JP4462984B2

JP4462984B2 - 木造建築用制振装置

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Publication number: JP4462984B2
Application number: JP2004106777A
Authority: JP
Inventors: 健二宮澤; 彰敏西村
Original assignee: TAMA-TLO, LTD.; Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: TAMA-TLO, LTD.; Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005290819A

Description

本発明は、特にエネルギー吸収材を用いた木造建築用制振装置に関する。

建築物は壁が少なかったり、柱が細いと地震のような振動に対して揺れやすく、大きな地震力が作用する。このため、粘弾性体やオイルダンパー等を用いて地震のエネルギーを吸収し揺れを小さくしたり地震力を小さくする方法があり、近年一般のビル建築に用いられるようになった。木造建築物でも壁が少なかったり、高層化すると揺れやすくなる。
また、木造建築物では特に壁の平面配置が不適切なため地震時、平面的にねじれ振動が顕著になり壁の少ない方が大きく変形し壊れやすくなる。このときは平面的に壁の少ない方へエネルギー吸収装置を配置すると効果的であることが知られている。
揺れを抑制するために、建物の壁に適用する制振ダンパーとしては、たとえば、粘弾性体を用いたものが知られている。たとえば、特許文献１等では、柱と壁面材との間にテープ状の粘弾性体を接着し、建築物の制振を行う技術が開示されている。
特開２００２−６１３１６号公報

ところで、特許文献１等に開示された技術は、大壁形式とよばれるものであり、木造建築物の柱の外側にテープ状の粘弾性体を介して壁面材を木ネジによって固定するものである。この技術では、木ネジによって壁材を柱に固定するため、柱と壁材との間に相対変位が生じると、木ネジに力が作用し、制振効果が十分に得られない。また、上記の方法では粘弾性体による粘弾性力が小さく制振効果が小さい。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、制振効果を高めることができる壁構造を実現でき、建物の強度向上を図ることができる木造建築用制振装置を提供することにある。
さらに、窓の上部あるいは下部、または掃き出し開口の上部の壁領域に適用することにより、建物のねじり防止にも効果を発揮する木造建築用制振装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の木造軸組構造の壁部分に適用する木造建築用制振装置は、柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に内挿される、木製の枠材と、前記枠材に取り付けられる木質壁面材と、２枚の金属板で挟まれた粘弾性体により構成されるエネルギー吸収材とを有する。

上記の複数の前記エネルギー吸収材を前記枠材と前記木質壁面材との間に並べて配置し、前記枠材および前記木質壁面材に対し前記エネルギー吸収材の前記金属板を接着剤により接合し、前記エネルギー吸収材の前記粘弾性体により振動エネルギーを吸収させるようにしている。

例えば、前記柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に窓が設置される場合には、前記木製の枠材は、前記窓の上部あるいは下部の壁領域に内挿され、当該枠材に前記エネルギー吸収材を介して前記木質壁面材が取り付けられる。

また、前記柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に掃き出し開口が設置される場合には、前記木製の枠材は、前記掃き出し開口の上部の壁領域に内挿され、当該枠材に前記エネルギー吸収材を介して前記木質壁面材が取り付けられる。

本発明では、柱、土台、あるいは横架材を含む軸組部材で囲まれる壁領域に、枠材を内挿し、当該枠材に木質壁面材を取り付けるいわゆる真壁方式である。枠材と壁面材とは、２枚の金属板で挟まれた粘弾性体により構成されるテープ状のエネルギー吸収材が介在した状態で接合されている。これを壁領域に設け、枠材の被施工面から接合部材を打ち込むと、柱、土台、あるいは横架材に対し枠材が接合され、木質壁面材は壁領域内に固定される。
本発明では、木質壁面材と枠材との間に、複数のエネルギー吸収材を並べて配置することにより、壁による制振効果を十分に高めることができる。
枠材への木質壁面材の取り付けは、片面貼り（１枚）が基本であるが、拡張として両面貼り（２枚）としてもよい。枠材と２枚の木質壁面材との間にそれぞれ複数のエネルギー吸収材を並べて配置することにより、さらに高い制振効果が得られる。

本発明によれば、制振効果を高めることができる壁構造を実現でき、建物の強度向上を図ることができる。また、窓の上部あるいは下部、または掃き出し開口の上部の壁領域に適用することにより、建物のねじり防止にも効果を発揮する。本発明は真壁方式を採用していることから、色々な使い方が可能となる。例えば、外壁だけでなく、内壁にも使用できる。また、既存建物への後付けも容易に可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る木造建築用制振装置１（以下、制振装置１とする。）が適用される建築物の軸組構造の一例を示す図である。
図１において、建築物の軸組は、柱ＣＮ、土台ＢＳおよび梁（横架材）ＢＭによって構成されており、土台ＢＳに複数の柱ＣＮが接合金具５０によって接合されており、これらの柱ＣＮ上に梁ＢＭが接続金具５０によって接合されている。
柱ＣＮ、土台ＢＳおよび梁ＢＭは、本発明の軸組部材の一実施態様である。柱ＣＮ、土台ＢＳおよび梁ＢＭは、例えば、製材、集成材、あるいはＬＶＬ（単板積層材）により構成される。

建築物の軸組の隣合う柱ＣＮ、梁ＢＭおよび土台ＢＳで囲まれる矩形状の輪郭をもつ閉領域は、建築物の壁となる壁領域２０を形成している。
制振装置１は、図１に示すように、壁領域２０に嵌め込まれ、固定される。

図２は、制振装置１の外観を示す斜視図であって、（ａ）は表面側から見た斜視図であり、（ｂ）は裏面側から見た斜視図である。
図２に示すように、制振装置１は、壁面材４と、枠材５と、壁面材４と枠材５との間に介在するエネルギー吸収材７とを有する。

壁面材４は、壁領域２０の形状に略合致する矩形状に形成されており、壁領域２０を覆う。壁面材４は、例えば、構造用合板、構造用パネル、あるいは繊維板により構成される。
枠材５は、断面が矩形の複数（４本）の棒状の部材で構成され、これらの部材が組合わさって矩形状の外形をなしている。枠材５は、例えば、製材、集成材、あるいはＬＶＬ（単板積層材）により構成される。
また、枠材５は、壁面材４の外周部を受け止める受け面５ａと、後述するコーチボルト等が打ち込まれる被施工面５ｃと、壁領域２０に嵌合する嵌合面５ｄとを備えている。

図３は、制振装置１から壁面材４を分離した状態を示す平面図である。
図３に示すように、エネルギー吸収材７は、枠材５の受け面５ａ上に、受け面５ａの全周に沿って不連続に並べて配置される。複数のエネルギー吸収材７は、同一形状である。後述するように、エネルギー吸収材７と受け面５ａとは、エポキシ樹脂等の接着剤によって接着接合され、また、エネルギー吸収材７と壁面材４の外周部との間もエポキシ樹脂等の接着剤によって接着接合される。

図４は、エネルギー吸収材７の構造を示す図であって（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線方向の断面図である。
エネルギー吸収材７は、粘弾性体８と、２枚の金属板９Ａ，９Ｂとから構成される。
金属板９Ａ，９Ｂは、たとえば、ステンレス等の金属で形成されており、同形状（帯状）を有する。
金属板９Ａ，９Ｂは、幅方向に所定寸法だけ互いにずれた状態で対向しており、これらの間にテープ状の粘弾性体８を挟んでいる。
金属板９Ａ，９Ｂの対向しない部分には、釘やビス等で枠材５の受け面５ａあるいは壁面材４に接着接合するための仮止め用の穴ｈａ，ｈｂが、長手方向に沿って形成されている。

粘弾性体８は、粘性物質であって変形のエネルギーを蓄える弾性体の性質をも兼ね備える材料で形成されており、たとえば、高分子材料で形成されている。この粘弾性体は、金属板９Ａ，９Ｂの相対変位により、せん断変形を受けてエネルギーを吸収する。粘弾性体８の具体的特性としては、例えば、２０℃、３Ｈｚでは、せん断弾性係数が５〜２５Ｎ／ｃｍ² 以上、減衰定数が０．３０以上好ましくは０．３５以上である。
粘弾性体８は、金属板９Ａ，９Ｂに接着剤によって全面的に接着されている。

図５は、枠材５とエネルギー吸収材７と壁面材４との接合関係を示す断面図である。
図５に示すように、エネルギー吸収材７の金属板９Ａ，９Ｂは、それぞれ、壁板材４および枠材５の受け面５ａに接着剤ＲＳによって接着される。接着剤ＲＳには、エポキシ樹脂等の接着剤が用いられる。また、金属板９Ａ，９Ｂの穴ｈａ，ｈｂから、ビスや釘等の仮止め釘１２が壁板材４および枠材５に向けて打ち込まれる。これらは、接着の際にエネルギー吸収材７を位置決め（仮止め）するために用いられ、枠材５とエネルギー吸収材７と壁面材４との間の接合は、接着剤ＲＳによって行われる。

制振装置１の建築物への施工手順の一例について説明する。
まず、工場や現場等で事前に、粘弾性体８を金属板９Ａ，９Ｂに挟んで接合したエネルギー吸収材７を壁面材４の周辺に接着接合する。接着強度は発現するまでに数日〜十数日かかる。運搬は接着後、１〜２日後に可能である。
そして、枠材５を壁領域２０に嵌め込んだのち、図６に示すように枠材５の被施工面５ｃにコーチボルト等１５を打ち込むことにより、梁ＢＭ、土台ＢＳおよび柱ＣＮに枠材５を固定する。コーチボルト等１５を、図７に示すように、枠材５の全周にわたって打ち込むことにより、枠材５と梁ＢＭ、土台ＢＳおよび柱ＣＮとがそれぞれ強固に接合される。
エネルギー吸収材７の付いた壁面材４を、枠材５に接着接合する。このとき、仮止め釘１２で仮止めする必要がある。完全な接着強度が発現するまでには、数日〜十数日かかる。
以上により、制振装置１と建築物とは一体化する。

次に、建築物に外力が作用する場合の制振装置１の作用について説明する。
建築物に、たとえば、地震や風等の外力が作用していない状態では、図８（ａ）に示すように、エネルギー吸収材７には変形が生じていない。
たとえば、地震や風等により、建築物に図１に示す水平方向Ｃ１およびＣ２に外力が作用すると、土台ＢＳに接合された柱ＣＮに変形が発生し、土台ＢＳと梁ＢＭとが相対変位する。
柱ＣＮが変形し土台ＢＳと梁ＢＭとが相対変位すると、これらの変形および相対変位に応じて制振装置１の枠材５を構成する複数の部材間に相対変位が発生するとともに、各部材に変形が生じる。これにより、壁面材４と枠材５との間に介在するエネルギー吸収材７の粘弾性体８に図８（ｂ）に示すようなせん断変形が生じる。
このエネルギー吸収材７を構成する粘弾性体８のせん断変形によって、建築物に発生する振動による力が吸収され、建築物の振動が抑制される。

本実施形態では、粘弾性体を介して建築物の柱の外側に壁面材を釘やビス等を用いて固定するのではなく、柱ＣＮ、梁ＢＭおよび土台ＢＳで囲まれる領域の内側、すなわち、柱ＣＮの側面、梁ＢＭの下面および土台ＢＳの上面に枠材５を設け、この枠材５と壁面材４との間に粘弾性体８を有するエネルギー吸収材７を介在させ、かつ、接着によって接合するので、枠材５と壁面材４との間に相対変位が生じた際に、エネルギー吸収材７の粘弾性体８に外力が効率良く伝わり、高い制振効果が得られる。
また、本実施形態では、壁面材と枠材との間に、複数のエネルギー吸収材を並べて配置することにより、壁による制振効果を十分に高めることができる。
本実施形態では、上記の制振装置１により壁領域２０の内面を支持することから、建築物の強度を大きく向上させることができる。

（第２実施形態）
図９は、本発明の他の実施形態に係る木造建築用制振装置の構造を示す断面図である。なお、図９において、上述した第１の実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。
本実施形態に係る制振装置１００は、枠材５に対して、２枚の壁面材４Ａ，４Ｂがエネルギー吸収材７を介して接合されている点が上述した第１の実施形態に係る制振装置１と異なる点である。
エネルギー吸収材７は、壁面材４Ａ，４Ｂおよび枠材５の受け面５ａ、５ｂにエポキシ樹脂等の接着剤によって接着接合されている。

制振装置１００の建築物への施工手順の一例について説明する。
まず、工場や現場等で事前に、粘弾性体８を金属板９Ａ，９Ｂに挟んで接合したエネルギー吸収材７を壁面材４Ａ，４Ｂの周辺に接着接合する。接着強度は発現するまでに数日〜十数日かかる。運搬は接着後、１〜２日後に可能である。
そして、枠材５を壁領域２０に嵌め込んだのち、図９に示すように枠材５の被施工面５ｃにコーチボルト等１５を打ち込むことにより、梁ＢＭ、土台ＢＳおよび柱ＣＮに枠材５を固定する。コーチボルト等１５を、図７に示すように、枠材５の全周にわたって打ち込むことにより、枠材５と梁ＢＭ、土台ＢＳおよび柱ＣＮとがそれぞれ強固に接合される。
エネルギー吸収材７の付いた壁面材４Ａを、枠材５の受け面５ａに接着接合する。このとき、仮止め釘で仮止めする必要がある。同様に、エネルギー吸収材７の付いた壁面材４Ｂを、枠材５の受け面５ｂに接着接合する。このとき、仮止め釘で仮止めする必要がある。完全な接着強度が発現するまでには、数日〜十数日かかる。
以上により、制振装置１００と建築物とは一体化する。

本実施形態では、一つの枠材５に対して２枚の壁面材４Ａ，４Ｂをエネルギー吸収材７を介して接合することにより、第１の実施形態に比べてさらに高い制振効果が得られる。

本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、制振装置を建築物の階全体の高さにわたって設置した場合について説明したが、たとえば、建築物の窓の下部のいわゆる腰壁や、上部のいわゆる垂れ壁等（寺院建築などでは特に大きい）に制振装置を適用することも可能である。

例えば、図１０に示すように、２本の柱ＣＮと、２本の梁ＢＭにより囲まれた領域に窓２１が設けられる場合には、当該領域の全体ではなく、窓２１の上部の垂れ３１や、窓２１の下部の腰３２の領域のみに本実施形態に係る制振装置を適用する。
あるいは、土台ＢＳと、２本の柱ＣＮと、梁ＢＭにより囲まれた領域に掃き出し開口２２が設けられる場合には、当該領域の全体ではなく、掃き出し開口２２の上部の垂れ３１の領域のみに本実施形態に係る制振装置を適用する。図１１に示すように、最終的な木造建築物において、上記の垂れ３１や腰３２は、壁領域となる。なお、掃き出し開口２２は、ドアー型を指し、開口部の下に壁領域はない。
このように、窓２１の上部あるいは下部、または掃き出し開口２２の上部の壁領域に本実施形態に係る制振装置を適用することにより、当該制振装置部分で振動エネルギーを吸収し建物のねじりを抑制し、建物全体の耐震性能を高めることができる。

また、上述した実施形態では、梁ＢＭ、土台ＢＳおよび柱ＣＮによって囲まれる壁領域２０に制振装置を適用した場合について説明したが、２階、３階等に存在する上下の梁および隣合う柱の間に形成される壁領域にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る木造建築用制振装置が適用される建築物の軸組構造の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る木造建築用制振装置の外観を示す斜視図である。エネルギー吸収材の枠材に対する配置を示す図である。エネルギー吸収材の構造を示す図である。枠材とエネルギー吸収材と壁面材との接合関係を示す断面図である。枠材の被施工面にコーチボルト等を打ち込んだ状態を示す拡大断面図である。枠材の被施工面にコーチボルト等を打ち込んだ状態における壁面材を背面側から見た断面図である。エネルギー吸収材の作用を説明するための図である。本発明の他の実施形態に係る木造建築用制振装置の構造を示す断面図である。窓あるいは掃き出し開口が設けられる領域への本発明の制振装置の適用例を説明するための平面図である。腰あるいは垂れにより壁領域が形成されることを説明するための、建築物の外観図である。

符号の説明

１，１００…木造建築用制振装置
４，４Ａ，４Ｂ…壁面材
５…枠材
７…エネルギー吸収材
８…粘弾性体
９Ａ，９Ｂ…金属板
１２…仮止め釘
１５…コーチボルト等
ＢＭ…梁
ＣＮ…柱
ＢＳ…土台
ｈａ，ｈｂ…仮止め用の穴

Claims

木造軸組構造の壁部分に適用する木造建築用制振装置であって、
柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に内挿される、木製の枠材と、
前記枠材に取り付けられる木質壁面材と、
２枚の金属板で挟まれた粘弾性体により構成されるエネルギー吸収材と、
を有し、
複数の前記エネルギー吸収材を前記枠材と前記木質壁面材との間に並べて配置し、前記枠材および前記木質壁面材に対し前記エネルギー吸収材の前記金属板を接着剤により接合し、前記エネルギー吸収材の前記粘弾性体により振動エネルギーを吸収させるようにした
木造建築用制振装置。
前記柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に窓が設置される場合に、
前記木製の枠材は、前記窓の上部あるいは下部の壁領域に内挿され、当該枠材に前記エネルギー吸収材を介して前記木質壁面材が取り付けられる
請求項１記載の木造建築用制振装置。
前記柱、土台、横架材を含む軸組部材に囲まれる領域に掃き出し開口が設置される場合に、
前記木製の枠材は、前記掃き出し開口の上部の壁領域に内挿され、当該枠材に前記エネルギー吸収材を介して前記木質壁面材が取り付けられる
請求項１記載の木造建築用制振装置。