JP7652387B2 - Vibration damper for wooden structures and vibration damping structure for wooden structures - Google Patents
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Description
本発明は、振動エネルギを全体で効率よく吸収することが可能な木質構造体用制振ダンパ及び木質構造体の制振構造に関する。 The present invention relates to a vibration damper for wooden structures that can efficiently absorb vibration energy as a whole, and a vibration control structure for wooden structures.
一般に、構造体に作用する振動エネルギを吸収するダンパとして、例えば特許文献1が知られている。特許文献1の「制震ダンパ」は、累積変形能力が損なわれることを抑制することが可能な制震ダンパを提供することを課題とし、面内方向の降伏せん断力は、柱部の基部から、中央部にずれた位置で最も小さく、中央で最も大きくなる。すなわち、面内方向(幅方向)の変形に対して、柱部は基部から中央部にずれた位置で最も降伏せん断力が小さくなるため、危険断面位置は、柱部の基部から中央にずれた位置となる。面外方向の降伏せん断力は、柱部のX方向の端部において最も小さく、中央で最も大きくなる。すなわち、面外方向(厚み方向)の変形に対して、柱部は基部近傍において最も降伏せん断力が小さくなるため、危険断面位置は、柱部の基部近傍となる。このように、本実施形態では、面外方向の変形における危険断面位置に対して、面内方向の変形における危険断面位置が、柱部の中央方向にずれた位置となるようにしている。 In general, a damper that absorbs vibration energy acting on a structure is known, for example, from Patent Document 1. The "seismic damper" of Patent Document 1 aims to provide a seismic damper that can suppress the loss of cumulative deformation capacity, and the yield shear force in the in-plane direction is smallest at a position shifted from the base of the column to the center, and is largest at the center. In other words, the yield shear force of the column is smallest at a position shifted from the base to the center for deformation in the in-plane direction (width direction), so the dangerous cross-sectional position is a position shifted from the base of the column to the center. The yield shear force in the out-of-plane direction is smallest at the end of the column in the X direction, and is largest at the center. In other words, the yield shear force of the column is smallest near the base for deformation in the out-of-plane direction (thickness direction), so the dangerous cross-sectional position is near the base of the column. In this way, in this embodiment, the dangerous cross-sectional position in the in-plane direction deformation is shifted toward the center of the column, relative to the dangerous cross-sectional position in the out-of-plane direction deformation.
背景技術は、振動外力によって制震ダンパに変形が起こる際に、面内方向の変形と面外方向の変形とで、危険断面位置が異なるようにし、これにより、変形能力が損なわれることを抑制するようにしている。 The background technology is to make the dangerous cross-sectional positions different for in-plane and out-of-plane deformation when deformation occurs in a seismic damper due to external vibration forces, thereby preventing loss of deformation capacity.
しかしながら、制震ダンパの設計にあたり、面内変形と面外変形の変形部を分けているため、それぞれの変形に対して振動エネルギを有効に吸収できる範囲が小さかった。また、塑性断面係数のみを考慮しているため、振動エネルギの吸収に寄与しているのは制震ダンパ全体の一部に過ぎず、当該制震ダンパの塑性変形能力を十分に活かし切れていなかった。振動外力によって過大な変形が生じたときには、部分的な応力集中が生じ、早期に破断してしまうおそれがあった。 However, when designing the vibration damper, the deforming parts for in-plane and out-of-plane deformation were separated, so the range in which vibration energy could be effectively absorbed for each deformation was small. Also, because only the plastic section modulus was taken into consideration, only a portion of the entire vibration damper contributed to absorbing vibration energy, and the plastic deformation capacity of the vibration damper was not fully utilized. When excessive deformation occurred due to external vibration forces, partial stress concentration occurred, and there was a risk of early breakage.
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、振動エネルギを全体で効率よく吸収することが可能な木質構造体用制振ダンパ及び木質構造体の制振構造を提供することを目的とする。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned problems with the conventional structure, and aims to provide a vibration damper for wooden structures and a vibration control structure for wooden structures that can efficiently absorb vibration energy overall.
本発明にかかる木質構造体用制振ダンパは、複数の木質縦材の上下端部それぞれを、上下の横行材に接合して構成される木質構造体に対し、左右横方向に隣接する一対の該木質縦材の上下高さ方向中途部の間に左右横方向へ掛け渡して設けられる制振ダンパであって、一対の上記木質縦材それぞれに接合して設けられ、左右横方向に互いに間隔を隔てる左右一対の接合金物と、これら接合金物の間に配置され、左右横方向両端部に一対の接合部を有する減衰部材と、該減衰部材の各接合部に一端部が接合され、他端部が上記一対の接合金物にそれぞれ接合され、該減衰部材の各接合部を該接合金物それぞれに接続するための左右一対の接続部材とを備え、上記減衰部材は、鋼製の平板材で形成され、左右横方向両端部の各接合部及びこれら接合部間の本体部を有し、該接合部それぞれから左右横方向中央部に向かう該本体部の外形輪郭が、塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力で決定される曲線で画定されることを特徴とする。 The vibration damper for wooden structures according to the present invention is a vibration damper that is installed horizontally between the middle of the vertical direction of a pair of adjacent wooden vertical members in the horizontal direction, the upper and lower ends of which are joined to upper and lower horizontal members, and is installed horizontally between the upper and lower height directions of the pair of wooden vertical members that are adjacent in the horizontal direction. The damper is equipped with a pair of left and right joint metals that are joined to each of the pair of wooden vertical members and spaced apart from each other in the horizontal direction, a damping member that is arranged between the joint metals and has a pair of joints at both left and right horizontal ends, and a pair of left and right connecting members that are joined at one end to each joint of the damping member and at the other end to each of the pair of joint metals, and connect each joint of the damping member to each of the joint metals, the damping member is formed of a flat steel plate material, has each joint at both left and right horizontal ends and a main body between these joints, and is characterized in that the outer contour of the main body from each of the joints toward the center in the horizontal direction is defined by a curve determined by the combined stress of the plastic section modulus and the shear stress.
前記本体部の外形輪郭を画定する前記曲線は、ミーゼスの降伏条件で求めることを特徴とする。 The curve that defines the outer contour of the main body is characterized by being determined by the Mises yield condition.
前記減衰部材の各接合部の上下高さ方向寸法は、前記本体部の上下高さ方向寸法よりも大きく形成されることを特徴とする。 The vertical height dimension of each joint of the damping member is larger than the vertical height dimension of the main body.
前記減衰部材の前記本体部の降伏耐力は、前記接続部材及び前記接合金物それぞれの降伏耐力よりも小さいことを特徴とする。 The yield strength of the main body of the damping member is smaller than the yield strength of each of the connecting member and the metal joint.
前記接合金物は、前記木質縦材の上下高さ方向に形成され、該木質縦材と接合される縦材接合部と、該縦材接合部から前記減衰部材へ向けて突出され、前記接続部材が接合される接続部材接合部と、該接続部材接合部の突出先端と上記縦材接合部の上端及び下端との間にわたるように形成され、面外方向への座屈変形によりエネルギ吸収する上下一対のエネルギ吸収部とを有する鋼製の板状材であることを特徴とする。 The metal joint is a steel plate-like material having a vertical member joint formed in the vertical direction of the wooden vertical member and joined to the wooden vertical member, a connecting member joint protruding from the vertical member joint toward the damping member and to which the connecting member is joined, and a pair of upper and lower energy absorbing parts formed to extend between the protruding tip of the connecting member joint and the upper and lower ends of the vertical member joint, absorbing energy by buckling deformation in the out-of-plane direction.
前記接合金物は、前記減衰部材の前後方向両側に位置するように、一対配設されることを特徴とする。 The metal joints are arranged in pairs on both sides of the damping member in the front-rear direction.
前記接続部材は、前記減衰部材の接合部に前後方向両側から接合されることを特徴とする。 The connecting member is characterized in that it is joined to the joint portion of the damping member from both sides in the front-rear direction.
前記接続部材は、前記減衰部材の接合部が差し込まれるスリットを有する鋼管で形成されることを特徴とする。 The connection member is characterized in that it is made of a steel pipe having a slit into which the joint of the damping member is inserted.
前記左右一対の接続部材及び減衰部材が接合されてユニット化されていることを特徴とする。 The pair of left and right connecting members and the damping member are joined together to form a unit.
本発明にかかる木質構造体の制振構造は、上記木質構造体用制振ダンパが、前記木質構造体の隣接する一対の前記木質縦材の上下高さ方向中途部の間に左右横方向に掛け渡して設けられていることを特徴とする。 The vibration control structure for a wooden structure according to the present invention is characterized in that the vibration control damper for a wooden structure is arranged to span the left and right horizontal directions between the midpoints in the vertical direction of a pair of adjacent wooden vertical members of the wooden structure.
本発明にかかる木質構造体用制振ダンパ及び木質構造体の制振構造にあっては、振動エネルギを全体で効率よく吸収することができる。 The vibration damper for wooden structures and the vibration control structure for wooden structures of the present invention can efficiently absorb vibration energy as a whole.
以下に、本発明にかかる木質構造体用制振ダンパ及び木質構造体の制振構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1には、本実施形態に係る木質構造体用制振ダンパの概念図が示されている。 Below, preferred embodiments of the vibration damper for wooden structures and the vibration control structure for wooden structures according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 1 shows a conceptual diagram of the vibration damper for wooden structures according to this embodiment.
木質構造体1は、左右横方向に適宜間隔を隔てて配列される複数の木質縦材2と、これら木質縦材2の上方及び下方に、これら木質縦材2の配列方向に長く形成された横行材、例えば木質横材3とを組んで構成される。以下、横行材として、木質横材3を例示して説明する。
The wooden structure 1 is composed of a number of wooden
なお、出隅や入隅に設けられる木質縦材2に対しては、横行材は、左右横方向及び前後方向から組み付けられる。さらに、図示例では、上下の横行材は平行に配置されているが、木質縦材2の上方で横行材が左右横方向に配設され、木質縦材2の下方で横行材が前後方向に配設されて、横行材が上下で交差配置される場合もある。
When vertical
本実施形態では、木質縦材2及び木質横材3は、断面正方形状の角材で構成されるが、断面の形状は問わない。
In this embodiment, the wooden
木質構造体1は、上下高さ方向に立てて設けられる複数の木質縦材2の上端部及び下端部それぞれが、それぞれ左右横方向に寝かせて設けられる下方の木質横材3の上面及び上方の木質横材3の下面に突き当てられて接合されることにより構成される。木質縦材2と木質横材3との接合は、一般公知の各種金具・金物を用い、そしてまた、一般公知の接合方法を採用すればよい。
The wooden structure 1 is constructed by joining the upper and lower ends of multiple wooden
木質縦材2は、木造建築物の柱でも、壁に組み込まれる縦材であってもよい。木質横材3で例示した上下の横行材は、例えば木造建築物の1階であれば、基礎そのもの、あるいは土台、土台上に敷かれる根太及び1階の梁であってもよく、2階であれば、1階及び2階の梁であってもよい。
The wooden
木質構造体1には、これに制振作用を付与するために、制振ダンパ4が組み込まれる。制振ダンパ4は、木質構造体1の左右横方向に互いに隣接する一対の木質縦材2の上下高さ方向中途部の間に、これら木質縦材2同士を接続するように、左右横方向へ水平に掛け渡して設けられる。
A
制振ダンパ4が設けられる高さ位置は、木質縦材2の上下高さ方向の中途部であれば、どのような高さ位置であってもよい。
The
制振ダンパ4は、一対の木質縦材2それぞれに接合して設けられ、左右横方向に互いに間隔を隔てる左右一対の接合金物5と、一対の木質縦材2間の中央であって、一対の接合金物5の間の空所に配置される1つの減衰部材6と、減衰部材6を左右の接合金物5に接続する左右一対の接続部材7とを備え、左側の接合金物5、左側の接続部材7、中央の減衰部材6、右側の接続部材7、並びに右側の接合金物5が左右横方向に一連に並べられて構成される。
The
減衰部材6は、後述するくびれ部8が左右の接合金物5と重ならないように配置される。接続部材7は、その長さ方向に沿って、減衰部材6と接合するために当該減衰部材6に対して重ねられる一端部7aと、接合金物5と接合するために当該接合金物5に対して重ねられる他端部7bとを有する(図2及び図3参照)。
The damping
図示例では、木質構造体1の上下高さ方向に、減衰部材6を上下2段で2つ備えるようにした制振ダンパ4が示されていて、接続部材7も上下2段で備えられ、これに伴い、接合金物5も上下2段で備えられる。接合金物5については、上下2段のものが、上下高さ方向に一連に一体的に形成されている。
In the illustrated example, a
図示例に限らず、減衰部材6は1つ以上であれば、その個数、すなわち段数は、いくつであってもよく、接合金物5及び接続部材7は、減衰部材6の個数に合わせて備えられる。
Not limited to the illustrated example, as long as there is one or more damping
図2~図4には、制振ダンパ4が詳細に示されている。図2は、制振ダンパ4を一対の木質縦材2の間に設置した様子を示す正面図、図3は、図2中、A-A線矢視図、図4は、減衰部材6の接続部材7への接合状態を説明する説明図であって、図4(A)は正面図、図4(B)は平面図、図4(C)は側面図、図4(D)は、図4(A)中、B-B線矢視断面図、図5は、制振ダンパ4の分解組み立て図である。
The
各減衰部材6は、表裏面が平坦な一定板厚の鋼製平板材で形成される。減衰部材6には、左右横方向両端部それぞれに、接続部材7との接合部位となる左右一対の接合部6aが形成される。
Each
減衰部材6には、これら接合部6aの間に、当該減衰部材6の本体部であるくびれ部8が形成される。すなわち、減衰部材6は、左右横方向両端部の各接合部6a及びこれら接合部6a間のくびれ部8を有するように構成される。減衰部材6のくびれ部8は、木質構造体1の左右横方向に沿う当該減衰部材6の長さ方向における中央位置(一対の木質縦材2間の中央位置)の上下方向軸線Xに関して、左右線対称の外形輪郭で形成される。
Between these
すなわち、くびれ部8は、中央位置の上下方向軸線Xから左右横方向へ等距離の位置で、上下高さ方向の寸法(幅寸法)が等しく形成される。
In other words, the
くびれ部8の外形輪郭は、水平方向の振動外力に対してくびれ部8の全断面が同時に変形するような断面を当該くびれ部8に設定するために、各接合部6aそれぞれから、左右横方向中央の上下方向軸線X位置に向けて、後述する塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力で決定される曲線Cで画定される。
The contour of the
減衰部材6は、くびれ部8が各接合部6aへ滑らかにつなげられ、すなわち角部がないように外向き凸の弧状の輪郭でつなげられ、接合部6aの上下高さ方向寸法は、くびれ部8の上下高さ方向寸法よりも大きく形成される。
The
減衰部材6の左右一対の各接合部6aにはそれぞれ、左右の木質縦材2側から一対の接続部材7が接合される。
A pair of connecting
これら一対の接続部材7は、減衰部材6の左右の接合部6aに一端部7aがそれぞれ接続されると共に、それらの他端部7bが、左右一対の接合金物5にそれぞれ接合されて、減衰部材6を左右の接合金物5に接続する。
The pair of connecting
本実施形態では、各接続部材7は、角筒状の鋼管で形成されている。接続部材7の一端部7aには、その幅方向(木質構造体1の前後方向)中央に、当該一端部7aの端縁から長さ方向に向けて、減衰部材6の接合部6aを差し込むためのスリット9が形成され、接続部材7の当該スリット9に、減衰部材6の接合部6aを嵌合し溶接することで、接続部材7に減衰部材6が接合される。
In this embodiment, each
この際、接続部材7から、接合部6aの上端及び下端がそれぞれ上下高さ方向に突出されるようにし、隅肉溶接Wにより両者が接合される。
At this time, the upper and lower ends of the joint 6a are each protruded in the vertical direction from the connecting
このように接合することで、接続部材7は、木質構造体1の前後方向両側から接合部6aを挟み込んだ状態で、減衰部材6と接続される。
By joining in this manner, the
互いに接合されたこれら左右一対の接続部材7と減衰部材6とは、ユニット化した部品として取り扱うようにしてもよい。
The pair of left and right connecting
接続部材7は、鋼板等の板材やチャンネル材などの型鋼であってもよく、この場合、板材や型鋼は、減衰部材6の接合部6aに対して、前後方向両側から挟み込むように2つを一対として接合するようにしても、あるいは、いずれか一方の側から1つのみ接合するようにしてもよい。
The
他にも、接続部材7として木材を用いてもよく、この場合の例としては、当該木材に上記スリット9を形成して減衰部材6の接合部6aを差し込み、ドリフトピンで両者を接合したり、あるいは、木材を接合部6aに重ね合わせ、木ネジや釘などで両者を接合するようにしてもよい。
Alternatively, wood may be used as the connecting
左右一対の接続部材7の他端部7bにはそれぞれ、左右一対の接合金物5が接合される。本実施形態では、接合金物5は、減衰部材6に対し、木質構造体1の前後方向両側に位置するように、接続部材7を前後方向両側から挟んで一対配設される。従って、接合金物5は、一つの減衰部材6に対し、左右と前後とで、計4つ設けられる。
A pair of left and right connecting
接合金物5は、前後方向いずれか一方に一つだけ配設するようにしてもよい。例えば、減衰部材6の接合部6aに対し、前後方向いずれか一方側にのみ接続部材7が接合される場合には、接合金物5は、この接続部材7に対して同じ一方側から1つだけ接合される。
The
各接合金物5は、表裏面が平坦な鋼製の板状材を用いて形成される。接合金物5の木質縦材2側となる端縁部分には、木質縦材2の上下高さ方向に、当該木質縦材2と接合される縦材接合部5aが形成される。縦材接合部5aは、木質縦材2に接合金物5を接合する際に、当該木質縦材2の周側面に対して当接される。
Each connecting
図示例(図3参照)にあっては、木質縦材2の前後方向寸法に対し、制振ダンパ4の前後方向寸法が小さい場合が示されていて、この場合には、縦材接合部5aは、接合金物5の上下高さ方向に沿う端縁部分を、当該木質縦材2の周側面に沿うようにL字状に折り曲げることで形成される。
In the illustrated example (see Figure 3), the front-to-rear dimension of the
従って、縦材接合部5aは、木質縦材2における左右方向に向く、いずれかの側面に当接されるようになっている。
Therefore, the vertical member joint 5a is designed to abut against either side of the wooden
図示例とは異なり、制振ダンパ4の前後方向寸法が木質縦材2の前後方向寸法と同程度である場合には、縦材接合部5aは、接合金物5の端縁部分を、折り曲げることなく、平坦なままで、木質縦材2における前後方向に向く、いずれかの側面に当接される。
Unlike the illustrated example, when the longitudinal dimension of the
接合金物5は、縦材接合部5aに形成されるビス孔を通して、ビス10を木質縦材2にねじ込むことにより、木質縦材2に接合される。
The
接合金物5には、縦材接合部5aから減衰部材6へ向けて突出させて、接続部材7の他端部7bが接合される接続部材接合部5bが形成される。
The
接続部材接合部5bは、接続部材7の他端部7bの前面もしくは後面に当接され、その当接範囲が接続部材7に対する接続部材接合部5bとされる。
The connection member joint 5b abuts against the front or rear surface of the
言い換えれば、接続部材接合部5bは、突出方向の先端である突出先端5cから木質縦材2側にわたって当接され接合される接続部材7の他端部7bの寸法、形状等によって画定される。
In other words, the connection member joint 5b is defined by the dimensions, shape, etc. of the
接続部材接合部5bは、縦材接合部5aが折り曲げ形成される場合があるのとは異なり、接合金物5の板面自体によって形成され、当該板面が接続部材7の他端部7bに重ねられて当接される。
Unlike the vertical member joint 5a, which may be formed by bending, the connecting member joint 5b is formed by the plate surface of the connecting
図示例では、接続部材7は、他端部7bが木質縦材2に対して隙間が空く状態で、接合金物5に接合される。
In the illustrated example, the connecting
接合金物5と接続部材7とは、木質縦材2と木質横材3の寸法誤差や組み付け誤差、また、減衰部材6から木質縦材2にわたる部材寸法の誤差などを吸収するために、位置合わせに自在性があるビスなどの取付用接合具11により接合される。
The
また、取付用接合具11の着脱により、接合金物5に対し、ユニット化した減衰部材6と一対の接続部材7を、いつでも簡単に交換することができる。
In addition, by attaching and detaching the mounting
各接合金物5には、縦材接合部5aと接続部材接合部5bとの間に、すなわち接合金物5により接続部材7が木質縦材2に突き当たる向きに接合配置することによって接続部材7の上下に木質縦材2で区画される上下一対の隅角部分に、接合金物5そのものによって、上下一対のエネルギ吸収部12が形成される。
In each
上下2段の減衰部材6のいずれか一つについて見ると、減衰部材6の左右横方向両側で、上下合わせて4つの隅角部分があって、これらの隅角部分に、4枚の接合金物5による上側及び下側のエネルギ吸収部12が形成される。
Looking at one of the upper and lower two-tiered damping
これらエネルギ吸収部12は、木質縦材2を倒すような水平方向の振動外力が作用して木質構造体1に変形が発生するときの圧縮荷重によって面外方向へ座屈変形され、この座屈変形の繰り返しによる履歴型でエネルギ吸収するようになっている。
These
エネルギ吸収部12は、上段の減衰部材6の上方について見ると、隅角部分に、少なくとも接続部材接合部5bの突出先端5c側から縦材接合部5aの上端側へ向かう張り出し縁部5dを有して構成される。
When viewed above the upper damping
詳細には、このエネルギ吸収部12は、接続部材接合部5bから上方へ、そしてまた縦材接合部5aから側方へ張り出した形態であって、この張り出した形態は、縦材接合部5aの上端側を始端として所定の左右横方向寸法で接続部材接合部5bと並行に横向き側方へ立ち上がる突出縁部5eと、この突出縁部5eの終端から、接続部材接合部5bの突出先端5c側へ向かう上記張り出し縁部5dとで画定される。
In detail, this
図示例にあっては、張り出し縁部5dは、縦材接合部5aの上端側から上下高さ方向下方の接続部材接合部5b側へ向かうに従って、縦材接合部5aから次第に離隔していく傾斜部5fと、この傾斜部5fと一連に連続して接続部材接合部5bの上縁へ向けて収斂していく湾曲部5gとから構成されている。
In the illustrated example, the protruding
また、張り出し縁部5dには少なくとも部分的に、エネルギ吸収部を補剛するための折り曲げ部5hが形成される。
Furthermore, the protruding
折り曲げ部5hは、エネルギ吸収部12が座屈変形する際に、張り出し縁部5dに沿って生じる応力を負担し、これにより、エネルギ吸収部12に局所的な破断が発生して早期に破壊されてしまうことを防ぐようになっている。また、折り曲げ部5hは、接合金物5に生じるねじれ変形に対して抵抗することができる。
The
下段の減衰部材6の下方に形成されるエネルギ吸収部12も同様に構成される。
The
本実施形態の制振ダンパ4は、上下2段に配設されるものを一体化していて、すなわち、接合金物5は、上下2段の減衰部材6を木質縦材2に一括して接合するように、上段の減衰部材6に対する下側のエネルギ吸収部12と、下段の減衰部材6に対する上側のエネルギ吸収部12とが一連に一体化されて構成されていて、上段の下側のエネルギ吸収部12と下段の上側のエネルギ吸収部12の張り出し縁部5dが、四半円状の湾曲部を介して、上下高さ方向に直線状につなげられて形成されている。
The
減衰部材6が1つである場合には、接続部材接合部5bの上下の隅角部分それぞれに、上述した突出縁部5e及び傾斜部5fを有する張り出し縁部5dで画定されるエネルギ吸収部12が形成される。
When there is only one damping
以上説明した接合金物5の降伏耐力、そして接続部材7の降伏耐力はそれぞれ、減衰部材6のくびれ部8の降伏耐力よりも大きく設定され、従って、振動外力が極端に大きい場合以外は、くびれ部8においてエネルギ吸収がなされ、振動外力が極端に大きい場合に、接合金物5を含めて、エネルギ吸収がなされるようになっている。
The yield strength of the
本実施形態では、上述した上下方向軸線Xに関して線対称とされるくびれ部8の外形輪郭は、塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力で決定される。
In this embodiment, the outer contour of the
減衰部材6に水平方向から振動外力が加わってくびれ部8にせん断力が生じると、くびれ部8には、曲げ応力とせん断応力が発生する。
When an external vibration force is applied to the damping
これを考慮して、効率的にエネルギ吸収するためには、くびれ部8を、この応力状態に適合する形態で形成することが望ましい。
Taking this into consideration, in order to absorb energy efficiently, it is desirable to form the
曲げ応力によって変形が始まる荷重は、P=σ・Zp/L(1)で決まる。
P:荷重
σ:降伏応力
Zp:塑性断面係数(b・h2/4;b:板厚、h:上下高さ方向寸法(幅寸法))
L:くびれ部の中心(上下方向軸線)からの左右横方向距離
The load at which deformation due to bending stress begins is determined by P = σ · Zp/L (1).
P: load, σ: yield stress, Zp: plastic section modulus (b·h 2 /4; b: plate thickness, h: vertical height dimension (width dimension))
L: Horizontal distance from the center of the constriction (vertical axis)
せん断応力によって変形が始まる荷重は、P=τ・A(2)で決まる。
τ:降伏せん断応力
A:くびれ部の断面積(b・h)
The load at which deformation due to shear stress begins is determined by P = τ · A (2).
τ: Yield shear stress A: Cross-sectional area of the neck (b h)
仮に、曲げモーメントが生じない場合、くびれ部8に生じる応力はせん断応力のみとなる。式(2)に基づき、せん断応力τは、断面積(τ=P/A)で求めることができる。その場合、くびれ部8の断面積は一定でよい。
If no bending moment occurs, the stress occurring in the
仮に、せん断力が生じない場合、くびれ部8に生じる応力は曲げ応力のみとなる。式(1)に基づき、曲げ応力σは、くびれ部8からの左右横方向の距離Lに応じ、塑性断面係数から求めることができる。その場合、くびれ部8の中央(上下方向軸線X)位置で、断面積ゼロ、距離Lが大きくなると必要断面積も大きくなる。
If no shear force is generated, the stress generated in the
くびれ部8(減衰部材6)の板厚は一定であるので、上下高さ方向寸法が大きくなる。実際には、構造上、上下方向軸線X位置には左右をつなぐ断面が必要となる。 The thickness of the constricted portion 8 (damping member 6) is constant, so the vertical height dimension is large. In reality, due to the structure, a cross section connecting the left and right sides is required at the vertical axis X position.
以上の検討から、実際には曲げモーメントとせん断力が同時に生じることを考慮し、塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力について、ミーゼスの降伏条件σvm(σvm=√(σ2+3τ2))を用い、くびれ部8の左右横方向の各断面すべてについてその値を求め、くびれ部8の曲線Cを決定するようにしている。
From the above considerations, taking into account that bending moment and shear force actually occur simultaneously, the Mises yield condition σvm (σvm = √( σ2 + 3τ2 )) is used for the combined stress of the plastic section modulus and shear stress, and the value is found for all the left and right lateral cross sections of the
これにより、振動外力が作用したときに、くびれ部8をその全断面で同時に変形させて振動エネルギを吸収させることができる。
As a result, when an external vibration force acts, the entire cross section of the
次に、本実施形態に係る木質構造体用制振ダンパ及び木質構造体の制振構造の作用について説明する。 Next, we will explain the operation of the vibration damper for wooden structures and the vibration control structure for wooden structures according to this embodiment.
制振ダンパ4は図5に示すように、減衰部材6の各接合部6aに、接続部材7の一端部7aを接合し、これにより、ユニット化した部品を作製する。
As shown in FIG. 5, the
他方、隣接する一対の木質縦材2それぞれに、縦材接合部5aを介して、左右一対の接合金物5を接合する。
On the other hand, a pair of left and right
最後に、接続部材接合部5bを介して、左右の接合金物5それぞれに、左右の接続部材7を接合する。
Finally, the left and
これにより、木質構造体1の木質縦材2の間に、左右横方向に水平に制振ダンパ4が設置され、木質構造体1の制振構造が構築される。
As a result,
地震等の水平方向の振動外力が作用すると、外力が極端に大きくない場合には、接合金物5、接続部材7を通じ、減衰部材6のくびれ部8に対して集中的に変形応力が発生する。
When a horizontal vibration external force such as an earthquake acts, if the external force is not extremely large, deformation stress is generated in a concentrated manner in the
くびれ部8の外形輪郭は、塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力で決定された曲線Cで画定されていて、曲げ応力及びせん断応力により全断面で同時に変形を生じ、これにより材料全体を活かして、効率的にかつ効果的に振動エネルギを吸収することができる。
The outer contour of the
他方、外力が極端に大きい場合には、接合金物5は、くびれ部8よりも降伏耐力が大きいので、接合金物5のエネルギ吸収部12によって振動エネルギを吸収することができ、くびれ部8が極端に変形して損傷することを防ぐことができる。
On the other hand, when the external force is extremely large, the
すなわち、本実施形態の制振ダンパ及び制振構造では、振動外力が大きいときには、接合金物5及び減衰部材6が振動エネルギを吸収し、小さいときには減衰部材6が振動エネルギ吸収するように、振動外力の大小により切り替えて制振するようにしていて、効果的に制振することができると共に、減衰部材6に備えられるくびれ部8によって、十分な制振機能を確保することができる。
In other words, in the vibration damper and vibration control structure of this embodiment, when the external vibration force is large, the connecting
くびれ部8の曲線Cを、ミーゼスの降伏条件で求めるようにしたので、くびれ部8を応力状態に応じた適切な形態で形成することができ、その全断面を同時に変形させて、効率的に振動エネルギを吸収することができる。
The curve C of the
減衰部材6を、接続部材7を介して接合金物5に接合するようにしていて、接合金物5により減衰部材6の面外変形を確実に阻止することができる。
The damping
制振ダンパ4は、木質縦材2の上下高さ方向の適宜位置に設置できるので、配管や開口を避けて設けることができ、設計や施工性に対し、高い自由度を確保できる。
The
減衰部材6の接合部6aの上下高さ方向寸法を、くびれ部8の上下方向高さ寸法よりも大きく設定したので、接続部材7の寸法、形状等を問わず、くびれ部8に、その制振性能を安定して発揮させることができる。
The vertical height dimension of the joint 6a of the damping
くびれ部8の降伏耐力を、接続部材7及び接合金物5の降伏耐力よりも小さくしたので、極端に大きくない振動外力に対してはくびれ部8で確実に振動エネルギを吸収でき、極端に大きな振動外力に対しては、くびれ部8が損傷しないように当該くびれ部8への負担を軽減して、接合金物5で確実に振動エネルギを吸収することができる。
The yield strength of the
接合金物5に、木質縦材2及び接続部材7との各接合部5a,5bに加え、エネルギ吸収部12を備えたので、このエネルギ吸収部12によって適切に振動エネルギを吸収することができる。
The
接合金物5は、減衰部材6の前後方向両側に位置するように、一対配設されるので、ねじれ力に対して接合金物5が抵抗することができ、減衰部材6のくびれ部8に適切に水平外力を作用させて制振することができる。
The connecting
接続部材7は、減衰部材6の接合部6aに前後方向両側から接合されるので、当該接合部6aを強固に保持して、振動外力を適切にくびれ部8に伝達することができると共に、減衰部材6の面外変形を抑制することができる。
The connecting
接続部材7を、減衰部材6の接合部6aを差し込むスリット9が形成された鋼管としたので、減衰部材6の面外変形を抑制でき、また両者の接合を簡便かつ確実に行うことができる。
The connecting
左右一対の接続部材7と減衰部材6を接合してユニット化し一部品として取り扱えるようにしたので、現場での組み付け作業を効率化かつ簡便化できる。
The pair of left and right connecting
本実施形態に係る木質構造体の制振構造は、上述した制振ダンパ4を備えているので、当該制振ダンパ4により振動外力のエネルギを確実に効率的に吸収することができ、優れた制振性能を発揮することができる。
The vibration control structure for the wooden structure according to this embodiment is equipped with the
図6には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例では、左右一対の接続部材7の一端部7aについて、スリット9が減衰部材6の接合部6aよりも大幅に長く形成され、スリット9の奥側で接合部6aとの接合が行われ、その結果、接続部材7が減衰部材6に対し、くびれ部8の上下方向軸線X近傍だけが接続部材7間に現れるように、組み付けられている。
Figure 6 shows a modified version of the above embodiment. In this modified version, the
このように構成することで、接続部材7で包囲して、くびれ部8を保護することができる。このような変形例であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。
By configuring it in this way, the
1 木質構造体
2 木質縦材
3 木質横材
4 制振ダンパ
5 接合金物
5a 縦材接合部
5b 接続部材接合部
5c 接続部材接合部の突出先端
6 減衰部材
6a 接合部
7 接続部材
7a 一端部
7b 他端部
8 くびれ部
9 スリット
12 エネルギ吸収部
C くびれ部の外形輪郭の曲線
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (10)
一対の上記木質縦材それぞれに接合して設けられ、左右横方向に互いに間隔を隔てる左右一対の接合金物と、
これら接合金物の間に配置され、左右横方向両端部に一対の接合部を有する減衰部材と、
該減衰部材の各接合部に一端部が接合され、他端部が上記一対の接合金物にそれぞれ接合され、該減衰部材の各接合部を該接合金物それぞれに接続するための左右一対の接続部材とを備え、
上記減衰部材は、鋼製の平板材で形成され、左右横方向両端部の各接合部及びこれら接合部間の本体部を有し、該接合部それぞれから左右横方向中央部に向かう該本体部の外形輪郭が、塑性断面係数及びせん断応力の組み合わせ応力で決定される曲線で画定されることを特徴とする木質構造体用制振ダンパ。 A vibration damper is provided in a wooden structure formed by joining upper and lower ends of a plurality of wooden vertical members to upper and lower horizontal members, the vibration damper being provided in a horizontal direction between upper and lower mid-way portions of a pair of wooden vertical members adjacent in the horizontal direction, the vibration damper comprising:
A pair of left and right joint metals are joined to each of the pair of wooden vertical members and spaced apart from each other in the left and right lateral directions;
A damping member is disposed between the metal joints and has a pair of joints at both ends in the left and right lateral directions.
a pair of left and right connecting members, one end of which is joined to each joint of the damping member and the other end of which is joined to each of the pair of joint metals, for connecting each joint of the damping member to each of the joint metals,
The above-mentioned damping member is formed from a flat steel plate and has joints at both left and right lateral ends and a main body between these joints, and the outer contour of the main body from each of the joints toward the center in the left and right lateral directions is defined by a curve determined by the combined stress of the plastic section modulus and shear stress.
前記本体部の左右横方向の各断面すべてについてミーゼスの降伏条件の値を求め、これら値に基づいて、前記本体部の外形輪郭を画定する前記曲線を決定することを特徴とする方法。determining values of the von Mises yield criterion for all lateral cross sections of the body and determining the curves defining the outer contour of the body based on these values.
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