JP2010203133A - 鉄骨架構の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】設置に大きな制限を受けることがなく、確実且つ好適に鉄骨架構の応答を低減させることが可能な鉄骨架構の制振構造を提供する。
【解決手段】鉄骨柱１１と鉄骨梁１２を組み付けて多層構造で形成された鉄骨架構１０の制振構造Ｃであって、制振ダンパー１４とブレース１５を備えて構成する。そして、制振ダンパー１４は、鉄骨架構１０を設置した床面Ｆに固設する。また、ブレース１５は、鉄骨柱１１と鉄骨梁１２で囲まれた構面Ｔ１の外側に且つ複数層に跨って配設する。さらに、ブレース１５を、一端１５ａを制振ダンパー１４に繋げ、他端１５ｂを鉄骨架構１０の上層に繋げて設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工場や倉庫内に設置されるラックや機械設備のフレームなどの鉄骨架構の制振構造に関する。

従来から、例えば建物の柱部材１と梁部材２で囲まれた構面Ｔ１内に、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、制振ダンパー３と壁部材４（振動エネルギー吸収機構、制振構造Ａ）を設置したり、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、制振ダンパー３とブレース５（振動エネルギー吸収機構、制振構造Ｂ）を設置して、建物の地震時応答を低減させることが行われている。

このとき、制振ダンパー３と壁部材４からなる制振構造Ａでは、地震時の架構（１、２）の層間変形がＲＣ壁４ａやＰＣａ板４ｂなどを用いて形成した壁部材４を通じて制振ダンパー３に伝達され、この制振ダンパー３が振動エネルギーを吸収して建物の応答を低減する効果が発揮される。このため、制振ダンパー３に層間変形を伝達する壁部材４が十分な剛性を有し、且つこの壁部材４を固定する梁部材２も十分な剛性を有していることが必要になる。

また、制振ダンパー３とブレース５からなる制振構造Ｂでは、地震時の架構（１、２）の層間変形がブレース５を通じて制振ダンパー３に伝達され、この制振ダンパー３が振動エネルギーを吸収して建物の応答を低減する効果が発揮される。また、振動エネルギーの吸収に伴って発生する制振ダンパー３からの抵抗力を架構（１、２）に効率よく伝達させるために、一般に、ブレース５は、その一端部５ａを柱部材１と梁部材２の接合部Ｓ１に繋げて配設するようにしている。すなわち、ブレース５の一端部５ａを柱部材１と梁部材２の接合部Ｓ１ではなく、柱部材１もしくは梁部材２の中間部Ｓ２に繋げると、柱部材１もしくは梁部材２に大きな剛性が必要になる。そして、剛性が不足すると制振ダンパー３からの抵抗力によって柱部材１もしくは梁部材２に撓みが生じ、制振ダンパー３の抵抗力の伝達に損失が生じて十分に建物の応答を低減する効果が得られなくなってしまう。

一方、工場や倉庫内に設置されるラックや機械設備のフレーム（鉄骨架構）などにおいても、ラックに収納した製品（荷物）、フレーム内の機械設備を地震から守るために、制振構造を設けることが求められている。そして、この種の鉄骨架構の制振構造には、鉄骨柱に極低降伏点鋼の柱部材を用いたり、鋼製ダンパーを組み込んで構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。また、鉄骨架構（ラック）と建屋の間に制振ダンパーを設置して構成したものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２７８１５号公報 特開２００４−１０２９４号公報

しかしながら、工場や倉庫内に設置されるラックや機械設備のフレームなどの鉄骨架構の制振構造として、鉄骨柱に極低降伏点鋼の柱部材を用いたり、鋼製ダンパーを組み込んだ制振構造を採用した場合、鉄骨架構の地震時の応答変形が一定以上になり、極低降伏点鋼や鋼製ダンパーが塑性域に入ってから振動エネルギーの吸収効果が発揮される。すなわち、極低降伏点鋼や鋼製ダンパーが塑性域に入るまで制振効果が得られない。このため、中小地震に対する応答低減効果が期待できないという問題があった。

また、鉄骨架構と建屋の間に制振ダンパーを設置した制振構造においては、鉄骨架構の近傍に建屋躯体があることが必要であり、その採用に大きな制限が生じるという問題があった。すなわち、鉄骨架構と建屋躯体が離れている場合には、制振ダンパーを設置するための部材が長くなり、この部材の剛性を十分に取ることが難しくなって、やはり採用が困難になるケースが多い。

一方、この種の鉄骨架構に図５（ａ）〜図５（ｃ）や図６（ａ）〜図６（ｄ）に示した制振構造Ａ、Ｂを採用して地震時応答を低減させることも考えられる。しかしながら、工場や倉庫内に設置されるラックや機械設備のフレームなどの鉄骨架構は、鉄骨柱や鉄骨梁に軽量鉄骨を用いて形成されていることが多く、鉄骨架構の剛性／荷重支持能力が小さい。このため、重量が大きな壁部材４（ＲＣ壁４ａやＰＣａ板４ｂ）を鉄骨梁で支持して設置する図５（ａ）〜図５（ｃ）の制振構造Ａを採用することは、難しい。

また、図６（ａ）の制振構造Ｂは、１つの制振ダンパー３を設置するために４本のブレース５が必要になる。さらに、鉄骨柱と鉄骨梁で囲まれた構面Ｔ１の中央に制振ダンパー３が配設されることになるため、ブレース５及び制振ダンパー３が荷物（製品）や機器、配管などに対して大きな妨げ（邪魔）になってしまう。

また、図６（ｂ）の制振構造Ｂは、制振ダンパー３の固定端部（右固定端部）を鉄骨梁（もしくは鉄骨柱）の端部側に固定することになるため、制振ダンパー３に発生する軸力と固定部材６の高さの積であるモーメントが鉄骨梁に作用する。このため、特に軽量鉄骨を用いて鉄骨架構が形成されている場合には、モーメントによって鉄骨梁に変形が生じ、制振ダンパー３の抵抗力の伝達に損失が生じて十分に鉄骨架構の応答を低減する効果が得られないおそれがある。

さらに、図６（ｃ）の制振構造Ｂにおいても、ブレース５の他端部５ｂを鉄骨梁の中間部Ｓ２に繋げてブレース５が配設されることになるため、鉄骨梁が変形し、制振ダンパー３の抵抗力の伝達に損失が生じて十分に鉄骨架構の応答を低減する効果が得られないおそれがある。

また、図６（ｄ）の制振構造Ｂは、制振ダンパー３が鉄骨梁の中間部Ｓ２に繋げて配設されることになるため、制振ダンパー３から発生する抵抗力により、鉄骨梁に撓みが発生し、やはり十分に鉄骨架構の応答を低減する効果が得られないおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、設置に大きな制限を受けることがなく、確実且つ好適に鉄骨架構の応答を低減させることが可能な鉄骨架構の制振構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の鉄骨架構の制振構造は、鉄骨柱と鉄骨梁を組み付けて多層構造で形成された鉄骨架構の制振構造であって、制振ダンパーとブレースを備え、前記制振ダンパーは、前記鉄骨架構を設置した床面に固設され、前記ブレースは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁で囲まれた構面の外側に且つ複数層に跨って配設されるとともに、一端を前記制振ダンパーに繋げ、他端を前記鉄骨架構の上層に繋げて設けられていることを特徴とする。

この発明においては、制振ダンパーに繋がるブレース（制振ダンパー及びブレース）を、鉄骨柱と鉄骨梁で囲まれた構面内ではなく、構面の外側に配設することによって、このブレース（制振構造）を鉄骨架構のスパン間隔にかかわりなく自由に設置することが可能になる。これにより、鉄骨架構の上下方向の複数層に跨ってブレースが配設されても、各層に収納する製品などの荷物や機器へのブレースの干渉を少なくすることができる。

また、地震時に生じる鉄骨架構の揺れ（鉄骨架構の層間変形）がブレースを通じて制振ダンパーに伝達される際に、この制振ダンパーが床面に固設されているため、構面内に設置した従来の制振構造のように、鉄骨架構に変形が生じることがなく、最も有効に制振ダンパーに鉄骨架構の揺れを伝達させることが可能になる。

また、本発明の鉄骨架構の制振構造において、前記ブレースは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁の接合部に前記他端を繋げて設けられていることが望ましい。

この発明においては、ブレースの他端を鉄骨柱と鉄骨梁の接合部に繋げることにより、確実にブレースを通じて鉄骨架構の揺れを制振ダンパーに伝達し、この制振ダンパーで振動エネルギーを吸収させることができる。また、このようにブレースの他端を鉄骨柱と鉄骨梁の接合部に繋げることで、制振ダンパーで発生した抵抗力によって鉄骨柱や鉄骨梁が変形するようなことが確実になくなり、好適に鉄骨架構の応答低減効果を発揮させることが可能になる。

さらに、本発明の鉄骨架構の制振構造において、前記ブレースの他端が繋がる前記鉄骨架構の上層に、補剛部材が前記鉄骨柱と前記鉄骨梁にそれぞれ端部を繋げて架設され、前記ブレースは、前記補剛部材の端部を繋げた前記鉄骨柱あるいは前記鉄骨梁の中間接合部に前記他端を繋げて設けるようにしてもよい。

この発明においても、補剛部材が繋がる鉄骨柱あるいは鉄骨梁の中間接合部にブレースの他端を繋げることにより、すなわち、補剛部材で補強した鉄骨柱あるいは鉄骨梁の中間部分にブレースを繋げることにより、確実にブレースを通じて鉄骨架構の揺れを制振ダンパーに伝達し、この制振ダンパーで振動エネルギーを吸収させることができる。そして、このように補剛部材で補剛した中間接合部にブレースを繋げることで、制振ダンパーで発生した抵抗力によって鉄骨柱や鉄骨梁が変形するようなことがなく、好適に鉄骨架構の応答低減効果を発揮させることが可能になる。

本発明の鉄骨架構の制振構造においては、制振ダンパーに繋がるブレース（制振ダンパー及びブレース）を、鉄骨柱と鉄骨梁で囲まれた構面内ではなく、構面の外側に配設することによって、このブレース（制振構造）を鉄骨架構のスパン間隔にかかわりなく自由に設置することが可能になる。これにより、鉄骨架構の上下方向の複数層に跨ってブレースが配設されても、各層に収納する製品などの荷物や機器へのブレースの干渉を少なくすることができる。

また、地震時に生じる鉄骨架構の揺れ（鉄骨架構の層間変形）がブレースを通じて制振ダンパーに伝達される際に、この制振ダンパーが床面に固設されているため、構面内に設置した従来の制振構造のように、鉄骨架構に変形が生じることがなく、最も有効に制振ダンパーに鉄骨架構の揺れを伝達させることが可能になる

よって、本発明の鉄骨架構の制振構造によれば、設置に大きな制限を受けることがなく、確実且つ好適に鉄骨架構の応答を低減させることが可能になる。また、小型の制振ダンパーを用いたり、制振ダンパーの数を減らしても、確実に鉄骨架構に制振性能を付与することが可能になる。なお、制振ダンパーとしてオイルダンパーや粘弾性ダンパーを用いることで、中小地震に対しても鉄骨架構の応答を確実に低減することが可能である。

本発明の一実施形態に係る鉄骨架構の制振構造を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る鉄骨架構の制振構造を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る鉄骨架構の制振構造の制振ダンパーを示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る鉄骨架構の制振構造の変形例を示す正面図である。 従来の制振構造を示す正面図である。 従来の制振構造を示す正面図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る鉄骨架構の制振構造について説明する。

本実施形態の鉄骨架構１０は、例えば工場や倉庫内に設置されるラックなどの鉄骨架構であり、図１及び図２に示すように、軽量鉄骨の鉄骨柱１１と鉄骨梁１２を組み付けて上下方向に並設する複数のラックを備える多段構造（多層構造）で形成されている。また、この鉄骨架構１０は、横方向にも複数のラックが並設されて、多列構造で形成されている。さらに、本実施形態の鉄骨架構１０は、最下層（下から１段目の層）よりも上層（下から２段目の層）の各構面Ｔ１内に、鉄骨である補剛部材１３が各構面Ｔ１を形成する鉄骨柱１１と鉄骨梁１２にそれぞれ端部をボルト接合あるいは溶接で繋げて架設されている。

一方、本実施形態の制振構造Ｃ（鉄骨架構の制振構造）は、制振ダンパー１４とブレース１５とを備えて構成されている。制振ダンパー１４は、例えばオイルダンパー、粘弾性ダンパーなどであり、図１から図３に示すように、鉄骨架構１０を設置した床面Ｆに固設されている。なお、条件によっては、制振ダンパー１４として摩擦ダンパーや鋼材ダンパーなどの他の制振ダンパーを用いてもよい。

ブレース１５は、鉄骨柱１１と鉄骨梁１２で囲まれた構面Ｔ１の外側に且つ鉄骨架構１０の最下層と２段目の層に跨って（複数層に跨って）配設されている。そして、このブレース１５は、一端１５ａを制振ダンパー１４に繋げ、補剛部材１３の端部を繋げて補強（補剛）された鉄骨柱１１の中間接合部Ｓ３（鉄骨架構１０の上層）に他端１５ｂをボルト接合あるいは溶接で繋げて配設されている。また、複数のブレース１５が、横方向に隣り合うブレース１５同士によっていわゆるＶ型ブレースを形成するように並設され、隣り合うブレース１５の一端１５ａ同士（ブレース交差部１５ｃ）が１つの制振ダンパー１４の一端にボルト接合あるいは溶接で繋げられている。そして、Ｖ型ブレースを形成するように並設した一対のブレース１５と、これら一対のブレース１５が繋がる１つの制振ダンパー１４によって制振構造Ｃが構成され、複数の制振構造Ｃが鉄骨架構１０の横方向に並設されている。

ついで、本実施形態の制振構造Ｃの作用及び効果について説明する。

はじめに、本実施形態の制振構造Ｃは、ブレース１５を鉄骨架構１０の構面Ｔ１の外側に配設して構成されている。このため、例えば図１に示すように、鉄骨架構１０のスパン間隔Ｈ１、Ｈ２（横方向に並設した列の間隔）が異なっている場合であっても、制振ダンパー１４の設置位置を適宜調整して、制振構造Ｃ（ブレース１５）が自由に設置される。そして、このように任意の位置に制振構造Ｃを設置することで、鉄骨架構１０のラックに置かれる製品などの荷物や機器にブレース１５が干渉して邪魔になることがない。

一方、地震によって鉄骨架構１０の揺れ（鉄骨架構１０の層間変形）が生じた際には、鉄骨架構１０の揺れがブレース１５を通じて制振ダンパー１４に伝達される。このとき、制振ダンパー１４が床面Ｆに固設されているため、従来の制振構造Ａ、Ｂを構面Ｔ１内に設置する場合と比較し、鉄骨架構１０に変形が生じることなく、最も有効に制振ダンパー１４に鉄骨架構１０の揺れが伝達される。このため、振動エネルギーが確実に制振ダンパー１４によって吸収されることになる。

さらに、本実施形態では、ブレース１５の他端１５ｂが、補剛部材１３の端部を繋げて補強された鉄骨柱１１の中間接合部Ｓ３（鉄骨架構１０の上層）に繋げられている。このため、制振ダンパー１４で振動エネルギーを吸収する際に発生する抵抗力によって鉄骨柱１１に変形が生じることが確実に防止される。

また、本実施形態のように制振ダンパー１４にオイルダンパー、粘弾性ダンパーを適用することで、中小地震に対しても、すなわち、鉄骨架構１０に作用する振動エネルギーが小さい場合であっても（地震時の応答変形が小さい領域から）、ブレース１５を通じて振動エネルギーが伝達されるとともに確実にこの振動エネルギーが制振ダンパー１４で吸収されることになる。

これにより、本実施形態の制振構造Ｃを工場や倉庫内に設置されるラックなどの鉄骨架構１０に設置することで、確実且つ好適に鉄骨架構１０の応答が低減される。

したがって、本実施形態の鉄骨架構の制振構造Ｃにおいては、制振ダンパー１４に繋がるブレース１５（制振ダンパー１４及びブレース１５）を、鉄骨柱１１と鉄骨梁１２で囲まれた構面Ｔ１内ではなく、構面Ｔ１の外側に配設することによって、このブレース１５（制振構造Ｃ）を鉄骨架構１０のスパン間隔Ｈ１、Ｈ２にかかわりなく自由に設置することが可能になる。これにより、鉄骨架構１０の上下方向の複数層に跨ってブレース１５が配設されても、各層に収納する製品などの荷物や機器へのブレース１５の干渉を少なくすることができる。

また、地震時に生じる鉄骨架構１０の揺れがブレース１５を通じて制振ダンパー１４に伝達される際に、この制振ダンパー１４が床面Ｆに固設されているため、構面Ｔ１内に設置した従来の制振構造Ａ、Ｂのように、鉄骨架構１０に変形が生じることがなく、最も有効に制振ダンパー１４に鉄骨架構１０の揺れを伝達させることが可能になる。

よって、本発明の鉄骨架構の制振構造Ｃによれば、設置に大きな制限を受けることがなく、確実且つ好適に鉄骨架構１０の応答を低減させることが可能になる。また、小型の制振ダンパー１４を用いたり、制振ダンパー１４の数を減らしても、確実に鉄骨架構１０に制振性能を付与することが可能になる。また、本実施形態のように制振ダンパー１４としてオイルダンパーや粘弾性ダンパーを用いることで、中小地震に対しても鉄骨架構１０の応答を確実に低減することが可能である。

さらに、本実施形態のように、補剛部材１３が繋がる鉄骨柱１１の中間接合部Ｓ３にブレース１５の他端１５ｂを繋げることにより、確実にブレース１５を通じて鉄骨架構１０の揺れを制振ダンパー１４に伝達し、この制振ダンパー１４で振動エネルギーを吸収させることができる。そして、このように補剛部材１３で補剛した中間接合部Ｓ３にブレース１５を繋げることで、制振ダンパー１４で発生した抵抗力によって鉄骨柱１１が変形するようなことがなく、好適に鉄骨架構１０の応答低減効果を発揮させることが可能になる。

以上、本発明に係る建物の鉄骨架構の制振構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ブレース１５がその他端１５ｂを補剛部材１３の端部を繋げて補強された鉄骨柱１１の中間接合部Ｓ３に繋げて設けられているものとしたが、本発明に係るブレース１５は、鉄骨梁１２の補剛部材１３の端部が繋がって補強された部分（中間接合部）に他端１５ｂを繋げて設けるようにしてもよい。この場合においても、確実にブレース１５を通じて鉄骨架構１０の揺れを制振ダンパー１４に伝達し、この制振ダンパー１４で振動エネルギーを吸収させることができる。また、制振ダンパー１４で発生した抵抗力によって鉄骨梁１２が変形するようなことがなく、好適に鉄骨架構１０の応答低減効果を発揮させることが可能である。

さらに、図４に示すように、鉄骨柱１１と鉄骨梁１２の接合部Ｓ１に他端１５ｂを繋げてブレース１５を配設するようにしてもよい。この場合においても、上記と同様、鉄骨架構の変形を防止して、好適に鉄骨架構１０の応答低減効果を発揮させることが可能である。

また、本実施形態では、ブレース１５が鉄骨架構１０の最下層と２段目の層に跨って配設され、２段目の層を形成する鉄骨柱１１（鉄骨架構１０の上層）に繋げて配設されているものとしたが、このブレース１５は、効果的に鉄骨架構１０の応答を低減させることが可能な層（上層）に繋げて配設すればよく、２段目の層を形成する鉄骨柱１１に繋げて配設することに限定する必要はない。

さらに、本実施形態では、制振ダンパーがオイルダンパー、粘弾性ダンパーであるものとして説明を行ったが、制振効果を期待する条件によっては、制振ダンパーとして摩擦ダンパーや鋼材ダンパーなどを適用することも可能である。

１０ 鉄骨架構
１１ 鉄骨柱
１２ 鉄骨梁
１３ 補剛部材
１４ 制振ダンパー
１５ ブレース
１５ａ 一端
１５ｂ 他端
１５ｃ ブレース交差部
Ａ 従来の制振構造
Ｂ 従来の制振構造
Ｃ 制振構造
Ｆ 床面
Ｈ１ 鉄骨架構のスパン間隔
Ｈ２ 鉄骨架構のスパン間隔
Ｓ１ 接合部
Ｓ２ 中間部
Ｓ３ 中間接合部
Ｔ１ 構面

Claims (3)

1. 鉄骨柱と鉄骨梁を組み付けて多層構造で形成された鉄骨架構の制振構造であって、
   制振ダンパーとブレースを備え、
   前記制振ダンパーは、前記鉄骨架構を設置した床面に固設され、
   前記ブレースは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁で囲まれた構面の外側に且つ複数層に跨って配設されるとともに、一端を前記制振ダンパーに繋げ、他端を前記鉄骨架構の上層に繋げて設けられていることを特徴とする鉄骨架構の制振構造。
2. 請求項１記載の鉄骨架構の制振構造において、
   前記ブレースは、前記鉄骨柱と前記鉄骨梁の接合部に前記他端を繋げて設けられていることを特徴とする鉄骨架構の制振構造。
3. 請求項１記載の鉄骨架構の制振構造において、
   前記ブレースの他端が繋がる前記鉄骨架構の上層に、補剛部材が前記鉄骨柱と前記鉄骨梁にそれぞれ端部を繋げて架設され、
   前記ブレースは、前記補剛部材の端部を繋げた前記鉄骨柱あるいは前記鉄骨梁の中間接合部に前記他端を繋げて設けられていることを特徴とする鉄骨架構の制振構造。

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