JP4196285B2 - ブレースダンパー - Google Patents

Description

本発明は、既存構造物あるいは新設構造物のブレースとして機能するとともに、構造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。

従来より、地震や強風等に対する構造物の応答を低減するために、構造物にダンパーを設置することが行われている。特許文献１では、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構造部材として、中央部に降伏部を有する帯板を拘束部材で両側から挟み込むとともに、前記拘束部材には、前記降伏部を挟み込む位置に面外変形を防止するための補強部材が設置されたブレースダンパーに関する発明が開示されている。
特開２００２−２３５３８０号公報 （第２−４頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に記載されたブレースダンパーは、拘束部材として既製ロール材の溝型鋼（最大せいで３８０ｍｍ程度）を使用しているため、１台当たりの耐力は２００ｔｆ程度が限界であった。そのため、大きな減衰力を必要とする場合、ブレースダンパーの台数を増やすほかなく、特に既存建物の耐震補強にブレースダンパーを用いる場合には建築計画上の障害となることがあった。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、大きな減衰力を有するブレースダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るブレースダンパーでは、所定軸力により降伏する降伏部を有する帯板状の鋼板からなるブレース本体と、当該ブレース本体を両側から挟み込む形態で当該ブレース本体の周囲に装着され、当該ブレース本体の軸方向変形を許容しつつ当該ブレース本体の座屈を防止する一対の溝型鋼とからなるブレースダンパーにおいて、前記ブレース本体の両端部は、前記帯板状の鋼板の端部からなるウェブ部と、当該ウェブ部とともにＨ型断面を形成するように当該ウェブ部の両縁に設けられた一対のフランジ部とを備え、前記溝型鋼および前記ブレース本体の両端部は、前記ブレース本体の材軸に平行な横リブをそれぞれのウェブ部に備え、前記溝型鋼の横リブと前記ブレース本体の両端部の横リブとは、少なくとも当該横リブの端部同士が前記ブレース本体の材軸方向に重複するように配設されていることを特徴とする。
本発明では、ブレース本体の両端部をＨ型断面とすることにより、ブレースダンパーに大きな軸力が作用しても、ブレースダンパーの端部で座屈することがない。そのため、ブレースダンパーの減衰力を増大させることができる。
さらに、従来のブレースダンパーでは、溝型鋼の横リブとブレース本体の両端部の横リブとは、ブレース本体の材軸方向に連続しておらず、横リブによる補剛効果が期待できない区間が存在していた。これに対して、本発明では、溝型鋼の横リブとブレース本体の両端部の横リブの少なくとも端部同士をブレース本体の材軸方向に重複するように配設し、ブレース本体の材軸方向について横リブに不連続部が生じないようにした。その結果、ブレースダンパーに大きな軸力が作用しても、ブレースダンパーが座屈しなくなり、ブレースダンパーの減衰力を増大させることができる。

また、本発明に係るブレースダンパーでは、前記溝型鋼は、複数の部材を固着して構成される組み立て溝型鋼であってもよい。
本発明では、溶接などの固着手段を用いて複数の部材を固着して構成される組み立て溝型鋼を用いることにより、ブレース本体の断面積を大幅に増大させることができる。その結果、大きな減衰力を有するブレースダンパーを実現することができる。

また、本発明に係るブレースダンパーでは、前記ブレース本体は、極軟鋼または軟鋼からなり、前記ブレース本体の材軸方向中間部を両端部よりも小さな断面とすることで前記降伏部が形成されていてもよい。
本発明では、ブレース本体を極軟鋼または軟鋼することにより、高い塑性エネルギー吸収能を有するブレースダンパーを実現するできる。しかも、ブレース本体の材軸方向中間部を両端部よりも小さな断面とする降伏部が形成されているため、他の部分に比べて降伏部には大きな応力が発生することになり、容易に降伏部で降伏させることができる。

本発明によれば、ブレース本体の両端部をＨ型断面とするとともに、溝型鋼の横リブとブレース本体の両端部の横リブの少なくとも端部同士をブレース本体の材軸方向に重複するように配設しているため、ブレースダンパーに大きな軸力が作用しても、ブレースダンパーが座屈することはない。これにより、大きな減衰力を有するブレースダンパーを実現することができる。
加えて、本発明によれば、複数の部材を固着して構成される組み立て溝型鋼を用いることにより、ブレース本体の断面積を大幅に増大させることができる。これによっても、大きな減衰力を有するブレースダンパーを実現することができる。
その結果、従来に比べて少ないブレースダンパーによって必要とされる減衰力を確保できるので、建築計画上の自由度を維持した補強計画が可能となる。

以下、本発明に係るブレースダンパーの実施形態について、図面に基いて説明する。
図１は本発明に係るブレースダンパーの実施形態の一例を示す外観図であり、図２は図１の矢視断面図である。なお、図１では、ブレース本体の形状を明確にするために、ブレース本体にはハッチングが施されている。
本実施形態によるブレースダンパー１は、帯板状の鋼板からなるブレース本体２と、ブレース本体２の厚さ方向に両側から挟み込む形態でブレース本体２に装着されてブレース本体２の座屈を防止する一対の組み立て溝型鋼３を主な構成部材とする。

ブレース本体２は、塑性エネルギー吸収能の高い極軟鋼（極低降伏点鋼）または軟鋼からなる。ブレース本体２の中央部２ａは、端部２ｂ、２ｂに比べて幅が狭くなって降伏部４を形成している。所定の軸力がブレース本体２に作用すると、端部２ｂ、２ｂに比べて大きな応力が降伏部４に発生し、降伏部４は容易に降伏する。
一方、ブレース本体２の端部２ｂ、２ｂはブレースダンパー１の端部５、５でもある。ブレース本体２の端部２ｂをウェブ部５ｗとして、ウェブ部５ｗの両縁（ブレース本体２の材軸Ｇに平行な側）には一対のフランジ部５ｆ、５ｆが溶接されてＨ型断面を形成している。さらに、ウェブ部５ｗの両面には、リブプレートがブレース本体２の材軸Ｇに沿って溶接されて横リブ７を形成している。図２（ｃ）に示すように、ブレースダンパー１の端部５、５の断面形状は、王の字の形をしている。

ブレースダンパー１を構造物に取付ける場合、ブレースダンパー１を取付けるための取付け治具９、９を予め構造物側に設けておく。取付け治具９は、ブレースダンパー１の端部５と同様の断面形状をしており、ブレースダンパー１の端部５のフランジ部５ｆと取付け治具９のフランジ部９ｆ、ブレースダンパー１の端部５の横リブ７と取付け治具９の横リブ１２間に、それぞれスプライスプレート１３…を渡してボルト１０ｃ…で締結することにより、ブレースダンパー１を構造物に固定する。

組み立て溝型鋼３は、ブレース本体２を挟み込むためのウェブ部３ｗと、ウェブ部３ｗの両縁（ブレース本体２の材軸Ｇに平行な側）に溶接された一対のフランジ部３ｆ、３ｆから構成される。ウェブ部３ｗの外面（ブレース本体２と接しない側の面）には、リブプレートが２段に亘ってブレース本体２の材軸Ｇに平行に溶接されて横リブ６、６を形成するとともに、横リブ６、６に直交する縦リブ８…が所定の離間間隔をおいて溶接され、組み立て溝型鋼３を面外に補強している。

組み立て溝型鋼３のウェブ部３ｗの材軸方向端部（材軸近傍）には、端面側に開放するスリット３ｃが形成され、ブレースダンパー１の端部５の横リブ７がスリット３ｃに差し込まれる構成になっている。即ち、組み立て溝型鋼３の横リブ６、６とブレースダンパー１の端部５の横リブ７とは、少なくともその端部同士がブレース本体２の材軸Ｇ方向に重複するように配設され、ブレース本体２の材軸Ｇ方向について横リブに不連続部が生じないよう配慮されている。
また、組み立て溝型鋼３のウェブ部３ｗの材軸方向端部（フランジ部３ｆ、３ｆ近傍）には、切欠部３ｄ、３ｄが形成され、ブレースダンパー１の端部５のフランジ部５ｆ、５ｆと干渉しないようになっている。

対向する組み立て溝型鋼３、３同士は、帯鋼板からなるカバープレート３ａがフランジ部３ｆ、３ｆにボルト１０ａ…で締結されて、全体としてＨ型断面となるように組み立てられる。また、対向する組み立て溝型鋼３、３同士は、ウェブ部３ｗの材軸方向中央部（フランジ部３ｆ、３ｆ近傍）に設けられた貫通孔３ｂ…を貫通する綴りボルト１０ｂ…により締結されて、ブレース本体２の周囲に装着される。
ブレース本体２の表面と組み立て溝型鋼３のウェブ部３ｗとの間およびブレース本体２の小口２ｃとカバープレート３ａとの間には、それらをアンボンド状態に維持して相対変形を許容せしめるために厚さ１ｍｍ程度の緩衝材１１が介装されている。緩衝材１１としては、例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である。

上記の構成のもと、本実施形態によるブレースダンパー１は、ブレースとしての剛性付加機能とダンパーとしての減衰付加機能を併せ持つのである。このブレースダンパー１を構造物に設置することで、構造物に対して優れた補剛効果と振動エネルギー吸収効果とを発揮することができる。

本実施形態によるブレースダンパー１では、ブレース本体２の端部５、５をＨ型断面とするとともに、組み立て溝型鋼３の横リブ６、６とブレース本体２の端部５の横リブ７の少なくとも端部同士をブレース本体２の材軸Ｇ方向に重複するように配設しているため、ブレースダンパー１に大きな軸力が作用しても、ブレースダンパー１が座屈することはない。これにより、大きな減衰力を有するブレースダンパーを実現することができる。
また、本実施形態によるブレースダンパー１では、ウェブ部３ｗと一対のフランジ部３ｆ、３ｆを固着して構成される組み立て溝型鋼３を用いることにより、ブレース本体２の断面積を増大させることができる。これによっても、大きな減衰力を有するブレースダンパーを実現することができる。

以上、本発明に係るブレースダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、ブレース本体の中央部における幅を小さくすることで降伏部を形成しているが、ブレース本体の中央部に開口部を形成したり、板厚や材質を変化させることで降伏部を形成してもよい。また、上記の実施形態では、ブレース本体として帯状鋼板を１枚使用しているが、帯状鋼板を複数重ねて使用してもよい。
また、ブレース本体は、極軟鋼または軟鋼に限るものではなく、疲労特性等に十分な安全性が見込める設計仕様となっている場合は、普通鋼の使用も可能である。

本発明に係るブレースダンパーの実施形態の一例を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は平面図である。 同、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。

符号の説明

１ ブレースダンパー
２ ブレース本体
３ 組み立て溝型鋼
４ 降伏部
６、７、１２ 横リブ
８ 縦リブ
９ 取付け治具
１１ 緩衝材
１３ スプライスプレート
Ｇ ブレース本体の材軸

Claims (3)

1. 所定軸力により降伏する降伏部を有する帯板状の鋼板からなるブレース本体と、当該ブレース本体を両側から挟み込む形態で当該ブレース本体の周囲に装着され、当該ブレース本体の軸方向変形を許容しつつ当該ブレース本体の座屈を防止する一対の溝型鋼とからなるブレースダンパーにおいて、
   前記ブレース本体の両端部は、前記帯板状の鋼板の端部からなるウェブ部と、当該ウェブ部とともにＨ型断面を形成するように当該ウェブ部の両縁に設けられた一対のフランジ部とを備え、
   前記溝型鋼および前記ブレース本体の両端部は、前記ブレース本体の材軸に平行な横リブをそれぞれのウェブ部に備え、前記溝型鋼の横リブと前記ブレース本体の両端部の横リブとは、少なくとも当該横リブの端部同士が前記ブレース本体の材軸方向に重複するように配設されていることを特徴とするブレースダンパー。
2. 前記溝型鋼は、複数の部材を固着して構成される組み立て溝型鋼であることを特徴とする請求項１に記載のブレースダンパー。
3. 前記ブレース本体は、極軟鋼または軟鋼からなり、前記ブレース本体の材軸方向中間部を両端部よりも小さな断面とすることで前記降伏部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブレースダンパー。

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