JP2006322158A - 耐震ダンパーおよび木造骨組耐震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 木造住宅などの木造骨組の耐震性を容易に高めることができる耐震ダンパー、およびこの耐震ダンパーが取り付けられた木造骨組耐震構造を提供する。
【解決手段】 土台４１と、土台４１に対して垂直に組み付けられた第１柱４２とを具える木造骨組４０に対して、土台４１と第１柱４２とを連結するように取り付けられ、木造骨組４０の耐震性を高める耐震ダンパー１であって、鉛からなる棒状のダンパー本体部１０と、ダンパー本体部１０の両端に設けられ、木造骨組４０に取り付けられる取付部２０、２０と、ダンパー本体部１０に外装され、ダンパー本体部１０の座屈を防止する座屈防止管３１と、を備え、ダンパー本体部１０と土台４１とのなす取付角度が３０°〜６０°に設定されている耐震ダンパー１である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、木造骨組に取り付けられることで、その耐震性を高める耐震（制震）ダンパー、およびこの耐震ダンパーが取り付けられた木造骨組耐震（制震）構造に関する。

わが国において地震は多数発生するため、住宅などを含む建築物の耐震に関して、研究開発が盛んである（特許文献１参照）。一方、わが国には在来軸組み構法、２×４構法などによる木造住宅（木造建築物）が多数ある。
特開２００１−９０３７９号公報（段落番号００１５〜００４１、図５、図６）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、壁の枠体間にダンパーを設けているため、柱と梁を備える一般的な壁体や、柱や梁に固定された壁パネルにダンパーを取り付けることは困難であった。すなわち、在来軸組み構法などによる木造住宅に、特許文献１の耐震技術を適用するには、大掛かりな改修工事が必要であった。

そこで、本発明は、木造住宅などの木造骨組の耐震性を容易に高めることができる耐震ダンパー、およびこの耐震ダンパーが取り付けられた木造骨組耐震構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、当該水平材に対して垂直に組み付けられたたて材とを具える木造骨組に対して、前記水平材と前記たて材とを連結するように取り付けられ、前記木造骨組の耐震性を高める耐震ダンパーであって、鉛からなる棒状のダンパー本体部と、前記ダンパー本体部の両端に設けられ、前記木造骨組に取り付けられる取付部と、を備えたことを特徴とする耐震ダンパーである。

このような耐震ダンパーによれば、その両端側の取付部を、木造骨組の水平材とたて材とにそれぞれ取り付けることで、水平材とたて材とが連結される。さらに説明すると、木造住宅の耐震補強を望む壁体に対して、その壁体の表面の壁パネルを部分的に取り除いた後、壁体を構成する木造骨組に耐震ダンパーを取り付けることができる。すなわち、大掛かりな改修工事をせずに、耐震ダンパーを木造骨組に取り付けることができる。

そして、このように耐震ダンパーが取り付けられた木造骨組、つまり、木造骨組耐震構造によれば、地震などの横揺れによって、水平材の長手方向に木造骨組耐震構造が振動した場合、ダンパー本体部に引張応力（軸力）が作用する。そうすると、鉛からなるダンパー本体部がその引張応力を吸収し、その結果として、木造骨組耐震構造の耐震性が高くなる。

請求項２に係る発明は、前記ダンパー本体部に外装され、当該ダンパー本体部の座屈を防止する座屈防止カバーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の耐震ダンパーである。

このような耐震ダンパーによれば、座屈防止カバーによって、ダンパー本体部の座屈を防止することができる。

請求項３に係る発明は、前記ダンパー本体部と前記水平材とのなす取付角度が３０°〜６０°に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐震ダンパーである。

このような耐震ダンパーによれば、ダンパー本体部と水平材とのなす取付角度が３０°〜６０°に設定されていることにより、ダンパー本体部に引張応力を好適に作用させることができる。

請求項４に係る発明は、水平材と、前記水平材に対して垂直に組み付けられた第１たて材および第２たて材と、を具える木造骨組と、当該木造骨組に取り付けられた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の耐震ダンパーを２つと、を備え、前記２つの耐震ダンパーの一方は前記水平材と前記第１たて材とを連結しており、前記２つの耐震ダンパーの他方は前記水平材と前記第２たて材とを連結しており、前記一方と前記他方とは、互いに逆向きとなっていることを特徴とする木造骨組耐震構造。

このような木造骨組耐震構造によれば、２つの耐震ダンパーが、互いに逆向きとなっていることにより、２つの耐震ダンパーのダンパー本体部に交互に引張応力が作用する。これにより、木造骨組の耐震性を効率的に高めることができる。

本発明によれば、木造住宅などの木造骨組の耐震性を容易に高めることができる耐震ダンパー、およびこの耐震ダンパーが取り付けられた木造骨組耐震構造を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る木造骨組耐震構造および耐震ダンパーについて、図１から図４を参照して説明する。参照する図面において、図１は、本実施形態に係る木造骨組耐震構造の斜視図である。図２は、本実施形態に係る木造骨組耐震構造の側面図である。図３は、本実施形態に係る耐震ダンパーおよびその取付状況を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る耐震ダンパーの斜視図である。
なお、本実施形態では、軸組み構法で構築された木造住宅の１階の壁体内の木造骨組に、耐震ダンパーを取り付けてなる木造骨組耐震構造を例示する。

≪木造骨組耐震構造の構成≫
図１および図２に示すように、本実施形態に係る木造骨組耐震構造Ｓは、木造骨組４０と、これに取り付けられた２つの耐震ダンパー１、１と、を主に備えている。

＜木造骨組＞
木造骨組４０は、軸組み構法で構築された木造住宅の１階の壁体内の骨組であって、土台４１（水平材）と、土台４１に立設された第１柱４２（第１たて材）、第２柱４３（第２たて材）および第３柱４４と、耐震性を高める２本の筋かい４６、４６（斜材）と、胴差４５とを主に備えている。第１柱４２、第２柱４３および第３柱４４は、土台４１および胴差４５に対して垂直に組み付けられている。第３柱４４は、第１柱４２と第２柱４３との中間に位置している。すなわち、第３柱４４は、第１柱４２と第２柱４３との中間の中心線ｍ上に配置している。
筋かい４６、４６は、第１柱４２または第２柱４３の上端部と、第３柱４４の下端部とを、それぞれ斜めに連結している。

＜耐震ダンパー＞
２つの耐震ダンパー１、１のうち、図２における左側の耐震ダンパー１（一方）は、土台４１と第１柱４２とを連結しており、右側の耐震ダンパー１（他方）は第３柱４４側の土台４１と第２柱４３を連結している。また、２つの耐震ダンパー１、１は、第１柱４２と第２柱４３の中心線ｍに対して、線対称となっている。すなわち、２つの耐震ダンパー１、１は、互いに逆向きとなっている。
各耐震ダンパー１は、図３に示すように、後記する取付部２０の額板２１を、その外側から土台４１、第１柱４２または第２柱４３に、金具２３、２３で押さえつけ、金具２３、２３を皿ねじ（図示しない）等で土台４１、第１柱４２または第２柱４３に固定することによって、それぞれ取り付けられている。

［耐震ダンパーの構成］
次に、耐震ダンパー１について、図３および図４を主に参照して説明する。
図３および図４に示すように、耐震ダンパー１は、ダンパー本体部１０と、ダンパー本体部１０の両端にそれぞれ設けられた取付部２０、２０と、座屈防止管３１（座屈防止カバー）とを主に備えている。ダンパー本体部１０および取付部２０、２０は、高純度の鉛（ＪＩＳ Ｈ２１０５−１９５５、特種）から形成されている。そして、ダンパー本体部１０の両端に取付部２０、２０が接合され、ダンパー本体部１０と取付部２０、２０とは一体となっている。

（ダンパー本体）
ダンパー本体部１０は、鉛製の棒状体である。したがって、ダンパー本体部１０は適度な延性を有している。これにより、地震などによって横揺れが発生し、木造骨組４０が胴差４５の長手方向に変形し、ダンパー本体部１０に引張応力（軸力）が作用した場合、ダンパー本体部１０が、この引張応力を吸収して伸張し、横揺れを吸収するようになっている。その結果として、木造骨組４０の耐震性が高められている。
ダンパー本体部１０の長さおよび外径（太さ）は、木造骨組４０に対して相対的に設定される。例えば、軸組み構法で構築された一般的な木造住宅の木造骨組４０の場合、ダンパー本体部１０の長さは１０００ｍｍ、ダンパー本体部１０の外径は３０ｍｍに設定される。ダンパー本体部１０の外径が木造骨組４０の第１柱４２などに対して大きすぎると、木造骨組４０の強度に対して、耐震ダンパー１の強度が高くなりすぎてしまい、木造骨組４０が変形し、破損してしまうからである。すなわち、木造住宅の木造骨組４０ではなく、神社や仏閣など太い骨格の木造骨組４０に耐震ダンパー１を取り付ける場合、ダンパー本体部１０の外径（太さ）を対応して大きくすることで、太い骨格の木造骨組４０に対応した強度の耐震ダンパー１とすることができる。

（取付部）
各取付部２０は、鉛製であり、土台４１（水平材）または第１柱４２、第２柱４３（たて材）に当接される額板２１と、額板２１の一面から突出した棒状を呈すると共に所定に曲がった曲部２２とを、主に備えている。

額板２１は本実施形態では円盤状を呈し、その直径は取り付けられる土台４１（水平材）または第１柱４２、第２柱４３（たて材）の大きさ（幅など）に対して相対的に設定される。例えば、一般的な木造住宅の木造骨組４０（柱の断面寸法が１０５×１０５ｍｍ）に耐震ダンパー１が取り付けられる場合、その直径は８０ｍｍに、その厚さは１５ｍｍに設定される。

曲部２２の太さは、ダンパー本体部１０の太さと同一に設定されている。
また、曲部２２の曲がり程度は、耐震ダンパー１が木造骨組４０に取り付けられた際に、ダンパー本体部１０と、木造骨組４０の土台４１（水平材）とのなす取付角度θ１が、３０°〜６０°に設定されるように曲がっている。取付角度θ１が６０°より大きい場合、または、取付角度θ１が３０°より小さい場合、ダンパー本体部１０に引張応力（軸力）が良好に作用せず、ダンパー本体部１０が地震の横揺れによる振動エネルギーを吸収しにくくなるからである。特に、本願発明者らは、取付角度θ１が４５°であると望ましいことを見出している。

（座屈防止管）
座屈防止管３１は、ダンパー本体部１０に外装されると共に、その内径はダンパー本体部１０の外径よりも大きめに設定されている。これにより、ダンパー本体部１０は、座屈防止管３１に拘束されずに、その長手方向に伸張可能となっている。具体的には、例えばダンパー本体部１０の外径が３０ｍｍの場合、座屈防止管３１の内径は４３ｍｍに設定される。
また、座屈防止管３１の長さは、ダンパー本体部１０の長さに対して、やや短く設定される。例えば、ダンパー本体部１０の長さが１０００ｍｍの場合、座屈防止管３１の長さは８８０〜９００ｍｍに設定される。

座屈防止管３１は鉄などから形成され所定の剛性を有している。これにより、ダンパー本体部１０が大きく変形して、座屈しないようになっている。したがって、ダンパー本体部１０が座屈して、木造骨組耐震構造Ｓを内部に備える壁体の外に、座屈したダンパー本体部１０が飛び出さないようになっている。
このように座屈防止管３１が所定の剛性を有するための具体的な手法としては、座屈防止管３１の周壁の厚さを、所定（例えば１．５ｍｍ）に設定する方法や、座屈防止管３１を鉄等の金属から形成する方法などが挙げられる。

［耐震ダンパーの作製方法］
次に、耐震ダンパー１の一作製（製造）方法について説明する。
耐震ダンパー１の作製方法は、ダンパー本体部１０および取付部２０を作製する第１工程と、ダンパー本体部１０を座屈防止管３１に挿通し、ダンパー本体部１０に座屈防止管３１を外装する第２工程と、ダンパー本体部１０の両端に取付部２０、２０をそれぞれ接合する第３工程と、を含んでいる。

（第１工程）
ダンパー本体部１０については、押し出し成型により、ダンパー本体部１０の外径と同一の外径の鉛製シャフトを作製する。次いで、この鉛製シャフトを所定長さで切断し、ダンパー本体部１０を得る。
取付部２０については、その額板２１および曲部２２の形状に対応した金型（鋳型）に、鉛湯（鉛を溶融させたもの）を流し込み、鋳造品を得る。この鋳造の際、金型は２８０℃以上（好ましくは３００〜３１０℃）に、鉛湯は４８０℃以上（好ましくは５００〜５１０℃）に設定することが好ましい。次いで、この鋳造品を所定温度（例えば３００〜３１０℃）に加熱し、鍛造型によって圧力を加えて鍛造（成形）し、取付部２０を得る。

（第２工程）
そして、ダンパー本体部１０を座屈防止管３１に挿通し、ダンパー本体部１０に座屈防止管３１を外装する。ここで、次の第３工程において、座屈防止管３１が外装されたまま、ダンパー本体部１０の両端に取付部２０、２０を接合するため、座屈防止管３１の不要な相対的な移動を防止するために、ダンパー本体部１０と座屈防止管３１とを一時的に仮止めしてもよい。

（第３工程）
ダンパー本体部１０の両端と、各取付部２０の曲部２２の先端とを、それぞれ溶接する。そうすると、耐震ダンパー１を得ることができる。

≪木造骨組耐震構造の作用効果≫
次に、このように耐震ダンパー１を備えた木造骨組耐震構造Ｓの作用効果について説明する。
耐震ダンパー１および木造骨組耐震構造Ｓが簡易な構成であるため、耐震補強を望む木造住宅の壁体に対して、その壁体の表面の壁パネルを部分的に取り除き、内部の断熱材などを除去した後、壁体を構成する木造骨組４０に耐震ダンパー１、１を取り付けることができる。すなわち、大掛かりな改修工事をせずに、耐震ダンパー１、１を木造骨組４０に取り付けて、木造骨組耐震構造Ｓを構築することができる。

図２に示すように、耐震ダンパー１、１が中心線ｍに対して線対称で、つまり、互いに逆向きで配置しているため、地震の横揺れによって、木造骨組耐震構造Ｓが土台４１の長手方向に振動し、第１柱４２が土台に対して左側に傾こうとした場合、図２における左側の耐震ダンパー１に引張応力が作用する。そうすると、左側の耐震ダンパー１のダンパー本体部１０が伸びることによって、この引張応力を吸収する。一方、右側の耐震ダンパー１に圧縮応力が作用する。ここで、この圧縮応力が大きい場合、右側の耐震ダンパー１が左上方向または右下方向に移動しようとするが、右側の耐震ダンパー１の座屈防止管３１によって、ダンパー本体部１０の座屈が防止される。
これとは逆に、第２柱４３が右側に傾こうとした場合、図２における右側の耐震ダンパー１に引張応力が作用し、左側の耐震ダンパー１には圧縮応力が作用する。
すなわち、木造骨組耐震構造Ｓに作用する横揺れを、互いに逆向きに位置した耐震ダンパー１、１が交互に吸収する。その結果として、木造骨組耐震構造Ｓの耐震性は、従来の木造骨組に対して飛躍的に高くなる。

以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

前記した実施形態では、筋かい４６、４６を備える木造骨組４０に耐震ダンパー１、１を取り付けて、木造骨組耐震構造Ｓを構成したが、筋かい４６、４６を備えない木造骨組４０に耐震ダンパー１、１を取り付けてもよい。

前記した実施形態では、耐震ダンパー１によって、土台４１（水平材）と、第１柱４２または第２柱４３とを、連結する場合について説明したが、胴差４５（水平材）と第１柱４２または第２柱４３とを、連結してもよい。

前記した実施形態では、２つの耐震ダンパー１、１を使用し、これを互いに逆向きに配置した木造骨組耐震構造Ｓについて説明したが、１つの耐震ダンパー１のみを備えた木造骨組耐震構造Ｓであってもよい。

前記した実施形態では、木造住宅の１階部分の木造骨組４０に耐震ダンパー１を取り付ける場合について説明したが、その他に例えば、木造住宅の２階部分の木造骨組に耐震ダンパー１を取り付けてもよい。

前記した実施形態では、軸組み構法で構築された木造骨組４０に耐震ダンパー１を取り付ける場合について説明したが、木造骨組の構築方法はこれに限定されず、例えば２×４構法であってもよい。

前記した実施形態では、ダンパー本体部１０の座屈を防止する座屈防止カバーとして、筒状の座屈防止管３１を使用した場合について説明したが、座屈防止カバーはこれに限定されず、その他に例えば、鉄板を丸めて筒状にし、この筒状を適宜な金具で保持して座屈防止カバーとしてもよいし、断面が「Ｕ（またはコ）」の字形の鉄製部材を座屈防止カバーとしてもよい。このような場合、ダンパー本体部１０と取付部２０、２０とを接合した後に、座屈防止カバーを取り付けることができる。

前記した実施形態では、取付部２０の作製において、曲部２２の曲がりに対応した鋳型を使用したが、これに限定されず、鋳物をゴム製ハンマーなどで叩いて曲げ、曲部２２を作製してもよい。

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。

（１）実施例１
（１−１）木造骨組耐震構造
表１に示すように、筋かい４６、４６を備えない木造骨組４０に、耐震ダンパー１を、図２に示す位置に２つ取り付けて、実施例１に係る木造骨組耐震構造Ｓを作製した。耐震ダンパー１、木造骨組４０の仕様は表１に示す通りである。また、各耐震ダンパー１のダンパー本体部１０と、土台４１とのなす取付角度θ１は４５°に設定した。

（１−２）木造骨組耐震構造の静的載荷試験
実施例１に係る木造骨組耐震構造Ｓの土台４１を固定し、次いで、胴差４５にロードセルの受感シャフトを取り付けた。そして、地震の横揺れを想定し、油圧ジャッキにより、ロードセル本体を胴差４５の長手方向に１ｃｍ刻みで複数サイクルにて往復振動させた。この振動において、木造骨組耐震構造Ｓからロードセルに作用する荷重と、胴差４５の長手方向における変位量とから、実施例１に係る変位−荷重曲線を求めた。また、各サイクルにおける変位−荷重曲線で囲まれた面積から、変位量に対する履歴エネルギーを求めた。さらに、各サイクルおいて、変位量と履歴エネルギーとの関係を図９に示す。

（２）実施例２
表１に示す仕様の座屈防止管３１を備える耐震ダンパー１を使用して、実施例２に係る木造骨組耐震構造を作製した。その他は、実施例１と同じである。

（３）実施例３
筋かい４６、４６を備える木造骨組４０に、耐震ダンパー１、１を取り付けて実施例３に係る木造骨組耐震構造Ｓを作製した。その他は、実施例１と同じである。

（４）実施例４
表１に示す仕様の座屈防止管３１を備える耐震ダンパー１を使用して、実施例４に係る木造骨組耐震構造を作製した。その他は、実施例３と同じである。

（５）比較例１
筋かい４６、４６を備えない木造骨組４０を比較例１とし、実施例１と同様に静的載荷試験を行った。

（６）評価
（６−１）実施例１と比較例１
図５、図８に示すように、耐震ダンパー１を備える実施例１に係る変位−荷重曲線に囲まれた面積は、比較例１（木造骨組４０のみ）に係る変位−荷重曲線に囲まれた面積に対して、大きくなっていることにより、実施例１に係る木造骨組耐震構造Ｓの耐震性は高くなっていることがわかる。
このことは、図９に示すように、実施例１に係る履歴エネルギーが、比較例１に係る履歴エネルギーより高くなっていることからも明らかである。

（６−２）実施例１と実施例２
実施例１に対して、座屈防止管３１を備えた実施例２は、図６に示す変位−荷重曲線に囲まれた面積が、実施例１に係る図５の面積に対して小さくなっておらず、また、図９に示すように、履歴エネルギーが高くなっていることにより、座屈防止管３１の影響を受けずに、ダンパー本体部１０の良好に伸張して引張応力を吸収したことがわかる。

（６−３）実施例１と実施例３
図９より明らかなように、実施例１に対して、筋かい４６、４６を備えた実施例３は、履歴エネルギーが高くなっていることにより、その耐震性が高いことがわかる。

（６−４）実施例４
図７および図９より明らかなように、座屈防止管３１と筋かい４６との両方を備えた実施例４は、実施例１〜３および比較例１よりも耐震性が高いことがわかる。

本実施形態に係る木造骨組耐震構造の斜視図である。 本実施形態に係る木造骨組耐震構造の側面図である。 本実施形態に係る耐震ダンパーおよびその取付状況を示す斜視図である。 本実施形態に係る耐震ダンパーの斜視図である。 実施例１に係る木造骨組耐震構造の変位−荷重曲線である。 実施例２に係る木造骨組耐震構造の変位−荷重曲線である。 実施例４に係る木造骨組耐震構造の変位−荷重曲線である。 比較例１に係る木造骨組の変位−荷重曲線である。 実施例１〜４に係る木造骨組耐震構造、比較例１に係る木造骨組において、変位量と履歴エネルギーとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 耐震ダンパー
１０ ダンパー本体部
２０ 取付部
２１ 額板
２２ 曲部
３１ 座屈防止管（座屈防止カバー）
４０ 木造骨組
４１ 土台（水平材）
４２ 第１柱（第１たて材）
４３ 第２柱（第２たて材）
４４ 第３柱
４５ 胴差（水平材）
Ｓ 木造骨組耐震構造
ｍ 中心線
θ１ 取付角度

Claims (4)

1. 水平材と、当該水平材に対して垂直に組み付けられたたて材とを具える木造骨組に対して、前記水平材と前記たて材とを連結するように取り付けられ、前記木造骨組の耐震性を高める耐震ダンパーであって、
   鉛からなる棒状のダンパー本体部と、
   前記ダンパー本体部の両端に設けられ、前記木造骨組に取り付けられる取付部と、
   を備えたことを特徴とする耐震ダンパー。
2. 前記ダンパー本体部に外装され、当該ダンパー本体部の座屈を防止する座屈防止カバーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の耐震ダンパー。
3. 前記ダンパー本体部と前記水平材とのなす取付角度が３０°〜６０°に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐震ダンパー。
4. 水平材と、前記水平材に対して垂直に組み付けられた第１たて材および第２たて材と、を具える木造骨組と、
   当該木造骨組に取り付けられた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の耐震ダンパーを２つと、
   を備え、
   前記２つの耐震ダンパーの一方は前記水平材と前記第１たて材とを連結しており、
   前記２つの耐震ダンパーの他方は前記水平材と前記第２たて材とを連結しており、
   前記一方と前記他方とは、互いに逆向きとなっていることを特徴とする木造骨組耐震構造。

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