JP2010121348A - 履歴ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】建物の制振機構において交換が容易であり、また、製造し易い構造を備えた履歴ダンパーの提供。
【解決手段】対向させた第１、第２のベースプレート１３，１４の間に複数の振動吸収フィン１５を平行に配置しそれぞれの両端を第１、第２のベースプレート１３，１４に固定した履歴ダンパー１２である。ベースプレート１３，１４は、柱４，５に一端が固定された振動伝達部材９，１０へ着脱可能に固定する部分である。振動吸収フィン１５は、両端を同じ側に屈曲したコ字形あるいは両端を異なる側へ屈曲したＺ字形に成形した鋼板である。
【選択図】図２

Description

建物の制振機構に利用し、地震などによる振動を吸収して建物を地震などから保護する制振ダンパーとしての履歴ダンパーに関する。

建物の制振機構は、建物の壁を構成する柱間に振動伝達部材を介して制振ダンパーを取り付けて構成される。制振機構を設けた壁は、平常は剛性を維持するが、地震や風などによる大きな振動の力（地震では地面が移動することによる建物質量との慣性力）が作用すると振動伝達部材を介して制振ダンパーに伝えられ、制振ダンパーが変位することで振動のエネルギーが吸収される。その結果、建物の揺れが緩和される。
制振機構としては特許文献１〜６のように多くの提案がなされている。
また、制振ダンパーとしては種々のものが提案されているが、鋼板などが塑性変形（履歴変形）する際のエネルギー吸収性能を利用した履歴ダンパーもその一つである。
履歴ダンパーは、粘弾性ダンパーのように環境温度に影響を受けることが少ないし、他の原理による制振ダンパーに比べて構造が単純で機能が安定している利点がある。

ところで、地震対策を含む種々技術の進歩によって木造住宅といえども２００年住宅など長期耐久型住宅が提案されるようになってきた。そして、建物の耐久期間がこのように長くなるとその間に中程度の地震（震度３〜５程度）に何度か遭遇し、また、大きな地震（震度６以上）に１、２度遭遇する可能性が高い。このような場合に、前記の履歴ダンパーを利用した制振機構を備えた建物であると振動吸収フィンが塑性変形したまま残留していたり、外見的に異常はなくても繰り返しの揺れを経験し、素材的に本来のエネルギー吸収性能が劣化していたりすることがある。
塑性変形が残留した履歴ダンパーは建物の修復と共に交換する必要がある。また、大きな地震の後では、見た目に塑性変形が残留していなくても、交換する必要が生じる。
しかし、従来の履歴ダンパーは交換を予定した構造とされていないので、交換が必要な場合に、壁部分に設けている制振機構全体を交換しなければならないものが多い。こうなると、交換のための施工は大掛かりになって、コストが嵩んだり、既存住宅の場合には、居住しながらの施工が困難になったりする。

持間２００６−２０７２９２号公報 特開平１１−１４１１７４号公報 持開２００１−３５５３４８号公報 特許第２５１６５７６号公報 特開２００２−２０１８１７号公報 特開２００７−２６２７０７号公報

交換が容易であると共に製造が簡単でかつ安価な履歴ダンパーの提供を課題とする。

対向した第１、第２のベースプレートとその間に固定した複数の振動吸収フィンとで構成する。
ベースプレートは通常鋼板製であり、建物の柱又は柱に一端が固定された振動伝達板へ着脱可能に固定される部分とする。
振動吸収フィンは、鋼板製であり、両端を同じ側に屈曲したコ字形か、両端を異なる側に屈曲したＺ字形に成形する。振動吸収フィンは、それぞれの両端を第１、第２のベースプレートに溶接などにより固定する。

ベースプレートと振動伝達板との固定をラグスクリュー、コーチねじ、ボルトなどのねじによるものとし、ベースプレートには、固定に必要な数を一組としたねじ孔を複数組設けておく。施工時には、一組のねじ孔を選択してベースプレートを振動伝達板にねじ止めする。
固定に必要な数とは、使用するねじ一本の耐力と振動伝達板からベースプレートに伝達される力の大きさとの関係で定まるねじの本数に対応させた数である。ベースプレートには、この一組の数のねじ孔を複数組として準備しておく。

履歴ダンパーを第１、第２のベースプレートとその間に固定した複数の振動吸収フィンとで構成し、ベースプレートをねじなどで柱又は振動伝達板に対して着脱可能に固定しているから、履歴ダンパーの交換が必要な場合に、従来のように、制振機構全部を交換する必要がない。
構造として、第１と第２のベースプレートとその間の振動吸収フィンからなる簡単なものであり、また、振動吸収フィンは鋼板をコ字形あるいはＺ字形にプレス加工するだけで得られるから、安価に提供することができる。
ベースプレートのねじ孔を前記のように複数組としておけば、交換時にこれまでとは異なる組のねじ孔を選択することで、柱又は振動伝達板との固定をこれまでの取り付けによる素材的な疲労箇所を避けて行うことができる。

図１は、木造軸組工法住宅における壁部分であって、基礎１の頂面に土台２がアンカーボルト３で固定され、これに左右の柱４，５が柱脚をほぞ嵌合させて直立させ、次いで、これらの柱頭をつないで梁６がほぞ嵌合させて組み付けられている。符号７は天井、符号８は床である。
左右の柱４，５には振動伝達板９，１０の一端が連結金物１１を介して固定されている。振動伝達板９，１０の他端は間隔をあけて対向し、これらの間に制振ダンパーとしての履歴ダンパー１２（第１実施例）が取り付けられている。この実施例では同じ構成のものが上下に２個、配置されている。振動伝達板９，１０と履歴ダンパー１２がこの壁部分の制振機構を構成し、履歴ダンパー１２は制振ダンパーとして機能する。

振動伝達板９，１０は、この実施例において構造用合板（３５０×２０００ｍｍ、厚さ２８ｍｍ）を現場寸法に合わせて縦長の長方形に切り取ったものであり、同じ大きさである。
第１実施例としての履歴ダンパー１２（図２，３）は、第１、第２のベースプレート１３，１４の間に複数の振動吸収フィン１５を平行に配置しそれぞれの両端を第１、第２のベースプレート１３，１４へ溶接により固定してある。
ベースプレート１３は、前後の側板１６，１７と背板１８を一体に有する断面コ字形である。ほぼ長方形の鋼板を側板１６，１７となる箇所にあらかじめねじ孔１９を形成した後、背板１８部分を中心に折り曲げて加工したプレス成形品である。この実施例では、ベースプレート１４も同じ構造である。

これらのねじ孔１９はこの実施例において左右のベースプレート１３，１４に８個ずつ１列に形成され、一つおきに配置された４個が一組のねじ孔となっている。つまり、実施例の履歴ダンパー１２を振動伝達板９，１０へすべりが生じないように十分な強度を持って固定するのに、片方のベースプレート１３及び１４において４本のねじを必要とし、そのための一組のねじ孔が二組準備されているということである。一組には他の組と区別しやすくするために目印（黒丸）が付されている。なお、実際にはねじとしてボルトを利用するので、ねじ孔１９は前後の側板１６、１７に貫通して形成されている。

振動吸収フィン１５は、この実施例では、両端を同じ側に屈曲してコ字形に成形した鋼板である。鋼板としては厚さ６ｍｍの降伏点が通常鋼板に比べて比較的に低い鋼板（例えば、２２５Ｎ／ｍｍ）を利用するのが好ましく、この実施例では厚さ６ｍｍ、幅３５ｍｍ、長さ１８０ｍｍの長方形板の両端４０ｍｍを同じ側に屈曲してコ字形にプレス成形してある。
振動吸収フィン１５の大きさは、履歴ダンパー１２に負担させる振動エネルギーの大きさと使用するフィンの枚数による。

図１において、振動伝達板９，１０はそれぞれ上下と中間の連結金物１１で柱４，５とすべりのないように確実に固定されている。連結金物１１は、ベースプレート１３，１４と同様な構造を備えた金物であり、背板部を柱４，５に固定し、前後の側板に振動伝達板９，１０の一端をボルトで確実に固定する。
また、上下の連結金物１１は一端に引寄せボルト２０の係合孔を備えていて、ホールダウン金物をかねている。ホールダウン金物は、柱と横架材（土台、梁）とのほぞ嵌合を引寄せて補強し、柱の引き抜き耐力を向上させるものであるが、結合状態に過度の剛性を付加するものではなく、振動などにより大きな力（水平せん断力）が作用したとき、結合構造が変形するのを許容する。

履歴ダンパー１２は、前記のように、柱４，５に一端を固定された左右の振動伝達板９，１０の対向した他端間に第１、第２のベースプレート１３，１４をボルト締めして固定される。その取り付けは選択された一組のねじ孔１９を利用して行われるが、図２（イ），（ロ）のどちらの姿勢でもよい。
地震などによる強い振動が建物に加わると、壁部分の柱４，５は図１において左または右方向に傾斜する力を受ける。この力は、振動伝達板９，１０を介して履歴ダンパー１２に伝達される。履歴ダンパー１２では、左右のベースプレート１３，１４が上下方向でずれるような力を受け、これが振動吸収フィン１５に伝達される。履歴ダンパー１２の履歴ループは、図４に例示するような面積を有するものとなるが、これは振動吸収フィン１５が塑性変形する際に振動エネルギーを吸収することを意味する。結果として、振動が建物に与える影響を緩和することができる。

履歴ダンパー１２を交換するときは、第１、第２のベースプレート１３，１４と振動伝達板９，１０を固定しているねじ（ボルト）を外せばよく、振動伝達板９，１０と柱４，５との固定を解除するなど、制振機構全体を取り外す必要はない。
また、履歴ダンパー１２として同種のものを利用することが多いと考えられるが、交換して取り付ける新しい履歴ダンパー１２は、これまでの履歴ダンパーが振動伝達板９，１０との固定に使用していた一組とは違う組のねじ孔１９を利用する。これにより、素材的に疲労した同じ箇所を避け、再び確実な固定を得られる。

図５は、履歴ダンパー１２の第２実施例を示したものであり、振動吸収フィン１５がコ字形ではなく、両端部を異なる側に屈曲したＺ字形となっている。コ字形の場合と同じ機能を発揮することができる。又、安価に製造することができる。
図６は第３実施例を示し、履歴ダンパー１２を取り付けるねじとしてコーチねじやラグスクリューを利用する場合の構造であり、ベースプレート１３，１４は、第１、第２実施例のように断面コ字形ではなく、前後の側板１６，１７の一方を有しない形態としてある。

図７は第４実施例を示し、第１、第２の実施例と同様に、第１のベースプレート１３と第２のベースプレート１４の間に複数の振動吸収フィン１５が固定された構造である。
各振動吸収フィン１５はコ字形にプレス加工されており、屈曲された両側が溶接によりベースプレートに固定されている。第１のベースプレート１３は長方形の鋼板であり、上部と下部に複数のねじ孔１９を有する。ねじによる第１ベースプレート１３の固定方向は壁部分を正面として左右方向である。また、第２のベースプレート１４は、断面Ｌ字形をしており、その縦片２１に複数のねじ孔１９を有し、横片２２に振動吸収フィン１５の端部が固定されている。第２ベースプレート１４のねじによる固定方向は壁部分を正面として前後方向である。複数のねじ孔１９は、第１実施例の場合と同様に、一組のねじ孔を単位として複数組備えたものである。

第４実施例の履歴ダンパー１２は、特許文献１に開示されているのと同様な制振構造の実施に利用できるものであり、第１のベースプレート１３を一方の柱４の内面にねじにより固定し、第２ベースプレート１４を上下に斜行する２本のブレース部材２３によって他方の柱５の柱頭側と柱脚側に固定して用いる。第１ベースプレート１３と柱４との固定はねじによるものであって着脱可能であり、また、第２ベースプレート１４とブレース部材２３との固定もボルトなどのねじによるものであるから、着脱可能である。

したがって、第４実施例の履歴ダンパー１２においても、振動吸収フィン１５はプレス加工によって断面コ字形あるいはＺ字形に成形されるものであるから、きわめて簡単、且つ、安価に得ることができ、また、履歴ダンパー１２の交換が必要なときに、ねじを外すことによって、履歴ダンパー１２だけを簡単に交換することができる。交換後の取り付けにこれまでとは異なる組のねじ孔を利用すると、交換後の固定をより確実なものとできる。

以上、実施例について説明した。
第１、第２のベースプレート１３，１４に複数組のねじ孔１９を形成する場合のねじ孔１９の配置は実施例のものに限らず、２列に形成したねじ孔１９を一段ずつ交互に使用する態様としても二組のねじ孔１９を配置することができる。又、各組のねじ孔１９の配置が同じでなくても良い。
一組のねじ孔１９は、履歴ダンパー１２の取り付け姿勢を上下逆にすることで位置がずれるようにして、これをもう一つの組として利用できるようにすることもある。

壁部分の斜視図。 履歴ダンパー（実施例１）の正面図であり、（イ）に対して（ロ）は逆姿勢。 履歴ダンバーを分解して示す斜視図。 実施例１における履歴ダンバーの履歴曲線（層せん断力―層間変形曲線）。 履歴ダンパーを分解して示す斜視図（実施例２）。 履歴ダンバーを分解して示す斜視図（実施例３）。 履歴ダンパーの斜視図（実施例４）。

符号の説明

１ 基礎
２ 土台
３ アンカーボルト
４ 左柱
５ 右柱
６ 梁
７ 天井
８ 床
９ 左振動伝達板
１０ 右振動伝達板
１１ 連結金物
１２ 履歴ダンパー
１３ 第１ベースプレート
１４ 第２ベースプレート
１５ 振動吸収フィン
１６ 前側板
１７ 後側板
１８ 背板
１９ ねじ孔
２０ 引寄せボルト
２１ 縦片
２２ 横片
２３ ブレース部材

Claims (2)

1. 建物の制振機構に用いる制振ダンパーであって、
   対向させた第１、第２のベースプレートの間に複数の振動吸収フィンを平行に配置しそれぞれの両端を第１、第２のベースプレートに固定してあり、
   ベースプレートは、柱又は柱に一端が固定された振動伝達部材へ着脱可能に固定する部分であり、
   振動吸収フィンは、両端を同じ側に屈曲したコ字形あるいは両端を異なる側へ屈曲したＺ字形に成形した鋼板であることを、
   特徴とする履歴ダンパー。
2. ベースプレートには振動伝達部材との固定に必要な数を一組としたねじ孔が複数組形成されており、その中の一組を選択して振動伝達部材へ着脱可能に固定できる構成であることを特徴とした請求項１に記載の履歴ダンパー。

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