JP3637534B2 - ブレースダンパー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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も機能するブレースダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震や強風等に対する建物の応答性を低減する方法として、建物の要所にダンパーを設置する方法が一般によく知られている。ダンパーとしては、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー、粘弾性体ダンパー等がよく用いられる。
【０００３】
一方、近年の建物の地震被害では、ブレースの座屈による被害が多く見られ、それが建物全体の被害を大きくすることから、ブレースの座屈を防止するための補強を行うことが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、上述した建物の応答性低減のためのダンパーの設置と、ブレースの設置およびその座屈防止のための補強は、それぞれの目的を達成するためだけに別々に行われている。そのため、ブレースとダンパーとを併設するために十分な設置スペースが必要であるし、それらを設置するために架構の開口が狭められる等の不都合が生じていた。
【０００５】
上記問題点を解決するため、本発明は、座屈強度に優れたブレースとしての機能と減衰性能に優れたダンパーとしての機能を併せ持つ有効な構造部材であるブレースダンパーを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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も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固定されるブレース本体と、ブレース本体を両側から挟み込んだ形態でその周囲に装着されることによりブレース本体の軸方向変形を許容しつつその座屈を防止する対の拘束部材からなり、前記ブレース本体は極軟鋼または軟鋼からなる帯板状の鋼板からなり、該ブレース本体にはその長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部が設定され、前記拘束部材はダンパー本体を挟み込むウエブ部とその両側縁部に一体に形成された対のフランジ部を有するチャンネル鋼材からなり、この拘束部材としてのチャンネル鋼材にはその面外方向変形を防止する補強部材が少なくともブレース本体の降伏部を挟み込む位置に設けられ、前記補強部材がそのチャンネル鋼材の横断面に沿ってフランジ部とウエブ部との間に溶接された補強リブからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明のブレースダンパーにおける補強部材としての補強リブに代えて、チャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接された横リブと、この横リブに対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとを補強部材としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明のブレースダンパーにおける補強部材としての補強リブに代えて、チャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたアングル材と、このアングル材に対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとを補強部材としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１記載の発明のブレースダンパーにおける補強部材としての補強リブに代えて、チャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたチャンネル部材と、このチャンネル部材に対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとを補強部材としたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図２は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ある。本実施形態のブレースダンパーは、ブレース本体１と、その周囲に装着されてブレース本体１の座屈を防止する拘束部材としての対のチャンネル鋼材２からなる。
【００１３】
ブレース本体１は帯板状の鋼板（フラットバー）であって、その両端部が建物に対して固定されることでこれ自体が通常のブレースとして機能するものである。ブレース本体１の端部両面にはリブプレート３が溶接されていて、ブレース本体１の両端部における横断面形状は十字形をなすものとされている。本実施形態におけるブレース本体１は所定軸力を受けた際にその中間部に設定された降伏部１ａが降伏する極軟鋼（低降伏点鋼）からなり、その降伏部１ａはブレース本体１の高さ寸法を両端部よりもやや小さくしてそこでの断面積を絞ることで設定されている。
【００１４】
拘束部材としてのチャンネル鋼材２はウェブ部２ａとフランジ部２ｂを有し、ウェブ部２ａによりブレース本体１を両側から挟み込んだ状態で、フランジ部２ｂに帯鋼板からなるカバープレート４がボルト５により締結されることで全体としてＨ型断面となるように組み立てられ、ウェブ部２ａとブレース本体１とに２本の綴りボルト６を貫通させて締結することでブレース本体１の外側に装着されている。そのように組み立てられた対のチャンネル鋼材２はブレース本体１の面外方向への変形を拘束してその座屈を防止するものであるが、ブレース本体１の軸方向の変形は拘束しないものとされ、そのため一方の綴りボルト６を通すための貫通孔は軸方向に長い長穴（ルーズホール）７として形成されている。なお、チャンネル鋼材２の端部には上記のリブプレート３との干渉を避けるためのスリット８が形成されている。
【００１５】
また、チャンネル鋼材２はブレース本体１に対する面外方向の拘束力を十分に確保するべく、このチャンネル鋼材２自体が面外方向に変形することを防止するための補強部材を有している。本実施形態における補強部材はチャンネル鋼材２の横断面に沿ってそのウェブ部２ａとフランジ部２ｂとの間に溶接された補強リブ１０からなり、その補強リブ１０がブレース本体１の降伏部１ａを挟み込む位置に３カ所にわたって取り付けられている。
【００１６】
さらに、図１（ｂ）や図２に示すように、各チャンネル鋼材２のウェブ部２ａとブレース本体１の表面との間にはそれらをアンボンド（非付着）状態に維持して相対変形を許容せしめるための緩衝材１１が介装され、同様の緩衝材１１はブレース本体１の小口部とカバープレート４との間の要所（図１（ｃ）参照）にも介装されている。緩衝材１１としてはたとえばクロロプレンゴム等の高分子系材料からなるシート材が好適に採用可能である。
【００１７】
以上の構成のもとに、本実施形態のブレースダンパーはブレースとしての機能とダンパーとしての機能を併せ持つものであり、したがってこれを建物に設置することで建物に対する優れた補剛効果と振動エネルギー吸収効果とを同時に得ることができるものである。
【００１８】
すなわち、このブレースダンパーはブレース本体１が通常のブレースと同様に機能し、特にチャンネル鋼材２がブレース本体１の座屈を有効に防止するので座屈強度に優れたものとなっている。また、このブレースダンパーはブレース本体１が軸方向に変形して降伏することでそれ自体が鋼材ダンパーとして機能するものであり、特にブレース本体１として極軟鋼を採用してその中央部に断面積を絞ることで降伏部１ａを設定していることから、所定軸力を受けた際に降伏部１ａを確実に降伏せしめて鋼材ダンパーとして優れた減衰効果が得られるものとなっている。
【００１９】
ただし、本実施形態のブレースダンパーにあってはブレース本体１の中央部に降伏部１ａを設定してそこでの断面積を絞っていることから、そこでの座屈強度は他の部分よりも低下することが避けられず、そのため、チャンネル鋼材２による拘束力が十分でない場合には、ブレース本体１が過大な圧縮軸力を受けた際に図８に誇張して示しているように降伏部１ａにおいて局部座屈が生じてそこで破断が生じてしまうことも想定される。そこで本実施形態のブレースダンパーは、そのような事態を確実に防止するべく、上述のようにチャンネル鋼材２に対し降伏部１ａを挟み込む位置に補強リブ１０を設け、これによりチャンネル鋼材２による降伏部１ａに対する拘束力を他の部分よりも増強することで、降伏部１ａにおける局部座屈や破断を確実に防止できるものとなっている。
【００２０】
そして、このブレースダンパーは、帯板状のブレース本体１の両面に緩衝材１１を介して一対のチャンネル鋼材２を装着し、そのチャンネル鋼材２の要所に補強リブ１０を溶接しただけの極めて簡単な構成のものであるから、容易にかつ安価に組み立てることができるものであるし、その外観はリブプレート３や補強リブ１０を有しているものの実質的にＨ形鋼と変わるものではないから、通常のブレースと同様に取り扱うことができるし、通常のブレースと同様の形態で建物に設置することができるものである。勿論、このブレースダンパーは、ブレース本体１の材質やその断面積、降伏部１ａでの降伏強度、拘束部材としてのチャンネル鋼材２による拘束力その他を適宜設定することで、ブレースおよび鋼材ダンパーとしての性能を自由にかつ幅広く調整できることは言うまでもない。
【００２１】
図３は、本発明のブレースダンパーの他の実施の形態を示す側面図、図４は図３におけるIII−III線視拡大断面図である。本実施の形態において、補強部材はそのチャンネル鋼材２のウエブ部２ａに長手方向に沿って溶接された横リブ２０と、この横リブ２０に対して垂直でかつチャンネル鋼材２のフランジ部２ｂ間に溶接された縦リブ２１とから構成されている。縦リブ２１は、本実施の形態では、等間隔に３本配設されており、ブレース本体１の降伏部１ａを完全に覆う位置に取り付けられている。つまり、両外側の縦リブ２１は、降伏部２１ａより外側に位置している。また、縦リブ２１の間隔は、チャンネル成の２倍以下に設定されている。更に、横リブ２０の高さは、チャンネル鋼材２のフランジ部２ｂと同じ、若しくはそれ以下に設定されており、ブレースダンパーの幅寸法が増大しないように構成されている。尚、本実施の形態では、横リブ２０は、１本の場合を説明したが、複数本であってもよい。横リブ２０を複数本とした場合は、断面二次モーメントを更に増大することができる。
【００２２】
図５は、本発明のブレースダンパーの別の実施の形態を示す側面図、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線視拡大断面図である。本実施の形態において、補強部材がそのチャンネル鋼材２のウエブ部２ｂに長手方向に沿って溶接されたアングル材２２と、このアングル材２２に対して垂直でかつチャンネル鋼材２のフランジ部２ｂ間に溶接された縦リブ２１とから構成されている。アングル材２２は、図６に示すように山形の直角部２２ａを上にして、二辺をチャンネル鋼材２のウエブ部２ａに溶接固定する。つまり、ウエブ部２ａを幅方向の２箇所で溶着固定する。また、アングル材２２の直角部２２ａの高さは、フランジ部２ｂの高さ以下に設定されている。
【００２３】
以上のように構成した場合、縦リブ２１に加えてアングル材２２で長手方向に補強したので、断面二次モーメントが著しく増大し、曲げ剛性が向上する。また、チャンネル鋼材２のウエブ部２ａを幅方向の２箇所で拘束するために、芯材の回転捻れを伴う座屈を効果的に防止することができる。更に、外形寸法が従来の鋼材組立ブレースダンパーと同様であるため、構造計画や建築計画上の制約がなく、従来の耐震設計と同様の設計作業に取り入れることができる。
【００２４】
図７は、本発明のブレースダンパーの別の実施の形態を示す縦拡大断面図である。本実施の形態において、補強部材がそのチャンネル鋼材２のウエブ部２ａに長手方向に沿って溶接されたチャンネル部材２３と、このチャンネル部材２３に対して垂直でかつチャンネル鋼材２のフランジ部２ｂ間に溶接された縦リブ２１とから構成されている。チャンネル部材２３は、その２辺２３ａ、２３ｂがチャンネル鋼材２のウエブ部２ａに溶着されている。
【００２５】
以上のように構成した場合、チャンネル鋼材２のウエブ部２ａの曲げ剛性が飛躍的に向上し、ブレース本体１の局部座屈を効果的に拘束できる。また、チャンネル鋼材２のウエブ部２ａを幅方向の２箇所で拘束するために、芯材（ブレース本体１）の回転捻れを伴う座屈を効果的に防止することができる。
【００２６】
以上のように構成されたブレースダンパーの設置形状としては、閉鎖型のＶ型やＫ型、偏芯Ｋ型や偏芯ノ型などが考えられる。また、その他トラス構造のラチス材にも適用することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態はあくまで一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜の設計的変更が可能である。たとえば、ブレース本体の構成材料は実施形態における極軟鋼に限定されるものではなく、所定の軸力を受けて降伏することのできる軟鋼（いわゆる普通鋼）、例えばＳＳ４００、ＳＮ４００等の材料であってもよく、特に、許容応力の最小値のみならず、最大値をもが保証される材料であることが望ましい。さらに、拘束部材としてチャンネル鋼材を採用し、補強部材として補強リブ、または横リブと縦リブ、またはアングル材と縦リブ、もしくはチャンネル部材と縦リブを採用する限りにおいて、ブレース本体に対する拘束部材の装着の形態や、拘束部材における補強部材の位置や形態も、ブレース本体に設定する降伏部の位置や形態に対応させて所期の効果が得られるように最適設計すれば良い。なお本発明の補剛方法はアンボンドブレースダンパーのみならず、アンボンドダンパーにもそのまま使用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明のブレースダンパーは、降伏部を設定した帯板状の鋼板からなるブレース本体にその軸方向変形を許容しつつ面外変形を拘束して座屈を防止する拘束部材を装着したものであるから、座屈強度に優れたブレースとしての機能と減衰性能に優れたダンパーとしての機能を併せ持つものであり、特に、拘束部材は自身の面外方向変形を防止する補強部材を降伏部を挟み込む位置に有しているので、降伏部に対する拘束力を他の部分よりも有効に増強し得て降伏部において生じることが想定される局部座屈や破断を確実に防止できる効果がある。
【００２９】
また、ブレース本体が極軟鋼または軟鋼からなり、その長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで降伏部が形成されているので、降伏範囲が降伏部に集約かつ限定されて確実かつ効率的な減衰効果が得られ、拘束力増強のための補強部材は拘束部材の中央部に対して設置するだけで良い。つまり、ダンパーの降伏変位が小さくなり塑性歪みがこの範囲に集中する。したがって、中央部のみに局部座屈対策を行えばよく、経済的である。
そして、特に請求項１の発明では、拘束部材としてチャンネル鋼材を採用し、補強部材としてフランジ部とウェブ部との間に溶接した補強リブを採用したので、汎用の鋼材を用いて安価かつ簡便に組み立て可能であるし、Ｈ形鋼と同様の外観を呈するものであるので取り扱いが容易であるし、建物に対する設置の形態も通常のブレースの場合と何等変わることがない。
【００３０】
請求項２の発明のブレースダンパーは、補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接された横リブと、この横リブに対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとから構成されたので、チャンネル鋼材のウエブ部の曲げ剛性が飛躍的に向上し、芯材の局部座屈を効果的に拘束できる。また、縦リブの設置位置ではチャンネル鋼材のウエブ部がほとんど面外変形を起こさず、これに更に横リブを加えることで、補剛区間におけるウエブ部の面外変形を僅かなものとすることができる。
【００３１】
請求項３の発明のブレースダンパーは、補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたアングル材と、このアングル材に対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとからなるので、チャンネル鋼材の断面二次モーメントが増大し、ウエブ部の曲げ剛性が飛躍的に向上するので、ブレース本体の局部座屈を効果的に拘束することができる。また、チャンネルウエブがフランジとリブで支持された２方向板となり、面外変形に対する拘束効果が激増する。この結果、極軟鋼の芯材であるブレース本体がチャンネル組立鋼材の鞘内で局部座屈するのを防止できる。さらに、チャンネル鋼材に縦横リブを溶接する際の、溶接入熱による歪みを小さくすることができる。
【００３２】
請求項４の発明のブレースダンパーは、補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたチャンネル部材と、このチャンネル部材に対して垂直でかつチャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとからなるので、断面二次モーメントが更に増大し、曲げ剛性が大きくなり、芯材の座屈補強効果が増す。また、一般に流通している部材をウエブと縦リブに溶接して使用できるので、経済的に高い補剛性能が得られる。更に、横リブに変えてチャンネル部材を使用するので、芯材の幅方向に２カ所で拘束でき、芯材の回転捻れを伴う座屈を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線視断面図、（ｃ）はブレース本体のみを示す側面図である。
【図２】 同、（ａ）は図１（ａ）におけるIIａ−IIａ線視拡大断面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるIIｂ−IIｂ線視拡大断面図である。
【図３】 同ブレースダンパーの他の実施の形態を示す側面図である。
【図４】 図３におけるIII−III線視拡大断面図である。
【図５】 同ブレースダンパーの別の実施の形態を示す側面図である。
【図６】 図５におけるＶＩ−ＶＩ線視拡大断面図である。
【図７】 同ブレースダンパーの別の実施の形態を示す縦拡大断面図である。
【図８】 拘束部材における補強部材の効果を説明するための図であって、補強部材を省略した場合に懸念される局部座屈の状況を示すものである。
【符号の説明】
１ ブレース本体
１ａ 降伏部
２ チャンネル鋼材（拘束部材）
２ａ ウェブ部
２ｂ フランジ部
１０ 補強リブ（補強部材）
１１ 緩衝材
２０ 横リブ（補強部材）
２１ 縦リブ（補強部材）
２２ アングル材（補強部材）
２３ チャンネル部材（補強部材）

Claims (4)

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も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固定されるブレース本体と、ブレース本体を両側から挟み込んだ形態でその周囲に装着されることによりブレース本体の軸方向変形を許容しつつその座屈を防止する対の拘束部材からなり、
   前記ブレース本体は極軟鋼または軟鋼からなる帯板状の鋼板からなり、該ブレース本体にはその長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部が設定され、
   前記拘束部材はダンパー本体を挟み込むウエブ部とその両側縁部に一体に形成された対のフランジ部を有するチャンネル鋼材からなり、この拘束部材としてのチャンネル鋼材にはその面外方向変形を防止する補強部材が少なくともブレース本体の降伏部を挟み込む位置に設けられ、
   前記補強部材がそのチャンネル鋼材の横断面に沿ってフランジ部とウエブ部との間に溶接された補強リブからなることを特徴とするブレースダンパー。
2. 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も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固定されるブレース本体と、ブレース本体を両側から挟み込んだ形態でその周囲に装着されることによりブレース本体の軸方向変形を許容しつつその座屈を防止する対の拘束部材からなり、
   前記ブレース本体は極軟鋼または軟鋼からなる帯板状の鋼板からなり、該ブレース本体にはその長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部が設定され、
   前記拘束部材はダンパー本体を挟み込むウエブ部とその両側縁部に一体に形成された対のフランジ部を有するチャンネル鋼材からなり、この拘束部材としてのチャンネル鋼材にはその面外方向変形を防止する補強部材が少なくともブレース本体の降伏部を挟み込む位置に設けられ、
   前記補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接された横リブと、この横リブに対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとからなることを特徴とするブレースダンパー。
3. 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も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固定されるブレース本体と、ブレース本体を両側から挟み込んだ形態でその周囲に装着されることによりブレース本体の軸方向変形を許容しつつその座屈を防止する対の拘束部材からなり、
   前記ブレース本体は極軟鋼または軟鋼からなる帯板状の鋼板からなり、該ブレース本体にはその長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部が設定され、
   前記拘束部材はダンパー本体を挟み込むウエブ部とその両側縁部に一体に形成された対のフランジ部を有するチャンネル鋼材からなり、この拘束部材としてのチャンネル鋼材にはその面外方向変形を防止する補強部材が少なくともブレース本体の降伏部を挟み込む位置に設けられ、
   前記補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたアングル材と、このアングル材に対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとからなることを特徴とするブレースダンパー。
4. 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も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固定されるブレース本体と、ブレース本体を両側から挟み込んだ形態でその周囲に装着されることによりブレース本体の軸方向変形を許容しつつその座屈を防止する対の拘束部材からなり、
   前記ブレース本体は極軟鋼または軟鋼からなる帯板状の鋼板からなり、該ブレース本体にはその長さ方向中央部における断面積が両端部よりも小さくされることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部が設定され、
   前記拘束部材はダンパー本体を挟み込むウエブ部とその両側縁部に一体に形成された対のフランジ部を有するチャンネル鋼材からなり、この拘束部材としてのチャンネル鋼材にはその面外方向変形を防止する補強部材が少なくともブレース本体の降伏部を挟み込む位置に設けられ、
   前記補強部材がそのチャンネル鋼材のウエブ部に長手方向に沿って溶接されたチャンネル部材と、このチャンネル部材に対して垂直でかつ前記チャンネル鋼材のフランジ部間に溶接された縦リブとからなることを特徴とするブレースダンパー。

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