JP4386234B2

JP4386234B2 - エネルギー吸収体

Info

Publication number: JP4386234B2
Application number: JP2002021698A
Authority: JP
Inventors: 篤夫鷲津
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2002303351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨の架構体、特に鉄骨系中低層住宅の架構体に作用する地震エネルギーを吸収することが出来、且つエネルギー吸収部材の両端部を規制部材で拘束することが出来るエネルギー吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨の架構体に作用する地震エネルギーを吸収するエネルギー吸収体として、例えば特開平6-330653号公報に開示された技術がある。この技術（第１公知例）は、図８に示すように、上下に設けた梁51の間に一対の左右柱52を設けることによって架構体を構成し、夫々の柱52に添えて立て付けられる主枠材53と、水平に設置される連結枠材54と、主枠材53と連結枠材54の間に斜めのに設置される斜め材55とを備え、更に、連結枠材54の中央部に塑性体56を配置して構成されている。前記斜め材55は、塑性体56を柱52に取り付けると共に地震時に作用する力を伝達する機能を有するものである。
【０００３】
上記構成では、大きな地震力が作用したとき、塑性体56が最初に降伏し、塑性変形を起こすことで地震エネルギーを吸収することが出来る。また斜め材55に変えて三角形や菱形の補剛パネルを用い、この補剛パネルを柱52の間に取り付けると共に補剛パネルの間に塑性体を取り付けて地震力を伝達すると共に地震エネルギーを吸収し得るように構成されたものもある。更に、塑性変形した塑性体を交換することで、速やかに当初の状態に復帰させることが出来るように構成したものもある（特開平9-273329号公報）。
【０００４】
また図９に示すように、一対の左右柱52の間に複数のスリット57ａを形成したスリット板57を取り付けて構成された技術（第２公知例）もある。この技術では、ウエブが塑性変形することで地震エネルギーを吸収することが出来る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１公知例の技術では、高いエネルギー吸収効率を示すものの、斜め材55や補剛パネルが必須であり、柱52間を狭くするために、この補剛パネルを小さくして数を増やすことが考えられる。しかし、数が増えることによって柱52への取付加工や部品点数の増加が発生するなど、現実的ではない。このため、幅寸法（左右柱52の間隔）が大きくならざるを得ないという問題がある。
【０００６】
また第２公知例の技術では、耐震要素としての適切な耐力，剛性及び充分な変形能力等の条件を全て満足させるようにスリット板57に形成するスリット57ａの幅，高さ，板厚等を設定するのは極めて困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、一対の柱間の距離を小さくすることが出来、さらにエネルギー吸収部材の両端部を規制部材で拘束することで、エネルギー吸収部材の変形領域を規制することが出来るエネルギー吸収体の技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るエネルギー吸収体の代表的な構成は、上下の梁の間に一対の柱を配置して形成される架構体に設けられ、各柱に夫々支持される一対の取付部と、前記一対の取付部に着脱可能に架設されるエネルギー吸収部材と、前記エネルギー吸収部材に当接して当該エネルギー吸収部材の変形を拘束する一対の規制部材と、を備えて形成されるエネルギー吸収体であって、前記エネルギー吸収部材は、中央部にくびれ部が形成された板材からなる本体部を備え、該本体部は、前記くびれ部を介して対向する一方の端部が一方の取付部に取り付けられると共に他方の端部が他方の取付部に取り付けられており、前記一対の規制部材は、当該規制部材を当接させるべき前記エネルギー吸収部材の位置の平面形状と略一致した形状として夫々形成されており、前記一方の規制部材が前記エネルギー吸収部材の本体部のくびれ部中央部と一方の端部との間に設けられて当該エネルギー吸収部材を介して前記一方の取付部に取り付けられると共に、前記他方の規制部材が前記エネルギー吸収部材の本体部のくびれ部中央部と他方の端部との間に設けられて当該エネルギー吸収部材を介して前記他方の取付部に取り付けられて前記エネルギー吸収部材の変形領域を当該一対の規制部材の間となるくびれ部に規制することを特徴とする。
【０００９】
また、前記エネルギー吸収部材及び前記規制部材はボルトにより取り外し可能に固定されて構成される。
【００１０】
また、前記エネルギー吸収部材のくびれ部は、前記本体部の幅方向の両側が中央付近で外側に向けて凹となる円弧状に形成されている。
【００１１】
また、前記エネルギー吸収部材は、前記本体部の中央部に形成されたくびれ部に沿って形成された屈折部を備えている。
【００１２】
また、前記エネルギー吸収部材は低降伏点鋼よりなる。
【００１３】
また、前記規制部材は、少なくとも前記エネルギー吸収部材よりも高い降伏点と高い強度を有する鋼材によって形成されている。
【００１４】
上記エネルギー吸収体では、上下に配置された梁の間に一対の柱を配置して取り付けることで架構体を構成し、この架構体を構成する柱の対向する面に夫々縦長材を取り付け、更に、この縦長材に複数のエネルギー吸収部材を着脱可能に取り付けることによって、地震時に架構体に作用する水平力によってエネルギー吸収部材が塑性変形することで、地震エネルギーを吸収することが出来る。従って、縦長材は、エネルギー吸収部材を柱に取り付けると共に地震時に作用する力を伝達する機能を有する。
【００１５】
特に、柱に取り付けた１つの縦長材に対し複数のエネルギー吸収部材を取り付けることによって、地震時にエネルギー吸収部材に力が作用したとき、この力は縦長材によって緩和され、柱にはエネルギー吸収部材の取付部位毎に力が集中して作用することがない。このため、柱の強度等の性能は特別に高くする必要がなく、架構体としての一定の性能が確保されていれば良い。
【００１６】
これに対し、第１公知例に於ける柱間の距離を狭くし、この柱間に複数のエネルギー吸収部材を配置すると共に個々のエネルギー吸収部材を夫々補剛パネルに取り付けた場合、エネルギー吸収部材に作用する力は、補剛パネルの取付部位毎に柱に伝達されることとなり、柱の強度や曲げ剛性を高くする必要が生じる。
【００１７】
従って、本発明のように、１つの縦長材に複数のエネルギー吸収部材を取り付けることによって、柱の性能を一定の値に保持して柱間の寸法を小さくすることが出来る。
【００１８】
そしてエネルギー吸収部材が架構体に取り付けた縦長材に対し着脱可能に取り付けられているので、塑性変形したエネルギー吸収部材を縦長材から取り外して新たなエネルギー吸収部材を取り付けることで、初期の状態に復帰させて地震に対応することが出来る。特に、架構体に取り付けるエネルギー吸収部材の数を適宜設定することで、吸収し得る地震時のエネルギーを調整することが出来る。
【００１９】
また複数のエネルギー吸収部材が架構体に取り付けた１つの縦長材に取り付けられるので、架構体を構成する一対の柱の間隔を狭くすることが出来、小形で吸収すべき地震エネルギーに高い適応性を持ったエネルギー吸収体を構成することが出来る。尚、縦長材に対するエネルギー吸収部材の取付間隔は必ずしも等間隔である必要はない。
【００２０】
さらに、本発明に於いては、前述のようなエネルギー吸収部材の両端部を規制部材によって拘束することによって、該エネルギー吸収部材の変形領域を規制部材の間にのみ規制することが出来る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、上記エネルギー吸収体の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は第１実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。図２はエネルギー吸収体の構成を説明する図であり図１のII−II矢視図である。図３は架構体に対してエネルギー吸収部材を取り付けた状態を説明する図である。図４はエネルギー吸収部材の構成を説明する三面図である。図５は規制部材の構成を説明する図である。図６は第２実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。図７は第３実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。
【００２２】
各実施例に係るエネルギー吸収体は、一対の柱を有する架構体に取り付けた縦長材に複数のエネルギー吸収部材を着脱可能に取り付けて構成したものであり、エネルギー吸収部材の取付数を適宜設定することによって吸収し得るエネルギーを調整することが可能であり、柱からなる架構体に取り付けた縦長材を介してエネルギー吸収部材を取り付けることで、架構体の幅寸法、即ち、柱間の寸法を小さくすることが可能である。
【００２３】
以下説明する各実施例に於いて、一対の柱の心間寸法は300mm程度に設定されており、最大寸法であっても450mm程度に納めるように構成されている。
【００２４】
次に、図１〜図５により第１実施例に係るエネルギー吸収体Ａの構成について説明する。図に於いて、上下の梁１，２が所定の間隔を持って配置されており、これらの梁１，２の間に一対の柱３，４が配置され、夫々上下両端部が梁１，２に固定されている。前記柱３，４は、梁１，２と共に架構体を構成するものであり、予め設定された強度と剛性を持って構成されている。柱３，４の夫々対向する面３ａ，４ａには縦長材５，６が取り付けられ、この縦長材５，６に夫々２個、合計４個のエネルギー吸収部材７が略等間隔に配置されて取り付けられている。
【００２５】
上記構成に於いて、梁１，２の構成は特に限定するものではない。即ち、エネルギー吸収体Ａが１階の壁に構成される場合、梁１は鉄骨造の梁からなる２階の床梁や１階の天井梁が利用され、梁２としては１階の床梁が利用される。そして１階の床梁は必ずしも鉄骨造の梁である必要はなく、鉄筋コンクリート造の梁２であっても良い。
【００２６】
柱３，４は地震時に作用する水平力をエネルギー吸収部材７に伝達することが可能なように充分に高い強度と剛性を持って構成されている。これらの柱３，４は、上下に配置された梁１，２との接続部分は断面が十字状に形成された接続部材３ｂ，４ｂとして構成され、長手方向の中央部分は角形の構造用管からなる本体部３ｃ，４ｃとして構成されている。
【００２７】
縦長材５，６は、柱３，４の面３ａ，４ａに取り付けられて複数（少なくとも２個）のエネルギー吸収部材７を着脱可能に取り付けるものであり、柱３，４の本体部３ｃ，４ｃに沿った長尺状の部材によって構成されている。
【００２８】
縦長材５，６は、所定の厚さを持ったフラットバーを柱３，４の面３ａ，４ａに溶接して構成しても良く、本実施例のように取付部５ａ，６ａと接続部５ｂ，６ｂからなるＴ型の部材として構成し、この部材を柱３，４の面３ａ，４ａにボルト８を利用して締結することで取り付けても良い。
【００２９】
また縦長材５，６は柱３，４の本体部３ｃ，４ｃの長さの略半分の長さを持って形成し、この部材を２本、柱３，４の面３ａ，４ａに取り付けて構成（図１，図６参照）しても良く、また本体部３ｃ，４ｃの長さと略等しい長さを持って形成し、この部材を面３ａ，４ａに取り付けて構成しても良い。
【００３０】
このように、縦長材５，６は柱３，４の長さと略等しい１本の部材によって構成しても、柱３，４の長さを分割して複数の部材によって構成しても、更に、フラットバーであっても、Ｔ型或いはＬ型であっても良い。何れにしても、縦長材５，６は、エネルギー吸収部材７を複数個取り付けることが可能であれば良い。
【００３１】
このように、１つの縦長材５，６に複数個のエネルギー吸収部材７を取り付けることによって、地震時に作用する水平力を負担する際に、この力が縦長材５，６を介して柱３，４に伝達される。このとき、縦長材５，６が所定の長さを有しているので、柱３，４に対して過度の負担をかけることがない。この結果柱３，４の性能を低くすることが可能となる。このため、柱３，４に於ける力の作用点の回転を防止することが可能となり、固定度の向上をはかることが可能となる。
【００３２】
即ち、柱３，４に対し集中荷重が作用することがなく、従って、該柱３，４に局部的な歪みや捩れ等が発生することを防止して合理的に力を伝達することが可能である。
【００３３】
エネルギー吸収部材７は、図２〜図４に示すように、両端側の幅が広く且つ幅方向の両側が中央付近で外側に向けて凹となる円弧状のくびれ部が形成された板材からなる本体部７ａと、中央部に形成された円弧状のくびれ部に形成された屈折部７ｂとによって構成されており、本体部７ａの両端側には夫々２つのボルト穴７ｃが形成されており、これらのボルト穴７ｃよりも内側に１つのボルト穴７ｄが形成されている。
【００３４】
尚、本体部７ａの両側面に形成されたくびれ部の形状及び寸法等（円弧の半径、及び半径の中心位置、屈折部７ｂの高さ等）の条件は設計段階で設定され、個々のエネルギー吸収部材７に於ける吸収可能なエネルギーが設定される。
【００３５】
１個又は２個のエネルギー吸収部材７（本実施例では２個）を縦長材５，６に当接させ、ボルト穴７ｃに夫々ボルト９ａを挿通してナット９ｂを締結すると共にボルト穴７ｄに規制部材11を当接させてボルト10ａを挿通してナット10ｂを締結することで、エネルギー吸収部材７を縦長材５，６に着脱可能に取り付けることが可能である。
【００３６】
エネルギー吸収部材７は低降伏点鋼を用いて構成することが好ましい。この低降伏点鋼は、炭素の含有量を減らしてより純鉄に近づけたり、結晶粒子を大きくしたり、或いはニオブ（Ｎｂ）等の元素を微量添加して製造され、一般の軟鋼と比較して降伏点が約半分程度の値に低下しており、伸び特性を高めて引張強度を低くしたものである。このため、一般の軟鋼が弾性限度内の変形量であっても、塑性変形が生起し、このとき歪みに要するエネルギーに相当する地震エネルギーを吸収することが可能である。
【００３７】
上記の如きエネルギー吸収部材７では、該エネルギー吸収部材７を規制部材11によって縦長材５，６に締結して拘束することで、該エネルギー吸収部材７の変形領域を規制部材11の間に規制し、矢印方向以外の方向の変形を抑制することが可能である。
【００３８】
このため、規制部材11は、図３，図５に示すように、エネルギー吸収部材７に於ける規制部材11を取り付けるべき位置の平面形状と略一致した形状を有し、且つエネルギー吸収部材７よりも高い降伏点と高い強度を有する鋼材によって形成され、更に、高い曲げ剛性を発揮し得るように構成されている。
【００３９】
上記の如く構成されたエネルギー吸収体Ａでは、建物の地震力が作用したとき、この地震力は梁１，２から架構体を構成する柱３，４に伝達され、縦長材５，６を介してエネルギー吸収部材７に伝達される。このとき、エネルギー吸収部材７は伝達された力の大きさに応じて弾性限度内の変形、或いは弾性限度を越えた塑性変形し、これらの変形に必要なエネルギーを吸収する。
【００４０】
従って、伝達された地震エネルギーが大きい場合、エネルギー吸収部材７が塑性変形して該地震エネルギーを吸収することが可能である。また各エネルギー吸収部材７には、長尺状の縦長材５，６を介して地震力が伝達されるため、柱３，４には大きな集中荷重が作用することがなく、該柱３，４の曲げ変形を少なくして合理的にエネルギー吸収部材７の機能を発揮させることが可能である。
【００４１】
そして地震が去った後、エネルギー吸収部材７を確認し、塑性変形しているエネルギー吸収部材７を縦長材５，６から取り外し、新たなエネルギー吸収部材７を取り付けることで、初期の状態に復帰させることが可能である。
【００４２】
前述の第１実施例では、柱３，４に分割した縦長材５，６を取り付けると共に４個のエネルギー吸収部材７を取り付けてエネルギー吸収体Ａを構成した例を説明したが、エネルギー吸収部材７の数は、４個に限定するものではなく、吸収すべき地震エネルギーに対応させて適宜設定することが可能である。
【００４３】
即ち、図６は第２実施例に係るエネルギー吸収体Ａの構成を説明する図である。本実施例では、架構体を構成する一対の柱３，４に夫々２つに分割した縦長材５，６をボルト８によって取り付けると共に、該縦長材５，６を介して６個のエネルギー吸収部材７を略等間隔に配置して取り付けている。またエネルギー吸収部材７とボルト８の間隔は、エネルギー吸収部材７間の間隔の略１／２倍である。このような間隔を持ってエネルギー吸収部材７を縦長材５に配置することにより、エネルギー吸収体Ａ全体としての剛性を高めることが可能である。
【００４４】
エネルギー吸収体Ａを上記の如く構成した場合であっても、第１実施例と同様にして地震エネルギーを吸収することが可能である。しかし、本実施例では、エネルギー吸収部材７の数が多い分だけ、第１実施例の場合と比較してより大きい地震エネルギーを吸収することが可能である。
【００４５】
図７は第３実施例に係るエネルギー吸収体Ａに関するものである。図に於いて、縦長材５，６は、柱３，４の本体部３ｃ，４ｃと略等しい長さを有しており、面３ａ，４ａに溶接等の手段で取り付けられている。またエネルギー吸収部材７は７個が略等間隔に配置され、夫々縦長材５，６に着脱可能に取り付けられている。
【００４６】
上記の如く構成されたエネルギー吸収体Ａであっても、前述した第１，第２実施例と同様にして地震エネルギーを吸収することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るエネルギー吸収体では、上下梁の間に配置した一対の柱に縦長材を取り付けると共に該縦長材に複数のエネルギー吸収部材を配置したので、地震エネルギーを吸収することが出来る。
【００４８】
またエネルギー吸収部材の数を適宜設定することで、吸収し得るエネルギーを所望の値に調整することが出来、且つエネルギー吸収体に必要な耐力，剛性を容易に得ることが出来る。
【００４９】
また一対の柱と、縦長材と、縦長材に対し着脱可能なエネルギー吸収部材とによって構成されるため、幅の狭い柱間であっても容易に構成することが出来る。このため、建物に於ける耐震要素の振り付けの自由度を向上することが出来る。
【００５０】
さらに、地震エネルギーを吸収して塑性変形したエネルギー吸収部材が他の部材とは独立して構成されるため、地震後の補修の際にも単にエネルギー吸収部材のみを交換することで良く、低いコストでの補修を実現することが出来る。
【００５１】
以上のように本発明のエネルギー吸収体は、幅の狭い部位であっても容易に構成出来、地震後の修復が容易であるので、特に土地の狭い都市型の鉄骨系中低層住宅であって、車庫や開口を大きく取った場合に設置して地震エネルギーを吸収するものとして極めて有効である。
【００５２】
さらに、本発明に於いては、前述のようなエネルギー吸収部材の両端部を規制部材によって拘束するように構成したので、該エネルギー吸収部材の変形領域を規制部材の間にのみ規制することが出来る効果を有している。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。
【図２】エネルギー吸収体の構成を説明する図であり図１のII−II矢視図である。
【図３】架構体に対してエネルギー吸収部材を取り付けた状態を説明する図である。
【図４】エネルギー吸収部材の構成を説明する三面図である。
【図５】規制部材の構成を説明する図である。
【図６】第２実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。
【図７】第３実施例に係るエネルギー吸収体の構成を説明する図である。
【図８】第１公例を説明する図である。
【図９】第２公知例を説明する図である。
【符号の説明】
Ａエネルギー吸収体
１，２梁
３，４柱
３ａ，４ａ面
３ｂ，４ｂ接続部材
３ｃ，４ｃ本体部
５，６縦長材
７エネルギー吸収部材
７ａ本体部
７ｂ屈折部
７ｃ，７ｄボルト穴
８，９ａ，10ａボルト
９ｂ，10ｂナット
11 規制部材

Claims

上下の梁の間に一対の柱を配置して形成される架構体に設けられ、各柱に夫々支持される一対の取付部と、
前記一対の取付部に着脱可能に架設されるエネルギー吸収部材と、
前記エネルギー吸収部材に当接して当該エネルギー吸収部材の変形を拘束する一対の規制部材と、
を備えて形成されるエネルギー吸収体であって、
前記エネルギー吸収部材は、中央部にくびれ部が形成された板材からなる本体部を備え、該本体部は、前記くびれ部を介して対向する一方の端部が一方の取付部に取り付けられると共に他方の端部が他方の取付部に取り付けられており、
前記一対の規制部材は、当該規制部材を当接させるべき前記エネルギー吸収部材の位置の平面形状と略一致した形状として夫々形成されており、
前記一方の規制部材が前記エネルギー吸収部材の本体部のくびれ部中央部と一方の端部との間に設けられて当該エネルギー吸収部材を介して前記一方の取付部に取り付けられると共に、前記他方の規制部材が前記エネルギー吸収部材の本体部のくびれ部中央部と他方の端部との間に設けられて当該エネルギー吸収部材を介して前記他方の取付部に取り付けられて前記エネルギー吸収部材の変形領域を当該一対の規制部材の間となるくびれ部に規制することを特徴とするエネルギー吸収体。
前記エネルギー吸収部材及び前記規制部材はボルトにより取り外し可能に固定されて構成されることを特徴とする請求項１のエネルギー吸収体。
前記エネルギー吸収部材のくびれ部は、前記本体部の幅方向の両側が中央付近で外側に向けて凹となる円弧状に形成されていることを特徴とした請求項１又は請求項２のエネルギー吸収体。
前記エネルギー吸収部材は、前記本体部の中央部に形成されたくびれ部に沿って形成された屈折部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体。
前記エネルギー吸収部材は低降伏点鋼よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体。
前記規制部材は、少なくとも前記エネルギー吸収部材よりも高い降伏点と高い強度を有する鋼材によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体。