JP2014062367A - ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】 通常の鋼材が使用でき、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収および大きな変形能力を確保できるダンパーを提供する。
【解決手段】 耐力壁に組み込まれるダンパー１であり、互いに平行に配置される一対の平行板部２，２と、これら平行板部２を連結するエネルギー吸収用の板状ウェブ部３と、前記一対の平行板部２，２の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部４，４とでなる。一対の垂直板部４，４は、震動により耐力壁の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合される。ウェブ部３は、耐力壁の壁面に対して出入り方向の傾斜を成す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄骨系等の住宅やその他の建物の耐力壁等に組み込まれて、地震などにより加わるエネルギーを吸収するダンパーに関する。

図１６は、住宅用耐力壁に組み込まれるダンパーの従来例を示す。図１６（Ａ），（Ｂ）に示す従来例では、ダンパーとしてＨ形鋼３０を用い、これをそのウェブ部３０ａが耐力壁の壁面と垂直になるように耐力壁内に配置してＸ型ブレース３４やＫ形ブレース３５に接合し、前記ウェブ部３０ａで変形能力を確保している。図１６（Ｃ）に示す従来例では、ダンパーとして鋼板のパネル３１を用い、これを耐力壁の壁面と平行になるように耐力壁内に配置してＫ型ブレース３５に接合し、前記パネル３１にスリット３１ａを形成することで変形能力を確保している。図１６（Ｄ）に示す従来例では、ダンパーとして極低降伏点鋼板３２を用い、これを耐力壁の壁面と平行になるように耐力壁内に配置してＸ型ブレース３４Ａに接合し、極低降伏点鋼板３２の伸び能力で曲げ変形能力を確保している。

この他、図１７（Ａ）に示すようなせん断ダンパー３３を梁３６およびブレース３７に接合したものや、図１７（Ｂ）のようにせん断ダンパー３３を間柱３８に接合した間柱型耐力壁も提案されている。

特開２００９−１０８６６８号公報 特開２０１０−１２１３４８号公報 特許４５８０４５８号公報

エネルギー吸収要素として鋼材ダンパーを用いる場合、曲げ変形では変形能力は優れるが、耐力が低く、鋼材量が多くなる。一方、せん断変形では高耐力が期待できるが、変形能力が乏しい。
繰り返し作用する地震エネルギーを安定して吸収するには、耐力と変形能力のバランスが必要となる。

そのため、図１６（Ｃ）のように、ダンパーにスリットなどの加工を施し、あるいは図１６（Ｄ）の例のように、鋼材として低降伏点鋼のような、高い伸び能力のあるものを用いるなどの必要がある。
しかし、スリットなどの加工を施す場合、加工の工程が増え、製造コストが高くなる。低降伏点鋼のような特殊な鋼材を用いる場合、材料コストが高くなる。

せん断と曲げとの両方の耐力を利用し、ダンパーの変形にせん断成分に加えて曲げ成分を加えることで、繰り返し作用する地震に対して安定したエネルギー吸収能力が得られると考えられる。

この発明の目的は、通常の鋼材を使用し、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収と大きな変形能力が得られるダンパーを提供することである。

この発明のダンパーは、建物に取り付けられるダンパーであって、
互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が前記変位する方向と垂直または平行な平面に対して傾斜を成すことを特徴とする。

この構成によると、ウェブ部が壁面に対して出入り方向に傾斜を有するため、地震などにより建物の壁面に沿う水平方向の繰り返し荷重を受けたときに、せん断変形に、曲げ変形成分が加わり、安定したエネルギー吸収と、大きな変形能力とが得られる。
この大きな変形能力が、材料として低降伏点鋼を用いたり、ウェブ部にスリットなどの加工を施すことなく得られる。なお、低降伏点鋼を用い、あるいはウェブ部にスリットを設けた場合は、より大きな変形能力が得られる。また、ダンパーのせん断耐力・剛性は、前記ウェブ部の傾斜角度、板厚、幅寸法を調整することで容易に調整することができる。より大きな変形能力が求められる場合には、例えば、前記ウェブ部の壁面に対する傾斜角度を３０度等に設定することで、より一層大きな変形能力を確保することができる。

この発明のダンパーにおいて、前記一対の垂直板部は、水平でかつ前記壁面に対して垂直に配置され、前記ウェブ部が前記壁面に対して傾斜を成すものとしても良い。前記一対の垂直板部は、必ずしも水平でなくても良いが、ウェブ部を傾斜させ、このダンパーの耐力壁等への取付部分である一対の垂直板部を水平とすることで、このダンパーを耐力壁等へ取付けるための構成が特殊な構成とならず、簡素な構成で済み、取付作業性も優れたものとなる。

この発明のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なるものであっても良い。この構成の場合、ウェブ部が折り返し部等を介して複数面の部分で構成されるので、その複数面の部分を合わせた１枚の平板状のウェブ部とする場合に比べて狭く構成できて、ダンパーが耐力壁の厚み範囲内に納まり易い。また座屈面の長さを短くできて、座屈耐力も向上する。

このウェブ部を、傾斜方向が互いに異なる複数面の部分とする具体例としては、例えば前記一対の平行板部と前記ウェブ部とでＭ字形を成す形状や、ウェブ部を、傾斜方向が互いに異なる部分が交互に並ぶ波形とする形状などがある。この他に、前記ウェブ部が、前記一対の平行板部の間にこれら平行板部と平行に配置された中間板部と、この中間板部と前記一対の平行板部とをそれぞれ連結した２枚の傾斜板部とでなるものとしても良い。前記ウェブ部を前記のように波形とした場合は、同じ鋼材量で全厚さをより薄くできる。

この発明のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、１枚の平板状の鋼材からなる構成としても良い。この場合は、ダンパーが前記一対の平行板部を含むＺ字状等の簡素な形状となる。

この発明のダンパーは、建物に取り付けられるダンパーであって、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が前記変位する方向と垂直または平行な平面に対して傾斜を成すため、通常の鋼材を使用し、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収と大きな変形能力が得られる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態に係るダンパーの正面図、（Ｂ）は同破断側面図、（Ｃ）は同斜視図である。 （Ａ）は同ダンパーを組み込んだ耐力壁の一例の正面図、（Ｂ）は他の例の正面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 この発明の他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図、（Ｂ）は同ダンパーの変形例の側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図、（Ｂ）は従来例との違いの説明図である。 この発明のダンパーと従来例との効果の違いの説明図である。 従来例の説明図である。 他の従来例の説明図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このダンパー１は、図２のように建物の耐力壁２０に組み込まれて、地震などにより加わるエネルギーを吸収するダンパーであって、互いに上下に位置して平行に配置される一対の平行板部２，２と、これら平行板部２を連結するエネルギー吸収用の板状のウェブ部３と、前記一対の平行板部２，２の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部４，４とでなる。前記一対の平行板部２，２および垂直板部４，４は帯鋼等の平板状の鋼板からなり、ウェブ部３は後述の鋼材からなる。平行板部２，２とウェブ部３、および平行板部２，２と垂直板部４，４とは、隅肉溶接等の溶接により接合されている。

一対の垂直板部４，４は、震動により耐力壁２０の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合される。例えば、図２（Ａ）に示す鉄骨フレーム構造の耐力壁２０では、その柱２１と上側梁２２との接合部である上側隅部に一端が接合されたブレース２４の他端に図の左側の垂直板部４が接合され、右側の垂直板部４は柱２１に接合される。
また、図２（Ｂ）に示す鉄骨フレーム構造の間柱型耐力壁２０では、その間柱２５を上側柱部２５ａと下側柱部２５ｂに分断して、この間にダンパー１が設置される。ダンパー１は、この例では、図２（Ａ）との例とは９０°異なる姿勢とされ、垂直板部４，４が互いに上下に位置して水平となるように配置される。上側柱部２５ａの下端に上位置の垂直板部４が接合され、下側柱部２５ｂの上端に下位置の垂直板部４が接合される。一対の平行板部２，２は、ここでは、耐力壁２０の壁面に対して垂直に配置される。
なお、図２（Ａ），（Ｂ）の耐力壁２０は、例えば戸建て住宅の耐力壁であって、鉄骨のフレームからなる。

ダンパー１のウェブ部３は、その表面が耐力壁２０の壁面に対して出入り方向の傾斜を成すように配置される。すなわち、図１（Ｂ）において、紙面の上下が耐力壁２０の上下に対応し、紙面の幅方向が耐力壁２０の厚み方向（前記出入り方向）に対応し、耐力壁２０の壁面は紙面に対して垂直である。ここでは、ウェブ部３の長手方向の一部が耐力壁２０の壁面に対して所定角度の傾斜を成し、ウェブ部３の長手方向の他部が前記壁面に対して前記傾斜角度と異なる角度の傾斜を成すように断面山形とされている。ウェブ部３を断面山形とするため、この実施形態では、２枚の帯鋼等の平板状の鋼板１３Ａ，１３Ｂを互いに隅肉溶接等の溶接により接合してウェブ部３が構成される。これにより、ダンパー１の全体の断面はＭ字形とされる。すなわち、ウェブ部３の上側部分となる鋼板１３Ａは壁面に対して下向きに傾斜し、ウェブ部３の下側部分となる鋼板１３Ｂは壁面に対して上向きに傾斜した姿勢となる。

作用、効果を説明する。垂直板部４は、ウェブ部３の鋼板１３Ａ、１３Ｂの荷重を伝達する。図１５（Ｃ），（Ｄ）に正面図および側面図で示すように、前記せん断パネルダンパー４１のウェブ部４３をせん断軸に対して回転させる、つまり壁面の出入り方向に傾斜させた場合、剛性はウェブ部４３の傾斜が大きくなるほど低くなるが、変形能力は高くなると考えられる。
上記実施形態のダンパー１によると、そのウェブ部３が、耐力壁２０の壁面に対して出入り方向の傾斜を成しているので、高い変形能力が得られる。そのため、材料として低降伏点鋼を用いたり、ウェブ部３にスリットなどの加工を施すことなく、地震などにより耐力壁２０の壁面に沿う水平方向の荷重を受けたとき、十分な変形能力を確保することができる。図３には、このダンパー１の耐力試験結果をグラフで示している。

このダンパー１のせん断耐力・剛性は、前記ウェブ部３の傾斜角度、板厚、幅寸法を調整することで容易に調整することができる。また、この実施形態では、ウェブ部３を山形断面形状としてその表面を複数面で構成しているので、ウェブ部３を、２枚の鋼板１３Ａ，１３Ｂが並ぶ広さの１枚の平板状とした場合に比べて耐力壁２０の壁厚方向の厚さが薄くなり、ダンパー１が耐力壁２０の厚み範囲内に納まり易い。また、座屈面の長さを短くできるので、座屈耐力も向上する。

なお、大きな変形性能が求められる場合には、前記ウェブ部３の表面の壁面に対する傾斜角度を例えば３０度等に設定することで、より大きな変形性能を確保することができる。必要であれば、前記ウェブ部３に孔やスリットなどによる断面欠損分を設けて、せん断耐力・剛性を調整しても良く、ウェブ部３の材料として低降伏点鋼あるいは極低降伏点鋼を用いてさらに変形能力を大きくしても良い。

図４は、この発明の他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、１枚の平板状の鋼板を断面Ｍ字形に曲げ加工して前記一対の平行板部２，２と断面山形のウェブ部３とを一体に形成している。一対の平行板部２，２とウェブ部３とが続く部分は、２段に折り曲げている。この実施形態の場合、曲げ加工だけで済み、溶接が不要であるため、生産性に優れ、安価に製造できる。その他の構成および作用効果は図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。図５には、このダンパー１の耐力試験結果をグラフで示している。

図６は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が１つの山形鋼１３Ｃからなり、これによりダンパー１全体の断面をＭ字形としている。この実施形態の場合、ウェブ部３に山形鋼１３Ｃを用いるため、２枚の鋼板を溶接する場合に比べて生産性に優れる。その他の構成および作用効果は図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。図７には、このダンパー１の耐力試験結果をグラフで示している。

図８は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が２つの山形鋼１３Ｄ，１３Ｅを互いに溶接等の接合してなる断面波形のものとされている。このように波形とすると、ウェブ部３の傾斜板部の傾斜角度を大きくしながら、全体厚さをより薄くできる。図９には、このダンパー１の耐力試験結果をグラフで示している。

図１０は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が１枚の平板状の鋼板からなる。その他の構成および作用効果は図１〜図３に示した実施形態の場合と略同様である。

図１１は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が、前記一対の平行板部２，２の間にこれら平行板部２と平行に配置された中間板部１３Ｆと、この中間板部１３Ｆと前記一対の平行板部２，２との間にこれら平行板部２に対して傾斜姿勢で配置されて前記中間板部１３Ｆと前記一対の平行板部２，２とを連結する２枚の傾斜板部１３Ｇ．１３Ｈとでなる。この場合、各傾斜板部１３Ｇ，１３Ｈが壁面に対して傾斜を成す。図１１（Ａ）の構成例では、両傾斜板部１３Ｇ，１３Ｈが同じ方向で角度に傾斜しており、図１１（Ｂ）の構成例では、両傾斜板部１３Ｇ，１３Ｈが互いに逆向きで同じ傾斜角度（絶対角が同じ）で傾斜している。その他の構成および作用効果は図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

図１２は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が１枚の波板鋼板からなる。この構成の場合、ウェブ部３が１枚でありながら、同じ鋼材量で全体厚さをより薄くできる。

図１３は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１では、図１〜図３に示す実施形態において、前記ウェブ部３が、断面Ｌ形に曲げ加工した２枚の板材１３Ｉ，１３Ｊを互いに溶接等で接合してなる断面山形のものである。その他の構成および作用効果は図１〜図３に示した実施形態の場合と同様である。

図１４（Ａ）は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー１は、同図のようにＨ形鋼をそのウェブ部が壁面に対して傾斜を成すように配置したものであり、Ｈ形鋼の上下のフランジ部がダンパー１の一対の平行板部２，２とされ、Ｈ形鋼のウェブ部がダンパー１のウェブ部３とされる。この場合、上下一対の平行板部２，２は壁面に対して垂直とはならず、共に傾斜を成す。
同じＨ形鋼であっても、図１４（Ｂ）のようにそのウェブ部が壁面と平行になるように配置した場合、図１５を参照して説明したように変形能力は小さくなるが、この実施形態のようにウェブ部を壁面に対して傾斜させることで変形性能を大きくすることができる。すなわち、この実施形態の場合も、図１〜図３に示した実施形態の場合と略同様の作用効果を得ることができる。

なお、以上の各実施形態では、ダンパー１を耐力壁に組み込む場合について説明したが、参考例として上記実施形態のダンパー１を連結制振材や間柱制振等の制振ダンパーとして利用することもできる。

１…ダンパー
２…平行板部
３…ウェブ部
４…垂直板部
１３Ａ，１３Ｂ…鋼板
１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ…山形鋼
１３Ｆ…中間板部
１３Ｇ，１３Ｈ…傾斜板部
１３Ｉ，１３Ｊ…板材
２０…耐力壁

この発明のダンパーは、建物に取り付けられるダンパーであって、
互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成し、地震により前記建物の壁面に沿う水平方向の繰り返し荷重を受けたときに、せん断変形に曲げ変形成分が加わった変形を生じてエネルギー吸収を行うことを特徴とする。

この発明のダンパーは、建物に取り付けられるダンパーであって、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成し、地震により前記建物の壁面に沿う水平方向の繰り返し荷重を受けたときに、せん断変形に曲げ変形成分が加わった変形を生じてエネルギー吸収を行うため、通常の鋼材を使用し、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収と大きな変形能力が得られる。

Claims (7)

1. 建物に取り付けられるダンパーであって、
   互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が前記変位する方向と垂直または平行な平面に対して傾斜を成すことを特徴とするダンパー。
2. 請求項１に記載のダンパーにおいて、前記一対の垂直板部は、水平でかつ前記壁面に対して垂直に配置され、前記ウェブ部が前記耐力壁の壁面に対して傾斜を成すダンパー。
3. 請求項１または請求項２に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なるダンパー。
4. 請求項３に記載のダンパーにおいて、前記一対の平行板部と前記ウェブ部とでＭ字形を成すダンパー。
5. 請求項３に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、傾斜方向が互いに異なる部分が交互に並ぶ波形を成すダンパー。
6. 請求項３に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、前記一対の平行板部の間にこれら平行板部と平行に配置された中間板部と、この中間板部と前記一対の平行板部とをそれぞれ連結した２枚の傾斜板部とでなるダンパー。
7. 請求項１または請求項２に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、１枚の平板状の鋼材からなるダンパー。
   

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