JP3886925B2

JP3886925B2 - 筋交い

Info

Publication number: JP3886925B2
Application number: JP2003102477A
Authority: JP
Inventors: 博視露木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004308224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物を補強するために用いられる筋交いに関するもので、特に、建築構造物の耐力を向上させることができるとともに、台風のときのような速度の遅い力が加わった場合でも変形を防ぐことができるように減衰力を付加することができる、筋交いに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の耐力を上げるために、筋交いを用いることは有効である。木造住宅や小型鉄骨建築物では、筋交いとして、木板、あるいはターンバックルすなわちねじを締め上げて所期の張力を与える構造のものが用いられている。図３はターンバックルの例を示す。図３において、所定の間隔をおいて立てられている柱４０と別の柱４０は、適宜の高さ位置で水平方向の梁４２で連結されている。梁４２は上下方向に適宜の間隔をあけて固定されて、支柱４０と梁４２とで枠型の構造物が組み立てられている。この枠の対角位置である支柱４０と梁４２の交点がターンバックル４４で連結されている。周知のように、ターンバックル４４が有するナットを回転させることにより上記枠の対角位置相互間に引っ張り力が発生し、建築物の耐力が上がる。
【０００３】
また、ビルではブレースが多く使われている。図４はブレースの例を示すもので、柱４０と梁４２で形成される上記枠の対角位置を、ブレース４６が結合している。建築物には、ターンバックルの場合は伸び時に、ブレースの場合は伸縮時に、抵抗力Ｆが発生する。抵抗力Ｆは、
Ｆ＝Ｋ_Ｂ×δ
で与えられる。ここでＫ_Ｂ＝ブレース剛性、δ＝ブレース変形量である。これにより地震時における、建物の層間の変位が抑えられる。また、建物自体の剛性が上がるため、台風時の建物の変形が防止される。
【０００４】
しかしながら、筋交いは建物の剛性を上げるものであるため、筋交いを用いることによって建物の固有周期Ｔが小さくなる。ここでＭ＝建物の質量、ｋ＝建物の剛性とすると、建物の固有周期Ｔは、
Ｔ＝２×π×√（Ｍ／ｋ）
で求められる。建物の固有周期が小さくなると、地震の卓越周期すなわち地盤を介して地上に伝播する主な地震波の周期に近づいてしまい、建物が共振する危険性が大きくなる。よって極度にブレースの強度を上げることは望ましくない。
【０００５】
次に、建物に減衰機能をもたせて、地震時の建物の振動を減衰させようとする着想のものも知られている。建物に減衰機能をもたせるために、粘弾性ダンパや粘性ダンパといった減衰装置を用いたブレースがある。図５に示すものはその例で、柱４０と梁４２で形成される上記枠の対角位置を、減衰装置５０を有するブレース４８が結合している。このような減衰装置５０を有するブレース４８を用いた場合、抵抗力Ｆは減衰力として与えられ、Ｆ＝Ｃ×Ｖとなる。ここで、Ｃ＝減衰装置の減衰係数、Ｖ＝減衰装置が動く速度である。上記のように構成されたブレース４８を用いると、減衰装置５０は建物の固有周期に影響を与えることは無いので、地震に対する耐力は向上する。しかし、地震に対する耐力は上下層間の相対速度に比例した力であるため、剛性を上げることにはならず、台風のような速度の遅い、換言すれば振動周期の長い力には抵抗力が発揮されず、建物が変形する難点がある。
【０００６】
そこで、基礎、梁及び耐力壁より構成される躯体に配設される制震フレームであって、この制震フレームの正面視長方形の軸組フレームに組み込まれる制震装置が、上記軸組フレームの上部にロッド端を枢設するオイルダンパと、上記軸組フレームの下部から立設したダンパ取り付けフレームと、からなり、このオイルダンパのシリンダーの後端がダンパ取り付けフレームの上端部に枢設される構成とすることにより、建物の、台風時における変形を防ぐことと、速度に比例した減衰力を付加して地震に対する耐力を上げることを両立させた制震フレームが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１３８７０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の発明によれば、オイルダンパからなる減衰装置、ダンパ取り付けフレーム、複数のターンバックル、などの多くの部材を必要とするため、装着するのに大きなスペースを要する難点がある。逆にいえば、スペース的な制約がある場合、すなわち十分なスペースを確保することができない場合、ダンパを取り付けるための十分な剛性を持つ部材を配置することができず、目論見どおりの性能を期待することができないという難点がある。また、構成が複雑なため、コスト高になる難点がある。
【０００９】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、設置するためのスペースに制限があっても、建物の、台風時における変形を防ぐことと、速度に比例した減衰力を付加して地震に対する耐力を上げることを両立させることができる、簡単な構成で低コストの筋交いを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、両端部に建築構造物との連結部を備えた剛性材と、この剛性材の一端部から剛性材に沿って延びた添え部材と、この添え部材の他端部と上記剛性材との間に介在して剛性材と添え部材との相対変位に対する減衰力を発生する粘弾性部材とを有し、剛性材は板状の部材であり、添え部材は上記板状の剛性材を挟んで配置された一対の板状の部材からなり、各添え部材の他端部は段差部となっていて、粘弾性部材は上記板状剛性材と板状添え部材の上記段差部の平面同士が対向する大きな空間を埋めている一対の粘弾性部材からなることを特徴とする。
剛性材の剛性と粘弾性部材の剛性とのトータルが台風などの強風に対する建築物の剛性の増強に役立つ。地震時の振動に対しては、上記剛性とともに粘弾性部材による減衰力の発生で建物の耐力を向上させる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、粘弾性部材は粘弾性ゴムからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、剛性材の両端部には建築構造物への取り付けプレートが一体に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる筋交いの実施の形態について説明する。
図１に示す実施の形態は、筋交いと粘弾性ゴムダンパを組み合わせた円筒構造の筋交いの例である。図１において、筋交いは、両端部に建築構造物との連結部である取り付けプレート１６を備えた剛性材としてのロッド１０と、このロッド１０の一端部からロッド１０に沿って延びた添え部材としての筒状部材１２とを有してなる。筒状部材１２は、ロッド１０の長さ方向の１／２以上にわたってロッド１０の外周側に被せられている。ロッド１０は丸棒すなわち円柱形状の部材であり、筒状部材１２はロッド１０の外周側に挿入された円筒状の部材である。ロッド１０と筒状部材１２との間には隙間が存在している。筒状部材１２の他端部は大径部となっていて、この筒状部材１２の大径部に対応するロッド１０の部分の一部も大径部１１となっている。これら筒状部材１２の大径部とロッド１０の大径部１１の間には円筒状の空間が形成されていて、この円筒状の空間は円筒状の粘弾性部材１４で埋められている。粘弾性部材１４は、例えば粘弾性ゴムによって作られている。粘弾性部材１４は、その粘弾性を損なわないような手段、例えば接着によってロッド１０と筒状部材１２に結合されている。
【００１５】
このようにして、添え部材としての円筒状部材１２の他端部と、剛性材としてのロッド１０との間に形成される円筒状空間に粘弾性部材１４が介在することにより、ロッド１０と円筒状部材１２との相対変位に対して粘弾性部材１４が減衰力を発生する構造になっている。ロッド１０の両端部の取り付けプレート１６は平板状に形成され、この平板の中央部に、取り付け孔１８が形成されている。このように構成された筋交いは、両端部の取り付けプレート１６がその取り付け孔１８を利用して、図３ないし図５に示すように、柱４０と梁４２で形成される建築構造物の枠型の対角位置相互間に、換言すれば柱４０と梁４２の交点間に、ボルトとナットによって、またはピンによって連結される。したがって、減衰機能付筋交いは斜めの姿勢で固定される。
【００１６】
以上説明した減衰機能付筋交いを、建築構造物を補強するために、図３ないし図５に示すような態様で使用することにより、建築構造物の剛性の向上と、減衰機能による地震等に対する耐力向上効果を得ることができる。
台風等の強風に対する建築物の剛性向上は、ロッド１０の剛性と、粘弾性ゴムなどからなる粘弾性部材１４の剛性を合計することによって得ることができる。この場合、ロッド１０の面積をＡ、長さをＬ、ヤング係数をＥとすると、ロッド１０の剛性Ｋ_ｂは、
Ｋ_ｂ＝Ｅ×Ａ／Ｌ
であり、粘弾性ゴムの剛性はＫ（ω）である。Ｋ（ω）の値はゴムメーカーより提示されている。トータルの剛性はＫ＝Ｋ_ｂ＋Ｋ（ω）となる。また、剛性Ｋによる抵抗力は建物の層間の変位をδとすると、Ｆ_ｂ＝Ｋ×δとなる。
【００１７】
地震に対する減衰機能は次のとおりである。剛性力とともに粘弾性ダンパの減衰力の発生で建物の耐力をアップする。地震力は筋交いの両端部の取り付けプレート１６に形成された取り付け孔１８を介してピン又はボルトから入力される。このため、ロッド１０が伸び、それに伴いロッド１０と外チューブである円筒状部材１２との間に相対変位が生じ、そのために相対速度が生じると、粘弾性ゴム１４に減衰力が発生する。粘弾性ゴム１４で発生した減衰力は再び両端の取り付けプレート１６より外部に出力される。また粘弾性ゴム１６により、建物の層間の速度ｕに応じた減衰力Ｆｄ＝Ｃ（ω）×ｕが発生する。ここで、Ｃ（ω）は粘弾性ゴム１６の減衰係数であり、ゴムメーカーより値が提示されている。また粘弾性ゴム１６の代わりに、同様な減衰特性を有する材料である低降伏点鋼または鉛を用いてもよく、粘弾性ゴム１６を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
次に、本発明にかかる筋交いの別の実施形態を、図２を参照しながら説明する。この実施の形態が、図１に示す実施の形態と異なる点は、剛性材と添え部材が平板状になっていることである。図２において、符号２０は板状の部材からなる剛性材を、符号２２は板状の部材からなる添え部材を示している。剛性材２０の長さ方向両端には建築構造物との連結部である平板状の取り付けプレート３０が一体に結合されている。各取り付けプレート３０の中央部には、取り付け孔３２が形成されている。添え部材２２は、１枚の剛性材２０に対しこの剛性材２０に対向してこれを両側から挟む一対の部材からなる。また、一対の添え部材２２の一端は取り付けプレート３０に一体に結合されている。一対の添え部材２２は剛性材２０に沿って剛性材２０の長さの１／２以上にわたり延びている。剛性材２０と各添え部材２２との間には間隙が生じている。各添え部材２２の先端部は段差部２６となっていて、各段差部２６と剛性材２０との間には大きな間隙が生じている。これら大きな間隙の一部を、したがって、板状剛性材２０と板状添え部材２２の平面同士が対向する空間を、粘弾性ゴムからなる粘弾性部材２８が埋めている。粘弾性部材２８は、その粘弾性を損なわないような手段、例えば接着によって剛性材２０と添え部材２２に結合されている。
【００１９】
上記のように構成された減衰機能付筋交いは、その両端の取り付けプレート３０がその取り付け孔３２を利用して、図３ないし図５に示すように、柱４０と梁４２の交点間に、ボルトとナットによって連結され、斜めの姿勢で固定される。このような態様で使用することにより、建築構造物の剛性の向上と、減衰機能による地震等に対する耐力向上効果を得ることができる。
【００２０】
台風等の強風に対する建築物の剛性向上は、剛性を有する板状の剛性材２０と一対の粘弾性部材２８とによってもたらされる。図１に示す実施の形態と同様に、剛性材２０の面積をＡ、長さをＬ、ヤング係数をＥとすると、剛性材２０の剛性Ｋ_ｂは、
Ｋ_ｂ＝Ｅ×Ａ／Ｌ
であり、粘弾性部材２８の剛性はＫ（ω）である。したがって、トータルの剛性は、Ｋ＝Ｋ_ｂ＋Ｋ（ω）となって剛性が向上する。また、剛性Ｋによる抵抗力Ｆは建物の層間の変位をδとすると、
Ｆ_ｂ＝Ｋ×δとなる。
【００２１】
地震に対する減衰機能は次のとおりである。地震に対しては剛性力とともに粘弾性部材２８の減衰力の発生で建物の耐力が向上する。地震力は両端の取り付けプレート３０の取り付け孔３２を介してピン又はボルトから入力される。このため剛体である剛性材２０が伸び、それに伴い、剛性材２０とその上下の添え部材２２間の相対変位が生じる。これによって剛性材２０と添え部材２２との間に相対速度が生じ、粘弾性部材２８が変形して建物の層間の速度ｕに応じた減衰力Ｆｄ＝Ｃ（ω）×ｕが発生する。粘弾性部材２８で発生した減衰力は再び両端の取り付けプレート３０より外部に出力される。粘弾性部材２８の材質としては、粘弾性ゴムであってもよいし、粘弾性ゴムと同様な減衰特性を有する材料である低降伏点鋼または鉛を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、剛性材の剛性と粘弾性部材の剛性とのトータルが台風などの強風に対する建築物の剛性の増強に役立ち、地震時の振動に対しては、上記剛性とともに粘弾性部材による減衰力の発生で建物の耐力を向上させる効果がある。また、本発明にかかる筋交いは、上記のような効果を、両端部に建築構造物との連結部を備えた剛性材と、この剛性材の一端部から剛性材に沿って延びた添え部材と、この添え部材の他端部と上記剛性材との間に介在して剛性材と添え部材との相対変位に対する減衰力を発生する粘弾性部材とを有してなる、きわめて簡単な構成で得ることができる。さらに、設置スペースが限られていても所期の効果を得ることができるし、低コストの筋交いを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる筋交いの実施形態を示す一部断面正面図である。
【図２】本発明にかかる筋交いの別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部断面側面図である。
【図３】従来の筋交いの例を仕様態様とともに示す正面図である。
【図４】従来の筋交いの別の例を仕様態様とともに示す正面図である。
【図５】従来の筋交いのさらに別の例を仕様態様とともに示す正面図である。
【符号の説明】
１０剛性材としてのロッド
１２添え部材としての筒状部材
１４粘弾性部材
１６取り付けプレート
２０剛性材
２２添え部材
２８粘弾性部材
３０取り付けプレート

Claims

建築構造物を補強するために用いられる筋交いであって、両端部に建築構造物との連結部を備えた剛性材と、この剛性材の一端部から剛性材に沿って延びた添え部材と、この添え部材の他端部と上記剛性材との間に介在して剛性材と添え部材との相対変位に対する減衰力を発生する粘弾性部材とを有し、
剛性材は板状の部材であり、添え部材は上記板状の剛性材を挟んで配置された一対の板状の部材からなり、各添え部材の他端部は段差部となっていて、粘弾性部材は上記板状剛性材と板状添え部材の上記段差部の平面同士が対向する大きな空間を埋めている一対の粘弾性部材からなる筋交い。
粘弾性部材は粘弾性ゴムからなる請求項１記載の筋交い。
剛性材の両端部には、建築構造物への連結部として、取り付けプレートが一体に形成されている請求項１または２記載の筋交い。