JP2009114630A - 制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな制震性能を発揮できるうえに、経済的に実施できる制振構造を提供する。
【解決手段】建物の柱梁架構１における天井梁２と床梁３との間に内側に一対の角形鋼管４，４が間隔をあけて設けられており、角形鋼管４，４の内側にエネルギー吸収部材６，６を介装して天井梁２と床梁３との間の中央の高さ位置にシーソー部材７が水平に設けられており、４本のブレース材８がシーソー部材７の中央部から左右に同一の間隔を設けた位置と天井梁２及び床梁３との間に左右対称且つ上下対称となる角度でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の制振構造に関するものである。

従来、建物の制振構造の一例として、特許文献１に記載されたものが知られている。

この特許文献１に記載の制振構造は、フレーム内に対向する左右の支持板で上下端部に制振部材を有する振り子部材が支持された制振装置を壁パネルに嵌め込み、さらに、この壁パネルを柱梁架構内に設置して構成されている。

そして、地震時などに建物に水平外力が入力した際、この制振装置内の振り子部材の働きによって、通常のブレース型の制振装置よりも制振部材の変形量を増幅させることで、より大きな制振性能が発揮されるものである。
特開２００６−１３２１８３号公報

しかしながら、上記した従来の制振構造は、特に、これに用いられる制振装置が複雑な構成で、加工が煩雑であるとともに、多くの部材を要するので、コストが掛かり、不経済である。

そこで、本発明は、大きな制震性能を発揮できるうえに、経済的に実施できる制振構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の制振構造は、建物の柱梁架構における天井梁と床梁との間に一対の縦材が間隔をあけて設けられており、前記一対の縦材の内側にエネルギー吸収部材を介装して前記天井梁と前記床梁との間の略中央の高さ位置にシーソー部材が略水平に設けられており、４本のブレース材が前記シーソー部材の略中央部から左右に略同一の間隔を設けた位置と前記天井梁及び前記床梁との間に略左右対称且つ略上下対称となる角度でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成とされていることを特徴とする。

ここで、前記一対の縦材の内側に対向する支持部が設けられており、前記支持部の上側に前記エネルギー吸収部材を介装して前記シーソー部材が設けられているとよい。

この場合、前記一対の縦材と前記シーソー部材の左右両端との間には、クリアランスが設けられているとよい。

また、前記４本のブレース材の一方の端部は、前記一対の縦材と前記天井梁及び前記床梁との接合部又は前記天井梁及び前記床梁に直接的又は間接的にピン接合されているとよい。

さらに、前記エネルギー吸収部材は、降伏点の低い金属部材又は高減衰部材であるとよい。

このように構成された本発明の制振構造は、建物の柱梁架構における天井梁と床梁との間に一対の縦材が間隔をあけて設けられており、前記一対の縦材の内側にエネルギー吸収部材を介装して天井梁と床梁との間の略中央の高さ位置にシーソー部材が略水平に設けられており、４本のブレース材がシーソー部材の略中央部から左右に略同一の間隔を設けた位置と天井梁及び床梁との間に略左右対称且つ略上下対称となる角度でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成となっているので、従来技術に比べて、簡易な構成で、加工が容易であり、少ない部材数及び部材量で済むため、コストを低く抑えて、経済的に実施することができる。

ここで、一対の縦材の内側に対向する支持部が設けられており、支持部の上側にエネルギー吸収部材を介装してシーソー部材が設けられている場合は、地震時などにおいて、水平外力が柱梁架構に入力した際に、シーソー部材が４本のブレース材のピン接合部を支点として回転変位することで、一方のエネルギー吸収部材を圧縮方向に増幅した変形量で変形させ、他方のエネルギー吸収部材を引張方向に増幅した変形量で変形させて、建物の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して放散させ吸収して、大きな制振性能を発揮することができる。

この場合、一対の縦材とシーソー部材の左右両端との間に、クリアランスが設けられていると、地震時などに建物に大きな水平外力が入力し、柱梁架構が大きく変形しても、一対の縦材の内側とシーソー部材の両端部とが干渉せずに、シーソー部材が支障なく回転変位して、期待した制振性能を発揮できる。

また、４本のブレース材の一方の端部が、一対の縦材と天井梁及び床梁との接合部又は天井梁及び床梁に直接的又は間接的にピン接合されている場合は、地震時などにおいて、水平外力が柱梁架構に入力した際に、一対の縦材と天井梁及び床梁との接合部又は天井梁及び床梁からブレース材へ応力が伝達される。よって、特許文献１のような縦材を経由して応力が伝達される従来技術に比べて、一対の縦材に発生する応力を小さくできるので、これら縦材には、必要以上に大断面なものを使用する必要がなく、断面が小さい安価なものを使用でき、より経済的に実施できる。

さらに、エネルギー吸収部材が、降伏点の低い金属部材又は高減衰部材である場合は、降伏点の低い金属の塑性変形又は高減衰部材の粘弾性変形により、地震時などにおける建物の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して放散させ吸収することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面に基づいて説明する。

本実施の形態の制振構造は、図１に示したように、建物の柱梁架構１における天井梁２と床梁３との間に、一対の縦材としての角形鋼管４，４が間隔をあけて、それぞれの上下端部を溶接などにより接合して設けられている。

そして、一対の角形鋼管４，４の中央部近傍の内側には、対向する支持部としての鋼製の支持板５，５が溶接などにより接合して設けられている。

また、支持板５，５の上側には、エネルギー吸収部材６，６を介装して天井梁２と床梁３との間の中央の高さ位置に長板状の鋼製のシーソー部材７が水平に設けられている。

さらに、４本のブレース材８，・・・がシーソー部材７の中央部から左右に同一の間隔を設けた位置と天井梁２及び床梁３との間に左右対称且つ上下対称となる角度（図示例ではシーソー部材７の中心垂線と±１７度となる角度）でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成とされている。

ここで、エネルギー吸収部材６には、降伏点の低い金属部材として低降伏点鋼が使用されている。その他、極低降伏点鋼などの降伏点の低い金属部材も好適に使用される。

また、エネルギー吸収部材６には、アクリル系、スチレン系、ブチルゴム系、又は、これらを複合した高減衰部材も好適に使用される。

さらに、一対の角形鋼管４，４とシーソー部材７の左右両端との間には、クリアランスＣ，Ｃがそれぞれ設けられている。

また、図２に示したように、ブレース材８は、平行に配置された両端部にボルト孔８ａ，８ａを有する長尺で平板状の部材８ｂ，８ｂの間に、座屈防止用の両端部の角部を面取りされた長尺の板状部材８ｃを設けて成る。

そして、図３に示したように、ブレース材８，・・・は、これらのボルト孔８ａ，・・・と、シーソー部材７の中央部近傍に設けた４つのボルト孔（図示せず）及び天井梁２と床梁３と角形鋼管４，４の上下端部との接合部に溶接などにより設けたガゼットプレート９，・・・のボルト孔（図示せず）とを重ね合わせ、これらのボルト孔（図示せず）へボルト１０をそれぞれ螺合してピン接合されている。

次に、本実施の形態の制振構造の作用効果について説明する。

このように構成された本発明の制振構造は、建物の柱梁架構１における天井梁２と床梁３との間に一対の縦材としての角形鋼管４，４が間隔をあけて設けられており、角形鋼管４，４の内側にエネルギー吸収部材６，６を介装して天井梁２と床梁３との間の中央の高さ位置にシーソー部材７が水平に設けられており、４本のブレース材８，・・・がシーソー部材７の中央部から左右に同一の間隔を設けた位置と天井梁２及び床梁３との間に左右対称且つ上下対称となる角度でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成となっているので、従来技術に比べて、簡易な構成で、加工が容易であり、少ない部材数及び部材量で済むため、コストを低く抑えて、経済的に実施することができる。

ここで、一対の縦材としての角形鋼管４，４の内側に対向する支持部としての支持板５，５が設けられており、支持板５，５の上側にエネルギー吸収部材６，６を介装してシーソー部材７が設けられているので、図４（ａ）に示したように、地震時などにおいて、柱梁架構１へ左側から水平外力Ｐが入力した場合、図４（ｂ）に示したように、柱梁架構１が、水平変形して、層間変形量δ１のとき、シーソー部材７が、ボルト１０，１０から成る左側の支点Ｓ１とボルト１０，１０から成る右側の支点Ｓ２の変位で反時計回りに回転変位することにより、左側のエネルギー吸収部材６としての低降伏点鋼は圧縮方向に増幅した変形量δ２で塑性変形するとともに、右側のエネルギー吸収部材６としての低降伏点鋼は引張方向に増幅した変形量δ２で塑性変形して、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して放散させ吸収することができ、大きな制振性能を発揮できる。

また、図４（ｂ）に示したように、柱梁架構１が変形量δ１で変形したときを想定すると、天井梁２と床梁３との間の距離ｈと縦材としての角形鋼管４，４間の距離ｗとが制限された既知のものであるとすれば、左右の支点Ｓ１とＳ２との距離の水平成分ａと、左右のエネルギー吸収部材６，６の距離の水平成分ｂを設定することによって、層間変形量δ１に対するエネルギー吸収部材６，６の変形量δ２の増幅率Ａが、次式［数１］で求められる。

すなわち、左右の支点Ｓ１とＳ２との距離の水平成分ａと、左右のエネルギー吸収部材６，６の距離の水平成分ｂを設定することによって、所望の増幅率Ａに調整することができる。

ここで、例えば図４に示したモデルの場合、増幅率Ａ＝０．８３となるが、通常のブレース型の制振装置を備えた制振構造では、この増幅率に相当する層間変形量δ１と変形量δ２との比率Ａ＝０．３程度なので、これに比べれば、十分増幅したことになる。

さらに、一対の縦材としての角形鋼管４，４とシーソー部材７の左右両端との間に、クリアランスＣ，Ｃが設けられているので、地震時などに建物に大きな水平外力が入力し、柱梁架構１が大きく変形しても、一対の縦材としての角形鋼管４，４の内側とシーソー部材７の両端部とが干渉せずに、シーソー部材７が支障なく回転変位して、期待した制振性能を発揮できる。

また、４本のブレース材８，・・・のそれぞれの一方の端部が、一対の縦材としての角形鋼管４，４と天井梁２及び床梁３との接合部に設けたガゼットプレート９，・・・へボルト１０，・・・をそれぞれ螺合して間接的にピン接合されているので、地震時などにおいて、水平外力が柱梁架構１に入力した際に、角形鋼管４，４と天井梁２及び床梁３との接合部からブレース材８，・・・へ応力が伝達される。

よって、特許文献１のような縦材を経由して応力が伝達される従来技術に比べて、一対の縦材としての角形鋼管４，４に発生する応力を小さくできるため、角形鋼管４，４には、必要以上に大断面なものを使用する必要がなく、断面が小さい安価なものを使用でき、より経済的に実施できる。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態における一対の縦材としての角形鋼管４，４の間隔や設置箇所はこれに限定されず、様々な態様で実施できる。

また、ブレース材８，・・・は、軽量で安価なものとするために、図２に示した構成としたが、これに限定されない。

さらに、ブレース材８，・・・の両端部は、ボルト１０，・・・でピン接合したが、これに限定されず、回転が許容される接合であればよい。

また、ブレース材８，・・・の一方の端部は、天井梁２及び床梁３にピン接合して実施してもよいし、一対の縦材としての角形鋼管４，４の内側にピン接合して実施してもよい。

さらに、支持部としての支持板５を用いずに、一対の縦材としての角形鋼管４，４とシーソー部材７の両端部との間にエネルギー吸収部材６，６を直接設けて実施することもできる。

本発明の最良の実施の形態の制振構造の概略構成を示す正面図である。 本発明に用いられるブレース材の一例を示す斜視図である。 図１の制振構造の要部を拡大して示す正面図である。 （ａ）は、本発明の制振構造の概略構成を示す模式図で、（ｂ）は（ａ）の水平変形時を示す模式図である。

符号の説明

１ 柱梁架構
２ 天井梁
３ 床梁
４ 角形鋼管（縦材）
５ 支持板（支持部）
６ エネルギー吸収部材
７ シーソー部材
８ ブレース材
Ｃ クリアランス

Claims (5)

1. 建物の柱梁架構における天井梁と床梁との間に一対の縦材が間隔をあけて設けられており、前記一対の縦材の内側にエネルギー吸収部材を介装して前記天井梁と前記床梁との間の略中央の高さ位置にシーソー部材が略水平に設けられており、４本のブレース材が前記シーソー部材の略中央部から左右に略同一の間隔を設けた位置と前記天井梁及び前記床梁との間に略左右対称且つ略上下対称となる角度でそれぞれの両端をピン接合して放射状に設けられた構成とされていることを特徴とする制振構造。
2. 前記一対の縦材の内側に対向する支持部が設けられており、前記支持部の上側に前記エネルギー吸収部材を介装して前記シーソー部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
3. 前記一対の縦材と前記シーソー部材の左右両端との間には、クリアランスが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の制振構造。
4. 前記４本のブレース材の一方の端部は、前記一対の縦材と前記天井梁及び前記床梁との接合部又は前記天井梁及び前記床梁に直接的又は間接的にピン接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制振構造。
5. 前記エネルギー吸収部材は、降伏点の低い金属部材又は高減衰部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制振構造。

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