JP3820520B2 - ブレースダンパー - Google Patents
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Description
【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、粘性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帯板状の鋼板からなるブレース本体と、ブレース本体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面外座屈を防止する拘束部材からなり、ブレース本体には幅寸法を両端部よりも小さくすることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部を形成するとともに、拘束部材にはその降伏部の幅方向への変形を拘束して面内座屈を防止する補剛材を設け、前記拘束部材は、ブレース本体を両側から挟み込む対のチャンネル鋼材と、それらチャンネル鋼材どうしを締結する帯鋼からなる対のカバープレートにより構成され、前記補剛材は鋼材からなるものであって、前記拘束部材を構成している一方のチャンネル鋼材に溶接されて固定され、拘束部材を構成している双方のチャンネル鋼材には、それらチャンネル鋼材の面外方向の変形を防止する補剛部材を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、該補剛部材は、鋼板からなる縦リブおよび横リブが格子状に組まれてチャンネル鋼材に溶接されて形成されてなることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1〜図3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。図1(a)は全体の外観を示す側面図、(b)はその平面図、(c)は内部のブレース本体を示す側面図、図2は横断面図、図3は要部の分解斜視図である。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2からなる。
【0010】
ブレース本体1は帯板状の鋼板(フラットバー)からなり、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。また、本実施形態におけるブレース本体1は極軟鋼(低降伏点鋼)からなり、所定軸力を受けた際にはその中央部に設定されている降伏部1aが降伏することでダンパーとして機能するものとなっている。降伏部1aは、ブレース本体1の素材である帯板状の鋼板の中央部両側を切除してそこでの幅寸法を小さくすることで形成されている。すなわち本実施形態のブレース本体1は、図1(c)に示すように、中央部における断面積が両端部より絞られることで降伏部1aが形成されたドックボーン形状をなすものとされている。
【0011】
拘束部材2は対のチャンネル鋼材4と帯鋼板からなる対のカバープレート5からなり、チャンネル鋼材4を背中合わせにした状態でそれらのウェブ部によりブレース本体1を両側から挟み込み、その状態でそれらのフランジ部にカバープレート5をボルト締結す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、チャンネル鋼材4のウェブ部とブレース本体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。
【0012】
そのように組み立てられた拘束部材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、チャンネル鋼材4にはこのチャンネル鋼材4自体が面外方向に変形することを防止するための補剛部材7が取り付けられている。補剛部材7はチャンネル鋼材4に溶接された鋼板からなる縦リブ7aと、それら縦リブ7a間に溶接された同じく鋼板からなる横リブ7bからなり、本実施形態においては4枚と縦リブ7aと3枚の横リブ7bとがブレース本体1の降伏部1aを挟み込む位置に設けられることで、ブレース本体1に対する面外方向の拘束が十分に確保されるようになっている。
【0013】
さらに、拘束部材2には、ブレース本体1の降伏部1aの幅方向への変形を拘束して面内座屈を防止するための補剛材8が双方のチャンネル鋼材4の間に設けられている。本実施形態における補剛材8はブレース本体1と同等程度の厚さの細長い鋼板が用いられ、降伏部1aの両側の位置においていずれか一方のチャンネル鋼材4のウエブ部の内面に対しその両端部が溶接されて固定されている。なお、ブレース本体1を加工する際にはその素材である帯板状の鋼板の中央部両側を切除して降伏部1aを形成するので、その切除片を適当な寸法に加工して補剛材8として利用することが可能である。
【0014】
上記のように組み立てられてブレース本体1に装着される拘束部材2は、ブレース本体1の面外方向への変形を拘束して面外座屈を防止するとともに、補剛材8によりブレース本体1の幅方向の変形も拘束して面内座屈を防止するものであるが、ブレース本体1をダンパーとして機能させるためにはブレース本体1の軸方向の変形は拘束しないものとする必要があり、そのため、図1(c)に示すようにブレース本体1とカバープレート5および補剛材8との間にはたとえば2mm程度の若干のクリアランスが確保され、かつ図2に示すように各チャンネル鋼材4のウェブ部とブレース本体1の表面との間にはそれらをアンボンド(非付着)状態に維持して軸方向の相対変形を許容せしめるための緩衝材9が介装されている。緩衝材9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。また、図1(a)に示すように、チャンネル鋼材4とブレース本体1を締結する綴りボルト6を通すための貫通孔の一方は軸方向に長い長穴(ルーズホール)10として形成されてそれらの軸方向の相対変形を許容するものとしており、チャンネル鋼材4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11が形成されている。
【0015】
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。
【0016】
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、特に拘束部材2がブレース本体1の面外座屈を有効に防止して優れた座屈強度を有するものである。また、このブレースダンパーは、ブレース本体1として極軟鋼を採用するとともに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は降伏部1aが降伏し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。
【0017】
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、降伏部1a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ない。そのため、仮に拘束部材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はたとえば図6(a)に誇張して示しているように降伏部1aにおいて面外座屈を生じて破断に到ることが想定される。また、ブレース本体1の降伏部1aが拘束部材2の内部において幅方向に変形する余地があると、図6(b)に示すように降伏部1aが面内座屈を生じて破断してしまうことも想定される。
【0018】
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、上述のように拘束部材2を構成しているチャンネル鋼材4に対し降伏部1aを挟み込む位置に縦リブ7aおよび横リブ7bからなる補剛部材7を設け、これによりチャンネル鋼材4による降伏部1aに対する拘束を他の部分よりも増強することで降伏部1aの面外座屈を確実に防止できるものとなっている。また、降伏部1aの両側には補剛材8を設けることで降伏部1aの幅方向への過大な変形を確実に防止し、それによってブレースダンパーの全長が長いような場合であっても降伏部1aでの面内座屈を抑制して大型のブレースダンパーとしても支障なく適用できるものとなっている。
【0019】
そして、上記のブレースダンパーは、リブプレート3や補剛部材7を有しているもののその外観は実質的に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(極軟鋼に限るものではない)やその断面積、降伏部1aでの降伏強度、拘束部材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。
【0020】
しかも、上記のブレースダンパーは、帯板状のブレース本体1に対してチャンネル鋼材4とカバープレート5からなる拘束部材2を装着しただけの極めて簡単な構成のものであるから、特別な技量や機械を必要とせずに容易にかつ安価に組み立てることができるものである。
【0021】
図4は上記のブレースダンパーの製作手順の一例を示すものである。この場合、予め所望の形状、寸法に加工したチャンネル鋼材4の一方を(a)に示すように横置きした状態で、その上面に補剛材8を溶接して固定する。チャンネル鋼材4に対する補剛材8の溶接はさしたる強度を必要とせず、補剛材8の両端部に対して仮付け用の断続隅肉溶接程度の軽微な溶接を行うことで充分である。そのような軽微な溶接により補剛材8を固定することとすれば、溶接作業を簡易に行い得るのみならず、溶接箇所数が少なく隅肉で溶接量も小さいため溶接残留変形も問題にならないし、溶接箇所を補剛材8の両端部のみに限定することで溶接ビードがブレース本体1に接触してブレース本体1の軸方向変形に支障を来すこともない。なお、補剛材8を予めチャンネル鋼材4に溶接しておいても勿論良い。
【0022】
上記のようにして補剛材8を取り付けた後、予め加工しておいたブレース本体1を(b)および(d)に示すようにチャンネル鋼材4上に緩衝材9を介して配置するとともに、その上面に緩衝材9を設置し、(c)に示すように他方のチャンネル鋼材4を重ねてカバープレート5を締結すれば良い。なお、緩衝材9は各チャンネル鋼材4のウエブ部の表面もしくはブレース本体1の両面に予め接着等により取り付けておいても勿論良い。
【0023】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって本発明はこれ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、拘束部材2の構成は、チャンネル鋼材4とカバープレート5により組み立てるものとして、チャンネル鋼材4の内側にブレース本体1の面内座屈を防止するための補剛材8を溶接して固定し、かつチャンネル鋼材4の外側には面外座屈を防止するための縦リブ7aと横リブ7bからなる格子状の補剛部材7を溶接して形成する限りにおいて任意である。
【0024】
また、チャンネル鋼材4に溶接されて固定されてブレース本体1の幅方向の変形を拘束して面内座屈を防止するための補剛材8としては、ブレース本体1の面内座屈を確実に防止し得る強度を有する鋼材を座屈を防止するうえで適正な位置に溶接して設ければ良く、その限りにおいて補剛材8の形状、寸法、取付位置は任意であり、たとえば図5(a)に示すように補剛材8を複数の小片に分散して取り付けることでも良い。
【0025】
また、上記実施形態では補剛材8の両端部のみをチャンネル鋼材4に対して溶接して固定するようにしたが、その固定のための溶接の構造や形態は任意であり、たとえば、図5(b),(c)に示すように補剛材8に設けた凹部や穴部の内側をチャンネル鋼材4に対して溶接することも考えられる。
【0027】
【発明の効果】
請求項1の発明のブレースダンパーは、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、ブレース本体には幅寸法を両端部よりも小さくすることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部を形成するとともに、拘束部材にはその降伏部の幅方向への変形を拘束して面内座屈を防止する補剛材を設けたので、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、特にブレース本体の降伏部が面内座屈を生じることが補剛材により確実に防止でき、したがって全長の長いブレースダンパーに適用しても座屈することなく安定した性能を発揮することができる。
【0028】
また、拘束部材をチャンネル鋼材とカバープレートにより構成し、その拘束部材としてのチャンネル鋼材に補剛材を溶接して固定したので、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り、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。
【0029】
さらに、チャンネル鋼材とカバープレートからなる拘束部材の面外方向変形を防止する補剛部材を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、その補剛部材は鋼板からなる縦リブおよび横リブを格子状に組んでチャンネル鋼材に溶接することで形成したので、ブレース本体の面外座屈をより確実に防止することができる。
【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図である。
【図2】 同、断面図である。
【図3】 同、要部分解斜視図である。
【図4】 同、組立手順の一例を示す図である。
【図5】 同、他の実施形態を示す図である。
【図6】 ブレース本体に生じることが想定される面外座屈および面内座屈の状況を示す図である。
【符号の説明】
1 ブレース本体
1a 降伏部
2 拘束部材
4 チャンネル鋼材
5 カバープレート
7 補剛部材
7a 縦リブ
7b 横リブ
8 補剛材
9 緩衝材
Claims (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帯板状の鋼板からなるブレース本体と、ブレース本体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面外座屈を防止する拘束部材からなり、
ブレース本体には幅寸法を両端部よりも小さくすることで所定軸力を受けた際に降伏する降伏部を形成するとともに、拘束部材にはその降伏部の幅方向への変形を拘束して面内座屈を防止する補剛材を設け、
前記拘束部材は、ブレース本体を両側から挟み込む対のチャンネル鋼材と、それらチャンネル鋼材どうしを締結する帯鋼からなる対のカバープレートにより構成され、
前記補剛材は鋼材からなるものであって、前記拘束部材を構成している一方のチャンネル鋼材に溶接されて固定され、
拘束部材を構成している双方のチャンネル鋼材には、それらチャンネル鋼材の面外方向の変形を防止する補剛部材を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、
該補剛部材は、鋼板からなる縦リブおよび横リブが格子状に組まれてチャンネル鋼材に溶接されて形成されてなる
ことを特徴とするブレースダンパー。
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