JP3020089B2 - 制震構造梁 - Google Patents

制震構造梁

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JP3020089B2
JP3020089B2 JP8352089A JP35208996A JP3020089B2 JP 3020089 B2 JP3020089 B2 JP 3020089B2 JP 8352089 A JP8352089 A JP 8352089A JP 35208996 A JP35208996 A JP 35208996A JP 3020089 B2 JP3020089 B2 JP 3020089B2
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光生 宮崎
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株式会社ダイナミックデザイン
光生 宮崎
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、構造物にエネルギー吸
収装置を組み込み減衰性能を高めることによって耐震安
全性を高め、また風その他の動的外力によって発生する
構造物の振動や、人や機械などによって発生する床振動
などを効果的に抑制できる制震・制振構造物に関するも
のである。
【0002】
【従来技術】建築構造物の耐震安全性を高め、また風そ
の他の動的外力による構造物の振動や床振動を抑制して
居住性能を改善するために、構造物の減衰性能を高める
ことが取り組まれるようになってきた。建築構造物用の
代表的な減衰装置としては壁形状をした粘性減衰装置
「制震壁」(特公告平2−1947)等がある。
【0003】制震壁以外の要素としては、鋼製ダンパ
ー、粘弾性ダンパー、オイルダンパー摩擦ダンパーなど
があり、建築物の上下階間に配置することによって各種
の振動抑制効果を上げることが試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの鋼製ダンパ
ー、粘弾性ダンパー、オイルダンパー、摩擦ダンパーな
どは、ダンパー両端を建築物の上下階に固定することに
よってダンパーとして機能するものである。
【0005】これらのダンパーは棒状・筒状もしくは板
形状をしたものが殆どであり、ダンパー自体の大きさは
あまり大きくなくても、上下階に連結する必要があるた
めに、ダンパーを固定する梁下に大きな壁部材を配置し
ている例が多い。 また、壁のかわりにブレース等の斜
材で連結している例もあるが、梁下にダンパーを配置し
その下端にブレース材を配置するために、梁下の通行が
困難になる場合が多い。
【0006】ダンパーの配置が建築計画の動線計画に支
障を生じるなど建築物の安全性向上対策が建築物本来の
機能障害を産むことによって、建築計画そのものを不可
能とする場合さえあり、建築設計上の大きな課題となっ
ている。
【0007】本発明は、このような建築計画上の動線計
画に影響しないダンパーおよびその配置方法を実現する
ことによって、耐震安全性能および居住性能の高い制震
・制振構造建築物の設計を可能にすることを目的として
いる。
【0008】
【課題を解決するための手段】これまでのダンパーおよ
び建築物内におけるその用い方は、制震壁(粘性減衰
壁)を除き、殆どのものが柱・梁などの建築構造部材と
は分離されたエネルギー吸収装置(ダンパー)を前提と
し、そのダンパーを梁や床などの建築構造部材に連結す
るという考えを基本としている。
【0009】これに対して本発明は、このダンパーその
ものを梁部材内に取り込み、梁自体がダンパー機能を内
蔵している「制震梁」(主対象とする外乱により「制振
梁」の両者の表示を用いる)とすることによってこの問
題を解決するものである。
【0010】請求項1の方法は、構造物と一体となった
梁部材の一部の鉛直面内に梁部材とは分離された板要素
を設ける。この板要素は梁部材の断面中央に挟まれてい
る場合と梁部材の外側に梁を挟む形で配置される場合が
ある。また、その板要素が2枚以上複数枚配置される場
合もある。
【0011】この板要素は、梁が存在する階とは異なる
下階もしくは上階にブレース状の斜材、もしくは柱材か
壁材で固定する。この時、ダンパー部本体は梁高さ内に
収容されているので、例えばハ型ブレースの斜材でこの
板要素を下階に固定した場合には、梁下のハ型ブレース
下側を通行可能に設計することができる。
【0012】この板要素には1以上の貫通孔を設け、梁
部材にも同じ大きさの孔を設け、この孔を貫通して鉛を
充填する。板要素は梁部材に対して移動可能でなければ
ならないが、減衰材料に鉛を採用する場合には板要素と
梁部材の間はほぼ隙間がなく梁部材に接触して板要素を
配置する。
【0013】この状態で地震その他の外力が建物に作用
し、上下階間で層間変位が生じると、板要素と梁の間に
その層間変位にほぼ等しい相対変位が生じ、両者の孔に
充填されている鉛にせん断変形を生じ、鉛材の塑性変形
に伴い履歴エネルギーが吸収される。
【0014】また、この板要素と梁材は鉛直方向にも相
対変位が可能であるので、鉛直方向の地震動や歩行・そ
の他の外乱により床および梁に鉛直振動が発生した場合
にも鉛材の履歴エネルギーの吸収により鉛直方向の振動
抑制効果が発生する。
【0015】請求項2は、請求項1の方法を鉄骨構造梁
に適用する一方法を示したものである。通常はH型鋼で
鋼製される梁の継ぎ手内側部分を2本のC型鉄骨梁に分
離しそれを背中合わせにして、その中央に板要素を挟む
ことによって2重構造の制震構造梁を構成している。
【0016】請求項3は、板要素を水平面内に配置する
場合を示したものである。この場合例えば、水平板要素
を梁高さ中央部に貫通して設けることによって板要素の
斜材等との連結は容易となるが、鉛直方向の振動抑制効
果は期待しない場合に適用可能である。
【0017】請求項4は、請求項1〜3と基本的には同
じ構成であるが、減衰性能を発揮する材料として、鉛の
替わりに減衰性能の高い粘弾性材料、例えば高減衰ゴム
などを用いる場合を示している。
【0018】鉛材を使用する場合には、板要素と梁部材
の間は隙間なく接触して配置することを原則としている
が、粘弾性材料の場合には、両者間には粘弾性材料の層
厚さ分の間隙を確保することになる。その他の構成は全
て請求項1〜3と同様であり、板要素を水平に配置する
場合もある。
【0019】請求項5は、減衰材料として粘性(流体)
材料を使用する場合を示している。梁の一部に鉛直面内
の抵抗板を設け、これに一定の間隙をもって平行に配置
された抵抗版を持つ箱形状の容器を梁高さに配置し、こ
の箱内に粘性流体を充填する。この箱形状容器を下階も
しく上階から斜材あるいは壁材で支持するものである。
【0020】以上は、新築構造物の場合を対象として説
明をしたが、既存構造物に対しても、既存梁の一部を本
発明の制震構造梁に取り替えるか、もしくは構造物の一
部にこの梁を追加することによって、本発明による制震
構造梁を採用した制震構造建物とすることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて
説明する。
【0022】従来の各種ダンパーおよびその建築物内に
おけるその用い方は、図1(部分詳細は図2)に示すよ
うに、柱・梁などの建築構造部材とは分離されたエネル
ギー吸収装置(ダンパー)を梁や床などの建築構造部材
にブレースや壁板若しくは間柱部材などで連結する方法
である。
【0023】この方法では図1・2で判るように、ダン
パー自体の大きさはあまり大きくなくても、その連結部
材のためにダンパー設置部分の動線が切られ、建築計画
上の障害となる。また、図2(A)のようにブレースを
採用してもダンパーが梁下に配置されるためにその下側
空間の高さが制限され、実質的にはやはり通行不能とな
る場合が多い。
【0024】これに対して本発明では、このダンパーそ
のものを梁部材内に取り込んでいるために、図3に示す
ように例えばハ型ブレースの斜材を採用した場合には、
梁下空間の動線が確保でき、建築計画上の障害となるこ
とを回避できる。また視覚的にもオープンフレームの開
放感を保持できる。
【0025】図4および図5は、鉄骨造骨組みに本発明
の制震梁を採用した請求項2の適用例を示している。通
常はH型鋼で鋼製される梁を、その継ぎ手内側部分を図
5に示すように2本のC型鉄骨梁22に分離しそれを背
中合わせとして、その中央に板要素26を挟むことによ
って2重構造の制震構造梁を構成する。ダンパー材料に
鉛を採用する場合には板要素と梁部材の間はほぼ隙間が
なく梁部材に接触して板要素を配置する。
【0026】C型梁のウェブ21が薄肉である場合には
カバープレート23によって補強しておく。C型梁22
とプレート23には直径の等しい共通した孔をあけ、こ
こにダンパー材料の鉛が充填されている。この鉛コアの
外側はカバープレート25で塞がれている。鉛コアの形
状は断面円形でも矩形でもよい。
【0027】図5の方式では鉛コアダンパーの抵抗力発
生機構を2面せん断としたものであるが、図6のように
4面せん断もしくはそれ以上とすることができる。
【0028】この状態で地震力その他の外力が建物に作
用し、上下階間で層間変位が生じると、板要素26はハ
型ブレースによって下階に固定されているために板要素
と梁の間にその層間変位にほぼ等しい相対変位が生じ、
両者の孔に充填されている鉛にせん断変形が生じ、鉛材
の塑性変形により履歴エネルギーが吸収される。
【0029】また、この板要素は鉛直方向にも拘束され
ているため、鉛直地震動や歩行・その他の外乱により床
および梁に鉛直振動が発生した場合にも鉛材の履歴エネ
ルギーの吸収により鉛直方向の振動抑制効果が発生す
る。
【0030】図7には各種の梁タイプに応じて適用され
る本制震構造梁の適用例を示している。(A)(B)
(C)は鉄筋コンクリート造の梁に適用した場合であ
り、(C)は板要素26を水平にした場合を示してい
る。(D)(E)(F)は鉄骨造の梁に適用した場合
で、(F)はダンパー材料として鉛の替わりに高減衰ゴ
ムなどの減衰性能の高い粘弾性材料35を用いた場合を
示している。
【0031】粘弾性材料を使用する場合には、板要素と
梁部材の間には粘弾性材料の層厚さ分の間隙を確保して
いる。粘弾性材料の厚みは、設計対象とする層間変位等
に応じて設定される。また板要素を水平に配置する場合
もある。
【0032】図8・図9は、減衰材料として粘性(流
体)材料を使用する場合を示している。床スラブと一体
となった梁に鉛直面内の抵抗板を設け、これに平行に配
置された抵抗版を持つ箱形状の容器を梁高さに配置し、
この箱を下階からブレースの斜材で支持している。箱形
状の容器内には設計性能に応じた高粘性流体35が充填
されている。この制震構造梁の性能は、粘性流体の粘
度、抵抗板間の間隙、抵抗板の面積により調整可能であ
る。水平・鉛直両方向に大きな粘性減衰性能を有する梁
となり、大きな振動抑制効果を発揮することができる。
【0033】
【発明の効果】本発明の制震構造梁は、従来のダンパー
を梁下に配置しその他の繋ぎ材で連結する制震構法・制
振構法に較べて以下の利点を有している。 ダンパーそのものを梁部材内に取り込んでいるため
に、梁下空間の動線が確保でき、建築計画上の障害とな
らない。視覚的にもオープンフレームの開放感を保持で
きる。 従来の制振構法では水平方向にしか振動抑制効果がで
ないが、梁自体が減衰性能を有しているため、水平・鉛
直両方向に振動抑制効果が発揮される。 ダンパー用のエネルギー吸収部材には、鉛、粘弾性体
もしくは粘性材料等を使用するため、繰り返し振動によ
る疲労破壊の恐れがない。 梁自体にダンパーが組み込まれており、しかも通常の
鉄骨梁に若干の加工を加えることで製作できるので、極
めて経済的に制震構造建物を実現することができる。 ダンパーが梁に内蔵されているために、梁の耐火被覆
を行えば自動的にダンパーも耐火被覆されることにな
り、経済的に火災防護対策が行える。
【0034】以上のとおり、本発明による制震(制振)
構造梁は、ダンパーを梁および床に連結する従来の制振
構法に較べて、制震(制振)効果も大きく経済的な方法
であるだけでなく、建築計画への適用性を大幅に向上さ
せており、極めて実用的な制震構造を可能としたもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来型の制震(制振)ダンパーの使用方法を
示す建物断面図およびダンパーの設置方法
【図2】 従来型制震(制振)ダンパーの取付方法図1
の各種ダンパーの取付詳細図
【図3】 本発明の制震構造梁を採用した建物骨組み計
画例(建物断面図)
【図4】 制震構造梁の適用例(鉄骨造骨組みの場合)
【図5】 図4制震構造梁の断面詳細図(2面せん断の
場合)
【図6】 図4制震構造梁の断面詳細図(4面せん断の
場合)
【図7】各種の梁断面タイプに応じた本制震構造梁の適
用例 (A)(B)(C):鉄筋コンクリート造の梁の場合 (D)(E)(F):鉄骨造の梁の場合。(F)はダン
パー材料として高減衰ゴムなどの減衰性能の高い粘弾性
材料36を用いた例。
【図8】 粘性流体を用いる制震構造梁の適用例
【図9】 図8制震構造梁の断面詳細図
【符号の説明】
1:建物の柱 2:建物の梁 3:建物の床 4:ダンパー
連結部材(4A〜4C) 5:ダンパー・制震装置(5A〜5C) 6:ダンパー
固定部材 12:制震構造梁 14:制震構
造梁固定部材 21:鉄骨制震構造梁ウェブ 22:鉄骨制
震構造梁フランジ 23:ウェブ補強プレート 24:鉛ダン
パーカバープレート 25:鉛コア 26:ダンパ
ー板要素 27:面外補強リブ 28:制震構
造梁継ぎ手部 29:面外変形拘束プレート 31:粘性材料による制震構造梁板要素 32:粘性材
料を用いた制震構造梁 33:粘性制震構造梁箱形容器 35:粘性体材料 36:粘弾性
体材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−180398(JP,A) 特開 平5−272257(JP,A) 特開 平1−178682(JP,A) 特開 平3−107074(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E04H 9/02 F16F 15/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 建築物およびその他の構造物における梁
    であり、構造物と一体となった梁部材の一部に、水平方
    向・鉛直方向それぞれ単独もしくは両方向共に移動可能
    な1以上の鉛直面内の板要素を梁部材内もしくは外側に
    隣接して設け、梁および板要素の両者に繋がる1以上の
    貫通孔に鉛を充填してあり、その板要素をその梁の設置
    階とは異なる階に斜材、柱材もしくは壁材で固定してい
    ることを特徴とする梁構造体。
  2. 【請求項2】 上記請求項1の梁において、梁が2本の
    C型鉄骨部材で構成され、その中央に挟まれた板要素も
    鋼製である上記1の梁構造体。
  3. 【請求項3】 上記請求項1の梁において、梁内部もし
    くは隣接して設けられる板要素が水平面内に配置されて
    いることを特徴とする梁構造体。
  4. 【請求項4】 建築物およびその他の構造物における梁
    であり、構造物と一体となった梁部材の一部に、水平方
    向・鉛直方向それぞれ単独もしくは両方向共に移動可能
    な1以上の鉛直面内もしくは水平面内の板要素を梁部材
    内もしくは外側に梁部材と若干の隙間を設けて配置し、
    梁および板要素を粘弾性体で一体化しており、その板要
    素をその梁の設置階とは異なる階に斜材、柱材もしくは
    壁材で固定していることを特徴とする梁構造体。
  5. 【請求項5】 建築物およびその他の構造物における梁
    であり、構造物と一体となった梁部材の一部に1以上の
    鉛直面内の板要素を有し、その板要素と若干の隙間をも
    って平行に配置された板要素をもつ箱形容器が梁に隣接
    して配置されており、その箱内には粘性流体が充填され
    ており、その箱形容器をその梁の設置階とは異なる階に
    斜材、柱材もしくは壁材で固定していることを特徴とす
    る梁構造体。
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