JP2005330696A - 制震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 架構の振動エネルギーを吸収することができる制震壁を架構に簡単に施工することができるようにする。
【解決手段】 下側の横鋼材１８を下側の梁６８に載せ、ターンバックル３０を操作して縦鋼材２０を伸長させ、ピン結合された上側の横鋼材１８を上側の梁６８へ押し当て、枠体２２を架構７０内に固定する。このように、ターンバックル３０を操作するだけで、枠体２２を架構７０に固定することができる。さらに、制震壁１２と枠体２２との位置関係を、ターンバックル３０の伸び量とアームプレート３４により予め決めることができるため、従来のように、アームプレートの一端を架構に取り付け位置決めする必要もない。
【選択図】 図３

Description

本発明は、建物の揺れを抑える制震装置に関する。

既存建物の耐震改修には、社会的なニーズがある。しかし、鉄筋コンクリートの耐震壁では、耐震力を大きくすることができる一方で、大きな外力が入力されると脆性的な破壊を起こし易い。また、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。

そこで、本出願人は、図９に示すように、梁８０と柱８２で構成された建物の架構８４の空間部に制震壁８６の４隅を棒材９０で回転可能に保持すると共に、架構８４と制震壁８６との間に弾性ゴム８８を配置した制震壁構造を提案している。

この制震壁構造では、架構８４に地震等の外力が作用して変形すると、架構８４と制震壁８６が相対変位し、弾性ゴム８８が変形して減衰力を発揮して、架構８４の振動エネルギーを吸収するというものである。

しかし、制震壁８６を架構８４の所定位置に吊下する作業は容易でなく、施工が大掛りになる。
特開２００１−３４９０９１号公報

本発明は係る事実を考慮し、架構の振動エネルギーを吸収することができる制震壁を架構に簡単に施工することができるようにすることを課題とする

請求項１に記載の発明は、梁と柱で構成された架構に取り付けられる制震装置において、前記梁に押し当てられる横材と、前記横材の両端にピン結合され、該横材とで枠体を構成する縦材と、前記縦材を伸縮させる伸縮手段と、前記枠体内に配置され剛性或は準剛性を備えた壁体と、前記壁体と前記横材又は縦材とを連結し粘性、粘弾性、弾塑性或は剛塑性を備えた減衰部材と、前記壁体と前記横材とに軸線が該壁体の対角線と角度を持つように連結され、該壁体を面内回転可能に連結する連結部材と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、横材と縦材がピン結合され、枠体を構成している。この枠体内には、剛性或は準剛性を備えた壁体が配置され、壁体は連結部材で枠体内において面内回転可能とされている。すなわち、連結部材の軸線が壁体の対角線と角度を持つように連結部材と壁体を連結することで、枠体と壁体が相対変位したとき、連結部材が壁体に回転力を付与して、枠体と壁体との相対変位量を大きくし、枠体内において壁体を大きく面内回転させる。

また、下側の横材を下側の梁材に載せ、伸縮手段を操作して縦材を伸長させ、ピン結合された上側の横材を上側の梁材へ押し当て、枠体を架構内に固定する。このように、伸縮手段を操作するだけで、枠体を架構に固定することができる。さらに、壁体と枠体との位置関係を、伸縮手段の伸び量と連結部材により予め決めることができるため、従来のように、連結部材の一端を架構に取り付け位置決めする必要もない。

また、壁体と横材又は縦材とを連結する粘性、粘弾性、弾塑性或は剛塑性を備えた減衰部材が、壁体が面内回転したときに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。

さらに、縦材は、軸力のみを伝えるピン支持構造とされているため、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。また、縦材が梁の荷重の一部を負担することで、耐震補強として既存の柱を補強する必要がない。

なお、壁体で架構の変形を抑えるという考えではないので、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。従って、壁体は剛性部材でも準剛性部材であってもよい。また、剛塑性を備えた減衰部材とは、摩擦抵抗を利用して減衰させる摩擦発生部材というものである。

請求項２に記載の発明は、前記連結部材が、両端部が前記壁体の角部と前記横材に回転可能に連結され伸縮可能であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、架構に制震装置をセットした後、連結部材を回転させて、連結部材の軸線と壁体の対角線との角度を調整することで、壁体の面内回転による変位量を増幅させることができる。これによって、減衰部材を大きく変形させて、大きな減衰力を発揮させ、架構の振動低減効果を上げることができる。

請求項３に記載の発明は、前記減衰部材が、前記縦材から前記壁体に向かって張出す内板材と、前記壁体から前記縦材に向かって張出し前記板材を両面から挟む外板材と、で構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、縦材から張出す内板材を、壁体から張出した外板材で両面から挟むことで摩擦型のダンパーが構成されている。壁体の面内回転によって、内板材と外板材との間に摩擦力が発生し、壁体の振動が減衰される。

また、外板材、内板材を通じて壁体の回転力が柱の軸力として伝わり、たとえば、架構が左に水平変位したとき、左側の柱には上方へ向かう軸力が作用するが、壁体は反時計方向へ回転し、左側の外板材、内板材を通じて壁体から柱には下方へ向かう軸力が作用する。このため、柱に作用する軸力が低減される。

請求項４に記載の発明では、前記減衰部材が、前記横材から前記壁体に向かって突設された第１支持部材と、前記壁体から前記横材に向かって突設された第２支持部材と、前記横材と平行となるように、前記第１支持部材と前記第２支持部材に両端部が回転可能に連結された直動ダンパーと、で構成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、横材から突設された第１支持部材と壁体から突設された第２支持部材とに直動ダンパーの両端部が回転可能に連結されているため、壁体の回転運動に直動ダンパーが追従できる。このため、市販の油圧ダンパー等を利用することができる。

請求項５に記載の発明は、前記縦材には、充填剤が充填される中空部が形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、縦材を、例えば、コンクリート等の充填剤が充填される中空部が形成された中空鋼管とすることで、この中空鋼管にコンクリートを充填して強度・剛性を高め、既存の柱を補強することができる。

本発明は上記構成としたので、制震装置を架構に簡単に施工することができ、また、架構の振動エネルギーを吸収することができる。

図１を参照しながら、ＲＣ構造の高層ビルに取付けられる本形態に係る制震装置１０を説明していく。

制震装置１０は、平板で作られた制震壁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。

制震壁１２の四方には、ブラケット１４、１６が設けられており、横鋼材１８と縦鋼材２０とで構成された枠体２２の内側に配置されている。横鋼材１８と縦鋼材２０の両端には、それぞれブラケット２４，２６が設けられており、連結ピン２８で回動可能に連結されている。

また、縦鋼材２０の下方には、ターンバックル３０が組み込まれており、縦鋼材２０側の雌ねじとターンバックル３０側の雄ねじの螺合により、縦鋼材２０が伸縮できる構成となっている。

さらに、横鋼材１８の両側にはブラケット３２が設けられており、上側のブラケット３２とブラケット１４はアームプレート３４とピン３６により連結され、制震壁１２が枠体２２内に吊下されている。また、下側のブラケット３２とブラケット１６は連結部材としてのターンバックル３８とピン４０により連結され、制震壁１２が枠体２２内に支持されている。

ここで、アームプレート３４とターンバックル３８の軸線は制震壁１２の対角線と角度を持つように連結されており（図３（Ｂ）参照）、枠体２２と制震壁１２が相対変位したとき、アームプレート３４とターンバックル３８が制震壁１２に回転力を付与して、制震壁１２と枠体２２との相対変位量を大きくし、枠体２２内において制震壁１２を大きく面内回転させる。

また、縦鋼材２０の側面から弾塑性材料で製造された内板材４２が制震壁１２に向かって張り出している。一方、制震壁１２からは、内板材４２の両面を挟むように２枚の外板材４４が張出している。内板材４２と外板材４４には、長穴４６が形成されており、長穴４６にボルト４８を差し込み、内板材４２を外板材４４で締め付けることで減衰部材としての弾塑性摩擦型のダンパーが構成される。この弾塑性摩擦型のダンパーによって剛性と強度を別々に設定でき、本形態では、内板材４２と外板材４４が弾性限度以上に変形した際、降伏点強度によって振動エネルギーを吸収する。

さらに、横鋼材１８から制震壁１２に向かって支持部材５０が突設され、制震壁１２からは横鋼材１８に向かって支持部材５２が突設されている。そして、支持部材５０には、直動式の油圧ダンパー５４のロッド５６がピン６０で回転可能に連結され、支持部材５２には、油圧ダンパー５４のシリンダー５８がピン６２で回転可能に連結されることで、油圧ダンパー５４が横鋼材１８、制震壁１２と平行となるように配置されている。

なお、下側の油圧ダンパー５４の取付位置は、上側の油圧ダンパー５４とシリンダーとロッドとの位置関係が左右逆になっている。

ここで、本形態に係る制震装置の施工方法を図３を参照して説明する。

図３（Ａ）に示す柱６６と梁６８で構成された高層ビルの架構７０へ、図３（Ｂ）に示すように、枠体２２の横鋼材１８を下側の梁６８へ置き、ターンバックル３０を締め上げ、図３（Ｃ）に示すように、上側の横鋼材１８を上側の梁６８へ押し当て、制震装置１０を架構７０内にセットする。このように、ターンバックル３０を操作するだけで、枠体２２を架構７０に固定することができるため、従来のように、アームプレートの一端を架構７０に取り付け位置決めする必要もなく、工期の短縮を図ることができる。

次に、ターンバックル３８を旋回させて、ターンバックル３８の軸線と制震壁１２の対角線との角度を調整することで、後述するように、制震壁１２の面内回転による変位量を増幅させることができる。また、図３（Ｃ）に示すように、下側の油圧ダンパー５４が制震壁１２と平行となるため、油圧ダンパー５４に偏心した力が作用しない。なお、ターンバックル３８に替えて袋ナットと長ねじを使用して、長ねじの軸線と制震壁１２の対角線との角度を調整してもよい。

次に、本形態に係る制震装置の作用を説明する。

図１に示すように、例えば、架構７０が２点鎖線で表示するように右に変位すると、アームプレート３４とターンバックル３８の軸線が制震壁１２の対角線と角度を持つように連結されているため、アームプレート３４とターンバックル３８が制震壁１２に回転力を付与して、枠体２２と制震壁１２との相対変位量を大きくし、枠体２２内において制震壁１２を大きく面内回転させる。

これによって、内板材４２と外板材４４で構成された弾塑性摩擦型のダンパー及び油圧ダンパー５４を大きく変形させて、大きな減衰力を発揮させ、架構７０の振動エネルギーを吸収する。ここで、油圧ダンパー５４のロッド５６とシリンダー５８は回転可能に連結されているため、直動方向にのみ力が作用し偏心した力は作用しない。

さらに、縦鋼材２０は、軸力のみを伝える連結ピン２８でピン支持構造とされているため、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。このため、縦鋼材２０の設計断面が小さくできコストを削減できる。また、縦鋼材２０が梁６８の荷重の一部を負担することで、耐震補強として既存の柱６６を補強する必要がない。

また、図１に示すように、制震壁１２は反時計方向へ回転するが、このとき、内板材４２と外板材４４を介して、縦鋼材２０を下方へ押し下げるような力が発生し、この力が左側の柱６６に作用する抜去力と反対方向に働き、ＲＣ構造の高層ビルを安定化させる。

次に、第２形態に係る制震装置を説明する。

第２形態では、第１形態の内板材４２と外板材４４で構成された弾塑性摩擦型のダンパーに替えて、２枚の湾曲した板ばね７６で減衰部材としてのダンパーが構成されている。板ばね７６の折返し部分７６Ａは円弧状に加工されており、平面状となった取付部７６Ｂが制震壁１２の端面に取付けられたブラケット７８と縦鋼材２０に取付けられたブラケット８０の両面を挟むようにして固定され、２つの板ばね７６が弾塑性ダンパーとして機能する。

すなわち、制震壁１２がＡ方向へ面内回転すると、板ばね７６が伸びて減衰力を発揮し、Ａと反対方向へ制震壁１２が面内回転すると、板ばね７６が曲率度を高めて、減衰力を発揮する構成である。

なお、図６に示すように、ターンバックル３０及び縦鋼材２０の軸剛性を高め、また、ターンバックル３０が弛まないように、ターンバックル３０及び縦鋼材２０（例えば、中空鋼管）を中空構造として、注入口２３からコンクリート或いはグラウトを注入して充填することで、軸力伝達力を劣化させないようにしてもよい。

さらに、図３（Ｃ）で示す、横鋼材１８、縦鋼材２０と柱６６のスペースを型枠で囲みコンクリートを打設して一体化することで、縦鋼材２０の部材強度を落とすことができ、施工コストを削減できる。

また、図７に示すように、横鋼材１８を中空構造としてコンクリートを注入して剛性を向上させてもよく、さらに、横鋼材１８をケミカルアンカー等で梁６８に固定するようにしてもよい。

また、図１では、横鋼材１８の両側がピン支持構造となっているが、図８に示すように、横鋼材１８に形成した凹部３７に縦鋼材２０の端面から突設させたピン３９を嵌合させる構成でも構わない。

第１形態に係る制震装置を示す正面図である。 第１形態に係る制震装置の制震壁の連結構造を示す斜視図である。 本形態に係る制震装置の施工手順を示す正面図である。 第２形態に係る制震装置を示す正面図である。 第２形態に係る制震装置の制震壁の連結構造を示す斜視図である。 変形例に係る制震装置の制震壁の連結構造を示す斜視図である。 変形例に係る制震装置の横鋼材の充填構造を示す斜視図である。 変形例に係る制震装置の制震壁の連結構造を示す斜視図である。 従来の制震装置を示す正面図である。

符号の説明

１２ 耐震壁（壁体）
１８ 横鋼材（横材）
２２ 縦鋼材（縦材）
３０ ターンバックル（伸縮手段）
３４ アームプレート（連結部材）
３８ ターンバックル（連結部材）
４２ 内板材（減衰部材）
４４ 外板材（減衰部材）
５０ 支持部材（第１支持部材）
５２ 支持部材（第２支持部材）
５４ 油圧ダンパー（直動ダンパー）

Claims (5)

1. 梁と柱で構成された架構に取り付けられる制震装置において、
   前記梁に押し当てられる横材と、
   前記横材の両端にピン結合され、該横材とで枠体を構成する縦材と、
   前記縦材を伸縮させる伸縮手段と、
   前記枠体内に配置され剛性或は準剛性を備えた壁体と、
   前記壁体と前記横材又は縦材とを連結し、粘性、粘弾性、弾塑性、或いは剛塑性を備えた減衰部材と、
   前記壁体と前記横材とに軸線が該壁体の対角線と角度を持つように連結され、 該壁体を面内回転可能に支持する連結部材と、
   を有することを特徴とする制震装置。
2. 前記連結部材が、両端部が前記壁体の角部と前記横材に回転可能に連結され伸縮可能であることを特徴とする請求項１に記載の制震装置。
3. 前記減衰部材が、前記縦材から前記壁体に向かって張出す内板材と、前記壁体から前記縦材に向かって張出し前記板材を両面から挟む外板材と、で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の制震装置。
4. 前記減衰部材が、前記横材から前記壁体に向かって突設された第１支持部材と、前記壁体から前記横材に向かって突設された第２支持部材と、前記横材と平行となるように、前記第１支持部材と前記第２支持部材に両端部が回転可能に連結された直動ダンパーと、で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の制震装置。
5. 前記縦材には、充填剤が充填される中空部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の制震装置。

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