JP3931944B2 - 制震ダンパーおよびその設置構造 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の振動を抑制するための制震ダンパーおよびその設置構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、建物の振動を抑制するための制震ダンパーとしては、オイルダンパーや粘性ダンパー、鋼材ダンパー、摩擦ダンパー等、種々の形式のものが実用化されており、それら制震ダンパーを壁あるいはブレースの形態で建物に組み込むことが近年一般化しつつある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、建物の計画上の制約から制震ダンパーを壁あるいはブレースの形態で組み込むことができない場合があるし、逆にそれらを設置するために建築計画が大きく制約される場合もあり、したがって設置に関して制約を受けることの少ない有効な制震ダンパーとその設置構造が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項1の発明は、建物の振動を抑制するべく曲げ柱もしくは梁として設置される制震ダンパーであって、対の鋼材の基端をそれぞれ上下の梁もしくは左右の柱に対して固定するとともに、それら鋼材の先端部どうしを柱と梁とで囲まれる構面内において相対変位可能に積層し、それら鋼材間に粘弾性体を介装してなり、前記対の鋼材の一方をH形鋼とするとともに、他方を該H形鋼と成寸法の等しい溝形断面のチャンネル材とし、それらH形鋼およびチャンネル材の先端部におけるフランジを切除してウェブのみを残し、前記H形鋼のウェブの両面に前記チャンネル材のウェブを積層してそれらの間に粘弾性体を介装してなることを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1の発明の制震ダンパーを曲げ柱もしくは梁として設置するための構造であって、上下の梁もしくは左右の柱に対してそれぞれ鋼材からなる連結部材を溶接により接合し、該連結部材に対して前記制震ダンパーの各鋼材をボルト締結により接合してなることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、それに先立ち、本発明に関連する参考例を便宜的に第1実施形態として図1〜図3を参照しつつ説明し、しかる後に本来の実施形態を第2実施形態として図4〜図7を参照して説明する。
図1〜図3は参考例である第1実施形態を示す。図2における(b),(c),(d)はそれぞれ(a)におけるb−b線矢視図、c−c線矢視図、d−d線矢視図である。
【0009】
図1は本実施形態の制震ダンパー1を曲げ柱すなわち耐震間柱として設置した状態を示すもので、図中符号2は柱、3は梁であり、4a,4bは上記制震ダンパー1を上下の梁3に対して固定するための連結部材である。それら連結部材4a,4bはH形鋼からなり、それらの基端がそれぞれ上下に梁3に対して溶接されて接合されるとともに、それらの間に上記制震ダンパー1がハイテンションボルトによるボルト締結により接合され、これにより、それら連結部材4a,4bと制震ダンパー1とは所望の剛性を有する耐震要素としての曲げ柱として機能するものとなっており、上記の連結部材4a,4bはこの曲げ柱の柱頭部および柱脚部として機能するものとなっている。換言すれば、この制震ダンパー1の設置形態は、通常の曲げ柱を柱脚部と柱頭部を残して切除してそこに制震ダンパー1を組み込んだものであるといえる。
【0010】
図2および図3に制震ダンパー1の構成を示す。この制震ダンパー1は対の鋼材、すなわち、下側の梁3に対して連結部材4bを介して固定されるH形鋼(一方の鋼材)5と、上側の梁3に対して連結部材4aを介して固定されるチャンネル材(他方の鋼材)6からなる。H形鋼5は連結部材4bと同一断面形状のものであり、その基端部が連結部材4bに対してボルト締結されることで梁3の中央部において上方に延びている。チャンネル材6はその成寸法(ウェブ高さ寸法)がH形鋼5のそれよりも小さくされており、同寸法の2本のチャンネル材6が背中合わせとされた状態でその基端部(上端部)がスペーサープレート(図3参照)7を介して連結部材8に対してボルト締結され、その連結部材8が上記の連結部材4aに対してさらにボルト締結されることで梁3の中央部において下方に延びている。そして、H形鋼5のウェブの両面側にそれらチャンネル材6のウェブが面内方向に相対変位可能な状態で積層され、それらウェブの間には図2(c),(d)に示されるように粘弾性体9が接着状態で介装せしめられている。粘弾性体9としてはゴムアスファルト(BRC)系のもの、高減衰ゴム系(ウレタン系ゴム、ジエン系ゴム、シリコン系ゴム)のもの、アクリル樹脂系のもの等が好適に採用可能である。
【0011】
なお、チャンネル材6としては既成の溝形鋼が好適に採用可能である。また、チャンネル材6の先端(下端)はH形鋼5に対して相対変位が拘束されない状態で面外方向に変形しないように連結することが好ましく、そのためには図2(a),(d)に示しているようにH形鋼5に取り付けたリブプレート10にアングル材11を固定し、それらアングル材11によりチャンネル材6の下端部を粘弾性体12を介して挟持すれば良い。もしくは、図4(a),(b)に示すようにH形鋼5のウェブにルーズホール13を設けてそれにボルトを挿通せしめてH形鋼5とチャンネル材6のウェブどうしを変位可能に締結すれば良い。
【0012】
上記の制震ダンパー1は、建物が振動して構面が変形した際には、上下の梁3に対してそれぞれ別個に固定されているH形鋼5とチャンネル材6とが面内で相対変位し、それに伴いそれらの間に介装されている粘弾性体9が剪断変形し、その抵抗力により振動エネルギーが吸収されて優れた制震効果が得られる。特に、粘弾性体9の粘性抵抗を利用するこの種の粘性ダンパーは、鋼材の塑性変形を利用する従来の単なる鋼材ダンパーに比較すると、風や中小地震時の微小変形に対しても有効に機能するものとなる。また、作動後の残留変形がないので交換は不要であるし、従来のオイルダンパーのように保守が必要なものでもない。
【0013】
しかも、この制震ダンパー1は連結部材4a,4bとともに曲げ柱としても機能するものであり、特に粘弾性体9を挟持する対の鋼材として単なる鋼板ではなくいずれもフランジを有するH形鋼5およびチャンネル材6を採用しているので、それらのフランジによる補剛効果によって耐震要素としての曲げ柱に要求される剛性を確保し得るものとなっている。勿論、この制震ダンパー1の断面寸法や、粘弾性体9の種類、厚み、面積等を調節することで、制震ダンパー1としての減衰性能のみならず曲げ柱としての剛性や変形性能を自由に設計することができる。
【0014】
そして、本実施形態の制震ダンパー1の設置形態は実質的に通常の曲げ柱と何等変わるものではなく、したがって壁やブレースの形態で設置される従来のものに比較すると設置上の制約が遙かに軽減され、そのため壁やブレースの形態の制震ダンパーでは設置が困難であった建物への適用が可能となるし、これを設置する建物の計画上の自由度も格段に向上する。
【0015】
さらに、本実施形態の制震ダンパー1を工場製作することにより、現場での組み立てが一切不要であり、上下の梁3に対して連結部材4a,4bを介してボルト締結により接合すれば良いから、通常のH形鋼からなる曲げ柱を設ける場合と何等変わることなく容易に設置することができるし、想定外の巨大地震により万一損傷を受けたような場合には制震ダンパー1のみを容易に交換することも可能である。また、従来の壁あるいはブレースの形態の制震ダンパーは梁のみならず柱や仕口部との取り合いも必要となるが、本実施形態の制震ダンパーは梁3との取り合いのみで柱や仕口との取り合いはないから、この点においても施工性に優れるのみならず、柱2が鉄骨造以外の構造たとえば鉄筋コンクリート造や充填鋼管コンクリート造であっても支障なく適用することができる。
【0016】
また、本実施形態の制震ダンパー1は、既製品のH形鋼5と溝形鋼等のチャンネル材6および粘弾性体9により容易かつ安価に製作できる。特に所定の規格に基づいて工場において大量製作すれば十分に安価なものとできる。
【0017】
図5〜図7は本来の実施形態である第2実施形態を示す。図6における(b),(c)はそれぞれ(a)におけるb−b線矢視図、c−c線矢視図であり、図7(a),(b)はそれぞれ図6(a)におけるVIIa−VIIa線矢視図、VIIb−VIIb線矢視図である。
【0018】
本第2実施形態の制震ダンパー21は、一方の鋼材としてH形鋼22を用いるとともに、他方の鋼材としてはそのH形鋼22と成寸法が等しいチャンネル材23を用い、それらH形鋼22とチャンネル材23の先端部においてはいずれもフランジ22a,23aを切除してウェブ22b、23bのみを残した形態とし、H形鋼22のウェブ22bの両面に、背中合わせとした状態の2本のチャンネル材23のウェブ23bを積層してそれらの間に第1実施形態におけるものと同様に粘弾性体9を接着状態で介装した構成となっている。そして、H形鋼22の基端を連結部材4bに対してボルト締結するとともに、チャンネル材23の基端部にはスペーサプレート24を介して締結板25を挟持し、その締結板25により連結部材4aに対してボルト締結するようになっている。
【0019】
上記のチャンネル材23としては既製の溝形鋼あるいはウェブ23bとフランジ23aとを溶接した組み立て材を用いれば良い。また、第1実施形態と同様にチャンネル材23の先端(下端)はH形鋼22に対して相対変位が拘束されない状態で面外方向に変形しないように連結することが好ましく、そのためにはH形鋼22のウェブ22bにルーズホール13を設けてそれにボルトを挿通せしめてウェブ22b、23bどうしを変位可能に締結すれば良い。
【0020】
本第2実施形態の制震ダンパー21においても第1実施形態のものと同様の効果が得られるものであるし、特にH形鋼22と同成寸法のチャンネル材23を用いたことで外観上は単なるH形鋼からなる曲げ柱と殆ど変わることがなく、より簡略化が実現している。
【0021】
なお、上記各実施形態では、3本の鋼材(1本のH形鋼5,22と2本のチャンネル材6,23)の間に2層の粘弾性体9を介装したものとしたが、さらに多数の鋼材を積層して粘弾性体9をより多層に積層することも可能である。また、上記各実施形態では上下の梁3に溶接した連結部材4a,4bに対して制震ダンパー1,21をボルト締結するものとし、それが最も好ましくかつ現実的であるが、それに限定されるものではなく、たとえば連結部材4a,4bを省略して制震ダンパー1,21を直接的に梁3に対して接合してこれ自体を曲げ柱とするとも不可能ではない。勿論、上記各実施形態における制震ダンパー1,21の天地を逆にして設置しても何等支障はない。
【0022】
さらに、本発明の制震ダンパーは上記実施形態のように曲げ柱として設置するのみならず、それを水平姿勢として左右の柱2の間に梁として、もしくは梁の一部として、設置することも可能である。ただし、その場合、スラブが取り付かない部位に適用することが無難である。梁としての制震ダンパーにスラブが取り付けられると、制震ダンパーとしての変形がスラブにより拘束されてしまい、また変形によりスラブにクラックが生じることが想定されるから、そのための対策が不可欠であり、構造が徒に複雑化してしまうので好ましくない。同様の理由により、上記実施形態のように曲げ柱として設置する制震ダンパーには壁を取り付けないことが無難である。
【0023】
【発明の効果】
請求項1の発明の制震ダンパーは、対の鋼材の基端をそれぞれ上下の梁もしくは左右の柱に対して固定するとともに、それら鋼材の先端部どうしを柱と梁とで囲まれる構面内において相対変位可能に積層し、それら鋼材間に粘弾性体を介装してなるものであるから、粘弾性体の剪断変形抵抗による優れた振動減衰効果が得られることはもとより、耐震要素としての曲げ柱あるいは梁としての機能を併せ持つもつものであり、極めて有効である。そして、曲げ柱あるいは梁として設置するものであることから、壁やブレースの形態で設けるものに比較して設置位置や設置スペースの制約が少なく、また通常の曲げ柱や梁を設置する場合と同様に容易に設置することができる。
【0025】
特に、対の鋼材の一方をH形鋼とするとともに、他方をそれと成寸法の等しい溝形断面のチャンネル材とし、それらH形鋼およびチャンネル材の先端部におけるフランジを切除してウェブのみを残し、それらのウェブどうしを粘弾性体を介して積層した構成であるので、容易にかつ安価に製作することができる。
【0026】
請求項2の発明は、請求項1の発明の制震ダンパーを上下の梁もしくは左右の柱に対して連結部材を介して設置するので、それら連結部材と制震ダンパーとにより耐震要素としての曲げ柱あるいは梁が構成され、かつ、連結部材を梁あるいは柱に対して溶接し、その連結部材に対して制震ダンパーをボルト締結するので、通常の曲げ柱や梁を設置する場合と何等変わることなく容易に設置することができ、かつ必要に応じて制震ダンパーを交換することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に関連する参考例としての制震ダンパーの設置構造を示す図である。
【図2】 同制震ダンパーの構成を示す図である。
【図3】 同、要部を示す図である。
【図4】 同、他の構成例を示す図である。
【図5】 本発明の実施形態である制震ダンパーの設置構造を示す図である。
【図6】 同制震ダンパーの構成を示す図である。
【図7】 同制震ダンパーの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 制震ダンパー
2 柱
3 梁
4a,4b 連結部材
5 H形鋼
6 チャンネル材
9 粘弾性体
21 制震ダンパー
22 H形鋼
22a フランジ
22b ウェブ
23 チャンネル材
23a フランジ
23b ウェブ

Claims (2)

  1. 建物の振動を抑制するべく曲げ柱もしくは梁として設置される制震ダンパーであって、
    対の鋼材の基端をそれぞれ上下の梁もしくは左右の柱に対して固定するとともに、それら鋼材の先端部どうしを柱と梁とで囲まれる構面内において相対変位可能に積層し、それら鋼材間に粘弾性体を介装してなり、
    前記対の鋼材の一方をH形鋼とするとともに、他方を該H形鋼と成寸法の等しい溝形断面のチャンネル材とし、それらH形鋼およびチャンネル材の先端部におけるフランジを切除してウェブのみを残し、前記H形鋼のウェブの両面に前記チャンネル材のウェブを積層してそれらの間に粘弾性体を介装してなることを特徴とする制震ダンパー。
  2. 請求項1記載の制震ダンパーを曲げ柱もしくは梁として設置するための構造であって、
    上下の梁もしくは左右の柱に対してそれぞれ鋼材からなる連結部材を溶接により接合し、該連結部材に対して前記制震ダンパーの各鋼材をボルト締結により接合してなることを特徴とする制震ダンパーの設置構造。
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