JP2005282229A - 建物の制震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内フレームの剛性確保に係るコストを生じさせることなく、充分な制震効果を得る。
【解決手段】 中柱２、外柱３、梁材４で形成される軸組フレーム１に、軸組フレーム１内を上下に二分割する水平材５を架設し、その水平材５の上下に、斜辺材８，８及び短辺材９、補強材１０によって台形状に形成されるやぐらフレーム６と、そのやぐらフレーム６と梁材４との間に設けられる粘弾性ダンパー７とを、水平材５を中心とした軸対称形となるように夫々配設した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住宅等の建物に、地震により発生する振動の減衰を図るために設けられる制震構造に関する。

建物の制震構造としては、柱と梁とから構成される軸組フレームにおいて、壁体と梁との間や、柱と梁との仕口部に、高分子系の粘弾性体を鋼板の間にサンドイッチ状に挟んでなる粘弾性体ダンパーや、作動油をシリンダ内に封入したオイルダンパー等の制震装置を設けるものが知られている。すなわち、地震によるエネルギーを制震装置において粘性減衰エネルギーとして吸収し、制震効果を得るものである。
具体的に挙げると、例えば特許文献１には、軸組フレーム内に、上方の梁に固着され、横フレームと縦フレームとから構成される逆台形状の主壁（内フレーム）と、下方の梁に接続される接続部とを、支点軸によって互いに相対回転可能に軸着し、内フレームと接続部との間にオイルダンパーを用いて振動の減衰を図る技術が記載されている。

特開２００１−１９３１９０号公報

通常、住宅の軸組フレームは、縦横比が３：１で構成されるため、上記特許文献１の構造を採用すると、内フレームが上下の梁間に亘って長く形成されることになる。よって、座屈防止のために内フレーム自体（特に縦フレーム）の強度を大きくする必要があり、コストアップに繋がる。かといって、内フレームの剛性を上げると粘弾性ダンパーに変形が伝わりにくくなり、充分な制震効果が得られなくなってしまう。
このため、軸組フレーム内に、梁間を上下に二分割する水平材を架設して、各分割空間に上下高さが略２分の１となる内フレームを積み重ね状に一対形成することも考えられる。しかし、この場合、上側の内フレームと水平材との間に粘弾性ダンパーが設けられるため、中央の水平材への負担が大きくなり、変形が生じてしまう。また、水平材に一方の粘弾性ダンパーが設けられることで、粘弾性ダンパーが邪魔になってターンバックル等のブレースの併用ができないという不都合も生じる。

そこで、請求項１に記載の発明は、内フレームの剛性確保に係るコストアップを生じさせることなく、充分な制震効果が得られ、而もブレースとの併用も容易で施工性に優れる建物の耐震構造を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、柱と梁とから構成される軸組フレームに、その軸組フレーム内を上下に二分割する横架材を架設し、その横架材の上下に、軸体によって形成される内フレームと、その内フレームと梁との間に設けられる制震装置とを、前記横架材を中心とした軸対称形となるように夫々配設してなる建物の制震構造としたものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、好適な形態の内フレームを得るために、内フレームを、外形が台形状となるやぐら型としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、内フレームの強度を簡単且つ合理的に確保するために、内フレームの基端を柱に接続したものである。

請求項１に記載の発明によれば、内フレームが従来の半分の高さとなって必要な剛性が小さくなる。よって、座屈防止のために特に強度を大きくする必要がなく、剛性確保に係るコストは最小限で済む。勿論制震装置にも変形は確実に伝わる。また、対称軸となる横架材には制震装置が接続されないため、横架材に変形のおそれが生じない上、軸組フレームの中央空間が比較的広くなり、ターンバックル等のブレースの併用も容易に行えて施工性の向上も期待できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、剛性が比較的高い好適な態様の内フレームとすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、内フレームの耐力を柱の軸力から得ることができ、柱を利用して内フレームの強度を簡単且つ合理的に確保可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の制震構造を適用した軸組フレームの一例を示す正面図で、この軸組フレーム１は、軽量形鋼を用いた鉄骨系プレハブ構造に採用されるもので、二本の形鋼を互いに結合してなり、所定間隔をおいて配設される一対の中柱２，２と、中柱２，２の両側に所定間隔をおいて配設され、単一の形鋼からなる外柱３，３と、中柱２，２間及び中柱２と外柱３との間の上下端を夫々接続する梁材４，４・・とを備えた構造となっている。

この軸組フレーム１において、中柱２，２間には、両中柱２，２を中間部位同士で接続する横架材としての水平材５が架設されており、水平材５によって二分割される上下のフレーム内に、内フレームとしての台形状のやぐらフレーム６，６と、各やぐらフレーム６と梁材４との間に設けられる制震装置としての粘弾性ダンパー７，７とが、水平材５を中心とした軸対称形となるように夫々配設されている。なお、粘弾性ダンパー７，７は、住宅の梁Ｂと直接、又は軸組フレーム１の梁材４を介して住宅の梁Ｂと固定される。

まず、やぐらフレーム６は、中柱２における水平材５との接続際に基端が接続され、梁材４へ近づくに従って徐々に間隔が狭くなる一対の斜辺材８，８と、その斜辺材８，８の先端間で水平に架設される短辺材９と、短辺材９と水平材５との間を三等分する格好で斜辺材８，８間に架設される水平方向の補強材１０，１０とからなる。

次に、粘弾性ダンパー７は、上下対称であるため上側で説明すると、図２に示すように、梁材４の下面中央に溶接された断面Ｔ字状の連結材１１にボルト１２，１２・・で固着された矩形状の芯プレート１３と、その芯プレート１３を挟む格好で前後に配置され、短辺材９の上面に溶接された断面Ｔ字状の連結材１４にボルト１５，１５・・で固着された矩形の外プレート１６，１６と、芯プレート１３と外プレート１６，１６との間に介在された一対の粘弾性体１７，１７とからなる。粘弾性体１７は、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系等の高分子化合物を材料としたシート体で、両面が芯プレート１３と外プレート１６との対向面に夫々接着されるものである。

以上の如く構成された軸組フレーム１においては、地震によって軸組フレーム１に水平方向の外力が作用し、上下夫々のやぐらフレーム６と梁材４とが互いに逆向きとなる水平方向へ相対的に移動すると、芯プレート１３と外プレート１６との間の粘弾性体１７，１７に水平方向の剪断力が加わり、粘弾性体１７，１７が変形する。この剪断変形により、芯プレート１３と外プレート１６との間の相対速度に比例した抵抗力が発生し、これが減衰力となって制震作用が得られることになる。

そして、この軸組フレーム１では、やぐらフレーム６と粘弾性ダンパー７とを水平材５を中心とした軸対称形となるように夫々配設しているため、やぐらフレーム６が従来の半分の高さとなって必要な剛性が小さくなる。よって、座屈防止のために特に強度を大きくする必要がなく、剛性確保に係るコストは最小限で済む。勿論粘弾性ダンパー７にも変形は確実に伝わる。
また、対称軸となる水平材５には粘弾性ダンパー７は接続されないため、水平材５に変形のおそれも生じない上、軸組フレーム１の中央空間が比較的広くなり、ターンバックル等のブレースの併用も容易に行えて施工性の向上も期待できる。

さらに、外形が台形状のやぐらフレーム６を採用しているため、剛性が比較的高い好適な態様の内フレームとすることができる。特に、やぐらフレーム６の基端を中柱２に接続したことで、やぐらフレーム６の耐力を中柱２の軸力から得ることができ、中柱２を利用してやぐらフレーム６の強度を簡単且つ合理的に確保可能となる。
一方、粘弾性ダンパー７，７においては、夫々連結材１１を梁材４に固定しているので、粘弾性ダンパー７の剛性に充分耐えうる取付剛性が得られるようにもなっている。

なお、内フレームの具体的な形状は、上記形態のやぐらフレームの形状に限定するものではなく、短辺材や斜辺材の長さは適宜変更して良いし、補強材についても、その数を増減したり、水平方向に限らず、ブレース状に斜めに配置したりできる。勿論補強の必要がなければ補強材を省略しても差し支えない。また、内フレームの外形も台形状に限らず、三角形状や四角形状等の他の形状も採用可能である。
なお、内フレームの基端は、上記形態のように柱側へ接続すると、柱の軸力に依存できる利点があるが、横架材側に接続することを排除するものではない。

一方、粘弾性ダンパーは、芯プレートとその前後の外プレートとの間に一対の粘弾性体を介在させる形態としているが、図３に示すように、一対の外プレート１８，１８の間に一つの粘弾性体１７を介在させる形態も採用可能である。逆に、芯プレートを複数として、粘弾性体を３枚以上介在させることもできる。勿論、制震装置としては粘弾性ダンパーに限らず、オイルダンパー、摩擦型ダンパー、鋼材ダンパー等の他の制震装置も採用できる。よって、採用する制震装置に合わせて内フレームの構造も適宜選択すれば良い。

その他、上記形態の軸組フレームも一例であって、柱は例えば中柱のみの一対のものであっても良く、また、軽量形鋼を使用した軽量鉄骨系プレハブ構造に限らず、鉄骨構造や木構造等の他の構造においても本発明の制震構造の採用が考えられる。

軸組フレームの正面図である。 （Ａ）は粘弾性ダンパーの拡大正面図、（Ｂ）はその側面図である。 （Ａ）粘弾性ダンパーの他の変更例の拡大正面図、（Ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１‥軸組フレーム、２‥中柱、４‥梁材、５‥水平材、６‥やぐらフレーム、７‥粘弾性ダンパー、８‥斜辺材、９‥短辺材、１３‥芯プレート、１６‥外プレート、１７‥粘弾性体。

Claims (3)

1. 柱と梁とから構成される軸組フレームに、その軸組フレーム内を上下に二分割する横架材を架設し、その横架材の上下に、軸体によって形成される内フレームと、その内フレームと前記梁との間に設けられる制震装置とを、前記横架材を中心とした軸対称形となるように夫々配設してなる建物の制震構造。
2. 内フレームが、外形が台形状となるやぐら型である請求項１に記載の建物の制震構造。
3. 内フレームの基端が柱に接続される請求項１又は２に記載の建物の制震構造。

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