JP3286611B2 - 弾塑性エネルギー吸収体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨の架構体、特
に鉄骨系中低層住宅の架構体に作用する地震エネルギー
を吸収することが出来、且つ隣接する一対の柱間の距離
を小さくすることが出来る弾塑性エネルギー吸収体に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨の架構体に作用する地震エネルギー
を吸収する弾塑性エネルギー吸収体として、例えば特開
平6-330653号公報に開示された技術がある。この技術
（第１公知例）は、図８に示すように、上下に設けた梁
51の間に一対の左右柱52を設けることによって架構体を
構成し、夫々の柱52に添えて立て付けられる主枠材53
と、水平に設置される連結枠材54と、主枠材53と連結枠
材54の間に斜めのに設置される斜め材55とを備え、更
に、連結枠材54の中央部に塑性体56を配置して構成され
ている。前記斜め材55は、塑性体56を柱52に取り付ける
と共に地震時に作用する力を伝達する機能を有するもの
である。

【０００３】上記構成では、大きな地震力が作用したと
き、塑性体56が最初に降伏し、塑性変形を起こすことで
地震エネルギーを吸収することが出来る。また斜め材55
に変えて三角形や菱形の補剛パネルを用い、この補剛パ
ネルを柱52の間に取り付けると共に補剛パネルの間に塑
性体を取り付けて地震力を伝達すると共に地震エネルギ
ーを吸収し得るように構成されたものもある。更に、塑
性変形した塑性体を交換することで、速やかに当初の状
態に復帰させることが出来るように構成したものもある
（特開平9-273329号公報）。

【０００４】また図９に示すように、一対の左右柱の間
に複数のスリット57ａを形成したスリット板57を取り付
けて構成された技術（第２公知例）もある。この技術で
は、ウエブが塑性変形することで地震エネルギーを吸収
することが出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１公知例の技術
では、高いエネルギー吸収効率を示すものの、斜め材や
補剛パネルが必須であり、柱間を狭くするために、この
補剛パネルを小さくして数を増やすことが考えられる。
しかし、数が増えることによって柱への取付加工や部品
点数の増加が発生するなど、現実的ではない。このた
め、幅寸法（左右柱の間隔）が大きくならざるを得ない
という問題がある。

【０００６】また第２公知例の技術では、耐震要素とし
ての適切な耐力，剛性及び充分な変形能力等の条件を全
て満足させるようにスリット板に形成するスリットの
幅，高さ，板厚等を設定するのは極めて困難であるとい
う問題がある。

【０００７】本発明の目的は、一対の柱間の距離を小さ
くすることが出来、更に、吸収し得るエネルギーを調整
することが出来る弾塑性エネルギー吸収体を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る弾塑性エネルギー吸収体は、上下に配置
された梁と、前記梁の間に隣接し心間寸法を４５０ｍｍ
程度以下に配置された一対の柱と、前記一対の柱の対向
する面に取り付けられた縦長材と前記縦長材に対し着脱
可能に取り付けられた複数のエネルギー吸収部材とを有
して構成されるものである。

【０００９】上記弾塑性エネルギー吸収体では、上下に
配置された梁の間に一対の柱を配置して取り付けること
で架構体を構成し、この架構体を構成する柱の対向する
面に夫々縦長材を取り付け、更に、この縦長材に複数の
エネルギー吸収部材を着脱可能に取り付けることによっ
て、地震時に架構体に作用する水平力によってエネルギ
ー吸収部材が塑性変形することで、地震エネルギーを吸
収することが出来る。従って、縦長材は、エネルギー吸
収部材を柱に取り付けると共に地震時に作用する力を伝
達する機能を有する。

【００１０】特に、柱に取り付けた１つの縦長材に対し
複数のエネルギー吸収部材を取り付けることによって、
地震時にエネルギー吸収部材に力が作用したとき、この
力は縦長材によって緩和され、柱にはエネルギー吸収部
材の取付部位毎に力が集中して作用することがない。こ
のため、柱の強度等の性能は特別に高くする必要がな
く、架構体としての一定の性能が確保されていれば良
い。

【００１１】これに対し、第１公知例に於ける柱間の距
離を狭くし、この柱間に複数のエネルギー吸収部材を配
置すると共に個々のエネルギー吸収部材を夫々補剛パネ
ルに取り付けた場合、エネルギー吸収部材に作用する力
は、補剛パネルの取付部位毎に柱に伝達されることとな
り、柱の強度や曲げ剛性を高くする必要が生じる。

【００１２】従って、本発明のように、１つの縦長材に
複数のエネルギー吸収部材を取り付けることによって、
柱の性能を一定の値に保持して柱間の寸法を小さくする
ことが出来る。

【００１３】そしてエネルギー吸収部材が架構体に取り
付けた縦長材に対し着脱可能に取り付けられているの
で、塑性変形したエネルギー吸収部材を縦長材から取り
外して新たなエネルギー吸収部材を取り付けることで、
初期の状態に復帰させて地震に対応することが出来る。
特に、架構体に取り付けるエネルギー吸収部材の数を適
宜設定することで、吸収し得る地震時のエネルギーを調
整することが出来る。

【００１４】また複数のエネルギー吸収部材が架構体に
取り付けた１つの縦長材に取り付けられるので、架構体
を構成する一対の柱の間隔を狭くすることが出来、小形
で吸収すべき地震エネルギーに高い適応性を持った弾塑
性エネルギー吸収体を構成することが出来る。尚、縦長
材に対するエネルギー吸収部材の取付間隔は必ずしも等
間隔である必要はない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、上記弾塑性エネルギー吸収
体の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図
１は第１実施例に係る弾塑性エネルギー吸収体の構成を
説明する図である。図２は弾塑性エネルギー吸収体の構
成を説明する図であり図１のII−II矢視図である。図３
は架構体に対してエネルギー吸収部材を取り付けた状態
を説明する図である。図４はエネルギー吸収部材の構成
を説明する三面図である。図５は規制部材の構成を説明
する図である。図６は第２実施例に係る弾塑性エネルギ
ー吸収体の構成を説明する図である。図７は第３実施例
に係る弾塑性エネルギー吸収体の構成を説明する図であ
る。

【００１６】各実施例に係る弾塑性エネルギー吸収体
は、一対の柱を有する架構体に取り付けた縦長材に複数
のエネルギー吸収部材を着脱可能に取り付けて構成した
ものであり、エネルギー吸収部材の取付数を適宜設定す
ることによって吸収し得るエネルギーを調整することが
可能であり、柱からなる架構体に取り付けた縦長材を介
してエネルギー吸収部材を取り付けることで、架構体の
幅寸法、即ち、柱間の寸法を小さくすることが可能であ
る。

【００１７】以下説明する各実施例に於いて、一対の柱
の心間寸法は300mm程度に設定されており、最大寸法で
あっても450mm程度に納めるように構成されている。

【００１８】次に、図１〜図５により第１実施例に係る
弾塑性エネルギー吸収体Ａの構成について説明する。図
に於いて、上下の梁１，２が所定の間隔を持って配置さ
れており、これらの梁１，２の間に一対の柱３，４が配
置され、夫々上下両端部が梁１，２に固定されている。
前記柱３，４は、梁１，２と共に架構体を構成するもの
であり、予め設定された強度と剛性を持って構成されて
いる。柱３，４の夫々対向する面３ａ，４ａには縦長材
５，６が取り付けられ、この縦長材５，６に夫々２個、
合計４個のエネルギー吸収部材７が略等間隔に配置され
て取り付けられている。

【００１９】上記構成に於いて、梁１，２の構成は特に
限定するものではない。即ち、弾塑性エネルギー吸収体
Ａが１階の壁に構成される場合、梁１は鉄骨造の梁から
なる２階の床梁や１階の天井梁が利用され、梁２として
は１階の床梁が利用される。そして１階の床梁は必ずし
も鉄骨造の梁である必要はなく、鉄筋コンクリート造の
梁２であっても良い。

【００２０】柱３，４は地震時に作用する水平力をエネ
ルギー吸収部材７に伝達することが可能なように充分に
高い強度と剛性を持って構成されている。これらの柱
３，４は、上下に配置された梁１，２との接続部分は断
面が十字状に形成された接続部材３ｂ，４ｂとして構成
され、長手方向の中央部分は角形の構造用管からなる本
体部３ｃ，４ｃとして構成されている。

【００２１】縦長材５，６は、柱３，４の面３ａ，４ａ
に取り付けられて複数（少なくとも２個）のエネルギー
吸収部材７を着脱可能に取り付けるものであり、柱３，
４の本体部３ｃ，４ｃに沿った長尺状の部材によって構
成されている。

【００２２】縦長材５，６は、所定の厚さを持ったフラ
ットバーを柱３，４の面３ａ，４ａに溶接して構成して
も良く、本実施例のように取付部５ａ，６ａと接続部５
ｂ，６ｂからなるＴ型の部材として構成し、この部材を
柱３，４の面３ａ，４ａにボルト８を利用して締結する
ことで取り付けても良い。

【００２３】また縦長材５，６は柱３，４の本体部３
ｃ，４ｃの長さの略半分の長さを持って形成し、この部
材を２本、柱３，４の面３ａ，４ａに取り付けて構成
（図１，ず６参照）しても良く、また本体部３ｃ，４ｃ
の長さと略等しい長さを持って形成し、この部材を面３
ａ，４ａに取り付けて構成しても良い。

【００２４】このように、縦長材５，６は柱３，４の長
さと略等しい１本の部材によって構成しても、柱３，４
の長さを分割して複数の部材によって構成しても、更
に、フラットバーであっても、Ｔ型或いはＬ型であって
も良い。何れにしても、縦長材５，６は、エネルギー吸
収部材７を複数個取り付けることが可能であれば良い。

【００２５】このように、１つの縦長材５，６に複数個
のエネルギー吸収部材７を取り付けることによって、地
震時に作用する水平力を負担する際に、この力が縦長材
５，６を介して柱３，４に伝達される。このとき、縦長
材５，６が所定の長さを有しているので、柱３，４に対
して過度の負担をかけることがない。この結果柱３，４
の性能を低くすることが可能となる。このため、柱３，
４に於ける力の作用点の回転を防止することが可能とな
り、固定度の向上をはかることが可能となる。

【００２６】即ち、柱３，４に対し集中荷重が作用する
ことがなく、従って、該柱３，４に局部的な歪みや捩れ
等が発生することを防止して合理的に力を伝達すること
が可能である。

【００２７】エネルギー吸収部材７は、図２〜図４に示
すように、両端側の幅が広く且つ幅方向の両側が中央付
近で外側に向けて凹となる円弧状のくびれ部が形成され
た板材からなる本体部７ａと、中央部に形成された円弧
状のくびれ部に形成された屈折部７ｂとによって構成さ
れており、本体部７ａの両端側には夫々２つのボルト穴
７ｃが形成されており、これらのボルト穴７ｃよりも内
側に１つのボルト穴７ｄが形成されている。

【００２８】尚、本体部７ａの両側面に形成されたくび
れ部の形状及び寸法等（円弧の半径、及び半径の中心位
置、屈折部７ｂの高さ等）の条件は設計段階で設定さ
れ、個々のエネルギー吸収部材７に於ける吸収可能なエ
ネルギーが設定される。

【００２９】１個又は２個のエネルギー吸収部材７（本
実施例では２個）を縦長材５，６に当接させ、ボルト穴
７ｃに夫々ボルト９ａを挿通してナット９ｂを締結する
と共にボルト穴７ｄに規制部材11を当接させてボルト10
ａを挿通してナット10ｂを締結することで、エネルギー
吸収部材７を縦長材５，６に着脱可能に取り付けること
が可能である。

【００３０】エネルギー吸収部材７は低降伏点鋼を用い
て構成することが好ましい。この低降伏点鋼は、炭素の
含有量を減らしてより純鉄に近づけたり、結晶粒子を大
きくしたり、或いはニオブ（Ｎｂ）等の元素を微量添加
して製造され、一般の軟鋼と比較して降伏点が約半分程
度の値に低下しており、伸び特性を高めて引張強度を低
くしたものである。このため、一般の軟鋼が弾性限度内
の変形量であっても、塑性変形が生起し、このとき歪み
に要するエネルギーに相当する地震エネルギーを吸収す
ることが可能である。

【００３１】上記の如きエネルギー吸収部材７では、該
エネルギー吸収部材７を規制部材11によって縦長材５，
６に締結して拘束することで、該エネルギー吸収部材７
の変形領域を規制部材11の間に規制し、矢印方向以外の
方向の変形を抑制することが可能である。

【００３２】このため、規制部材11は、図３，図５に示
すように、エネルギー吸収部材７に於ける規制部材11を
取り付けるべき位置の平面形状と略一致した形状を有
し、且つエネルギー吸収部材７よりも高い降伏点と高い
強度を有する鋼材によって形成され、更に、高い曲げ剛
性を発揮し得るように構成されている。

【００３３】上記の如く構成された弾塑性エネルギー吸
収体Ａでは、建物の地震力が作用したとき、この地震力
は梁１，２から架構体を構成する柱３，４に伝達され、
縦長材５，６を介してエネルギー吸収部材７に伝達され
る。このとき、エネルギー吸収部材７は伝達された力の
大きさに応じて弾性限度内の変形、或いは弾性限度を越
えた塑性変形し、これらの変形に必要なエネルギーを吸
収する。

【００３４】従って、伝達された地震エネルギーが大き
い場合、エネルギー吸収部材７が塑性変形して該地震エ
ネルギーを吸収することが可能である。また各エネルギ
ー吸収部材７には、長尺状の縦長材５，６を介して地震
力が伝達されるため、柱３，４には大きな集中荷重が作
用することがなく、該柱３，４の曲げ変形を少なくして
合理的にエネルギー吸収部材７の機能を発揮させること
が可能である。

【００３５】そして地震が去った後、エネルギー吸収部
材７を確認し、塑性変形している吸収部材７を縦長材
５，６から取り外し、新たなエネルギー吸収部材７を取
り付けることで、初期の状態に復帰させることが可能で
ある。

【００３６】前述の第１実施例では、柱３，４に分割し
た縦長材５，６を取り付けると共に４個のエネルギー吸
収部材７を取り付けて弾塑性エネルギー吸収体Ａを構成
した例を説明したが、エネルギー吸収部材７の数は、４
個に限定するものではなく、吸収すべき地震エネルギー
に対応させて適宜設定することが可能である。

【００３７】即ち、図６は第２実施例に係る弾塑性エネ
ルギー吸収体Ａの構成を説明する図である。本実施例で
は、架構体を構成する一対の柱３，４に夫々２つに分割
した縦長材５，６をボルト８によって取り付けると共
に、該縦長材５，６を介して６個のエネルギー吸収部材
７を略等間隔に配置して取り付けている。またエネルギ
ー吸収部材７とボルト８の間隔は、エネルギー吸収部材
７間の間隔の略１／２倍である。このような間隔を持っ
てエネルギー吸収部材７を縦長材５に配置することによ
り、弾塑性エネルギー吸収体Ａ全体としての剛性を高め
ることが可能である。

【００３８】弾塑性エネルギー吸収体Ａを上記の如く構
成した場合であっても、第１実施例と同様にして地震エ
ネルギーを吸収することが可能である。しかし、本実施
例では、エネルギー吸収部材７の数が多い分だけ、第１
実施例の場合と比較してより大きい地震エネルギーを吸
収することが可能である。

【００３９】図７は第３実施例に係る弾塑性エネルギー
吸収体Ａに関するものである。図に於いて、縦長材５，
６は、柱３，４の本体部３ｃ，４ｃと略等しい長さを有
しており、面３ａ，４ａに溶接等の手段で取り付けられ
ている。またエネルギー吸収部材７は７個が略等間隔に
配置され、夫々縦長材５，６に着脱可能に取り付けられ
ている。

【００４０】上記の如く構成された弾塑性エネルギー吸
収体Ａであっても、前述した第１，第２実施例と同様に
して地震エネルギーを吸収することが可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
弾塑性エネルギー吸収体では、上下梁の間に配置した一
対の柱に縦長材を取り付けると共に該縦長材に複数のエ
ネルギー吸収部材を配置したので、地震エネルギーを吸
収することが出来る。

【００４２】またエネルギー吸収部材の数を適宜設定す
ることで、吸収し得るエネルギーを所望の値に調整する
ことが出来、且つ弾塑性エネルギー吸収体に必要な耐
力，剛性を容易に得ることが出来る。

【００４３】また一対の柱と、縦長材と、縦長材に対し
着脱可能なエネルギー吸収部材とによって構成されるた
め、心間寸法を４５０ｍｍ程度以下の幅の狭い柱間であ
っても容易に構成することが出来る。このため、建物に
於ける耐震要素の振り付けの自由度を向上することが出
来る。

【００４４】更に、地震エネルギーを吸収して塑性変形
したエネルギー吸収部材が他の部材とは独立して構成さ
れるため、地震後の補修の際にも単にエネルギー吸収部
材のみを交換することで良く、低いコストでの補修を実
現することが出来る。

【００４５】以上のように本発明の弾塑性エネルギー吸
収体は、幅の狭い部位であっても容易に構成出来、地震
後の修復が容易であるので、特に土地の狭い都市型の鉄
骨系中低層住宅であって、車庫や開口を大きく取った場
合に設置して地震エネルギーを吸収するものとして極め
て有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る弾塑性エネルギー吸収体の構
成を説明する図である。

【図２】弾塑性エネルギー吸収体の構成を説明する図で
あり図１のII−II矢視図である。

【図３】架構体に対してエネルギー吸収部材を取り付け
た状態を説明する図である。

【図４】エネルギー吸収部材の構成を説明する三面図で
ある。

【図５】規制部材の構成を説明する図である。

【図６】第２実施例に係る弾塑性エネルギー吸収体の構
成を説明する図である。

【図７】第３実施例に係る弾塑性エネルギー吸収体の構
成を説明する図である。

【図８】第１公例を説明する図である。

【図９】第２公知例を説明する図である。

【符号の説明】

Ａ 弾塑性エネルギー吸収
体 １，２ 梁 ３，４ 柱 ３ａ，４ａ 面 ３ｂ，４ｂ 接続部材 ３ｃ，４ｃ 本体部 ５，６ 縦長材 ７ エネルギー吸収部材 ７ａ 本体部 ７ｂ 屈折部 ７ｃ，７ｄ ボルト穴 ８，９ａ，10ａ ボルト ９ｂ，10ｂ ナット 11 規制部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下に配置された梁と、前記梁の間に
   隣接し心間寸法を４５０ｍｍ程度以下に配置された一対
   の柱と、前記一対の柱の対向する面に取り付けられた縦
   長材と、前記縦長材に対し着脱可能に取り付けられた複
   数のエネルギー吸収部材とを有することを特徴とする弾
   塑性エネルギー吸収体。