JP3974120B2 - 制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物の骨組体を構成する柱及び梁で囲まれた架構面内に制振ブレース材を斜め配設した制振構造に関するものである。

制振ブレース材は、建物の骨組体に取り付けるブレース材で、ダンパーや高減衰ゴムなど、制振ブレース材の圧縮及び引張方向のエネルギを吸収する制振材料を備え、建物の矩形の骨組体を構成する柱及び梁で囲まれた架構面内に斜めに配設され、地震時や強風時や交通振動時などにおいて建物を揺動する際に、建物の骨組体に作用するエネルギを吸収する機能を備えたブレース材である。

建物の骨組体は、通常、柱材、梁材を剛に溶接等で固定した架橋面にて構造強度を確保している他、対角に筋違を取り付けたり、隅部にガゼットプレートを用いてリベット又は溶接で固定したり、方杖を取り付けたりして所要の構造強度を確保している。斯かる建物の骨組体に制振ブレース材を取り付ける場合には、例えば、特開２００３−６４７６８号に記載されているように、建物の骨組体の隅部に取り付けたガゼットプレート間に制振ブレース材を取り付けていた。
特開２００３−６４７６８号

上述した制振構造は、地震が発生し、建物に横揺れが発生したときに、骨組体を構成する構成部材の接合部がガゼットプレートなどで固定されて、接合部の強度が強化された結果、変形が抑制され、骨組体の柱などの構成部材が撓みを伴なって変形していた。この場合、骨組体を変形させようとするエネルギは、骨組体を構成する構成部材に大きな撓みが生じ、制振ブレースに具備された高減衰ゴムなどの制振材料に変形が生じない。このため、制振ブレース材は、骨組体を変形させようとするエネルギを吸収したり、地震の振動エネルギを減衰させたりすることに、十分にその機能を発揮していなかった。

本発明に係る制振構造は、建物の骨組体を構成する柱及び梁で囲まれた架構面内に制振ブレース材を斜めに配設した制振構造において、制振ブレース材が、ブレース材と、骨組体に固定された端部固定部材と、ブレース材の一端又は両端に設けられ、ブレース材と端部固定部材とを粘弾性体を介して連結する制振部材とを有し、前記骨組体を構成する構成部材に対し、制振ブレース材の両端部をそれぞれ骨組体の異なる一つの構成部材に固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、制振ブレース材の端部固定部材が、柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造になっている。例えば、端部固定部材が、柱と梁に跨って配設されておらず、柱と梁のそれぞれに接合されていないようにするとよい。また、端部固定部材が、建物の骨組体の接合部を構成する柱と梁のうち、一方の部材にのみ固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、他方の部材に干渉しないように他方との間に隙間を設けて取り付けるようにしてもよい。

本発明に係る制振構造によれば、骨組体を構成する構成部材である柱及び梁に、制振ブレース材の両端部をそれぞれ骨組体の異なる一つの構成部材に固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、制振ブレース材の端部固定部材が柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造になっているので、制振ブレース材を取り付けたことによって骨組体の構成部材の接合部の剛性が高くなることはない。このため、地震時、強風時、交通振動時の横揺れにより、建物の骨組体に水平力が作用したときに、骨組体に作用する力が、骨組体の構成部材の撓みにより吸収される割合よりも、制振ブレース材を圧縮させたり又は引張ったりすることにより、制振ブレース材に吸収される割合が多くなる。これにより、制振ブレース材をより効果的に機能させることができる。

以下、本発明に係る制振構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同様の作用を奏する部材、部位には同じ符号を付して説明する。

この制振ブレース材１は、図１に示すように、ガセットプレートなどの端部固定部材２と、制振部材４と、ブレース材６で構成されている。図１中の１１は建物の骨組体であり、１２は下梁、１３は柱、１４は上梁、１５は間柱である。

端部固定部材２は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、制振ブレース材１の両端に配設され、制振ブレース材１を建物の骨組体１１に固定する部材である。この端部固定部材２は、２枚のプレート２１、２２を直交させて溶接などの手段により固着したものであり、端部固定部材２の一方のプレート２１は骨組体１１の構成部材に固定され、端部固定部材２の他方のプレート２２は制振部材４又はブレース材６に連結するようになっている。端部固定部材２と、制振部材４又はブレース材６との連結構造は、例えば、剛又はピン接合構造を採用することができる。この実施形態ではピン接合構造による締結構造を用いており、プレート２２にはピン孔を形成している。また、この実施形態では、端部固定部材２と、制振部材４又はブレース材６との連結位置ｔ１、ｔ２を、下梁１２、柱１３、上梁１４、間柱１５で構成された骨組体１１の略対角線ｔ上に配設している。（なお、ここで「略対角線」は、概ね対角線に沿って引かれた線をいい、また厳密な骨組体の対角線を除外するものではない。）

次に、ブレース材６を説明する。ブレース材６は、図１に示すように、上述した端部固定部材２及び制振部材４を介して、建物の骨組体１１を構成する下梁１２、柱１３、上梁１４、間柱１５で囲まれた架構面１６に斜めに配設される部材である。

この実施形態では、ブレース材６は、図３（ａ）に示すように、端部固定部材２に接続する第１部材３１と、制振部材４に連結する第２部材３２と、第１部材３１と第２部材３２の間に取り付けられてブレース材６の長さ調整を行う第３部材３３で構成されている。

第１部材３１と第２部材３２は、それぞれ第３部材３３が挿入可能な中空の棒状部材である。第１部材３１は一端に端部固定部材２を接続するための接続片材３４を固着しており、他端に第３部材３３を接続するためのナット部材３５を固着している。第２部材３２は一端に制振部材４を接続するための接続片材３６を固着しており、他端に第３部材３３を接続するためのナット部材３７を固着している。第３部材３３は外周面にねじ溝３８を形成した棒材である。第３部材３３は、図３（ｂ）に示すように、中間部にナット４１、４２を装着した状態で、第１部材３１と第２部材に固着したナット部材に螺合させ、端部を第１部材３１と第２部材３２に挿入している。

このブレース材６は、第３部材３３に螺合したナット４１、４２を第１部材３１と第２部材３２に固着したナット部材３５、３７から離した状態で、第３部材３３を第１部材３１又は第２部材３２に挿入した長さを調整することにより全体の長さを調整できるようになっている。そして、第３部材３３の中間部に螺合したナット４１、４２を、第１部材３１と第２部材３２に固着したナット部材３５、３７に対して締め合わせてブレース材６の長さを固定できるようになっている。

次に、制振部材４は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブロック状の粘弾性体４６と、粘弾性体４６の両面にそれぞれ取り付けたプレート４７、４８で構成されている。この実施形態では、粘弾性体４６は略正方形断面のブロック状のゴムで形成されている。プレート４７、４８は、粘弾性体４６の幅に対応した長さを有する辺と、粘弾性体４６の幅より長い辺で形成した長方形のプレート４７、４８で構成されている。プレート４７、４８は、粘弾性体４６の両面において、それぞれ粘弾性体４６の辺とプレート４７、４８の辺を平行にし、かつ、粘弾性体４６を挟んでプレート４７、４８が互いに直交する方向に延在した状定で加硫接着により固着している。プレート４７、４８は、粘弾性体４６の外側に延在した部分に、それぞれ制振部材４を端部固定部材２又はブレース材６に取り付けるボルト孔４９が形成されている。

以下、この制振ブレース材１の取付構造を説明する。

この実施形態では、制振ブレース材１は、建物の骨組体１１の下梁１２、柱１３、上梁１４、間柱１５で囲まれた架構面１６内に、下梁１２と間柱１５を接合した隅部と、柱１３と上梁１４を接合した隅部を結ぶ略対角線ｔに沿って斜めに配設している。

まず、建物の骨組体１１の柱１３と上梁１４を接合した隅部において、図２（ａ）に示すように、上梁１４との間に隙間Ｓ１を空けて、制振ブレース材１の一方の端部固定部材２を柱１３の側面に取り付け、図２（ｂ）に示すように、建物の骨組体１１の下梁１２と間柱１５を接合した隅部において、間柱１５との間に隙間Ｓ２を空けて、制振ブレース材１の他方の端部固定部材２を下梁１２に取り付ける。

次に、ブレース材６の長さを調整して端部固定部材２間に配設し、図２（ｂ）（ｄ）に示すように、ブレース材６の第１部材３１の端部に固着した接続片材３４を建物の骨組体１１の下梁１２に取り付けた端部固定部材２に取り付ける。

次に、図２（ｃ）に示すように、ブレース材６の第２部材３２の端部に固着させた接続片材３６に制振部材４を取り付ける。この実施形態では、ブレース材６の第２部材３２の端部に固着させた接続片材３６の両面に、それぞれ制振部材４のプレート４７をブレース材６の軸方向に向けて取り付けている。なお、接続片材３６の両面に取り付けた制振部材４はそれぞれ同じボルトで取り付けている。

次に、制振部材４を柱１３に取り付けた端部固定部材２に接続する。この実施形態では、接続片材３６の両面に取り付けた制振部材４の外側のプレート４８は、ブレース材６の軸方向に直交した向きに向いている。このため、図２（ａ）（ｃ）に示すように、制振部材４の外側のプレート４８に、それぞれ略三角形のプレート部材５１を取り付けて、端部固定部材２に接続する。この略三角形のプレート部材５１（接続部材）は、図２（ａ）に示すように、略三角形の頂部及び底部の両側にそれぞれボルト孔が形成されており、略三角形の底部を制振部材４の外側のプレート４８に取り付け、略三角形の頂部を端部固定部材２に取り付ける。

略三角形のプレート部材５１の頂部と端部固定部材２は、図２（ｃ）に示すように、ボルトに円筒状のスペーサ５２を装着して連結する。このスペーサ５２は、制振部材４のプレート４７、４８に挟まれた粘弾性体４６にプレート４７、４８の対向方向に圧縮応力や引張応力が作用しないようにするためのものであり、略三角形のプレート部材５１と、ブレース材６の接続片材３６との間の間隔を所要の間隔に保つものである。

なお、ブレース材６の長さの調整は、制振ブレース材１を骨組体１１に取り付ける最終段階で、粘弾性体４６にブレース材の軸方向に力が作用しないように調整するとよい。また、この実施形態では、柱１３の側面に取り付けた端部固定部材２及び下梁１２に取り付けた端部固定部材２の形状がそれぞれ工夫され、端部固定部材２と、制振部材４又はブレース材６との連結位置ｔ１、ｔ２が、骨組体１１の略対角線ｔ上に配設されるようになっており、制振部材４及びブレース材６が骨組体１１の略対角線ｔに沿って配設されるようになっている。

この実施形態に係る制振ブレース材１の取付構造によれば、図１に示すように、制振ブレース材１の両端は、建物の骨組体１１の接合する２つの構成部材（柱１３と下梁１２）に固定されており、かつ、骨組体１１の接合部において、一方の構成部材だけに固定している。このため、建物の骨組体１１の接合部で、柱と梁を跨ぐように固定したガゼットプレートなどを介在させて制振ブレース材１を取り付ける場合にくらべて、骨組体１１の接合部の剛性は高くならない。

また、制振ブレース材１の両端の端部固定部材２は、建物の骨組体１１の接合部では、固定されていない他方の構成部材に隙間Ｓ１、Ｓ２を空けて取り付けている。このため、地震時などの横揺れにより、建物に横揺れが生じたときでも、制振ブレース材１の両端の端部固定部材２が柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造となっている。また、図２に示すように、柱と梁の相対変形により、制振ブレース材１の両端の接続片材３４やプレート部材５１が柱や梁に当たらないように、端部固定部材２の取付位置や接続片材３４やプレート部材５１の形状を工夫し、隙間Ｓ３、Ｓ４を設けている。

従って、この制振ブレース材１の取付構造によれば、地震時の横揺れなどにより、大きな水平方向の力が骨組体１１に作用し、建物の骨組体１１の上部（上梁）が下部（下梁）に対して水平に相対移動した場合に、骨組体１１の構成部材（柱１３）の撓みを抑え、より直接的に制振ブレース材１に圧縮又は引張方向の力を作用させることができる。

すなわち、この制振ブレース材１の取付構造によれば、地震時に骨組体１１に作用する力が、骨組体１１の構成部材の撓みにより吸収される割合よりも、制振ブレース材１を圧縮させたり又は引っ張ったりすることにより吸収される割合が多くなる。これにより、より効果的に制振ブレース材１を機能させることができる。

制振ブレース材１に作用する圧縮又は引張方向の力は、制振部材４のプレート４７、４８の相対的な変位により、制振部材４の粘弾性体４６にせん断変形を作用させる。そして、このせん断変形により吸収されるエネルギにより、地震時の建物に作用するエネルギを効率良く吸収でき、骨組体に生じる揺れを少なくすることができ、建物の揺れを早期に減衰させることができる。

以上、本発明の制振構造を説明したが、本発明の制振構造は上述した実施形態に限定されない。

例えば、上述した実施形態では、地震時などにおいて建物に横揺れが生じたときに、制振ブレース材１の制振部材４の粘弾性体４６にできるだけ大きな変位を生じさせ、粘弾性体４６による制振機能を十分に発揮させるために、下梁１２と柱１３と上梁１４と間柱１５で構成される制振ブレース材１を建物の骨組体１１の略対角線ｔに沿って配設している。このように本発明を実施する上で、制振ブレース材１の機能を十分に発揮させるためには、制振ブレース材１を骨組体の略対角線ｔに沿って配設し、地震時に粘弾性体４６に大きな変形が生じるようにすることが好ましい。但し、制振ブレース材１を略対角線ｔに沿って配設したものを例示したが、本発明に係る制振構造は斯かる形態に限定されない。

また、本発明は、骨組体を構成する構成部材である柱及び梁に対し、制振ブレース材の両端部をそれぞれ骨組体の異なる一つの構成部材に固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、制振ブレース材の端部固定部材が柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造すればよい。例えば、端部固定部材が、建物の骨組体の接合部を構成する柱と梁に跨って配設されておらず、かつ、柱と梁のそれぞれに接合されていなければよい。また、上述した実施形態のように、端部固定部材が、建物の骨組体の接合部を構成する柱と梁のうち、一方の部材にのみ固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、他方の部材に干渉しないように他方との間に隙間を設けて取り付けるようにしてもよい。

また、例えば、制振ブレース材１の下端を下梁１２に固定する位置（制振ブレース材１の下端を取り付ける端部固定部材を下梁１２に取り付ける位置）は、図５に示すように、柱１３と間柱１５の中間部に設けてもよい。また、図６に示すように、柱１３の中間部に梁１７が配設されているような場合には、下梁１２、柱１３、間柱１５、梁１７で囲まれた架構面１６’に斜めに配設すればよい。例えば、図６に示す実施形態では、制振ブレース材１の上端を柱１３の中間部に配設した梁１７の下に配設し、下梁１２、柱１３、間柱１５、梁１７で構成される骨組体の略対角線ｔに沿って制振ブレース材を配設している。また、図７に示すように、制振ブレース材１の下端の端部固定部材２を柱１３と間柱１５の中間部に設けてもよい。

斯かる形態においても、制振ブレース材の端部固定部材が柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造になっているので、地震時に骨組体１１に作用する力が、骨組体１１の構成部材の撓みにより吸収される割合よりも、制振ブレース材１に圧縮させたり又は引張ったりすることにより制振ブレース材（制振部材）に吸収される割合が多くなる。これにより、制振ブレース材１をより効果的に機能させることができる。

また、ブレース材６の長さを調整する構造としては、上述した構造に代えて、図８に示すように、第１部材３１と第２部材３２との間にターンバックル６３を介在させて、第１部材３１と第２部材３２との間隔を調整できる構造にしてもよい。すなわち、第１部材３１に、第２部材３２に向けて軸方向に延在するように植設した第１ボルト６１と、第２部材６２に、第１部材３１に向けて軸方向に延在するように植設され、かつ、第１ボルト６１とは逆方向にねじが切られた第２ボルト６２と、前記第１ボルト６１と第２ボルト６２にそれぞれ螺合するターンバックル６３とで構成され、ターンバックル６３を回転させることにより、第１部材３１と第２部材３２との間の距離を調節できるようにしたものである。このターンバックル６３は、第１部材３１と第２部材３２との間の距離を調節した後、ナット６４、６５、６６によりターンバックル６３の弛みを防止した構造を備えている。なお、採用するターンバックル構造は、図８に例示した形態に限定されず、公知の種々のターンバックル構造を採用することができる。

このようにブレース材を長さ調節が可能な構造とすることにより、ブレース材を各部材毎に分けて搬送でき、ブレース材の取付作業を容易にでき、現場での取り付け誤差などにもブレース材の長さ調節で対応できるなどの利点がある。しかし、ブレース材は長さ調節が可能な構造としなくてもよく、ブレース材の製造コスト、ブレース材の軽量化を図るため、例えば、ブレース材を適切な長さを備えた一本の部材で構成したり、複数の部材を剛接合で接合した構造にしたりしてもよい。

また、制振部材は、略正方形のブロック状の粘弾性体４６に、長方形のプレート４７、４８を加硫接着により固着したものを例示したが、粘弾性体の形状、プレートの形状、固着方法はそれぞれ上記の実施形態に限定されない。例えば、粘弾性体の形状は、異方性を無くすべく円形断面のブロック状のゴムを用いてもよい。また、プレートの形状は制振部材を取り付ける部材に合わせて適切な形状を用いてもよい。また、固着方法は加硫接着に代えて接着剤で固着してもよい。

また、制振部材４の変形例を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。この制振部材６０は、図４（ａ）〜（ｃ）に示した形態において、ブロック状の粘弾性体４６の両面にそれぞれ取り付けたプレート４７、４８を廃し、図９（ｃ）に示すように、ブレース材に直接連結するプレート６１を真中に配設し、その両側面にブロック状の粘弾性体４６を固着し、ブロック状の粘弾性体４６のそれぞれ外側に、端部固定部材２に連結する略三角形のプレート６２、６３を固着したものである。図９中、６４はこの制振部材６０をブレース材に連結するボルトやピンなどの連結部材を取り付ける孔を示しており、６５は制振部材６０を端部固定部材に連結するボルトやピンなどの連結部材を取り付ける孔を示している。なお、この制振部材６０は、各プレート６１、６２、６３と粘弾性体４６を固着する固着方法は、例えば、制振部材６０の製造段階で加硫接着により固着するとよい。

この制振部材６０によれば、図４に示した形態において、ブロック状の粘弾性体４６の両面にそれぞれ取り付けていたプレート４７、４８を廃し、ブレース材に連結するプレート６１と、端部固定部材２に連結するプレート６２、６３をそれぞれブロック状の粘弾性体４６に直接固着しているので、図４に示した形態においてブロック状の粘弾性体４６の両面にそれぞれ取り付けていたプレート４７、４８が無くなる分、制振ブレース材を安価に製造でき、かつ軽量化を図ることができる。また制振部材６０によれば、図４に示した形態における制振部材４と、プレート５１が一体になっているので、取り付け作業も簡略化できる。

また、制振ブレース材の両端部は、剛接合又はピン接合構造とし、端部固定部材を介在させて骨組体に固定することができる。例えば、制振ブレース材の両端部又は一方の端部をピン接合構造とし、端部固定部材を介在させて骨組体に固定することにより、端部固定部材２と、制振部材４又はブレース材６との連結構造に多少の自由度を持たせることができる。これにより、建物に横揺れが生じたときに、骨組体の柱及び梁で囲まれた架構面の変形に応じて、端部固定部材２と、制振部材４又はブレース材６との連結角度の変位が許容され、部材の破損を防止することができる。

また、制震ブレース材は、制振部材４をブレース材６の両端にそれぞれ配設し、制震ブレース材の両端をそれぞれ制振部材４、端部固定部材２を介して骨組体１１に固定するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る制振構造を示す正面図。 （ａ）は制振ブレース材の上端の取付構造を示す正面図、（ｂ）は制振ブレース材の下端の取付構造を示す正面図、（ｃ）は制振ブレース材の上端の取付構造を示す側面図、（ｄ）は制振ブレース材の下端の取付構造を示す側面図である。 （ａ）はブレース材の一実施形態を示す正面図、（ｂ）はブレース材の伸縮構造を示す正面図である。 （ａ）は制振部材の一実施形態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の正面図である。 本発明の一実施形態に係る制振ブレース材の他の設置例を示す正面図。 本発明の一実施形態に係る制振ブレース材の他の設置例を示す正面図。 本発明の一実施形態に係る制振ブレース材の他の設置例を示す正面図。 長さを調整する構造にターンバックル構造を備えたブレース材の一実施例を示す図。 （ａ）は制振部材の変形例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の正面図である。

符号の説明

１ 制振ブレース材
２ 端部固定部材
４ 制振部材
６ ブレース材
１１ 骨組体
１２ 下梁
１３ 柱
１３ 間柱
１４ 上梁
１５ 間柱
１６ 架構面
１７ 梁
３４、３６ 接続片材
３５、３７ ナット部材
４１、４２ ナット
４６ 粘弾性体
４７、４８ プレート
５１ プレート部材
５２ スペーサ
Ｓ１、Ｓ２ 隙間

Claims (7)

1. 建物の骨組体を構成する柱及び梁で囲まれた架構面内に制振ブレース材を斜めに配設した制振構造において、
   制振ブレース材が、ブレース材と、骨組体に固定された端部固定部材と、ブレース材の一端又は両端に設けられ、ブレース材と端部固定部材とを粘弾性体を介して連結する制振部材とを有し、
   前記骨組体を構成する構成部材に対し、制振ブレース材の両端部をそれぞれ骨組体の異なる一つの構成部材に固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、制振ブレース材の端部固定部材が、柱と梁の相対変形角を抑制しない取り付け構造になっていることを特徴とする制振構造。
2. 前記制振ブレース材の両端部又は一方の端部をピン接合構造として端部固定部材を介在させて骨組体の構成部材に固定していることを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
3. 前記骨組体が略矩形であり、前記制振ブレース材の両端部が、前記骨組体の略対角線上に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制振構造。
4. 前記制振部材が、粘弾性体の両側にそれぞれプレートを固着したものであることを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
5. 前記粘弾性体は加硫接着でプレートに固着していることを特徴とする請求項４に記載の制振構造。
6. 前記端部固定部材が、建物の骨組体の接合部を構成する柱と梁に跨って配設されておらず、柱と梁のそれぞれに接合されていないことを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
7. 前記端部固定部材は、建物の骨組体の接合部を構成する柱と梁のうち、一方の部材にのみ固定し、かつ、建物に横揺れが生じたときに、他方の部材に干渉しないように他方との間に隙間を設けて取り付けてあることを特徴とする請求項１に記載の制振構造。

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