JP4176620B2 - Seismic control structure of RC building - Google Patents
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Description
この発明は、RC系建造物の制震構造に関するものである。 The present invention relates to a seismic control structure for an RC building.
RC系建造物のうち、柱と梁との節点が剛に結合されたラーメン構造は、粘りがなく変形能力が小さいことから、地震発生時に損傷を受け易いという欠点を有している。このため、損傷に対する居住者等の安全確保の観点から損傷を防止する対策を講じる必要がある。また、地震発生時に生ずる損傷としては、柱と梁との節点近傍に生ずるクラック等、比較的目につき易い損傷もあり、建造物の不動産価値を低下させることにもなる。したがって、安全確保のみならず不動産価値低減を防止する観点からも対策を講じる必要がある。 Among RC-type buildings, the rigid frame structure in which the nodes of the columns and beams are rigidly connected has a disadvantage that it is not sticky and has a small deformation capacity, and therefore is easily damaged when an earthquake occurs. For this reason, it is necessary to take measures to prevent damage from the viewpoint of ensuring the safety of residents etc. against damage. In addition, damage that occurs when an earthquake occurs is relatively easily noticeable, such as cracks that occur in the vicinity of the nodal point between the column and the beam, which also reduces the real estate value of the building. Therefore, it is necessary to take measures not only from ensuring safety but also from the viewpoint of preventing real estate value reduction.
従来、この種のRC系建造物の地震対策としては、柱と梁とで構成される架構内にRC壁や斜材を組み込んで剛性を高めることにより変形を抑える方法の他、架構内の上梁と下梁との層間変位を利用して振動エネルギーを吸収することにより、振動を減衰させて変形を抑える制震方法が採用されている。
また、一部の柱を上下に切断されたモーメント柱として、両者間に制震ダンパーを取り付けることにより、振動を減衰させる制震方法も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
In addition, a seismic control method has been proposed in which vibration is attenuated by attaching a seismic damper between both of the columns as moment columns cut up and down (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、架構内にRC壁や斜材を組み込んで剛性を高める方法や、架構内の上梁と下梁との層間変位を利用する方法には、RC壁や斜材あるいは層間変位伝達部材を設置することによって空間が遮られてしまうという問題がある。すなわち、RC壁や層間変位伝達部材によって柱間に形成されている空間が仕切られてしまい、空間を広いままの状態で使用することができないという不都合がある。その結果、建築物の内部空間の機能性や景観が損なわれることにもなる。 However, RC walls, diagonal members, or interlayer displacement transmission members are installed for methods that increase the rigidity by incorporating RC walls or diagonal members in the frame, or methods that use the interlayer displacement between the upper and lower beams in the frame. There is a problem that the space is blocked by doing. That is, there is an inconvenience that the space formed between the columns is partitioned by the RC wall or the interlayer displacement transmission member, and the space cannot be used in a wide state. As a result, the functionality and landscape of the internal space of the building are also impaired.
また、一部の柱をモーメント柱とする制震方法では、長手方向の途中位置で上下に切断された柱の先端に制震ダンパーが取り付けられるため、地震発生時には、柱の長さを腕とする比較的大きな曲げモーメントが梁に作用するという不都合がある。特に、この制震方法を既設建物に適用しようとすると、モーメント柱を既設構造に追加する必要があるとともに、モーメント柱の付け根位置において梁に作用する曲げモーメントに耐え得る強度を付与するための梁の補強が必要となり、工期が長期化する欠点がある。 In addition, in the seismic control method that uses some columns as moment columns, a seismic damper is attached to the tip of the column that is cut vertically in the middle of the longitudinal direction. There is a disadvantage that a relatively large bending moment acts on the beam. In particular, if this seismic control method is applied to an existing building, it is necessary to add a moment column to the existing structure, and to provide a strength that can withstand the bending moment acting on the beam at the base of the moment column. However, there is a disadvantage that the construction period is prolonged.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、空間を遮ることなく設置でき、かつ、大がかりな補強工事等を不要として簡易に短い工期で既設建物にも設置可能なRC系建造物の制震構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can be installed without blocking a space, and can be installed in an existing building in a short construction period without requiring large-scale reinforcement work or the like. The purpose is to provide a seismic control structure.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、相互に連結される柱と梁とを備えるRC系建造物の制震構造であって、剛接合により接合された前記柱または梁の一方もしくは両方に、地震力により該柱または梁に生じる曲げモーメントの方向が切り替わる軸方向の途中位置近傍に設けられ、該柱または梁の曲率の変化により回転変位する変位部材と、前記柱または梁の他方と前記変位部材との間に取り付けられ、地震時に前記変位部材の回転変位と他方の柱または梁の変形による相対変位で作動して振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構とを備えることを特徴とするRC系建造物の制震構造を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a seismic control structure of an RC-type building including columns and beams that are connected to each other, and one or both of the columns or beams that are joined by rigid joints are subjected to seismic force. A displacement member that is provided near an intermediate position in the axial direction in which the direction of the bending moment that occurs in the shaft is switched, and is rotationally displaced by a change in the curvature of the column or beam, and is attached between the other of the column or beam and the displacement member. An RC structure building damping structure characterized by comprising an energy absorbing mechanism that absorbs vibration energy by operating with a rotational displacement of the displacement member and a relative displacement caused by deformation of the other column or beam during an earthquake. To do.
地震の発生によって柱または梁からなるRC系建造物に水平地震力が作用すると、柱および梁は,その接合部の直角度を保持して変形する。この時、柱および梁に生ずる曲げモーメントは、その両端の節点において逆向きとなり、端部に向かうほど大きくなる。すなわち、曲げモーメントは梁および柱の軸方向の途中位置でゼロとなり、その位置で方向が切り替わるように作用する。また、その位置において変形角が最大となり、回転変位量も最大となる When a horizontal seismic force acts on an RC system structure consisting of columns or beams due to the occurrence of an earthquake, the columns and beams deform while maintaining the perpendicularity of their joints. At this time, the bending moment generated in the column and the beam is reversed in the nodes at both ends thereof, and becomes larger toward the end. That is, the bending moment becomes zero at an intermediate position in the axial direction of the beam and the column, and the direction is switched at that position. In addition, the deformation angle is maximized at that position, and the rotational displacement is also maximized.
この発明によれば、曲げモーメントの方向が切り替わる位置またはその近傍に設けられた変位部材が、地震時の変形で大きく回転変位させられることを利用し、その回転変位と他方の柱または梁の変形による相対変位でエネルギー吸収機構を動かし、振動エネルギーを吸収することにより振動を効果的に抑制することが可能となる。また、エネルギー吸収機構によって、変位部材には回転変位を妨げる方向に力が作用し、その結果、変位部材が取り付けられている柱または梁に曲げモーメントが作用するが、変位部材はもともと曲げモーメントがほぼゼロの位置に設けられているので、梁に作用するトータルの曲げモーメントは小さく抑えられ、補強等を行う必要がない。 According to the present invention, the displacement member provided at or near the position where the direction of the bending moment is switched is largely rotationally displaced by deformation at the time of the earthquake, and the rotational displacement and deformation of the other column or beam are utilized. The vibration can be effectively suppressed by moving the energy absorbing mechanism by the relative displacement due to and absorbing the vibration energy. In addition, the energy absorbing mechanism applies a force to the displacement member in a direction that prevents rotational displacement. As a result, a bending moment acts on the column or beam to which the displacement member is attached. Since it is provided at a substantially zero position, the total bending moment acting on the beam can be kept small, and there is no need for reinforcement or the like.
上記発明において、前記変位部材が、前記曲げモーメントの軸線に直交ずる方向に延びる片持ち梁状のレバーからなり、前記エネルギー吸収機構が、前記柱または梁の他方と前記レバーの端部近傍との間に取り付けられていることとしてもよい。
この発明によれば、変位部材を曲げモーメントの軸線に直交する方向に延びる片持ち梁状のレバーとすることにより、地震力の作用によりレバーがその基端を中心として回転変位させられる。レバーの端部では回転による変位量が増幅されるので、この端部近傍をエネルギー吸収機構によって押さえることにより、効果的にエネルギー吸収機構が作動し、振動を抑制することが可能となる。
In the above invention, the displacement member is a cantilevered lever extending in a direction perpendicular to the axis of the bending moment, and the energy absorbing mechanism is provided between the other of the column or beam and the vicinity of the end of the lever. It is good also as being attached between.
According to this invention, the displacement member is a cantilever-like lever extending in a direction perpendicular to the axis of the bending moment, so that the lever is rotationally displaced about its proximal end by the action of seismic force. Since the amount of displacement due to rotation is amplified at the end of the lever, the energy absorbing mechanism is effectively operated and vibrations can be suppressed by pressing the vicinity of this end with the energy absorbing mechanism.
また、上記発明においては、前記エネルギー吸収機構が、ピン結合により前記レバー端部と他方の前記柱または梁に取り付けられていることが好ましい。
この発明によれば、変位部材の回転変位を抑制する際に、エネルギー吸収機構の両端部をピン結合とすることにより、結合点における曲げモーメントの発生を抑制することができ、柱または梁に過大な曲げ応力が発生することを防止できる。またエネルギー吸収機構には、伸縮方向の力のみが作用するため、設計が容易になり性能に対する信頼性が向上する。
Moreover, in the said invention, it is preferable that the said energy absorption mechanism is attached to the said lever edge part and the other said pillar or beam by pin coupling.
According to this invention, when suppressing the rotational displacement of the displacement member, the both ends of the energy absorbing mechanism are pin-coupled, so that the generation of a bending moment at the coupling point can be suppressed, and the column or beam is excessively large. It is possible to prevent a large bending stress from being generated. Further, since only the force in the expansion / contraction direction acts on the energy absorption mechanism, the design is facilitated and the reliability in performance is improved.
上記発明において、前記エネルギー吸収機構が、伸縮式の粘性減衰型ダンパーからなり、前記変位部材が設けられている前記柱または梁に沿って配置されていることとしてもよい。
In the above-described invention, the energy absorption mechanism may be an elastic viscous damping damper that is extendable and disposed along the column or beam on which the displacement member is provided.
この発明によれば、粘性減衰型ダンパーを伸縮させることで、変位部材の回転変位を抑制する方向に力を作用させて振動エネルギーを吸収することが可能となる。この場合伸縮式の粘性減衰型ダンパーを採用することで、微小変位であっても振動エネルギーを吸収することが可能となる。さらに柱または梁に沿わせるように配置する本発明によれば、空間を遮ることなく、RC系建造物の制震を行うことができる。すなわち、エネルギー吸収構造を柱に沿わせ、あるいは、梁に沿わせて天井裏や床下に設置できるので、室内空間を仕切ることなく利用することができる。
なお想定を超える地震に遭遇し、柱と梁の結合部が塑性ヒンジの状態になると、変位部材の回転変位が小さくなりダンパー伸縮は生じ難くなるが、変位部材が設けられている柱または梁に沿ってダンパーが設置された場合、柱と梁の結合部の角度変化でダンパーが伸縮し、振動エネルギーを吸収できるため、制震機能を保持することができる。
According to this invention, it is possible to absorb vibration energy by applying a force in a direction to suppress the rotational displacement of the displacement member by expanding and contracting the viscous damping damper. In this case, by adopting a telescopic viscous damping damper, it is possible to absorb vibration energy even with a small displacement. Furthermore, according to this invention arrange | positioned so that it may follow along a pillar or a beam, it can control an RC system building without interrupting space. In other words, the energy absorbing structure can be installed along the pillar or along the beam behind the ceiling or under the floor, so that the indoor space can be used without partitioning.
If an earthquake exceeding the expected level is encountered and the joint between the column and beam is in the state of a plastic hinge, the rotational displacement of the displacement member becomes small and damper expansion and contraction is unlikely to occur, but the column or beam on which the displacement member is provided When the damper is installed along the axis, the damper expands and contracts due to the change in the angle of the joint between the column and the beam, and the vibration energy can be absorbed, so that the damping function can be maintained.
また、上記発明において、前記エネルギー吸収機構が、前記柱または梁との結合部、または前記変位部材との結合部の少なくとも一方に配置された回転式の粘弾性ダンパーを備えることとしてもよい。
この発明によれば、例えば、柱に設けた変位部材の端部と梁との間をエネルギー吸収機構により連結している場合に、変位部材に回転変位が生ずると、エネルギー吸収機構と回転部材との結合部またはエネルギー吸収機構と梁との結合部にも相対的な回転変位が生ずるので、この位置に相対的な回転変位を抑制する回転式の粘弾性ダンパーを配置しておくことにより、さらにコンパクトに制震構造を構成することができる。
また上記発明において、前記エネルギー吸収機構が、履歴減衰型ダンパーからなり、前記変位部材が設けられている前記柱または梁に沿って設置されていることとしてもよい。
この発明によればダンパー自体を細くしても大きな抑制力を得ることができるので、室内空間をさらに広く利用できるようになる。
In the above invention, the energy absorption mechanism may include a rotary viscoelastic damper disposed at at least one of a coupling portion with the column or the beam or a coupling portion with the displacement member.
According to this invention, for example, when the end of the displacement member provided on the column and the beam are connected by the energy absorption mechanism, when the displacement displacement occurs in the displacement member, the energy absorption mechanism and the rotation member Relative rotational displacement also occurs at the coupling part of the energy absorbing mechanism and the coupling part of the energy absorbing mechanism and the beam. By arranging a rotary viscoelastic damper that suppresses relative rotational displacement at this position, The vibration control structure can be configured in a compact manner.
In the above invention, the energy absorption mechanism may be a hysteresis damping damper, and may be installed along the column or beam on which the displacement member is provided.
According to the present invention, a large suppression force can be obtained even if the damper itself is thinned, so that the indoor space can be used more widely.
本発明によれば、柱や梁に過大な曲げモーメントを加えることなくRC系建造物を制震することができるという効果を奏する。また、柱の追加や補強部材の設置等を必要とせず、施工が簡単なので、既設建造物にも短い工期で取り付けることができる。さらに、柱や梁に沿わせるようにエネルギー吸収機構を設置できるので、設置スペースを節約でき、室内空間の機能性や景観を損なうことがない。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to control an RC building without applying an excessive bending moment to a column or a beam. In addition, it is not necessary to add a column or install a reinforcing member, and since the construction is simple, it can be attached to an existing building in a short construction period. Furthermore, since the energy absorption mechanism can be installed along the pillars and beams, the installation space can be saved, and the functionality and landscape of the indoor space are not impaired.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係るRC系建造物の制震構造について、図1〜図17を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る耐震構造1を適用するRC系建造物2としては、柱3と梁4とを剛に接合したラーメン構造のRC系建造物2を例に挙げる。ここでは、説明を簡略にするために、例えば、図1に示されるように、2本の柱3と梁4とからなるラーメン架構2に適用した場合について説明する。特に、本実施形態に係る耐震構造1は、図2に示されるように、水平方向の地震荷重Fが作用するラーメン架構に適用される。
[First Embodiment]
The vibration control structure of the RC system building according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As an RC system building 2 to which the
本実施形態に係る耐震構造1は、図1に示されるように、梁4に設けられたレバー5と、該レバー5の先端と2本の柱3との間にそれぞれ配された粘弾性ダンパー(エネルギー吸収機構)6とを備えている。なおここでの実施形態は粘弾性ダンパーを例に説明するが、これに変えてオイルダンパー等の粘性減衰型ダンパーや、鋼材の塑性や摩擦等を利用した履歴減衰型ダンパーを備えてもよい。レバー5は、梁4の下面から鉛直下方に片持ち梁状に延びる直棒部材である。
水平方向の地震荷重Fが作用した場合に、ラーメン架構2には、図3に示される曲げモーメントが作用する。矢印は各部の曲げモーメントの大きさを表している。この図3から明らかなように、柱3や梁4に作用する曲げモーメントは、各柱3や梁4の軸方向の途中位置A,Bにおいてゼロになりその両側で反対向きに作用する。曲げモーメントの大きさは長手方向に直線的に変化し柱3または梁4の両端において大きくなっている。
As shown in FIG. 1, the earthquake-
When the horizontal seismic load F is applied, the bending moment shown in FIG. Arrows indicate the magnitude of the bending moment of each part. As is apparent from FIG. 3, the bending moment acting on the
本実施形態に係る耐震構造1は、梁4の曲げモーメントがほぼゼロになる位置Aに、レバー5を固定している。この位置Aは、言い換えれば、梁4の軸方向に沿って曲げモーメントの方向が切り替わる位置でもあり、図2に示す梁4の変形の変曲点となる。この位置Aは、計算により求めることができるとともに、既設建造物の場合には設計計算書により知ることができる。
In the
前記粘弾性ダンパー6は、図4、図5に示されるように、細長い平板部材7と、該平板部材7を長手方向に挿入する筒状部材8と、これら平板部材7と筒状部材8との間に充填された粘弾性体9とからなる伸縮式の粘弾性ダンパー6である。筒状部材8から露出する平板部材7の一端および筒状部材8の先端には、それぞれレバー5および柱3に接続するための接続部10,11が設けられている。筒状部材8に対して平板部材7を長手方向(図4中の矢印Xの方向)に押し引きする際に、粘弾性体9によってエネルギーが吸収されるように構成されている。
粘弾性ダンパー6の接続部10,11は、レバー5の先端および柱3の側面に設けられたブラケット12にピン結合により連結されている(図1参照)。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
The connecting
このように構成された本実施形態に係る耐震構造1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る耐震構造1によれば、地震の発生により地震荷重Fが作用した場合には、図2に示されるように主として梁4が鉛直面内において変形する。この梁4には鉛直下方に延びるレバー5が固定されているので、このレバー5も梁4の変形によって鉛直面内において回転変位させられる。
The operation of the
According to the
この場合において、梁4に作用する曲げモーメントが梁4の軸方向に沿って切り替わる位置Aは、梁4の曲率の符号が変化する変曲点であり、水平方向に対する傾斜角度が最も大きくなる。したがって、その位置Aに取り付けられているレバー5は、その位置Aにおいて梁4に直交する水平な軸線回りに回転変位させられて大きく傾斜させられることになる。
In this case, the position A where the bending moment acting on the
レバー5の先端には粘弾性ダンパー6の一端が取り付けられているので、レバー5が回転変位してレバー5の先端が移動させられると、粘弾性ダンパー6の接続部10,11間の距離が変化し、粘弾性ダンパー6が伸縮させられる結果、粘弾性体9によって振動のエネルギーが吸収されて、RC系建造物2が制震されることになる。
Since one end of the
本実施形態に係る制震構造1によれば、地震荷重Fによる梁4の変形をレバー5の回転変位として取り出すとともに、その回転変位で粘弾性ダンパー6を伸縮させることにより振動エネルギーを吸収することができる。この場合において、レバー5の梁4への取り付け位置Aには、粘弾性ダンパー6から受ける反力とレバー5の長さとに応じた曲げモーメントが作用することになるが、上述したように、この位置Aは、地震による曲げモーメントがゼロになる位置であるため、レバー5から曲げモーメントを受けたとしても全体として過大な曲げモーメントになることはない。レバー5の長さを長くすれば変位量がより増幅されるので、より効果的に制震することが可能となるが、さほど長くしなくても十分な効果が得られることが後述するシミュレーションにより確認された。
According to the damping
したがって、レバー5が短くてすむので、梁4に加えられる曲げモーメントを小さくすることができる。その結果、梁4を補強部材等によって補強する必要がない。すなわち、梁4の補強工事等を不要として簡易に取り付けることができるので、既設建造物にも短い工期で、簡易に設置できるという効果がある。
Accordingly, since the
また、本実施形態に係る制震構造1によれば、図1に示されるように、粘弾性ダンパー6を梁4に沿わせて配置することができる。したがって、天井裏や床下等の邪魔にならない部分に設置でき、室内空間の機能性および景観を確保することができる。また、粘弾性ダンパー6をピン結合により柱3およびレバー5に取り付けたので、接続部に生ずる曲げモーメントを抑制することができるという効果もある。
Moreover, according to the damping
さらに、本実施形態に係る制震構造1によれば、想定を超える地震により、柱3と梁4との結合部が剛結合からピン構造化しても、その回転による角度変化で粘弾性ダンパー6が作動させられるので、制震機能が失われることがないという利点もある。
Furthermore, according to the damping
次に、上記制震構造1の効果を確認するためのシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、固有振動解析および地震応答解析を行った。
シミュレーションにおいて想定した架構モデルを図6に示す。この架構モデルは、3階建てのRC系建造物を示すラーメン架構モデルである。
シミュレーションにおいて、床の重量は、2階、3階をそれぞれ70t、屋上階を35t、梁の重量は、2階を6.3t、3階、屋上階をそれぞれ5.0t、柱は、1階、2階をそれぞれ9.3t、3階を6.5tとして計算した。構造減衰定数は、各振動モードとも一律にh=2%と設定した。
Next, a simulation for confirming the effect of the
FIG. 6 shows a frame model assumed in the simulation. This frame model is a ramen frame model showing a three-story RC building.
In the simulation, the floor weight is 70t for the 2nd and 3rd floors, 35t for the rooftop floor, the weight of the beam is 6.3t for the 2nd floor, 5.0t for the 3rd floor and the rooftop floor, and the pillar is 1st floor. The calculation was performed assuming that the second floor is 9.3 t and the third floor is 6.5 t. The structural damping constant was uniformly set to h = 2% in each vibration mode.
シミュレーションに用いた粘弾性ダンパー6のモデルは、図4、図5に示された寸法を用いて、図7の表に示される諸元値をベースに設定した。図中、記号dは粘弾性体の厚み、Asはn×L×H(粘弾性体のせん断面積)であり、nはせん断面数を示している。また、記号KRおよびCeは、それぞれ雰囲気温度を25℃、せん断ひずみを0.5と設定したときの等価剛性および等価減衰係数を示している。等価剛性KRおよび等価減衰係数Ceは、ひずみと雰囲気温度とによりバネ定数および減衰係数が変化する2つのバネと2つのダッシュポットとからなる4要素モデルとして捉えられる粘弾性ダンパー6を、単純な1つのバネと1つのダッシュポットとの並列配置モデルに置き換えたときのバネの剛性およびダッシュポットの減衰係数をそれぞれ表している。
The model of the
図8に解析モデルを示す。この解析モデルは、梁4の曲率変化点に片持ち梁状のレバー5を設け該レバー5の先端と柱3との間に、梁4に平行に粘弾性ダンパー6を設置したものである。レバー5長は30cmとした。ラーメン架構2は、平面骨組み構造にモデル化し、柱3間の梁4および梁4間の柱3をそれぞれ10分割して節点を設け、質量を分布させた。また、柱3と梁4との交差接合部材13並びに柱3の中央から粘弾性ダンパー6との接合点までのブラケット12は剛部材としてモデル化した。
FIG. 8 shows an analysis model. In this analysis model, a cantilever-
図9〜図12に固有振動解析結果を示す。図9は1次振動モード、図10は2次振動モードにおける架構モデルの振動形態を示している。図11は、粘弾性ダンパー6により付加される減衰定数(%)を、粘弾性ダンパー6のせん断面積Asとの関係で示したものである。また、図12は、粘弾性ダンパー6のせん断面積Asと、架構モデルの固有振動数との関係を示している。
9 to 12 show the natural vibration analysis results. FIG. 9 shows the vibration mode of the frame model in the primary vibration mode, and FIG. 10 shows the vibration mode of the frame model in the secondary vibration mode. FIG. 11 shows the damping constant (%) added by the
図11によれば、1次振動モードにおいて架構に付加される減衰定数は、せん断面積Asの増加に伴って増加し、せん断面積Asが、15×5400cm2程度で約6%となる。また、2次振動モードにおいては、せん断面積Asが増加すると、10×5400cm2程度で最大値約6.7%となるが、その後減少して15×5400cm2程度で、1次振動モードと同様の約6%となることがわかった。
また、図12によれば、架構モデルの1次振動数は約3Hz、2次振動数は約8.5Hzであり、粘弾性ダンパー6のせん断面積Asが増加しても振動数に大きな変化がみられないことがわかった。
According to FIG. 11, the damping constant added to the frame in the primary vibration mode increases with an increase in the shear area As, and the shear area As is about 6% at about 15 × 5400 cm 2 . In the secondary vibration mode, when the shear area As increases, the maximum value is about 6.7% at about 10 × 5400 cm 2 , but then decreases to about 15 × 5400 cm 2 and is the same as the primary vibration mode. It was found to be about 6%.
Further, according to FIG. 12, the primary frequency of the frame model is about 3 Hz, and the secondary frequency is about 8.5 Hz. Even if the shear area As of the
その結果、粘弾性ダンパー6のせん断面積Asを15×5400cm2(KR=101t/cm、Ce=6.78ts/cm)とすることにより、架構の1次および2次振動モードに対し、それぞれ6%程度の減衰定数付加効果を達成できることが確認された。そこで、以降の地震応答解析においては、粘弾性ダンパー6のせん断面積Asを15×5400cm2と設定して行った。
As a result, by setting the shear area As of the
地震応答解析は、(財)日本建築センターより提供されているレベル2地震動のBCJ−L2を用いて、所定の加速度タイムヒストリーの地震波を入力した。
その結果、図13〜図16に示されるように、最大加速度分布、最大変位分布、架構層間変位、架構層間変形角のいずれにおいても、本実施形態の制震構造1を採用した場合(制震)と、しない場合(非制震)とを比較すると十分な低減効果が達成されていることが確認された。特に応答変位に関しては、1/2程度まで低減することができ、その結果として、層間変形角を約1/180(非制震)から約1/350(制震)に低減することができた。
The earthquake response analysis was performed by inputting seismic waves of a predetermined acceleration time history using BCJ-L2 of
As a result, as shown in FIG. 13 to FIG. 16, when the damping
なお、上記実施形態においては、梁4の変曲点A近傍に設けたレバー5と2本の柱3との間にそれぞれ粘弾性ダンパー6を設けた制震構造1を例に挙げて説明したが、一方の柱3とレバー5との間にだけ粘弾性ダンパー6を設けることにしても、ある程度の効果は得られるものと考えられる。また、粘弾性ダンパー6の両端の接続部10,11をピン結合としたが、相対変位角が小さく、曲げモーメントの増大を許容できるのであれば、剛に結合してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、図2に示されるように、梁4に適用する制震構造1を例に挙げて説明したが、これに代えて、柱3の変形を利用する場合においても同様の制震構造1を採用することができる。
すなわち、この場合には、図2に示した柱3の変形の変曲点Bから図17に示すように梁4に平行に水平に突出する片持ち梁状のレバー14を設け、該レバー14の先端と上下の梁4(あるいは天井や床15)との間に粘弾性ダンパー6を取り付けることにすればよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the
That is, in this case, a cantilever beam-
このように構成することにより、柱3に過大な曲げモーメントを発生させることなく効果的に制震することができ、また、粘弾性ダンパー6を柱3に沿わせて配置できるので、室内空間を遮ることなく設置できるという利点等その他の利点も上記実施形態と同様である。
さらに、エネルギー吸収能力の小さいダンパーで対応する場合には、梁4および柱3の両方に粘弾性ダンパー6をそれぞれ設けることにしてもよい。
By configuring in this way, it is possible to effectively dampen the
Furthermore, when dealing with a damper having a small energy absorption capability, the
[第2実施形態]
次に、この発明の第2実施形態に係るRC系建造物の制震構造20について、図18〜図21を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1実施形態に係る制震構造1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を簡略化する。
[Second Embodiment]
Next, an RC structure building
In the description of the present embodiment, parts having the same configuration as those of the above-described
本実施形態に係る制震構造20は、第1の実施形態に係る制震装置1が伸縮式の粘弾性ダンパー6を採用していたのに対し、回転式の粘弾性ダンパー21,22を採用している点において相違している。すなわち、図18に示されるように、梁4の変曲点A近傍に鉛直下方に向けて設けられたレバー23の先端と柱3とをリンク24により連結し、リンク24の両端の連結部に回転式の粘弾性ダンパー21,22を配置している。
The
柱3に取り付けられた回転式の粘弾性ダンパー21は、例えば、図19および図20に示されるように、2枚の平行平板25により構成されるブラケット26内に、平行平板25に平行な平板部材27をピン28により回転自在に配置し、2枚の平行平板25と平板部材27との間に粘弾性体29を充填した構造のものである。梁4に対してリンク24が相対的に傾斜するときに、平行平板25内において平板部材27が回転し、粘弾性体29により回転エネルギーが吸収される構造となっている。
For example, as shown in FIGS. 19 and 20, the rotary
また、レバー23の先端に取り付けられた粘弾性ダンパー22は、例えば、図21に示されるように、2枚の平行平板30により構成されるブラケット31内に、平行平板30に平行な2枚の平板部材32を間隔をあけて配置し、これらの平行平板30および平板部材32をピン33により相対回転自在に連結している。平行平板30と平板部材32との間および平板部材32どうしの間には粘弾性体34が充填されている。
The
各平板部材32にはピン33を貫通させる長穴35が形成されており、ピン33を長穴35内で移動させることにより、梁4の変形により生ずるピン28,33間距離の変動を吸収することができるようになっている。レバー23に対してリンク24が相対的に回転すると、平行平板25,30内において平板部材27,32が回転(および長穴35に沿って移動)することにより、粘弾性体29,34によって回転エネルギーが吸収されるように構成されている。
Each
このように構成された本実施形態に係る制震構造20によれば、振動荷重が加わることにより梁4が変形すると、梁4の変形に伴ってレバー23が回転変位させられる結果、リンク24と柱3、およびリンク24とレバー23との間に相対的な角度変化が生ずるので、粘弾性体29,34により建造物2が制震されることになる。この場合に、レバー23が梁4の変曲点、すなわち、曲げモーメントがほぼゼロになる位置Aに配置されていることにより、制震による曲げモーメントがレバー23を介して梁4に加えられても、全体として梁4に過大な曲げモーメントが作用することがないという第1実施例と同様の効果を奏する。
According to the
さらに、本実施形態に係る制震構造20によれば、粘弾性ダンパー21,22をリンク24と柱3との接続部、および、リンク24とレバー23との接続部近傍に集中させるので、さらにコンパクトに構成することができる。
また、粘弾性ダンパー21,22を梁4に設ける場合について説明したが、柱3に設けてもよく、柱3および梁4の両方に設けてもよい。
Furthermore, according to the
Moreover, although the case where the
なお、上記各実施形態に係る制震構造1.20においては、2枚の平行平板8,25間に1枚の平板部材7,27を配置して粘弾性体9,29を充填した粘弾性ダンパー6,21を例示したが、これに限定されるものではなく、3枚以上の平行平板間に2枚以上の平板部材を配置する構成のものでもよい。
In the damping structure 1.20 according to each embodiment described above, viscoelasticity in which one
また、梁4から鉛直下方に延びる片持ち梁状のレバー23の先端に鉛直面内での回転エネルギーを吸収する粘弾性ダンパー22を設けたが、これに代えて、図22に示されるように、梁4の側面から水平に延びる片持ち梁状のロッド40に鉛直面内に配される平板部材41を固定し、柱3から延びるリンク24の先端に配した2枚の平行平板42の間に前記平板部材41を挟んで粘弾性体43を充填することにしてもよい。これにより、ロッド40をピンとして併用することができ、さらに簡易に構成することができる。また、ロッド40を極めて短くすることができるので、さらに設置スペースを節約してコンパクトかすることが可能となる。
In addition, a
A,B 曲げモーメントの方向が切り替わる位置
F 地震荷重(地震力)
1 制震構造
2 ラーメン架構(RC系建造物)
3 柱
4 梁
5,14,23 レバー(変位部材)
6、21,22 粘弾性ダンパー(エネルギー吸収機構)
A, B Position at which the direction of the bending moment changes F Earthquake load (seismic force)
1
3
6, 21, 22 Viscoelastic damper (energy absorption mechanism)
Claims (6)
剛接合により接合された前記柱または梁の一方もしくは両方に、地震力により該柱または梁に生じる曲げモーメントの方向が切り替わる軸方向の途中位置近傍に設けられ、該柱または梁の曲率の変化により回転変位する変位部材と、
前記柱または梁の他方と前記変位部材との間に取り付けられ、地震時に前記変位部材の回転変位と他方の柱または梁の変形による相対変位で作動して振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構とを備えることを特徴とするRC系建造物の制震構造。 An RC structure building comprising a column and a beam connected to each other,
One or both of the columns or beams joined by rigid joining is provided near the middle position in the axial direction where the direction of the bending moment generated in the columns or beams is switched by the seismic force, and due to the change in the curvature of the columns or beams A displacement member for rotational displacement;
An energy absorbing mechanism that is attached between the other of the columns or beams and the displacement member, and that operates by a relative displacement due to a rotational displacement of the displacement member and deformation of the other columns or beams during an earthquake to absorb vibration energy; A seismic control structure for RC buildings.
前記エネルギー吸収機構が、前記柱または梁の他方と前記レバーの端部近傍との間に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のRC系建造物の制震構造。 The displacement member is a cantilever lever extending in a direction perpendicular to the axis of the bending moment;
2. The seismic control structure for an RC building according to claim 1, wherein the energy absorbing mechanism is attached between the other of the pillar or beam and the vicinity of an end of the lever.
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