JP4456515B2 - 軽量鉄骨住宅の制震構造 - Google Patents

Description

本発明は、地震により発生する振動の減衰を図るために軽量鉄骨住宅に採用される制震構造に関するものである。

軽量鉄骨住宅の制震構造として、柱材と横架材とから構成される枠組フレームを上下の梁の間に付設し、その枠組フレームの内外に粘弾性ダンパーやオイルダンパー等の制震装置を設けることにより、地震によるエネルギーを粘性減衰エネルギーとして吸収して制震効果を得るものが知られている。具体的には、枠組フレームと梁との間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造（特許文献１）や、枠組フレームを上下に分けて構成し、それらの２つの枠組フレームの間に粘弾性ダンパーを設置した制震構造（特許文献２）、枠組フレームの内部を上下に二分割するように補強材を水平に架設し、その補強材の上下において、二つのオイルダンパーを互い違いの傾斜状に設置したＫブレース型の制震構造（特許文献３）が知られている。

特開２００１−９０３８１号公報 特開２００１−９０３７９号公報 特開２００４−２１８２０７号公報

しかしながら、上記従来の制震構造における枠組フレームでは、粘弾性ダンパーを除いた枠組フレームの取付剛性（枠組フレーム全体の取付剛性）と粘弾性ダンパーの貯蔵剛性（硬さ）とのバランスが悪いと、粘弾性ダンパーが変位する前に枠組フレーム自体や粘弾性ダンパーの取り付け部分が変形してしまい、十分な減衰性能が得られない、という事態が発生する。

本発明の目的は、上記従来の軽量鉄骨住宅の制震構造が有する問題点を解消し、粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮し、地震による振動エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換し、建物の変形を軽減することが可能な軽量鉄骨住宅の制震構造を提供することにある。

かかる本発明の内、請求項１に記載された発明の構成は、左右の柱材と上下の横架材とから構成される枠組フレームに粘弾性ダンパーを設置してなる軽量鉄骨住宅の制震構造であって、前記枠組フレームの内部が中桟によって上下に二分割されており、その中桟の上側においては、片側の柱材と上側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第一粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されているとともに、反対側の柱材と上側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第二粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されており、前記中桟の下側においては、片側の柱材と下側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第三粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されているとともに、反対側の柱材と下側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第四粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されており、層間変形角が１／２００ｒａｄである場合に、下の（１）〜（３）を満たすことにある。
（１）Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋｂｓ３，Ｋｂｓ４がいずれも２０ｋＮ／ｃｍ以上１００ｋＮ／ｃｍ以下である
（２）Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１，Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２，Ｋｂｓ３／Ｋ’ｄｓ３，Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４がいずれも１．５以上１０以下である
（３）ｔａｎδ１，ｔａｎδ２，ｔａｎδ３，ｔａｎδ４がいずれも０．６以上である
（但し、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋｂｓ３，Ｋｂｓ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各取付部分の取付剛性であり、Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２，Ｋ’ｄｓ３，Ｋ’ｄｓ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各貯蔵剛性であり、ｔａｎδ１，ｔａｎδ２，ｔａｎδ３，ｔａｎδ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各損失係数である）

本発明の如く、内部が上下二つの領域に分割されて上側の領域に第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが取り付けられ、下側の領域に第三粘弾性ダンパー、第四粘弾性ダンパーが取り付けられた枠組フレームにおいては、水平方向のみを考慮すると、枠組フレーム全体の特性を、図１の如き２直列２並列換算バネとしてモデル化することができる。なお、図１において、Ｍ１のバネは、枠組フレームの第一粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ２のバネおよびダッシュポットは、第一粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものであり、Ｍ３のバネは、枠組フレームの第二粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ４のバネおよびダッシュポットは、第二粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものであり、Ｍ５のバネは、枠組フレームの第三粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ６のバネおよびダッシュポットは、第三粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものであり、Ｍ７のバネは、枠組フレームの第四粘弾性ダンパーの取付部分を弾性要素として示したものであり、Ｍ８のバネおよびダッシュポットは、第四粘弾性ダンパーを粘弾性要素として示したものである。

したがって、枠組フレームに粘弾性ダンパーの代わりに剛体（きわめて剛性の高い鋼材等）を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム全体の取付剛性Ｋｂｓ（ｓは水平成分を示す）の近似値とすることができ、その取付剛性Ｋｂｓから下式２〜４を利用して、第一粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１、第二粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ２、第三粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ３、第四粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ４を求めることができる。
１／２Ｋｂｓ＝１／Ｋｂｓ１＋１／Ｋｂｓ２ ・・２
１／２Ｋｂｓ＝１／Ｋｂｓ３＋１／Ｋｂｓ４ ・・３
Ｋｂｓ１＝Ｋｂｓ２＝Ｋｂｓ３＝Ｋｂｓ４ ・・４

本発明の制震構造においては、層間変形量が１／２００ｒａｄ以上である場合に、上記の如く枠組フレームに剛体を取り付けて求められる取付剛性Ｋｂｓ１、取付剛性Ｋｂｓ２取付剛性Ｋｂｓ３、取付剛性Ｋｂｓ４が、いずれも、２０ｋＮ／ｃｍ以上１００ｋＮ／ｃｍ以下となるように調整されることが必要である。なお、層間変形角とは、各層の層間変位をその階の高さで除した値のことである。Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４が、２０ｋＮ／ｃｍ未満となると、地震によって振動した場合に、枠組フレーム自体が変形してしまい、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーが十分な減衰特性を発揮できなくなる。なお、Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４を増加させる方法としては、柱材や横架材の断面剛性を高める方法等を挙げることができる、反対に、Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４が１００ｋＮ／ｃｍを上回るような設計では、枠組フレームを構成する鋼材の重量が大きくなりすぎて、軽量鉄骨住宅の施工に適用することが難しくなる。

また、本発明の制震構造においては、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ１と第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１との比の値、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ２と第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２との比の値、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ３と第三粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ３との比の値、および、上記の如く求められる取付剛性Ｋｂｓ４と第四粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ４との比の値が、いずれも、１．５以上１０以下であることが必要である。Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１〜Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４が１．５未満であると、ある程度の耐力は発揮されるものの、減衰性能が損なわれてしまう。反対に、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１〜Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４が１０を上回ると、地震によって振動した場合に、第一粘弾性ダンパー、第二粘弾性ダンパーが十分に変形して減衰特性を発揮するものの、耐力が損なわれてしまう。

さらに、本発明の制震構造においては、第一粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ２、第三粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ３、第四粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ４の値が、いずれも０．６以上であることが必要である。ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４が０．６未満となると、十分な減衰特性が得られなくなる。なお、本発明における第一粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１、損失係数ｔａｎδ１、第二粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２、損失係数ｔａｎδ２、第三粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ３、損失係数ｔａｎδ３、第四粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ４、損失係数ｔａｎδ４は、一般的な住宅の固有振動数（約１〜７Ｈｚ）の領域において常温下で測定されるものである。

請求項２に記載された発明の構成は、請求項１に記載の発明において、層間変形角が１／１００ｒａｄである場合に、下式１を満たすことにある。
Ｆｄｓｍａｘ＜Ｆｓ ・・１
（但し、Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Ｆｓは、枠組フレームの許容水平耐力である）

なお、Ｆｄｓｍａｘは、各粘弾性ダンパー単体の軸方向に作用する反力（粘弾性ダンパー単体の引張圧縮試験によって測定されるもの）をＦｄｊとした場合に、下式５によって与えられるものであり、許容水平耐力Ｆｓとは、構造物を弾性体と仮定して部材に応じる応力度の最大値が許容応力度（すなわち、構造物の外力に対する安全性を確保するために定められる部材に許容できる応力度の限界）に達するときに作用し得る荷重のことである。
Ｆｄｓｍａｘ＝２Ｆｄｊ×ａ／√（ａ^２＋ｂ^２） ・・５
（但し、図２の模式図に示すように、ａは、枠組フレームの幅であり、ｂは、枠組フレームの高さである）

また、請求項２の如く構成する場合には、層間変形角が１／１００ｒａｄである場合にも、上記要件（１）〜（３）を満たすように構成するのが好ましい。

請求項３に記載された発明の構成は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーが、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものであることにある。

本発明に係る軽量鉄骨住宅の制震構造は、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーが適度な粘弾性を有しており、かつ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーを除いた枠組フレーム全体が適度な剛性を有しているため、地震によって外力が加わった場合に、各粘弾性ダンパーが適度に変形して、十分な減衰性能が発揮される。したがって、地震による振動エネルギーが効率的に熱エネルギーに変換されるため、建物の変形を大きく軽減することができる。また、請求項２の如く、枠組フレームに発生する最大水平耐力が枠組フレームの許容水平耐力を下回るように調整することにより、許容耐力内で大きな減衰を発生させることができる。また、過度な荷重の発生による躯体構造の損傷を防止することができる。すなわち、枠組フレームに発生する最大水平耐力が許容水平耐力を超えてしまうと、アンカーボルトが脱落したり、基礎が破壊されたり、躯体が損傷したりするが、請求項２の如く構成することにより、そのような事態の発生が防止される。さらに、請求項３の如き第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーを採用した場合には、枠組フレームの大きさや形状に合わせて、粘弾性特性を容易に調整することが可能となる。

以下、本発明にかかる軽量鉄骨住宅の制震構造の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図３は、実施例１の枠組フレームを示す正面図である。枠組フレーム１は、軽量の形鋼を用いた鉄骨系プレハブ構造に採用されるものであり、所定の間隔をおいて配設される一対の柱材２，２と、それらの柱材２，２の上下の端同士をそれぞれ接続する横架材（上桟、下桟）３，３とによって、高さが約２７００ｍｍで幅が約１０００ｍｍの縦長の長方形状に組み付けられている。なお、各横架材３，３は、Ｃ型鋼によって形成されたものであり、各柱材２，２は、横架材３と同じＣ形鋼を幅方向に接合することによって形成されたものである。また、各横架材３，３と各柱材２，２とは、溶接によって接合されている。加えて、各横架材３，３は、溶接によって梁９と接合されている。なお、枠組フレーム１は、設計上、許容水平耐力Ｆｓが３０ｋＮとなっている。

また、柱材２，２の間には、それらの柱材２，２を中間部位同士で接続する中桟４が架設されており、その中桟４によって上下二つの領域Ｒ１，Ｒ２に分割されている。なお、中桟４も、各横架材３，３等と同様なＣ型鋼によって形成されたものであり、溶接によって柱材２，２に接合されている。そして、上側の領域Ｒ１には、第一粘弾性ダンパー５ａと第二粘弾性ダンパー５ｂとが取り付けられており、下側の領域Ｒ２には、第三粘弾性ダンパー５ｃと第四粘弾性ダンパー５ｄとが取り付けられている。すなわち、中桟４の上側の領域Ｒ１においては、第一粘弾性ダンパー５ａが、左側の柱材２と上側の横架材３との仕口部分と、中桟４の中央部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられており、第二粘弾性ダンパー５ｂが、右側の柱材２と上側の横架材３との仕口部分と、中桟４の中央部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられている。一方、中桟４の下側の領域Ｒ２においては、第三粘弾性ダンパー５ｃが、左側の柱材２と下側の横架材３との仕口部分と、中桟４の中央部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられており、第四粘弾性ダンパー５ｄが、右側の柱材２と下側の横架材３との仕口部分と、中桟４の中央部分とを結ぶように、傾斜状に取り付けられている。そして、第一粘弾性ダンパー５ａおよび第二粘弾性ダンパー５ｂと、第三粘弾性ダンパー５ｃおよび第四粘弾性ダンパー５ｄとが、中桟４を軸にして上下対称に配置された状態になっている。また、第一粘弾性ダンパー５ａと第二粘弾性ダンパー５ｂとが、中桟４の中央を通る鉛直線を軸にして左右対称に配置された状態になっており、第三粘弾性ダンパー５ｃと第四粘弾性ダンパー５ｄとが、中桟４の中央を通る鉛直線を軸にして左右対称に配置された状態になっている。なお、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄとは、規格上同一のものであり、後述するように粘弾性特性が調整されている。

図４は、第一粘弾性ダンパー５ａ（第二粘弾性ダンパー５ｂ〜第四粘弾性ダンパー５ｄ）を示したものである。第一粘弾性ダンパー５ａは、断面長方形状の筒状の外筒部材６の内部に、その外筒部材６よりも小径の円筒状の内芯部材７を挿入したものであり、外筒部材６と内芯部材７との隙間に粘弾性体８が介在した状態になっている（外筒部材６の内面と内芯部材７の外面との間に粘弾性体８が挟み込まれている）。そして、外筒部材６の外側の端縁には、ネジ溝を螺刻したボルト挿通孔１９が穿設されており、内芯部材７の外側の端縁には、ネジ溝を螺刻したボルト挿通孔１０が穿設されている。

一方、枠組フレーム１の左右の柱材２，２と上下の横架材３，３との４箇所の仕口部分には、それぞれ、金属板からなる剛接合片１１，１１・・が設けられている。そして、各剛接合片１１，１１・・の内側には、ボルト挿通孔を穿設した固定板が折返し状に設けられており、その固定板のボルト挿通孔を利用して、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの内芯部材７の外端（ボルト挿通孔１０の穿設部分）を螺合（すなわち、剛接合）することができるようになっている。

また、中桟４の中央部分の上下には、それぞれ、金属板からなる剛接合片１２，１２が、２つずつ、左右に隣り合うように設けられている。各剛接合片１２，１２・・の内側には、ボルト挿通孔を穿設した固定板が折返し状に設けられており、その固定板のボルト挿通孔を利用して、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの外筒部材６の外端（ボルト挿通孔１９の穿設部分）を螺合（すなわち、剛接合）することができるようになっている。

枠組フレーム１の上側の領域Ｒ１においては、左側の剛接合片１１と左側の剛接合片１２を利用して、第一粘弾性ダンパー５ａが取り付けられており、右側の剛接合片１１と右側の剛接合片１２を利用して、第二粘弾性ダンパー５ｂが取り付けられており、枠組フレーム１の下側の領域Ｒ２においては、左側の剛接合片１１と左側の剛接合片１２を利用して、第三粘弾性ダンパー５ｃが取り付けられており、右側の剛接合片１１と右側の剛接合片１２を利用して、第四粘弾性ダンパー５ｄが取り付けられている。

そして、第一粘弾性ダンパー５ａ、第二粘弾性ダンパー５ｂは、左右の柱材２，２の間に相対的な変位が発生した場合や上側の横架材３と中桟４との間に相対的な変位が発生した場合に（すなわち、上下あるいは左右にずれた場合に）、粘弾性体８が剪断変形することによって、減衰性能を発揮するようになっている。一方、下側の第三粘弾性ダンパー５ｃ、第四粘弾性ダンパー５ｄは、左右の柱材２，２の間に相対的な変位が発生した場合や下側の横架材３と中桟４との間に相対的な変位が発生した場合に（すなわち、上下あるいは左右にずれた場合に）、粘弾性体８が剪断変形することによって、減衰性能を発揮するようになっている。

実施例１の枠組フレーム１においては、水平方向のみを考慮した場合、上記の如く、粘弾性特性を図１のような２直列２並列換算バネとしてモデル化でき、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの代わりに剛体を取り付けて測定した場合の取付強度を、枠組フレーム１全体の取付強度Ｋｂｓとして近似させることができる。また、枠組フレーム１においては、各領域Ｒ１，Ｒ２が中桟４を軸として上下対称であるため、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４の間に、上式２〜４が成立する。

そのため、上下の領域Ｒ１，Ｒ２の左右における剛接合片１１と剛接合片１２との間に、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの代わりに、略同一形状の剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図３の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式２〜４を用いて、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの各取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、４１．５ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４の算出結果を表２に示す。

一方、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４は、それぞれ、下式６により算出される。
Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２，Ｋ’ｄｓ３，Ｋ’ｄｓ４＝Ｇ×Ｓ／ｄ ・・６
なお、上式６において、Ｇは剪断弾性係数であり、Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４の算出にあたっては、粘弾性体の特性から剪断弾性係数Ｇを０．１８Ｎ／ｍｍ^２ とした。また、Ｓは第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの各粘弾性体８の面積であり、ｄは各粘弾性体８の厚み（粘弾性体８単体の厚み）である。

それゆえ、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４が、それぞれ、表１に示す数値となるように、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの粘弾性体８の面積Ｓ、厚みｄを調整した（すなわち、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４が表１に示す数値となるように第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄを設計した）。

また、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの損失係数ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４を測定した。なお、かかる損失係数ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４の測定は、動的加振機（（株）鷺宮製作所製）を用いて、２０℃の雰囲気下で、２Ｈｚの正弦波を利用して２００％の剪断歪を加えた場合の変形−荷重を挙動を調べることによって行った。損失係数ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４の測定結果を表１に示す。

上記の如く、枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓ、取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４を求めた後に、上下の領域Ｒ１，Ｒ２の左右における剛接合片１１と剛接合片１２との間から剛体を取り外し、上記した第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄを取り付けた。第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄを取り付けた枠組フレーム１においては、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値は、３．６９に調整されていることになり、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値は、３．６４に調整されていることになり、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ３および取付剛性Ｋｂｓ３を考慮すると、Ｋｂｓ３／Ｋ’ｄｓ３の値は、３．７７に調整されていることになり、貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ４および取付剛性Ｋｂｓ４を考慮すると、Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４の値は、３．７２に調整されていることになる（表１参照）。

そして、第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄを取り付けた枠組フレーム１において、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式５に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

実施例１の枠組フレーム１の上下各領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１１，１１・・を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片１３，１３・・に変更するとともに、上下の領域Ｒ１，Ｒ２の剛接合片１２，１２・・を、ピン結合可能なピン挿通孔を有するピン接合片１４，１４・・に変更した（図５参照）。そして、実施例１と同様に、上下の各領域Ｒ１，Ｒ２の左右におけるピン接合片１３とピン接合片１４との間に剛体（金属板）を取り付け、その状態で、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させて（図５の矢印方向）、加えた応力と変形量との関係から枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓを算出し、上式２〜４を用いて、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４を算出した。算出された枠組フレーム１の取付剛性Ｋｂｓの値は、３８．１ｋＮ／ｃｍであった。取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４の算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平変形させた場合の取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４の算出結果を表２に示す。

また、図６は、実施例２の枠組フレーム１に取り付ける粘弾性ダンパーを示したものである。なお、各領域Ｒ１，Ｒ２に設置される第一粘弾性ダンパー１５ａ、第二粘弾性ダンパー１５ｂ、第三粘弾性ダンパー１５ｃ、第四粘弾性ダンパー１５ｄは、規格上同一のものであり、実施例１の第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄの構造と略同様であるが、外筒部材６の外側の端縁の形状および内芯部材７の外側の端縁の形状が実施例１のものと異なっている。すなわち、第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄの外筒部材６の外側の端縁には、ピン挿通孔を穿設したピン結合部材１６が固着されており、内芯部材７の外側の端縁には、ピン挿通孔を穿設したピン結合部材１７が固着されている。第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄのその他の部分の形状、構造は、実施例１の第一粘弾性ダンパー５ａ〜第四粘弾性ダンパー５ｄと同様である。また、第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄは、それぞれ、貯蔵剛性（Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４）が表１の数値となるように調整されている。

かかる第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄの損失係数ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４を、実施例１と同様の方法によって測定した。測定結果を表１に示す。

そして、枠組フレーム１の上下の領域Ｒ１，Ｒ２の左右において、それぞれ、ピン接合片１３とピン接合片１４との間に、上記した第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄを取り付け、実施例１と同様に、大型の動的加振機を用いて、層間変形角が１／２００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させ、変形−荷重の関係から、全体系の貯蔵剛性Ｋ’ａｓ、損失剛性Ｋ”ａｓ、損失係数ｔａｎδａを測定し、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を算出した。算出結果を表１に示す。また、層間変形角が１／１００ｒａｄとなるように枠組フレーム１を水平方向に変形させた場合のｔａｎδａ／ｔａｎδ１およびｔａｎδａ／ｔａｎδ２を表２に示す。なお、第一粘弾性ダンパー１５ａ〜第四粘弾性ダンパー１５ｄを取り付けた実施例２の枠組フレーム１においては、第一粘弾性ダンパー１５ａの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１および取付剛性Ｋｂｓ１を考慮すると、Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１の値が３．６５に調整されていることになり、第二粘弾性ダンパー１５ｂの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ２および取付剛性Ｋｂｓ２を考慮すると、Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２の値が３．６２に調整されていることになり、第三粘弾性ダンパー１５ｃの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ３および取付剛性Ｋｂｓ３を考慮すると、Ｋｂｓ３／Ｋ’ｄｓ３の値が３．６９に調整されていることになり、第四粘弾性ダンパー１５ｄの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ４および取付剛性Ｋｂｓ４を考慮すると、Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４の値が３．７２に調整されていることになる（表１参照）。

また、層間変形角１／２００ｒａｄおよび１／１００ｒａｄの変形時に枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘを上式５に基づいて算出した。算出されたＦｄｓｍａｘを表１、表２に示す。

表１、表２より、枠組フレーム１の第一粘弾性ダンパー〜第八粘弾性ダンパーの取付部分の取付剛性Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ８、第一粘弾性ダンパー〜第八粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ８、第一粘弾性ダンパー〜第八粘弾性ダンパーの損失係数ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４が、本発明の条件を満たすように調整された実施例１，２の枠組フレーム１においては、減衰特性の指標となる水平成分のｔａｎδａ／ｔａｎδ１，ｔａｎδａ／ｔａｎδ２がいずれも５０％以上となり、良好な減衰特性を発現し得ることが分かる。また、表１、表２より、実施例１，２における枠組フレーム１に発生する最大水平耐力Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレーム１の許容水平耐力Ｆｓ（３０ｋＮ）に比べて十分に小さくなっていることが分かる。

なお、本発明の軽量鉄骨住宅の制震構造の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、枠組フレームや粘弾性ダンパー等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

たとえば、本発明においては、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの貯蔵剛性Ｋ’ｄｓの値を枠組フレームの取付剛性Ｋｂｓの値に合わせて適宜調整することが可能である。それゆえ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの特性を、用途に合わせて適宜変更することができる。したがって、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系等の各種の高分子化合物を粘弾性体として好適に用いることができる。また、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーは、上記実施形態の如く、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものに限定されず、芯プレートと一対の外プレートとの間に粘弾性体を介在させたものや、表裏一対のプレートの間に粘弾性体を介在させたもの等に変更することも可能である。

加えて、本発明の制震構造に採用される枠組フレームは、上記実施形態の如く中桟の上下に同一の構造を有する粘弾性ダンパーを２つずつ取り付けたものに限定されず、構造や特性の異なる粘弾性ダンパーを取り付けたものに変更することも可能である。かかる場合でも、Ｋｂｓ１〜Ｋｂｓ４，Ｋ’ｄｓ１〜Ｋ’ｄｓ４，ｔａｎδ１〜ｔａｎδ４が上記所定の関係を満たすように調整されていれば、枠組フレームは十分な減衰性能を発揮することができるものとなる。

本発明の枠組フレームを２直列２並列換算バネとしてモデル化して示す説明図である。 本発明の枠組フレームを示す模式図である。 実施例１の枠組フレームの正面図である。 （ａ）は実施例１の第一粘弾性ダンパー（第二粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパー）の正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 実施例２の枠組フレームの正面図である。 （ａ）は実施例２の第一粘弾性ダンパー（第二粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパー）の正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１・・枠組フレーム、２・・柱材、３・・横架材、４・・中桟、５ａ，１５ａ・・第一粘弾性ダンパー、５ｂ，１５ｂ・・第二粘弾性ダンパー、５ｃ，１５ｃ・・第三粘弾性ダンパー、５ｄ，１５ｄ・・第四粘弾性ダンパー、６・・外筒部材、７・・内芯部材、８・・粘弾性体。

Claims (3)

1. 左右の柱材と上下の横架材とから構成される枠組フレームに粘弾性ダンパーを設置してなる軽量鉄骨住宅の制震構造であって、
   前記枠組フレームの内部が中桟によって上下に二分割されており、その中桟の上側においては、
   片側の柱材と上側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第一粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されているとともに、反対側の柱材と上側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第二粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されており、
   前記中桟の下側においては、
   片側の柱材と下側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第三粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されているとともに、反対側の柱材と下側の横架材との仕口と、中桟の中央とを結ぶように第四粘弾性ダンパーが傾斜状に設置されており、
   層間変形角が１／２００ｒａｄである場合に、下の（１）〜（３）を満たすことを特徴とする軽量鉄骨住宅の制震構造。
   （１）Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋｂｓ３，Ｋｂｓ４がいずれも２０ｋＮ／ｃｍ以上１００ｋＮ／ｃｍ以下である
   （２）Ｋｂｓ１／Ｋ’ｄｓ１，Ｋｂｓ２／Ｋ’ｄｓ２，Ｋｂｓ３／Ｋ’ｄｓ３，Ｋｂｓ４／Ｋ’ｄｓ４がいずれも１．５以上１０以下である
   （３）ｔａｎδ１，ｔａｎδ２，ｔａｎδ３，ｔａｎδ４がいずれも０．６以上である
   （但し、Ｋｂｓ１，Ｋｂｓ２，Ｋｂｓ３，Ｋｂｓ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各取付部分の取付剛性であり、Ｋ’ｄｓ１，Ｋ’ｄｓ２，Ｋ’ｄｓ３，Ｋ’ｄｓ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーの各貯蔵剛性であり、ｔａｎδ１，ｔａｎδ２，ｔａｎδ３，ｔａｎδ４は、それぞれ、第一粘弾性ダンパーの〜第四粘弾性ダンパーの各損失係数である）
2. 層間変形角が１／１００ｒａｄである場合に、下式１を満たすことを特徴とする請求項１に記載の軽量鉄骨住宅の制震構造。
   Ｆｄｓｍａｘ＜Ｆｓ ・・１
   （但し、Ｆｄｓｍａｘは、枠組フレームに発生する最大水平耐力であり、Ｆｓは、枠組フレームの許容水平耐力である）
3. 前記第一粘弾性ダンパー〜第四粘弾性ダンパーが、外筒部材の内部に内芯部材を挿入し、その内芯部材と外筒部材との隙間に粘弾性体を介在させたものであることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の建物の制震構造。

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