JP4355673B2 - 建物の制震構造 - Google Patents
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しかし、この場合、粘弾性ダンパーで吸収できるエネルギーを超えた負荷が加わると、粘弾性ダンパーが破壊されるおそれがある。
そこで、特許文献1〜3に開示の如く、複数の滑動部材をボルト等のクランプ手段によって互いの対向方向へ押圧し、滑動部材の相反方向への動作により摩擦減衰作用を生じさせる摩擦ダンパーを採用して粘弾性ダンパーと接続する構造が考えられる。このような複合ダンパーによれば、躯体の設計最大耐力内での所定の負荷が加わった場合には、摩擦ダンパーを動作させて粘弾性ダンパーを保護することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1の目的に加えて、ストッパ機構を簡単に構成するために、ストッパ機構を、何れか一方の動作側の制震部材に設けられるピン部材と、他方の動作側の制震部材に粘弾性体の変位方向に沿って設けられ、ピン部材が遊挿する長孔とからなる構成としたものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2の目的に加えて、粘弾性ダンパーを複数備えた複合ダンパーを合理的に構成するために、複合ダンパーを、軸組フレーム内を上下に二等分した各フレーム面内で対角線状に、且つ上下軸対称となるように配置された一対の粘弾性ダンパーと、両粘弾性ダンパーの交点側の柱の中間部位に配置され、一方の動作側の滑動部材に上下の粘弾性ダンパーを、他方の動作側の滑動部材に柱を夫々接続した1つの摩擦ダンパーとから形成したものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1または2の目的に加えて、粘弾性ダンパーを複数備えた複合ダンパーを合理的に構成するために、複合ダンパーを、軸組フレームの中央から軸組フレームの四隅へ向けて放射状に配置された4つの粘弾性ダンパーと、軸組フレームの中央に配置され、一方の動作側の滑動部材に、左右何れか一方側での上下の粘弾性ダンパーを、他方の動作側の滑動部材に、左右他方側での上下の粘弾性ダンパーを夫々接続した1つの摩擦ダンパーとから形成したものである。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加えて、ピン部材と長孔とによってストッパ機構を簡単に構成することができる。
請求項3及び4に記載の発明によれば、請求項1または2の効果に加えて、複数の粘弾性ダンパーで1つの摩擦ダンパーを共用できるため、構造が簡略化してコスト面で有利となる。また、摩擦ダンパーを安定して動作させることもできる。
《形態1》
図1は、軽量鉄骨構造の住宅に用いられる軸組フレームの正面図で、軸組フレーム1は、左右一対の柱2,2と、柱2,2の上端間及び下端間に架設される一対の横架材3,3と、柱2と横架材3との仕口部間で対角線状に架設されるブレース4とからなる。このブレース4は、図2(A)(B)に示すように、仕口部に接合されたガセットプレート5,5に同一面上で固定される長短2つの固定プレート6,7と、その固定プレート6,7の夫々の自由端側を厚み方向で両側から挟むように配置される一対の可動プレート8,8とを備え、一方の固定プレート6側には粘弾性ダンパー9が、他方の固定プレート7側には摩擦ダンパー10が夫々設けられて、複合ダンパーを構成している。
よって、固定プレート7と可動プレート8,8とは、軸組フレーム1の設計最大耐力内での所定の負荷(締付ボルト15のクランプ力で設定される滑り荷重)が加わった際に、締付ボルト15が長孔16の端部に当接するまで長手方向の前後に夫々相対移動可能となる。なお、粘弾性ダンパー9においてストッパピン12が長孔13に当接して変位規制がされる負荷は、摩擦ダンパー10の滑り荷重よりも小さくなっている。
なお、ここでは、過大な負荷に対して粘弾性ダンパー9のストッパ機構が動作してから摩擦ダンパー10が動作する作用を説明しているが、負荷の周波数によっては、粘弾性ダンパー9のストッパ機構が動作する前(ストッパピン12が長孔13の端部に当接する前)に摩擦ダンパー10が動作する場合もある。これは後述する他の形態においても同様である。
また、ストッパピン12と長孔13との採用により、ストッパ機構を簡単に構成可能となっている。
図3に示す軸組フレーム20において、上下の横架材3,3の中央部位でフレーム面側には、ガセットプレート21,21が平行に固着され、このガセットプレート21,21に、左右方向に幅広な長短2つの固定プレート22,23が、上下方向で同一面上に夫々固定されている。また、可動プレート24,24も、固定プレート22,23と同じ左右幅で、フレーム面の略中央で両固定プレート22,23の自由端側を前後から挟むように配置されて、上側に粘弾性ダンパー25が、下側に摩擦ダンパー26が夫々設けられて、軸組フレーム20内で上下に架設される複合ダンパーを構成している。
また、摩擦ダンパー26も同様に、滑動部材となる可動プレート24及び固定プレート23と、可動プレート24,24における固定プレート23との対向面に固定される鋳鉄製の摩擦板30,30と、両プレート23,24及び摩擦板30,30を貫通して可動プレート24,24の夫々の外側からナットにより所定のクランプ力で緊締されるクランプ手段としての締付ボルト31とから形成される。そして、締付ボルト31が貫通する固定プレート23の長孔32も、左右方向に形成されて、締付ボルト31の左右に、粘弾性ダンパー25のクリアランスC1よりも大きいクリアランスC2を夫々形成している。
そして、動的な大規模地震において過大な負荷が加わった場合は、同図(B)に示すように、粘弾性体27,27の剪断変形によってクリアランスC1を水平方向へ相対移動したストッパピン28が長孔29の端部に当接し、それ以上の粘弾性体27,27の剪断変形を規制する。さらに同方向への負荷が増大して滑り荷重を超えると、同図(C)に示すように、摩擦ダンパー26において、固定プレート23と可動プレート24,24とが水平方向へ相反移動し、摩擦減衰作用を生じさせる。この摩擦ダンパー26の動作により、軸組フレーム20の破壊が防止される。
図6に示す軸組フレーム40は、水平な中桟41によってフレーム面を上下に二等分し、各分割フレーム内に、一対のブレース42,42を、夫々の対角線状に上下軸対称となるように配置したいわゆるKブレースと称される構造となっている。B,Bは、軸組フレーム40の上下端が夫々固定される梁である。各ブレース42は、柱2と横架材3との仕口部にガセットプレート43を介して接合される長尺板状の固定プレート44と、その固定プレート44に重なる格好で平行に配置される可動プレート45と、制震部材となる両プレート44,45間で互いの対向面に接着される粘弾性体46とからなる粘弾性ダンパーを形成しており、固定プレート44へ直交状に連結させたストッパピン47を、可動プレート45へその長手方向に設けた長孔48に貫通させてストッパ機構を形成し、クリアランスC1内で上記形態1,2と同様の変位規制を可能としている。
また、芯プレート53における締付ボルト55の貫通部分は、上下方向に長い長孔57となっている。この締付ボルト55と長孔57の端部とのクリアランスC2も、ブレース42におけるストッパピン47と長孔48とのクリアランスC1よりも大きい設定で、粘弾性ダンパーのストッパ機構が動作する負荷と摩擦ダンパー49の滑り荷重との大小関係も上記形態と同様である。
そして、動的な大規模地震において過大な負荷が加わった場合、粘弾性体46の剪断変形によってクリアランスC1を相対移動したストッパピン47が長孔48の端部に当接し、それ以上の粘弾性体46の剪断変形を規制する。さらに同方向への負荷が増大して滑り荷重を超えると、摩擦ダンパー49において、可動プレート45,45に固定される連結板51,51が、締付ボルト55への長孔57の案内によって上下方向へ移動(軸組フレーム40が図6の右方向へ変形する場合は上方向へ、左方向へ変形する場合は下方向へ移動)し、摩擦減衰作用を生じさせる。この摩擦ダンパー49の動作により、軸組フレーム40の破壊が防止される。
特にこの形態では、複合ダンパーを、軸組フレーム40内を上下に二等分した各フレーム面内で対角線状に、且つ上下軸対称となるように配置された一対の粘弾性ダンパー(ブレース42)と、両粘弾性ダンパーの交点側の柱2の中間部位に配置され、連結板51に上下のブレース42を、芯プレート53に柱2を夫々接続した1つの摩擦ダンパー49とから形成したことで、2つの粘弾性ダンパーで1つの摩擦ダンパー49を共用できるため、構造が簡略化してコスト面で有利となる。また、摩擦ダンパー49を安定して動作させることもできる。
図8に示す軸組フレーム60は、形態3と同じ粘弾性ダンパーを備えた4つのブレース42,42・・を、軸組フレーム60の中央から四隅に向けて放射状に配置したものであるが、ここでも図6,7と同様の摩擦ダンパー49が共用されて複合ダンパーが構成されている。すなわち、図9にも示すように、フレーム内の右側に位置する上下のブレース42,42及び中桟41に、連結バー50及び一方の滑動部材となる連結板51,51、摩擦板54,54、クランプ手段としての締付ボルト55等が設けられるものであるが、他方の滑動部材となる芯プレート61は、フレーム内の左側に位置する上下のブレース42,42の各固定プレート45及び中桟62に固定されている。クリアランスC1,C2の関係や、粘弾性ダンパーのストッパ機構が動作する負荷と摩擦ダンパーの滑り荷重との大小関係は他の形態と同じである。
よって、この軸組フレーム60においても、地震による加振時には、対角線上に位置する一対のブレース42,42ごとに、引張力と圧縮力とが交互に加わり、粘弾性体46が長手方向に剪断変形することで、エネルギーを吸収して減衰作用を生じさせる。
そしてこの形態でも、複合ダンパーを、軸組フレーム60の中央から軸組フレーム60の四隅へ向けて放射状に配置された4つの粘弾性ダンパー(ブレース42)と、軸組フレーム60の中央に配置され、連結板51に、右側の上下のブレース42,42を、芯プレート61に、左側の上下のブレース42,42を夫々接続した1つの摩擦ダンパー49とから形成したことで、4つの粘弾性ダンパーで1つの摩擦ダンパー49を共用できるため、構造が簡略化してコスト面で有利となると共に、摩擦ダンパー49を安定動作させることができる。
上記形態1〜4に共通して、ピン部材はストッパピンに限らず、制震部材に突設した突起や、制震部材に螺合させたボルト等を利用することもできる。また、ピン部材と長孔とは複数組を平行に設けても差し支えない。これは摩擦ダンパーにおいても同様で、締付ボルトと長孔とを複数組平行に設けることができる。さらに、長孔に代えて、制震部材の端縁に形成した切欠部として、ピン部材の規制を図ることも可能である。一方、摩擦ダンパーでのクランプ手段は、締付ボルトを貫通させて押圧する構造に限らず、滑動部材の外側から一対のアームで挟持して、一方のアームをネジ送り等で押圧させる構造等、適宜変更可能である。
さらに、形態3,4では、複数の粘弾性ダンパーに1つの摩擦ダンパーを共用する形態としているが、各粘弾性ダンパー毎に形態1のように個別の摩擦ダンパーを設けることは可能である。また、形態2,4の構造は、形態3のように上下に二分割したフレーム内に夫々形成することもできる。
Claims (4)
- 柱と横架材とで形成される軸組フレーム内に、
対向する複数の制震部材及びその制震部材間に固着される粘弾性体を備え、前記制震部材の相反方向への動作に伴う前記粘弾性体の剪断変形により減衰作用を生じさせる粘弾性ダンパーと、対向する複数の滑動部材及びその滑動部材同士を互いの対向方向へ押圧するクランプ手段を備え、前記クランプ手段のクランプ力に抗した前記滑動部材の相反方向への動作により摩擦減衰作用を生じさせる摩擦ダンパーと、を接続してなる複合ダンパーを架設して、
前記軸組フレームへの加振時には、前記粘弾性ダンパーの動作によって振動減衰作用を得る一方、前記軸組フレームの設計最大耐力内での所定の負荷で前記摩擦ダンパーを動作させるようにした建物の制震構造であって、
前記粘弾性ダンパーの制震部材間に、前記粘弾性体の剪断変形を、前記摩擦ダンパーが動作する所定の負荷よりも小さい負荷に対応した所定の変位で規制するストッパ機構を設けたことを特徴とする建物の制震構造。 - ストッパ機構が、何れか一方の動作側の制震部材に設けられるピン部材と、他方の動作側の制震部材に粘弾性体の変位方向に沿って設けられ、前記ピン部材が遊挿する長孔とからなる請求項1に記載の建物の制震構造。
- 複合ダンパーを、軸組フレーム内を上下に二等分した各フレーム面内で対角線状に、且つ上下軸対称となるように配置された一対の粘弾性ダンパーと、前記両粘弾性ダンパーの交点側の柱の中間部位に配置され、一方の動作側の滑動部材に前記上下の粘弾性ダンパーを、他方の動作側の滑動部材に前記柱を夫々接続した1つの摩擦ダンパーとから形成した請求項1又は2に記載の建物の制震構造。
- 複合ダンパーを、軸組フレームの中央から前記軸組フレームの四隅へ向けて放射状に配置された4つの粘弾性ダンパーと、前記軸組フレームの中央に配置され、一方の動作側の滑動部材に、左右何れか一方側での上下の粘弾性ダンパーを、他方の動作側の滑動部材に、左右他方側での上下の粘弾性ダンパーを夫々接続した1つの摩擦ダンパーとから形成した請求項1又は2に記載の建物の制震構造。
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