JP2006177013A

JP2006177013A - 制振部材

Info

Publication number: JP2006177013A
Application number: JP2004370516A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamashita; 哲郎山下; Takanori Oya; 貴徳大家
Original assignee: Tomoe Corp
Current assignee: Tomoe Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制震ブレース等において、取付けの簡単なブレース型の長尺制振部材をせん断降伏型とすることができ、初期弾性剛性が高く、エネルギー吸収効率の良いブレース型でせん断降伏型の制振部材を提供する。
【解決手段】芯材プレート２Ａ、２Ｂをその材軸方向のスリット１０Ａ、１０Ｂに互いに差し込むことで断面十字型に組み合わせ、この断面十字型の芯材プレート２Ａ、２Ｂを山形鋼等のガイド３により材軸方向に相対移動可能に接続し、外周を覆うようにせん断パネル４を設け、地震等の外力により２枚の芯材プレートが互いに材軸方向にずれ、せん断パネル４が制振部材の軸方向にせん断変形するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱梁架構の制震ブレース、トラス架構のトラス部材などに用いられ、構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収するブレース型の制振部材に関するものである。

構造物に組み込まれて地震等による構造物の振動を抑制する制振部材として、鋼材の弾塑性変形により地震等の振動エネルギーを吸収する弾塑性ダンパーがあり、この弾塑性ダンパーには、低降伏点鋼等の芯材に振動エネルギーを集中させて降伏させる軸降伏型のダンパー、鋼板等をせん断降伏させるせん断降伏型のダンパー等が種々開発されている。

また、本発明に関連する先行技術として特許文献１〜４がある。特許文献１の発明は、Ｈ形鋼を組み合わせた高ダンピング特性を有する鋼製構造部材であり、一方のＨ形鋼のウェブに他方のＨ形鋼のウェブを直交するように接合して断面十字状とし、少なくとも１つのＨ形鋼のウェブに開口を設けて塑性変形部を形成している。特許文献２の発明は、制震ブレース等に用いられる座屈補剛部材であり、角形鋼管の補剛管内に軸力材である極軟鋼の平鋼を角形鋼管の対角線に沿って挿入し、この平鋼の両端に継手板と２枚のスチフナを断面十字形となるように接続したものである。特許文献３の発明は、風や地震等に起因する構造物の振動を抑制するための制振構造体であり、柱梁架構内にこの面内でのせん断力を受ける低降伏応力鋼部材からなるパネル部材をブレースを介して設けている。特許文献４の発明は、柱梁架構内に設置されて振動エネルギーを塑性変形により吸収する鋼製耐震壁であり、耐震壁を構成する極軟鋼板からなるせん断パネルの両面に補強リブを設け、補強リブで囲まれた各領域の中央部に補剛板を固定している。
特開平１１−１０７５７６号公報特開２０００−１４４９３０号公報特開平５−４４３５６号公報特開平１１−１８１９２１号公報

弾塑性ダンパーの弾性剛性は高いほど小変形で降伏するためエネルギー吸収効率がよいが、アンボンドブレースのような軸降伏型のダンパーで材長が長い場合は、弾性剛性が低くなり、エネルギー吸収効率が悪い。また、弾性剛性の高いせん断降伏型のダンパーは、パネル型はあっても、取付けの簡単なブレース型にできなかった。

本発明は、前述のような課題の解決を図ったものであり、構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材において、取付けの簡単なブレース型の長尺制振部材をせん断降伏型とすることができ、初期弾性剛性が高く、エネルギー吸収効率の良いブレース型でせん断降伏型の制振部材を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材（制震ブレース、トラス部材など）であり、芯材同士を一方の芯材が他方の芯材に沿って材軸方向に相対移動できるように組み合わせ、組み合わされた芯材同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、芯材の外周を覆うように配置された板状（パネル状）のせん断部材を介して連結し、芯材の相対移動により前記せん断部材がせん断変形するように構成されていることを特徴とする制振部材である。

この請求項１に係る発明は、鋼板、山形鋼、溝形鋼などの長尺の芯材を２本、スリットを用いて材軸が一致するように互いに差し込み、あるいは材軸が平行となるように重ね合せるなどして、断面十字状や断面Ｈ形状等に組み合わせ、この断面十字状等の芯材の外周を覆うように、ダンパー材としてのせん断パネルを設け、内部の芯材の材軸方向の相対移動で外側のせん断パネルがせん断変形するブレース型でせん断降伏型の制振部材が得られるようにしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材（制震ブレース、トラス部材など）であり、芯材プレート同士をその材軸方向のスリットに互いに差し込むことで断面十字型に組み合わせ、断面十字型に組み合わされた芯材プレート同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、芯材プレートの外周を覆うように配置された板状（パネル状）のせん断部材を介して連結し、芯材プレートの相対移動により前記せん断部材がせん断変形するように構成されていることを特徴とする制振部材である。

この請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、スリットの入った芯材プレートを用い、断面十字状に組み合わせる場合に限定したものである。図１に示すように、スリットは芯材プレートの幅方向中央に材軸方向の一端から中央部まで形成しておき、２枚の芯材プレートをクロスするようにそれぞれのスリットに差し込んで断面十字状とする。２枚の芯材プレートは、互いに相手方をガイドとして材軸が一致した状態で材軸方向に相対移動可能に案内支持される。断面十字状の４つのプレート側端には山形鋼等の固定部材を取付け、ここにせん断パネルの側端を固定し、４枚のせん断パネルで四角筒形のダンパー材を形成する。

ガイド部材は、相対移動する芯材を一体化し、圧縮時には座屈止めを行う部材であり、適当な長さの山形鋼等を用い、例えば、一方の芯材にボルト・ナットで固定し、他方の芯材にボルト・ナットと材軸方向に長いボルト孔で取付け、芯材が材軸方向に相対スライドできるように芯材同士を接続する。各芯材の一端部は相手方の芯材から突出する取付部を設け、この取付部を取付用のガイド部材を介して構造物に取付けられた継手部材に接続する。ガイド部材と相対スライドする芯材との間には、摩擦係数の小さい材料からなるスライディングパッドを介在させ、摩擦を低減するのが好ましい。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の制振部材において、ガイド部材と相対移動する芯材との間に粘弾性体が設けられていることを特徴とする制振部材である。

この請求項３に係る発明は、ガイド部材のスライディングパッドの代わりに高分子系等の粘弾性体を用い、粘弾性体の変形で振動エネルギーを吸収し、弾塑性（せん断降伏）＋粘弾性のハイブリッド型ダンパーとするものである。

本発明の請求項４に係る発明は、構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材（制震ブレース、トラス部材など）であり、芯材同士を一方の芯材が他方の芯材に沿って材軸方向に相対移動できるように組み合わせ、組み合わされた芯材同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、ガイド部材と相対移動する芯材との間に粘弾性体が設けられていることを特徴とする制振部材である。

この請求項４に係る発明は、上記のブレース型でせん断降伏型の制振部材において、せん断パネルを無くし、高分子系等の粘弾性体のみで振動エネルギーの吸収を行うものである。

以上のような構成の制振部材を構造物に組み込み、地震等の外力が作用すると、図３に示すように、制振部材が軸方向に伸縮し、部材内部の芯材が材軸方向に互いにずれるように相対移動し、この芯材の相対移動により部材外側のせん断パネルが芯材の材軸方向にせん断変形し、振動エネルギーが吸収される。せん断降伏型のため初期弾性剛性が高く、小変位より振動エネルギーが吸収される。この制振部材の剛性は、せん断パネルを部分的に設けたり、板厚等を変えたり、孔を設けるなどして、適宜簡単に設定することができる。

また、ガイド部材のスライディングパッドの代わりに粘弾性体を用いれば、粘弾性とのハイブリッド化が可能となり、風等の微小振動から大地震まで幅広いレンジに対応することができる。さらに、せん断パネルを無くし、芯材とガイド部材と粘弾性体の組み合わせのブレース型の制振部材でも振動エネルギーを吸収することができる。

(1) 本発明によれば、芯材を材軸方向に互いにずれるように断面十字状等に組み合わせ、これら芯材の外側を覆うようにせん断パネルを設け、軸変形をせん断変形に変換できるようにしているため、取付けの簡単なブレース型の長尺制振部材をせん断降伏型とすることができ、初期弾性剛性が高く、小変位より振動エネルギーを吸収することができ、エネルギー吸収効率の良いブレース型でせん断降伏型の制振部材が得られる。

(2) 従来の軸降伏型のダンパーでは、ダンパー材が内部に隠れるが、本発明では、降伏するダンパー材が外側に露出するため、地震後の損傷状況を視認することができる。

(3) 粘弾性とのハイブリット化も可能であり、弾塑性＋粘弾性のハイブリッド型ダンパーにより、風等の微小振動から大地震まで幅広いレンジに対応することができる。

(4) せん断パネルを無くして、芯材とガイド部材と粘弾性体からなるブレース型の制振部材も可能であり、簡単な構成で振動エネルギーを吸収できる制振部材が得られる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、柱梁架構に組み込まれる制震ブレースに適用した例である。図１、図２は、本発明の制震ブレースの一例であり、図１は概略構造を示す斜視図、図２は詳細構造を示す平面図、正面図、断面図である。図３は制震ブレースが外力を受けたときの状態を示す正面図である。

図１、図２に示すように、制震ブレース１は、主に、２枚の芯材プレート２Ａ、２Ｂと、ガイド（ガイド部材）３Ａ、３Ｂと、ダンパー材としてのせん断パネル（せん断部材）４から構成されている。この制震ブレース１の両端は、柱梁等の構造部材の継手部材２０に取付用のガイド５Ａ、５Ｂを介して取付けられる。

芯材プレート２は、鋼板であり、図１に示すように、同じ形状・寸法の鋼板２Ａ、２Ｂの幅方向の中央に一端部から長さ方向の中央部まで切り込まれたスリット１０Ａ、１０Ｂを形成しておき、水平配置の芯材プレート２Ａに対して垂直配置の芯材プレート２Ｂをそれぞれの板半分がスリット１０Ａ、１０Ｂ内にそれぞれ差し込まれるように組み合わせて断面十字型の芯材プレートとする。十字型に組み合わされた状態で、それぞれの材軸は一致し、スリット１０Ａの底部とスリット１０Ｂの底部との間には、所定長さの空間が形成されるようにし、後述する圧縮時の芯材プレートの移動を許容できるようにする。

ガイド３は、芯材プレート２Ａと芯材プレート２Ｂとを材軸方向に相対移動可能に接続し、相対移動する芯材プレート２Ａと芯材プレート２Ｂとを一体化し、後述する圧縮時にはプレートが座屈するのを防止するものである。この実施形態では、所定長さの山形鋼が用いられ、一箇所において十字型の四隅にガイド３が合計４つ配置される（図２(c)参照）。図２の右側の２つのガイド３Ａは、その水平片を水平配置の芯材プレート２Ａにボルト・ナットで固定し、その垂直片を垂直配置の芯材プレート２Ｂに軸方向に長いボルト孔１１とボルト・ナットで相対移動可能に取付ける。図２の左側では、これとは逆の取付け方をしており、水平配置の芯材プレート２Ａに長いボルト孔１１を形成している。ボルト孔１１は、後述する引張時と圧縮時のプレートの相対移動を吸収できるような長さとされている。

芯材プレート２Ａ、２Ｂの両端部には先端に向かって幅の狭まる取付部が形成されており、ここに取付用のガイド５が取付けられる。このガイド５もガイド３と同じ構成であるが、図２の右側のガイド５Ａでは、その水平片が芯材プレート２Ａと断面十字状の継手部材２０にボルト・ナットで固定され、垂直片は継手部材２０に固定され、芯材プレート２Ｂにはボルト孔１１による相対移動可能な取付けとなっている。図２の左側のガイド５Ｂは、これとは逆の取付け方となっている。

また、ガイド３及びガイド５のスライド側の面には、摩擦係数の小さい材質からなるスライディングパッド６を貼り、摩擦を低減してスライドしやすくする。代わりに高分子系などの粘弾性体を用いれば、この粘弾性体の変形で振動エネルギーを吸収することができ、弾塑性（せん断降伏）＋粘弾性のハイブリッド型ダンパーとすることができる。

このような構成の断面十字型の芯材プレートの外周囲に、これら芯材プレートを覆うようにせん断パネル４を取付け、ブレース型のせん断降伏型ダンパーとする。即ち、断面十字型の芯材プレートの両端の取付部を除く平行部において芯材プレート２Ａ、２Ｂの両側面に山形鋼からなる固定部材１２の隅部を溶接等で取付け、この固定部材１２にせん断パネル４の側部を溶接等で取付けることにより、四角筒形のせん断パネルによるダンパー材が形成される。せん断パネル４には、ステンレス鋼の板材や平鋼のフラットバー等を用いることができ、また有孔せん断鋼板（パンチングメタル）を用いることもできる。

図３に示すように、以上のような構成の制震ブレース１の両端を柱梁架構の継手部材２０に取付け、地震等により外力が作用すると、制震ブレース１は引張りにより軸方向に伸び、圧縮により軸方向に縮む。引張時には、芯材プレート２Ａ、２Ｂが材軸方向に互いに離れるようにずれ、せん断パネル４がブレースの軸方向にせん断変形する。圧縮時には、芯材プレート２Ａ、２Ｂが材軸方向に互いに接近するようにずれ、同様にせん断パネル４がせん断変形する。せん断パネル４は初期弾性剛性が高く、小変位より振動エネルギーが吸収される。せん断パネル４をブレースの軸方向に部分的に設け、せん断パネル４の板厚等を変え、あるいはせん断パネル４に複数の孔を設けるなどして、剛性を簡単に変えることができる。粘弾性体６を併用すれば、風等による微小振動から大地震まで幅広いレンジに対応することができる。

なお、以上は、芯材に板を用い、スリットを用いて断面十字状に組み合わせる場合を例示したが、これに限らず、平行に配置した山形鋼を断面十字状に組み合わせ、平行に配置した溝形鋼を断面Ｈ形状に組み合わせるなど、種々の態様が考えられる。また、せん断パネルを無くし、芯材とガイドと粘弾性体からなるブレース型の制振部材も使用可能である。また、以上は制震ブレースに適用した場合について説明したが、これに限らず、トラス部材やその他の部材にも本発明を適用することができる。

本発明の制震ブレースの一例であり、概略構造を示す斜視図である。本発明の制震ブレースの一例であり、詳細構造を示す、（a）は平面図、（b）は正面図、（c）は断面図である。本発明の制震ブレースが外力を受けたときの状態を示す正面図である。

符号の説明

１…制震ブレース（制振部材）
２…芯材プレート
３…ガイド（ガイド部材）
４…せん断パネル（せん断部材）
５…取付用ガイド
６…スライディングパッドまたは粘弾性体
１０…スリット
１１…材軸方向に長いボルト孔
１２…山形鋼
２０…継手部材

Claims

構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材であり、芯材同士を一方の芯材が他方の芯材に沿って材軸方向に相対移動できるように組み合わせ、組み合わされた芯材同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、芯材の外周を覆うように配置された板状のせん断部材を介して連結し、芯材の相対移動により前記せん断部材がせん断変形するように構成されていることを特徴とする制振部材。
構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材であり、芯材プレート同士をその材軸方向のスリットに互いに差し込むことで断面十字型に組み合わせ、断面十字型に組み合わされた芯材プレート同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、芯材プレートの外周を覆うように配置された板状のせん断部材を介して連結し、芯材プレートの相対移動により前記せん断部材がせん断変形するように構成されていることを特徴とする制振部材。
請求項１または請求項２に記載の制振部材において、ガイド部材と相対移動する芯材との間に粘弾性体が設けられていることを特徴とする制振部材。
構造物に組み込まれて部材の変形により振動エネルギーを吸収する制振部材であり、芯材同士を一方の芯材が他方の芯材に沿って材軸方向に相対移動できるように組み合わせ、組み合わされた芯材同士を、ガイド部材により材軸方向に相対移動可能に接続し、かつ、ガイド部材と相対移動する芯材との間に粘弾性体が設けられていることを特徴とする制振部材。