制震裝置之介紹

以下介紹係為能量吸收結構物中，最廣為日本業界所採用之制震裝置其性 能。

• 變位阻尼機構...…..Unbond-Brance 斜撐

• 變位阻尼機構………..摩擦阻尼器斜撐

• 粘性阻尼機購………..粘性抵抗斜撐

• 粘性阻尼機構………..油壓阻尼器斜撐 1. Unbond-Brance 斜撐

機構 能量吸收機構

類型 變位阻尼

裝置 鋼製彈塑性阻尼器

名稱（品名） Unbond-Brance

概要與優點 •豎向降伏型記錄阻尼器（見圖），以鋼筋混凝土加強挫屈度之支承

（低降伏點鋼板：BT-LYP100，BT-LYP235）。

•BA 級耐震評審合格。

•鋼板之厚度與寬幅可視所需強度與耐力調整。

•如使用高度摩擦鋼板，其接合部分尚可壓縮。

一

般

事

項

原理 •低降伏點鋼板藉由軸承之變形以吸收震動能量。

•本支承係組裝於樑柱構造內。

•本支承可藉由鋼筋混凝土作全部或部分補強挫屈。

材料 支承：低降伏點鋼條（BT-LYP100，BT-LYP235）

其他鐵架：SN400B 等之普通鋼條 混凝土：Fc=21N/mm²

材 料 與 尺寸

、 組

機械性質 下列為100N/ mm²級之性質。（）內為235N/ mm² 降伏點：80~120（205~245）N/ mm²

抗拉強度：200~300（300~400）N/ mm² 伸長率：50（40）%以上

形狀與尺寸 為建築中心一般評定範圍內。（）內為個別認定之最大尺寸。

長度：依鋼管強度而定。實際最大值為22m。

構材：鋼板厚度PL-9~40（40）mm、寬幅 50~450（700）mm 鋼管：鋼板厚度PL-3.2~16（22）mm、寬幅 100~500（750）mm 厚寬比例：圓形鋼管D/t≦67、方形鋼管 B/t≦55

裝

組裝方法 同一般支承鐵架之做法、利用結點板以高強度螺栓鎖緊建築物、或

直接於工地焊接。

模

式

恢復力之特性 雙線性（LYP235）或三線性（LYP100）彈簧元件（見圖）

茲以E 代表支承之彈性係數、Ag 代表截面積、則 彈性強度：sKb=EAg

降伏耐力：Nbyl=σyAg（σ_y=100N/mm²（LTP100），225N/mm²

（LYP100））

最大耐力：sNbyU=σmaxA（σg max=200）N/mm（LTP100）² ，無（LTP100）

第2 斜坡：α=0.20

變形 層間變形角R=1/20

循環次數 140 次（R=1/75 時）

能量吸收量 依賴支承之豎向截面積

累積豎向之反稱性 約500%（R=1/75 時）

極 限 臨 界

值 ^{疲勞界限 見圖}

維護 管理

檢查計劃 基本上不需維修

如遇大型地震發生則於檢查建築物時一併進行臨時維修。

同時可另購累積變形記憶裝置、最大變形記憶裝置（另購配件）

文獻 設計評價之公正性 「全尺寸未接合型支承之疲勞性能（之一）（之二）」日本建築學會 大會學術演講概要集 1999 年 9 月

概要圖

未接合型

恢復力特性

恢復力特 性之模式 疲勞曲線

配置圖

無粘著支承 混凝土

披覆脫層材料

鋼板

鋼管 鋼管 受壓

變形 拉力

應力

砂漿

軸力/降伏軸力比

地震能量吸收量

全應變換匴振幅⊿ε（%）

稜層側變 形角1/100

（變形±

0.75）

核心鋼板之截面型狀

反覆破裂次數Nf（cycles）

2. 摩擦阻尼器

20tf，30tf，40tf 之阻尼器。

•圖 3 為 30tf 之摩擦阻尼器以 0.5cm/sec 速度、±30mm 振幅 加震測試之單體性能結果。依形狀記錄顯示呈完全彈塑 性，且其特性為摩擦荷載±30tf，彈性強度 630tf/cm。

•茲將阻尼器單體之分析範例作成豎向彈簧模式，並定義完

表5.2.3.1 摩擦阻尼器之元件材質

構成元 件

材質 性質（JIS 規格）

鋼棒 燐青銅 JIS H 3270 CG191B-H

塑模 合金工具

鋼材

JIS G 4404 5KD11

內筒 拉桿 外筒

陰模

拉桿固定配件

接環

圖5.2.3.1 摩擦阻尼器概要圖

螺帽

（b）組裝於外框架上之場

鋼管支承 鋼管支承

鋼管支架

摩擦阻尼器 摩擦阻尼器

鋼管支架

圖5.2.3.2 配置例之概要圖

固定台 CX鋼棒

鋼管

（a）與現有結構直接組裝之場合 固定台

CX鋼棒

圖5.2.3.4 平均摩擦荷載

p：平均摩擦荷載（=E/Σδ）

E：一個週期之能量 Σδ：阻尼器之滑動量

荷載

變形

圖5.2.3.3 變位曲線（測試結果）

荷載（tf）

軸位移（mm）

（v=0.5cm/sec，A=30mm）

3. 粘性衰減結構物

最大衝擊 160mm（±80mm）

基

ODB 系列

組裝銷 結點板

彈簧勾 結點板

2000KN類型 1500KN類型 1000KN類型 500KN 類型

KN/Kinb

第二衰減 KN/Kinb

阻尼器 強度 KN/Kinb 60KN 15 1 177

4. 流體粘性衰減

油缸：AISI4340（MIL-HDBK-5 與 AMS5659）

活塞型號：17-4PH 不鏽鋼（MIL-HDBK-5 與 AMS5659）

外形與尺寸 型1：阻尼器兩面設置球型軸承。

F：衰減力（tf） C：衰減係數（tf-sec/cm） V：速度（cm/sec）

型B：非線性類型

速度

力學模式

活塞桿 油缸 可壓縮珪流體 儲能器

油風固定扣

密封 室1 活塞頭與 節流孔

室 2 控制閥

儲能器

速度（低）速度（設計）速度（高）

速 度 裝置用外殼 流體黏性阻尼

茲以下表說明各抗震裝置，其附加衰減力之設定。

和•Tokiko 衰減

採用ODB 之高層建築物 1.建築物概要

建 物 名 稱 ： 愛宕 GreenHills 辦公大樓 所 在 地 ： 東京都港區

用 途 ： 店舗、辦公室

設 計 ： 森 Building（株）一級建築事務所

（株）構造計劃研究所 建 築 面 積 ：2,426.41m²

總樓板面積 ：86,844.05m²

樓 層 ： 地下 3 層、地上 41 層、機房 2 層 樓 高 ：186.76ｍ

構 造 類 別 ：CFT 構造

基 礎 工 程 ：直接基礎（筏式基礎）

制 振 構 材 ：油壓阻尼器

照片5.2.4.1 建築物全景(左：辦公大樓・右：住宅大樓) 2.建築計劃上之特色

計劃上係預定建設兩棟座落於愛宕２丁目與青松 寺之間的超高層建築物。位於南側之建築物為樓高 190m 的辦公大樓，而北側之建築物為樓高 160m 的住 宅大樓。兩棟建築物均為將油壓阻尼器配置於綜合研 究設施（Center Core）中之制震構造。

圖5.2.4.1 ODB 系統詳圖

圖5.2.4.2 油壓阻尼器之配置圖

3.設計目標

表5.2.4.1 設計目標

等級1 等級2 層間變形角 1/200 以下 1/100 以下

塑性率 彈性範圍内 2.0 以下 4.地震反應分析及分析結果

由X、Y 方向、載重増量分析結果中，在各層的彎曲變形(Rocking)及剪力變 形(Sway)使之分離後均可成為等效勁度時，應置換為樑，並將各層設定為三線性 型之回復力特性，進行歷時反應分析(彈塑性)。此外，油壓阻尼器方面可利用 Maxwell 模型進行評價，並設置於質點間。反應值要求最為嚴格的 TAFT 波(LV1、

LV2)之分析結果如表 5.2.4.2、5.2.4.3 所示。

表5.2.4.2 分析結果(LV1)

X 方向 Y 方向 最大層間變形角 1/495(7 樓) 1/419(19 樓) 最大層間剪力係數(B1 層) 0.0370 0.0389

設計用剪力之比率

(最大値) 0.78(37 樓) 0.82(13 樓) 表5.2.4.3 分析結果(LV2)

X 方向 Y 方向 最大層間變形角 1/249(7 樓) 1/207(19 樓) 最大層間剪力係數(B1 層) 0.0737 0.0777

最大層間塑性率 0.629(3 樓) 0.707(3 樓)

採用ODB 之中層建築物 1.建築物概要

建 物 名 稱 ： □構造計劃研究所 新館 所 在 地 ： 東京都中野區

用 途 ： 辦公大樓

設 計 ： （株）構造計劃研究所 建 築 面 積 ： 923.733m²

總樓地面積 ： 7,238.82m²

樓 層 ： 地下 2 層、地上 9 層、機房 1 層 樓 高 ： 41.5ｍ

構 造 類 別 ： 地下 RC 構造、SRC 構造

： 地上S 構造（桁架構造）

基 礎 工 程 ： 筏式基礎 制 振 構 材 ： 油壓阻尼器

（地上各層8 處、合計共 72 處）

照片5.2.4.2 建築物全景 2.建築計劃上特色

為提昇地震安全性以及因日常之風力或交 通工具造成振動之居住性能，故設計於地上層東 西南北向各立面中央處將油壓阻尼器（ODB 系 統：Oil Damper Bracing System）配置為「V 字 型」，並摻入内部空間及外部空間之設計空間美 感。

照片5.2.4.3 ODB 系統

圖5.2.4.3 標準樓層平面圖・立面圖及油壓阻尼器配置圖

ODB System

ODB System

為油壓阻尼器

3.油壓阻尼器特色 振流型。設定1 次阻尼係數為 C1*(=12.5t/kine)，對於超過減壓閥阻尼力 Q1(=40t) 之載重，2 次阻尼係數則為 1 次的 0.068 倍。此外，本次所採用之油壓阻尼器，

Steel Pipe Junction

圖5.2.4.4 油壓阻尼器詳圖

5.分析結果

圖5.2.4.7 為當輸入 TAFT 波時，建築物之反應分析結果，同時亦顯示出制 震效果之比較情形。比較內容係無裝設油壓阻尼器(h=0.02)以及變化建築物之內 部黏滯性阻尼h=0.04,0.06,0.08,0.10 時，其制震之效果。由反應結果可確知，層 間剪力約為等效阻尼h=0.06，而層間變位約為 h=0.10。 0 500 1000 1500 2000

(t)

採用ODB 之中層建築物(耐震改建) 1.建築物概要

建 物 名 稱 ： 田島合同庁舎 所 在 地 ： 福島縣 用 途 ： 公所、機關 設 計 ： □構造計劃研究所 建 築 面 積 ： 858.17m²

總樓板面積 ： 3,383.06m²

樓 層 ： 地上 4 層、機房 2 層 樓 高 ： 19.6ｍ

構 造 類 別 ： RC 構造 基 礎 工 程 ： 樁基礎 制 振 構 材 ： 油壓阻尼器

照片5.2.4.4 建築物外觀(改建後) 2.設計方針

[實現不淨空工程]

為能實現不淨空施工，因此主要採於建築物外側增設補強構材。具体而言，

使桁架方向的柱梁斷面增大，提昇構材之塑性，同時亦提昇樑方向之耐力。

[利用制震阻尼器減少地震反應]

採用本公司所開發之ODB 系統（使油壓阻尼器配置成斜撐狀的制震系統），

用以減少地震反應。其結果為，於大地震時之層間變形角可控制於1/200 以下、

層塑性率則為2.0 以下。

[實施基礎補強]

為能因應樑間方向於地震時，由於基礎反力及補強造成建築物重量的増 加，因而增設樁基礎用以補強。此時，選擇乾式且可進行小規模重機械施工的 工法，徹底實行不淨空工程的構想。

3.耐震性能目標

14.8kine (3F)

Semiactive 型採用油壓阻尼器之高層建築物 1.建築物概要

建 物 名 稱 ： 六本木 Hills 辦公大樓 所 在 地 ： 東京都港區

用 途 ： 事務所、店舗、美術館

設 計 ： 森 Building(株)一級建築事務所 (株)構造計劃研究所

建 築 面 積 ： 16,281.09m² 總樓板面積 ： 380,105.09m²

樓 層 ： 地下 6 層、地上 54 層、機房 2 層 樓 高 ： 238.05ｍ

構 造 類 別 ： CFT 構造

基 礎 工 程 ：直接基礎（筏式基礎）

制 震 構 材 ：未束制斜撐

＋Semiactive 型油壓阻尼器

照片1. 建築物全景 2.建築計劃上之特徵

採用CFT 柱以及附有水平肋板之大梁的桁架構造，可確保勁度、耐力、塑性變形能力。

對於日常之因風揺晃以至於不確定性的強烈地震載重等各種不同的外部擾動，可在中央 部位以適當的方式加裝得以時常發揮其制震效果般之位移型的阻尼器（未束制斜撐）與 黏滯型的阻尼器（Semiactive 型油壓阻尼器）。

未束制斜撐

3.設計目標 分析(彈塑性)。此外，有關 Semiactive 型油壓阻 尼器則如右圖的模型般，設置於質點間。LV1、 1/96 (33 樓 4.26cm) BCJL2

1/186 (13 樓 2.28cm) TAFT 1/102 (33 樓 4.03cm) BCJL2 最大層間剪力係數(1 樓) 0.077 EL CENTRO

0.122 BCJL2

0.079 EL CENTRO 0.120 BCJL2 最大層塑性率 0.74 (52 樓) TOKYO

第六章 隔震建築結構之設計範例 6.1 建築物設計概要

1. 工程概要 (1) 工程名稱

○○○大樓新建工程 (2)工程地點

台北市○○○區○○○路 (3)面積

(a)建築面積：2954 m² (b)總樓地版面積：12784m² (4)建築物高度

(a)地上高程：GL+43.88 m(RF) (b)地下高程：GL-13.33 m(B2F) (c)樓層數：地上 9 層、地下 2 層 (5)結構系統

(a)地上層：韌性抗彎矩構架系統

(b)隔震層：1F 樓版底與 B1 樓頂間裝置隔震器 (c)基礎形式：筏式基礎

(6)構造型式

(a)地上結構：純鋼骨造(SC) (2)地下結構：鋼筋混凝土造(RC)

(7)隔震器平面配置圖及構架立面圖(如下圖所示)

隔震器平面配置圖

構架立面圖

2.材料規格 (1) 鋼骨

(a) JIS SN490B Fy = 3300 kg/cm²(大梁及柱) (b) JIS SN400A Fy = 2400 kg/cm²(小梁) (2) 螺栓

高拉力螺栓(含墊板、螺帽) 符合 JIS B1186 S10T (3) 混凝土

28 天抗壓強度

(a)一般構造：fc’=280 kg/cm² 以上 (b)基礎大底：fc’=140 kg/cm²以上 (4) 鋼筋

(a)D19 及 D19 以上, fy = 4200kg/cm² (b)D16 及 D16 以下, fy = 2800kg/cm² 3. 隔震結構性能目標設定

本案建物隔震結構系統，上部結構性能目標値如下表所示。

Level 1(規範標準) Level 2 (隔震層變位≈50cm) 最大地表加速度 0.23ｇ(m/s²) 0.276ｇ(m/s²)

最大層間

相對側向位移角 1/200 以下 1/100 以下 韌性比 1.0 以下 1.0 以下

隔震層變位 33cm 以下 50cm 以下

4. 隔震器的配置

隔震器平面配置及其數量如下表所示。

在文檔中 建築物隔制震設計規範與實務之研究比較 (頁 159-0)