JP2006283374A - 軽量鉄骨住宅の制震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震による振動エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換し、建物の変形を軽減することが可能な制震構造を提供する。
【解決手段】枠組フレーム１の中桟４の上側の領域Ｒ１においては、第一粘弾性ダンパー５ａが傾斜状に取り付けられており、中桟４の下側の領域Ｒ２においては、第二粘弾性ダンパー５ｂが傾斜状に取り付けられている。また、枠組フレーム１は、水平方向に変形し、層間変形角が１／２００ｒａｄである場合に、第一粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性、第二粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、損失係数、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、損失係数が、所定の条件を満たすように調整されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、地震により発生する振動の減衰を図るために軽量鉄骨住宅に採用される制震構造に関するものである。

軽量鉄骨住宅の制震構造として、柱材と横架材とから構成される枠組フレームを上下の梁の間に付設し、その枠組フレームの内外に粘弾性ダンパーやオイルダンパー等の制震装置を設けることにより、地震によるエネルギーを粘性減衰エネルギーとして吸収して制震効果を得るものが知られている。具体的には、枠組フレームと梁との間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造（特許文献１）や、枠組フレームを上下に分けて構成し、それらの２つの枠組フレームの間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造（特許文献２）、枠組フレームの内部を上下に二分割するように補強材を水平に架設し、その補強材の上下において、二つのオイルダンパーを互い違いの傾斜状に設置したＫブレース型の制震構造（特許文献３）が知られている。

特開２００１−９０３８１号公報 特開２００１−９０３７９号公報 特開２００４−２１８２０７号公報

しかしながら、上記従来の制震構造における枠組フレームでは、粘弾性ダンパーを除いた枠組フレームの取付剛性（枠組フレーム全体の取付剛性）と粘弾性ダンパーの貯蔵剛性（硬さ）とのバランスが悪いと、粘弾性ダンパーが変位する前に枠組フレーム自体や粘弾性ダンパーの取り付け部分が変形してしまい、十分な減衰性能が得られない、という事態が発生する。

本発明の目的は、上記従来の軽量鉄骨住宅の制震構造が有する問題点を解消し、粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮し、地震による振動エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換し、建物の変形を軽減することが可能な軽量鉄骨住宅の制震構造を提供することにある。

かかる本発明の内、請求項１に記載された発明の構成は、左右の柱材と上下の横架材とから構成される枠組フレームに、内部を上下に二分割する中桟を架設し、その中桟の上下において、片側の柱材と中桟との仕口と、反対側の柱材と上側の横架材との仕口とを結ぶように第一粘弾性ダンパーを傾斜状に設置するとともに、その第一粘弾性ダンパーに対して中桟を中心として上下対称となるように、第二粘弾性ダンパーを、片側の柱材と中桟との仕口と、反対側の柱材と下側の横架材との仕口とを結ぶように傾斜状に設置した軽量鉄骨住宅の制震構造であって、層間変形角が１／２００ｒａｄである場合に、下式１〜６を満たすことにある。
４０ｋＮ／ｃｍ≦Ｋｂｓ１≦２００ｋＮ／ｃｍ ・・１
４０ｋＮ／ｃｍ≦Ｋｂｓ２≦２００ｋＮ／ｃｍ ・・２
１．５≦Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１≦１０ ・・３
１．５≦Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２≦１０ ・・４
ｔａｎδ１≧０．６ ・・５
ｔａｎδ２≧０．６ ・・５
（但し、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの取付剛性、第二粘弾性ダンパーの取付剛性であり、Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性であり、ｔａｎδ１，ｔａｎδ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの損失係数、第二粘弾性ダンパーの損失係数である）

本発明の如く、内部が上下二つの領域に分割されて上側の領域に第一粘弾性ダンパーが取り付けられ、下側の領域に第二粘弾性ダンパーが取り付けられた枠組フレームにおいては、水平方向のみを考慮すると、枠組フレーム全体の特性を、図１の如き直列水平換算バネとしてモデル化することができる。なお、図１において、Ｍ１のバネは、枠組フレームの第一粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ２のバネおよびダッシュポットは、第一粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものである。また、Ｍ３のバネは、枠組フレームの第二粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ４のバネおよびダッシュポットは、第二粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものである。

したがって、枠組フレームに粘弾性ダンパーの代わりに剛体（きわめて剛性の高い鋼材等）を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム全体の取付剛性Ｋｂｓ（ｓは水平成分を示す）の近似値とすることができ、その取付剛性Ｋｂｓから下式８，９を利用して、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を求めることができる。
１／Ｋｂｓ＝１／Ｋｂｓ１＋１／Ｋｂｓ２ ・・８
Ｋｂｓ１＝Ｋｂｓ２ ・・９

本発明の制震構造においては、層間変形量が１／２００ｒａｄ以上である場合に、上記の如く枠組フレームに剛体を取り付けて求められる取付剛性Ｋｂｓ１および取付剛性Ｋｂｓ２が、いずれも、４０ｋＮ／ｃｍ以上２００ｋＮ／ｃｍ以下となるように調整されることが必要である。なお、層間変形角とは、各層の層間変位をその階の高さで除した値のことである。Ｋｂｓ１やＫｂｓ２が、４０ｋＮ／ｃｍ未満となると、地震によって振動した場合に、枠組フレーム自体が変形してしまい、第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮できなくなる。なお、Ｋｂｓ１やＫｂｓ２を増加させる方法としては、柱材や横架材の断面剛性を高める方法等を挙げることができる、反対に、Ｋｂｓ１やＫｂｓ２が２００ｋＮ／ｃｍを上回るような設計では、枠組フレームを構成する鋼材の重量が大きくなりすぎて、軽量鉄骨住宅の施工に適用することが難しくなる。

また、本発明の制震構造においては、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ１と第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１との比の値、および、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ２と第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２との比の値が、いずれも、１．５以上１０以下であることが必要である。Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１やＫｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２が１．５未満であると、ある程度の耐力は発揮されるものの、減衰性能が損なわれてしまう。反対に、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１やＫｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２が１０を上回ると、地震によって振動した場合に、第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが十分に変形して減衰特性を発揮するものの、耐力が損なわれてしまう。

さらに、本発明の制震構造においては、第一粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ２の値が、いずれも０．６以上であることが必要である。ｔａｎδ１やｔａｎδ２が０．６未満となると、十分な減衰特性が得られなくなる。なお、本発明における第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１、損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２、損失係数ｔａｎδ２は、一般的な住宅の固有振動数（約１〜７Ｈｚ）の領域において常温下で測定されるものである。

請求項２に記載された発明の構成は、請求項１に記載の発明において、層間変形角が１／１００ｒａｄである場合に、下式７を満たすことにある。
Ｆｄｓｍａｘ＜Ｆｓ ・・７
（但し、Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Ｆｓは、枠組フレームの許容水平耐力である）

なお、Ｆｄｓｍａｘは、各粘弾性ダンパー単体の軸方向に作用する反力（粘弾性ダンパー単体の引張圧縮試験によって測定されるもの）をＦｄｊとした場合に、下式１０によって与えられるものであり、許容水平耐力Ｆｓとは、構造物を弾性体と仮定して部材に応じる応力度の最大値が許容応力度（すなわち、構造物の外力に対する安全性を確保するために定められる部材に許容できる応力度の限界）に達するときに作用し得る荷重のことである。
Ｆｄｓｍａｘ＝Ｆｄｊ×ａ／√（ａ^２＋（ｂ／２）^２） ・・１０
（但し、図２の模式図に示すように、ａは、枠組フレームの幅であり、ｂは、枠組フレームの高さである）

また、請求項２の如く構成する場合には、層間変形角が１／１００ｒａｄである場合にも、上式１〜６を満たすように構成するのが好ましい。

請求項３に記載された発明の構成は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記第一粘弾性ダンパーおよび前記第二粘弾性ダンパーが、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものであることにある。

本発明に係る軽量鉄骨住宅の制震構造は、第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーが適度な粘弾性を有しており、かつ、第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーを除いた枠組フレーム全体が適度な剛性を有しているため、地震によって外力が加わった場合に、各粘弾性ダンパーが適度に変形して、十分な減衰性能が発揮される。したがって、地震による振動エネルギーが効率的に熱エネルギーに変換されるため、建物の変形を大きく軽減することができる。また、請求項２の如く、枠組フレームに発生する最大水平耐力が枠組フレームの許容水平耐力を下回るように調整することにより、許容耐力内で大きな減衰を発生させることができる。また、過度な荷重の発生による躯体構造の損傷を防止することができる。すなわち、枠組フレームに発生する最大水平耐力が許容水平耐力を超えてしまうと、アンカーボルトが脱落したり、基礎が破壊されたり、躯体が損傷したりするが、請求項２の如く構成することにより、そのような事態の発生が防止される。さらに、請求項３の如き第一粘弾性ダンパーおよび第二粘弾性ダンパーを採用した場合には、枠組フレームの大きさや形状に合わせて、粘弾性特性を容易に調整することが可能となる。

以下、本発明にかかる軽量鉄骨住宅の制震構造の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図３は、実施例１の枠組フレームを示す正面図である。枠組フレーム１は、軽量の形鋼を用いた鉄骨系プレハブ構造に採用されるものであり、所定の間隔をおいて配設される一対の柱材２，２と、それらの柱材２，２の上下の端同士をそれぞれ接続する横架材（上桟、下桟）３，３とによって、高さが約２７００ｍｍで幅が約１０００ｍｍの縦長の長方形状に組み付けられている。なお、各横架材３，３は、Ｃ型鋼によって形成されたものであり、各柱材２，２は、横架材３と同じＣ形鋼を幅方向に接合することによって形成されたものである。また、各横架材３，３と各柱材２，２とは、溶接によって接合されている。加えて、各横架材３，３は、溶接によって梁９と接合されている。なお、枠組フレーム１は、設計上、許容水平耐力Ｆｓが３０ｋＮとなっている。

また、柱材２，２の間には、それらの柱材２，２を中間部位同士で接続する中桟４が架設されており、その中桟４によって上下二つの領域Ｒ１，Ｒ２に分割されている。なお、中桟４も、各横架材３，３等と同様なＣ型鋼によって形成されたものであり、溶接によって柱材２，２に接合されている。そして、それらの各領域Ｒ１，Ｒ２には、それぞれ、第一粘弾性ダンパー５ａと第二粘弾性ダンパー５ｂとが取り付けられている。すなわち、中桟４の上側の領域Ｒ１においては、第一粘弾性ダンパー５ａが、左側の柱材２と中桟４との仕口部分と、右側の柱材２と上側の横架材３との仕口部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられている。一方、中桟４の下側の領域Ｒ２においては、第二粘弾性ダンパー５ｂが、左側の柱材２と中桟４との仕口部分と、右側の柱材２と下側の横架材３との仕口部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられている。そして、第一粘弾性ダンパー５ａと第二粘弾性ダンパー５ｂとは、中桟４を軸にして上下対称に配置された状態になっている。なお、第一粘弾性ダンパー５ａと第二粘弾性ダンパー５ｂとは、規格上同一のものであり、後述するように粘弾性特性が調整されている。

図４は、第一粘弾性ダンパー５ａ（第二粘弾性ダンパー５ｂ）を示したものであり、第一粘弾性ダンパー５ａは、断面長方形状の筒状の外筒部材６の内部に、その外筒部材６よりも小径の円筒状の内芯部材７が挿入されており、外筒部材６と内芯部材７との隙間に粘弾性体８が介在した状態になっている（外筒部材６の内面と内芯部材７の外面との間に粘弾性体８が挟み込まれている）。そして、外筒部材６の外側の端縁には、ネジ溝を螺刻したボルト挿通孔１９が穿設されており、内芯部材７の外側の端縁には、ネジ溝を螺刻したボルト挿通孔１０が穿設されている。そして、第一粘弾性ダンパー５ａは、左右の柱材２，２の間に相対的な変位が発生した場合や上側の横架材３と中桟４との間に相対的な変位が発生した場合に（すなわち、上下あるいは左右にずれた場合に）、粘弾性体８が剪断変形することによって、減衰性能を発揮するようになっている。一方、下側の第二粘弾性ダンパー５ｂは、左右の柱材２，２の間に相対的な変位が発生した場合や下側の横架材３と中桟４との間に相対的な変位が発生した場合に（すなわち、上下あるいは左右にずれた場合に）、粘弾性体８が剪断変形することによって、減衰性能を発揮するようになっている。

一方、枠組フレーム１の右側の柱材２と上下の横架材３，３との仕口部分には、それぞれ、金属板からなる剛接合片１１，１１が設けられている。各剛接合片１１，１１の内側には、ボルト挿通孔を穿設した固定板が折返し状に設けられており、その固定板のボルト挿通孔を利用して、第一粘弾性ダンパー５ａおよび第二粘弾性ダンパー５ｂの内芯部材７の外端（ボルト挿通孔１０の穿設部分）を螺合（すなわち、剛接合）することができるようになっている。

また、左側の柱材２と中桟４との上下の仕口には、それぞれ、金属板からなる剛接合片１２，１２が設けられている。各剛接合片１２，１２の内側には、ボルト挿通孔を穿設した固定板が折返し状に設けられており、その固定板のボルト挿通孔を利用して、第一粘弾性ダンパー５ａおよび第二粘弾性ダンパー５ｂの外筒部材６の外端（ボルト挿通孔１９の穿設部分）を螺合（すなわち、剛接合）することができるようになっている。

実施例１の枠組フレーム１においては、水平方向のみを考慮した場合、上記の如く、粘弾性特性を図１のような直列水平換算バネとしてモデル化でき、第一粘弾性ダンパー５ａおよび第二粘弾性ダンパー５ｂの代わりに剛体を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム１全体の取付強度Ｋｂｓとして近似させることができる。また、枠組フレーム１においては、各領域Ｒ１，Ｒ２が中桟４を軸として上下対称であるため、粘弾性ダンパー５ａの取付剛性Ｋｂｓ１と、粘弾性ダンパー５ｂの取付剛性Ｋｂｓ２との間に、上式８，９が成立する。

そのため、上下の領域Ｒ１，Ｒ２における剛接合片１１と剛接合片１２との間に、第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂの代わりに、略同一形状の剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図３の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式８，９を用いて、粘弾性ダンパー５ａの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１および粘弾性ダンパー５ｂの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、４１．５ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表２に示す。

一方、第一粘弾性ダンパー５ａの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１、第二粘弾性ダンパー５ｂの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２は、それぞれ、下式１１により算出される。
Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２＝Ｇ×Ｓ／ｄ ・・１１
なお、上式１１において、Ｇは剪断弾性係数であり、Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２の算出にあたっては、粘弾性体の特性から剪断弾性係数Ｇを０．１８Ｎ／ｍｍ^２ とした。また、Ｓは粘弾性体８の面積であり、ｄは粘弾性体８の厚み（粘弾性体８単体の厚み）である。

それゆえ、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２が、それぞれ、表１に示す数値となるように、第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂの粘弾性体８の面積Ｓ、厚みｄを調整した（すなわち、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２が表１に示す数値となるように第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂを設計した）。

また、第一粘弾性ダンパー５ａの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパー５ｂの損失係数ｔａｎδ２を測定した。なお、かかる損失係数ｔａｎδ１，ｔａｎδ２の測定は、動的加振機（（株）鷺宮製作所製）を用いて、２０℃の雰囲気下で、２Ｈｚの正弦波を利用して２００％の剪断歪を加えた場合の変形−荷重を挙動を調べることによって行った。損失係数ｔａｎδ１，ｔａｎδ２の測定結果を表１に示す。

上記の如く、枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓ、取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２を求めた後に、上下の領域Ｒ１，Ｒ２における剛接合片１１と剛接合片１２との間から剛体を取り外し、上記した第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂを取り付けた。第一粘弾性ダンパー５ａ第二粘弾性ダンパー５ｂを取り付けた枠組フレーム１においては、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値は、２．５４に調整されていることになり、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値は、２．５８に調整されていることになる（表１参照）。

そして、第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂを取り付けた枠組フレーム１において、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式１０に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

実施例１の枠組フレーム１の上下各領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１１，１１を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片１３，１３に変更するとともに、上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１２，１２を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片１４，１４に変更した（図５参照）。そして、実施例１と同様に、上下の各領域Ｒ１，Ｒ２におけるピン接合片１３とピン接合片１４との間に剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図５の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式８，９を用いて、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１および第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、４１．３ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表２に示す。

また、図６は、実施例２の枠組フレーム１に取り付ける粘弾性ダンパーを示したものである。なお、各領域Ｒ１，Ｒ２に設置される粘弾性ダンパーは、規格上同一のものである。各領域Ｒ１，Ｒ２に設置される第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂは、実施例１の第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂの構造と略同様であるが、外筒部材６の外側の端縁の形状および内芯部材７の外側の端縁の形状が実施例１のものと異なっている。すなわち、第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂの外筒部材６の外側の端縁には、ピン挿通孔を穿設したピン結合部材１６が固着されており、内芯部材７の外側の端縁には、ピン挿通孔を穿設したピン結合部材１７が固着されている。第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂのその他の部分の形状、構造は、実施例１の第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂと同様である。また、第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂは、それぞれ、貯蔵剛性（Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２）が表１の数値となるように調整されている。

かかる第一粘弾性ダンパー１５ａの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパー１５ｂの損失係数ｔａｎδ２を、実施例１と同様の方法によって測定した。測定結果を表１に示す。

そして、枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２において、それぞれ、ピン接合片１３とピン接合片１４との間に、上記した第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂを取り付け、実施例１と同様に、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。なお、第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂを取り付けた実施例２の枠組フレーム１においては、第一粘弾性ダンパー１５ａの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値が３．８７に調整されていることになり、第二粘弾性ダンパー１５ｂの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値が３．７２に調整されていることになる（表１参照）。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式１０に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

実施例１の枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１１，１１を、固定端から粘弾性ダンパーとの接合部位までの長さが長い剛接合片２１，２１に変更した（図７参照）。そして、実施例１と同様に、上下の領域Ｒ１，Ｒ２における剛接合片２１と剛接合片１２との間に剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図７の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式８，９を用いて、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１および第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、３４．９ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表２に示す。

また、実施例３で用いる第一粘弾性ダンパー２５ａ、第二粘弾性ダンパー２５ｂは、実施例１で用いた第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂと略同様のものであるが、外筒部材６の外側の端縁から内芯部材７の外側の端縁までの長さが短くなっている。さらに、第一粘弾性ダンパー２５ａ、第二粘弾性ダンパー２５ｂは、それぞれ、貯蔵剛性（Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２）が表１の数値となるように調整されている。かかる第一粘弾性ダンパー２５ａの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパー２５ｂの損失係数ｔａｎδ２を、実施例１と同様の方法によって測定した。測定結果を表１に示す。

そして、枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２において、それぞれ、剛接合片２１と剛接合片１２との間に、上記した第一粘弾性ダンパー２５ａ、第二粘弾性ダンパー２５ｂを取り付け、実施例１と同様に、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。なお、第一粘弾性ダンパー２５ａ、第二粘弾性ダンパー２５ｂを取り付けた実施例３の枠組フレーム１においては、第一粘弾性ダンパー２５ａの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値が３．３６に調整されていることになり、第二粘弾性ダンパー１５ｂの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値が３．０１に調整されていることになる（表１参照）。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式１０に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

実施例３の枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片２１，２１を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片３１，３１に変更するとともに、上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１２，１２を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片３２，３２に変更した（図８参照）。そして、実施例１と同様に、上下の領域Ｒ１，Ｒ２におけるピン接合片３１とピン接合片３２との間に剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図８の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式８，９を用いて、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１および第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、２８．９ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表２に示す。

また、実施例４で用いる第一粘弾性ダンパー３５ａ、第二粘弾性ダンパー３５ｂは、実施例２で用いた粘弾性ダンパー５ａ，５ｂと略同様のものであるが、外筒部材６の外側の端縁から内芯部材７の外側の端縁までの長さが短くなっている。さらに、第一粘弾性ダンパー３５ａ、第二粘弾性ダンパー３５ｂは、それぞれ、貯蔵剛性（Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２）が表１の数値となるように調整されている。かかる第一粘弾性ダンパー３５ａの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパー３５ｂの損失係数ｔａｎδ２を、実施例１と同様の方法によって測定した。測定結果を表１に示す。

そして、枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２において、それぞれ、ピン接合片３１とピン接合片３２との間に、上記した第一粘弾性ダンパー３５ａ、第二粘弾性ダンパー３５ｂを取り付け、実施例１と同様に、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。なお、第一粘弾性ダンパー３５ａ、第二粘弾性ダンパー３５ｂを取り付けた実施例４の枠組フレーム１においては、第一粘弾性ダンパー３５ａの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値が２．４０に調整されていることになり、第二粘弾性ダンパー３５ｂの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値が２．７２に調整されていることになる（表１参照）。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式１０に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

＜比較例＞
実施例１の枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１１，１１を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片４１，４１に変更した。そして、実施例１と同様に、上下の領域Ｒ１，Ｒ２におけるピン接合片４１と剛接合片１２との間に剛体を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式８，９を用いて、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１および第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂの値は、２７．０ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２の算出結果を表２に示す。

また、比較例で用いる第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーは、実施例１で用いた第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂと略同様のものであるが、比較例の第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーの外筒部材６の外側の端縁には、ピン挿通孔を穿設したピン結合部材が固着されている。また、外筒部材６と内芯部材７との隙間に充填された粘弾性体８が、実施例１と比べて剛直なものになっている。比較例の第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーのその他の部分の形状、構造は、実施例１の第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂと同様である。さらに、比較例の第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーは、それぞれ、貯蔵剛性（Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２）が表１の数値となるように調整されている。かかる比較例の第一粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ１、比較例の第二粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ２を、実施例１と同様の方法によって測定した。測定結果を表１に示す。

そして、枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２において、それぞれ、ピン接合片４１と剛接合片１２との間に、上記した比較例の第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーを取り付け、実施例１と同様に、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。なお、比較例の枠組フレーム１においては、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値が１．０３に調整されていることになり、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値が１．０３に調整されていることになる（表１参照）。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式１０に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

表１より、枠組フレーム１の第一粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１、枠組フレーム１の第二粘弾性ダンパー取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１、損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２、損失係数ｔａｎδ２が、本発明の条件を満たすように調整された実施例１〜４の枠組フレームにおいては、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１，ｔａｎδａ／ｔａｎδ２がいずれも５０％以上となり、良好な減衰特性を発現し得ることが分かる。これに対して、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋ’ｄｓ１，ｔａｎδ１，Ｋ’ｄｓ２，ｔａｎδ２が、本発明の条件を満たさない比較例の枠組フレームにおいては、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１，ｔａｎδａ／ｔａｎδ２がいずれも５０％未満となり、良好な減衰特性を発現し得ないことが分かる。また、表１、表２より、実施例１〜４における枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレーム１の許容水平耐力Ｆｓ（３０ｋＮ）に比べて十分に小さくなっていることが分かる。

なお、本発明の軽量鉄骨住宅の制震構造の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、枠組フレームや粘弾性ダンパー等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

たとえば、本発明においては、粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓの値を枠組フレームの取付剛性Ｋｂｓの値に合わせて適宜調整することが可能である。それゆえ、粘弾性ダンパーの特性を、用途に合わせて適宜変更することができる。したがって、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系等の各種の高分子化合物を粘弾性体として好適に用いることができる。また、粘弾性ダンパーも、上記実施形態の如く、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものに限定されず、芯プレートと一対の外プレートとの間に粘弾性体を介在させたものや、表裏一対のプレートの間に粘弾性体を介在させたもの等に変更することも可能である。

加えて、本発明の制震構造に採用される枠組フレームは、上記実施形態の如く水平材の上下に同一の構造を有する粘弾性ダンパーを取り付けたものに限定されず、構造や特性の異なる粘弾性ダンパーを取り付けたものに変更することも可能である。かかる場合でも、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２，ｔａｎδ１，ｔａｎδ２が上記所定の関係を満たすように調整されていれば、枠組フレームは十分な減衰性能を発揮することができるものとなる。

本発明の枠組フレームを直列水平換算バネとしてモデル化して示す説明図である。 本発明の枠組フレームを示す模式図である。 実施例１の枠組フレームの正面図である。 （ａ）は実施例１の第一粘弾性ダンパー（第二粘弾性ダンパー）の正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 実施例２の枠組フレームの正面図である。 （ａ）は実施例２の第一粘弾性ダンパー（第二粘弾性ダンパー）の正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 実施例３の枠組フレームの正面図である。 実施例４の枠組フレームの正面図である。

符号の説明

１・・枠組フレーム、２・・柱材、３・・横架材、４・・中桟、５ａ，１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ・・第一粘弾性ダンパー、５ｂ，１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ・・第二粘弾性ダンパー、６・・外筒部材、７・・内芯部材、８・・粘弾性体。

Claims (3)

1. 左右の柱材と上下の横架材とから構成される枠組フレームに、内部を上下に二分割する中桟を架設し、その中桟の上下において、片側の柱材と中桟との仕口と、反対側の柱材と上側の横架材との仕口とを結ぶように第一粘弾性ダンパーを傾斜状に設置するとともに、その第一粘弾性ダンパーに対して中桟を中心として上下対称となるように、第二粘弾性ダンパーを、片側の柱材と中桟との仕口と、反対側の柱材と下側の横架材との仕口とを結ぶように傾斜状に設置した軽量鉄骨住宅の制震構造であって、
   層間変形角が１／２００ｒａｄである場合に、下式１〜６を満たすことを特徴とする軽量鉄骨住宅の制震構造。
   ４０ｋＮ／ｃｍ≦Ｋｂｓ１≦２００ｋＮ／ｃｍ ・・１
   ４０ｋＮ／ｃｍ≦Ｋｂｓ２≦２００ｋＮ／ｃｍ ・・２
   １．５≦Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１≦１０ ・・３
   １．５≦Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２≦１０ ・・４
   ｔａｎδ１≧０．６ ・・５
   ｔａｎδ２≧０．６ ・・６
   （但し、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性であり、Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性であり、ｔａｎδ１，ｔａｎδ２は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの損失係数、第二粘弾性ダンパーの損失係数である）
2. 層間変形角が１／１００ｒａｄである場合に、下式７を満たすことを特徴とする請求項１に記載の軽量鉄骨住宅の制震構造。
   Ｆｄｓｍａｘ＜Ｆｓ ・・７
   （但し、Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Ｆｓは、枠組フレームの許容水平耐力である）
3. 前記第一粘弾性ダンパーおよび前記第二粘弾性ダンパーが、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものであることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の建物の制震構造。

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