JP2008184870A - 超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木造住宅や鉄骨住宅等の柱・梁フレームの面内に組み込まれた複数の筋交いの如き応力伝達部材の相互間に超塑性合金による制震ダンパーを取付けて、地震時における住宅の揺れを効果的に低減する制震補強構造を提供する。
【解決手段】建物の柱・梁フレーム１の面内に、連結部２ａが上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた複数の応力伝達部材２…の連結部２ａの相互間に、超塑性合金による制震ダンパーが取付けられている。超塑性合金による制震ダンパー３は、柱・梁フレーム１の面内方向に円弧形状に湾曲された可撓変形部３１と、その両端に設けられた非変形端部３０とで構成され、非変形端部３０が応力伝達部材２の連結部２ａ、２ａへピン状態に連結されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、木造住宅や鉄骨住宅等の柱・梁フレームの面内に組み込まれた複数の筋交いの如き応力伝達部材の相互間に超塑性合金による制震ダンパーを取付けて、地震時における住宅の揺れを効果的に低減する制震補強構造の技術分野に属する。

従来、制震ダンパーを建物の柱梁フレームの面内へ取付けて、地震時における木造住宅や鉄骨住宅等の建物の揺れを低減して住宅の損傷を抑え、人命や資産を健全に維持する働きを期待される構成の制震補強構造が知られている。
例えば下記特許文献１には、一方の梁から突設されたダンパー取付部材へ梁の長手方向の揺れを減衰するオイルダンパーを取付けた構成の制震補強構造が開示されている。
また、特許文献２には、上下一対の三角形状のフレームをオイルダンパーを介して結合し、該フレーム先端のはらみ出し防止機構を有する制震装置とブレース材を１つの軸組フレームに組み込んだ制震補強構造が開示されている。

特開２００３−３０１６２４号公報 特開２００１−９０３７７号公報

上記特許文献１及び２に開示された制震補強構造は、制震ダンパーとしてオイルダンパーを使用した構成である。このオイルダンパーは、直線運動機構により機能する構成であるため、オイルダンパーの円滑な動きを確保するために多くの補助部材や金具類を取り付ける必要がある。また、低コスト化は容易なことではない。即ち、直線運動機構その他が複雑な構成となるので、高価なものになってしまう。しかもオイル漏れなどによる性能劣化に注意が必要であり、定期的な保守・点検が必要で、費用が掛かる。

ところで、本出願人による特開２００５−４２４０３号公報には、柱・梁の仕口部にほぼ４５度方向に設置して取付けられる超塑性合金による制震ダンパーの技術が開示されている。この超塑性合金による制震ダンパーは、柱・梁フレームの面内方向に略一定幅の円弧形状に湾曲された薄厚の変形部と、その両端の非変形とするために充分な大きさの幅寸に拡幅された支持部とから成り、少なくとも変形部を超塑性合金により製作された制震ダンパーと、該制震ダンパーの両端の支持部で住宅の柱・梁仕口部に取り付け固定する取付金具との組合せで構成されている。つまり、超塑性合金を利用して小型にコンパクト化された前記制震ダンパーは、木造住宅への取り付け設置が簡単であり、木造住宅の耐震安全性を向上させることができ、大地震に遭遇しても木造住宅の耐用年数の間はメンテナンスフリーの使用が可能である。そして、制震ダンパーの点検・交換に伴う仕上げ材の解体や復旧の手間と費用が不要であるなどの特長を有する。しかし、この制震ダンパーは、あくまで、柱・梁の仕口部に設置して制震効果を得ることを目的としている。一般に、地震時における仕口部の変形量よりも、柱梁フレームの面内に設置した応力伝達部材の略中心位置の変形量の方が大きいことが知られている。つまり、前記超塑性合金による制震ダンパーは、前記応力伝達部材の略中心位置に設置すれば、地震時における建物の揺れをより効果的に低減させることができる。

本発明の目的は、木造住宅や鉄骨住宅等の柱・梁フレームの面内に組み込まれた複数の応力伝達部材の相互間に、超塑性合金による制震ダンパーを取付けて、地震時における住宅の揺れをより効果的に低減する制震補強構造を提供することである。

上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造は、
建物の柱・梁フレーム１の面内に、連結部２ａが上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた複数の応力伝達部材２…の前記連結部２ａの相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３が取付けられていること、
前記超塑性合金による制震ダンパー３は、柱・梁フレーム１の面内方向に円弧形状に湾曲された可撓変形部３１と、その両端に設けられた非変形端部３０とで構成され、前記非変形端部３０が前記応力伝達部材２の連結部２ａ、２ａへピン状態に連結されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造において、
建物の柱・梁フレーム１の面内に組み込まれた応力伝達部材２は、くの字形状の補剛材であり、該くの字形状の補剛材の屈曲部に連結部２ａが設けられ、超塑性合金による制震ダンパー３の非変形端部３０が前記連結部２ａへピン状態に連結されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造において、
超塑性合金による制震ダンパーの可撓変形部３１は、その端部から中央部にかけて一様引張り・圧縮形の曲げ変形をするように、同端部から中央部にかけて断面積及び断面係数が漸次大きくなる円弧形状に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造において、
超塑性合金は、亜鉛・アルミニウム合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）であることを特徴とする。

本発明の超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造は、木造住宅や鉄骨住宅等の建物の柱梁フレーム１の面内に、連結部２ａが上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた複数の応力伝達部材２…の相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３をピン状態に取付けているので、地震時における建物の変形に対し、制震ダンパー３が引張り・圧縮形の曲げ変形を生じてエネルギを効果的に吸収し、同建物の揺れを低減するほか、住宅の損傷を抑え、人命や資産を健全に維持する制震補強の効果を期待できる。

本発明の超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造は、建物の柱・梁フレーム１の面内に、連結部２ａが上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた複数の応力伝達部材２…の前記連結部２の相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３が取付けられている。超塑性合金による制震ダンパー３は、柱・梁フレーム１の面内方向に円弧形状に湾曲された可撓変形部３１と、その両端に設けられた非変形端部３０とで構成され、前記非変形端部３０が前記応力伝達部材２の連結部２ａ、２ａへピン状態に連結されている。

以下に、本発明を図１〜５に示した実施例に基づいて説明する。
本実施例の制震補強構造は、図１及び図２に示すように、木造住宅や鉄骨住宅等における柱１ａと梁１ｂで構成された柱・梁フレーム１の面内に、連結部が上下方向に隔離して互いに対峙する配置となるように、２本のくの字形状の補剛材（一種の筋交い）から成る応力伝達部材２、２が組み込まれている。そして、くの字形状の応力伝達部材２の屈曲部に連結部２ａとなる金具４が取り付けられており、この連結部２ａ、２ａの相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３を取付けて制震補強した構成を特徴としている。なお、前記応力伝達部材２は、図１及び図２に示す「くの字形状補剛材」に限らない。図示は省略したが、例えば正面から見て三角形状の板状補剛材等であっても同様に実施することができる。

前記超塑性合金による制震ダンパー３は、柱・梁フレーム１の面内方向に円弧形状に湾曲された超塑性合金製の可撓変形部３１と、その両端に延設された非変形端部３０、３０とで構成されている。前記制震ダンパー３の非変形端部３０、３０がそれぞれ、前記くの字形状応力伝達部材２の連結部２ａへピン状態に連結されている。

超塑性合金による制震ダンパー３の可撓変形部３１は、具体的には、図４に示したように、可撓性を発揮する程度に薄厚で、その板厚をほぼ一定とし、両端の非変形端部３０に設けられた加力点（後述するピン連結用孔３２の位置）を通じて入る地震等の入力が、引張り・圧縮形の曲げ変形として、換言すれば、軸力と曲げモーメントの合力として作用することを考慮した曲率の円弧形状に湾曲されている。一例として中立線の曲率半径の大きさは５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度に形成されている。
上記の可撓変形部３１が直線形状であると、可撓変形部３１の曲げ変形がスムーズに導入されないで、可撓変形部３１の端部と非変形端部３０との境界部位に変形が集中する、いわゆるひずみ集中を起こす不都合がある。円弧形状に湾曲された可撓変形部３１は、最大変形時にも円弧形状を維持することにより曲げ変形が維持され、引張り変形が生じない（突っ張らない）ようにするための工夫である。前記のような工夫により、大変形を許容できる制震ダンパー３でありながら、座屈補剛部材によるダンパーの補剛が不要であり、非常に単純な構造を実現している。

念のために言えば、前記円弧状に湾曲された可撓変形部３１のうち、前記左右のピン連結孔３２の位置を結んだ直線Ｐ−Ｑから最も遠くに離れた中央部位が最大モーメントの位置となることから明らかなように、仮に可撓変形部３１がその全長にわたり一定幅であると、中央部位に変形が集中してしまう。そうなると、変形性能には優れるものの、不必要な局部変形（ひずみ集中）を強いることとなり、可撓変形部３１の全体で大きなエネルギ吸収を達成する、超塑性合金の利点を充分に活かすことができない。つまり、超塑性合金による高性能ダンパーとしては、応力集中を避ける工夫が重要である。その手段として、本発明の制震ダンパー３は、前記のように軸力と曲げモーメントが同時に作用しても、可撓変形部３１がその端部から中央部にかけて一様な変形をする（又は外力に応じてダンパーの縁応力度を均一化する）ように、同可撓変形部３１の端部から中央部にかけての断面積及び断面係数が漸次大きくなるように形成されている。かくして、本発明の制震ダンパー３は、その可撓変形部３１の外観として、端部の幅寸が小さく、中央部位の幅寸の方が少し大きく太い形状を呈する（図４Ｂ参照）。

なお、本発明の制震ダンパー３を構成する超塑性合金としては、例えば特開平１１−２２２６４３号公報に開示されているように、加工硬化、ひずみ劣化を起こさない性質の亜鉛・アルミニウム合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）を使用できる。両端の非変形端部３０に関しては、前記円弧状の可撓変形部３１に変形を集中させるために必要な断面積と剛性を確保できる程度に厚さが大きい構成とされている。この非変形端部３０は、必ずしも可撓変形部３１と同一の超塑性合金製であることを要しない。非変形端部３０は鋼製のパイプ等を被せた構造でも良く、同パイプ等を介して連結部２へ取り付けても奏する効果、作用に変わりはない。

上記くの字形状の応力伝達部材２の連結部２ａを構成する金具４は、具体的には図３に示すように、制震ダンパー３の両端の非変形端部３０の両面へ組み付ける半割形状の一対の部材４０、４０で構成されている。部材４０は、くの字形状の補剛材２、２の連結部２ａ、２ａへ制震ダンパー３の両端の非変形端部３０を取付けることに適する構造・形状で、制震ダンパー３に生じる荷重を受け止めるのに十分な強度を有していればよく、その構造・形状は特に限定されない。部材４０のウエブ４１には、制震ダンパー３の両端の非変形端部３０の上述した加力点の位置に設けたピン孔３２と共通に鋼製のピン５を通して連結するピン孔４２が設けられている。また、部材４０のフランジ部４３には当該部材４０をくの字形状の補剛材２、２の連結部２ａ、２ａへネジ等で取付け固定するための通孔４４が複数個設けられている。

本実施例の制震補強構造は、建物の柱梁フレーム１の面内に、金具４による連結部２ａが上下方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた２つのくの字形状応力伝達部材２、２の前記連結部２ａ相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３をピン状態に取付けた構成なので、地震時における建物の変形に対し、制震ダンパー３がエネルギを効果的に吸収して、同建物の揺れを低減し、住宅の損傷を抑え、人命や資産を健全に維持する制震補強の効果を奏する。

図５に示す制震補強構造は、建物の柱・梁フレーム１の面内に、連結部が左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように、２本のくの字形状の補剛材から成る応力伝達部材２、２が組み込まれている。くの字形状の応力伝達部材２の屈曲部に連結部２ａ、２ａとなる金具４が取り付けられており、この連結部２ａ、２ａの相互間に、超塑性合金による制震ダンパー３を横向きに取付けた構成を特徴としている。本実施例２の制震補強構造における超塑性合金による制震ダンパー３の構成、及び前記制震ダンパー３をくの字形応力伝達部材２、２の連結部２ａ、２ａへ取付ける構成、並びに奏される作用・効果等は、上述した実施例１の制震補強構造とほぼ同様なので、詳細な説明は省略する。

また、図示することは省略したが、建物の柱・梁フレーム１の面内に、連結部が上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように、複数組のくの字形状の応力伝達部材２…が並設された構成で、前記各組のくの字形状応力伝達部材２…の連結部２ａ、２ａの相互間に、それぞれ超塑性合金による制震ダンパー３を設置した複合的な構成で実施することもできる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、勿論、図示した実施例の限りではない。本発明の要旨及び技術的思想を逸脱しないかぎり、当業者の変形、応用にしたがい様々な実施例が成立することを、敢えてここに、言及する次第です。

本発明に係る制震補強構造を示す立面図である。 応力伝達部材の連結構造を示す拡大図である。 超塑性合金による制震ダンパーの構成を分解して示した斜視図である。 Ａ、Ｂは超塑性合金による制震ダンパーの平面図と正面図である。 異なる制震補強構造を示す立面図である。

符号の説明

１ 柱梁フレーム
１ａ 柱
１ｂ 梁
２ 応力伝達部材（くの字形状の補剛材）
２ａ 連結部
３ 制震ダンパー
３１ 可撓変形部
３０ 非変形端部
４ 金具
３２ ピン孔（加力部）
４２ ピン孔
５ ピン

Claims (4)

1. 建物の柱・梁フレームの面内に、連結部が上下方向又は左右方向に隔離して互いに対峙する配置となるように組み込まれた複数の応力伝達部材の前記連結部の相互間に、超塑性合金による制震ダンパーが取付けられていること、
   前記超塑性合金による制震ダンパーは、柱・梁フレームの面内方向に円弧形状に湾曲された可撓変形部と、その両端に設けられた非変形端部とで構成され、前記非変形端部が前記応力伝達部材の連結部へピン状態に連結されていることを特徴とする、超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造。
2. 建物の柱・梁フレームの面内に組み込まれた応力伝達部材は、くの字形状の補剛材であり、該くの字形状の補剛材の屈曲部に連結部が設けられ、超塑性合金による制震ダンパーの非変形端部が前記連結部へピン状態に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造。
3. 超塑性合金による制震ダンパーの可撓変形部は、その端部から中央部にかけて一様な引張り・圧縮形の曲げ変形をするように、同端部から中央部にかけて断面積及び断面係数が漸次大きくなる円弧形状に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造。
4. 超塑性合金は、亜鉛・アルミニウム合金（Ｚｎ−Ａｌ合金）であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した超塑性合金による制震ダンパーを用いた建物の制震補強構造。

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