JP2000027292A

JP2000027292A - 制振部材

Info

Publication number: JP2000027292A
Application number: JP10195165A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 厚渡辺; Toru Takeuchi; 徹竹内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】コストが安く、大、中、小の地震や強風に対
する振動低減効果がある制振部材を提供する。【解決手段】十字断面鋼材１の表面に粘弾性材料３を
設置し、粘弾性材料３の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２
を組み込み、前記十字断面鋼材１とＬ字形鋼材２とは、
粘弾性材料３のみを介して接触しており、十字断面鋼材
１の一端と、これと反対側に位置するＬ字形鋼材２の一
端を、それぞれ筋交い材配置として構造物の梁または柱
に斜めに接合することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として構造物の
耐震，耐風部材（以下耐震部材という）として利用され
る筋交い材，間柱等における制振部材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】構造物の耐震・耐風技術に関し、粘弾性
体を構造物に組み込み、地震や風などの外力を受けたと
きに、粘弾性体が変形することで、振動エネルギーを吸
収し、振動を低減する、いわゆる制振装置については、
従来多くの提案がなされている。この制振装置に要求さ
れる形状・性能には、以下(A) ，(B) ，(C) の項目があ
る。 (A) 構造物の計画上、設計の自由度を高めるために、制
振装置の設置箇所数をできる限り減らす必要があり、こ
のため、１体あたりの粘弾性体の面積を多くし、減衰性
能を高めること。 (B) 空間利用を大きくするため、平面設計上、他の邪魔
にならないよう、幅をできる限り薄くすること。 (C) 圧縮力が働いた時に、座屈などの面外方向の変形を
防止し、引張力が働いたときと同じ性質をもつこと。

【０００３】前述の要求下での、従来技術を図１０によ
って説明する。この例では、同図（Ａ），（Ｂ）に示す
ように制振部材１８が、内鋼板１５と外鋼板１６の間に
粘弾性材料１３が充填され、かつ内鋼板１５と外鋼板１
６とに接着されている。この制振部材１８は図１０
（Ｃ）に示すように、柱５と梁６に斜めに配設され、内
鋼板１５の一端と外鋼板１６の一端がそれぞれ柱５、梁
６に斜めに接合されている。

【０００４】前記の制振部材１８が地震や台風時に構造
物が水平力を受けて変形した時、内鋼板１５と外鋼板１
６との間に収縮代１０を介して相対的なずれが生じ、粘
弾性材料１３がこれに追随してせん断変形を生じること
で、この粘弾性材料１３が地震・風のエネルギーを吸収
し、その結果、揺れを低減する効果を発揮する。この従
来の制振部材１８は、形状的には前記の(B) を満足し、
内鋼板１５の幅や枚数を増やすことで、前記(A) を満足
することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示す
ように、従来の制振部材１８に矢印方向の圧縮力が生じ
たとき、内鋼板１５の弱軸方向の曲げ剛性が不足するた
めに、粘弾性材料１３の幅の中で、当該内鋼板１５に座
屈を生じ、蛇行する（図１１（Ｂ）に示す）。このため
図１２の復元力特性に示すように、引張力が作用した場
合に比べ、圧縮力が作用した場合の抵抗が大きくなって
しまう。このような性能は、構造設計・構造解析時の取
扱いが難しくなり、また、予想以上の圧縮軸力が発生す
ることで、制振部材１８全体が座屈してしまう可能性も
ある。なお、他の従来例にあっても、形状の違いはある
が、内鋼板１５の曲げ剛性が不足するため、前記のよう
な問題を内包している。

【０００６】本発明は、従来の制御装置では達成不可能
であった、前記(A) ，(B) ，(C) の課題を同時に満足
し、しかも、経済的にも実用化可能な制振部材を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、下記，，を改良点のポイントとし
ている。制振部材の主要素の１つである中心鋼材を十字型と
し、あらゆる方向に対する曲げ剛性を高め、座屈を防止
すると同時に、粘弾性材料を設置する表面積を大きく確
保した。十字型の中心鋼材の４箇所の隅角部（入り隅部）に
Ｌ字形鋼材を配置し、あらゆる方向に対する部材全体の
曲げ剛性を高め、座屈耐力を高めると同時に、個々にＬ
字形鋼材についても座屈耐力を高めている。さらに、粘弾性材料の総量が必要な場合、Ｌ字形鋼
板の４箇所の隅角部（入り隅部）にさらにＬ字形鋼材を
配置し、必要に応じてこれを繰り返すことで、１体当り
の粘弾性材料の面積を多くし、減衰性能を高めると同時
に、部材の幅を薄くできるようにする。前記，，の点をふまえて、本発明の制振部材は次
のように構成した。第１の発明に係る制振部材は、十字
断面鋼材１の表面に粘弾性材料３を設置し、粘弾性材料
３の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２を組み込み、前記十
字断面鋼材１とＬ字形鋼材２とは、粘弾性材料３のみを
介して接触しており、十字断面鋼材１の一端と、これと
反対側に位置するＬ字形鋼材２の一端を、それぞれ筋交
い材配置として構造物の梁または柱に斜めに接合するこ
とを特徴とする。第２の発明に係る制振部材は、十字断
面鋼材１の表面に粘弾性材料３を設置し、粘弾性材料３
の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２を組み込み、前記Ｌ字
形鋼材２の表面に、粘弾性材料３ａとその入り隅部に設
置する４枚のＬ字形鋼材２ａとからなる組を一層又は複
数層設置し、前記複数のＬ字形鋼材は十字断面鋼材１に
結合されるＬ字形鋼材２ａと、十字断面鋼材１に結合さ
れず、前記Ｌ字形鋼材２と結合されるＬ字形鋼材とに分
けられ、前記十字断面鋼材１およびこれに結合されるＬ
字形鋼材２ａと、十字断面鋼材１に結合されないＬ字形
鋼材２およびこれに結合されるＬ字形鋼材とは、粘弾性
材料３のみを介して接触している構成を特徴とする。

【０００８】本発明の制振部材によると、１部材あたり
の粘弾性体の面積が多くなっていて、減衰性能が高めら
れており、かつ幅は可及的に薄く構成でき、しかも、圧
縮力が働いた時に、座屈などの面外方向の変形が生じ
ず、図１２に示すように、引張力が働いたときと同じ性
質を持つ。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１，図２は本発明の第１実施形態
に係る制振部材を示し、その一端２０から他端２１まで
が所要長の十字断面鋼材１が設けられ、この十字断面鋼
材１の取付け孔９が設けられている他部材との取付け部
１４を除いて、その他端２１から設置端部２２までの間
の表面に粘弾性材料３が設置されており、粘弾性材料３
の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２が組まれている。Ｌ字
形鋼材２の一端２３は、粘弾性材料３の一端２４と同じ
位置に設けられ、Ｌ字形鋼材２の他端２５は粘弾性材料
３の他端２６（これは、十字断面鋼材１の他端２１でも
ある）よりも所定長突出しており、この突出部が、例え
ば、複数の取付け孔１４を設けることによってＬ字形鋼
材２の他部材との取付け部１７とされている。この取付
け部１７における各Ｌ字形鋼材２の間には、粘弾性材料
３と同じ厚みのスペーサ４が介設されている。また、前
記粘弾性材料３は、高減衰ゴム，ゴムアスファルト，ア
クリルゴム，シリコンゴム，ポリマーなどで構成され鋼
材に接着されている。

【００１０】前記制振部材８において、十字断面鋼材１
の一端の取付け部１４とＬ字形鋼材２の他端の取付け部
１７は、それぞれ柱や梁に取付けられる。そして、地震
時に、構造物が水平変形を生じると、前記制振部材８に
引張り／圧縮が生じ、粘弾性材料３にせん断変形が生じ
る。この結果、粘弾性材料３によって、図９（ｂ）に示
すような復元力特性を示し、エネルギー吸収が行なわれ
る。また、十字断面鋼材１に圧縮力が生じても、十字形
およびＬ字形の鋼材の断面特性によりあらゆる方向に対
する曲げ剛性を高め座屈耐力を高めると同時に個々のＬ
字形鋼材についても座屈耐力を高めている。特に図に示
す各部材の断面で２次モーメントが大きいので前記の座
屈モードが生じにくい。

【００１１】図３，図４は本発明の第２実施形態を示
す。第２実施形態の制振部材８ａにおいて、第１実施形
態と同様に、十字断面鋼材１は、その一端２０から他端
２１までが所要長に設けられ、この十字断面鋼材１の取
付け孔９が設けられている取付け部１４を除いて、その
他端２１から設置端部２２までの間の表面に粘弾性材料
３が設置されており、その入り隅部に４枚のＬ字形鋼材
２が組まれている。Ｌ字形鋼材２の一端２３は粘弾性材
料３の一端２４と同じ位置に設けられ、Ｌ字形鋼材２の
他端２５は、粘弾性材料３の他端２６（これは十字断面
鋼材１ｂの他端でもある）よりも所定長突出しており、
この突出部が、例えば複数の取付け孔９を設けることに
よってＬ字形鋼材２の他部材との取付け部１７とされて
いる。この取付け部１７における各Ｌ字形鋼材２の間に
は、粘弾性材料３と同じ厚みのスペーサ４が介設されて
いる。以上の構成は第１実施形態と同じである。

【００１２】第２実施形態では、１つの制振部材におけ
る粘弾性体の面積を多くするために、粘弾性材料３とＬ
字形鋼材２の層を第１実施形態よりも多層にして制振部
材を構成している。つまり、前記４枚のＬ字形鋼材２の
外側に粘弾性材料３ａと４枚のＬ字形鋼材２ａが重ねて
設けられる。このＬ字形鋼材２ａは、図３の左端部にお
いては、図３（ｂ）に示すように、十字断面鋼材１の外
側に接合鋼材１９とスペーサ４を介してボルト１２で結
合される。十字断面鋼材１と反対側のＬ字形鋼材２の右
端はスペーサ４を介して十字断面取付け鋼材１１に固定
用ボルト１２により固定されている。

【００１３】図３（ａ）の左端から右端方向に伸長する
Ｌ字形鋼材２ａの先端は、他方側のＬ字形鋼材２の基端
段部２８と近接する位置で停止している。また、図３
（ａ）の右端から左方向に伸長する他方側のＬ字形鋼材
２の先端２９は、スペーサ４と近接する位置で停止して
いる。

【００１４】この第２実施形態において、第１実施形態
と同様地震時に、構造物が水平変形を生じると、この制
振部材８に引張りや圧縮が生じ、各粘弾性材料３，３ａ
にせん断変形が生じ、この結果、粘弾性材料３によって
エネルギー吸収が行われる。また、十字断面鋼材１とＬ
字形鋼材２に圧縮力が生じても、その断面特性及び、Ｌ
字形鋼材２による座屈拘束効果により座屈は生じない。
また、第２実施形態では、粘弾性材料３の層が第１実施
形態よりも多層に設けてあるので、その分、第１実施形
態よりも減衰性能が増大し、より大きな地震に対しても
より有効に制振機能を発揮する。

【００１５】図５には、第２実施形態に係る制振部材８
ａの概念図が示されている。同図から分かるように、制
振部材８の両端部に、地震による引張力が生じた場合、
十字断面鋼材１および、これに結合の一方のＬ字形鋼材
２ａと、他方のＬ字形鋼材２とは互いに離間する方向に
移動し、それに伴い粘弾性材料３，３ａがせん断変形を
生じる。図示の各粘弾性材料３，３ａのせん断変形量の
合計（減衰効果）は、従来のせん断変形の２〜４位であ
り、本発明の機構が各粘弾性材料３，３ａを効率的に変
形させることがわかる。ここで、各粘弾性材料３，３ａ
の歪は、十字断面鋼材１と各Ｌ字形鋼材２，２ａの全領
域にわたって等しくなる（図５（ｃ），（ｄ）参照）。

【００１６】図５（ａ），（ｂ）で述べた減衰効果は、
圧縮力に対しても同様である。つまり、十字断面鋼材１
とＬ字形鋼材２，２ａに圧縮力が生じても、その断面特
性及びＬ字形鋼材による座屈拘束効果により座屈は生じ
ない。

【００１７】図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第３実施
形態に係る制振部材８ｂを示す。この第３実施形態で
は、十字断面鋼材１とＬ字形鋼材２，２ａとが複数層の
粘弾性材料３，３ａを介して接触している点は図３に示
した第２実施形態と同じである。この第３実施形態で
は、十字断面鋼材１の左端部３３とＬ字形鋼材２の右端
部３４に、それぞれ制振部材８ｂの長手方向に沿う第１
補強リブ３５と、長手方向と直角方向の第２補強リブ３
６および取付け用ピン穴３７が設けられている。

【００１８】この第３実施形態においては、第１，第２
実施形態と同様、地震時に構造物に水平変形を生じると
制振部材に引張り／圧縮が生じ、複数層の各粘弾性材料
３，３ａにせん断変形が生じ、エネルギー吸収が行われ
る。また、十字断面鋼材１とＬ字形鋼材２，２ａに圧縮
力が生じても、その断面特性及びＬ字形鋼材２，２ａに
よる座屈拘束効果により座屈は生じない。特に図に示す
各部材の断面で２次モーメントが大きいので前記の座屈
モードが生じにくい。

【００１９】図７には、第４実施形態として制振部材８
ｃの概念図が示されている。この第４実施形態は、図５
に示す制振部材８ａにおける粘弾性材料３ａとＬ字形鋼
材２ａのさらに外側に粘弾性材料３ｂとＬ字形鋼材２ｂ
が設けられ、一方のＬ字形鋼材２，２ｂは十字断面鋼材
１に結合され、他方のＬ字形鋼材２ａは、十字断面鋼材
１と反対側のＬ字形鋼材２に結合されている。

【００２０】図７の第４実施形態に係る制振部材８ｃで
は、図５の実施形態の制振部材８ａよりも粘弾性材料
３，３ａ，３ｂの全体の面積が多くて、減衰性能を一層
高めることができ、より大きな地震やより大きな構造物
に対する制振部材として適している。なお本発明におい
て、Ｌ字形鋼材２ａ，２ｂ，…を介して設置する粘弾性
材料の層は図示のように、２層または３層に限らず６層
〜８層に構成してもよい。

【００２１】図８には、各実施形態に係る各制振部材８
の構造物７における柱６と梁５への配置例を示し、通常
のブレースと同じように、図８（ａ）ではＶ字状配置、
同図（ｂ）では山形配置、同図（ｃ）では右上り傾斜配
置、同図（ｄ）は左上り傾斜の配置の例を示す。また、
各制振部材８，８ａの柱６や梁５に対する固定構造も通
常のブレースと同様で、十字断面鋼材１をボルト，溶接
などを用いて固定する。なお、本発明は図示例の構造に
限定されず、各実施形態の構成を相互に組み変えること
によりさらに他の構成の制振部材を構成できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の制振部材によると、地震時に構
造物が水平変形を生じるとき、当該制振部材に引張り／
圧縮が生じ、それによりせん断変形が生じる粘弾性材料
の復元力特性によってエネルギー吸収が行われるもの
で、特に、十字断面鋼材とＬ字形鋼材に圧縮力が生じて
も、これら十字形およびＬ字形の鋼材の断面特性によ
り、あらゆる方向に対する曲げ剛性と座屈耐力を高める
と同時に、個々のＬ字形鋼材による座屈拘束効果により
十字断面鋼材の座屈耐力は一層高められる。さらにＬ字
形鋼材の４箇所の入り隅部における粘弾性材料の断面積
を多くできるので、減衰性能をアップでき、制振部材を
薄くできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る制振部材の中間部破断斜視
図である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１におけるＤ−
Ｄ，Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆ断面図である。

【図３】（ａ）は第２実施形態に係る制振部材の平面
図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は同図
（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断
面図である。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は図
３の制振部材における部品図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施形態に係る
制振部材の概念図、（ｃ），（ｄ）は粘弾性材料の歪み
分布図である。

【図６】（ａ）は第３実施形態に係る制振部材の中間部
破断の側面図、（ｂ）は図（ａ）のＧ−Ｇ断面図であ
る。

【図７】本発明の第４実施形態に係る制振部材の概念図
である。

【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明に係
る制振部材の配置例説明図である。

【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ弾塑性ダンパーと粘
弾性ダンパーの地震エネルギー量を面積で示す図であ
る。

【図１０】（Ａ）は従来の制振装置の側面図、（Ｂ）は
同図（Ａ）の長手方向と直角の拡大断面図、（Ｃ）は使
用時の正面図である。

【図１１】（Ａ），（Ｂ）は、従来の粘弾性体を使った
制振装置が圧縮力を受ける前と受けた後の挙動を示す断
面説明図である。

【図１２】従来の粘弾性体を使った制振装置の軸方向の
変形と荷重の関係の例を示す図である。

【符号の説明】

１十字断面鋼材２Ｌ字形鋼材３粘弾性材料４スペーサ５梁６柱７構造物８制振部材９取付け孔１０収縮代１１十字断面取り付け鋼材１２ボルト１３粘弾性材料１４取付け部１５内鋼板１６外鋼板１７取付け部１８制振部材１９接合鋼材２０一端２１他端２２設置端部２３一端２４一端２５他端２６他端２８基端段部２９先端３３左端部３４右端部３５第１補強リブ３６第２補強リブ３７取付け用ピン穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】十字断面鋼材１の表面に粘弾性材料３を
設置し、粘弾性材料３の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２
を組み込み、前記十字断面鋼材１とＬ字形鋼材２とは、
粘弾性材料３のみを介して接触しており、十字断面鋼材
１の一端と、これと反対側に位置するＬ字形鋼材２の一
端を、それぞれ筋交い材配置として構造物の梁または柱
に斜めに接合することを特徴とする制振部材。
【請求項２】十字断面鋼材１の表面に粘弾性材料３を
設置し、粘弾性材料３の入り隅部に４枚のＬ字形鋼材２
を組み込み、前記Ｌ字形鋼材２の表面に、粘弾性材料３
とその入り隅部に設置する４枚のＬ字形鋼材２ａとから
なる組を一層又は複数層設置し、前記複数のＬ字形鋼材
２は十字断面鋼材１に結合されるＬ字形鋼材２ａと、十
字断面鋼材１に結合されず、前記Ｌ字形鋼材２と結合さ
れるＬ字形鋼材とに分けられ、前記十字断面鋼材１およ
びこれに結合されるＬ字形鋼材２と、十字断面鋼材１に
結合されないＬ字形鋼材２とは粘弾性材料３のみを介し
て接触している制振部材。