JP2008082029A - 耐力フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】建築物の構造体に取付けるだけで、優れた制震性能が発揮され、平面プランなどに制約されることなく、優れた制震性能の建築物を簡単な施工で構築できる耐力フレームを提供する。
【解決手段】建築物の構造体に取付けることにより、構造体の水平耐力を補強する耐力フレームであって、矩形状の外周枠と、この外周枠の内側に設けられた取付部と、平板状の制震部材とを具え、前記制震部材は、平行に配される複数枚の剛性板材が、その間に介在する層状の粘弾性体により接着されて構成されるとともに、前記各剛性板材には、その側端縁部が左右交互に延出した取付片が形成され、前記各剛性板材は、その取付片の少なくとも上下二箇所において取付部に固着されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の構造体に取付けられ、地震時等の震動エネルギーを減衰することによって建築物の制震機能を高める耐力フレームに関する。

従来より、建築物の地震時などにおける横揺れを制御してエネルギーを減衰する手段として、横揺れによって周期的に動く可動箇所に粘弾性体を介在させ、この粘弾性体に繰り返し応力を負荷させることによって、震動エネルギーを減衰する制震装置が知られている。

例えば、建築物の梁部材に固定した壁部材の側面と、柱のそれぞれから、相対移動可能に重畳できる動作片を水平方向に突設し、この動作片間に粘性体を一体に介装することにで、地震あるいは風等により建築物に揺れが生じた際、これに伴って発生する構造体同士あるいは動作片同士の相対移動によって生じる粘性体の変形で、震動エネルギーを吸収することにより制震効果を発生させる制震装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特公平５−２４３０５号公報

しかしながら、この種従来の制震装置は、柱、壁、梁など向き合う建物構造体に、一対の動作片を直接取付けるとともに、動作片の間に粘弾性体を介装して構成するものであることから、装置自体が大型化して、壁厚が大きくなったり、開口部の位置、大きさが制限されるなど平面プランが制約を受けがちであった。また反対にプラン上の制約から制震効果を発揮する上で効果的な位置に装置を設置できない場合も多くあり、制震効果を充分にえることができないという問題がある。また前記のように装置自体が複雑で大型化することから、これを建築物に組込む作業に熟練を要するなど建築の施工性が低下し、更にはメンテナンスにも手間がかかっていた。

本発明の耐力フレームは、外周枠の内側に設けた取付部に、平行に配される複数枚の剛性板材を層状の粘弾性体により接着して構成される制震部材を取付けて構成することを基本とし、建築物の構造体に取付けるだけで、優れた制震性能が発揮され、平面プランなどに制約されることなく、優れた制震性能の建築物を簡単な施工で構築できる耐力フレームの提供を課題としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、建築物の構造体に取付けることにより、構造体の水平耐力を補強する耐力フレームであって、矩形状の外周枠と、この外周枠の内側に設けられた取付部と、平板状の制震部材とを具え、前記制震部材は、平行に配される複数枚の剛性板材が、その間に介在する層状の粘弾性体により接着されて構成されるとともに、前記各剛性板材には、その側端縁部が左右交互に延出した取付片が形成され、前記各剛性板材は、その取付片の少なくとも上下二箇所において取付部に固着されることを特徴とする。

請求項２に係る発明において、前記外周枠は、左右に平行に配された一対の竪枠と、左右の竪枠の上端部間に水平に架け渡された上枠と、左右の竪枠の下端部間に架け渡された下枠と、前記上枠、下枠の中間部の間に取付けられた縦長で、かつ制震部材の面に直行方向に向き合う一対の添え材とを具え、前記一対の添え材は、各々が制震部材の表裏両面に沿って配設されることを特徴とする。

請求項３に係る発明において、前記一対の添え材は、繋ぎ材によって連結され、請求項４に係る発明では、前記外周枠の表面に、パネル面材が張設され、前記添え材とパネル面材との間にスペーサーが介装され、パネル面材に直行する方向への添え材の変形がパネル面材によって抑制されることを特徴とする。

請求項５に係る発明において、前記外周枠は、左右に平行に配された一対の竪枠と、左右の竪枠の上端部間に水平に架け渡された上枠と、左右の竪枠の下端部間に架け渡された下枠と、前記上枠、下枠の中間部の間に取付けられた垂直な中間枠とを具え、前記剛性板材の取付片は、中間枠の表面からなる取付部に固着されることを特徴とする。

請求項６に係る発明では、前記外周枠の表面にパネル面材が張設されるとともに、前記パネル面材の裏面が中間枠によって支持され、請求項７に係る発明では、前記取付部は、制震部材と平行に向き、かつ前記粘弾性体を挟んで向き合う剛性板材の間隙と略同厚の板部材によって形成され、制震部材は、一対の剛性板材が取付部に外挿した状態で取付部に固着されることを特徴とする。

請求項８に係る発明において、前記取付部は、前記竪枠と上枠、又は前記竪枠と下枠とを連結する連結プレートによって形成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、地震、或いは風荷重を受けて建築物が横揺れする時、構造体に取付けられた耐力フレームには、揺れに追従して変形が発生する。その結果耐力フレームに固着され、粘弾性体によって接着された複数枚の剛性板材間に相対移動が生じることから、粘弾性体には面方向に沿って、周期的にズレ方向が逆方向に変化する剪断力が発生する。そのため、地震時等、建築物に発生する震動エネルギーが吸収されて減衰し、優れた制震効果が得られる。

特に各剛性板材は、耐力フレームの取付片に対し上下二箇所において固着され、建築物の横揺れに対して、粘弾性体によって接着された複数枚の剛性板材間には、上下方向の相対移動が生じることから、耐力フレームは縦長のものが、納まり良く好適に構成できる。そのため、開口部、出入り口などを避けるため縦長に割り付けられる壁領域に、耐力フレームを支障なく、取付けできる。しかも制震部材を矩形状の外周枠の内側に取付けて構成されることから、建築規模、構造の種類などに応じた個数を建築物の構造体に取付けることによって、必要な制震機能を得ることができるため、施工性に優れるとともに高い精度の制震性能が得られる。

請求項２に係る発明のように、制震部材の表裏両面に沿う添え材を設けると、周期的に方向が替わる剪断力が制震部材に繰り返し作用する際、粘弾性体を挟んで重なった領域が面外に変形しようとしても、添え材によって支持されて変形が阻止されることから、粘弾性体によって規則的な剪断変形が繰り返し発生し、そのため確実なエネルギー吸収効果を発揮でき、優れた制震効果が得られる。

請求項３に係る発明のように、繋ぎ材によって添え材相互を連結すると、双方の添え板が協働して制震部材の面外への変形を確実に阻止できる。また請求項４に係る発明のように、添え材とパネル面材との間にスペーサーを介装して、パネル面材に直行する方向への添え材の変形をパネル面材によって抑制できるように構成すると、制震部材の剪断変形がより確実に支持されることから、優れた制震効果を発揮できる。

請求項５に係る発明のように、剛性板材の取付片を、前記上枠、下枠の中間部の間に取付けられた垂直な中間枠の表面からなる取付部に固着して構成すると、外周枠内側の中間枠によって分割した各領域に、小割りの制震部材を取り付けることにより、複数に分割された小面積の制震部材が協働して、その結果全体として複合して安定した制震能力が発揮できる。

請求項６に係る発明のように、パネル面材の裏面を、中間枠によって支持するように構成すると、パネル面材の反り、割れなどの変形を有効に防止できるとともに、中間枠の方もパネル面材によって支持補強されることから、剛性板材の剪断変形を一層確実に支持できる。

請求項７に係る発明のように、制震部材と平行に向き、かつ前記粘弾性体を挟んで向き合う剛性板材の間隙と略同厚の板部材によって取付部を形成するとともに、制震部材を一対の剛性板材が取付部に外挿した状態で取付部に固着すると、制震部材を安定して取付けできるため、取り付け部の緩みによる振動なども防止されるとともに、安定した制震効果が得られる。

請求項８に係る発明のように、前記竪枠と上枠、又は前記竪枠と下枠とを連結する連結プレートによって取付部を形成すると、制震部材の取付強度が安定するとともに、部品点数が減少することから合理的な構造となる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１に示すように、耐力フレーム１は、矩形状の外周枠３と、この外周枠３の内側に設けられた取付部４と、外周枠３の内側で取付部４に固着される制震部材５とを具える。

前記外周枠３は、本形態では、左右に平行に配された一対の竪枠９、９と、この竪枠９、９の上端部間に水平に架け渡された上枠１０と、竪枠９、９の下端部間に架け渡された下枠１１と、上枠１０、下枠１１の中間部分、本形態では中央部の間に取付けられた垂直な中間枠１６とからなる。本形態の竪枠９、上枠１０及び下枠１１は、角鋼管を用いて構成される。

また竪枠９の上端部、及び上枠１０の側端部に、垂直方向のスリットが形成されるとともに、双方のスリットに鋼板を用いた連結プレート１７が挿入されるとともに溶接で一体化される。このように連結プレート１７を介して竪枠９と上枠１０とが連結される。本形態では、この連結プレート１７の外周枠３の内側に張り出した領域によって取付部４が形成される。更には竪枠９及び連結プレート１７の上部に、上向きの螺孔２１を有する水平な固着板２２が溶着される。

竪枠９の下端部と下枠１１の側端部との間も、同様にして連結プレート１７を介して連結され、連結プレート１７の外周枠３の内側領域によって取付部４が形成される。そして竪枠９及び連結プレート１７の下部には、下向きの取付孔（図示せず）を設けた固着ボックス２３が溶着されている。

また本形態では図２に示すように、竪枠９を上下方向に三等分する高さに、前記上下の連結プレート１７に並ぶ二段の中間プレート２４が溶着され、この中間プレート２４によって中間の取付部４が形成される。このように本形態では、連結プレート１７の外周枠３の内側の領域からなる取付部４と、前記中間の取付部４と、更に前記中間枠１６の表面で形成される取付部４とを含んで、合計３種類の取付部４が形成される。

前記制震部材５は図４に示すように、平行に配置された複数枚（本形態では３枚）の剛性板材６によって構成される。各々の剛性板材６の間には、層状をなす粘弾性体７が介在し、この粘弾性体７によって剛性板材６相互が接着され、全体として平板状を構成する。また各剛性板材６は千鳥状に左右に位置ズレして配置することにより、その側縁端部が交互に側方へ延出している。このように剛性板材６が左右に延出した領域によって、取付片８が形成されている。

剛性板材６は、厚さが例えば、０．５〜１０．０ｍｍ程度、好ましくは１．５〜５．０ｍｍ、本形態では２．３ｍｍの炭素鋼板が用いられる。この他ステンレス鋼、合金鋼を含む鉄鋼材料、或いはアルミニウム、真鍮、銅、チタンなどの金属材料、純アルミに銅、マンガン、ケイ素、マグネシウムなどを添加したアルミニウム合金、純マグネシウムにアルミニウム、亜鉛、けい素、マンガンなど添加したマグネシウム合金、チタン合金などの軽量合金を用いることもできる。

前記粘弾性体７は、予め均一な厚さに成形され、かつ両面に粘着剤が塗布されたシート体を用いると、制震部材５組立の作業性、及び寸法精度など品質安定の上で好ましい。粘弾性体７の厚さは、例えば、０．５〜１０．０ｍｍ程度、好ましくは１．０〜５．０ｍｍ、本形態では２．０ｍｍとしている。粘弾性体７としては、例えばアスファルトとゴムとの混合物、天然ゴム、合成ゴム、軟質樹脂、シリコン系粘性体などを好適に用いることができる。

図４に示すように本形態の制震部材５は、３枚の剛性板材６を積層して構成され、従って、一方の側部に小間隙を隔てて向き合うダブルの取付片８、８が形成され、反対側にはシングルの取付片８を形成している。しかも前記制震部材５の横幅は、外周枠３の竪枠９と中間枠１６の間隔と略同じ大きさに形成される。このように構成された制震部材５は図１、３に示すように、前記シングルの取付片８側を前記中間枠１６側に向けた状態で、前記外周枠３の左右の竪枠９と中間枠１６との間に各々上下３枚を連続的に配置している。そして前記シングルの取付片８は、中間枠１６の表面からなる取付部４に重ねるとともに、上下二箇所において、ボルトナットからなる固着具２６を用いて取付部４に固着している。尚取付片８を均等間隔の三箇所以上で固着すると、一層強度が安定化する点で好ましい。

図３に示すように前記連結プレート１７及び中間プレート２４からなる取付部４は、粘弾性体７を挟んで向き合う剛性板材６の間隙、即ちその先端で形成される前記ダブルの取付片８、８の間隙と略同厚の板部材を用いて構成される。従って、制震部材５のダブルの取付片８、８は、連結プレート１７、又は中間プレート２４からなる取付部４に外挿し、その状態でボルトナットからなる固着具２７によって上下二箇所において固着される。このように、制震部材５を構成する剛性板材６の端縁部よりなるダブルの取付片８、８が、取付部４に外挿固着されることから、取付箇所に緩みを生じることなく安定して取付られ、従って振動発生も防止されるとともに安定した制震効果が得られる。更には、取付片８を均等間隔の三箇所以上で固着することも良い。

また連結プレート１７からなる取付部４は、竪枠９と上枠１０、又は竪枠９と下枠１１とを連結する連結プレートの外周枠３内部の領域によって形成されることから、各部材が一体化して接合され、その結果制震部材５の取付強度が安定すると共に、部品数が減少して構造を合理化しうる点で好ましい。また前記の如く、外周枠３の内側を中間枠１６によって分割した各領域に、小割りに分割された制震部材５を取付けると、複数に分割された小面積の制震部材５の協働によって、安定した制震効果が発揮できる。

また本形態の耐力フレーム１は、縦長の外周枠３の内側に縦長の制震部材５を配置して構成している。そのため大きな振幅の横揺れに対しても、粘弾性体７の上下方向の相対移動は、制震部材の横／縦の比率に比例して減少する。従って振幅の大きな横揺れに対しても、粘弾性体７の変形許容範囲内で剪断変形することから、大地震に対しても安定した制震性能を発揮できる。また粘弾性体７の上下方向の相対移動が、揺れの振幅に比して小さく設定されることから、粘弾性係数の異なる多種類の粘弾性体７の中から最適特性のものを採用でき、その結果建築物毎に固有の耐震動特性に応じた耐震設計を容易になしうる点で好ましい。

本形態では図３に示すように、外周枠３の両側の表面にパネル面材１４を張設している。このパネル面材１４は、外周枠３と略同大の矩形状をなし、外周枠３の外側面に沿って配される木製の縦桟２８とともに外周枠３に対し固着される。このパネル面材１４は、石膏ボードの他、ケイ酸カルシウム板、フレキシブルボードなどの窯業系ボード、合板、木毛セメント板、木片セメント板などの木質系ボードが用いられる。更にこのパネル面材１４の裏面が、スペーサー２９を介して前記中間枠１６に支持される。前記スペーサー２９は中間枠１６とパネル面材１４の間隙に挿入される大きさを有し、中間枠１６及びパネル面材１４の双方に対して接着剤などを用いて固着される。このように中間枠１６によって裏面を支持することによって、パネル面材１４の反り、割れなどの変形を有効に防止できるとともに、中間枠１６自体がパネル面材１４によって支持補強されることから、剛性板材６の剪断変形を一層確実に支持できる点で好ましい。

このように構成された耐力フレーム１は、図１に示すように、竪枠９下部の固着ボックス２３を布基礎３０に埋設されたアンカーボルト３１に取付けるとともに、竪枠９上部の固着板２２を建築物の構造体２を構成する梁３２に取付けることにより、構造体２に固着され、この構造体２の水平耐力を補強する。即ち、地震時などに建築物の横揺れに伴って生じる耐力フレーム１の変形によって、粘弾性体７を介して接着積層された複数枚の剛性板材６間に相対移動が生じる。この動きにより、粘弾性体７には面方向に沿って、周期的にズレ方向が入れ替わる剪断力が発生するため、地震時等、建築物に発生する震動エネルギーが吸収されて減衰し、優れた制震効果が得られる。

前記の如く各剛性板材６は、外周枠３の取付片８に対し少なくとも上下の二箇所において固着されることによって、建築物の横揺れに対し、粘弾性体７を介して接着された複数枚の剛性板材６の間に、上下方向の相対移動が生じることから、耐力フレーム１自体は縦長のものが好適に構成される。その結果、開口部、出入り口などを避けるため縦長に割り付けられる建築物の壁領域に、耐力フレーム１を支障なく取付けることができる。しかも制震部材５が矩形状の外周枠３の内側に取付けて構成されることから、建築規模、構造の種類などに応じた個数の耐力フレーム１を建築物の構造体２の適宜位置に取付けることによって、必要な制震機能を得ることができることから、信頼性が高い制震性能が得られるとともに施工性に優れる。

図５、６は他の実施形態を例示している。以下異なる内容について説明し、それ以外は図中に表れた主要構成に同じ符号を付すだけとする。外周枠３は前記同様、一対の竪枠９、上枠１０、下枠１１を矩形状に枠組みしている。しかし本形態では、上枠１０の下面、下枠１１の上面から外周枠３内側へ互いに向き合ってのびる内フランジ３３を有する。また一方の竪枠９は前記同様、連結プレート１７の外周枠３の内側領域によって形成された取付部４と、２つの中間プレート２４からなる取付部４を設けているが、他方の竪枠９には、上下に亘り連続して外周枠３の内側へ向いてのびる側フランジ３４からなる取付部４を設けている。

更に前記上下の内フランジ３３の中間部（本形態では中央部）の間に縦にのびる一対の添え材１２が取付けられる。この添え材１２は図５、７に示すように、略長板状をなし、両側部が外側へ９０度小さく折れ曲がった小フランジを有して断面略コ字状をなす。そして、一対の添え材１２の間には、小間隙を設けて取付けられる。

図８に示すように本形態の制震部材５は前記同様、千鳥状に左右へ位置ズレしつつ平行に配置された３枚の剛性板材６を層状の粘弾性体７で接着して構成している。但し本形態の制震部材５は、その幅寸法が外周枠３の竪枠９間の幅と略同じ大きさに形成される。このように構成された制震部材５は、外周枠３の内側に上下に３枚が小間隔を隔てて配置される。そして、各々の制震部材５は、ダブルの取付片８、８を連結プレート１７、中間プレート２４からなる取付部４に外挿し、その状態でボルトナットからなる固着具２７によって上下二箇所において固着している。他方シングルの取付片８は、前記側フランジ３４からなる取付部４に重ねるとともに、上下二箇所において、ボルトナットからなる固着具２６を用いて取付部４に固着している。

このように固着された制震部材５は、剛性板材６が前記粘弾性体７を介して重なっている領域が、前記添え材１２の小間隙内に内挿される。従って、制震部材５の表面に対し、直行方向に向き合う一対の添え材１２の各々が、制震部材５の表裏両面に沿うことにより、制震部材５が表側から支持される。このように地震時に周期的に方向が替わる剪断力が制震部材５に繰り返し作用することにより、粘弾性体７を挟んで重なった領域が面外に変形しようとしても、一対の添え材１２によって両表面から支持されるため、面外への変形が阻止される。その結果、粘弾性体７における剪断変形が繰り返し規則的に発生するため、エネルギー吸収効果が最大限発揮され、信頼性の高い優れた制震効果が得られる。

図６に示すように本形態では、一対の添え材１２、１２は、制震部材５間の小間隔を通る繋ぎ材１３によって連結される。本形態の繋ぎ材１３は、添え材１２を挿通するボルト及びナットを用いて構成される。このように繋ぎ材１３によって添え材１２を連結すると、双方の添え材１２が協働して制震部材５の面外への変形を確実に阻止できる点で好ましい。

また本形態では、添え材１２とパネル面材１４との間に、スペーサー１５が介装される。このスペーサー１５は、合板、パーティクルボード、インシュレーションボード、ＭＤＦ（中密度繊維板）などの木質加工板材、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム、発泡フェノールなどの発泡樹脂その他を好適に用いることができる。これらスペーサー１５は、添え材１２に接着して固定されているが、併せてパネル面材１４の裏面にも接着してよい。このように添え材１２とパネル面材１４との間にスペーサー１５を介装し、パネル面材１４に直行する方向への添え材１２の変形をパネル面材１４によって抑制できるように構成すると、地震時の制震部材５の剪断変形がより確実に支持されて、信頼性に優れた制震効果を発揮できる点で好ましい。

尚、叙上の説明は本発明の実施の形態を例示したものである。従って本発明の技術的範囲はこれに何ら限定されるものではなく、前記した実施の形態の他にも、各種の変形例が含まれる。

本発明の一実施の形態を例示する斜視図である。 その要部拡大正面図である。 その横断面図である。 制震部材の斜視図である。 他の実施形態を例示する斜視図である。 その要部拡大正面図である。 その横断面図である。 制震部材の斜視図である。

符号の説明

１ 耐力フレーム
２ 構造体
３ 外周枠
４ 取付部
５ 制震部材
６ 剛性板材
７ 粘弾性体
８ 取付片
９ 竪枠
１０ 上枠
１１ 下枠
１２ 添え材
１３ 繋ぎ材
１４ パネル面材
１５ スペーサー
１６ 中間枠
１７ 連結プレート

Claims (8)

1. 建築物の構造体に取付けることにより、構造体の水平耐力を補強する耐力フレームであって、
   矩形状の外周枠と、この外周枠の内側に設けられた取付部と、平板状の制震部材とを具え、
   前記制震部材は、平行に配される複数枚の剛性板材が、その間に介在する層状の粘弾性体により接着されて構成されるとともに、前記各剛性板材には、その側端縁部が左右交互に延出した取付片が形成され、
   前記各剛性板材は、その取付片の少なくとも上下二箇所において取付部に固着されることを特徴とする耐力フレーム。
2. 前記外周枠は、左右に平行に配された一対の竪枠と、左右の竪枠の上端部間に水平に架け渡された上枠と、左右の竪枠の下端部間に架け渡された下枠と、前記上枠、下枠の中間部の間に取付けられた縦長で、かつ制震部材の面に直行方向に向き合う一対の添え材とを具え、
   前記一対の添え材は、各々が制震部材の表裏両面に沿って配設されることを特徴とする請求項１記載の耐力フレーム。
3. 前記一対の添え材は、繋ぎ材によって連結されることを特徴とする請求項２記載の耐力フレーム。
4. 前記外周枠の表面に、パネル面材が張設され、
   前記添え材とパネル面材との間にスペーサーが介装され、パネル面材に直行する方向への添え材の変形がパネル面材によって抑制されることを特徴とする請求項２又は３記載の耐力フレーム。
5. 前記外周枠は、左右に平行に配された一対の竪枠と、左右の竪枠の上端部間に水平に架け渡された上枠と、左右の竪枠の下端部間に架け渡された下枠と、前記上枠、下枠の中間部の間に取付けられた垂直な中間枠とを具え、
   前記剛性板材の取付片は、中間枠の表面からなる取付部に固着されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐力フレーム。
6. 前記外周枠の表面に、パネル面材が張設され、
   前記パネル面材の裏面が、中間枠によって支持されることを特徴とする請求項５記載の耐力フレーム。
7. 前記取付部は、制震部材と平行に向き、かつ前記粘弾性体を挟んで向き合う剛性板材の間隙と略同厚の板部材によって形成され、
   制震部材は、一対の剛性板材が取付部に外挿した状態で取付部に固着されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の耐力フレーム。
8. 前記取付部は、前記竪枠と上枠、又は前記竪枠と下枠とを連結する連結プレートによって形成されることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の耐力フレーム。

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