JPH09228473A - 構造物における水平力抵抗機構 - Google Patents

構造物における水平力抵抗機構

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JPH09228473A
JPH09228473A JP3842196A JP3842196A JPH09228473A JP H09228473 A JPH09228473 A JP H09228473A JP 3842196 A JP3842196 A JP 3842196A JP 3842196 A JP3842196 A JP 3842196A JP H09228473 A JPH09228473 A JP H09228473A
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JP
Japan
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studs
resistant
seismic
vibration
stud
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JP3842196A
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English (en)
Inventor
Osamu Tsujita
修 辻田
Keiji Ogura
桂治 小倉
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Taisei Corp
Original Assignee
Taisei Corp
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Publication date
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  • Load-Bearing And Curtain Walls (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐震間柱の剛性を高くし、外力への応答時の
減衰効果、エネルギー吸収能力を高め、復元力特性の選
択範囲を広く、任意に調整することができるようにす
る。 【解決手段】 架構10の主柱2間に上下端を梁3に剛
接合とした耐震間柱1を設置し、耐震間柱1どうし、ま
たは主柱2と耐震間柱1とを、曲げモーメントを伝達可
能な連結材4で連結することにより、構造物における水
平力抵抗機構を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水平力に抵抗し、
鋼材の降伏による履歴減衰を付与する機構を構造物の架
構内に組み込むことにより、構造物の水平振動を低減・
制御する、構造物における水平力抵抗機構に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】鉄骨構造における主柱や梁等の主体構造
以外の水平力抵抗機構には、ブレースや、上下端を梁に
剛接合とした間柱(以下耐震間柱という)がある。
【0003】ブレースは、剛性が高く主体構造の水平力
分担を低減する効果は大きいが、座屈により急激に水平
力負担能力が減少するという問題がある。このブレース
の欠点を改良し、剛性と耐力の調整を容易にするものと
してアンボンドブレースがあるが、施工が煩雑で意匠計
画への制約が大きいというブレース架構の持つ問題点は
解決できない。
【0004】これに対し、図5に示すように、耐震間柱
1は、架構10の主柱2間の1スパン内に1本または複
数本設置し、上下端を梁3に剛接合としたものである。
耐震間柱1の上下階への連続性は任意である。柱材の形
状には制約はなく、H形鋼、角形鋼管などの使用が可能
であるが、面内方向の水平1方向に抵抗する機構である
ことから、効率の良いH形鋼を用いる場合が多い。端部
は曲げモーメントを伝達できる接合方式とし、一般的に
は上下階の梁3に溶接によって接合されている。
【0005】この構成により、耐震間柱1は、ブレース
の持つ前記の問題点を克服し、かつ端部の曲げ降伏後も
安定した復元力を持つエネルギー吸収能力を期待でき
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、耐震間柱は、
ブレースに比べて剛性が低いことから、主柱や梁等の主
体構造の水平力の分担率がブレース架構より大きくなる
という問題がある。
【0007】耐震間柱には、一部(端部フランジや中央
部ウェブ等)に極軟鋼を用い、低い振動レベルから極軟
鋼を降伏させて履歴減衰効果を期待する機構も提案され
ているが、この機構においても、履歴減衰効果を高める
ための大きな履歴吸収エネルギーを得るには、耐震間柱
の剛性を高くする必要がある。
【0008】本発明は、複数の耐震間柱どうし、または
耐震間柱と主柱とを連結材で連結することにより、耐震
間柱の剛性を高くすると共に、連結材の連結高さや、耐
震間柱と連結材のバランスを変えることにより、機構の
復元力特性を任意に調整することのできる、構造物にお
ける水平力抵抗機構を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の構造物における
水平力抵抗機構は、架構の主柱間に上下端を梁に剛接合
とした耐震間柱を設置し、耐震間柱どうし、または主柱
と耐震間柱とを、曲げモーメントを伝達可能な連結材で
連結して上記課題を解決している。
【0010】この水平力抵抗機構では、耐震間柱どう
し、または主柱と耐震間柱とが連結材によって連結され
るので、耐震間柱の剛性が高くなる。また、連結材の連
結高さや、耐震間柱と連結材のバランスを変えることに
より、連結材または耐震間柱を小振幅レベルから降伏さ
せることが可能であり、外乱に対する応答時の減衰効果
が高められる。そして、エネルギー吸収能力が高く、復
元力特性の選択の範囲も広くなる。
【0011】連結材は上下に離間して複数本配置するこ
とにより、耐震間柱の剛性がより高くなり、降伏箇所が
増すので耐震間柱1本当たりのエネルギー吸収能力を高
めることができる。
【0012】連結材は、一端例えば主柱側をピン接合と
することにより、ピン接合側にはせん断力のみを伝達さ
せるようにすることもできる。耐震間柱もしくは連結材
の何れか一方、または両方に極軟鋼材を用いることによ
り、低い振動レベルから極軟鋼材を降伏させて、履歴減
衰効果を大きくすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の実施の一形態
である水平力抵抗機構を備えた架構の略軸組図、図2は
連結方式の例を示す説明図である。
【0014】ここで、構造物の架構10には、主柱2、
梁3の主体構造以外の水平力抵抗機構として、耐震間柱
1と連結材4とが設けられている。耐震間柱1は、従来
のものと同様の構成であり、架構10の主柱2間の1ス
パン内に1本または複数本設置し、上下端は梁3に剛接
合としている。
【0015】耐震間柱1の上下階への連続性は任意であ
る。柱材の形状には制約はなく、H形鋼、角形鋼管など
の使用が可能であるが、面内方向の水平1方向に抵抗す
る機構であることから、効率の良いH形鋼を用いる場合
が多い。端部は曲げモーメントを伝達できる接合方式と
し、一般的には上下階の梁3に溶接によって接合されて
いる。耐震間柱1には、一部(端部フランジや中央部ウ
ェブ等)に極軟鋼を用いることにより、低い振動レベル
から極軟鋼を降伏させて履歴減衰効果を大きくすること
ができる。
【0016】隣りあう耐震間柱1どうし、または主柱2
と耐震間柱1とは、任意の高さで、曲げモーメントを伝
達可能な連結材4により互いに連結されている。連結材
4の数も任意であり、連結材4は1本または上下に離間
して複数本配置することができる。連結材4は上下に離
間して複数本配置することにより、耐震間柱の剛性がよ
り高くなり、降伏箇所が増すので耐震間柱1本当たりの
エネルギー吸収能力を高めることができる。
【0017】連結材4の形状には制約はないが、耐震間
柱1と同様に、H形鋼を用いるのが効率的である。連結
材4の材質にも制約はなく、耐震間柱1と同様に一部
(端部フランジや中央部ウェブ等)に極軟鋼を用いるこ
とも可能である。
【0018】主柱2と耐震間柱1とを連結材4により連
結する場合、主柱2と連結材4との接合方式は、曲げモ
ーメント伝達可能な剛接合や半剛接合の他、せん断力の
みを伝達可能なピン接合としてもよい。
【0019】耐震間柱1と連結材4との接合方式は、原
則として曲げモーメント伝達可能な接合とするが、耐震
間柱1どうしを連結する場合、連結材4の左右とちらか
の一端をピン接合とすることも可能である。
【0020】連結方式は、図2に示すように、耐震間柱
1の設置本数や、目標とする復元力特性によって種々選
択することができる。図2(イ)は、1スパン内に1本
の耐震間柱1を設置し、左右の主柱2と耐震間柱1とを
それぞれ1本の連結材4で連結した例を示している。こ
こで、耐震間柱1と連結材4とは剛接合されており、主
柱2と連結材4とはピン接合されている。
【0021】図2(ロ)は、1スパン内に2本の耐震間
柱1を設置し、左右の耐震間柱1どうし、及び左右の主
柱2と左右の耐震間柱1とを、それぞれ1本の連結材4
で連結した例を示している。ここで、耐震間柱1と連結
材4とは剛接合されており、主柱2と連結材4とはピン
接合されている。
【0022】図2(ハ)は、1スパン内に2本の耐震間
柱1を設置し、左右の耐震間柱1どうしを、1本の連結
材4で連結した例を示している。ここで、連結材4は、
耐震間柱1の高さhの中央ではなく、下端からの高さh
1、上端までの高さh2 となる位置に配置されている。耐
震間柱1と連結材4とは剛接合されている。
【0023】図2(ニ)は、1スパン内に2本の耐震間
柱1を設置し、左右の耐震間柱1どうしを、2本の連結
材4で連結した例を示している。ここで、2本の連結材
4は、互いに高さh3 だけ離間し、1本が耐震間柱1の
下端からの高さh1、他の1本は上端までの高さh2 の位
置に配置されている。耐震間柱1と連結材4とは剛接合
されている。
【0024】図2(ホ)は、1スパン内に2本の耐震間
柱1を設置し、左右の耐震間柱1どうし、及び左右の主
柱2と左右の耐震間柱1とを、それぞれ2本の連結材4
で連結した例を示している。ここで、耐震間柱1と連結
材4とは剛接合されており、主柱2と連結材4とはピン
接合されている。
【0025】図2(ヘ)は、1スパン内に2本の耐震間
柱1を設置し、左右の耐震間柱1どうしを3本の連結材
4で連結し、左右の主柱2と左右の耐震間柱1とをそれ
ぞれ1本の連結材4で連結した例を示している。ここ
で、耐震間柱1と連結材4とは剛接合されており、主柱
2と連結材4とはピン接合されている。
【0026】連結方式は、これに限定されるものではな
く、他の連結方式も必要に応じて適宜選択することが可
能である。図3は水平加力時の応力状態を示す図であっ
て、図3(イ)は、耐震間柱どうしを連結材で連結しな
い場合、図3(ロ)は耐震間柱どうしを連結材で連結し
た場合を示している。
【0027】図3(イ)と図3(ロ)とを比較すると、
耐震間柱1のせん断力QP が同一のときの図3(イ)に
おける耐震間柱1、梁3の曲げモーメントMP1 、MP
2 、MG1 、MG2 、MG3 、MG4 は大きい。これに
対し、図3(ロ)における耐震間柱1、梁3の曲げモー
メントMP3 、MP4 、MP5 、MP6 、MG1 、MG
5 、MG6 、MG7 、MG8 は、連結材4を設けたこと
により減少し、耐震間柱1の水平剛性が増大している。
応力状態は連結材4の設置高さや連結材4の曲げ剛性に
よって変化し、耐震間柱1の断面が同一で連結材4が1
本のとき、従来の耐震間柱1の9倍程度までの剛性調整
が可能である。
【0028】剛性を高めることにより、小さな変形レベ
ルから耐震間柱1をせん断降伏させたり、連結材4を降
伏させることが可能となり、地震や強風等の外乱時の履
歴吸収エネルギー量が増し、履歴減衰による応答低減効
果が高まる。
【0029】降伏ヒンジ1箇所あたりのエネルギー吸収
能力は、降伏の種類、断面の性能、接合方式などによっ
て決まるが、連結材4を降伏させることにより降伏箇所
数が増し、耐震間柱1の1本あたりのエネルギー吸収能
力を高めることができる。
【0030】外乱による弾塑性応答の性状は、復元力特
性の影響を受ける。外力レベルに応じて意図する応答性
状を得るためには、設計者が復元力特性を選択できる範
囲が広いことが望ましい。この水平力抵抗機構では、連
結材4の断面、材質、連結位置を任意に選択することに
より、降伏箇所と降伏形態を変化させ、設計者の意図す
る復元力特性の実現が容易となる。
【0031】降伏形態としては、次に示す4種類があ
る。 ・耐震間柱1の上下端での曲げ降伏 ・耐震間柱1の中央ウェブでのせん断降伏 ・連結材4の左右端での曲げ降伏 ・連結材4の中央ウェブでのせん断降伏 耐震間柱1と連結材4の断面性能(材質や断面サイズ)
のバランスを調整することにより、上記4種の降伏耐力
と降伏順位を選択できる。
【0032】図4は復元力特性を示す図であって、図4
(イ)は、耐震間柱どうしを連結材で連結しない場合、
図4(ロ)は耐震間柱どうしを連結材で連結した場合を
示している。
【0033】図4において QP :耐震間柱のせん断力 δ :層間変形 a :耐震間柱の降伏 b :連結材の降伏 図4(イ)と図4(ロ)とを比較すると、図4(イ)の
場合においては、初期剛性が低いことから薄い履歴ルー
プとなり、エネルギー吸収量である履歴面積が小さい。
これに対し、図4(ロ)の場合においては、初期剛性が
高く、まず、連結材4が小振幅時に降伏し、振幅が大き
くなると耐震間柱1が降伏するので、履歴面積が大き
く、エネルギー吸収能力が高くなっており、高い減衰効
果が得られる。耐震間柱1の降伏が先行する断面選定を
行うことも可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、複数
の耐震間柱どうし、または耐震間柱と主柱とを連結材で
連結し、連結材の連結高さや、耐震間柱と連結材のバラ
ンスを変えることにより、耐震間柱の剛性調整範囲が広
くなり高い剛性範囲が容易に得られる。また、連結材を
小振幅レベルから降伏させることが可能であり、外力へ
の応答時の減衰効果が高められる。そして、エネルギー
吸収能力が高く、復元力特性の選択範囲も広くなる。
【0035】連結材は上下に離間して複数本配置するこ
とにより、耐震間柱の剛性がより高くなり、降伏箇所が
増すので耐震間柱1本当たりのエネルギー吸収能力を高
めることができる。
【0036】連結材は、一端例えば主柱側をピン接合と
することにより、主柱にはせん断力のみを伝達させるよ
うにすることができる。耐震間柱もしくは連結材の何れ
か一方、または両方に極軟鋼材を用いることにより、低
い振動レベルから極軟鋼材を降伏させて、履歴減衰効果
を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である水平力抵抗機構を
備えた架構の略軸組図である。
【図2】連結方式の例を示す説明図である。
【図3】水平加力時の応力状態を示す図である。
【図4】復元力特性を示す図である。
【図5】従来の耐震間柱を設置した架構の略軸組図であ
る。
【符号の説明】
1 耐震間柱 2 主柱 3 梁 4 連結材 10 架構
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 E04B 2/56 651 E04B 2/56 651C 652 652H 652T E04H 9/02 301 E04H 9/02 301 F16F 7/00 F16F 7/00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 架構の主柱間に上下端を梁に剛接合とし
    た耐震間柱を設置し、耐震間柱どうし、または主柱と耐
    震間柱とを、曲げモーメントを伝達可能な連結材で連結
    してなる構造物における水平力抵抗機構。
  2. 【請求項2】 連結材を上下に離間して複数本配置した
    ことを特徴とする請求項1記載の構造物における水平力
    抵抗機構。
  3. 【請求項3】 連結材の一端をピン接合としたことを特
    徴とする請求項1、または請求項2記載の構造物におけ
    る水平力抵抗機構。
  4. 【請求項4】 耐震間柱もしくは連結材の何れか一方、
    または両方に極軟鋼材を用いたことを特徴とする請求項
    1、請求項2、または請求項3記載の構造物における水
    平力抵抗機構。
JP3842196A 1996-02-26 1996-02-26 構造物における水平力抵抗機構 Pending JPH09228473A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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