JP2005282342A - Vibration damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造材を補強する部材に関し、より詳細には耐振強度を高める制振部材に関する。 The present invention relates to a member that reinforces a structural material, and more particularly to a vibration damping member that increases vibration resistance strength.
建築物の耐振強度を高めるため、地震等の振動で相対距離が変動する構造材間に単一の補強部材の両端を固定して堅固な構造とする方法が従来から行われてきた。しかしながら、この方法では振動エネルギーが直接補強部材にかかり過大な変形が発生して永久歪みを残し、さらには補強部材または構造材自体の破損を招く危険性があった。最近では、補強部材に板ばねを用いる方法が特許文献1で開示されているが、振動エネルギーが大きく構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所では、板ばねの変形量が弾性体としての有効たわみ量を超過するため、適用が困難である。
本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、振動エネルギーによる補強部材の過大な変形や補強部材または構造材自体の破損を生じることのない高い耐振強度を有し、かつ、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所にも適用できる制振部材を提供する。 The present invention has been made in view of the above background, and has high vibration resistance without causing excessive deformation of the reinforcing member due to vibration energy or damage of the reinforcing member or the structural material itself, and between the structural materials. Provided is a vibration damping member that can be applied to a portion where the variation in relative distance increases.
上記課題を解決する本発明の制振部材は、相対距離が変動する構造材間に両端が固定される制振部材であって、内部に軸方向に延びる空間を有し両端に該空間を区画する固定座部をそれぞれ有する管材と、該管材の一端側の該固定座部に一端側が固定され他端側が該構造材の一方に固定される第一側端部と、該管材の他端側の該固定座部を移動可能に貫通し該空間内に一端が延び他端が該構造材の他方に固定される第二側端部と、該第二側端部の該空間内に位置する該一端に固定された可動座部と、該空間内の該可動座部と該固定座部間に配置された弾性部材と、を有することを特徴とする。 The vibration damping member of the present invention that solves the above-mentioned problem is a vibration damping member that is fixed at both ends between structural materials whose relative distances vary, and has a space extending in the axial direction inside and divides the space at both ends. A pipe member having a fixed seat portion, a first side end portion fixed to the fixed seat portion at one end side of the tube material and a second end portion fixed to one of the structural members, and the other end side of the tube member A second side end portion that is movably penetrated through the fixed seat portion and has one end extending into the space and the other end fixed to the other of the structural material, and the second side end portion located in the space. It has a movable seat part fixed to the one end, and an elastic member arranged between the movable seat part and the fixed seat part in the space.
本発明の制振部材は、建築物の構造材例えば柱と梁の間に取り付け、地震などによる振動のエネルギーを弾性部材で吸収して振動を抑制することを目的としている。そして、本発明の制振部材は、管材、第一側端部、第二側端部、可動座部、弾性部材で構成されている。 The vibration damping member of the present invention is attached between a structural material of a building, for example, a column and a beam, and is intended to suppress vibration by absorbing energy of vibration due to an earthquake or the like with an elastic member. And the damping member of this invention is comprised by the pipe material, the 1st side edge part, the 2nd side edge part, a movable seat part, and an elastic member.
管材は、軸方向に延びる内部空間に弾性部材を保持するため、両端に固定座部が設けられている。管材は、弾性部材の変形による荷重と、第一側端部からの引張り及び圧縮の荷重を受けるため、十分な強度を有することが必要である。管材には、例えば配管用の鋼管を用いればよく、固定座部には鋼製円板を用い、管材端部に溶接して取り付ければよい。 In order to hold the elastic member in the internal space extending in the axial direction, the pipe member is provided with fixed seat portions at both ends. Since the pipe material receives a load due to deformation of the elastic member and a load of tension and compression from the first side end portion, it needs to have sufficient strength. For the pipe material, for example, a steel pipe for piping may be used, and a steel disc may be used for the fixed seat portion, and it may be attached by welding to the end portion of the pipe material.
第一側端部は、管材の一端側の固定座部を構造材の一方へ固定取り付けする連結のためのものである。具体的な形状の例としては、一端が雄ねじで他端が端子の形状をもつ蝶番ボルトなどが用いられる。第一側端部の固定座部への取付は、固定座部の中央に貫通口を設けて第一側端部の雄ねじを貫通させナットを両側から締め付けて固定すればよい。構造材への取付は端子をボルト締めするなどの方法でよい。固定方法はこれに限定されず、機械的強度の確保できる溶接などの他の方法でもよい。 The first side end portion is for connection to fix and attach the fixed seat portion on one end side of the tube material to one of the structural materials. As an example of a specific shape, a hinge bolt having one end having a male screw and the other end having a terminal shape is used. To attach the first side end to the fixed seat, a through hole is provided at the center of the fixed seat, the male screw at the first side end is passed through, and the nut is tightened from both sides to be fixed. Attachment to the structural material may be performed by bolting the terminal. The fixing method is not limited to this, and may be other methods such as welding that can ensure mechanical strength.
第二側端部は、制振部材の全長を可変に構造材へ取り付けるためのものである。第二側端部の一端は管材の他端側の固定座部に設けられた貫通口を貫通して空間内に延び、他端は構造材の他方に固定取り付けされる。具体的な形状の例としては、一端が雄ねじで他端が端子の形状をもち、管材の長さの半分以上ある蝶番ボルトなどが用いられる。雄ねじ側は管材内部空間の中央付近に到達して後述のように可動座部が設けられる。端子側は構造材にボルト締めなどにより固定取り付けされる。 The second side end is for variably attaching the entire length of the damping member to the structural material. One end of the second side end portion extends through the through hole provided in the fixed seat portion on the other end side of the tube material, and the other end is fixedly attached to the other of the structural material. As an example of a specific shape, a hinge bolt or the like having a male screw at one end and a terminal at the other end and having a half or more of the length of the tube material is used. The male screw side reaches the vicinity of the center of the inner space of the pipe material, and a movable seat portion is provided as will be described later. The terminal side is fixedly attached to the structural material by bolting or the like.
可動座部は、管材内部空間にある第二側端部の一端に固定され、管材内部空間を軸方向に移動可能であり、固定座部との間に弾性部材を保持するものである。具体的な形状の例としては、管材の内径よりも小さな鋼製円板などが用いられ、前述の第二側端部の一端の雄ねじにナットで固定される。可動座部の位置は限定されないが、構造材間の相対距離の増加と減少の双方に対応できるように、管材内部空間の軸方向の中央が好ましい。 The movable seat portion is fixed to one end of the second side end portion in the tubular material internal space, is movable in the axial direction of the tubular material internal space, and holds an elastic member between the fixed seat portion. As an example of a specific shape, a steel disk or the like smaller than the inner diameter of the pipe material is used, and is fixed to the male screw at one end of the second side end portion with a nut. The position of the movable seat portion is not limited, but the center in the axial direction of the pipe material internal space is preferable so that both the increase and decrease of the relative distance between the structural materials can be accommodated.
弾性部材は、固定座部と可動座部の間に、軸方向に伸縮できるように配置される。そして、振動発生時には軸方向に伸縮して、振動エネルギーを吸収し、振動を抑制する役割を果たす。ここで、弾性部材とは圧縮変形を受けたときに応力が発生し、圧縮変形が除かれたときに元の形状に復帰するものを云う。本発明の制振部材の構成要素である弾性部材には、フック弾性をもつばね部材あるいはゴム弾性をもつゴム弾性部材のいずれを用いてもよい。ばね部材の一例であるコイルばねを用いるときは、それぞれ各固定座部と可動座部間に合計2個配置することが好ましい。あるいは、弾性部材は1本のコイルばねとし、可動座部は1本のコイルばねの中央部に設けるようにすることもできる。 The elastic member is disposed between the fixed seat portion and the movable seat portion so as to be able to expand and contract in the axial direction. When vibration is generated, it expands and contracts in the axial direction, absorbs vibration energy, and plays a role of suppressing vibration. Here, the elastic member refers to a member that generates a stress when subjected to compressive deformation and returns to its original shape when the compressive deformation is removed. As the elastic member which is a constituent element of the vibration damping member of the present invention, either a spring member having hook elasticity or a rubber elastic member having rubber elasticity may be used. When using a coil spring which is an example of a spring member, it is preferable to arrange a total of two springs between each fixed seat and movable seat. Alternatively, the elastic member may be a single coil spring, and the movable seat portion may be provided at the center of the single coil spring.
弾性部材は、ばね部材とゴム弾性部材を組み合わせて用いてもよく、一例としてコイルばねと該コイルばねの内側に配設されたゴム弾性部材とで構成されるようにしてもよい。また、弾性部材はコイルばねとゴム弾性部材とが前記軸方向に配設されて構成されるようにしてもよい。さらに、弾性部材は板状のゴム弾性部材と板状の剛体とが前記軸方向に交互に積層されて構成されるようにしてもよい。 The elastic member may be a combination of a spring member and a rubber elastic member. For example, the elastic member may be composed of a coil spring and a rubber elastic member disposed inside the coil spring. Further, the elastic member may be configured by arranging a coil spring and a rubber elastic member in the axial direction. Furthermore, the elastic member may be configured by laminating plate-like rubber elastic members and plate-like rigid bodies alternately in the axial direction.
上述のように構成された本発明の制振部材は、第一側端部の他端を構造材の一方に固定し、第二側端部の他端を構造材の他方に固定して使用する。そして、地震等の振動で構造材間の相対距離が変動したときには、管材と第二側端部との相対位置関係が変動する。このとき、可動座部は軸方向に相対的に移動し固定座部との距離が変動し、両者の間に配置された弾性部材が変形し、応力が生じて振動を抑制する。結局、振動エネルギーは弾性部材に吸収され、耐振強度は向上する。また、管材や第一側端部、第二側端部の部材自体の変形は著しく低減され、制振部材自体が破損する危険性は生じない。 The vibration damping member of the present invention configured as described above is used with the other end of the first side end fixed to one of the structural members and the other end of the second side end fixed to the other of the structural members. To do. When the relative distance between the structural materials varies due to vibration such as an earthquake, the relative positional relationship between the pipe material and the second side end portion varies. At this time, the movable seat part moves relatively in the axial direction and the distance from the fixed seat part fluctuates, and the elastic member disposed between the two deforms and a stress is generated to suppress vibration. Eventually, the vibration energy is absorbed by the elastic member, and the vibration resistance strength is improved. Further, the deformation of the pipe member, the first side end portion, and the second side end portion itself is remarkably reduced, and there is no risk of the vibration damping member itself being damaged.
本発明の制振部材の構成要素である第一側端部はその一端側の先端部は管材の内部に位置し、この管材の内部に位置する先端部の長さを調節可能に固定座部に固定されるようにしてもよい。例えば、第一側端部の一端側を雄ねじとして固定座部を貫通させ、雄ねじの任意の位置を両側からナットで締め付けて固定できるようにしておく。これにより、制振部材の長さを調節することができる。 The first side end portion which is a component of the vibration damping member of the present invention has a tip end portion located on the inside of the tube material, and a fixed seat portion capable of adjusting the length of the tip portion located inside the tube material You may make it fix to. For example, one end side of the first side end portion is used as a male screw, and the fixed seat portion is penetrated so that an arbitrary position of the male screw can be fixed by tightening with a nut from both sides. Thereby, the length of the damping member can be adjusted.
さらに、本発明の制振部材の構成要素である第一側端部及び第二側端部の少なくとも一方は、その軸方向の長さが調節可能な伸縮手段をもつものとすることができる。例えば、第二側端部の中間に、部材の回転により長さを調節できるターンバックルなどを付加しておく。これにより、制振部材の調節長さをより大きくでき、調整作業も容易となる。 Furthermore, at least one of the first side end portion and the second side end portion, which is a constituent element of the vibration damping member of the present invention, may have expansion / contraction means whose length in the axial direction can be adjusted. For example, a turnbuckle or the like whose length can be adjusted by rotating the member is added in the middle of the second side end. Thereby, the adjustment length of the damping member can be further increased, and the adjustment work is facilitated.
本発明の制振部材では、地震等の振動で構造材間の相対距離が変動すると、管材と第二側端部との相対位置関係が変動して弾性部材が伸縮変形し、応力が生じて振動を抑制し、耐振強度は向上する。また弾性部材以外の部材の変形は著しく低減され、破損する危険性は生じない。このため、従来の補強部材に板ばねを用いる方法と比較して、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所へも適用できる。 In the vibration damping member of the present invention, when the relative distance between the structural materials fluctuates due to vibration such as an earthquake, the relative positional relationship between the pipe material and the second side end portion fluctuates, the elastic member expands and contracts, and stress is generated. Vibration is suppressed and vibration resistance strength is improved. Further, deformation of members other than the elastic member is remarkably reduced, and there is no risk of breakage. For this reason, compared with the method of using a leaf | plate spring for the conventional reinforcement member, it can apply also to the location where the fluctuation | variation of the relative distance between structural materials becomes large.
本発明を実施するための最良の形態を、図1を参考にして詳細に説明する。図1は本発明の制振部材の構成を示す説明図であり、この制振部材は、管材1、固定座部2A及び2B、第一側端部4、第二側端部5、可動座部6、弾性部材であるコイルばね7A及び7B、軸方向の長さを調節するためのターンバックル8からなる。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of the vibration damping member of the present invention. The vibration damping member comprises a
管材1には、内部に軸方向に延びる空間を有する金属製のパイプが用いられる。管材1の両端には、管材1の外径に等しい直径の金属製円板状の固定座部2A及び2Bがそれぞれ溶接により固定され、管材1内部の空間は外部と区画されている。なお、固定座部2A及び2Bの中心部には貫通口が設けられている。
For the
第一側端部4は金属製で、その一端部は建築物の構造材に固定取り付けするための端子を有し、他端部は雄ねじとなり、図2(a)に示すように固定座部2Aの貫通口を介してダブルナットで固定されている。この第一側端部4の雄ねじの貫通口に差し込まれる長さをダブルナットで調節することによりこの制振部材の長さを調節できるようになっている。 The first side end 4 is made of metal, one end of which has a terminal for fixing and attaching to a structural material of a building, and the other end is a male screw, as shown in FIG. 2 (a). It is fixed with a double nut through the 2A through hole. The length of the damping member can be adjusted by adjusting the length inserted into the male screw through-hole of the first side end 4 with a double nut.
第二側端部5には両端部が雄ねじとなっている金属の棒が用いられる。第二側端部5の一端は図2(b)に示すように固定座部2Bの貫通口から管材1の内部に貫通して軸方向へは自由に移動できるようになっており、他端はターンバックル8に螺合している。
For the second
可動座部6は金属製円板状で、図2(c)に示すように第二側端部5の管材1内部の雄ねじにダブルナットで固定されている。ダブルナットで固定される雄ねじの位置を調節することによって制振部材の長さを調節できるようになっている。可動座部6の直径は管材1の内径よりも小さめであり、第二側端部5の軸方向への移動を妨げないようになっている。
The
弾性部材としてコイルばね7A及び7Bが合計2個用いられている。コイルばね7A及び7Bの長さははそれぞれ、管材1内部で対向する固定座部2Aと可動座部6との距離、及び可動座部6と固定座部2Bとの距離に一致しており、それぞれの空間内に配置されている。コイルばね7A及び7Bの外径は同一で管材1の内径よりも小さめであり、それらの長さは振動の発生していない通常状態における管材1内部の空間長に一致している。
A total of two
コイルばね7A及び7Bのばね定数や有効たわみ量などの諸特性は、対象となる構造材間の相対距離の変動範囲や最大振動エネルギーを考慮して決定すればよい。コイルばね7A及び7Bは、構造材間の相対距離の増加や減少に伴い圧縮変形して復元応力が発生するので、両者の外径と長さ、諸特性は同一としてよい。構造上、構造材間の相対距離の増加あるいは減少のどちらかが著しい場合には、両者の長さや諸特性は異なるものとしてもよい。
Various characteristics such as the spring constants and effective deflection amounts of the
軸方向の長さが調節可能な伸縮手段として、両側に雌ねじを有するターンバックル8が用いられ、雌ねじの一方には第二側端部5の雄ねじが固定され、他方には建築物の他方の構造材に固定取り付けするための端子が付属されている。
As an expansion / contraction means whose axial length can be adjusted, a
上述のように構成された耐振部材は、図3に示すように第一側端部4の一端とターンバックル8の他方にそれぞれ付属した2個の端子により、建築物の構造材例えば柱と梁の間や梁同士の間にボルト締めで固定取り付けされて使用される。
As shown in FIG. 3, the vibration-proof member configured as described above has two terminals attached to one end of the first side end 4 and the other end of the
構造材側の取り付け部には応力が集中するので、応力を分散して受け止められるように、例えば図4(a)の取り付け金具9を図4(b)に示すように2個組み合わせて使用することが好ましい。なお、ボルト締め以外にも溶接など堅固な取り付け方法であれば適用可能である。
Since stress concentrates on the mounting portion on the structural material side, for example, two mounting
図4(a)に示す金具9は、長方形状の金属板を折り曲げ、中央部を断面で固定される柱の太さと等しい幅と柱の半分の深さをもつ凹部とし、両端側にフランジ状の連結部分を設けたものである。凹部の底の中央にはボルトが挿通するボルト穴が形成され、連結部分にはその中央に比較的大きなボルト穴、その両側に少し小さいボルト穴が設けられている。図4(b)は、この金具9を柱に固定し、固定された金具9に第一側端部4を固定した状態を示している。
The
次に、上記形態の制振部材の機能について説明する。地震等の振動が発生していない通常状態では、構造材間の相対距離は初期状態の値で一定である。この時、コイルばね7A及び7Bの長さもそれぞれ通常状態における空間長に一致し、応力は発生しない。
Next, the function of the vibration damping member of the above embodiment will be described. In a normal state where no vibration such as an earthquake occurs, the relative distance between the structural members is constant at the initial value. At this time, the lengths of the
地震や大風による振動で構造材間の相対距離がdだけ減少した時には、当然ながら制振部材の長さもdだけ減少する。この時、第二側端部5は図1の右の方向に押され、相対距離の減少分dはコイルばね7Aの圧縮として吸収される。したがって、構造材間の相対距離を減少させる振動エネルギーの大部分はコイルばね7Aに吸収され、第二側端部5を図1の左の方向に押し返して通常状態に戻そうとする復元応力が発生する。
When the relative distance between the structural materials is reduced by d due to vibration caused by an earthquake or a big wind, the length of the damping member is naturally reduced by d. At this time, the second
同様に、構造材間の相対距離がdだけ増加した時には、増加分dはコイルばね7Bの圧縮として吸収される。したがって、構造材間の相対距離を増加させる振動エネルギーの大部分はコイルばね7Bに吸収され、第二側端部5を図中の右の方向に押し返して通常状態に戻そうとする復元応力が発生する。
Similarly, when the relative distance between the structural members increases by d, the increase d is absorbed as compression of the
実際の地震等の振動では構造材間の相対距離は周期的に増減するため、2個のコイルばね7A及び7Bの復元応力により、振動を抑制することができる。
In actual vibrations such as earthquakes, the relative distance between the structural members periodically increases and decreases, so that the vibrations can be suppressed by the restoring stress of the two
なお、構造材間の相対距離の減少、増加どちらの場合も、圧縮されていない他方のコイルばねは機能的には寄与していない。そこで、図1の形態に加えて、コイルばね7A及び7Bそれぞれの両端を固定座部2A、2B、可動座部6に固定してもよい。固定することにより、振動でいずれか一方のコイルばねが圧縮されている時に他方のコイルばねは伸張し、両方のコイルばねの復元応力は協力して振動を低減させることができる。
Note that, in both cases where the relative distance between the structural members is decreased or increased, the other uncompressed coil spring does not contribute functionally. Therefore, in addition to the configuration of FIG. 1, both ends of the coil springs 7 </ b> A and 7 </ b> B may be fixed to the fixed seat portions 2 </ b> A and 2 </ b> B and the
上記に述べたように本発明の制振部材では、構造材間の相対距離の変動はコイルばね7A及び7Bに吸収され、管材1や第一側端部4、第二側端部5の部材自体の圧縮および伸張は極僅かである。これに対して、図9に示す従来の単一の補強部材11による方法では、構造材間の相対距離の変化分dは直接的に補強部材11の部材自体に発生し、過大な変形となる。本発明の制振部材は、部材自体の変形を著しく低減したため、破損する危険性は生じない。さらに、コイルばね7A及び7Bの変形を応用しており、外径と長さ、諸特性の選定には自由度が大きいため、構造材間の相対距離の変動が大きくなる箇所にも容易に適用できる。
As described above, in the vibration damping member of the present invention, fluctuations in the relative distance between the structural materials are absorbed by the
また、ターンバックル8でねじの締め込み寸法を調節することにより、本耐振部材の軸方向の長さを調節できる。したがって、多くの箇所に適用する場合に、構造材間の相対距離のばらつきと耐振部材自体の製作誤差を吸収することができ、汎用性が高く使い勝手が良好である。
Further, the axial length of the vibration-proof member can be adjusted by adjusting the screw tightening dimension with the
図5は本発明の別の実施例を示しており、弾性部材には1本のコイルばね7Cが用いられ、可動座部6はコイルばね7Cの中央部に固定されている。この図5の構成においても、機能および効果は図1の実施例と同等である。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which one
図6〜8は本発明のまた別の実施例を示す断面図であり、弾性部材の構成を示している。図6の例では弾性部材は、コイルばね7Dと、コイルばね7Dの内側に配設された筒状のゴム弾性部材71と、で構成されている。図7の例では弾性部材は、コイルばね7Eとゴム弾性部材72とが軸方向に並設されて構成されている。図8の例では弾性部材は、中央に貫通口を有する円盤状のゴム弾性部材73と金属製のワッシャ74とが軸方向に交互に積層されて構成されている。図6〜8の構成おいても、機能および効果は図1の実施例と同等である。加えて、ゴム弾性部材単独の場合よりも堅牢であり、座屈などの不具合を生じ難い特長を有している。
6 to 8 are sectional views showing still another embodiment of the present invention, and show the configuration of the elastic member. In the example of FIG. 6, the elastic member includes a
本発明の制振部材は、建築物の柱と梁や梁同士などの直交する構造材間の耐振補強の他、鉄塔等の転倒防止、衝撃力に弱い家具類の転倒防止等にも適用できる。 The vibration damping member of the present invention can be applied not only to anti-vibration reinforcement between structures such as building columns and beams or beams, but also to prevent falls such as steel towers and furniture that is weak against impact force. .
1:管材 2A、2B:固定座部
4:第一側端部 5:第二側端部 6:可動座部
7A、7B、7C、7D、7E:コイルばね
71、72、73:ゴム弾性部材 74:ワッシャ
8:ターンバックル 9:取り付け金具 11:単一の補強部材
1:
Claims (11)
内部に軸方向に延びる空間を有し両端に該空間を区画する固定座部をそれぞれ有する管材と、
該管材の一端側の該固定座部に一端側が固定され他端側が該構造材の一方に固定される第一側端部と、
該管材の他端側の該固定座部を移動可能に貫通し該空間内に一端が延び他端が該構造材の他方に固定される第二側端部と、
該第二側端部の該空間内に位置する該一端に固定された可動座部と、
該空間内の該可動座部と該固定座部間に配置された弾性部材と、
を有することを特徴とする制振部材。 A damping member in which both ends are fixed between structural materials whose relative distance varies,
Tubes each having a fixed seat portion that has a space extending in the axial direction inside and partitions the space at both ends;
A first side end portion in which one end side is fixed to the fixed seat portion on one end side of the pipe material and the other end side is fixed to one of the structural members;
A second side end portion that movably penetrates the fixed seat portion on the other end side of the tube material, one end extends into the space, and the other end is fixed to the other of the structural material;
A movable seat fixed to the one end located in the space of the second side end;
An elastic member disposed between the movable seat and the fixed seat in the space;
A vibration damping member comprising:
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