JP2014080827A - ブレースダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】座屈拘束部材として圧延溝形鋼を用いることで簡略な構成で低コストを維持しつつ高耐力化を図ることができる有効適切なブレースダンパーを提供する。
【解決手段】両端が建物に対して接合される帯板状の鋼板からなる芯材１と、芯材の周囲に装着される座屈拘束部材５からなる。座屈拘束部材は、芯材の両側に背中合わせ状態で配置されて芯材を両側から挟持する対の圧延溝形鋼６と、圧延溝形鋼のフランジ部６ａに対して締結されて双方の圧延溝形鋼どうしを連結する帯鋼からなるカバープレート７を主体として構成される。芯材の幅寸法が圧延溝形鋼のウェブ部６ｂの幅寸法よりも大とされて芯材の両側縁部がフランジ部の外側に突出する突出部１ｃとされ、その突出部の両側にそれぞれスペーサー１０が配置されてカバープレート７と圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとの間に挟持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物にブレースとして設置されるとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとして機能するブレースダンパーに関する。

この種のブレースダンパーとして特許文献１〜３に示すものが周知であり、広く用いられている。
これらのブレースダンパーは、両端が建物に対して接合される帯板状の鋼板からなる芯材（ブレース本体）と、その芯材の軸方向変形を許容しつつ面外方向および面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材からなることを構成上の特徴とするものである。
そして、上記の座屈拘束部材は、芯材の両側に背中合わせ状態で配置されて芯材を両側から挟持する対の溝形鋼と、それら溝形鋼のフランジ部に対して締結されて双方の溝形鋼どうしを連結する帯鋼からなるカバープレートを主体として構成されている。

特許第３９４１０２８号公報 特許第３６３７５３４号公報 特許第３８２０５２０号公報

ところで、上記従来のブレースダンパーにおいては座屈拘束部材としての溝形鋼として圧延溝形鋼を用いることが一般的であるが、そのような圧延溝形鋼はＪＩＳ規格によって最大幅寸法（断面せい寸法）が380mmに規定されており、それ以上の大断面の圧延溝形鋼は使用できないという制約がある。
そのため、座屈拘束部材として圧延溝形鋼を用いている従来のブレースダンパーでは芯材の最大幅寸法も必然的に380mm未満とせざるを得ず、それ以上の大断面の芯材を用いてさらに高耐力化を図ることはできないものである。

なお、上記のように圧延溝形鋼および芯材の幅寸法を380mm未満としなければならないという制約のもとでさらなる高耐力化を図るためには、芯材の厚さを大きくすることが考えられるが、芯材として用いる帯板状の鋼板の許容厚さ寸法にも自ずと制約がある。たとえば、芯材の素材として多用されているSN400B材の場合には厚さが40mmを超えると基準強度が低下してしまうことから、最大厚さを40mmとすることが限界であってそれ以上の高耐力化を図ることは困難である。
そのため、40mm未満の厚さの複数の芯材を積層して用いて芯材全体としての厚さを40mm以上とすることも考えられるが、その場合は個々の芯材が独立に挙動するので全体座屈や局部座屈等の不安定現象を起こし易いものとなってしまい、この種のブレースダンパー本来の機能を十分に発揮し難いものとなるばかりでなく設計や組み立ても格段に複雑化してしまうので、好ましくない。

さらに、高耐力化を図るための他の手法として、座屈拘束部材として圧延溝形鋼を用いることなく、それに代わる大断面の溝形鋼を用いることも考えられ、たとえば特許第４１９６２８５号公報に示されるブレースダンパーでは、座屈拘束部材として複数の部材を固着して構成した大断面の組み立て溝形鋼を用いるものとしている。
しかし、組み立て溝形鋼によって圧延溝形鋼と同等の特性を確保するためには、溶接による組み立て作業や曲げ加工等の高精度が要求される複雑かつ面倒な手間を必要とするし、汎用の圧延溝形鋼を用いる場合に比べてかなりのコストアップとならざるを得ず、やはり好ましくない。

上記事情に鑑み、本発明は従来一般的なブレースダンパーと同様に座屈拘束部材として圧延溝形鋼を用いることを前提とし、以て簡略な構成と低コストを維持しつつ、高耐力化を支障なく図ることができる有効適切なブレースダンパーを提供することを目的とする。

本発明は、建物にブレースとして設置されるとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとして機能するブレースダンパーであって、両端が建物に対して接合される帯板状の鋼板からなる芯材と、前記芯材の周囲に装着されて該芯材の軸方向変形を許容しつつ面外方向および面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材からなり、前記座屈拘束部材は、前記芯材の両側に背中合わせ状態で配置されて該芯材を両側から挟持する対の圧延溝形鋼と、前記圧延溝形鋼のフランジ部に対して締結されて双方の圧延溝形鋼どうしを連結する帯鋼からなるカバープレートを主体として構成されているとともに、前記芯材の幅寸法が前記圧延溝形鋼のウェブ部の幅寸法よりも大とされて該芯材の両側縁部が該圧延溝形鋼における前記フランジ部の外側に突出する突出部とされていて、該突出部の両側にそれぞれスペーサーが配置されて該スペーサーが前記カバープレートと前記圧延溝形鋼の前記フランジ部との間に挟持されてなることを特徴とする。

本発明のブレースダンパーによれば、芯材の幅寸法を圧延溝形鋼の幅寸法よりもスペーサーの厚み相当分だけ大きくすることが可能であり、したがって圧延溝形鋼の最大寸法に制約されることなく芯材の幅寸法を自由にかつ最適に設定することが可能であるから、それにより高耐力化を支障なく実現することができる。
勿論、本発明のブレースダンパーは、従来一般的なこの種のブレースダンパーにおける座屈拘束部材に対して単にスペーサーを追加するだけで良いから、さしたるコストアップにはならないし、設計上および組み立て上の手間が煩雑になったり面倒になることもなく、さらにスペーサーによる面外補剛効果が発揮されるので断面剛性のアップも期待できる。

本発明の実施形態であるブレースダンパーを示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は横断面図（（ａ）におけるｂ−ｂ線視図）、（ｃ）は横断面図（（ａ）におけるｃ−ｃ線視図）、（ｄ）は横断面図（（ａ）におけるｄ−ｄ線視図）である。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態であるブレースダンパーの概略構成を示すものである。
本実施形態のブレースダンパーは、特許文献１〜３に示されるような従来一般のブレースダンパーと同様に、建物にブレースとして設置されるとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとして機能するものであって、両端が建物に対して接合される帯板状の鋼板からなる芯材１と、芯材１の周囲に装着されて芯材１の軸方向変形を許容しつつ面外方向および面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材５からなることを基本とする。

芯材１の両端部は建物に対して固定される固定部１ａとされていて、図１（ｃ）、（ｄ）に示すようにその上下にはフランジ板２が溶接されているとともに、建物に対してボルト締結により連結するための多数のボルト孔３が形成されている。
芯材１の両端部の固定部１ａの間の中央部分は、図１（ｂ）に示すように固定部１ａよりも幅寸法（図１では縦姿勢として図示しているので高さ寸法に相当）がやや小さくされた降伏部１ｂとされていて、この芯材１は地震時に軸力を受けると降伏部１ｂが軸方向に降伏することによって制震効果を発揮するようになっている。

座屈拘束部材５は、図１（ｂ）に示すように、芯材１の両側に背中合わせ状態で配置されてその芯材１を両側から挟持する対の圧延溝形鋼６と、圧延溝形鋼６のフランジ部６ａに対して締結されて双方の圧延溝形鋼６どうしを連結する帯鋼からなるカバープレート７を主体として構成されている。

圧延溝形鋼６の一端側（図１（ａ）において左端側）は芯材１の固定部１ａに対してボルト締結されて固定されていてそれらの軸方向相対変位は拘束されているが、圧延溝形鋼６の他端側（同、右端側）はボルト孔が長穴とされていてその長穴の範囲内で軸方向相対変位可能に連結されており、これにより圧延溝形鋼６に対する芯材１の降伏部１ｂの軸方向相対変位が拘束されることなく許容されるようになっている。
なお、圧延溝形鋼６は芯材１を両側から挟持するものの芯材１の軸方向相対変位は許容する必要があることから、圧延溝形鋼６のウェブ部６ｂを芯材１の表面に対して密着させずにそれらの間に若干のクリアランスを確保し、必要に応じてそれらの間に適宜の滑動シート材を介装してスリップ可能な状態で挟持すると良い。

カバープレート７は、図１（ｂ）に示すように、芯材１を挟んで背中合わせとされた対の圧延溝形鋼６の左右のフランジ部６ａどうしを連結し得る幅寸法を有しており、上下のカバープレート７の両側縁部がそれぞれ左右両側の圧延溝形鋼６の上下のフランジ部６ａに対して多数のボルトにより締結されている。
したがって、本実施形態のブレースダンパーにおける座屈拘束部材５は、芯材１の周囲において左右一対の圧延溝形鋼６と上下一対のカバープレート７とが全体として略Ｈ形をなすように組み立てられて、その内側に芯材１を軸方向変形を許容する状態で挟持した構成となっており、これにより芯材１の面外方向および面内方向の座屈が確実に防止されてダンパーとして有効に機能し得るものとなっている。

なお、図示例の座屈拘束部材５では圧延溝形鋼６に対して補剛材としての縦リブ８および横リブ９を設けているが、これらは芯材１の耐力やダンパー長さに応じて必要であれば設ければ良く、圧延溝形鋼６自体で所望の座屈拘束力を確保し得る場合には省略可能である。
また、カバープレート７の厚さや、カバープレート７と圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとを締結するためのボルトピッチその他の仕様についても、ダンパー耐力等に応じて適宜調整すれば良い。

以上の構成は、特許文献１〜３に示されるブレースダンパーにおける座屈拘束部材の基本構成をほぼ踏襲したものであるが、本実施形態では従来のような汎用の圧延溝形鋼６をそのまま採用しつつも支障なく高耐力化を実現するべく、以下の構成を付加したものとなっている。

すなわち、本実施形態のブレースダンパーでは、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、芯材１の幅寸法（図では縦置き姿勢として図示しているので高さ寸法に相当）が圧延溝形鋼６のウェブ部６ｂの幅寸法（同）よりも大とされていて、芯材１の降伏部１ｂにおける両側縁部（図では上縁部および下縁部に相当）がそれぞれ圧延溝形鋼６におけるフランジ部６ａの外側（上側および下側）に突出する突出部１ｃとされている。

そして、図１（ｂ）に示すように、それら突出部１ｃの両側にそれぞれスペーサー１０が配置されていて、それらスペーサー１０がカバープレート７と圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとの間に挟持されている。
つまり、従来のブレースダンパーにおける座屈拘束部材は、圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとカバープレート７とを直接的に密着させてそれらをボルト締結していたのであるが、本実施形態では圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとカバープレート７との間に所望厚さのスペーサー１０を介装して、そのスペーサー１０を挟持する状態でフランジ部６ａとカバープレート７とをボルト締結したものとなっている。

以上の構成のもとに、本実施形態のブレースダンパーでは、芯材１の幅寸法を圧延溝形鋼６の最大幅寸法に制約されることなく自由にかつ最適に設定することが可能である。
すなわち、上述したように従来においては圧延溝形鋼６のフランジ部６ａとカバープレート７とを直接的に密着させてそれらをボルト締結していたことから、芯材１の幅寸法（図では高さ寸法）を圧延溝形鋼６の幅寸法（同）よりも小さくせざるを得ないものであった。しかも、圧延溝形鋼６の幅寸法が最大で380mmとすることが限界であることから必然的に芯材１の降伏部１ｂの幅寸法（同）も380mm未満とする必要があって、それ以上の高耐力化は困難であった。
それに対し、本実施形態では芯材１の降伏部１ｂの幅寸法（同）を圧延溝形鋼６のウェブ部６ｂの幅寸法（同）よりもスペーサー１０の厚み相当分だけ大きくすることが可能であり、それにより高耐力化を支障なく実現することができる。

たとえば、圧延溝形鋼６の幅寸法を最大の380mmとした場合において、スペーサー１０の厚さ寸法を28mmとした場合には、芯材１の降伏部１ｂの幅寸法を380＋28×2＝436mmにまで拡大することができるし、スペーサー１０の厚さをさらに大きくすれば降伏部１ｂの幅寸法をさらに大きくしてさらなる高耐力化を図ることができる。
なお、必要であれば様々な厚みのスペーサー１０を予め用意しておいて、所定厚さのスペーサー１０を様々に組み合わせて積層して用いることによって、スペーサー１０全体の厚さを所望の寸法に容易にかつ精度良く調整することが可能である。
また、スペーサー１０は必ずしも全長にわたって設ける必要はなく、必要性能が確保できれば断続的（部分的）に設けることでも良い。

以上で説明したように、本発明のブレースダンパーによれば、特許文献１〜３に示されるような従来一般的なブレースダンパーにおける座屈拘束部材に対して単にスペーサー１０を追加するだけで高耐力化を実現できるものであり、そのためにさしたるコストアップにはならないし、設計上および組み立て上の手間が煩雑になったり面倒になることもない。勿論、芯材の厚さを過度に大きくしたり、面倒な手間をかけて複雑な組み立て溝形鋼を加工する必要もない。

また、本発明の座屈拘束部材５ではスペーサー１０による面外補剛効果も発揮されるので、断面剛性のアップ（特に弱軸方向の断面２次モーメントのアップ）が期待できる。

１ 芯材
１ａ 固定部
１ｂ 降伏部
１ｃ 突出部
２ フランジ板
３ ボルト孔
５ 座屈拘束部材
６ 圧延溝形鋼
６ａ フランジ部
６ｂ ウェブ部
７ カバープレート
８ 縦リブ
９ 横リブ
１０ スペーサー

Claims (1)

1. 建物にブレースとして設置されるとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとして機能するブレースダンパーであって、
   両端が建物に対して接合される帯板状の鋼板からなる芯材と、
   前記芯材の周囲に装着されて該芯材の軸方向変形を許容しつつ面外方向および面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材からなり、
   前記座屈拘束部材は、前記芯材の両側に背中合わせ状態で配置されて該芯材を両側から挟持する対の圧延溝形鋼と、前記圧延溝形鋼のフランジ部に対して締結されて双方の圧延溝形鋼どうしを連結する帯鋼からなるカバープレートを主体として構成されているとともに、前記芯材の幅寸法が前記圧延溝形鋼のウェブ部の幅寸法よりも大とされて該芯材の両側縁部が該圧延溝形鋼における前記フランジ部の外側に突出する突出部とされていて、該突出部の両側にそれぞれスペーサーが配置されて該スペーサーが前記カバープレートと前記圧延溝形鋼の前記フランジ部との間に挟持されてなることを特徴とするブレースダンパー。

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