JP2004150188A - 建物の制震間柱 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸力を伝達せず、水平力のみ伝達して制震機能を発揮する構成とすることは勿論、建物の剛性とバランスする曲げ剛性を簡易に設定することが可能な、施工性及び経済性に大変優れた建物の制震間柱を提供する。
【解決手段】制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する調整ボルトが設置されている。
【選択図】図２
【解決手段】制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する調整ボルトが設置されている。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軸力を伝達せず、水平力のみ伝達して制震機能を発揮させる鉄骨造建物、鉄筋コンクリート造建物、及び鉄骨鉄筋コンクリート造建物（以下、総称して単に建物と云う）の制震間柱の技術分野に属し、更に云えば、建物の剛性とバランスする曲げ剛性を設定（調整）することが可能な建物の制震間柱に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物に地震や風等の水平力が入力した際の建物震動を早期に低減する制震装置として、水平力が入力すると塑性変形して履歴エネルギーを吸収する低降伏点鋼などの履歴減衰部材を間柱に適用した建物の制震間柱が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この建物の制震間柱は、柱と梁とが形成する架構面内にほぼ鉛直に設置して、地震や風等の水平力の入力による震動を低減する技術であり、従来のダイナミックダンパーの如き制震装置や、水平力をセンサで検知して質点系が建物の動きと逆位相になるように自動制御する制震装置などと比して、特殊な施工技術を必要としないで実施できるので、施工性及び経済性に優れている。
【０００４】
しかし、制震間柱を制震装置として有効に機能させるためには、建物の長期軸力を制震間柱に伝達させないことが肝要である。制震間柱に建物の軸力が伝達されると、制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する可能性があるからである。
【０００５】
そこで、制震間柱に軸力を伝達させない構成として、制震効果（累積履歴エネルギーなど）の低下を防止する、建物の制震間柱が例えば、特許文献２などに開示されている。
【０００６】
この制震間柱は、間柱とその上下の連結部とを塗装層により連結して間柱に対する上下の連結部の軸方向の保持力を低下させている。よって、当該制震間柱は、地震や風等の水平力が入力した際に制震効果を発揮するので、制震間柱の緊結等の仕上げ作業を鉄筋コンクリート躯体の構築工事とほぼ同時に効率的に進めることができる。したがって、竣工後のコンクリートの乾燥収縮やクリープ変形により制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−８２２０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０３４５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、建物に地震や風等の水平力が入力したときの建物震動の大きさ（応答）は建物の各階層毎に異なる。よって、制震間柱に必要な水平剛性も建物の階層毎（厳密には設置位置毎）に異なるので、制震間柱は、前記建物の剛性とバランスする曲げ剛性をフレキシブルに設定（調整）できることが望ましい。
【０００９】
しかし、上記特許文献２に開示された建物の制震間柱には、建物の剛性とバランスする曲げ剛性の設定については一切記載されていない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、軸力を伝達せず、水平力のみ伝達して制震機能を発揮する構成とすることは勿論、建物の剛性とバランスする曲げ剛性を簡易に設定することが可能な、施工性及び経済性に大変優れた建物の制震間柱を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱は、
建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する調整ボルトが設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱において、
調整ボルトの位置と数量を調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱は、
建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する充填材が一定の長さ範囲に充填されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱において、
充填材の充填長さを調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態、及び実施例】
図１〜図３は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱の実施形態を示している。
【００１６】
この建物の制震間柱１は、柱２と梁３とが形成する架構面内４における上下の梁３、３の長手方向中央部にほぼ鉛直に設けられ、地震や風等の水平力の入力による震動を低減している。
【００１７】
具体的に、この制震間柱１の制震部材５は、前記水平力が入力した際に塑性変形する低降伏点鋼などでウエブ５ａを形成し、普通鋼でフランジ５ｂを形成した断面Ｈ形状に構成されている。ここで普通鋼とは、一般の建築用鋼材（ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）を指し、低降伏点鋼とは、前記普通鋼と比して降伏点、引っ張り強度が低い鋼材を指す。もちろん、低降伏点鋼を使用する代わりに極低降伏点鋼を用いてもほぼ同様に実施できる。即ち、前記ウエブ５ａは、水平力が入力した際に塑性変形する構造設計であればよく、低降伏点鋼や極低降伏点鋼の代わりに薄肉の普通鋼を用いて実施することもできる。
【００１８】
また、前記制震部材５の下部は、下梁３側の間柱部材９に定着され、その上部は、上梁３側の間柱部材６と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結されている。
【００１９】
前記制震部材５の下部と下梁３側の間柱部材９との定着手段は、同制震部材５の下端に一体的に溶接接合された鋼製プレート８が、下梁３の上面に載置された間柱部材９の上面に載置され、アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して下梁３へ強固に定着されている。なお、制震部材５をアンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して下梁３へ定着する技術は格別新規でなく、制震部材５を鋼製プレート８と溶接接合することなく直接、前記間柱部材９に埋め込んでスタッドボルトにより強固に定着して実施することもできる。ちなみに、図示例の間柱部材９は、プレキャストコンクリート製腰壁が使用されているがこれに限定されず、アンボンドＰＣ鋼棒１０等を一切使用しない現場打ち施工でも勿論実施できる。
【００２０】
前記制震部材５の上部と上梁３側の間柱部材６とで構成するスライド構造について、前記間柱部材６は、その下端面の中央部に制震部材５の上部を十分に挿入し得る深さを有する非貫通孔（凹部）６ａが設けられ、同非貫通孔６ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドできるように連結された構造とされている。この間柱部材６はコンクリートで施工され、上梁３の下面に前記アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して強固に定着されている。
【００２１】
また、前記間柱部材６には、その非貫通孔６ａ内に挿入された制震部材５に対して前記スライド構造の連結部分に水平力を伝達する調整ボルト７が一定の長さ範囲Ｌ１にほぼ水平に貫通して設置されている。
【００２２】
具体的に、前記間柱部材６の非貫通孔６ａは、前記制震部材５の鉛直方向のスライドを許容できるように、正面方向にみて、前記制震部材５の上端部が前記非貫通孔６ａの頂部に衝突しないような十分な隙間Ｈ１を確保した深さとされている（図２参照）。また、前記間柱部材６の非貫通孔６ａは、前記制震部材５の水平方向の動きを拘束するように、平面方向にみて、短辺が制震部材５のフランジ５ｂ長さとほぼ同一で、長辺が制震部材５のせいより若干長い矩形状とされている（図３参照）。また、前記調整ボルト７は、所要の高さ位置毎に複数本用いて実施され、その先端は前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面に当接した状態で前記間柱部材６に強固に定着されている。
【００２３】
よって、上記構成の制震間柱１は、上梁側の間柱部材６が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束し、鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の水平力（せん断力或いは曲げ力）は伝達するが軸力は伝達しない構成を実現できるのである（以上、請求項１記載の発明）。
【００２４】
なお、本実施形態に係る調整ボルト７の位置と数量は、１枚のフランジ５ｂに対して、所要の高さ位置毎に３本ずつ３段階に設けて計９本で実施しているが、勿論これに限定されない。当該調整ボルト７の位置及び数量は、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて設定する（請求項２記載の発明）。この場合、使用する調整ボルト７の一定の長さ範囲（最上段と最下段の高さの差）Ｌ１に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けることに特に留意する。参考として、制震間柱に係る曲げモーメント図を、図８に概略的に示した。このように、Ｌａ＞ＬｂのときにＰ１＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ４となり、伝達できる曲げ力及びせん断力が異なるのである。
【００２５】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１によれば、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材６が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００２６】
また、前記制震間柱１は、上梁３側の間柱部材６が、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１に伝達されたとしても、制震部材５が間柱部材６の内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００２７】
更に、前記制震間柱１は、調整ボルト７の位置と数量を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができる。
【００２８】
図４〜図６は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱の異なる実施形態を示している。なお、制震部材５や間柱部材９等については、図１〜図３と同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００２９】
この建物の制震間柱１２は、前記図１〜図３に基づいて説明した実施形態と比して、主に前記制震部材５の上部と上梁３側の間柱部材１３とで構成するスライド構造が相違する。
【００３０】
すなわち、本実施形態に係る間柱部材１３は、制震部材５を挿入できる空洞部を有する断面矩形状の鋼製部材１３ａとプレキャストコンクリート製垂れ壁１３ｂとから成り、前記鋼製部材１３ａの上端に一体的に溶接接合された鋼製プレート１６が、上梁３の下面に載置されたプレキャストコンクリート製垂れ壁１３ｂの下面に載置され、アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して上梁３へ強固に定着されている。そして、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドできるように連結された構造とされている。また、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａには、同鋼製部材１３ａ内に挿入された制震部材５に対して前記スライド構造の連結部分に水平力を伝達する調整ボルト１４が一定の長さ範囲Ｌ２にほぼ水平に貫通して設置されている。
【００３１】
具体的に、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａは、前記制震部材５の鉛直方向のスライドを許容できるように、正面方向にみて、同制震部材５の上端部が前記鋼製部材１３ａの上端の鋼製プレート１６の下面に衝突しないような十分な隙間Ｈ２を確保した高さとされている（図５参照）。また、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａは、前記制震部材５の水平方向の動きを拘束するように、平面方向にみて、短辺が制震部材５のフランジ５ｂ長さとほぼ同一で、長辺が制震部材５のせいより若干長い矩形状とされている（図６参照）。また、前記調整ボルト１４は、所要の高さ位置毎に複数本用いて実施され、その先端は前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面に当接した状態で前記間柱部材６に強固に定着されている。
【００３２】
よって、上記構成の制震間柱１２は、上梁側の間柱部材１３が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束し、鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の水平力（せん断力或いは曲げ力）は伝達するが軸力は伝達しない構成を実現できるのである。
【００３３】
なお、本実施形態に係る調整ボルト１４の位置と数量は、１枚のフランジ５ｂに対して、所要の高さ位置毎に３本ずつ３段階に設けて計９本で実施しているが、勿論これに限定されない。当該調整ボルト１４の位置と数量は、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて設定する（請求項２記載の発明）。この場合、使用する調整ボルト１４の一定の長さ範囲（最上段と最下段の高さの差）Ｌ２に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けることに特に留意する。参考として、制震間柱に係る曲げモーメント図を、図８に概略的に示した。このように、Ｌａ＞ＬｂのときにＰ１＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ４となり、伝達できる曲げ力及びせん断力が異なるのである。
【００３４】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１２によれば、前記図１〜図３に基づいて説明した実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１２の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００３５】
また、前記制震間柱１２は、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１に伝達されたとしても、制震部材５が鋼製部材１３ａの内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１２の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００３６】
更に、前記制震間柱１２は、調整ボルト１４の位置と数量を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができる。
【００３７】
図７は、請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱の実施形態を示している。なお、制震部材５や間柱部材１３等については、図４〜図６と同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００３８】
この建物の制震間柱１５は、前記図４〜図６に基づいて説明した実施形態と比して、建物の剛性とバランスする曲げ剛性の調整手段のみが相違する。
【００３９】
すなわち、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドするスライド構造の連結部分に、水平力を伝達するグラウト材等の充填材１７が一定の長さ範囲Ｌ３に充填されている（以上、請求項３記載の発明）。
【００４０】
本実施形態に係る充填材１７は、グラウト材が好適に用いられ、前記鋼製部材１３ａの内側面と前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面との間に充填されている。当該充填材１７の高さは、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて調整する（請求項４記載の発明）。この場合、充填材１７の上端と下端の高さの差Ｌ３に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けるのでその設定に特に留意する。また、充填材１７の性質によっては制震部材５のフランジ５ｂに付着して同制震部材５の鉛直方向のスライドを阻害する虞があるので、必要に応じて、充填材とフランジ５ｂ面との間にプレート１９を介在させたり、同フランジ５ｂ面の表面に潤滑剤２０を塗布したりして実施することもできる。因みに、図中の符号１８は、充填材１７の漏れを防止するためのシール材を示している。
【００４１】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１５によれば、前記図１〜図３及び図４〜図６に基づいて説明した実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００４２】
また、前記制震間柱１５は、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１２に伝達されたとしても、制震部材５が鋼製部材１３ａの内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１５の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００４３】
更に、前記制震間柱１５は、充填材１７の長さ範囲Ｌ３を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができるのである。
【００４４】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
【００４５】
例えば、図示は省略したが、前記充填材１７で曲げ剛性を調整する手段は、図１〜図３に示した制震間柱１にも勿論適用することができる（請求項３記載の発明）。また、前記制震部材の上部を上梁側の間柱部材に定着し、その下部を、下梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結して実施することもできる。なお、この場合に、図７に係る実施形態についてはシール材１８は必須ではない。
【００４６】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した建物の制震間柱によれば、下記する効果を奏する。
１）地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁側の間柱部材の鋼製部材が、制震部材の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱の制震部材に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材のウエブ（低降伏点鋼）が塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
２）制震間柱は、間柱部材が、制震部材の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱に伝達されたとしても、制震部材が鋼製部材の内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
３）制震間柱は、調整ボルトの位置と数量又は充填材の充填長さ範囲を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材のウエブ（低降伏点鋼）を最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができるのである
４）その他、制震間柱は、上下の梁の間に、制震部材及び間柱部材を直列に連結した簡便な構造なので、設置作業に特殊の技術を必要とせず、しかも設置作業に手間や時間がかからないので、工期の短縮を図りつつ経済性に優れた建物を提供することができる。また、制震間柱は、既存の建物の柱梁架構内に設置して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る建物の制震間柱の実施形態を示す立面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】請求項１に係る建物の制震間柱の異なる実施形態を示す立面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】請求項２に係る建物の制震間柱の実施形態を示す立面図である。
【図８】制震間柱にかかる曲げモーメント図を概略的に示している。
【符号の説明】
１、１２、１５ 制震間柱
２ 柱
３ 梁
４ 柱梁架構面
５ 制震部材
５ａ ウエブ
５ｂ フランジ
６、９、１３ 間柱部材
６ａ 非貫通孔
７、１４ 調整ボルト
８、１６ 鋼製プレート
１０ アンボンドＰＣ鋼棒
１１ ナット
１３ａ 鋼製部材
１３ｂ プレキャストコンクリート製垂れ壁
１７ 充填材
１８ シール材
１９ プレート
２０ 潤滑剤
【発明の属する技術分野】
この発明は、軸力を伝達せず、水平力のみ伝達して制震機能を発揮させる鉄骨造建物、鉄筋コンクリート造建物、及び鉄骨鉄筋コンクリート造建物（以下、総称して単に建物と云う）の制震間柱の技術分野に属し、更に云えば、建物の剛性とバランスする曲げ剛性を設定（調整）することが可能な建物の制震間柱に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物に地震や風等の水平力が入力した際の建物震動を早期に低減する制震装置として、水平力が入力すると塑性変形して履歴エネルギーを吸収する低降伏点鋼などの履歴減衰部材を間柱に適用した建物の制震間柱が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この建物の制震間柱は、柱と梁とが形成する架構面内にほぼ鉛直に設置して、地震や風等の水平力の入力による震動を低減する技術であり、従来のダイナミックダンパーの如き制震装置や、水平力をセンサで検知して質点系が建物の動きと逆位相になるように自動制御する制震装置などと比して、特殊な施工技術を必要としないで実施できるので、施工性及び経済性に優れている。
【０００４】
しかし、制震間柱を制震装置として有効に機能させるためには、建物の長期軸力を制震間柱に伝達させないことが肝要である。制震間柱に建物の軸力が伝達されると、制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する可能性があるからである。
【０００５】
そこで、制震間柱に軸力を伝達させない構成として、制震効果（累積履歴エネルギーなど）の低下を防止する、建物の制震間柱が例えば、特許文献２などに開示されている。
【０００６】
この制震間柱は、間柱とその上下の連結部とを塗装層により連結して間柱に対する上下の連結部の軸方向の保持力を低下させている。よって、当該制震間柱は、地震や風等の水平力が入力した際に制震効果を発揮するので、制震間柱の緊結等の仕上げ作業を鉄筋コンクリート躯体の構築工事とほぼ同時に効率的に進めることができる。したがって、竣工後のコンクリートの乾燥収縮やクリープ変形により制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−８２２０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０３４５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、建物に地震や風等の水平力が入力したときの建物震動の大きさ（応答）は建物の各階層毎に異なる。よって、制震間柱に必要な水平剛性も建物の階層毎（厳密には設置位置毎）に異なるので、制震間柱は、前記建物の剛性とバランスする曲げ剛性をフレキシブルに設定（調整）できることが望ましい。
【０００９】
しかし、上記特許文献２に開示された建物の制震間柱には、建物の剛性とバランスする曲げ剛性の設定については一切記載されていない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、軸力を伝達せず、水平力のみ伝達して制震機能を発揮する構成とすることは勿論、建物の剛性とバランスする曲げ剛性を簡易に設定することが可能な、施工性及び経済性に大変優れた建物の制震間柱を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱は、
建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する調整ボルトが設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱において、
調整ボルトの位置と数量を調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱は、
建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する充填材が一定の長さ範囲に充填されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱において、
充填材の充填長さを調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態、及び実施例】
図１〜図３は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱の実施形態を示している。
【００１６】
この建物の制震間柱１は、柱２と梁３とが形成する架構面内４における上下の梁３、３の長手方向中央部にほぼ鉛直に設けられ、地震や風等の水平力の入力による震動を低減している。
【００１７】
具体的に、この制震間柱１の制震部材５は、前記水平力が入力した際に塑性変形する低降伏点鋼などでウエブ５ａを形成し、普通鋼でフランジ５ｂを形成した断面Ｈ形状に構成されている。ここで普通鋼とは、一般の建築用鋼材（ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）を指し、低降伏点鋼とは、前記普通鋼と比して降伏点、引っ張り強度が低い鋼材を指す。もちろん、低降伏点鋼を使用する代わりに極低降伏点鋼を用いてもほぼ同様に実施できる。即ち、前記ウエブ５ａは、水平力が入力した際に塑性変形する構造設計であればよく、低降伏点鋼や極低降伏点鋼の代わりに薄肉の普通鋼を用いて実施することもできる。
【００１８】
また、前記制震部材５の下部は、下梁３側の間柱部材９に定着され、その上部は、上梁３側の間柱部材６と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結されている。
【００１９】
前記制震部材５の下部と下梁３側の間柱部材９との定着手段は、同制震部材５の下端に一体的に溶接接合された鋼製プレート８が、下梁３の上面に載置された間柱部材９の上面に載置され、アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して下梁３へ強固に定着されている。なお、制震部材５をアンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して下梁３へ定着する技術は格別新規でなく、制震部材５を鋼製プレート８と溶接接合することなく直接、前記間柱部材９に埋め込んでスタッドボルトにより強固に定着して実施することもできる。ちなみに、図示例の間柱部材９は、プレキャストコンクリート製腰壁が使用されているがこれに限定されず、アンボンドＰＣ鋼棒１０等を一切使用しない現場打ち施工でも勿論実施できる。
【００２０】
前記制震部材５の上部と上梁３側の間柱部材６とで構成するスライド構造について、前記間柱部材６は、その下端面の中央部に制震部材５の上部を十分に挿入し得る深さを有する非貫通孔（凹部）６ａが設けられ、同非貫通孔６ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドできるように連結された構造とされている。この間柱部材６はコンクリートで施工され、上梁３の下面に前記アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して強固に定着されている。
【００２１】
また、前記間柱部材６には、その非貫通孔６ａ内に挿入された制震部材５に対して前記スライド構造の連結部分に水平力を伝達する調整ボルト７が一定の長さ範囲Ｌ１にほぼ水平に貫通して設置されている。
【００２２】
具体的に、前記間柱部材６の非貫通孔６ａは、前記制震部材５の鉛直方向のスライドを許容できるように、正面方向にみて、前記制震部材５の上端部が前記非貫通孔６ａの頂部に衝突しないような十分な隙間Ｈ１を確保した深さとされている（図２参照）。また、前記間柱部材６の非貫通孔６ａは、前記制震部材５の水平方向の動きを拘束するように、平面方向にみて、短辺が制震部材５のフランジ５ｂ長さとほぼ同一で、長辺が制震部材５のせいより若干長い矩形状とされている（図３参照）。また、前記調整ボルト７は、所要の高さ位置毎に複数本用いて実施され、その先端は前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面に当接した状態で前記間柱部材６に強固に定着されている。
【００２３】
よって、上記構成の制震間柱１は、上梁側の間柱部材６が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束し、鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の水平力（せん断力或いは曲げ力）は伝達するが軸力は伝達しない構成を実現できるのである（以上、請求項１記載の発明）。
【００２４】
なお、本実施形態に係る調整ボルト７の位置と数量は、１枚のフランジ５ｂに対して、所要の高さ位置毎に３本ずつ３段階に設けて計９本で実施しているが、勿論これに限定されない。当該調整ボルト７の位置及び数量は、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて設定する（請求項２記載の発明）。この場合、使用する調整ボルト７の一定の長さ範囲（最上段と最下段の高さの差）Ｌ１に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けることに特に留意する。参考として、制震間柱に係る曲げモーメント図を、図８に概略的に示した。このように、Ｌａ＞ＬｂのときにＰ１＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ４となり、伝達できる曲げ力及びせん断力が異なるのである。
【００２５】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１によれば、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材６が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００２６】
また、前記制震間柱１は、上梁３側の間柱部材６が、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１に伝達されたとしても、制震部材５が間柱部材６の内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００２７】
更に、前記制震間柱１は、調整ボルト７の位置と数量を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができる。
【００２８】
図４〜図６は、請求項１に記載した発明に係る建物の制震間柱の異なる実施形態を示している。なお、制震部材５や間柱部材９等については、図１〜図３と同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００２９】
この建物の制震間柱１２は、前記図１〜図３に基づいて説明した実施形態と比して、主に前記制震部材５の上部と上梁３側の間柱部材１３とで構成するスライド構造が相違する。
【００３０】
すなわち、本実施形態に係る間柱部材１３は、制震部材５を挿入できる空洞部を有する断面矩形状の鋼製部材１３ａとプレキャストコンクリート製垂れ壁１３ｂとから成り、前記鋼製部材１３ａの上端に一体的に溶接接合された鋼製プレート１６が、上梁３の下面に載置されたプレキャストコンクリート製垂れ壁１３ｂの下面に載置され、アンボンドＰＣ鋼棒１０とナット１１を利用して上梁３へ強固に定着されている。そして、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドできるように連結された構造とされている。また、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａには、同鋼製部材１３ａ内に挿入された制震部材５に対して前記スライド構造の連結部分に水平力を伝達する調整ボルト１４が一定の長さ範囲Ｌ２にほぼ水平に貫通して設置されている。
【００３１】
具体的に、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａは、前記制震部材５の鉛直方向のスライドを許容できるように、正面方向にみて、同制震部材５の上端部が前記鋼製部材１３ａの上端の鋼製プレート１６の下面に衝突しないような十分な隙間Ｈ２を確保した高さとされている（図５参照）。また、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａは、前記制震部材５の水平方向の動きを拘束するように、平面方向にみて、短辺が制震部材５のフランジ５ｂ長さとほぼ同一で、長辺が制震部材５のせいより若干長い矩形状とされている（図６参照）。また、前記調整ボルト１４は、所要の高さ位置毎に複数本用いて実施され、その先端は前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面に当接した状態で前記間柱部材６に強固に定着されている。
【００３２】
よって、上記構成の制震間柱１２は、上梁側の間柱部材１３が、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束し、鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の水平力（せん断力或いは曲げ力）は伝達するが軸力は伝達しない構成を実現できるのである。
【００３３】
なお、本実施形態に係る調整ボルト１４の位置と数量は、１枚のフランジ５ｂに対して、所要の高さ位置毎に３本ずつ３段階に設けて計９本で実施しているが、勿論これに限定されない。当該調整ボルト１４の位置と数量は、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて設定する（請求項２記載の発明）。この場合、使用する調整ボルト１４の一定の長さ範囲（最上段と最下段の高さの差）Ｌ２に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けることに特に留意する。参考として、制震間柱に係る曲げモーメント図を、図８に概略的に示した。このように、Ｌａ＞ＬｂのときにＰ１＞Ｐ３、Ｐ２＞Ｐ４となり、伝達できる曲げ力及びせん断力が異なるのである。
【００３４】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１２によれば、前記図１〜図３に基づいて説明した実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１２の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００３５】
また、前記制震間柱１２は、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１に伝達されたとしても、制震部材５が鋼製部材１３ａの内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１２の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００３６】
更に、前記制震間柱１２は、調整ボルト１４の位置と数量を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができる。
【００３７】
図７は、請求項３に記載した発明に係る建物の制震間柱の実施形態を示している。なお、制震部材５や間柱部材１３等については、図４〜図６と同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００３８】
この建物の制震間柱１５は、前記図４〜図６に基づいて説明した実施形態と比して、建物の剛性とバランスする曲げ剛性の調整手段のみが相違する。
【００３９】
すなわち、前記間柱部材１３の鋼製部材１３ａ内に制震部材５が鉛直方向に相対的にスライドするスライド構造の連結部分に、水平力を伝達するグラウト材等の充填材１７が一定の長さ範囲Ｌ３に充填されている（以上、請求項３記載の発明）。
【００４０】
本実施形態に係る充填材１７は、グラウト材が好適に用いられ、前記鋼製部材１３ａの内側面と前記制震部材５のフランジ５ｂ、５ｂ面との間に充填されている。当該充填材１７の高さは、構造設計上、建物の剛性とバランスする曲げ剛性に応じて調整する（請求項４記載の発明）。この場合、充填材１７の上端と下端の高さの差Ｌ３に応じて曲げ剛性は大きな影響を受けるのでその設定に特に留意する。また、充填材１７の性質によっては制震部材５のフランジ５ｂに付着して同制震部材５の鉛直方向のスライドを阻害する虞があるので、必要に応じて、充填材とフランジ５ｂ面との間にプレート１９を介在させたり、同フランジ５ｂ面の表面に潤滑剤２０を塗布したりして実施することもできる。因みに、図中の符号１８は、充填材１７の漏れを防止するためのシール材を示している。
【００４１】
したがって、上記構成の建物の制震間柱１５によれば、前記図１〜図３及び図４〜図６に基づいて説明した実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。すなわち、地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱１の制震部材５に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａが塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
【００４２】
また、前記制震間柱１５は、上梁３側の間柱部材１３の鋼製部材１３ａが、制震部材５の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱１２に伝達されたとしても、制震部材５が鋼製部材１３ａの内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱１５の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
【００４３】
更に、前記制震間柱１５は、充填材１７の長さ範囲Ｌ３を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材５のウエブ（低降伏点鋼）５ａを最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができるのである。
【００４４】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
【００４５】
例えば、図示は省略したが、前記充填材１７で曲げ剛性を調整する手段は、図１〜図３に示した制震間柱１にも勿論適用することができる（請求項３記載の発明）。また、前記制震部材の上部を上梁側の間柱部材に定着し、その下部を、下梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結して実施することもできる。なお、この場合に、図７に係る実施形態についてはシール材１８は必須ではない。
【００４６】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した建物の制震間柱によれば、下記する効果を奏する。
１）地震や風等の大きな水平力が柱梁架構に入力すると、上梁側の間柱部材の鋼製部材が、制震部材の水平方向の動きをしっかり拘束しているので、当該制震間柱の制震部材に水平力（せん断力或いは曲げ力）が繰り返し作用する。このとき、柱梁架構の降伏耐力を越える水平力が作用する以前に、制震部材のウエブ（低降伏点鋼）が塑性変形し、それにより履歴減衰作用が生じて履歴エネルギーを吸収していくので、前記柱梁架構は安定した耐力を維持することができる。
２）制震間柱は、間柱部材が、制震部材の鉛直方向のスライドを許容しているので、建物の軸力が制震間柱に伝達されたとしても、制震部材が鋼製部材の内部を鉛直方向に相対的にスライドするのみで、当該制震間柱の累積履歴エネルギーが低下する虞もない。
３）制震間柱は、調整ボルトの位置と数量又は充填材の充填長さ範囲を調整して建物の剛性とバランスする曲げ剛性を自在に設定できるので、制震部材のウエブ（低降伏点鋼）を最適値で塑性変形することができ、更なる安定した柱梁架構、ひいては建物を実現することができるのである
４）その他、制震間柱は、上下の梁の間に、制震部材及び間柱部材を直列に連結した簡便な構造なので、設置作業に特殊の技術を必要とせず、しかも設置作業に手間や時間がかからないので、工期の短縮を図りつつ経済性に優れた建物を提供することができる。また、制震間柱は、既存の建物の柱梁架構内に設置して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る建物の制震間柱の実施形態を示す立面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】請求項１に係る建物の制震間柱の異なる実施形態を示す立面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】請求項２に係る建物の制震間柱の実施形態を示す立面図である。
【図８】制震間柱にかかる曲げモーメント図を概略的に示している。
【符号の説明】
１、１２、１５ 制震間柱
２ 柱
３ 梁
４ 柱梁架構面
５ 制震部材
５ａ ウエブ
５ｂ フランジ
６、９、１３ 間柱部材
６ａ 非貫通孔
７、１４ 調整ボルト
８、１６ 鋼製プレート
１０ アンボンドＰＣ鋼棒
１１ ナット
１３ａ 鋼製部材
１３ｂ プレキャストコンクリート製垂れ壁
１７ 充填材
１８ シール材
１９ プレート
２０ 潤滑剤
Claims (4)
- 建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する調整ボルトが設置されていることを特徴とする、建物の制震間柱。 - 調整ボルトの位置と数量を調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする、請求項１に記載した建物の制震間柱。
- 建物の制震間柱において、
制震間柱の制震部材は、低降伏点鋼などでウエブを形成し、普通鋼でフランジを形成した断面Ｈ形状に構成され、同制震部材の上部又は下部のいずれか一方が梁側の間柱部材に定着され、他方は、梁側の間柱部材と水平力は伝達するが軸力は伝達しないスライド構造で連結され、同連結部分に水平力を伝達する充填材が一定の長さ範囲に充填されていることを特徴とする、建物の制震間柱。 - 充填材の充填長さを調整することにより建物の剛性とバランスする曲げ剛性が設定されていることを特徴とする、請求項３に記載した建物の制震間柱。
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