JP2001349091A - 制震壁構造及び制震壁ユニット - Google Patents
制震壁構造及び制震壁ユニットInfo
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Abstract
空間部に制震壁12が配置される。この制震壁12と架
構40の間には、ゴム球20,22が介在され架構40
に対して制震壁12が縁を切った状態で、相対移動可能
に保持される。従って、架構40に地震等の外力が作用
して変形すると、架構40と制震壁12が相対変位す
る。このため、ゴム球20,22が弾性変形して減衰力
を発揮して、架構40の振動エネルギーを吸収する。耐
震壁で架構の変形を抑えるという考えではないので、制
震壁12は、それ自体が変形しない程度の強度を備えれ
ばよい。この結果、従来の耐震壁のように、制震壁が脆
性的破壊を起こすことがない。
Description
る制震壁構造及び制震壁ユニットに関する。
構成された建物の架構40の空間部を、耐震壁50で閉
塞し、地震力等により架構40の変形を拘束するように
したものがある。この耐震壁50は力で地震力に抵抗し
ているため、耐震壁自体の耐力が重要になってくる。
壁では、耐震力を大きくすることができるが、大きな外
力が入力されると、脆性的な破壊を起こし易い。一方、
既存建物の耐震改修には、社会的なニーズがあるが、従
来の耐震壁は施工が大掛りになるため、耐震壁に替わっ
て建物を地震等の外力から守る構造技術が求められてい
る。
慮し、架構の空間部へ簡単に構築することができる制震
壁構造及び制震壁ユニットを提供することを課題とす
る。
は、梁材と柱材で構成された架構の空間部に剛性或は準
剛性を備えた制震部材が配置される。この制震部材と架
構の間には、粘弾性或は弾塑性を備えた保持部材が介在
され架構に対して制震部材が縁を切った状態で、相対移
動可能に保持される。
形すると、架構と制震部材が相対変位する。このため、
保持部材が変形して減衰力を発揮して、架構の振動エネ
ルギーを吸収する。このように、本発明は、従来のよう
に、耐震壁で架構の変形を抑えるという考えではなく、
制震部材は、それ自体が大きく変形しない程度の強度を
備えればよいので、準剛性部材でもよい。この結果、従
来の耐震壁のように、制震部材が脆性的破壊を起こすこ
とがない。
性のどちらの機能を備えるものであても、充分な制震効
果を期待することができる。
面視にて矩形状とし、この制震部材の角部と梁材とを連
結部材で連結している。この連結部材の連結位置は、連
結部材の軸線が、制震部材の対角線と角度を持つように
設定されている。
変形すると、連結部材が制震部材に回転力を付与して、
架構と制震部材との相対変位量を大きくする。これよ
り、保持部材が大きく変形して大きな減衰力を発揮し
て、架構の振動エネルギーを吸収する。
形状の枠体とされ、この枠体の中に窓が配置されてい
る。これにより、従来のように、架構で区画された空間
部を耐震壁で閉塞する構造と比較すると、設計の自由度
が大きくなり、居住性能も向上する。
軸力のみを伝えるピン支持構造とされている。従って、
柱材は、基本的に曲げモーメントによる応力を考慮する
ことなく、軸力のみを考慮して設計できるので、設計断
面が小さくできコストを削減できる。このような設計思
想は、柱材が倒壊しても、制震部材が梁材を支える、フ
ェールセーフとして機能することから生まれる。
区画された空間部に配置される制震壁の端面には取付部
材が対面して配置されている。取付部材と制震壁の端面
との間には、粘弾性或は弾塑性を備えた減衰部材が介在
しており、この減衰部材を変形させた状態で、取付部材
が制震壁に拘束部材で拘束されている。
状態で、制震壁を梁材と柱材で区画された空間部に設置
する。ここで、拘束部材を解除すると、変形した減衰部
材が弾性復元(完全に自由状態となるのでなく、まだ変
形している)して取付部材を梁材及び柱材に圧着させ
る。これにより、制震壁は、減衰部材を介在した状態
で、架構に対して縁を切られた状態で、相対移動可能に
保持される。
作用して変形すると、梁材及び柱材と制震壁が相対変位
する。このため、減衰部材が変形して減衰力を発揮し
て、梁材及び柱材の振動エネルギーが吸収される。
に収納部が凹設されており、減衰部材としてのゴム球が
収納部に収納されている。このゴム球は、取付部材から
突設された押圧部が収納部へ挿入されたとき、押圧部に
押されて変形する。
え、架構の振動エネルギーを吸収させ、建物の地震動等
の外力に対する応答を低減させるものである。また、ゴ
ム球は安価であるため、制震効果を発揮する減衰部材と
して手軽に採用することができる。
方法、配置個数、ゴム種類の変更或いはそれらの組み合
せにより、ゴム球の弾性剛性を変えることで、制震壁の
減衰力とストロークを調整することができる。
の間に2個のゴム球を積み重ねたとき、底面と先端面の
間では直列となり、底面と先端面の面方向には並列とな
る。従って、直列方向には、ストロークが大きく減衰力
も大きくなるが、並列方向には、ストロークが小さく剛
性が大となる。
球を2個、その2個の間に剛性の高い天然ゴム製のゴム
球を1個置くような組み合わせをすることにより、限ら
れた収納空間において減衰力を調整できる。
柱状のゴム体で構成され、ゴム体の上下面が制震壁の端
面と取付部材に各々固定されている。本構成では、標準
化された一般住宅のような場合、制震要素としての制震
壁の重量と予想される架構の変位量から、適切な減衰力
を発揮する単体のゴム体を造ることができる。
板とゴム板を交互に積層した積層部材で構成され、積層
部材の上下面が制震壁の端面と取付部材に各々固定され
ている。
で構成された架構と、前記架構で区画された空間部に配
置され剛性或は準剛性を備えた制震部材と、前記制震部
材と前記架構の間に介在して、前記架構に対して制震部
材を摩擦力により相対移動可能に保持する保持部材と、
を有することを特徴としている。
る部材を別途必要とせず、制震部材と保持部材の摩擦力
だけで、すなわち摩擦ダンパーとして機能させること
で、振動エネルギーを吸収することができるため、製造
コストを削減できる。
る制震壁ユニット10を説明していく。なお、本形態で
は、軸組み工法で建てられた住宅を想定して木材で制震
壁ユニットを構成したが、鉄骨構造、RC構造の高層ビ
ルの場合、それに適した強度と重量を備えた制震壁ユニ
ットを鉄骨等で構成することが好ましい。
震壁12を構成要素としている。この制震壁12は、せ
ん断変形しないような面内剛性の高い壁であり、材質は
問わないが、格子枠や積層パネルで構成するのが好まし
い。なお、制震壁12は、曲げ変形しても構わない。
取付部材14が配置されている。取付部材14と制震壁
12とが対向する面には、取付部材14側に台形状の押
圧部16が所定の間隔で突設され、制震壁12側には押
圧部16が挿入可能に所定のクリアランスを持って台形
状に凹設された収納部18が形成されている。
収納部18の開口幅L1が押圧部16の付け根幅L2よ
り大とされ、また、収納部18の深さDが押圧部16の
高さhより大とされる大きさである。一方、収納部18
の底面と押圧部16の先端面の面積は略同一とされてい
る。
び図10に示すように、制震壁12はテーパー18A
側、すなわち、面内方向への回動が許容される。なお、
面内方向と直交する方向への動きも許容されているが、
クリアランスはほとんどなく、動きは小さいものとなっ
ている。
に隙間を置いて2個のゴム球20が、このゴム球20の
間に正面視にて三角形となるように1個のゴム球22が
積み重ねられている。ゴム球20、22の外径は、収納
部18の底面18Bの幅と略同一であり、底面18Bの
幅は、底面18Bの長さの約1/2となっている。従っ
て、底面18Bに配置された2個のゴム球20は、積み
重ねられたゴム球22に押し広げられ、隙間を空けた状
態でテーパー面18Aで保持され潰れ過ぎない構成とな
っており、また、底面18Bの幅方向には変形しない。
このため、制震壁12は主に底面18Bの長さ方向(X
方向)に減衰力が発揮できる構成となっている。
れており、軟らかくて変形のストロークが大きい。一
方、ゴム球22は天然ゴムで成形されており、硬くて変
形のストロークが小さい。すなわち、本形態では、ゴム
球の材料となるゴムの種類を変えることで、弾性剛性及
び減衰の大きさを調整することができる。
は、図9に示すように、底面18Bと平行な方向(X方
向)には並列配置となり、底面18Bと直交する方向
(Y方向)には直列配置となる。別の言い方をすれば、
押圧部16がX方向に変位するときは、2個のうち1個
のゴム球20と、積み重ねられたゴム球22が変形し、
押圧部16がY方向に変位するときは、2個のゴム球2
0と、積み重ねられたゴム球22が、それぞれ変形する
ことを表している。これによって、収納部18に収納さ
れたゴム球を集合体として、変形のストロークの大きさ
を調整することができる。
するゴム球の積み重ね方、ゴムの種類、ゴム球の個数、
或いはこれらの組み合せによって、必要とされる減衰力
と変形ストロークを得ることができる。
囲には係止孔24が穿設されている。同様に、取付部材
14の上面にも係止孔26が穿設されている。これらの
係止孔24、26には、ゴム球20、22を変形させ収
納部18へ押し込む、押圧部16が跳ね返されないよう
に、U字状のストッパー28の挿入部28Aが嵌め込ま
れる。
ゴム球20、22を変形させた状態で、制震壁12と取
付部材14とが一体となった制震壁ユニット10として
取り扱うことができる。なお、ストッパー28には、ハ
ンドル28Bが設けられており、ストッパー28を把持
し易くなっている。そして、図6(B)に示すように、
制震壁ユニット10を梁34と柱36とで構成された架
構40の空間部に配置して、ストッパー28を取り外せ
ば、ゴム球20、22の復元力によって、取付部材14
が梁34と柱36に圧着され、制震壁12がゴム球2
0、22を介して、架構40と縁を切った状態で架構4
0に取付けられる。
12の角部は凹部12Aを持つように切り取られてお
り、凹部12Aには、受けブロック30が固定されてい
る。この受けブロック30には、制震壁12側に凹設す
る湾曲した面を持つ支承部30Aが形成されている。
(木製)の端部に形成された球面部32Aが当接してい
る。また、梁34と柱36の連結部の隅部にも受けブロ
ック38が取付けられている。この受けブロック38に
は、支承部30Aと面するように、湾曲した面を持つ支
承部38Aが形成されている。この支承部38Aには、
連結ピース32の端部に形成された球面部32Bが当接
している。
によって四隅を、架構40の空間部に浮いた状態で支え
られている。また、連結ピース32は、支承部と球面部
の作用によって、当接部が回動可能となっており、図4
に示すように、連結ピース32の軸線S1が制震壁12
の対角線S2と角度を持つ角度に設定されている。
に、架構40が地震や強風等により矢印方向へ変位した
とき(柱36を示す実線)、連結ピース32が制震壁1
2を斜めに突っ張り、反時計回りに回転させる。この連
結ピース32の影響の大きさは、実線で示す制震壁12
で示されており、二点鎖線で示す制震壁12は、連結ピ
ース32の軸線と対角線を一致させたときの変位状態を
示す。
することで、架構40が変位したとき、制震壁12の変
位量を増幅させることができる。これによって、ゴム球
20、22が大きく変形して、大きな減衰力を発揮し、
架構40の振動を低減する。
ため、連結ピース32を木製として、受けブロック3
0、38に圧着させることで、連結金具等を省略して錆
で木材が黒くならないように配慮した。しかし、鉄骨構
造の場合、制震壁が重いRC構造となるため、図17に
示すように、圧縮引張部材としてスチール製のワイヤ7
0をピン72を介して連結して、制震壁74を吊下する
ようにしてもよく、また、図18に示すように、ワイヤ
76を架構40と制震壁74との間へX字状に掛け渡し
て、制震壁74を吊下することもできる。これにより、
下側のゴム球の潰れ過ぎを防止することができる。
この部分に減衰機能を発揮させることも可能である。例
えば、図19及び図20に示すように、スチールアーム
78の端部と取付フランジ80との間に高減衰ゴム82
を加硫接着して、スチールアーム78を高減衰ゴム82
でサンドイッチ(積層構造)にしてもよい。
4に取付フランジ80を固定し、他方の取付フランジ8
0を梁34に固定することで、架構40が変位したと
き、高減衰ゴム82の捩り変形によって、架構40の振
動エネルギーを吸収することができる。
方法を説明する。
柱36の連結部の隅部に受けブロック38を取付ける。
次に、図6(B)に示すように、制震壁ユニット10を
架構40の空間部に配置して、受けブロック32と受け
ブロック38の間に連結ピース32を取付ける。このと
き、図4に示すように、連結ピース32の軸線S1が制
震壁12の対角線S2と所定の角度を持つように調整す
る。
6(C)に示すように、取付部材14が四方へ広がり、
梁34及び柱34に圧着され、ゴム球20、22を介在
して架構40に対して制震壁12が縁を切った状態で、
図7に示すように、相対移動可能に保持される。
が作用して変形すると、図8に示すように、架構40と
制震壁12が相対変位する。このため、ゴム球20、2
2が変形して減衰力を発揮して、架構40の振動エネル
ギーを吸収する。なお、収納部と押圧部によって封入さ
れたゴム球20、22は封じられた水と同じように体積
変化しないので、架構40の変形に確実に追従すること
ができる。
ることで、架構40が変位したときの制震壁12の変位
量を増幅させることができる。これによって、ゴム球2
0、22が大きく変形し、大きな減衰力を発揮して、架
構40の振動エネルギーを吸収すると共に、揺れに対す
る建物の応答を低減させる。さらに、制震壁12の重量
とゴム球20、22の弾性剛性及び減衰力の大きさを調
整すれば、TMD(チューンドマスダンパー)として、
制震効果を高めることができる。
て、架構と緊結しないようにすれば、既存建物の耐震改
修が簡単にできる。
価に製造できる。このため、予め多数のゴム球を製造し
て、収納部の大きさを変え、ゴム球の配置方法、配置個
数、ゴム種類の変更或いはそれらの組み合せにより、ゴ
ム球の弾性剛性を変えることで、制震壁の減衰力とスト
ロークを調整することができる。
を使用したが、板ばねを制震壁と架構との間に直接介在
させて、架構に対して制震壁と縁を切った状態で、相対
変位可能に保持するようにしてもよい。
ヤダンパ86や、図22に示すような球状のワイヤダン
パ88を(本出願人が発明した制震ダンパー:特開平1
1−81735号公報を参照)、制震壁と架構との間に
配置してもよい。
ともできるので、柱36の上下を軸力のみを伝えるピン
支持構造として、基本的に曲げモーメントによる応力を
考慮することなく、軸力のみを考慮した設計断面とする
ことができる。すなわち、柱36が倒壊しても、梁を支
えるフェールセーフとして制震壁を機能させるのであ
る。
制震壁に替えて、架構44の空間部に矩形枠状の剛性枠
46を配置し、ゴム球20、22を介して架構44の振
動エネルギーを吸収することも可能である。なお、この
構成では、連結ピースが図示されていないが、連結ピー
スを設けることは無論可能である。このように、制震壁
を枠形状とすることで、サッシュ等の窓を取付けること
ができるようになり、架構の空間部を閉塞する構造と比
較すると、設計の自由度が大きくなり、居住性能も向上
する。
間部に2つの剛性枠48を配置して、左側の剛性枠48
に押圧部50を右側の剛性枠48に押圧部50が入り込
む収納部52を形成し、収納部52の中にゴム球20、
22を配置することもできる。この構成では、図14に
示すように、架構44が変位したとき、それぞれの剛性
枠48の変位量が増幅されるので、ゴム球20、22が
大きく変形して、架構44の揺れを減衰させる効果が大
きくなる。
ム球に替えて、円柱状のゴム体54を制震壁12と取付
部材14との間に配置するようにしてもよい。このゴム
体54の端面は、それぞれ制震壁12の端面と取付部材
14に接着されている。このように単体のゴム体54と
することで、組み付けが容易になる。
のような場合、制震要素としての制震壁の重量と予想さ
れる架構の変位量から、弾性剛性を設定することが好ま
しい。
して使用したが、1個のゴム球でも良いことは無論であ
る。また、図23に示すように、3個のゴム球90を三
角形状に並べ、樹脂材料で拘束してゴム体92とし(俗
にいう今川焼きの相似形)、収納部18へ収納する構成
でも構わない。これにより、ゴム球の取り扱いが容易と
なる。
震壁12に凹部94を、取付部材14に凹部96をそれ
ぞれ形成し、この凹部94と凹部96の間にスチール製
の連結板98を配置して、高減衰ゴム100で凹部9
4、96を充填してもよい。これは所謂積層タイプを称
するもので、高減衰ゴム100が捩り変形することで、
架構40の振動エネルギーが吸収される。
形成し、取付部材14に凹部と接触する突部を形成し
て、摩擦ダンパーとし架構の振動エネルギーを吸収する
ことも可能である。
長状の収納部200を、取付部材14には収納部200
へ挿入可能な長板状の押圧部202を形成して、ゴム球
20、22を一列にして収納部200の底面へ配置して
もよい。この構成では、制震壁12と取付部材14の加
工が容易となり、また、減衰性能の異なるゴム球20、
22の配列を変えることで、弾性剛性と減衰力の大きさ
を調整することができる。
て、図27に示すように、鉄板204とゴム板206を
交互に積層した積層ゴム208を、制震壁12と取付部
材14との間に配置してもよい。
えて、図28に示すように、制震壁74と架構40との
間に水平トグル210とコイルばね212を配置しても
よい。この水平トグル212とは、本出願人が提案した
振動制御機構に用いられるものであるが(特開平10−
280726号参照)、簡単に言えば、制震壁74と架
構40に連結されたアーム214の連結部にエネルギー
吸収部材216を配置して(例えば摩擦板)、エネルギ
ー吸収部材216の動きをトグル機構で増幅させて、振
動エネルギーを吸収するものである。
が上下に大きく変位する部分には、弾塑性ダンパー22
0を入れることにより、剛性を上げると共に弾塑性ダン
パー220により振動エネルギーを吸収するようにして
もよい。
間部を利用して建物を簡単に制震壁構造とすることがで
きる。
である。
態を示す斜視図である。
置状態を示す斜視図である。
ースの関係を示す正面図である。
ースの関係を示し、架構が変位した状態を正面図であ
る。
正面図である。
られた状態を示す正面図である。
られ、架構が変位した状態を示す正面図である。
態を示す断面図である。
状態を示し、架構が変位した状態を示す断面図である。
けられた状態を示す正面図である。
けられ、架構が変位した状態を示す正面図である。
り付けられた状態を示す正面図である。
り付けられ、架構が変位した状態を示す正面図である。
状態を示す断面図である。
状態を示し、架構が変位した状態を示す断面図である。
ヤで支持した形態を示す正面図である。
ヤで支持した他の形態を示す正面図である。
衰機能を持たせた形態を示す要部斜視図である。
衰機能を持たせた形態を示す正面図である。
る。
状態を示す斜視図である。
る。
を示す正面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 梁材と柱材で構成された架構と、前記架
構で区画された空間部に配置され剛性或は準剛性を備え
た制震部材と、前記制震部材と前記架構の間に介在し
て、前記架構に対して制震部材を相対移動可能に保持す
ると共に粘弾性或は弾塑性を備えた保持部材と、を有す
ることを特徴とする制震壁構造。 - 【請求項2】 前記制震部材を立面視にて矩形状とし、
この制震部材の角部と前記梁材とを連結する連結部材の
軸線が、制震部材の対角線と角度を持つように、連結部
材の連結位置を設定したことを特徴とする請求項1に記
載の制震壁構造。 - 【請求項3】 前記制震部材を矩形状の枠体として、こ
の枠体の中に窓を配置したことを特徴とする請求項1又
は請求項2に記載の制震壁構造。 - 【請求項4】 前記柱材の上下を軸力のみを伝えるピン
支持構造としたことを特徴とする請求項1〜請求項3の
何れかに記載の制震壁構造。 - 【請求項5】 梁材と柱材で区画された空間部に配置さ
れる制震壁と、前記制震壁の端面に対向して配置される
取付部材と、前記取付部材と前記制震壁との間に介在し
粘弾性或は弾塑性を備えた減衰部材と、前記減衰部材を
変形させた状態で前記取付部材を前記制震壁に拘束する
拘束部材と、を有することを特徴とする制震壁ユニッ
ト。 - 【請求項6】 前記制震壁の端面に凹設された収納部
と、前記収納部へ収納された前記減衰部材としてのゴム
球と、前記取付部材から突設され、前記収納部へ挿入さ
れ前記ゴム球を変形させる押圧部と、を有することを特
徴とする請求項5に記載の制震壁ユニット。 - 【請求項7】 前記ゴム球の配置方法、個数、ゴム種類
の変更或いはそれらの組み合せにより、前記制震壁の減
衰力とストロークを調整することを特徴とする請求項6
に記載の制震壁ユニット。 - 【請求項8】 前記減衰部材が円柱状のゴム体で構成さ
れ、ゴム体の上下面が前記制震壁の端面と取付部材に各
々固定されたことを特徴とする請求項5に記載の制震壁
ユニット。 - 【請求項9】 前記減衰部材が鉄板とゴム板を交互に積
層した積層部材で構成され、積層部材の上下面が前記制
震壁の端面と取付部材に各々固定されたことを特徴とす
る請求項5に記載の制震壁ユニット。 - 【請求項10】 梁材と柱材で構成された架構と、前記
架構で区画された空間部に配置され剛性或は準剛性を備
えた制震部材と、前記制震部材と前記架構の間に介在し
て、前記架構に対して制震部材を摩擦力により相対移動
可能に保持する保持部材と、を有することを特徴とする
制震壁構造。
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