JP4635700B2

JP4635700B2 - 建物の制震構造

Info

Publication number: JP4635700B2
Application number: JP2005128544A
Authority: JP
Inventors: 友和高田; 高内山; 功夏堀
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: JP2006307458A

Description

本発明は、住宅等の建物に、地震等の外力による震動を減衰させるために設けられる制震構造に関する。

建物の制震構造として、例えば特許文献１には、柱と横架材とからなる軸組フレーム内に、対角線状にブレースを架設し、そのブレースとフレームの仕口部との間に、粘弾性体を介してフレーム面と平行なプレートを互いに接着してなる制震装置を夫々設けた構造が開示されている。また、特許文献２には、フレームの中央で水平に架設した座屈防止部材と左右の柱との間に、同じく粘弾性体を介して一対のプレートを互いに接着してなる制震装置を夫々設けた構造が開示されている。何れの場合も加振時には、ブレース又は座屈防止部材へ軸方向に作用する引張力と圧縮力とによりプレートを相反方向へ移動させることで、粘弾性体を剪断変形させて振動減衰作用を得ることができる。

特開２００１−２０７６７７号公報特開２０００−３５２２１８号公報

上記制震構造においては、加振時に柱へ加わる圧縮力による座屈対策については特に考慮されていないため、負荷によっては柱が座屈するおそれが生じる。よって、柱の座屈を回避するため、両隣が開口部となる箇所や壁の端部に配置できなかったりして間取りに制約を受けることになる。軸組フレームの柱にサブフレームを隣接させる補強手段も採用されることがあるが、コストアップに繋がってしまう。

そこで、本発明は、軸組フレーム単独で柱自体の座屈を効果的に防止可能として、間取りの自由度の確保やコストの低減が可能となる建物の制震構造を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の第一発明は、一方の柱の中間部位に粘弾性ダンパーを配置して２つのブレースを上下軸対称に架設したいわゆるＫブレースタイプの軸組フレームにおいて、粘弾性ダンパーの第一のプレートと第二のプレートとの何れか一方に軸部材を直交状に固着し、他方のプレートに、軸部材が遊挿する長孔を鉛直方向に設けて、第一のプレートと第二のプレートとを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、第二のプレートを、第一のプレートの固定側と反対側の柱に水平な連結部材によって連結したことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の第二発明は、フレーム面の中央部に粘弾性ダンパーを配置して４つのブレースを放射状に架設したいわゆるＸブレースタイプの軸組フレームにおいて、粘弾性ダンパーの第一のプレートと第二のプレートとの何れか一方に軸部材を直交状に固着し、他方のプレートに、軸部材が遊挿する長孔を鉛直方向に設けて、第一のプレートと第二のプレートとを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、第一のプレートを一方の柱に、第二のプレートを他方の柱に夫々水平な連結部材によって連結したことを特徴とするものである。
なお、本発明でいう第一及び第二のプレートとは、加振時に相反方向へ移動する複数のプレートを同じ移動方向ごとに特定したもので、夫々が複数のプレートである場合も含む。また、長孔とは、軸部材が貫通する透孔は勿論、軸部材の先端が遊挿する有底孔も含む。

請求項１及び２に記載の発明によれば、軸組フレーム単独で柱の座屈が防止されるため、建物中の軸組フレームの位置に制約を受けることがなく、間取りの自由度が高まる。また、軸部材や長孔といった簡単な構成の付加で座屈防止が実現できるため、サブフレーム等の他の補強手段が不要となり、コストの低減も期待できる。
さらに、粘弾性ダンパーは鉛直方向にのみ動作することになるため、連結部材の連結部の回転が小さくなって粘弾性ダンパーによる減衰性能がより発揮されやすくなるという副次的効果も得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
《形態１》
図１は、本発明の制震構造を適用した軸組フレームの一例を示す正面図で、軽量鉄骨構造の住宅に用いられる。この軸組フレーム１は、左右一対の柱２，３と、柱２，３の上端間及び下端間に架設される一対の横架材４，４とを有し、フレーム面内の上下に、板状のブレース５，５を上下軸対称となるように架設したいわゆる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１の上下端が夫々固定される梁である。各ブレース５の一端は、右側の柱３と横架材４との上下の仕口部にガセットプレート６を介して夫々連結される一方、当該仕口部と反対側の両ブレース５，５の他端は、左側の柱２の中間部位に設けられた粘弾性ダンパー７に連結されている。

粘弾性ダンパー７は、図２にも示すように、第一のプレートとしての一対の外プレート８，８と、その外プレート８，８の間で平行に配置される第二のプレートとしての芯プレート９と、外プレート８と芯プレート９との間にあって互いの対向面に接着される粘弾性体１０，１０（網掛け状に示す）とからなる。外プレート８，８は、柱２に沿って固定された断面Ｔ字状の金具１１へボルト接合され、芯プレート９は、上下端にブレース５，５が固定される鉛直方向の連結板１２に前後の当て板１３，１３を介してボルト接合されて、連結板１２の中間部位と右側の柱３の中間部位とは、連結部材となる水平な中桟１４によって連結されている。
また、芯プレート９には、軸部材としてのピン１５が直交状に固着されて、粘弾性体１０及び外プレート８へ鉛直方向に穿設された長孔１６を貫通している。よって、芯プレート９と外プレート８，８とは、長孔１６内でのピン１５の案内により、水平方向への移動が規制されて相対的に鉛直方向へのみ移動可能となっている。

以上の如く構成された軸組フレーム１において、地震による加振時には、水平方向の外力が逆方向へ交互に加わることで、軸組フレーム１が左右へ変形しようとする。この変形によって左右の柱２，３と上下のブレース５，５とには、軸方向への引張力と圧縮力とが交互に加わるため、粘弾性ダンパー７では、ピン１５への長孔１６の案内によって、芯プレート９と外プレート８，８とが鉛直方向へ交互に移動し、粘弾性体１０，１０を長手方向に剪断変形させる。この粘弾性体１０の変形によって振動エネルギーを吸収して減衰作用を生じさせる。
一方、このように粘弾性ダンパー７で水平方向への動作が規制されることで、左側では金具１１を介して、右側では当て板１３及び連結板１２，中桟１４を介して粘弾性ダンパー７に連結される柱２，３は、圧縮力が作用しても座屈方向への変形が規制されることになる。

このように、上記形態１の制震構造によれば、芯プレート９にピン１５を直交状に設け、外プレート８，８にピン１５が遊挿する長孔１６を鉛直方向に設けて、芯プレート９と外プレート８とを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、さらに芯プレート９を水平な中桟１４によって連結したことで、軸組フレーム１単独で柱２，３の座屈が防止されるため、建物中の軸組フレーム１の位置に制約を受けることがなく、間取りの自由度が高まる。また、ピン１５や長孔１６といった簡単な構成の付加で座屈防止が実現できるため、サブフレーム等の他の補強手段が不要となり、コストの低減も期待できる。
さらに、粘弾性ダンパー７は鉛直方向にのみ動作するため、中桟１４の連結部の回転が小さくなって粘弾性ダンパー７による減衰性能がより発揮されやすくなるという副次的効果も得られる。

《形態２》
次に、本発明の他の形態について説明する。なお、形態１と同じ構成部は同じ符号を付して重複する説明を省略する。
図３に示す軸組フレーム２０は、フレーム面内の中央部に粘弾性ダンパー２１を配置して、そこから各仕口部へ４つのブレース２２，２２・・を放射状に架設したいわゆるＸブレースと称される構造となっている。粘弾性ダンパー２１は、図４にも示すように、第一のプレートとしての芯プレート２３と、その芯プレート２３の前後で平行に配置される第二のプレートとしての外プレート２４，２４と、芯プレート２３と外プレート２４との間に接着される粘弾性体２５，２５とからなり、芯プレート２３にボルト接合された左側の連結板２６の上下に、フレーム面の左側で上下に位置するブレース２２，２２が固定され、外プレート２４にボルト接合された右側の連結板２７の上下に、フレーム面の右側で上下に位置するブレース２２，２２が固定されている。また、連結板２６の中間部位が水平な中桟２８によって柱２に、連結板２７の中間部位が水平な中桟２９によって柱３と夫々連結されている。
そして、ここでの芯プレート２３にもピン３０が直交状に固着されて、粘弾性体２５及び外プレート２４へ鉛直方向に穿設された長孔３１を貫通し、芯プレート２３と外プレート２４とを相対的に鉛直方向へのみ移動可能としている。

以上の如く構成された軸組フレーム２０において、地震による加振時に軸組フレーム２０が左右へ変形しようとすると、左右の柱２，３には引張力と圧縮力とが交互に加わり、ブレース２２には対角線上の一対ごとに引張力と圧縮力とが交互に加わる。このため粘弾性ダンパー２１では、ピン３０への長孔３１の案内によって、芯プレート２３と外プレート２４，２４とが鉛直方向へ交互に移動し、粘弾性体２５，２５を長手方向に剪断変形させて振動エネルギーを吸収し、減衰作用を生じさせる。
そして、粘弾性ダンパー２１での水平方向への動作規制により、左側では連結板２６及び中桟２８を介して、右側では連結板２７及び中桟２９を介して粘弾性ダンパー２１に連結される柱２，３は、圧縮力が作用しても座屈方向への変形が規制されることになる。

このように、上記形態２の制震構造においても、芯プレート２３にピン３０を直交状に設け、外プレート２４，２４に長孔３１を鉛直方向に設けて、芯プレート２３と外プレート２４とを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、芯プレート２３を柱２に、外プレート２４，２４を柱３に夫々水平な中桟２８，２９によって連結したことで、軸組フレーム２０単独で柱２，３の座屈が防止されるため、建物中の軸組フレーム２０の位置に制約を受けることがなく、間取りの自由度が高まる。また、ピン３０や長孔３１といった簡単な構成の付加で座屈防止が実現できるため、サブフレーム等の他の補強手段が不要となり、コストの低減も期待できる。さらに、粘弾性ダンパー２１による減衰性能がより発揮されやすくなる。すなわち形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記形態１，２では、芯プレートに軸部材を、外プレートに長孔を設けているが、これを逆にして、外プレート間で直交状に架設させたピン等の軸部材を、芯プレート及び粘弾性体に形成した長孔に貫通させるようにしても良い。また、軸部材としては、プレートの表面に突設した突起や、プレートに螺合させたボルト等を利用することもできる。さらに、長孔としては、上記形態のような透孔の他、プレートの表面に凹設した有底孔（溝）を利用することもできる。勿論このような軸部材と長孔とは複数組を平行に設けても差し支えない。
一方、連結部材は、中桟を板状やパイプ状としたり、複数本を平行に架設したりして粘弾性ダンパーと柱との連結を図っても良い。

また、粘弾性ダンパーは、形態１，２では、第一及び第二のプレートを一枚の芯プレートと二枚の外プレートとで形成しているが、共に一枚のプレートとして両者の間に一つの粘弾性体を介在させる構造としても良いし、逆に、例えば第一のプレートを二枚、第二のプレートを三枚として、各プレートの間に四つの粘弾性体を接着する等、両プレートを複数設ける構造としても良い。この場合、軸部材と長孔とを一部のプレート間に設けて移動規制を図ることもできる。
さらに、粘弾性ダンパーとブレース及び連結部材との連結は、金具や連結板等を介さずに、ブレースや連結部材を直接第一のプレートや第二のプレートに連結することもできる。
その他、形態１では粘弾性ダンパーを右側の柱の中間部位に設けて左右逆構造としたり、両形態１，２では芯プレートと外プレートとを左右逆に配置したり等、適宜設計変更して差し支えない。また、ブレースも板状でなく、筒状のものや鋼材ブレース等も採用可能である。

形態１の軸組フレームの正面図である。形態１の粘弾性ダンパーの説明図で、下が拡大正面、上がピン部分の水平断面を夫々示す。形態２の軸組フレームの正面図である。形態２の粘弾性ダンパーの説明図で、下が拡大正面、上がピン部分の水平断面を夫々示す。

符号の説明

１，２０・・軸組フレーム、２，３・・柱、４・・横架材、５，２２・・ブレース、７，２１・・粘弾性ダンパー、８，２４・・外プレート、９，２３・・芯プレート、１０，２５・・粘弾性体、１４，２８，２９・・中桟、１５，３０・・ピン、１６，３１・・長孔。

Claims

柱と横架材とで形成される軸組フレーム内に、フレーム面と平行で互いに対向する複数のプレートと、前記プレート間にあって前記プレートとの対向面が夫々接着される粘弾性体とからなる粘弾性ダンパーを、一方の柱の中間部位に配置して第一のプレートを当該側の柱に固定すると共に、他方の柱と横架材との上下の仕口部と第二のプレートとの間に、一対のブレースを上下軸対称となるように架設して、前記フレーム面方向での前記第一のプレートと第二のプレートとの相反方向への移動により前記粘弾性体を剪断変形させて減衰作用を生じさせる建物の制震構造であって、
前記第一のプレートと第二のプレートとの何れか一方に軸部材を直交状に固着し、他方のプレートに、前記軸部材が遊挿する長孔を鉛直方向に設けて、前記第一のプレートと第二のプレートとを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、前記第二のプレートを、前記第一のプレートの固定側と反対側の柱に水平な連結部材によって連結したことを特徴とする建物の制震構造。
柱と横架材とで形成される軸組フレーム内の中央部に、フレーム面と平行で互いに対向する複数のプレートと、前記プレート間にあって前記プレートとの対向面が夫々接着される粘弾性体とからなる粘弾性ダンパーを配置すると共に、前記粘弾性ダンパーから前記軸組フレームの各仕口部へ放射状に４つのブレースを架設して、前記４つのブレースのうちの左右何れか一方側での上下のブレースを第一のプレートに、左右他方側での上下のブレースを第二のプレートに夫々固定して、前記フレーム面方向での前記第一のプレートと第二のプレートとの相反方向への移動により前記粘弾性体を剪断変形させて減衰作用を生じさせる建物の制震構造であって、
前記第一のプレートと第二のプレートとの何れか一方に軸部材を直交状に固着し、他方のプレートに、前記軸部材が遊挿する長孔を鉛直方向に設けて、前記第一のプレートと第二のプレートとを夫々鉛直方向へのみ移動可能とし、前記第一のプレートを一方の柱に、前記第二のプレートを他方の柱に夫々水平な連結部材によって連結したことを特徴とする建物の制震構造。