JP5429538B2 - 境界梁型粘弾性ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、境界梁型粘弾性ダンパーに関する。

従来、鋼材系境界梁ダンパーは、スパンの短い境界梁の鉄骨せん断パネル降伏を積極的に制振ダンパーに利用したものとして知られている。そして、境界梁のせん断パネル部分には、安定した復元力と靭性を確保するため、ＬＹ１００、ＬＹ２２５等の極低降伏点鋼や低降伏点鋼が用いられている。つまり、せん断降伏が生じやすい短いスパンの境界梁にダンパーを組み込み、積極的にせん断降伏を生じさせることで、大きなエネルギー吸収能力を期待することができる。しかも、小型化が可能なうえ、設置の自由度も大きいという利点を有している。

ところが、鋼材系境界梁ダンパーは、鋼材のせん断復元特性に期待するため、建物の剛性、固有周期を制約せざるを得ないといった現状がある。つまり、前記スパンの短い部分に境界梁を組み込むと、初期剛性が大きくなって固有周期が短周期化するため、入力地震動が大きくなり、設計用の層せん断力が大きくなっていた。
一方、境界梁部分に鋼材系ダンパーではなく、粘弾性系ダンパーを組み込んだものがある。このような粘弾性系ダンパーは、粘弾性体と鋼板を複数層に積層して重ね合わせた構成であり、接触面積を大きくすることで減衰性能を確保し、これにより固有周期の短周期化や入力地震動の増大を防ぐことを可能としている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、一定の間隔をあけて配設した２以上の連層耐震壁を複数のダンパー材で連結一体化したものであり、ダンパー材が軟鋼材からなる境界梁であり、もしくは中間に履歴系又は粘性系の減衰装置を介在させた境界梁で構成される制振架構について開示されている。

特開平１０−３３１４７７号公報

ところで、間柱、架構内壁、ブレース等にダンパーを組み込む場合には、設置箇所が狭く建築計画上の制約を受けることが多いことから、境界梁ダンパーの適用が考えられる。しかしながら、鋼材系境界梁ダンパーの場合には、小型で自由度が大きいことから好適とされるが、上述したように減衰性能が不足するという問題があった。また、特許文献１で開示したような境界梁部分に適用される粘弾性系ダンパーの場合には、粘弾性体と鋼材とを複数層に積層する構造であり、鋼材系境界梁ダンパーに比べると小型、且つ自由度が大きいといった点で劣ることから、現状の鋼材系境界梁ダンパーと同様の施工条件下、すなわち建築計画上の制約を受けるような条件での適用が期待できるものにはなっていない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、現状の鋼材系境界梁ダンパーと同様の施工条件で建物の減衰性能を大きくする境界梁型粘弾性ダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る境界梁型粘弾性ダンパーでは、隣り合う支持部材間に架け渡される制振ダンパーを組み込むとともに、側方にスラブが形成されてなる短スパンの境界梁型粘弾性ダンパーであって、支持部材に対して直交するように配されるとともに、長手方向に所定長さだけオーバーラップしてなる重なり部を有する一対の溝形鋼と、これら溝形鋼の重なり部同士の間に配置される粘弾性体と、を備え、各溝形鋼は、鉄筋コンクリートによって覆われてなり、スラブと鉄筋コンクリートとの間には、支持部材同士の間にわたって延在するスリットが設けられ、スリットに緩衝材が介装されていることを特徴としている。

本発明では、隣り合う支持部材間に短スパンの粘弾性系ダンパーを組み込む構造であるので、一対の溝形鋼によって挟み込まれた粘弾性体の作用により建物の初期挙動を大きく変動させることなく、減衰性能、エネルギー吸収能力を大きくすることができる。そのため、境界梁部分に鋼材系ダンパーを用いた場合に比べて、固有周期の短周期化や入力地震動の増大を防ぐことができ、設計用の層せん断力を低減することが可能となる利点がある。

また、本発明に係る境界梁型粘弾性ダンパーでは、各溝形鋼は、粘弾性体が配置される重なり部を除いて鉄筋コンクリートによって被覆されていてもよい。

本発明では、支持部材がＲＣ造の柱の場合において、各溝形鋼は鉄筋コンクリートを介して支持部材に対して一体的に接合することが可能となる。つまり、境界梁型粘弾性ダンパーをＲＣ造にしても、双方の溝形鋼の重なり部同士の間の粘弾性体は鉄筋コンクリートによって被覆されないので減衰部として機能させることができる。

本発明の境界梁型粘弾性ダンパーによれば、隣り合う支持部材間に短スパンの粘弾性系ダンパーを組み込むことで、建物の初期挙動を大きく変動させることなく、減衰性能、エネルギー吸収能力を確保することができる。そして、現状の鋼材系境界梁ダンパーと同様の施工条件により、隣り合う支持部材間に組み込むことが可能となるので、建築計画上の自由度や汎用性にも優れ、低コスト化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパーの側面図である。 図１に示す境界梁型粘弾性ダンパーの側断面図である。 境界梁型粘弾性ダンパーの上面図である。 図３に示すＡ−Ａ線断面図である。 図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。 境界梁型粘弾性ダンパーを基端部側から見た図である。 第２の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパーの側面図である。 図７に示す境界梁型粘弾性ダンパーの上面図である。 図８に示すＣ−Ｃ線断面図である。 図８に示すＤ−Ｄ線断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパーについて、図１乃至図６に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、本第１の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパー１は、ＲＣ造の建物において、柱２、２（支持部材）同士に挟まれたスパンの短い境界梁として組み込まれている制振ダンパーである。
なお、本実施の形態において、境界梁型粘弾性ダンパー１の長手方向で両柱２、２側を外側とし、中心側を内側として以下説明する。
ここで、境界梁型粘弾性ダンパー１が架け渡される柱２は、鉄筋コンクリートからなり、内部の主筋２ａ（図３参照）が後述する溝形鋼３を柱２に固定するためのアンカーボルト６に当らない所定間隔をもって配置されている。

図１〜図４に示すように、境界梁型粘弾性ダンパー１は、長手方向に所定長だけオーバーラップさせた一対の溝形鋼３（３Ａ、３Ｂ）と、これら溝形鋼３Ａ、３Ｂの重なり部３ａ同士の間に挟持された状態で配置される粘弾性体４と、各溝形鋼３の粘弾性体４が配置される減衰部Ｒを除いた部分を覆うとともに柱２に対して一体的に接合する鉄筋コンクリート５（５Ａ、５Ｂ）とを備えて概略構成されている。

図３および図４に示すように、溝形鋼３Ａ、３Ｂは、それぞれ柱２、２同士の間隔の半分の長さよりも長い寸法をなし、上下フランジ３ｄを上下方向に向けるとともに、ウェブ３ｃ、３ｃ同士を互いに対向させた状態で配置されている。各溝形鋼３の柱２側の基端部３ｂには、その端面に一対のボルト穴３１ａを形成させたリブプレート３１（図６参照）が設けられている。そして、溝形鋼３Ａ、３Ｂは、図６に示すように、リブプレート３１を柱２の側面に対して面一に配置し、そのリブプレート３１のボルト穴３１ａを使用してアンカーボルト６で柱２に固定されている。なお、減衰部Ｒにおける溝形鋼３Ａ、３Ｂ同士の離間、および溝形鋼３Ａ、３Ｂ同士の重なり部３ａの前記長手方向の長さ寸法は、粘弾性体４の性能に応じて設定することができる。

図５に示すように、粘弾性体４は、複層化されており、その面方向を上下方向（溝形鋼３のウェブ３ｃに対して平行な面方向）に向けて、一対の溝形鋼３Ａ、３Ｂの重なり部３ａ、３ａ同士の間に挟持された状態で配置されている。つまり、粘弾性体４は、地震等が生じた際に、せん断変形を起こしてエネルギー吸収することにより、境界梁型粘弾性ダンパー１としての減衰性能を確保する構成となっている。なお、粘弾性体４として、例えば合成ゴム系、アクリル樹脂系、ウレタン系などを採用することができる。

図２および図４に示すように、鉄筋コンクリート５は、主筋５１と、あばら筋５２と、コンクリート５３とからなり、柱２の端面から溝形鋼３Ａ、３Ｂ同士の重なり部３ａが形成される取り合い部（減衰部Ｒ）までの範囲で溝形鋼３Ａ、３Ｂを埋設するようにして覆い、溝形鋼３と柱２とを剛となるように接合している。鉄筋コンクリート５は、境界梁の長手方向の略中央で緩衝材７を介して分離されている。つまり、分離された一方の鉄筋コンクリート５Ａは一方の溝形鋼３Ａのみに一体的に結合され、同じく他方の鉄筋コンクリート５Ｂは他方の溝形鋼３Ｂのみに一体的に結合されている。

図４および図５に示すように、境界梁型粘弾性ダンパー１の両側方（図４、図５で左右方向）には第１スラブ８（８Ａ、８Ｂ）（本発明のスラブに相当）がそれぞれ形成されている。なお、図４および図５では、境界梁型粘弾性ダンパー１を挟んで左右に位置する第１スラブ８Ａ、８Ｂの高さが異なっており、各第１スラブ８Ａ、８Ｂ上には床版等（図では１点鎖線）が配置されるようになっている。

また、図１〜図３に示すように、鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂ同士の間には、鉄筋コンクリート造の第２スラブ９がそれぞれの鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂに一体的に設けられている。第２スラブ９は、鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂ同士の間の上部位置において架け渡すようにして配置され、第２スラブ９の上面が鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂの上面に面一となっている。第２スラブ９の下面９ａ側には鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂの端面５ａ、５ａ同士の間において空間Ｓが形成された状態となっており、その空間Ｓに減衰部Ｒが配置され、その減衰部Ｒの粘弾性体４が鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂに接触しないようになっている。

図２に示すように、鉄筋コンクリート５を構成する主筋５１は、溝形鋼３の上方および下方の位置で、境界梁型粘弾性ダンパー１の長手方向、すなわち溝形鋼３と平行に延びて配置されているが、その柱２側の端部５１ａが柱２の内部に埋設され、材軸方向で内側の端部５１ｂが鉄筋コンクリート５の端面５ａ寄りの位置となるように配設されている。

図４および図５に示すように、第１スラブ８Ａ、８Ｂと鉄筋コンクリート５との間には、柱２、２同士の間にわたって延在するスリットが設けられ、このスリットに帯状の第１緩衝材７１（７）が介装されている。この第１緩衝材７１は、第１スラブ８Ａ、８Ｂと鉄筋コンクリート５とを分断するためのものである。
また、図１、図２および図３に示すように、第２スラブ９、９同士の間で境界梁型粘弾性ダンパー１の長手方向に直交する方向に延在するスリットには、帯状の第２緩衝材７２（７）が介装されている。この第２緩衝材７２は、第２スラブ９を前記中央で分断するためのものである。

これら第１緩衝材７１および第２緩衝材７２は、例えば発泡ポリエチレン等が使用され、鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂから伝達される境界梁型粘弾性ダンパー１の変形を吸収して第１スラブ８および第２スラブ９の破損を防止するために緩衝する機能を有している。つまり、緩衝材７を設けることで、鉄筋コンクリート５とスラブ８、９とが分離され、地震発生時においてスラブ８、９にひび割れが生じることを防止することが可能となっている。そして、境界梁型粘弾性ダンパー１としては、第１スラブ８および第２スラブ９に拘束されることなく変形可能であることから、制振性能を確実に発揮することができる。

次に、境界梁型粘弾性ダンパー１の作用について、図面に基づいて説明する。
図１〜図５に示すように、柱同士に挟まれた短いスパンに境界梁型粘弾性ダンパー１を組み込む構造であるので、一対の溝形鋼３Ａ、３Ｂによって挟み込まれた粘弾性体４の作用により建物の初期挙動を大きく変動させることなく、減衰性能、エネルギー吸収能力を大きくすることができる。そのため、境界梁部分に鋼材系ダンパーを用いた場合に比べて、固有周期の短周期化や入力地震動の増大を防ぐことができ、設計用の層せん断力を低減することが可能となる。

また、本実施の形態のように支持部材がＲＣ造の柱２の場合において、各溝形鋼３Ａ、３Ｂが鉄筋コンクリート５Ａ、５Ｂを介して柱２に対して一体的に接合することが可能となる。つまり、境界梁型粘弾性ダンパー１をＲＣ造にしても、双方の溝形鋼３Ａ、３Ｂの重なり部３ａ、３ａ同士の間の粘弾性体４は鉄筋コンクリート５によって被覆されないので減衰部Ｒとして機能させることができる。

上述のように本第１の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパーでは、柱同士に挟まれた短いスパンに粘弾性系ダンパーを組み込むことで、建物の初期挙動を大きく変動させることなく、減衰性能、エネルギー吸収能力を確保することができる。そして、現状の鋼材系境界梁ダンパーと同様の施工条件により、柱同士に挟まれた短いスパンに組み込むことが可能となるので、建築計画上の自由度や汎用性にも優れ、低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図７乃至図１０に示すように、第２の実施の形態による境界梁型粘弾性ダンパー１０は、Ｓ造の建物において、鉄骨柱１２、１２（支持部材）同士に挟まれたスパンの短い境界梁として組み込んだ一例である。

具体的には、上述した第１の実施の形態では境界梁型粘弾性ダンパー１に鉄筋コンクリート５（図１、図２参照）を設けているが、第２の実施の形態のＳ造の建物ではその鉄筋コンクリートが省略された構造となっている。すなわち、境界梁型粘弾性ダンパー１０は、その長手方向に所定長だけオーバーラップさせた一対の溝形鋼１３（１３Ａ、１３Ｂ）と、これら溝形鋼１３Ａ、１３Ｂの重なり部１３ａ、１３ａ同士の間に挟持された粘弾性体１４とを備えて概略構成されている。そして、この重なり部１３ａ、１３ａ同士の位置が、本境界梁型粘弾性ダンパー１０の減衰部Ｒとなる。
なお、溝形鋼１３Ａ、１３Ｂ、粘弾性体１４の構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるので詳しい説明は省略する。

そして、本第２の実施の形態では、第３スラブ１５が境界梁型粘弾性ダンパー１０の上方位置に設けられている。なお、図８では、境界梁型粘弾性ダンパー１０を見易くするために第３スラブ１５が省略されている。

以上、本発明による境界梁型粘弾性ダンパーの第１および第２の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、溝形鋼３、１３の形状、大きさ、重なり部３ａ、１３ａにおけるダンパー長手方向のオーバーラップ長、粘弾性体４、１４の厚さ寸法などの構成は、境界梁型粘弾性ダンパー１、１０の配置する施工条件、例えば柱２、２間の寸法などに応じて適宜設定することができる。

また、境界梁型粘弾性ダンパーを架け渡す支持部材として、第１の実施の形態ではＲＣ造の柱２とし、第２の実施の形態ではＳ造の鉄骨柱１２としているが、これら柱材の間に境界梁型粘弾性ダンパーを組み込む構造であることに制限されることはなく、前記ダンパーを組み込む対象が耐震壁間あるいは耐震壁と柱間等であってもかまわない。
さらに、境界梁型粘弾性ダンパー１、１０とスラブとの取り合いについても、上述した実施の形態に限定されることはなく、適宜対応することが可能である。

１、１０ 境界梁型粘弾性ダンパー
２ 柱（支持部材）
３、３Ａ、３Ｂ、１３、１３Ａ、１３Ｂ 溝形鋼
３ａ、１３ａ 重なり部
４、１４ 粘弾性体
５、５Ａ、５Ｂ 鉄筋コンクリート
６ アンカーボルト
７ 緩衝材
８ 第１スラブ（スラブ）
９ 第２スラブ
１２ 鉄骨柱（支持部材）
１５ 第３スラブ
７１ 第１緩衝材
７２ 第２緩衝材

Claims (2)

1. 隣り合う支持部材間に架け渡される制振ダンパーを組み込むとともに、側方にスラブが形成されてなる短スパンの境界梁型粘弾性ダンパーであって、
   前記支持部材に対して直交するように配されるとともに、長手方向に所定長さだけオーバーラップしてなる重なり部を有する一対の溝形鋼と、
   これら溝形鋼の前記重なり部同士の間に配置される粘弾性体と、
   を備え、
   前記各溝形鋼は、鉄筋コンクリートによって覆われてなり、
   前記スラブと前記鉄筋コンクリートとの間には、前記支持部材同士の間にわたって延在するスリットが設けられ、該スリットに緩衝材が介装されていることを特徴とする境界梁型粘弾性ダンパー。
2. 前記各溝形鋼は、前記粘弾性体が配置される前記重なり部を除いて前記鉄筋コンクリートによって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の境界梁型粘弾性ダンパー。

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