连结层间抗震壁的边界梁的结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种连结层间抗震壁的边界梁的结构，在具有层间抗震壁的高层建筑物中，从小变形区域到大变形区域均发挥稳定的衰减效果。本发明的连结层间抗震壁(61、62)的边界梁(1)的结构，是将隔开一定间隔配设的两个层间抗震壁(61、62)连结的边界梁(1)的结构，其特征在于，边界梁(1)的结构构成为包括：将两个层间抗震壁(61、62)的间隔连结的低屈服点钢板(2)；和与低屈服点钢板(2)远离，且并列地将两个层间抗震壁(61、62)的间隔连结的粘弹性减震器(3)。
【专利说明】连结层间抗震壁的边界梁的结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及高层建筑物中的连结层间抗震壁的边界梁的结构。尤其涉及不论相对于强震动还是相对于弱震动，均能够将震动有效吸收的边界梁的结构。
【背景技术】
[0002]为了减轻基于风或地震等造成的震动的受害，主要在大规模的建筑物中采用制振结构，在制振结构中使用有多种制振减震器(能量吸收装置)。
[0003]制振减震器之一是，对基于塑形变形而具有的振动能量的吸收效果进行利用的低屈服点钢板。低屈服点钢板在施加有一定以下的小变形的情况下会发生弹性变形，因此不会吸收振动能量。另一方面，在施加有一定以上的变形的情况下，低屈服点钢板产生塑形变形，因此会吸收振动能量。因此，在施加有大变形的大震动的情况下，低屈服点钢板为了将震动衰减而起到有效作用。
[0004]其他的制振减震器是，对基于粘弹性体的粘性抵抗力而具有的振动能量的吸收效果进行利用的粘弹性减震器。粘弹性减震器具有将粘弹性体(高衰减橡胶)以三明治状夹在钢板之间的结构，当向纵方向或者横方向的两侧拉拽时，粘弹性体会发生剪切变形，由此来吸收振动能量。粘弹性减震器即使在施加有小变形的小震动的情况下，也能够通过粘弹性体的粘性抵抗力来吸收振动能量，由此，为了将震动衰减而起到有效作用。
[0005]在建筑物受到基于风或地震等而产生的水平方向的力的情况下，与下层相比上层的一方会大幅变动，由此在层间会产生位移(层间位移)。为了吸收使该层间位移产生的振动能量，在横梁、壁、立柱上使用制振减震器。另一方面，在具有如图13所示的从下层到上层使壁相连的层间抗震壁103的高层建筑物101中，如图14所示，在施加有水平方向的力的情况下，由于结构体的水平刚性较大，所以层间位移(尤其剪切位移成分)较小，也可以说，边界梁102的剪切位移成为最大。因此，在具有层间抗震壁的高层建筑物中，为了减轻基于风或地震等造成的震动的受害，边界梁中的振动能量的吸收，尤其在剪切位移变大的上层的边界梁上的振动能量的吸收会发挥重要的作用。
[0006]作为吸收振动能量的边界梁例如公开有图15(a)所示的整体由低屈服点钢112构成的边界梁111 (例如日本特开平10-331477号公报)、图15(b)所示的在中间部具有粘弹性减震器126的边界梁121 (例如日本特开2000-274108号公报)、如图15(c)所示的使极低屈服点钢或粘弹性体等的衰减装置136夹装在低屈服点钢132的中间部分中的边界梁131 (例如日本特开平10-331477号公报)。
[0007]如之前所述地，整体由低屈服点钢112构成的边界梁111在受到一定以上的较大力时发生塑形变形来吸收振动能量，因此相对于基于大地震而产生的大变形而发挥稳定的衰减效果。另一方面，在中间部具有粘弹性减震器126的边界梁121利用了之前所述的基于粘弹性体的粘性抵抗力而具有的振动能量的吸收效果，相对于风或小地震等而产生的小变形而发挥稳定的衰减效果。
[0008]但是，在边界梁中仅利用低屈服点钢的情况下，在小变形区域中无法得到衰减效果。另外，在仅利用粘弹性减震器的情况下，在大变形区域中无法得到充分的衰减效果。作为解决这些问题的方案，期待有如图15(c)所示的边界梁131，该边界梁131在由低屈服点钢132形成的边界梁131的中间的梁腹板134上夹装有极低屈服点钢或者粘弹性体等的衰减装置136，该极低屈服点钢具有比低屈服点钢更低的屈服点。例如，作为衰减装置136而使用极低屈服点钢的边界梁，期待埋入的极低屈服点钢在周围的低屈服点钢132之前屈月艮，并期待能够衰减与使低屈服点钢衰减的震动相比更小的震动。另外，作为衰减装置136而使用粘弹性体的边界梁，期待通过粘弹性体的粘性抵抗力而能够衰减与使低屈服点钢衰减的震动相比更小的震动。但是，衰减装置136连接在低屈服点钢132上，没有成为两端部完全固定的状态。在这样的结构的情况下，在能量传递到衰减装置136之前在低屈服点钢132上也会发生变形，衰减装置136的衰减效果无法充分地发挥。另外，在大变形区域中，虽然结构期待低屈服点钢132的衰减效果，但由于一侧端部连接在衰减装置136上，所以在衰减装置136上会发生变形，则难以在低屈服点钢132的大变形区域中得到稳定的衰减效果。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种在具有层间抗震壁的高层建筑物中，从小变形区域到大变形区域均发挥稳定的衰减效果的、连结层间抗震壁的边界梁的结构。
[0010]本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构，在将隔开一定间隔配设的两个层间抗震壁连结的情况下，其特征在于，构成包括:将所述两个层间抗震壁的间隔连结的低屈服点钢板；和与所述低屈服点钢板远离且并列地将所述两个层间抗震壁的间隔连结的粘弹性减震器。
[0011]另外，优选为，所述粘弹性减震器具有:一对外凸缘钢板，使一端部侧安装在所述两个层间抗震壁的一方的外壁面上，并且与所述外壁面平行地设置；和一对内凸缘钢板，设置为使一端部侧安装在所述两个层间抗震壁的另一方的外壁面上，并且使另一端部侧插入到所述一对外凸缘钢板的另一端部侧之间的结构，该粘弹性减震器以使与所述内凸缘钢板的两面分别相对的所述外凸缘钢板之间被粘弹性材料接合的方式形成，所述低屈服点钢板通过在所述两个层间抗震壁的经由一定间隔相对的侧壁间直接或者经由连接梁设置低屈服点钢而形成。
[0012]另外，优选为，所述粘弹性减震器通过设置在所述两个层间抗震壁的各各自的两外壁面上，而由两个粘弹性减震器形成
[0013]发明的效果
[0014]根据本发明，在具有层间抗震壁的高层建筑物中，使粘弹性减震器和低屈服点钢板相互远离且并列地将两个层间抗震壁连结，因此，震动小且在小变形区域中使粘弹性减震器吸收振动能量，在大变形区域中在粘弹性减震器的基础中，能够使低屈服点钢板吸收大部分的振动能量。由此，能够在范围大的变形区域中，即从小震动到大震动得到稳定的衰减效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构的一个实施方式的立体图。[0016]图2是表示本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构的俯视图。
[0017]图3是表示构成本发明的连结层间抗震壁的边界梁的低屈服点钢板的立体图。
[0018]图4是在将图3的低屈服点钢板连结在两个层间抗震壁上的状态下，将粘弹性减震器去除了的状态的主视图。
[0019]图5是表示将本发明的边界梁连结在两个层间抗震壁上的状态的主视图。
[0020]图6是图5所示的粘弹性减震器的局部破断的部分立体图。
[0021]图7是图5所示的粘弹性减震器的俯视图。
[0022]图8是表示图7所示的粘弹性减震器的两端向相反方向被拉拽时的变形例的图。
[0023]图9是在被边界梁连结的层间抗震壁受到水平方向的力时的振动能量吸收效果的解析模拟中使用的、低屈服点钢板与粘弹性减震器的配置图，(a)表示低屈服点钢板与粘弹性减震器串联配置的图，(b)表示低屈服点钢板与粘弹性减震器并列配置的图。
[0024]图10是图9 (a)、(b)各自的结构的被边界梁连结的层间抗震壁受到水平方向的力时的振动能量吸收效果的解析模拟结果，(a)是表示在小变形区域中的相对于振动开始后的时间的粘弹性减震器的吸收能量的变化的图表，(b)是表示在大变形区域中的相对于振动开始后的时间的粘弹性减震器的吸收能量的变化的图表，A表示图9(a)的结构时，B表示图9(b)的结构时。
[0025]图11是表示高层建筑物因受到水平方向的力而在边界梁上施加垂直方向的剪切力时的、图7所示的粘弹性减震器的变形例的概念图。
[0026]图12是表示高层建筑物因受到水平方向的力而在边界梁上施加垂直方向的剪切力时的、图4所示的低屈服点钢板的变形例的概念图。
[0027]图13是表示现有的通过边界梁连结层间抗震壁的高层建筑物的外观图。
[0028]图14是表示在通过边界梁连结层间抗震壁的高层建筑物受到水平方向的力时的在边界梁上产生的剪切变形的概念图。
[0029]图15是表示现有的边界梁的例的图，(a)是整体由低屈服点钢构成的例，(b)是在H形钢的中间部上连接有粘弹性减震器的例，(C)是分别表示在低屈服点钢的中间部分上夹装有极低屈服点钢或者粘弹性体的例的剖视图。
[0030]附图标记说明
[0031]I边界梁
[0032]2低屈服点钢板
[0033]21梁腹板
[0034]22上凸缘
[0035]23下凸缘
[0036]24 肋板
[0037]25中凸缘
[0038]3粘弹性减震器
[0039]31外凸缘钢板
[0040]32内凸缘钢板
[0041]33粘弹性体
[0042]4角撑板[0043]41双头螺栓
[0044]42 垫板
[0045]43连接板
[0046]5连接梁
[0047]51梁腹板
[0048]52上凸缘
[0049]53下凸缘
[0050]54双头螺栓
[0051]55a,55b 连接板
[0052]56连接板
[0053]61,62 层间抗震壁
[0054]6la、62a 侧壁
[0055]6lb、62b 外壁面
[0056]61c、62c 外壁面
【具体实施方式】
[0057]以下，参照附图对本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构的一个实施方式进行具体说明。
[0058]如图1所示，本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构是，将隔开固定间隔配设的两个层间抗震壁61、62连结的边界梁I的结构，由将两个层间抗震壁61、62的间隔连结的低屈服点钢板2、和与低屈服点钢板2分离且并列地将两个层间抗震壁61、62的间隔连结的粘弹性减震器3所构成。层间抗震壁61、62通过适当地埋入有钢筋或者梁等的必要材料的混凝土(RC混凝土)等而形成。
[0059]在图1?图4所示的例中，低屈服点钢板2经由在两个层间抗震壁61、62的间隔内突出的连接梁5，连接在两个层间抗震壁61、62之间。但是，也可以为在两个层间抗震壁61、62的侧部61a、62a之间直接设置的结构。另外，作为连接梁5使用由建筑结构用轧制钢材(JIS G 3136)构成的H形钢，但只要能够将层间抗震壁61、61与低屈服点钢板2连结，也可以使用与低屈服点钢板2相比屈服强度高的钢，并没有特别限定。两个连接梁5形成为，在梁腹板51上焊接有双头螺栓54，各自的一部分埋入在两个层间抗震壁61、62中，且各自的另一端部从两个层间抗震壁61、62的两个侧壁61a、62a突出。通过设置双头螺栓54而使连接梁5与层间抗震壁61、62的与混凝土的附着性能提高。连接梁5也可以与设置在层间抗震壁61、62中的钢筋和梁连结而形成。
[0060]如图3所示，低屈服点钢板2以能够与连接梁5连结的方式，在与层间抗震壁61、62相对一侧的两端部，通过梁腹板21、上凸缘22和下凸缘23而形成为与连接梁5相同的H形状。而且，梁腹板21经由连接梁5的梁腹板51和连接板56而被螺栓58和未图示的螺母固定，上凸缘22以及下凸缘23分别经由连接板55a、55b，而与连接梁5的上凸缘52以及下凸缘53通过螺栓57和螺母59连接。而且，低屈服点钢板2的中心部在梁腹板21上与上凸缘22、下凸缘23连接地设置有两个肋板24。而且，在该两个肋板24的各自的中间点设置有与下凸缘23平行的中凸缘25，与两个纵凸缘24 —起形成为H形状。但是，低屈服点钢板2的形状并不限定在这样的H形状，也能够形成为其他的-型形状或口型形状。
[0061]低屈服点钢板2使用由屈服耐力为100?250N/mm2左右的比较小，但变形能力优秀的超塑形合金构成的钢材。但是，也能够使用屈服耐力为60?100N/_2的更小的极低屈服点钢板。在本说明书中，包含该双方的屈服点钢材而称为低屈服点钢。
[0062]该低屈服点钢板2如上述那样地以相对于震动能够维持固定状态的方式，固定在由埋设在侧壁61a、62a上的两个H形钢构成的连接梁5上。但是，如上述那样地，也可以去掉连接梁5，而将低屈服点钢板2的两端直接埋设在层间抗震壁61、62上。另外，在该例中，在与由低屈服点钢板2与H形钢构成的连接梁5的固定中，使用有连接板55a、55b、56以及螺栓57、58，但也能够采用焊接等其他的固定结构。
[0063]低屈服点钢板2成为上述那样的结构，由于通过屈服点比连接梁5低的材料形成，所以相对于小震动的小地震，通过仅产生弹性变形而无法吸收震动，但相对于大震动的大地震，由于在由H形钢构成的连接梁5之前屈服而塑形变形，所以能够吸收振动能量，从而相对于大震动能够发挥稳定的衰减效果。
[0064]如图2所示，粘弹性减震器3具有:一对外凸缘钢板31，使一端部侧安装在两个层间抗震壁61、62的一方的外壁面61b上,并且与外壁面61b平行地设置；和一对内凸缘钢板32，设置为使一端部侧安装在两个层间抗震壁61、62的另一方的外壁面62b上，并且使另一端部侧插入到一对外凸缘钢板31的另一端部侧之间的结构，该粘弹性减震器3以使与内凸缘钢板32的两面分别相对的外凸缘钢板31之间被粘弹性体33粘接的方式形成。在本实施方式中，在外壁面61b、62b的相对侧的外壁面61c、62c上也安装有粘弹性减震器3。更优选为，使粘弹性减震器3设置在两个层间抗震壁61、62的各自的两外壁面上，由此使粘弹性减震器3以两倍的强度来发挥功能，另外，从结构的针对性的观点考虑，也为优选。
[0065]如图1、2以及5所示，粘弹性减震器3经由角撑板4安装在两个层间抗震壁61、62的外壁面6lb、62b、6lc、62c上。角撑板4例如由一般结构用轧制钢材SS400构成，通过19?28_左右厚度的板材形成，以即使相对于震动也能够维持固定状态的方式，固定在外壁面6lb、62b、6lc、62c上。也就是说，如图2所示，焊接在角撑板4上的双头螺栓41埋设在外壁面61b、62b、61c、62c上，由此使四个角撑板4固定在外壁面61b、62b、61c、62c上。在本实施方式中，使用有双头螺栓41，但也可以是锚定螺栓等，只要是能够维持角撑板4的固定状态的固定部件即可。另外，粘弹性减震器3也能够不经由角撑板4，而直接安装到两个层间抗震壁61,62的外壁面61b、62b、61c、62c上。
[0066]如图6以及图7中具体图所示地，粘弹性减震器3构成为包括:一对外凸缘钢板31 ;使一部分插入到一对外凸缘钢板31之间而设置的内凸缘钢板32 ;和与内凸缘钢板32的两面分别相对的、以接合到外凸缘钢板31之间的方式设置的粘弹性体33。外凸缘钢板31以及内凸缘钢板32例如通过一般结构用轧制钢材SS400，形成为12?19_左右厚度的平板状。另外，粘弹性体33能够使用例如天然橡胶类高衰减橡胶，在外凸缘钢板31与内凸缘钢板32之间加硫接合。也就是说，具体地，通过热冲压来利用基于加硫而产生的化学反应来接合。该粘弹性体33设置为例如5?15_左右的厚度。
[0067]如图7所示，一对外凸缘钢板31使其一端部侧经由垫板42以将一方的角撑板4的一端夹持的方式被螺栓44以及螺母46固定，并紧固连结在角撑板4上。另外，内凸缘钢板32使其一端部侧与另一方的角撑板4抵接并通过一对连接板43夹固，被螺栓45以及螺母47固定，并紧固连结在另一方的角撑板4上。在该例中，在外凸缘钢板31以及内凸缘钢板32与角撑板4的紧固连结中使用有螺栓44、45以及螺母46、47，但焊接等，只要能够维持固定状态，也能够采用其他的紧固连结方法。
[0068]通过以上所述的结构，粘弹性减震器3相对于基于风或小地震等而产生的小变形，能够吸收振动能量而发挥稳定的衰减效果。也就是说，如图8所示，在通过两个角撑板4使外凸缘钢板31和内凸缘钢板32被向相反方向拉拽时，将该双方接合的粘弹性体33被拉拽，而在粘弹性体33上产生剪切变形。此时，粘弹性体33因变形而在内部产生摩擦，而将运动能量变换(消耗)为热能。将其称之为变换损耗或者滞后损耗(hysteresis loss),通过该滞后损耗来使振动能量被吸收。
[0069]根据以上所述的本发明的连结层间抗震壁的边界梁的结构，在小变形区域中使粘弹性减震器3吸收振动能量，在大变形区域中在粘弹性减震器3的基础中，能够使低屈服点钢板2吸收大部分的振动能量，因此，能够在范围大的变形区域中将震动衰减。也就是说，低屈服点钢板2和粘弹性减震器3远离且并列地配置，由此，能够使粘弹性减震器3将小震动衰减，使低屈服点钢板2将大震动衰减。相反地，即使将低屈服点钢板2和粘弹性减震器3并用，但当双方串联地配置时，刚性低的粘弹性减震器3的一方也会优先地发挥作用，由此无法有效地得到低屈服点钢板2的震动的衰减效果。
[0070]例如，如图9 (a)所示地在将两个低屈服点钢板72和粘弹性减震器73串联地配置在两个层间抗震壁71之间的情况下，和如图9 (b)所示地在将两个低屈服点钢板72和粘弹性减震器73并列地配置在两个层间抗震壁71之间的情况下，进行振动能量的吸收效果的解析模拟，其结果在图10中表示。图10(a)是表示在小变形区域中的相对于输入振动的时间表的、粘弹性减震器73的吸收能量的变化的图表，随着时间的经过，在串联配置的情况A和并列配置的情况B中，吸收能量均变大。与串联配置的情况A相比，并列配置的情况B的吸收能量更大。另外，图10(b)是表示在大变形区域中的相对于输入振动的时间表的、低屈服点钢板72的吸收能量的变化的图表，在时间为20秒之后，与串联配置的情况A相比，并列配置的情况B的吸收能量大五倍以上。该结果表示出，通过将低屈服点钢板72和粘弹性减震器73并列配置，在小变形区域中使粘弹性减震器73有效地发挥能量吸收效果，在大变形区域中使低屈服点钢板72有效地发挥吸收效果。此外，在本解析模拟中，低屈服点钢板2以及粘弹性减震器73均采用图1所示的低屈服点钢板2以及粘弹性减震器3的结构，振动条件为，小变形的振动是分别将l、3、5、10gal的加速度振幅以三个周期输入。大变形的振动是分别将10、50、100、200、400gal的加速度振幅以三个周期输入。此外，小变形振动和大变形振动的频率，均与解析模型的固定频率一同设为0.74Hz。
[0071]此外，在本实施方式中，仅表示有一个边界梁I，但为了能够吸收建筑物整体范围内的振动能量，从两个层间抗震壁61、62的下层到上层能够配置多个边界梁I。
[0072]接下来，通过图11以及图12来说明，在地震等的震动发生的情况下边界梁I如何起到作用。
[0073]首先如使用图14所说明的那样，在具有两个层间抗震壁61、62的高层建筑物受到风或地震等的水平方向的力时，边界梁I被两个层间抗震壁61、62拉拽而受到剪切力。在高层建筑物中产生基于风或小地震等的小震动的情况下，因为低屈服点钢板2产生弹性变形，所以不会吸收振动能量，但粘弹性减震器3吸收振动能量而将震动衰减。此时,如图11所示，紧固连结有粘弹性减震器3的两个角撑板4被层间抗震壁61、62以上下方向的相反朝向拉拽，因此，外凸缘钢板31以及内凸缘钢板32以上下方向的相反朝向被拉拽。而且，所粘接的粘弹性体33分别被拉拽，而产生剪切变形,从而通过粘弹性体33的滞后损耗使振动能量被吸收。另一方面，在高层建筑物中产生基于大地震的大震动的情况下，在粘弹性减震器3的基础上，低屈服点钢板2将振动能量的大部分吸收来将震动衰减。此时，如图12所示，固定有低屈服点钢板2的两个连接梁5被层间抗震壁61、62以上下方向的相反朝向拉拽，因此，在低屈服点钢板2上施加有切断力。当施加有一定以上的剪切力时，低屈服点钢板2无法承受，在所固定的连接梁5和层间抗震壁61、62之前屈服而产生塑性变形。低屈服点钢板2通过该塑性变形吸收振动能量来将震动衰减。因此，通过本发明的连结层间抗震壁61、62的边界梁I的结构，在小变形区域中使粘弹性减震器3吸收振动能量，在大变形区域中在粘弹性减震器3的基础中，能够使低屈服点钢板2吸收大部分的振动能量，因此，能够在范围大的变形区域中将震动衰减。
[0074]此外，在本实施方式中，通过低屈服点钢板2将两个层间抗震壁61、62的侧壁61a、62a之间连结，通过粘弹性板3将两个层间抗震壁61、62的外壁面61b (61c)、62b (62c)之间连结，但也可以使低屈服点钢板2和粘弹性板3相互相反地配置。
【权利要求】
1.一种连结层间抗震壁的边界梁的结构，是将隔开一定间隔配设的两个层间抗震壁连结的边界梁的结构，其特征在于， 所述边界梁的结构构成为包括:将所述两个层间抗震壁的间隔连结的低屈服点钢板；和与所述低屈服点钢板远离、且并列地将所述两个层间抗震壁的间隔连结的粘弹性减震器。
2.根据权利要求1所述的连结层间抗震壁的边界梁的结构，其特征在于，所述粘弹性减震器具有:一对外凸缘钢板，使一端部侧安装在所述两个层间抗震壁的一方的外壁面上，并且与所述外壁面平行地设置；和一对内凸缘钢板，设置为使一端部侧安装在所述两个层间抗震壁的另一方的外壁面上，并且使另一端部侧插入到所述一对外凸缘钢板的另一端部侧之间的结构，该粘弹性减震器以使与所述内凸缘钢板的两面分别相对的所述外凸缘钢板之间被粘弹性材料接合的方式形成，所述低屈服点钢板通过在所述两个层间抗震壁的经由一定间隔相对的侧壁间直接或者经由连接梁设置低屈服点钢而形成。
3.根据权利要求1所述的连结层间抗震壁的边界梁的结构，其特征在于，所述粘弹性减震器通过设置在所述两个层间抗震壁的各各自的两外壁面上，而由两个粘弹性减震器形成。
【文档编号】E04B1/98GK103572893SQ201210286614
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2012年8月10日
【发明者】松冈彰彦, 铃木公平 申请人:空思太客有限公司