JP2012219553A

JP2012219553A - 制振構造

Info

Publication number: JP2012219553A
Application number: JP2011088197A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Terada; 岳彦寺田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】建物の架構フレーム内に設置するＸ形ブレースを制振ダンパーとしても機能せしめて優れた制振効果が得られる有効適切な制振構造を提供する。
【解決手段】架構フレーム１内に２本の斜材５をＸ状に交差させてなるＸ形ブレース４を設置し、該Ｘ形ブレースを架構フレームに生じる層間変形によりダンパーとして作動せしめる。Ｘ形ブレースは、各斜材の中央部どうしが相対回転可能かつ相対変位可能に積層された状態でＸ状に交差してその交差部に粘弾性体６が介装される。各斜材の一端部の軸剛性が他端部の軸剛性に比して相対的に高剛性であるように両端部における軸剛性に有意な差を持たせる。各斜材にプレテンションを導入することも好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は建物における制振構造に関わり、特に架構フレーム内に設置するＸ形ブレースを制振ダンパーとして機能せしめて制振効果を得る制振構造に関する。

この種の制振構造として特許文献１に示される耐震用ブレース装置を用いるものが提案されている。これは、互いに平行な剛性板材間に粘弾性体を挟在させてなる制振ダンパーをブレースとして用いて、それら二つの制振ダンパーを架構フレーム内にＸ状に交差させて配置するとともに、双方の中央交差部間にエネルギー吸収機能を有する緩衝材を介在させたものであり、各制振ダンパーが有する粘弾性体のみならずそれらの間に介在せしめた緩衝材によるエネルギー吸収効果も得られるというものである。

また、特許文献２には、１組の引張材からなるブレース部材をプレテンションを導入した状態で架構フレーム内にＸ状に設置するという耐震架構が提案されている。

特開２００１−１８２３５９号公報特開２０１１−６９０３号公報

特許文献１に示される耐震用ブレース装置は制振ダンパーとしていわゆる座屈拘束ブレースを用いるものであるが、座屈拘束ブレースはエネルギーを吸収する心材の座屈を防止するためにその外側に高剛性かつ大断面の座屈補剛材を装着する必要があり、したがってそのようなブレースを架構フレーム内にＸ状に設置することはかなりの設置スペースを必要として建築計画上および意匠上の制約を受けることが多い。

また、特許文献２に示される耐震架構はブレースとしてワイヤを使用可能であるので、特許文献１に示されるような座屈拘束ブレースによる場合に比べればそれを設置する上での制約は少ないものの、それ自体はダンパーとして機能するものではないのでダンパー機能を必要とする場合には他の減衰要素を組み合わせる必要がある。

上記事情に鑑み、本発明は架構フレーム内に設置するＸ形ブレースを制振ダンパーとしても機能せしめて優れた制振効果が得られる有効適切な制振構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、建物の柱と梁からなる架構フレーム内に２本の斜材をＸ状に交差させてなるＸ形ブレースを設置し、該Ｘ形ブレースを前記架構フレームに生じる層間変形によりダンパーとして作動せしめて制振効果を得る制振構造であって、前記Ｘ形ブレースは、前記各斜材の中央部どうしが相対回転可能かつ相対変位可能に積層された状態でＸ状に交差してその交差部に粘弾性体が介装されてなり、かつ前記各斜材は一端部の軸剛性が他端部の軸剛性に比して相対的に高剛性であるように両端部における軸剛性に差を有してなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の制振構造であって、前記各斜材はプレテンションが導入された状態で前記架構フレーム内に設置されてなることを特徴とする。

本発明の制振構造は、基本的には一対二本の斜材をＸ状に交差させた状態で組み合わせて設置した単なるＸ形ブレースの形態ではあるものの、双方の斜材の間に粘弾性体を介装したことにより、架構フレームが層間変形を生じた際にはＸ形ブレース自体が制振ダンパーとして機能して優れた減衰効果を発揮し得るものである。
特に、各斜材の両端部の軸剛性に差を持たせたことにより、架構フレームが層間変形を生じた際には粘弾性体に回転変形が生じるのみならず同時にせん断変形も生じ、したがって粘弾性体の変形が顕著かつ十分に生じて優れた減衰効果を発揮するものとなる。

本発明の制振構造の実施形態を示す図である。同、Ｖ形ブレースの作動状況を示す図である。

本発明の制振構造の実施形態を図１〜図２を参照して説明する。これは、柱２と梁３とにより構成されている架構フレーム１内に、一対二本の斜材５をＸ状に交差させた状態で組み合わせてＸ形ブレース４として設置するとともに、各斜材５間に粘弾性体６を介装することによってそのＸ形ブレース４自体を制振ダンパーとして機能させることを主眼とするものである。

図示例のＸ形ブレース４は各斜材５として小断面の鋼製ロッドが用いられていて、基本的にはそれら各斜材５の両端部がそれぞれ架構フレーム１の上下の仕口部に対してピン接合の形態で定着されて設置されるものであり、図２に示すように地震時に架構フレーム１に層間変形が生じた際には通常のＸ形ブレースと同様に一方の斜材５が引張側となってその引張耐力により架構フレーム１の変形を拘束するものである。

そのうえで本実施形態の制振構造では、各斜材５の中央部に短尺帯板状の鋼板５ａがそれぞれ設けられていて、各斜材５はそれらの鋼板５ａどうしが相対回転可能かつ相対変位可能に積層された状態でＸ状に交差するように組み合わせられ、かつそれら鋼板５ａの間には（ｂ）に示すように粘弾性体６が双方の鋼板５ａに対して接着された状態で介装されている。
したがって架構フレーム１が図２に示すように層間変形を生じた際には、双方の鋼板５ａどうしが互いに逆方向に回転するような面内相対回転が生じ、それにより粘弾性体６に回転変形が生じてその粘弾性抵抗力による減衰効果が得られるものとなっている。

しかも、本実施形態では、各斜材５の両端部での軸剛性が有意な差を有するものとされていて、それにより上記の粘弾性体６による減衰効果がより高められて効率的に減衰効果を発揮し得るものである。
すなわち、従来一般のＸ形ブレースでは各斜材の断面形状や断面寸法は全長にわたって均等とされていることが通常であるが、本実施形態における各斜材５は図示しているように両端部での断面寸法が異なるものとされている。
具体的には、図示例の場合には双方の斜材５における中央部よりも下部側の径寸法が上部側の径寸法に比較して大きくされており、したがって下部側の軸剛性が上部側の軸剛性に比べて相対的に高剛性とされている（換言すれば、上部側の径寸法が下部側の径寸法に比較して小さくされており、したがって上部側の軸剛性が下部側の軸剛性に比べて相対的に低剛性とされている）。

各斜材５の軸剛性を通常のように全長にわたって均等とした場合には、図２に示したように架構フレーム１に層間変形が生じた場合には双方の鋼板５ａどうしは相対回転を生じるだけで双方が同時に同方向に水平変位を生じてそれらの間に水平方向の相対変位は生じることはないが、本実施形態のように各斜材５の両端部の軸剛性に有意な差をもたせることにより、架構フレーム１が層間変形を生じた際には双方の鋼板５ａの間に面内相対回転が生じることに加えて双方の鋼板５ａの水平方向の変位量に差が生じてそれらの間に水平方向の相対変位も同時に生じることになり、それにより双方の鋼板５ａの間に介装されている粘弾性体６には回転変形のみならずせん断変形も生じ、したがって単に回転変形する場合に比べれば全体の変形がより顕著かつ十分に生じて優れた減衰効果を発揮するものとなる。

なお、各斜材５の両端部の軸剛性に差をもたせるためには、図示例のように各斜材５の両端部の径寸法を変化させることでも良いが、それに代えて、あるいはそれに加えて、双方の断面形状を変化させる（たとえば一方を円形断面とし、他方を角形断面とする等）ことでも良い。また、両端部を剛性の異なる異種の素材により形成したり、いずれか一方の端部の要所に対して軸剛性を高めるような適宜の補剛を施すようにしたり、あるいは逆にいずれか一方の端部の要所に軸剛性を低下させるような適宜の加工を施すことによっても、両端部の軸剛性に有意な差をもたせることが可能である。

いずれにしても、各斜材５の両端部における軸剛性は、架構フレーム１全体の水平剛性や粘弾性体６の減衰特性その他の諸条件も考慮して、架構フレーム１の層間変形によって双方の鋼板５ａどうしの間に相対回転のみならず水平方向の相対変位も有効に生じて粘弾性体６が確実かつ十分に変形し得るものとなるように適切に設定すれば良い。
勿論、その限りにおいては、図示例のように双方の斜材５の下部側を高剛性として上部側を低剛性とすることに限らず、それとは逆に双方の斜材５の下部側を低剛性として上部側を高剛性としたり、一方の斜材５は下部側を高剛性として上部側を低剛性とするが他方の斜材５は逆に下部側を低剛性として上部側を高剛性とすることでも良い。

以上のように、本発明の制振構造は、基本的には一対二本の斜材５をＸ状に交差させた状態で組み合わせて設置した単なるＸ形ブレース４の形態ではあるものの、双方の斜材５の間に粘弾性体６を介装し、かつ各斜材５の両端部の軸剛性に差を持たせたことにより、それ自体が制振ダンパーとして有効に機能して優れた減衰効果を発揮し得るものである。
勿論、各斜材５としては小断面の鋼製ロッドを用いることが可能であるから、特許文献１に示される耐震用ブレース装置のように斜材として複雑かつ大断面の座屈拘束ブレースを用いる場合に比べれば全体の構成が遙かに簡略であり、したがって十分に低コストで製作できるし、これを架構フレーム１に設置するうえでの建築計画上および意匠上の制約も少なくて済み、一般の建物に広く適用できるものである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば適宜の設計的変更や応用が可能であることは当然である。

たとえば、本発明における斜材５の素材としては上記実施形態のように小断面の鋼製ロッドを用いることが好適であるが、それに限るものではなく、所望の軸剛性を有して架構フレーム１の層間変形を粘弾性体６に伝達し得るものであり、かつ両端部の軸剛性に有意な差をもたせることが可能なものである限りにおいては、斜材５としてたとえばいわゆるフラットバー等の平坦な鋼製プレートを始めとして各種の素材、形態のものを自由に用いることが可能である。
なお、上記実施形態では斜材５として小径の鋼製ロッドを用いたことから、その中央部に粘弾性体６を介装するための鋼板５ａを設けたのであるが、斜材５としてたとえばフラットバー等の平坦な部材を用いる場合にはそれ自体を交差部において積層してその間に粘弾性体６を装着すれば良いので、上記実施形態における鋼板５ａは不要である。

また、本発明においては特許文献２に示されるように斜材５に対して予めプレテンションを導入しておくことも好ましい。
すなわち、斜材５としてたとえばワイヤのように圧縮耐力を有していない単なる引張材を用いる場合には、その斜材は引張時に耐力を発揮するのみで圧縮時にはなんら機能しないものであるが、そのような斜材に対して特許文献２に示されるようにプレテンションを導入しておくことにより圧縮側の斜材５もプレテンションが消失するまでは座屈せずに耐力を発揮するから、少なくとも架構フレーム１の変形の初期段階においては双方の斜材５が同時に拘束力を発揮するものとなる。
したがって、本発明における斜材５に対してそのようにプレテンションを導入することにより、その斜材５としてＰＣ鋼材のようなワイヤを用いることも可能となるし、その場合においても圧縮側の斜材５のプレテンションが消失して座屈するまでは制振ダンパーとして確実に機能するものとなる。

１架構フレーム
２柱
３梁
４Ｘ形ブレース
５斜材
５ａ鋼板
６粘弾性体

Claims

建物の柱と梁からなる架構フレーム内に２本の斜材をＸ状に交差させてなるＸ形ブレースを設置し、該Ｘ形ブレースを前記架構フレームに生じる層間変形によりダンパーとして作動せしめて制振効果を得る制振構造であって、
前記Ｘ形ブレースは、前記各斜材の中央部どうしが相対回転可能かつ相対変位可能に積層された状態でＸ状に交差してその交差部に粘弾性体が介装されてなり、かつ前記各斜材は一端部の軸剛性が他端部の軸剛性に比して相対的に高剛性であるように両端部における軸剛性に差を有してなることを特徴とする制振構造。
請求項１記載の制振構造であって、
前記各斜材はプレテンションが導入された状態で前記架構フレーム内に設置されてなることを特徴とする制振構造。