JP2001059363A - 制震ダンパー及び制震架構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震時においてダンパーにせん断変形を与え
ることで、地震エネルギーを効率的に吸収できる高性能
の制震ダンパーとこれを適用して建物に大きな減衰性能
を付加し、建物全体の曲げ変形を制御する制震架構とを
提供する。 【解決手段】 本発明による制震ダンパー１は、エネル
ギー吸収部材２を複数の配力部材３の間に介在させて配
置し、各配力部材の端部をピン接合５によって一体に結
合する一対の取り付け部材４、４から構成しており、地
震時に生じる建物の水平力を配力部材間の分配されたせ
ん断変形に換えて地震エネルギーを効率よく吸収してい
る。又、本制震ダンパーを用いた制震架構は、各層の左
右端に配置する制震ダンパーをピン接合の配力部材が互
いに対峙する側に傾いた状態になるように装着して、地
震時に建物に発生する転倒モーメントを制震ダンパーの
鉛直方向の反力で相殺して建物全体の曲げ変形を制御し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地震等のエネルギ
ーを吸収する制震ダンパー及び制震架構に関し、層間せ
ん断変形に対して有効に減衰力を発生させて、特に高層
建物やアスペクト比の高い建物に適用できる制震ダンパ
ー及び制震架構に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層建物の地震時における安全性を高め
るために制震ダンパーを適用することが多くなってい
る。このため、各種の制震ダンパーが開発されると共に
実建物への適用も増加する傾向にあり、今後の高層建物
は制震ダンパーを組み込んだ制震架構が主流になるもの
と考えられる。

【０００３】制震ダンパーは、建物の各層に設置されて
地震エネルギーを吸収することで建物のゆれを減少させ
ており、現状においてもアンボンドブレースダンパー、
ＰＣ壁内蔵型ブレース・ダンパー、偏心Ｋ型ブレースパ
ネル・ダンパー等が実用化されている。

【０００４】しかし、これらの制震ダンパーは、大部分
が地震力によって発生する層間せん断変形に対して減衰
力を発生させていることから、建物の曲げ変形の大きな
高層建物の上層部やアスペクト比の高い建物に対する制
震効果は充分とはいえないものがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の状況
に鑑みて開発されたものであり、地震時においてダンパ
ー（エネルギー吸収部材）にせん断変形を与えること
で、地震エネルギーを効率的に吸収できる高性能の制震
ダンパーとこれを適用して建物に大きな減衰性能を付加
し、建物全体の曲げ変形を制御する制震架構の提供を課
題にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による制震ダンパ
ーは、エネルギー吸収部材を複数の配力部材の間に介在
させて配置し、各配力部材の端部をピン接合によって一
体に結合する一対の取り付け部材から構成しており、地
震時に生じる建物の水平力を配力部材間の分配されたせ
ん断変形に換えることによってエネルギー吸収部材が地
震エネルギーを効率よく吸収している。

【０００７】本発明による制震架構は、上記制震ダンパ
ーを、各層の中央に位置する柱及び梁からなる構面内に
配置し、ピン接合の配力部材が直立した状態になるよう
に、取り付け部材を上下階の梁の同位置に装着すること
を特徴としており、地震時に建物に発生する水平力を制
震ダンパーに効率よく伝達している。

【０００８】本発明による制震架構は、上記制震ダンパ
ーを、各層の左右端に位置する柱及び梁からなる構面内
に配置し、ピン接合の配力部材が互いに対峙する側に傾
いた状態になるように、取り付け部材を上下の梁にずら
して装着することを特徴としており、地震時に建物に発
生する転倒モーメントを制震ダンパーの鉛直方向の反力
で相殺して建物全体の曲げ変形を制御している。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明による制震ダンパーは、複
数の配力部材の間にエネルギー吸収部材を配置し、上下
一対の取り付け部材に各配力部材の端部をピン接合によ
って一体に結合することで構成しており、地震時に生じ
る建物の水平力を配力部材間の配分されたせん断変形に
換えることで、エネルギー吸収部材が地震エネルギーを
効率よく吸収している。以下に、本発明の実施の形態を
図面に基づいて説明する。ただし、本実施の形態では、
鉄骨構造を例示して説明するが、梁や取り付け部材等は
鉄筋コンクリート構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造であ
っても同様であることは明らかである。

【００１０】図１は、本発明による制震ダンパーの正面
図（ａ）と側面図（ｂ）を示している。本発明による制
震ダンパー１は、エネルギー吸収部材２、配力部材３及
び上下一対の取り付け部材４、４から構成されている。
エネルギー吸収部材２は、複数の配力部材３の間に装備
されて配力部材３と一体に結合されており、各配力部材
３が垂直方向の力を受けて互いにずれる方向に変位した
場合に、エネルギー吸収部材にせん断力として発生する
応力を容易に吸収して減衰させている。

【００１１】配力部材３は、エネルギー吸収部材２を間
に挟んで２個以上をピン接合５によって取り付け部材４
に結合されている。これによって、取り付け部材４が水
平方向の力を受けた場合には、各配力部材３は垂直方向
に変位して互いに大きくずれる状態を形成し、取り付け
部材４の水平力を均等に分配して各エネルギー吸収部材
２に伝達している。

【００１２】取り付け部材４は、Ｈ型鋼から構成される
配力部材３との結合部材６と制震ダンパー１を上下の大
梁７、８に取り付けるための取付板９から構成されてい
る。結合部材６は、Ｈ型鋼のウエブで形成しており、各
配力部材３をピン接合５で結合できるように構成してい
る。取付板９は、結合部材６を構成するＨ型鋼の端部に
溶接付けによって一体化しており、Ｈ型鋼で形成されて
いる各大梁７、８にボルト結合するための結合部を形成
している。取り付け部材４は、地震時に建物が受けるせ
ん断力を大梁から制震ダンパーに伝えているものであ
り、建物の層間せん断変形として配力部材３を介してエ
ネルギー吸収部材２に伝達している。

【００１３】以上の構成から、建物が地震時に受けるせ
ん断力は、上下階の大梁７、８から制震ダンパー１の取
り付け部材４に伝えられ、取り付け部材４にピン接合５
されている各配力部材３には、均等に分配された垂直方
向の大きなずれとして伝達されている。従って、エネル
ギー吸収部材２は、配力部材によって分配された垂直方
向のずれをせん断力として受けることで、地震エネルギ
ーを容易に吸収し、これを減衰させている。

【００１４】又、上述のように建物が受けるせん断力
は、取り付け部材、配力部材を経由してエネルギー吸収
部材に伝達されているので、取り付け部材や配力部材の
剛性を高めることでせん断力が途中で減衰することを抑
制できることになる。これによって、建物のせん断力を
エネルギー吸収部材の変形に積極的に集中させることが
可能になり、制震ダンパーの制震効果をさらに向上させ
ることができる。

【００１５】さらに、本発明による制震ダンパーは、エ
ネルギー吸収部材の種類や形状を任意に設定すること
で、その降伏荷重や復元力特性をコントロールすること
が可能であり、その剛性や耐力についても、配力部材の
配置間隔や剛性等によって広範囲に設定できるので、制
震ダンパーの設計や構造計画における自由度を拡大して
いる。

【００１６】上述の実施の形態で説明したエネルギー吸
収部材２と配力部材３については、各種の実施の形態が
採用可能であるが、図２にエネルギー吸収部材の基本的
な実施の形態を示している。図２（ａ）は、配力部材の
ずれをせん断力に変換しているエネルギー吸収部材２０
を示している。本実施の形態では、配力部材３の間に複
数の極軟鋼２１を挟み、溶接によって一体化を図ってい
る。これによって、配力部材のずれは極軟鋼にせん断力
として作用することになり、制震ダンパーは、極軟鋼の
降伏による履歴吸収エネルギーを利用して地震エネルギ
ーを吸収している。

【００１７】図２（ｂ）には、配力部材のずれを鋼材の
曲げ力に変換しているエネルギー吸収部材３０を示して
いる。本実施の形態では、配力部材３の間に複数の鋼棒
３１を挟み、溶接によって一体化を図っている。従っ
て、配力部材のずれは鋼棒の曲げ力として作用するの
で、制震ダンパー３０は、鋼棒の塑性化による履歴吸収
エネルギーを利用して地震エネルギーを吸収している。

【００１８】図２（ｃ）には、配力部材のずれをアスフ
ァルトやゴム系材料の変形に変換している粘弾性もしく
は粘性体による粘性型のエネルギー吸収部材４０を示し
ている。本実施の形態では、配力部材３の間に支持部材
４１を介在させて粘弾性体４２等を挟み込んでいる。こ
のため、配力部材のずれは粘弾性体の変形力として作用
することになり、制震ダンパーは、粘弾性体の減衰性能
を利用して地震エネルギーを吸収する。

【００１９】又、配力部材は、取り付け部材と同様に力
の伝達を行う機能を分担しているが、所定の剛性及び耐
力を満たしてピン接合に対応できるものであればその形
状は自由である。従って、上記各実施の形態ではＨ型鋼
で例示したが、その形状はこれに制限されるものでな
く、カットＴ鋼、Ｈ型鋼、アングル鋼、角形鋼管、円形
鋼管などが採用可能である。さらに、エネルギー吸収部
材に変形を集中させるために配力部材に剛性や耐力を付
加したい場合には、Ｈ型鋼のウェブ部分にコンクリート
を充填する等の補強処置を施すことも考慮されている。

【００２０】次に、上記制震ダンパーを組み込んだ本発
明による制震架構について説明する。本発明による制震
架構の１例は、上記制震ダンパーを、各層の中央に位置
する柱及び梁からなる構面内に配置し、取り付け部材を
上下階の大梁の同じ位置に装着して、ピン接合の配力部
材を直立した状態にすることを特徴としており、地震時
に建物に発生する水平力を制震ダンパーに効率よく伝達
している。

【００２１】図３には、上記制震架構の実施の形態と、
制震架構が地震時にせん断力を受けた場合に発揮する制
震架構（ａ）と制震ダンパー（ｂ）の機能状態を示して
いる。本実施の形態は、基本的な制震架構であり、建物
１０の各階層においてその中央部分に制震ダンパー１を
配置している。従って、建物１０がせん断力Ｑを受けた
場合に、各階層には層間せん断変形が発生して、制震ダ
ンパー１は図３（ｂ）に示すように変形する。

【００２２】制震ダンパー１は、上記変形によって上下
の取り付け部材４、４が水平方向にずれることで、各配
力部材３の間に垂直方向の大きなずれを発生する。この
ずれは、上述したように各配力部材に均一に分配されて
いることから、その間に挟まれている各エネルギー吸収
部材２は、同様の大きなせん断力を発生させて地震によ
るせん断力エネルギーを容易に吸収、減衰させ、高い制
震効果を発揮して建物を破壊から防止している。

【００２３】又、本発明による制震架構の異なる例で
は、上記制震ダンパーを、各層の左右に位置する柱及び
梁からなる構面内に配置し、取り付け部材を上下階の大
梁にずらして装着することで、ピン接合の配力部材を互
いに対峙する端に傾けた状態にすることを特徴としてお
り、地震時に建物に発生する転倒モーメントを制震ダン
パーの鉛直方向の反力で相殺して建物全体の曲げ変形を
制御している。

【００２４】図４、５には、上記の異なる制震架構の実
施の形態と、制震架構が地震時にせん断力を受けた場合
に発揮する制震架構（ａ）と制震ダンパー（ｂ）の機能
状態を示している。本実施の形態は、建物の曲げ変形に
効果を発揮する制震架構であり、図示のように建物１１
の各階層において左端１２と右端１３とに制震ダンパー
１をそれぞれ配置している。そして、各制震ダンパー１
を上下階の大梁に装着するには、図示のように両制震ダ
ンパーの配力部材３が互いに対峙する方向に傾くように
配慮している。

【００２５】このために、本実施の形態では左端１２に
設置された制震ダンパー１の配力部材３は右側に傾くよ
うに、上階の大梁に結合する取り付け部材４の取付位置
を下階の大梁に結合する取り付け部材４の取付位置より
内側の異なる位置にしてある。同様に、右端１３に設置
された制震ダンパー１の配力部材３は左側に傾くよう
に、上階の大梁に結合する取り付け部材４の取付位置を
下階の大梁に結合する取り付け部材４の取付位置より内
側の異なる位置にしている。

【００２６】建物１１が地震等によってせん断力Ｑを受
けた場合には、図４に示すように、転倒モーメントＭ
_OV が発生して建物の左端１２には上向きの力１４が生
じることになり、建物の右端１３には下向きの力１５が
生じて建物を転倒させるように作用する。

【００２７】一方、せん断力Ｑは、図５（ａ）のように
建物の上階大梁を右側に移動させて層間変形を発生させ
る。このために、予め配力部材３を右側に傾けて設置し
てある左端の制震ダンパー１には沈み込もうとするモー
ドが発生して、図５（ｂ）に示すように下向きの力１６
が生じることになる。そして、配力部材３を左側に傾け
て設置している右端の制震ダンパー１には反対に浮き上
がらせようとする変形モードが発生して上向きの力１７
を発生する。

【００２８】その結果、建物の左右端において転倒モー
メントＭ_OV によって生じる鉛直方向の力と制震ダンパ
ーの水平変形によって生じる鉛直方向の反力とは、互い
に相殺する状態を形成して建物全体の曲げ変形を抑制す
るように作用する。以上のことから、本発明による制震
架構は、制震ダンパーの設置と調整によって建物の曲げ
変形を制御することが可能になることを示唆しており、
従来には存在しない新規な制震架構を提示している。

【００２９】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明してきたが、本発明による制震ダンパー及び制震
架構は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可
能であることは当然のことである。

【００３０】

【発明の効果】本発明による制震ダンパーは、エネルギ
ー吸収部材を複数の配力部材の間に介在させて配置し、
各配力部材の端部をピン接合によって一体に結合する一
対の取り付け部材から構成しているので、地震時に生じ
る建物の水平力を配力部材間の分配された大きなせん断
変形に換えることによって、以下の効果を奏している。 エネルギー吸収部材が地震エネルギーを効率よく吸
収し、建物に大きな減衰性能を付加することができる。 取り付け部材や配力部材の剛性を高めることで、建
物のせん断力をエネルギー吸収部材の変形に集中させて
制震効果を向上させる。 エネルギー吸収部材の変形、制震ダンパーの剛性・
耐力をエネルギー吸収部材の形状、配力部材の間隔や剛
性等によって任意に設定できるので、設計自由度が拡大
する。

【００３１】又、本発明による制震架構は、上記制震ダ
ンパーを、各層の中央に位置する柱及び梁からなる構面
内に配置し、ピン接合の配力部材が直立した状態になる
ように、取り付け部材を上下階の梁の同位置に装着して
いるので、地震時に建物に発生するせん断力を制震ダン
パーに効率よく伝達して、建物に大きな減衰性能を付加
する効果を奏している。

【００３２】さらに、本発明による制震架構は、上記制
震ダンパーを、各層の左右端に位置する柱及び梁からな
る構面内に配置し、ピン接合の配力部材が互いに対峙す
る側に傾いた状態になるように、取り付け部材を上下の
梁にずらして装着しているので、地震時に建物に発生す
る転倒モーメントを制震ダンパーの鉛直方向の反力で相
殺して、建物全体の曲げ変形を制御できる効果を奏して
いる。

【図面の簡単な説明】

【 図１】本発明による制震ダンパーの正面図と側面図

【 図２】本発明による制震ダンパーに適用するエネル
ギー吸収部材の実施形態図

【 図３】本発明による制震架構と地震時応答図

【 図４】本発明による制震架構の他の実施形態と地震
時応答図

【 図５】本発明による制震架構の他の実施形態におけ
る制震ダンパーの地震時応答図

【符号の説明】

１ 制震ダンパー、 ２ エネルギー吸収部材、 ３
配力部材、４ 取り付け部材、 ５ ピン接合、 ６
結合部材、 ７ 上階大梁、 ８ 下階大梁、 ９ 取付板、 １０、１１ 建物、
１４〜１７ 力、２０ せん断型エネルギー吸収部材、
２１ 極軟鋼、３０ 曲げ型エネルギー吸収部材、
３１ 棒鋼、４０ 粘性型エネルギー吸収部材、 ４２
粘弾性体、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J048 AC01 AD05 BA11 BD08 DA03 EA38 3J066 AA26 BA01 BB04 BC01 BD05 BE10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エネルギー吸収部材と、該エネルギー吸
   収部材を間に介在させて配置する複数の配力部材及び該
   配力部材の端部をピン接合によって一体に結合する一対
   の取り付け部材から成る制震ダンパー。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の制震ダンパーを、各層
   の中央に位置する柱及び梁からなる構面内に配置し、ピ
   ン接合の配力部材が直立した状態になるように、取り付
   け部材を上下の梁に装着することを特徴とする制震架
   構。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の制震ダンパーを、各層
   の左右端に位置する柱及び梁からなる構面内に配置し、
   ピン接合の配力部材が互いに対峙する側に傾いた状態に
   なるように、取り付け部材を上下の梁にずらして装着す
   ることを特徴とする制震架構。