JP2008308951A - 複合ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】建築物に設置し、地震、風等の外力に対する建築物の応答を低減させる、履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを組合わせた複合ダンパーを提供する。
【解決手段】建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備え，前記履歴ダンパーは前記構面を構成する左右の柱間に配置するエネルギー吸収部位と柱材からなる間柱型ダンパーであり，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位は前記履歴ダンパーの一方の端部側に配置され，前記粘弾性ダンパーは，前記履歴ダンパーと前記構面を形成する左側柱または右側柱の間の少なくとも一方に，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位と直列で、かつ前記履歴ダンパーの柱材とは別系統の力学的経路を有するように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物に設置し、地震、風等の外力に対する建築物の応答を低減させる、履歴ダンパー（弾塑性ダンパー）と粘弾性ダンパーを組合わせた複合ダンパーに関する。

建築物などの構造物では、地震や強風等の振動入力に対し、快適な居住性や安全性を確保するため耐震性・制振性が要求され、種々の制振ダンパーが提案されている。

例えば、粘弾性ダンパーは、対向する剛性材料間に粘弾性体を接着介在させた構成で、粘弾性体のせん断変形により低振幅からエネルギー吸収を行い、ブレース材等として使用され、地震応答・風応答に作用する。鋼製ダンパーは弾塑性ダンパーとも呼ばれ、塑性変形により振動エネルギーを吸収する。

特許文献１は、制震鋼板ユニットおよび制震壁に関し、柱梁に囲まれた構面内に制震鋼板ユニット（鋼製ダンパー）を配置し、鋼製ダンパーを主架構よりも早期に降伏させて構造物の応答を低減することが記載されている。

特許文献２は、耐震建築物に関し、大減衰力を有する高剛性かつ高靭性の粘性耐震壁を備え、該粘性耐震壁に地震荷重を負担させ、柱および梁は長期荷重のみを負担させる耐震建築物が記載されている。

しかし、鋼製ダンパーは強風による振動等、居住性が問題となる程度の振幅では作用せず、強風による振動等の風応答が構造物の安全性にかかわるほど大きな場合であっても数時間連続するような場合には振動エネルギーを吸収させるには不向きである。

粘弾性ダンパーは数十年に一回の確率で発生する大地震に対してエネルギー吸収が行えるように設計すると粘弾性体量が多くなり経済性が損なわれる。

そこで、鋼製ダンパーと粘弾性ダンパーを組合わせた、両者の特性を備えた複合ダンパーが提案されている。粘性ダンパーと、鋼製ダンパーとを、並列に配置した場合、外乱による振動は弾塑性ダンパーと粘弾性ダンパーのそれぞれに外力が入力され、入力が微小振動の場合は粘弾性ダンパーの変位が剛性の高い弾塑性ダンパーにより拘束され制震効果が得られない。

一方、鋼製ダンパーが塑性化する大振幅では粘弾性ダンパーが損傷するようになるので、大変形でも破損しないように粘弾性体の厚さを増すことが必要となる。

特許文献３は、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと弾塑性ダンパーを力学経路的に直列に配置した複合ダンパーに関し、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部を同心円状に配置した構造であることを特徴とする。

特許文献４には，弾塑性ダンパーと粘弾性ダンパーを直並列に組合わせた，両者を直列，並列に配置した場合よりも制振効果の高い複合ダンパーが開示されている。図１０は特許文献４記載の発明に係る複合ダンパーを示し、一対の間柱ダンパー３を連結する剛部材（貫梁）３２を上梁２ａ側に寄せて、剛部材（貫梁）３２と下梁２ｂ間にのみ粘弾性ダンパー４を配置している。剛部材（貫梁）３２は間柱ダンパー３のエネルギー吸収部位５ａ，５ｂに接するように配置する。
特開平１０−１４７９９９号公報 特開平１１−１４１１７７号公報 特開２００２−２２１２５２号公報 特開２００５−１３３４４３号公報

しかしながら、特許文献３に記載されている複合ダンパーは鋼製ダンパー部と粘弾性ダンパー部を力学的に完全な直列配置としているため、粘弾性ダンパー部の耐力を鋼製ダンパー部の耐力以上にしなければならず、粘弾性ダンパー部の断面積を大きくとることを必要とする。また、特許文献４記載の複合ダンパーは、接合部数が多く、設置コストが上昇する。

そこで、本発明は構造が簡便で且つ制振効果に優れる複合ダンパーを提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備えた複合ダンパーであって，前記履歴ダンパーは前記構面を構成する左右の柱間に配置するエネルギー吸収部位と柱材からなる間柱型ダンパーであり，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位は前記履歴ダンパーの一方の端部側に配置され，前記粘弾性ダンパーは，前記履歴ダンパーと前記構面を形成する左側柱または右側柱の間の少なくとも一方に，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位と直列で、かつ前記履歴ダンパーの柱材とは別系統の力学的経路を有するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
２．前記粘弾性ダンパーと前記履歴ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの、前記粘弾性ダンパーが配置される側のフランジにおける柱材とエネルギー吸収部位の接合部と交差して直列をなすように配置されていることを特徴とする１記載の複合ダンパー。
３．前記履歴ダンパーはＨ型断面を有し、前記粘弾性ダンパーは、少なくとも前記履歴ダンパーと結合する端部が軸中心を同じくする十字型またはＴ字型断面で、前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部と前記粘弾性ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの前記十字型断面またはＴ字型断面の端部で前記構面に対し鉛直な部位が，前記履歴ダンパーのＨ形断面のフランジにおける柱材とエネルギー吸収部位の境界部に接合されて、前記履歴ダンパーと前記エネルギー吸収部位が直列をなすように配置されていることを特徴とする２記載の複合ダンパー。
４．前記粘弾性ダンパーと前記履歴ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの柱材とエネルギー吸収部位の境界部におけるウェブ中心と交差して直列をなすように配置されていることを特徴とする１記載の複合ダンパー。
５．前記履歴ダンパーはＨ型断面を有し、前記粘弾性ダンパーは、少なくとも前記履歴ダンパーと結合する端部が軸中心を同じくする十字型またはＴ字型断面で、前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部と前記粘弾性ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの前記十字型断面またはＴ字型断面の端部で、柱梁に囲まれる構面に対し鉛直な部位が，前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの柱材とエネルギー吸収部位の境界部におけるウェブ中心と交差するように、前記履歴ダンパーのＨ形断面のフランジに接合されて前記履歴ダンパーと前記エネルギー吸収部位が直列をなすように配置されていることを特徴とする４記載の複合ダンパー。
６．前記履歴ダンパーと前記粘弾性ダンパーの接合部にスチフナまたはパネル増設部を有することを特徴とする１乃至５のいずれか一つに記載の複合ダンパー。
７．前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部材が低降伏点鋼であることを特徴とする１乃至６のいずれか一つに記載の複合ダンパー。
８．前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部材とパネル増設部のエネルギー吸収部材が低降伏点鋼であることを特徴とする６に記載の複合ダンパー。

本発明に係る複合ダンパーは、居住性の指標となる小振幅の振動から、構造物の機能、安全性に影響する地震時の大振幅の振動まで効果的にエネルギーを吸収することが可能である。

また、粘弾性ダンパーを小振幅に限定して設計できるため，接合部数が少なくコストパフォーマンスに優れ、且つ設置スペースが少なく開口部の確保が容易である。

本発明は、建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備えた複合ダンパーにおいて、履歴ダンパーは間柱ダンパーで、前記粘弾性ダンパーは、前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位と直列で，かつ前記履歴ダンパーの柱材とは別系統の力学的経路を有するように配置されていることを特徴とする。尚、本発明で力学的経路とは、外力の伝達経路を指す。以下、本発明を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る複合ダンパーの鉛直構面図、図２は粘弾性ダンパーの端部構造を説明する模式図で（ａ）は端部固定用部材と端部接合用部材が十字に組合わされ、その交点を粘弾性ダンパーの軸中心とする十字型断面端部構造の場合、（ｂ）は端部固定用部材と端部接合用部材がＴ字に組合わされ、その交点を粘弾性ダンパーの軸中心とするＴ字型断面端部構造を示す。

図３は図１に示す複合ダンパーにおける粘弾性ダンパーと間柱ダンパーの取り付け部の構成を説明する斜視外観図である。

これらの図において１ａ，１ｂは柱、２ａは上梁，２ｂは下梁、３は履歴ダンパー（弾塑性ダンパー）で、Ｈ形鋼からなる間柱ダンパー、４は粘弾性ダンパー、５、５ｃはエネルギー吸収部材、６はパネル増設部、７は間柱ダンパーのフランジ、８はスチフナ、９は粘弾性ダンパーの取り付け用部材、３１は間柱ダンパー３の柱材、４１は粘弾性ダンパーの十字型端部構造をなす部材で、４１は粘弾性ダンパー４を取り付け用部材９にボルト結合するためのボルト孔を有し、柱梁構面に水平に配置される端部固定用部材、ｃは間柱ダンパー３の柱材３１とエネルギー吸収部材５の境界部、ｃ１はフランジ７における柱材３１とエネルギー吸収部材５の境界部を示す。

左右の柱１ａ，１ｂと上梁２ａ，下梁２ｂに囲まれた構面内に、間柱型ダンパー３を配置し、その側方に粘弾性ダンパー４を併設する。間柱型ダンパー３はＨ形鋼で、溶接構造用鋼（ＳＭ）、建築構造用鋼（SN）、または高強度鋼などを用いた通常のＨ形鋼部(以下，柱材３１)と．Ｈ形鋼のウェブにエネルギー吸収部位を有するエネルギー吸収部材５から構成される。間柱型ダンパー３の剛性を高めるため、柱材３１とエネルギー吸収部材５の境界部ｃにおいてウェブと左右のフランジ間にスチフナ８を接合する。

粘弾性ダンパー４は上梁２ａ，下梁２ｂと間柱ダンパー３と左側の柱１ａまたは右側の柱１ｂで囲まれる構面の少なくとも一方に，一端を上梁２ａと柱１ａの柱梁接合部に取り付け、他端を間柱ダンパー３のエネルギー吸収部材５と直列をなすように間柱ダンパー３に取り付け、間柱ダンパー３の柱材３１とは別系統の力学的経路を構成する。

粘弾性ダンパー４は前記柱梁接合部に、前記柱梁接合部に固定した取り付け用部材９に端部固定用部材４１をボルト結合する。

粘弾性ダンパー４と間柱ダンパー３の取り付けは間柱ダンパー３に固定した取り付け用部材９に端部固定用部材４１をボルト結合し、端部接合用部材４２を間柱ダンパー３のフランジ７に溶接などで固定する。固定する際に、端部接合用部材４２と取り付け用部材９が干渉しないように端部接合用部材４２には切欠部４３を設ける。

間柱ダンパー３への取り付け用部材９の取り付け位置、取り付け用部材９の寸法および端部固定用部材４１とボルト結合する位置は、端部固定用部材４１をボルト結合した際、粘弾性ダンパー４の軸中心が間柱ダンパー３のフランジ７における柱材３１とエネルギー吸収部材５の境界部Ｃ１のフランジ７の幅中心と一致するよう適宜調整する。

上述したように粘弾性ダンパー４を間柱ダンパー３に取り付けた場合、粘弾性ダンパー４は間柱ダンパー３のエネルギー吸収部材５と直列に配置され、かつ間柱ダンパー３の柱材３１とは別系統の力学的経路を有する。

境界部Ｃ１のフランジ７の幅中心はウェブの延長線上となるため、粘弾性ダンパー４から間柱ダンパー３のエネルギー吸収部材５へ円滑に応力が伝達される。

更に、粘弾性ダンパー４から間柱ダンパー３のエネルギー吸収部材５への応力伝達を円滑とする場合は、パネル増設部６を設けて間柱ダンパー３と粘弾性ダンパー４の取り付け部を補強する。

パネル増設部６は、取り付け用部材９の下端に、取り付け用部材９と直角をなすように取り付けた水平部材６２と、間柱ダンパー３のフランジ７と平行で水平部材６２と直角をなすように下梁２ｂに取り付けた鉛直部材６１を有し、水平部材６２と鉛直部材６１と間柱ダンパー３のフランジ７で囲まれる領域で、間柱型ダンパー３のウェブの延長線上となる位置にエネルギー吸収部材５ｃを配置する。

粘弾性ダンパー４の耐力が小さい場合はパネル増設部は取り付けず、図４に示すように取り付け部材９をスチフナを兼ねる形状としたり、図５に示すように略矩形の取り付け部材９の下方に、柱梁構面に対して鉛直となるようにスチフナ８ａを取り付ける。

本発明は、粘弾性ダンパー４が、間柱型ダンパー３のエネルギー吸収部材５と直列で，かつ間柱型ダンパー３の柱材３１とは別系統の力学的経路を有するように配置されていれば良く、図３の配置に限定されない。

図８は、図１に示した建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される複合ダンパーにおいて、粘弾性ダンパー４を、その軸中心ａの延長線が、間柱型ダンパー３の軸中心ｂと、間柱ダンパー３の柱材３１とエネルギー吸収部材５の境界部ｃで交差（交差位置ｄ）するように配置した場合を示す。図において図１と同じ符号のものは同じものを指す。

柱材３１の内側には、粘弾性ダンパー４の軸中心ａの延長線上にスチフナ８ｂを交差位置ｄまで取り付け、粘弾性ダンパー４からエネルギ吸収部材５への応力伝達を円滑とする。

図９は、図８に示す、粘弾性ダンパー４と間柱ダンパー３の取り付け部の構成を説明する斜視外観図で、間柱ダンパー３への取り付け用部材９の取り付けは、端部固定用部材４１をボルト結合した際、粘弾性ダンパー４の軸中心が間柱ダンパー３のウェブにおける境界部Ｃのウェブ中心ｄと交差するように行う。尚、図では、粘弾性ダンパー４の軸中心と境界部Ｃのウェブ中心ｄが交差（交差位置ｄ）している様子を示すため、スチフナ８ｂは省略した。

本発明では、間柱ダンパー３、粘弾性ダンパー４の本数や、粘弾性ダンパー４の柱梁架構における取り付け位置は特に規定しない。

図６は、本発明の他の実施例に係る複合ダンパーの鉛直構面図を示し、２本の間柱ダンパー３を横方向に連結し，粘弾性ダンパー４を連結された２本の間柱ダンパー３の両側に配置する。高い耐力が必要な場合に採用される。必要とされる耐力に応じて間柱ダンパー３の本数を増減し、粘弾性ダンパー４の配置を両側または片側としても良い。

尚、図では粘弾性ダンパー４の間柱ダンパー３への取り付け方法を図１に示す取り付け方法としたが、図８に示した取り付け方法を用いても良い。

図７は、本発明の他の実施例に係る複合ダンパーの鉛直構面図を示し、粘弾性ダンパー４を梁２ａの中間に接合した場合を示す。柱１ａ，１ｂと上梁２ａ，下梁２ｂに囲まれる構面内において粘弾性ダンパー４と柱１ａ，上梁２ａ，下梁２ｂで囲まれる領域を広くし，左右両側に通行等のための開口を確保する。

尚、図６，７では粘弾性ダンパー４の間柱ダンパー３への取り付け方法を図１に示す取り付け方法としたが、図８に示した取り付け方法としても良い。

本発明で、エネルギー吸収部材５、５ｃは低降伏点鋼とすることが望ましい。

以上の説明では、柱梁接合部または間柱ダンパー３に固定した取り付け用部材９と端部固定用部材４１の結合をボルト結合（剛結合）としたが、ピン結合としても良い。

本発明例。 図１に示す複合ダンパーを構成する粘弾性ダンパーの端部構造を示す模式図で（ａ）は十字型断面端部構造、（ｂ）はＴ字型断面端部構造を示す。 図１に示す複合ダンパーにおける間柱ダンパーと粘弾性ダンパーの接合構造を示す図。 本発明の他の実施例。 本発明の他の実施例。 本発明の他の実施例。 本発明の他の実施例。 図１に示す複合ダンパーにおける間柱ダンパーと粘弾性ダンパーの他の接合構造を示す図。 図８に示す複合ダンパーにおける間柱ダンパーと粘弾性ダンパーの接合構造を示す図。 従来例。

符号の説明

１ａ，１ｂ 柱
２ａ 上梁
２ｂ 下梁
３ 間柱ダンパー
４ 粘弾性ダンパー
５、５ｃ エネルギー吸収部材（低降伏比鋼パネル）
６ パネル増設部
７ フランジ
８、８ａ、８ｂ スチフナ
９ 取り付け用部材
３１ 柱材
３２ 剛部材（貫梁）
４１ 端部固定用部材
６１ 鉛直部材
６２ 水平部材
ｃ、ｃ１ 境界部
ｄ 交差位置

Claims (8)

1. 建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備えた複合ダンパーであって，前記履歴ダンパーは前記構面を構成する左右の柱間に配置するエネルギー吸収部位と柱材からなる間柱型ダンパーであり，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位は前記履歴ダンパーの一方の端部側に配置され，前記粘弾性ダンパーは，前記履歴ダンパーと前記構面を形成する左側柱または右側柱の間の少なくとも一方に，前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部位と直列で、かつ前記履歴ダンパーの柱材とは別系統の力学的経路を有するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
2. 前記粘弾性ダンパーと前記履歴ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの、前記粘弾性ダンパーが配置される側のフランジにおける柱材とエネルギー吸収部位の接合部と交差して直列をなすように配置されていることを特徴とする請求項１記載の複合ダンパー。
3. 前記履歴ダンパーはＨ型断面を有し、前記粘弾性ダンパーは、少なくとも前記履歴ダンパーと結合する端部が軸中心を同じくする十字型またはＴ字型断面で、前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部と前記粘弾性ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの前記十字型断面またはＴ字型断面の端部で前記構面に対し鉛直な部位が，前記履歴ダンパーのＨ形断面のフランジにおける柱材とエネルギー吸収部位の境界部に接合されて、前記履歴ダンパーと前記エネルギー吸収部位が直列をなすように配置されていることを特徴とする請求項２記載の複合ダンパー。
4. 前記粘弾性ダンパーと前記履歴ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの柱材とエネルギー吸収部位の境界部におけるウェブ中心と交差して直列をなすように配置されていることを特徴とする請求項１記載の複合ダンパー。
5. 前記履歴ダンパーはＨ型断面を有し、前記粘弾性ダンパーは、少なくとも前記履歴ダンパーと結合する端部が軸中心を同じくする十字型またはＴ字型断面で、前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部と前記粘弾性ダンパーは、前記粘弾性ダンパーの前記十字型断面またはＴ字型断面の端部で、柱梁に囲まれる構面に対し鉛直な部位が，前記粘弾性ダンパーの軸中心が、前記履歴ダンパーの柱材とエネルギー吸収部位の境界部におけるウェブ中心と交差するように、前記履歴ダンパーのＨ形断面のフランジに接合されて前記履歴ダンパーと前記エネルギー吸収部位が直列をなすように配置されていることを特徴とする請求項４記載の複合ダンパー。
6. 前記履歴ダンパーと前記粘弾性ダンパーの接合部にスチフナまたはパネル増設部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の複合ダンパー。
7. 前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部材が低降伏点鋼であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の複合ダンパー。
8. 前記履歴ダンパーのエネルギー吸収部材とパネル増設部のエネルギー吸収部材が低降伏点鋼であることを特徴とする請求項６に記載の複合ダンパー。
   
   

Images