixed state and uncoupled state using a hydraulic mechanism. Alternatively, it may be adjusted using a special alloy or the like.

また、建物内に配した振動センサーにより、
建物各部における応答量並びに制御を行つた場
合の実際の振動が感知でき、これをフイードバ
ツクして、制御量の修正等を行なうことができ
る。
In addition, vibration sensors placed inside the building will
The amount of response in each part of the building as well as the actual vibration when the control is performed can be sensed, and this can be fed back to correct the amount of control.

この他、従来の可変剛性建物の考え方として
は、例えば柱と梁で囲まれる構面内のブレースを
伸縮させたり、ブレース自体の剛性を可変とした
り、あるいは柱まは梁とブレースとの連結状態の
オン、オフの切換えにより架構の剛性を変化させ
る等して制御を行つている(特開昭63−70734号
公報、特開昭63−114770号、特開平1−127741
号、特開平1−127742号、特開平1−131741号等
参照)。
In addition, conventional ways of thinking about variable-rigidity buildings include, for example, expanding and contracting the braces within the structural surface surrounded by columns and beams, varying the rigidity of the braces themselves, or changing the connection state between columns or beams and braces. Control is performed by changing the rigidity of the frame by switching on and off (JP-A-63-70734, JP-A-63-114770, JP-A-1-127741).
No., JP-A No. 1-127742, JP-A No. 1-131741, etc.).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、上述のような可変剛性建物において
その効果を十分発揮させるためには、剛性変化が
瞬時に行え、機械的な遅れが最小限に抑えられる
必要がある。
By the way, in order to fully demonstrate the effect of the above-mentioned variable stiffness building, it is necessary to be able to change the stiffness instantaneously and to minimize mechanical delays.

この発明は可変剛性建物に使用される可変剛性
装置として、構造が簡単でかつ素早く、確実に作
動する可変剛性ブレースを提供することを目的と
したものである。
The object of the present invention is to provide a variable rigidity brace that has a simple structure, operates quickly, and reliably, as a variable rigidity device used in a variable rigidity building.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

以下、この発明の概要を実施例に対応する図面
の符号を用いて説明する。
Hereinafter, an overview of the present invention will be explained using reference numerals in the drawings corresponding to the embodiments.

この発明の制震構造物用可変剛性ブレースは、
中央部にヒンジ5を有し、両端を柱梁架構に対し
ピン接合としたブレース3,4と、ヒンジ5と柱
1または梁2を連結し、ヒンジ5位置の拘束状態
を制御可能な拘束装置6と、地震動に応じて拘束
装置6による拘束状態を制御する制御装置とから
なる。
The variable rigidity brace for vibration damping structures of this invention is
A restraint device that connects the braces 3 and 4 with a hinge 5 in the center and pin-joins both ends to the column-beam frame, and the hinge 5 and the column 1 or beam 2, and can control the restraint state of the hinge 5 position. 6, and a control device that controls the restraint state of the restraint device 6 in response to earthquake motion.

拘束装置6としては油圧、空圧、電磁式等のブ
レーキ機構、油圧の解放等により拘束状態を解除
可能とした油圧シリンダー、拘束状態を解除可能
としたダンパー等の使用が考えられる。拘束装置
6の制御によりヒンジ5の位置を拘束したり、フ
リーにしたりし、ヒンジ5を組み込んだブレース
3,4を効かせたり、効かせなかつたりすること
により、建物全体の剛性を可変とすることでき
る。
As the restraint device 6, it is possible to use a hydraulic, pneumatic, or electromagnetic brake mechanism, a hydraulic cylinder that can release the restraint state by releasing the hydraulic pressure, or a damper that can release the restraint state. By controlling the restraining device 6 to restrain or free the position of the hinge 5, and by making the braces 3 and 4 incorporating the hinge 5 effective or ineffective, the rigidity of the entire building can be varied. I can do that.

〔実施例〕〔Example〕

次に図示した実施例について説明する。 Next, the illustrated embodiment will be described.

第1図はこの発明の一実施例を示したもので、
柱1と梁2で囲まれた構面内において、ハの字形
に設置された2本のブレース3,4の各中央部に
それぞれヒンジ5を設け、このヒンジ5と柱1、
梁2の交点とを油圧シリンダー形式の拘束装置6
を結んでいる。
FIG. 1 shows an embodiment of this invention.
Within the structure surrounded by the pillars 1 and beams 2, hinges 5 are provided at the center of each of the two braces 3 and 4 installed in a V-shape, and the hinges 5 and the pillars 1,
A hydraulic cylinder-type restraint device 6 is connected to the intersection of the beams 2.
is tied.

各ブレース3,4の両端および拘束装置6の両
端はそれぞれピン接合されており、自由に回転す
ることができる。
Both ends of each of the braces 3 and 4 and both ends of the restraint device 6 are each pin-jointed and can rotate freely.

この第1図は架構の初期状態を示したもので、
あらかじめブレース3,4のヒンジ5位置に所定
のライズ(図中Hで示す)を設けてある。すなわ
ち、各ブレース3,4の両端を結ぶ直線に対し、
ヒンジ5位置をHだけずらしてあり、柱梁架構が
変形した際、ヒンジ5がスムーズに回転できるよ
うにするとともに、架構の変形でブレース3,4
の一方に作用する引張力に対してもブレース3,
4が効かない状態とすることが可能となる。この
ライズHにより建物の最大変形時にもブレース
3,4が伸びきらないようにすることが可能であ
る。
This figure 1 shows the initial state of the frame.
A predetermined rise (indicated by H in the figure) is provided in advance at the hinge 5 position of the braces 3 and 4. That is, with respect to the straight line connecting both ends of each brace 3, 4,
The position of the hinge 5 is shifted by H, so that when the column-beam frame is deformed, the hinge 5 can rotate smoothly, and when the frame is deformed, the braces 3 and 4 are
The brace 3,
4 becomes ineffective. This rise H makes it possible to prevent the braces 3 and 4 from fully extending even during maximum deformation of the building.

第2図および第3図は可変剛性ブレースの作動
状態を示したものである。
Figures 2 and 3 show the variable stiffness brace in operation.

架構が変形する際、ブレース3,4の中央部の
ヒンジ5は動こうとするが、これを拘束装置6で
拘束すればブレース3,4は引張力並びに圧縮力
を負担することができる。第2図はこのブレース
緊張状態を示したものである。
When the frame deforms, the hinge 5 at the center of the braces 3, 4 tries to move, but if this is restrained by the restraining device 6, the braces 3, 4 can bear tensile force as well as compressive force. FIG. 2 shows this brace tensioned state.

また、拘束装置6の拘束状態を解除して緩めれ
ば、ブレース3,4の中央部のヒンジ5は自由に
動くことができ、ブレース3,4は力を負担しな
い。第3図はこのブレース弛緩状態を示したもで
ある。
Moreover, if the restraint state of the restraint device 6 is released and loosened, the hinge 5 at the center of the braces 3, 4 can move freely, and the braces 3, 4 do not bear any force. FIG. 3 shows this brace in a relaxed state.

可変剛性制御の考え方は従来の技術の項で述べ
たものと同様に行うことができ、拘束装置6を拘
束状態とするか、弛緩状態とするかは、別途、地
震動の卓越周期成分等との関係で、コンピユータ
ー等を用いた制御装置により選定された適切な建
物剛性が実現するようコントロールされる。
The concept of variable stiffness control can be carried out in the same way as that described in the conventional technology section, and whether the restraint device 6 is in a restrained state or in a relaxed state is determined separately from the dominant periodic component of the earthquake motion, etc. In this regard, control is performed using a control device using a computer or the like to achieve the selected appropriate building rigidity.

第4図〜第6図はこの発明の制震構造物用可変
剛性ブレースの種々の変形例を示したものであ
る。
4 to 6 show various modifications of the variable rigidity brace for vibration damping structures of the present invention.

第1図の実施例ではブレース3,4をハの字形
に設置していたのに対し、第4図および第5図で
はX形にブレース3′,4′を設置し、第4図の実
施例でぱブレース3′,4′の中央部と柱1、梁2
の交点とを拘束装置6で結び、第5図の実施例で
はブレース3′,4′の中央部と下側の梁2を拘束
装置6で結んでいる。
In the embodiment shown in Fig. 1, the braces 3 and 4 are installed in a V-shape, whereas in Figs. 4 and 5, the braces 3' and 4' are installed in an X-shape, For example, the center part of braces 3' and 4', column 1, and beam 2
In the embodiment shown in FIG. 5, the center portions of the braces 3', 4' and the lower beam 2 are connected by the restraint device 6.

また、第6図の実施例ではハの字形に設置した
ブレース3,4の中央部と下側の梁2の中央部を
拘束装置6を結んでいる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 6, a restraining device 6 is connected between the center portions of the braces 3 and 4 installed in a V-shape and the center portion of the lower beam 2.

〔発明の効果〕 ブレースの中央部に設けたヒンジと柱梁架構
間を連結する拘束装置の拘束状態を調整するこ
とにより、柱梁架構に組み込んだブレースを効
かせたり、効かせなかつたりすることができ、
建物の剛性を可変とすることができる。
[Effect of the invention] By adjusting the restraining state of the restraint device that connects the hinge provided at the center of the brace and the column-beam frame, the brace incorporated in the column-beam frame can be made to work or not. is possible,
The rigidity of the building can be made variable.

ヒンジ位置の拘束および拘束解除により制御
するため、ブレースには無理な力が作用せず、
摩擦力も小さいため、機械的な遅れが少なく、
即座に作動させることができる。特に、ヒンジ
位置に初期たわみとして、所定のライズを設け
ておくことにより、架構変形時にヒンジをスム
ーズに回転させることができる。
Since the hinge position is controlled by restraining and releasing the restraint, no unreasonable force is applied to the brace.
Since the frictional force is small, there is little mechanical delay,
Can be activated immediately. In particular, by providing a predetermined rise as an initial deflection at the hinge position, the hinge can be rotated smoothly when the frame is deformed.

ブレース自体は中央部にヒンジを設けるだけ
であり、特に複雑な断面変化を必要としないた
め、設計が容易で、構造も単純であるため、作
動における信頼性も高い。
The brace itself only requires a hinge in the center and does not require any particularly complicated cross-sectional changes, so it is easy to design, simple in structure, and highly reliable in operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す正面図、第
2図および第3図は装置の作動状態を示す概要
図、第4図〜第6図は種々の変形例を示す概要図
である。 1……柱、2……梁、3,4……ブレース、5
……ヒンジ、6……拘束装置、7……ピン接合
部。
FIG. 1 is a front view showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the operating state of the device, and FIGS. 4 to 6 are schematic diagrams showing various modifications. . 1... Column, 2... Beam, 3, 4... Brace, 5
... Hinge, 6 ... Restraint device, 7 ... Pin joint.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 中央部にヒンジを有し、両端を柱梁架構に対
しピン接合としたブレースと、前記ヒンジと柱ま
たは梁を連結し、前記ヒンジ位置の拘束状態を制
御可能な拘束装置と、地震動に応じて前記拘束装
置による拘束状態を制御する制御装置とからなる
ことを特徴とする制震構造物用可変剛性ブレー
ス。 2 前記拘束装置は柱と梁の交点と前記ヒンジと
を連結している請求項1記載の制震構造物用可変
剛性ブレース。
[Scope of Claims] 1. A brace having a hinge in the center and pin-joined at both ends to the column-beam frame, and a restraint that connects the hinge to a column or a beam and can control the restraint state of the hinge position. 1. A variable rigidity brace for a seismic damping structure, comprising: a device; and a control device that controls a restraint state by the restraint device according to seismic motion. 2. The variable rigidity brace for a seismic damping structure according to claim 1, wherein the restraint device connects the intersection between the column and the beam and the hinge.
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