JP5057570B2 - 粘性壁の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、粘性壁の接合構造に関する。詳しくは、地震や風による建物の振動を減衰する粘性壁の接合構造に関する。

従来より、建物には、地震による振動を減衰させるため、上梁と下梁との間に粘性壁が設けられる。この粘性壁は、例えば、下梁に固定されて上方が開放された箱体と、上梁に固定されて箱体内に配置される抵抗板と、箱体の内部に収容された粘性体と、を備える（特許文献１参照）。

ここで、粘性体は、抵抗板と箱体の内壁面との間の隙間に介在する。また、上梁の下フランジ面には、この上梁の長さ方向に沿ってガセットプレートが溶接されており、抵抗板は、このガセットプレートにボルト接合されている。また、下梁の上フランジ面には、この下梁の長さ方向に沿ってガセットプレートが溶接されており、箱体は、このガセットプレートにボルト接合されている。

以上の粘性壁によれば、上梁および下梁に対して相対的な水平力が加わると、抵抗板と箱体とが相対的に水平変位し、粘性体に剪断力が生じる。この粘性体の剪断抵抗力により、地震の振動が減衰される。
特開２００２−２１３６９号公報

しかしながら、以上の粘性壁では、抵抗板および箱体は、梁に設けられたガセットプレートにボルト接合されている。つまり、抵抗板および箱体は、梁のフランジ面に全長に亘って剛接合されている。よって、上梁および下梁に対して相対的に水平力が加わると、これらの梁の変形が抵抗板および箱体により拘束されるため、これらの梁が十分に変形せず、梁の端部に生じる応力が過大になって、梁が損傷するおそれがあった。

本発明は、梁に生じる応力を低減し、耐震性を高めるとともに、高い減衰効果を発揮できる粘性壁の接合構造を提供することを目的とする。

（１） 建物の骨組に設けられ、外乱による当該建物の応答を低減する粘性壁（例えば、後述の粘性壁１）の接合構造であって、前記骨組を構成する梁のうち前記粘性壁の上方に位置する上梁（例えば、後述の上梁２）の下部には、所定長さの上側接合部材（例えば、後述の抵抗部支持部４０）が固定され、前記粘性壁の下方に位置する下梁（例えば、後述の下梁３）の上部には、所定長さの下側接合部材（例えば、後述の箱体支持部２０）が固定され、前記粘性壁の上部は、当該粘性壁と前記上梁との間に隙間が形成されるように、前記粘性壁の幅方向（壁厚方向）を回転軸として、両端側の２個所で前記上側接合部材にピン接合され、前記粘性壁の下部は、当該粘性壁と前記下梁との間に隙間が形成されるように、前記粘性壁の幅方向（壁厚方向）を回転軸として、両端側の２個所で前記下側接合部材にピン接合されることを特徴とする粘性壁の接合構造。

この発明によれば、上梁および下梁のうち少なくとも一方に所定長さの接合部材を設け、粘性壁と梁との間に隙間が形成されるように、粘性壁を接合部材に接合した。よって、上梁および下梁の変形に対する粘性壁の拘束力を低減できるから、これら上梁および下梁を十分に変形させることができ、これら上梁および下梁に生じる応力を低減し、梁の損傷を防ぐことができる。

本発明によれば、上梁および下梁のうち少なくとも一方に所定長さの接合部材を設け、粘性壁と梁との間に隙間が形成されるように、粘性壁を接合部材に接合した。よって、上梁および下梁の変形に対する粘性壁の拘束力を低減できるから、これら上梁および下梁を十分に変形させることができ、これら上梁および下梁に生じる応力を低減できる。また、接合部材を介して、粘性壁の四隅を上下の梁に接合したり、粘性壁を接合部材にピン接合したりすることで、さらに耐震性や減衰効果を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る粘性壁１の正面図および断面図である。
粘性壁１は、建物の骨組に設けられ、その減衰性能により、地震や風等の外乱による当該建物の応答を低減する。

なお、本発明の粘性壁は、梁を有する構造物であれば、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨造（Ｓ造）、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）のいずれにも適用できる。また、新築にも改修にも適用できる。

粘性壁１は、上面が開放された箱体１０と、下梁３に設けられて箱体１０を支持する２つの箱体支持部２０と、下側が箱体１０の内部に配置される抵抗部３０と、箱体１０の内部に収容されて抵抗部３０と箱体１０の内壁面との間に介在する液状の粘性体５０と、を備える。なお、本実施形態では、液状の粘性体５０を用いた粘性壁としたが、これに限らず、粘性体をシート状の固体として、相対変位を起こす部材にこのシート状の粘性体を貼付する構成でもよい。

箱体１０は、下梁３の上フランジ３Ａに略平行に延びる基板１１と、この基板１１の上面に設けられた壁部１２と、を備える。
基板１１は、下梁３の長さ方向に沿って延びている。
壁部１２は、基板１１の長さ方向に沿って略平行に延びる一対の抵抗壁１２１と、これら一対の抵抗壁１２１同士の隙間を塞ぐ一対の補強壁１２２と、を備える。

抵抗部３０は、上梁２の下フランジ２Ａに略平行に延びる基板３１と、この基板３１の下面に設けられた抵抗板３２と、を備える。抵抗板３２は、上梁２の長さ方向に沿って延びている。

建物の骨組を構成する梁のうち粘性壁１の上方に位置するものを上梁２とし、下方に位置するものを下梁３とすると、上梁２の下部には、所定長さを有する２つの上側接合部材としての抵抗部支持部４０が固定され、下梁３の上部には、所定長さを有する２つの下側接合部材としての箱体支持部２０が固定されている。

粘性壁１の上部は、２個所で抵抗部支持部４０にピン接合され、粘性壁１の下部は、２個所で箱体支持部２０にピン接合される。これにより、粘性壁１は、その四隅で箱体支持部２０および抵抗部支持部４０に接合され、粘性壁１と上梁２および下梁３との間に隙間が形成される。

以下、箱体支持部２０の構成について説明するが、抵抗部支持部４０も同様の構成である。
図２および図３は、箱体支持部２０の正面図および断面図である。
箱体支持部２０は、箱体１０の基板１１の下面に設けられたガセットプレート２１と、このガセットプレート２１を挟んで下梁３の上フランジ３Ａに設けられた一対の受けプレート２２と、ガセットプレート２１と受けプレート２２との間に介装された一対のダブリングプレート２３と、これらガセットプレート２１、一対の受けプレート２２、および一対のダブリングプレート２３を貫通するピン２４と、を備える。

ここで、ガセットプレート２１は、基板１１の長さ方向に沿って延びており、箱体１０の基板１１の下面に全周溶接されている。
また、受けプレート２２は、下梁３の上フランジ３Ａに溶接されている。なお、本実施形態では、受けプレート２２を下梁３に溶接したが、これに限らず、受けプレートを下梁にボルト接合してもよい。また、本実施形態では、受けプレート２２を２つ設けたが、これに限らず、受けプレートを１つにしてもよい。また、本実施形態では、ダブリングプレートを設けたが、これに限らず、ダブリングプレートを設けなくてもよい。また、本実施形態では、箱体支持部２０にピン２４を１つ設けたが、これに限らず、ピンを複数設けてもよい。
以上の箱体支持部２０によれば、箱体１０は、ピン２４を回転中心として、下梁３に対して回転可能となっている。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）上梁２および下梁３に所定長さの抵抗部支持部４０および箱体支持部２０を設け、粘性壁１と上梁２および下梁３との間に隙間が形成されるように、粘性壁１をこれら抵抗部支持部４０および箱体支持部２０に接合した。よって、上梁２および下梁３の変形に対する粘性壁１の拘束力を低減できるから、これら上梁２および下梁３を十分に変形させることができ、これら上梁２および下梁３に生じる応力を低減し、上梁２および下梁３の損傷を防ぐことができる。

（２）粘性壁１をその四隅で箱体支持部２０および抵抗部支持部４０にピン接合したので、さらに耐震性や減衰効果を高めることができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る粘性壁１Ａの正面図である。
本実施形態では、箱体支持部２０Ａおよび抵抗部支持部４０Ａの構成が、第１実施形態と異なる。
以下、箱体支持部２０Ａの構成について説明するが、抵抗部支持部４０Ａも同様の構成である。

箱体支持部２０Ａは、下梁３の上フランジ３Ａに設けられた第１ブラケット２５と、箱体１０の基板１１の下面に設けられて第１ブラケット２５に接合される第２ブラケット２６と、を備える。
第１ブラケット２５は、下梁３の上フランジ３ＡにＨ鋼を略垂直に溶接固定することで形成される。
第２ブラケット２６は、箱体１０の基板１１の下面にＨ鋼を略垂直に溶接固定することで形成される。
なお、本実施形態では、第１ブラケット２５および第２ブラケット２６を、Ｈ鋼を溶接することで形成したが、これに限らず、これらブラケットを、プレートを溶接して形成してもよいし、プレートを溶接し、さらにリブ補強して形成してもよい。

第１ブラケット２５および第２ブラケット２６のウエブ同士は、スプライスプレート２７を介して、ボルト接合されている。なお、本実施形態では、第１ブラケット２５および第２ブラケット２６のウエブ同士のみを接合したが、これに限らず、ウエブ同士に加えてフランジ同士を接合してもよいし、フランジ同士のみを接合してもよい。

本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。

［実施例および比較例］
上述の粘性壁について解析を行った。具体的には、粘性壁と梁との取り合い部分の構造が梁の剛性に与える影響、および、粘性壁の変形追従性に与える影響ついて、４つの解析モデルを用いて解析を行った。

図５〜図８は、モデルＡ〜Ｄの模式図である。
モデルＡは、基本モデルである。
モデルＢは、従来の構成であり、モデルＡに、直接、粘性壁を設けた構成である。すなわち、粘性壁は、全長に亘って上下の梁に剛接合されている。

モデルＣは、上述の第２実施形態に係る粘性壁の構成である。すなわち、このモデルＣは、モデルＡにコマ材を介して粘性壁を設けた構成である。コマ材は、粘性壁の両端側に配置されており、粘性壁は、このコマ材に剛接合されている。
モデルＤは、上述の第１実施形態に係る粘性壁の構成である。すなわち、このモデルＤは、モデルＣと同様にコマ材を介して粘性壁を設けた構成であるが、粘性壁は、コマ材にピン接合されている。

以上のモデルＡ〜Ｄの具体的な解析条件は、以下のようになる。
柱Ｃ３Ａ： □−９００×９００×７０
梁Ｇ１３： Ｈ−１２００×４５０×１６×３６ φ＝１．５
梁Ｇ１２Ａ： Ｈ−１２００×３５０×１９×３６ φ＝１．５
パネルゾーン：剛体
コマ材： 高さ６００の剛体
粘性壁取り合い部： φ１００の板材

以上のモデルＡ〜Ｄに対して、柱Ｃ３Ａの上端に単位荷重Ｐを水平方向に加える。この単位荷重Ｐを、モデルＡでの層間変形角が１／１５０になるような荷重とした。

図９〜図１２は、モデルＡ〜Ｄのモーメント図および変形図である。
なお、図９〜図１２において、モーメントを圧縮側に表示した。
モデルＡでは、梁Ｇ１２Ａ、梁Ｇ１３、および柱Ｃ３Ａがほぼ均等に曲げモーメントを負担している。また、このモデルＡでは、梁が十分に変形している。

モデルＢでは、梁Ｇ１２Ａの剛性が高くなるため、柱Ｃ３Ａに生じる曲げモーメントのほとんどを梁Ｇ１２Ａが負担している。また、梁Ｇ１３には、曲げモーメントがほとんど生じない。さらに、このモデルＢでは、梁がほとんど変形しない。

モデルＣでは、粘性壁取り合い部により梁Ｇ１２Ａの剛性が高くなるため、モデルＢと同様の傾向が見られるが、モデルＢと比べて、曲げモーメントの負担がやや均等になっている。また、このモデルＣでは、モデルＢよりも梁が変形している。

モデルＤでは、粘性壁取り合い部により梁Ｇ１２Ａの剛性がそれほど高くならないため、モデルＡに近い傾向が見られる。このモデルＤでは、モデルＡと同様に、梁が十分に変形している。

表１は、モデルＡ〜Ｄの層間変形角および粘性壁の変形角の解析結果の表である。
ここで、粘性壁の変形角は、梁芯から粘性壁取り合い部までの距離を考慮しているため、層間変形角に比べて大きな値となっている。この粘性壁の変形角は、階高と粘性壁の高さとの関係、粘性壁を支持するコマ材の曲げ剛性の評価によって変化する。
この図１３に示すように、モデルＣ、Ｄでは、モデルＢに比べて、層間変形角および粘性壁の変形角がかなり大きくなっており、構造体が十分に変形していることが判る。また、モデルＤは、モデルＣに比べて層間変形角および粘性壁の変形角が大きくなっており、構造体がより変形していることが判る。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、粘性壁１を、１枚の抵抗板３２で構成するシングルタイプとしたが、これに限らず、粘性壁を、略平行な２枚の抵抗板３２で構成するダブルタイプとしてもよい。

また、上述の各実施形態では、粘性壁１の上部を抵抗部支持部４０にピン接合し、粘性壁１の下部を箱体支持部２０にピン接合したが、これに限らない。すなわち、粘性壁の上部を抵抗部支持部にピン接合し、粘性壁の下部を、下梁に直接剛接合したり、箱体支持部に剛接合したりしてもよい。また、粘性壁の下部を箱体支持部にピン接合し、粘性壁の上部を、上梁に直接剛接合したり、抵抗部支持部に剛接合したりしてもよい。

また、箱体支持部２０および抵抗部支持部４０の受けプレート２２の高さは、適宜設定されてよい。すなわち、図１４に示すように、第１実施形態に比べて、受けプレート２２の高さを高くしてもよい。このようにすれば、粘性壁の変形角を大きく確保でき、粘性壁の層間変形角および入力速度を大きく設定できる。

また、上述の各実施形態では、粘性壁１の長さをある程度の長さに設定したが、これに限らず、粘性壁の長さを短くして、間柱状としてもよい。

本発明の第１実施形態に係る粘性壁の正面図および断面図である。 前記実施形態に係る粘性壁の箱体支持部の正面図である。 前記実施形態に係る粘性壁の箱体支持部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る粘性壁の正面図である。 本発明の比較例であるモデルＡの模式図である。 本発明の比較例であるモデルＢの模式図である。 本発明の実施例であるモデルＣの模式図である。 本発明の実施例であるモデルＤの模式図である。 本発明の比較例であるモデルＡのモーメント図および変形図である。 本発明の比較例であるモデルＢのモーメント図および変形図である。 本発明の実施例であるモデルＣのモーメント図および変形図である。 本発明の実施例であるモデルＤのモーメント図および変形図である。 本発明の変形例に係る粘性壁の正面図である。

符号の説明

１、１Ａ 粘性壁
２ 上梁
３ 下梁
１０ 箱体
３２ 抵抗板
５０ 粘性体

Claims (1)

1. 建物の骨組に設けられ、外乱による当該建物の応答を低減する粘性壁の接合構造であって、
   前記骨組を構成する梁のうち前記粘性壁の上方に位置する上梁の下部には、所定長さの上側接合部材が固定され、前記粘性壁の下方に位置する下梁の上部には、所定長さの下側接合部材が固定され、
   前記粘性壁の上部は、当該粘性壁と前記上梁との間に隙間が形成されるように、前記粘性壁の幅方向を回転軸として、両端側の２個所で前記上側接合部材にピン接合され、
   前記粘性壁の下部は、当該粘性壁と前記下梁との間に隙間が形成されるように、前記粘性壁の幅方向を回転軸として、両端側の２個所で前記下側接合部材にピン接合されることを特徴とする粘性壁の接合構造。

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