JP2016138399A - ダンパー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー吸収部をせん断降伏させることで安定したエネルギー吸収性能を確保することのできるダンパー構造を提供する。
【解決手段】建築物に設けられて引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用する軸力部材７のダンパー構造１に関する。本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの一部に設けられるエネルギー吸収部２と、軸力部材７の側面７０に沿ってエネルギー吸収部２に近接させて設けられる補剛部５とを備える。エネルギー吸収部２は、軸力部材７の側面７０にスリット３を形成することにより設けられるものであり、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７に作用したときに、スリット３の周囲を面内変形させることで、補剛部５により所定の剛性を確保しながら、せん断降伏してエネルギーを吸収するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造に関する。

従来から、外力として作用する引張力又は圧縮力によるエネルギーを吸収するものとして、例えば、特許文献１〜３に開示される鋼材ダンパー等が提案されている。

特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、筒形状の鋼板の中間部に複数の長円形状スリットが設けられて、筒形状の鋼板の両端部にボルトを連結させて、さらにこのボルトをブレース材に連結させることで、ブレース材に作用する引張力又は圧縮力によるエネルギー吸収を試みるものである。

特許文献２に開示された鋼製構造部材は、断面においてウェブがほぼ直交するＨ形鋼の組み合わせであり、かつＨ形鋼のうちの少なくとも１つのウェブに複数の開口部を備えるＨ形鋼の複合体とすることで、引張力又は圧縮力によるエネルギーを吸収するための高ダンピング特性を有するものとなる。

特許文献３に開示されたダンパーは、互いに平行に配置される一対の平行板部と、平行板部を連結するエネルギー吸収用の板状ウェブ部と、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材とでなり、板状ウェブ部の断面形状は、一対の平行板部間の中央が突出するように片面側に突出して、少なくとも突出端が湾曲した湾曲形状となる。

特開平３−１８３８７３号公報 特開平１１−１０７５７６号公報 特開２０１４−１９００９９号公報

しかし、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、軸方向の引張力がブレース材に作用したときに、特許文献１の第１図等に開示された長円形状スリットの寸法、配置等によると、各々の長円形状スリットの側方が軸方向に延びて引張変形して、各々の長円形状スリットの軸方向の近傍が面内方向で曲げ変形しないものとなり、現実には、筒形状の鋼板が曲げ降伏することなく、引張降伏するものとなる。

また、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、各々の長円形状スリットの側方が軸方向に延び、曲げ降伏ではなく引張降伏が先行することで、引張力を受けた後にブレース材に圧縮力が作用した際に、各々の長円形状スリットの側方が軸方向に座屈変形し、早期に耐力劣化を生じるため、安定したエネルギー吸収性能を確保することができないものとなるという問題点があった。

また、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、筒形状の鋼板が角形鋼管等の補剛部で補剛されるものとなっていないため、筒形状の鋼板の全体座屈及びエネルギー吸収部の局所的な座屈を抑制することが困難なものとなるという問題点があった。なお、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、長円形状スリットが軸方向で５段もの多数段に亘って形成されており、筒形状の鋼板の剛性低下が大きいものとなる。

さらに、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、ブレース材に筒形状の鋼板を連結させてエネルギー吸収を試みるものの、現実には、筒形状の鋼板のエネルギー吸収部が引張降伏となり、座屈発生による早期の耐力低下を引き起こして、安定したエネルギー吸収性能を確保することができないものとなるという問題点があった。

特許文献２に開示された鋼製構造部材は、複数のＨ形鋼を接合して複合体を構成するものであり、接合作業等に必要となる施工コストが大きく、また、特許文献３に開示されたダンパーは、板状ウェブ部の断面形状が特殊形状となり、ダンパー部材の製造に必要となる製作コストが大きいものとなるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、エネルギー吸収部をせん断降伏させることで安定したエネルギー吸収性能を確保することのできるダンパー構造を提供することにある。

第１発明に係るダンパー構造は、建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、軸力部材の側面で軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部と、軸力部材の側面に沿って前記エネルギー吸収部に近接させて設けられる補剛部とを備え、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面にスリットを形成することにより設けられるものであり、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記スリットの周囲を面内変形させることで、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、せん断降伏してエネルギーを吸収するものであることを特徴とする。

第２発明に係るダンパー構造は、第１発明において、前記スリットは、軸力部材の側面で軸方向の各断面の一箇所以上に形成されるものであり、軸力部材の軸方向に対して略直角に延びて配置されることを特徴とする。

第３発明に係るダンパー構造は、第１発明において、前記スリットは、軸力部材の側面で軸方向の各断面の一箇所以上に形成されるものであり、軸力部材の軸方向に対して傾斜するように延びて配置されることを特徴とする。

第４発明に係るダンパー構造は、第１発明又は第２発明において、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面で略矩形状の前記スリットが複数形成されるものであり、軸力部材の軸方向で２段以上に形成された複数の前記スリットが、軸力部材の軸直交方向で互いの位置を異ならせて配置されることを特徴とする。

第５発明に係るダンパー構造は、第４発明において、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の軸直交方向に隣り合う前記スリットの軸直交方向間隔βと、軸力部材の軸方向に隣り合う前記スリットが軸直交方向で互いに重なり合った重複幅γと、軸力部材の軸方向に隣り合う前記スリットの軸方向間隔δとが、下記（１）、（２）式により規定される関係を満足することを特徴とする。ここで、Ｄ：軸力部材の外径とする。

第１発明〜第５発明によれば、スリットの周囲を面内変形させて、エネルギー吸収部をせん断降伏させることで、地震等のエネルギーを吸収することのできる崩壊機構を実現して、早期の座屈発生による耐力低下を回避して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

第１発明〜第５発明によれば、略矩形状等で単純形状のスリットを形成することでエネルギー吸収部が設けられるため、軸力部材の側面の切欠加工を容易なものとして、エネルギー吸収部の製作コストを低減させることが可能となる。

第１発明〜第５発明によれば、スリットの周囲が面内変形することで、エネルギー吸収部がせん断降伏するものとなり、早期に座屈しにくいことから、軸力部材の軸方向でエネルギー吸収部が設けられる短い範囲のみを補剛部で補剛するものとしても、軸力部材の軸方向の鉛直変位に補剛部が十分に追随して、エネルギー吸収部の座屈変形を確実に防止しながら、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

特に、第３発明によれば、エネルギー吸収部が軸力部材の軸周方向に左回転又は右回転するものとなるため、軸方向に作用する引張荷重又は圧縮荷重が、軸周方向の回転エネルギーに変換されるものとなり、エネルギー吸収部に軸周方向の回転によるエネルギー吸収性能が付加されることで、エネルギー吸収部のせん断降伏によるエネルギー吸収性能と一体になって、非常に安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造が導入される枠材を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造が導入される枠材が変位する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材が変位した後の状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造の軸力部材を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 本発明を適用したダンパー構造を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で枠材まで延びる軸力部材に補剛部を外装させた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材から延びる補剛部を軸力部材に外装させた状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で枠材まで延びる軸力部材に補剛部を内装させた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材から延びる補剛部を軸力部材に内装させた状態を示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造のエネルギー吸収部を示す正面図である。 （ａ）は、図７に示す軸力部材のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は、そのＣ−Ｃ線断面図である。 本発明を適用したダンパー構造の第１実施形態に係るエネルギー吸収部を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造でエネルギー吸収部がせん断降伏する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、エネルギー吸収部がせん断降伏した後の状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で引張荷重によりエネルギー吸収部がせん断降伏する状態を示す正面図であり、（ｂ）は、圧縮荷重によりエネルギー吸収部がせん断降伏する状態を示す正面図である。 （ａ）は、従来の鋼材ダンパーが引張降伏する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、その引張降伏した後の状態を示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造のＦＥＭ解析モデルを示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造と従来の鋼材ダンパーとの崩壊機構の比較を示すグラフである。 本発明を適用したダンパー構造の第２実施形態に係るエネルギー吸収部を示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造の第３実施形態に係るエネルギー吸収部を示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造の第３実施形態に係るエネルギー吸収部が軸周方向に回転する状態を示す斜視図である。

以下、本発明を適用したダンパー構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１に示すように、主に、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物の耐力壁を構成する枠材８に取り付けられたブレース等の軸力部材７に導入されるものである。また、本発明を適用したダンパー構造１は、プラント構造物、鉄塔等を含んだ建築物の架構柱等の軸力部材７にも導入される。枠材８は、例えば、一対の縦枠８１及び横枠８２で四方を取り囲んで、枠内空間８０を形成するものとなる。

枠材８は、例えば、図２（ａ）に示すように、枠内空間８０の上部８０ａにおいて、左下隅から右上隅に向けて傾斜して延びるブレース等の軸力部材７が設けられるとともに、枠内空間８０の下部８０ｂにおいて、左上隅から右下隅に向けて傾斜して延びるブレース等の軸力部材７が設けられる。

枠材８は、図２（ｂ）に示すように、地震又は風等により水平力Ｈが作用することで、一対の縦枠８１が幅方向に傾倒するように変位する。このとき、枠材８は、例えば、枠内空間８０の上部８０ａの軸力部材７に引張荷重Ｔが作用するものとなるとともに、枠内空間８０の下部８０ｂの軸力部材７に圧縮荷重Ｐが作用するものとなる。

枠材８は、例えば、枠材８の高さ寸法ｈを３０００ｍｍ、枠材８の幅寸法ｗを１０００ｍｍとして、水平力Ｈを２０ｋＮ、層間変形角を１／３０とした場合に、各々の軸力部材７の耐力を３６ｋＮ以上、各々の軸力部材７の変形性能を２８ｍｍ以上確保することが要求される。

軸力部材７は、図３に示すように、軸直交方向Ｚに配置されて軸方向Ｙに延びる一対のフランジ部７１と、一対のフランジ部７１に連設されて軸直交方向Ｘに配置されるウェブ部７２とを有して、断面略Ｃ形状に形成された溝形鋼、リップ付形鋼等が用いられる。軸力部材７は、これに限らず、断面略矩形状の角形鋼管や、断面略円形状の円形鋼管等が用いられてもよい。軸力部材７は、如何なる鋼種のものが用いられてもよい。

軸力部材７は、フランジ部７１又はウェブ部７２等により軸方向Ｙに延びる側面７０が形成されて、軸方向Ｙの引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７の側面７０に作用するものとなる。軸力部材７は、例えば、形鋼等の板厚ｔｂを１．６ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、軸直交方向Ｘの外径Ｄを５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度とする。

本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの一部に設けられるエネルギー吸収部２と、軸力部材７の側面７０に沿って設けられる補剛部５とを備える。

本発明を適用したダンパー構造１は、図４に示すように、軸力部材７の側面７０にスリット３を形成することによりエネルギー吸収部２が設けられるものであり、エネルギー吸収部２に近接させて、角形鋼管等を用いた補剛部５が設けられる。

補剛部５は、断面略矩形状の角形鋼管が用いられるものであるが、これに限らず、断面略Ｃ形状に形成された溝形鋼、リップ付形鋼や、断面略円形状の円形鋼管等が用いられてもよい。補剛部５は、例えば、形鋼等の板厚ｔｓを１．６ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、軸力部材７の側面７０との離間距離ｄを３ｍｍ程度とする。

補剛部５は、図５（ａ）に示すように、軸方向Ｙで両方の端部５ａが軸力部材７の側面７０に配置されることで、軸力部材７の軸方向Ｙで一部の範囲に設けられる。補剛部５は、これに限らず、図５（ｂ）に示すように、軸方向Ｙの一方の端部５ａが軸力部材７の側面７０に配置されるとともに、軸方向Ｙの他方の端部５ａが枠材８まで延びて設けられてもよい。

補剛部５は、図５（ａ）に示すように、軸方向Ｙの枠材８側又は軸力部材７側の何れかの端部５ａが、軸力部材７の側面７０にビス止め、隅肉溶接等により接合部６で接合される。また、補剛部５は、図５（ｂ）に示すように、軸方向Ｙの枠材８側が、軸力部材７の側面７０にビス止め、隅肉溶接等により接合部６で接合される。補剛部５は、軸力部材７の軸方向Ｙの全長に亘ることなく、エネルギー吸収部２のみを覆うようにして、角形鋼管等の補剛部５の内側に軸力部材７を挿通させることで、角形鋼管等の補剛部５が軸力部材７に外装されるものとなる。

補剛部５は、これに限らず、図６に示すように、軸力部材７の内側に角形鋼管等の補剛部５を挿通させることで、角形鋼管等の補剛部５が軸力部材７に内装されてもよい。補剛部５は、軸力部材７の軸方向Ｙの全長に亘ることなく、エネルギー吸収部２のみの内側に、角形鋼管等の補剛部５が軸力部材７に内装されて設けられるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸方向Ｙで側面７０にスリット３が形成された範囲を包摂して、軸力部材７の側面７０に沿って補剛部５が取り付けられる。エネルギー吸収部２は、図５、図６に示すように、軸力部材７の軸方向Ｙの片端又は両端に設けられるものであるが、これに限らず、軸力部材７の軸方向Ｙの略中央に設けられてもよい。

エネルギー吸収部２は、第１実施形態において、図７に示すように、軸力部材７の側面７０で略矩形状のスリット３が複数形成される。エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸直交方向Ｘ及び軸方向Ｙで複数のスリット３が互いに所定の間隔を空けて形成されて、複数のスリット３が軸直交方向Ｘ及び軸方向Ｙに並んで配置されるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、軸方向Ｙで２段以上に亘って形成される。エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、特に、軸方向Ｙで２段に亘って形成されて、軸方向Ｙの各段において、軸力部材７の軸直交方向Ｘで互いの位置を異ならせて配置されるものとなる。

スリット３は、略矩形状に形成されることで、軸直交方向Ｘに延びる長辺３ａと、軸方向Ｙに延びる短辺３ｂとを有して、長辺３ａが軸方向Ｙに対して略直角に延びて形成されるものとなる。スリット３は、これに限らず、軸直交方向Ｘを長手方向として、略長円形状又は略楕円形状等に形成されてもよい。

スリット３は、長辺３ａが軸方向Ｙに対して略直角に延びて形成されることで、軸力部材７の軸方向Ｙに対して略直角に延びて配置されるものとなる。スリット３は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの各断面の一箇所以上に形成されて、軸直交方向Ｘの何れの位置においても、軸力部材７の側面７０が軸方向Ｙで部分的に切り欠かれる。

スリット３は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの各断面の一箇所以上に形成されることで、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向Ｙの一箇所で、軸力部材７の側面７０が切り欠かれる箇所と、図８（ｃ）に示すように、軸方向Ｙの二箇所で、軸力部材７の側面７０が切り欠かれる箇所とが形成されるものとなる。

エネルギー吸収部２は、図９に示すように、各々のスリット３の長辺３ａが軸直交方向Ｘに延びることで、所定の軸直交方向幅αを有して、また、各々のスリット３の短辺３ｂが軸方向Ｙに延びることで、所定の軸方向長さεを有する。

エネルギー吸収部２は、複数のスリット３が軸力部材７の軸直交方向Ｘ及び軸方向Ｙで互いに所定の間隔を空けて形成されることで、軸力部材７の軸直交方向Ｘに隣り合うスリット３が所定の軸直交方向間隔βを有して、また、軸力部材７の軸方向Ｙに隣り合うスリット３の所定の軸方向間隔δを有する。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸直交方向Ｘに隣り合って一対となったスリット３の短辺３ｂの間に、所定の軸直交方向間隔βで軸方向Ｙに延びる縦平面２０が形成されるものとなり、また、軸力部材７の軸方向Ｙに隣り合って一対となったスリット３の長辺３ａの間に、所定の軸方向間隔δで軸直交方向Ｘに延びる横平面２１が形成されるものとなる。なお、ここで、縦平面２０とは、例えば、軸直交方向Ｘで互いに隣り合うスリット３の最小間隔を幅とし、スリット３の軸方向長さεを高さとする長方形の領域を指す。また、横平面２１とは、例えば、軸方向Ｙに隣り合うスリット３が軸直交方向Ｘで互いに重なり合った重複幅γを幅とし、その両端から上下のスリット端部より軸方向Ｙに区切った領域を指す。

エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、軸方向Ｙで２段以上に亘って形成されて、軸方向Ｙの各段において、軸力部材７の軸直交方向Ｘで互いの位置を異ならせて配置されることで、軸方向Ｙに隣り合うスリット３が軸直交方向Ｘで互いに重なり合って、軸直交方向Ｘに延びる横平面２１で所定の重複幅γを有する。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸直交方向Ｘに隣り合うスリット３の軸直交方向間隔βと、軸力部材７の軸方向Ｙに隣り合うスリット３が軸直交方向Ｘで互いに重なり合った重複幅γと、軸力部材７の軸方向Ｙに隣り合うスリット３の軸方向間隔δとが、下記（１）、（２）式により規定される関係を満足する。ここで、Ｄ：軸力部材７の外径、β：縦平面２０の軸直交方向Ｘの幅、δ：横平面２１における軸方向Ｙで互いに隣り合うスリット３の最小間隔とする。

エネルギー吸収部２は、下記（３）式により規定される関係を満足することで、軸力部材７の外径Ｄ内に、スリット３及び縦平面２０の各々が２つ以上配置されることが規定される。また、エネルギー吸収部２は、下記（４）式により規定される関係を満足することで、横平面２１のせん断降伏応力が、縦平面２０の引張降伏応力以下となることが規定されて、下記（３）、（４）式を展開すると、上記（１）、（２）式が導出される。ここで、ｔ：エネルギー吸収部２の板厚、σｙ：エネルギー吸収部２の部材の降伏応力とする。

エネルギー吸収部２は、図１０（ａ）に示すように、軸方向Ｙの引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７の側面７０に作用したときに、図１０（ｂ）に示すように、スリット３の周囲に形成された横平面２１を面内変形させることで、複数のスリット３が形成された範囲でせん断降伏するものとなる。ここで、せん断降伏とは、せん断力のみによって降伏にいたること、及び、引張力とせん断力とが作用する場合においてもせん断力が主に作用して降伏にいたることをいう。

エネルギー吸収部２は、図１１（ａ）に示すように、軸力部材７の側面７０に引張荷重Ｔが作用したときに、スリット３の周囲の横平面２１で、一方の対角線上２１ａに引張応力σｔが発生するとともに、他方の対角線上２１ｂに圧縮応力σｐが発生する。また、エネルギー吸収部２は、図１１（ｂ）に示すように、軸力部材７の側面７０に圧縮荷重Ｐが作用したときに、スリット３の周囲の横平面２１で、一方の対角線上２１ａに圧縮応力σｐが発生するとともに、他方の対角線上２１ｂに引張応力σｔが発生する。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の側面７０に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用したときに、スリット３の周囲の横平面２１でせん断降伏領域を大きく確保しながら、引張応力σｔと圧縮応力σｐとが交互に発生して均衡するものとなり、せん断降伏が支配的なものとなって、スリット３の周囲でエネルギー吸収部２の耐力上昇を抑制させたものとなる。

このとき、エネルギー吸収部２は、特に、軸直交方向間隔βと軸方向間隔δとが上記（２）式により規定される関係を満足することで、軸力部材７に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用したときに、スリット３の長辺３ａが傾斜状に変形して、スリット３の周囲の横平面２１が面内方向でせん断変形するものとなり、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが所定の大きさとなったときにせん断降伏する。

これに対して、従来の鋼材ダンパー９は、図１２（ａ）に示すように、軸直交方向間隔βが３ｍｍ、軸方向間隔δが４ｍｍであり、上記（２）式に代入すると、β／δ＝３／４＜２／√３となるため、上記（２）式で規定する範囲外となる。従来の鋼材ダンパー９は、軸方向Ｙの引張荷重Ｔがブレース材９０に作用したときに、図１２（ｂ）に示すように、長円形状スリット９１の側方に形成された縦平面９２が軸方向Ｙに延びて引張変形することで、長円形状スリット９１の軸方向Ｙの近傍に形成された横平面９３が面内方向でせん断変形しないため、所定の引張荷重Ｔの大きさとなったときに、せん断降伏することなく、引張降伏をするものとなる。

このとき、従来の鋼材ダンパー９は、長円形状スリット９１の側方に形成された縦平面９２が、鋼材そのものの材料特性による引張強度しか発現せず、地震又は風等により引張力を受けた後、圧縮力がブレース材９０に作用すると、長円形状スリット９１の側方の縦平面９２が軸方向Ｙに座屈変形する。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１３に示すように、軸力部材７の板厚ｔｂを２．３ｍｍ、外径Ｄを７５ｍｍとして、ＳＧＣ４００（ＪＩＳ Ｇ ３３０２）相当の軸力部材７の下端７ａを固定するとともに、軸力部材７の上端７ｂに引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐを単純載荷して、エネルギー吸収部２での鉛直変位と鉛直反力との関係をＦＥＭ解析により求めることで、図１４に示すように、エネルギー吸収部２で所定の崩壊機構を示すことがわかる。

図１４では、本発明を適用したダンパー構造１（実線）において、軸直交方向幅α＝２０ｍｍ、軸直交方向間隔β＝１０ｍｍ、重複幅γ＝５ｍｍ、軸方向間隔δ＝５ｍｍ、軸方向長さε＝５ｍｍとして、従来の鋼材ダンパー９（破線）において、軸直交方向幅α＝２５ｍｍ、軸直交方向間隔β＝５ｍｍ、重複幅γ＝１０ｍｍ、軸方向間隔δ＝１０ｍｍ、軸方向長さε＝１０ｍｍとする。

本発明を適用したダンパー構造１（実線）は、上記（１）式に代入すると、Ｄ／（β＋γ）＝５＞４となり、上記（２）式に代入すると、β／δ＝２＞２／√３となるため、本発明で規定される範囲内となる。従来の鋼材ダンパー９（破線）は、上記（１）式に代入すると、Ｄ／（β＋γ）＝５＞４となり、上記（２）式に代入すると、β／δ＝０．５＜２／√３となるため、上記（１）式は満たすが、上記（２）式を満たさず、本発明で規定される範囲外となる。

本発明を適用したダンパー構造１（実線）は、エネルギー吸収部２においてスリット３の周囲で横平面２１が繰り返して面内変形することで、早期に座屈が生じることなく、引張荷重Ｔ、圧縮荷重Ｐが作用する場合ともに荷重―変位関係は同様の傾向を示し、地震又は風等のエネルギーを吸収することのできる崩壊機構となる。これに対して、従来の鋼材ダンパー９は、鉛直変位が正方向に増大するとき、早期に引張降伏を生じ、材料引張試験と同様の加工硬化特性を示すものとなり、また、鉛直変位が負方向に増大するとき、早期に座屈変形するため、鉛直変位が増大しても鉛直反力が増大せず、地震又は風等のエネルギーを十分に吸収できない崩壊機構となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の外径Ｄとの関係で、軸直交方向間隔βと重複幅γとが、上記（１）式により規定される関係を満足することで、エネルギー吸収部２の軸方向Ｙの各段において、図９に示すように、軸力部材７の側面７０を切り欠いたスリット３の側方で、軸力部材７の側面７０が残存する縦平面２０が少なくとも２箇所に形成されるものとなり、スリット３が形成されることによる軸力部材７の側面７０の断面欠損を抑制させて、エネルギー吸収部２で所定の剛性を確保して座屈変形を防止することができる。

本発明を適用したダンパー構造１は、エネルギー吸収部２で所定の剛性を確保して座屈変形を防止することで、スリット３の周囲で横平面２１を繰り返して面内変形させるものとなり、地震又は風等のエネルギーを確実に吸収することができる。本発明を適用したダンパー構造１は、特に、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、軸方向Ｙで２段にのみ形成されることで、スリット３が形成されることによる軸力部材７の側面７０の断面欠損を抑制させて、エネルギー吸収部２の剛性の向上を確実なものとして、エネルギー吸収部２の座屈変形を確実に防止することができるものとなる。

エネルギー吸収部２は、第２実施形態において、図１５に示すように、略楕円形状のスリット３が軸力部材７の側面７０に複数形成される。エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数の略楕円形状のスリット３が、軸方向Ｙで２段以上に亘って形成されて、軸方向Ｙの各段において、単一の接線ＴＬを共有するものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸方向Ｙの各段において、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３の共有する単一の接線ＴＬが、軸方向Ｙに対して略直角に延びて形成されることで、複数のスリット３が軸力部材７の軸方向Ｙに対して略直角に延びて配置されるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの各断面の一箇所以上にスリット３が形成される。エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、特に、軸方向Ｙで２段に亘って形成されるとともに、軸方向Ｙの各段において、軸力部材７の軸直交方向Ｘで互いの位置を異ならせて配置されるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸直交方向Ｘに隣り合って一対となったスリット３の間に、所定の軸直交方向間隔βで軸方向Ｙに延びる縦平面２０が形成されるものとなり、また、軸力部材７の軸方向Ｙに隣り合って一対となったスリット３の間に、所定の軸方向間隔δで軸直交方向Ｘに延びる横平面２１が形成されるものとなる。

このとき、エネルギー吸収部２は、軸力部材７に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用したときに、軸直交方向Ｘに延びる横平面２１が面内方向でせん断変形するものとなり、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが所定の大きさとなったときにせん断降伏する。このとき、エネルギー吸収部２は、第２実施形態においても、スリット３の周囲で横平面２１が繰り返して面内変形することで、座屈変形を防止しながら、地震等のエネルギーを吸収することのできる崩壊機構となる。

エネルギー吸収部２は、第３実施形態において、図１６に示すように、軸力部材７の側面７０で略矩形状等のスリット３が複数形成されて、各々のスリット３が軸力部材７の軸方向Ｙに対して傾斜するように延びて配置されるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸直交方向Ｘに並んで配置された複数のスリット３が、軸方向Ｙで２段以上に亘って形成されるものであり、特に、軸方向Ｙで２段に亘って形成されて、軸方向Ｙの各段において、互いに軸方向Ｙに対して傾斜する方向を異ならせて、各々のスリット３が配置されるものとなる。

スリット３は、略矩形状に形成されることで、軸直交方向Ｘに延びる長辺３ａと、軸方向Ｙに延びる短辺３ｂとを有して、長辺３ａが軸方向Ｙに対して傾斜するように延びて形成されるものとなる。スリット３は、これに限らず、軸方向Ｙに対して傾斜する方向を長手方向として、略長円形状又は略楕円形状等に形成されてもよい。

スリット３は、軸力部材７の側面７０で軸方向Ｙの各断面の一箇所以上に形成されることで、例えば、軸方向Ｙの二箇所で、軸力部材７の側面７０が切り欠かれる箇所が形成されて、軸直交方向Ｘの何れの位置においても、軸力部材７の側面７０が軸方向Ｙで部分的に切り欠かれるものとなる。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の軸直交方向Ｘに隣り合って一対となったスリット３の間に、軸方向Ｙに延びる横平面２１が形成されて、軸力部材７に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用したときに、軸方向Ｙに延びる横平面２１が面内方向に変形することで、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが所定の大きさとなったときに引張力も作用するが、主に、せん断力が作用し降伏する。このとき、エネルギー吸収部２は、第３実施形態においても、スリット３の周囲で横平面２１が繰り返して面内変形することで、座屈変形を防止しながら、地震等のエネルギーを吸収することのできる崩壊機構となる。

エネルギー吸収部２は、特に、第３実施形態において、軸力部材７の軸方向Ｙに対して傾斜するように延びて各々のスリット３が配置されるため、軸力部材７に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用したときに、図１７に示すように、軸力部材７の下端７ａ及び上端７ｂが、軸方向Ｙで互いに離間又は接近する方向に変位して、軸方向Ｙに延びる横平面２１が、軸力部材７の軸周方向Ｗに左回転Ｌ又は右回転Ｒするものとなる。

本発明を適用したダンパー構造１は、第１実施形態〜第３実施形態に係る何れのエネルギー吸収部２においても、図９、図１５、図１６に示すように、略矩形状等で単純形状のスリット３を形成することでエネルギー吸収部２が設けられるため、軸力部材７の側面７０の切欠加工を容易なものとして、エネルギー吸収部２の製作コストを低減させることが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、第１実施形態〜第３実施形態に係る何れのエネルギー吸収部２においても、スリット３の周囲で横平面２１を面内変形させて、エネルギー吸収部２をせん断降伏させることで、地震等のエネルギーを吸収することのできる崩壊機構を実現して、早期の座屈発生による耐力低下やスリップ性状を回避して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、第１実施形態〜第３実施形態に係る何れのエネルギー吸収部２においても、軸力部材７の側面７０に沿ってエネルギー吸収部２に近接させて補剛部５が設けられる。本発明を適用したダンパー構造１は、角形鋼管等の補剛部５が軸力部材７に外装又は内装されて、軸力部材７の側面７０に補剛部５の端部５ａが接合されることで、複数のスリット３が形成されたエネルギー吸収部２が軸方向Ｙに座屈変形を確実に抑制し、補剛部５によりエネルギー吸収部２で所定の剛性を確保することができるものとなる。

本発明を適用したダンパー構造１は、第１実施形態〜第３実施形態に係る何れのエネルギー吸収部２においても、スリット３の周囲で横平面２１が面内変形することで、補剛部５により所定の剛性を確保しながら、エネルギー吸収部２がせん断降伏するものとなる。特に、本発明を適用したダンパー構造１は、エネルギー吸収部２が引張降伏ではなくせん断降伏するものとなり、座屈が生じにくいため、軸力部材７の軸方向Ｙでエネルギー吸収部２が設けられる短い範囲のみを補剛部５で補剛するものとしても、軸力部材７の軸方向Ｙの鉛直変位に補剛部５が十分に追随して、エネルギー吸収部２の座屈変形を確実に防止しながら、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

また、本発明を適用したダンパー構造１は、特に、第３実施形態に係るエネルギー吸収部２において、図１７に示すように、軸方向Ｙに延びる横平面２１が、軸力部材７の軸周方向Ｗに左回転Ｌ又は右回転Ｒするものとなるため、軸方向Ｙに作用する引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが、軸周方向Ｗの回転エネルギーに変換されるものとなり、エネルギー吸収部２に軸周方向Ｗの回転によるエネルギー吸収性能が付加されることで、エネルギー吸収部２のせん断降伏によるエネルギー吸収性能と一体になって、非常に安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

なお、本発明を適用したダンパー構造１は、特に、第３実施形態に係るエネルギー吸収部２において、エネルギー吸収部２の横平面２１と補剛部５との間で、横平面２１及び補剛部５の内面に当接させて、ゴム等の粘弾性体５０が設けられるものとすることで、軸周方向Ｗの回転エネルギーが粘弾性体５０により減衰されるものとなり、エネルギー吸収部２で軸周方向Ｗの回転によるエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の側面７０を切り欠くことによりスリット３が形成されるものであるが、これに限らず、スリット３が形成された別途の部材をエネルギー吸収部２として、別途の部材で構成されたエネルギー吸収部２が軸力部材７に接着等で連結されて、軸力部材７の軸方向Ｙの一部にエネルギー吸収部２が設けられてもよい。

１ ：ダンパー構造
２ ：エネルギー吸収部
２０ ：縦平面
２１ ：横平面
３ ：スリット
３ａ ：長辺
３ｂ ：短辺
５ ：補剛部
５ａ ：端部
６ ：接合部
５０ ：粘弾性体
７ ：軸力部材
７ａ ：下端
７ｂ ：上端
７０ ：側面
７１ ：フランジ部
７２ ：ウェブ部
８ ：枠材
８０ ：枠内空間
８０ａ ：上部
８０ｂ ：下部
８１ ：縦枠
８２ ：横枠
Ｗ ：軸周方向
Ｘ ：軸直交方向
Ｙ ：軸方向

Claims (5)

1. 建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、
   軸力部材の側面で軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部と、軸力部材の側面に沿って前記エネルギー吸収部に近接させて設けられる補剛部とを備え、
   前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面にスリットを形成することにより設けられるものであり、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記スリットの周囲を面内変形させることで、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、せん断降伏してエネルギーを吸収するものであること
   を特徴とするダンパー構造。
2. 前記スリットは、軸力部材の側面で軸方向の各断面の一箇所以上に形成されるものであり、軸力部材の軸方向に対して略直角に延びて配置されること
   を特徴とする請求項１記載のダンパー構造。
3. 前記スリットは、軸力部材の側面で軸方向の各断面の一箇所以上に形成されるものであり、軸力部材の軸方向に対して傾斜するように延びて配置されること
   を特徴とする請求項１記載のダンパー構造。
4. 前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面で略矩形状の前記スリットが複数形成されるものであり、軸力部材の軸方向で２段以上に形成された複数の前記スリットが、軸力部材の軸直交方向で互いの位置を異ならせて配置されること
   を特徴とする請求項１又は２記載のダンパー構造。
5. 前記エネルギー吸収部は、軸力部材の軸直交方向に隣り合う前記スリットの軸直交方向間隔βと、軸力部材の軸方向に隣り合う前記スリットが軸直交方向で互いに重なり合った重複幅γと、軸力部材の軸方向に隣り合う前記スリットの軸方向間隔δとが、下記（１）、（２）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項４記載のダンパー構造。
   

   

   

   ここで、Ｄ：軸力部材の外径とする。

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