JP5752512B2 - 制震構造、制震構造の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は制震構造およびその形成方法に関する。より詳しくは、制震ブレースを用いた制震構造およびその形成方法に関する。

地震等の振動に対して構造物の破壊を防ぐ方法の一つとして、耐力壁においてＸ字状に耐震用のブレース材を組み込むものがある。ブレース材は水平力を受けた時、一方が引張力を受け、もう一方が圧縮力を受ける。

特許文献１には、住宅等の耐力壁として、耐震用ブレース材をＸ字状に配置する際に、一方のブレース材を他方のブレース材の中央部に設けたターンバックルに通して軸心を同一として配置することが記載されている。

一方、オイルダンパー等の粘性型ダンパーなどの制震装置をブレース材に取り付けた制震ブレースを用いる方法もある。制震ブレースは制震装置とブレース材を直列に結合して構成され、引張りや圧縮の変形を受けたとき、それによる伸びや縮みのほとんどが制震装置本体部で生じる。制震ブレースを用いることにより、地震等による揺れを減衰させることができる。このような制震特性の向上を図り、住宅用の構造に制震ブレースを用いた例が、特許文献２に示されている。

特開２００９−１９７５５３号公報 特開２００６−２０７１４４号公報

特許文献１のように耐震ブレースをＸ字状に配置する場合、地震時等に、最初に座屈する圧縮側のブレース材はターンバックルに拘束されて面内で変形し座屈するが、他方のブレース材が引張側となり伸びて塑性変形した後に圧縮側となって座屈すると、この過程で構造物の軸組が元の位置に戻った際、ブレース材の部材長は塑性変形した分だけ長くなっているので、このブレース材が面外にはらみだす可能性がある。ブレース材のはらみだしは、構造物の損傷の原因となりうるので好ましくない。

一方、前述のような制震ブレースを構造物に効率的に設けることにより、構造物の制震特性を高めることができる。制震ブレースでは制震装置により振動を減衰させるので、座屈に伴うブレース材の面外へのはらみだし等も起こりにくくなる。
特に大規模な構造物では、構造躯体との取合いが難しく制震ブレースの設置場所が限られることが多いので、前述のＸ字状の耐震用ブレース材のように、軸心を同一平面状に配置する制震ブレースをＸ字状に設けると、１箇所により多くの制震ブレースを配置でき非常に効率的に構造物の耐震性能が高められる。

しかしながら、上記のような制震ブレースでは、制震装置は通常、ブレース材の端部にあり、制震ブレースの中央部（制震装置+ブレース材の全長の中央位置）は、制震装置本体の伸び縮みの変形によって元の中央位置から移動する。前記のように所定の面内に制震ブレースをＸ字状に設けることを考えた場合、圧縮側も引張側も中央部が移動するので、制震ブレースをＸ字状に設けるには、交差部にて制震ブレースの移動を許容する構成を採るか、制震ブレースの中央部が移動しない仕組みとしたうえで交差部を繋ぐことになる。

特許文献２の図６、７には、中央部を挟んで両側に粘弾性ダンパーを設けた制震ブレースをＸ字状に配置した構成が記載されている。この際、一方の制震ブレースの中央部に孔を設けて他方の制震ブレースを挿通して交差させ、この交差部で両制震ブレースをピンにて連結している。なお、この場合では、制震ブレースの両側の粘弾性ダンパーは均等に変形するものとし制震ブレースの中央部が移動しないようにすることが必要になる。

しかしながら、前述したように、特に大規模建物に制震ブレースを適用する場合ではその設置場所が限られてくるので、規格モジュールパターンの住宅用とは違って、制震装置の外形やブレース材の断面を大きくし制震ブレース１箇所あたりの制震性能向上効果を高めることが必要である。したがって、制震ブレースは大規模なものになり、制震ブレースをＸ字状に連結したものを一体として製作して建設場所まで輸送することは困難である。

一方、交差部にて両制震ブレースを連結せずに移動を許容する構成を採った場合、特許文献２のように、一方の制震ブレースに孔を設けて他方の制震ブレースを交差させる場合には、両制震ブレースの断面の大きさを異なるものとする必要がある。交差させる側の制震ブレースの断面を必要な強度を満たすものとする場合、孔を開ける側の制震ブレースの断面形状は、必要以上に大きくすることになり不経済であるという問題がある。
また制震ブレースをＸ字状に配置したものを製作する場合には、前記と同じく輸送の困難さの問題がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、施工が容易であるとともに、制震ブレースによる制震性能の効率を最大限に発揮できる制震構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、制震装置をブレース材の端部に設けた一対の制震ブレースがＸ字状に交差して配置され、一方の制震ブレースのブレース材は、第１ブレース材と第２ブレース材の間に側面に開口部を有する貫通箱を設けた構成を有し、他方の制震ブレースが、前記貫通箱の開口部を、前記貫通箱に固定されずに貫通しており、前記貫通箱は、取り外し可能な蓋を有することを特徴とする制震構造である。

また、前記貫通箱の開口部が、前記一方の制震ブレースの制震装置の伸縮により前記他方の制震ブレースが前記貫通箱に接触しないように定められることが望ましい。

第２の発明は、制震装置をブレース材の端部に設けた一対の制震ブレースがＸ字状に交差して配置された制震構造の形成方法であって、一方の制震ブレースのブレース材は、第１ブレース材と第２ブレース材の間に側面に開口部を有する貫通箱を設けた構成を有し、前記一方の制震ブレースの前記貫通箱に設けられた蓋を取り外して、他方の制震ブレースを、前記貫通箱に固定せずに貫通させて配置した後、前記蓋を前記貫通箱に取り付けることを特徴とする制震構造の形成方法である。

第２の発明の制震構造の施工方法では、前記貫通箱の開口部が、前記一方の制震ブレースの制震装置の伸縮により前記他方の制震ブレースが前記貫通箱に接触しないように定められることが望ましい。

本発明により、ブレース材に孔を設けたりすることなく、同程度の大きさで同程度の性能を有する制震ブレースを軸心を同一平面上としてＸ字状に配置し、互いの中間部が拘束されずに自由に移動できるようになるので、制震ブレースによる制震性能の効率を最大限に発揮させることが容易となり、ブレース材の面外へのはらみだしも避けることができる。また、貫通箱の開口部を、一方の制震ブレースの制震装置の伸縮により他方の制震ブレースが貫通箱に接触しないように定めることで、制震装置の伸縮時に制震ブレースが貫通箱に接触して意図しない力が加えられることがない。

また、それぞれの制震ブレースは、１本ものとして工場で製作でき、建設現場に運搬した後、現場で交差させるように取り付けできるので、運搬、施工が容易である。さらに、貫通箱に取り外し可能な蓋を設けた場合には、現場での接合箇所も少なく施工はより容易になり、竣工後の保守点検や交換も行いやすくなる。

本発明により、施工が容易であるとともに、制震ブレースによる制震性能の効率を最大限に発揮できる制震構造等を提供することができる。

制震構造１を示す図 貫通箱２０について示す図 制震構造１の形成方法を示す図 制震構造１の形成方法の別の例を示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
まず、図１〜３を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態の制震構造１は、オイルダンパー１１をブレース材１３に組み込んだ一対の制震ブレース１０（１０−１、１０−２）を、Ｘ字状に交差させ構造物１００に取り付けたものである。
制震ブレース１０は、取付部１５、オイルダンパー１１本体、ブレース材１３、取付部１５の順に直列に連結して構成される。

取付部１５は、制震ブレース１０を構造物１００に取り付けるためのもので、制震ブレース１０の両端の取付部１５を、構造物１００に取り付けたプレート３０にそれぞれボルト接合等することにより、制震ブレース１０が構造物１００に取り付けられる。なお、制震ブレース１０は、ピン接合により構造物１００に取り付けられる。

オイルダンパー１１は、制震ブレース１０の端部に取り付けて制震装置として用いられ、最大荷重を制限するリリーフ弁を有するものである。なお、制震装置としては、オイルダンパー１１に限ることはなく、その他の粘性型のダンパーなどに代えてよい。

ブレース材１３は円形や矩形等の断面を有する鋼製の筒体である。ブレース材１３は、オイルダンパー１１の最大荷重以上の力を受けることがないので、この最大荷重時にも塑性化や座屈が起きない弾性限以下で挙動するような構造および材料を選定することができる。

そして、本実施形態では、制震ブレース１０をＸ字状に構造物に取り付けるため、一方の制震ブレース１０−１のブレース材１３−１を、第１ブレース材１３−１ａと第２ブレース材１３−１ｂとで構成し、これらを直列に結合する蓋付の貫通箱２０を設ける。このようにして制震ブレース１０−１の中間部に貫通箱２０を設け、該貫通箱２０に他方の制震ブレース１０−２のブレース材１３−２を貫通させて交差させる。
貫通箱２０もオイルダンパー１１の最大荷重以上の力を受けることがないので、この最大荷重時にも局部的な塑性化や局部座屈が起きない弾性限以下で挙動し、制震ブレース１０−１としての全体的座屈も生じさせないような構造および材料を選定することができる。従って、構造性能における問題は生じない。

図２はこの貫通箱２０を示す図であり、図２（ａ）は貫通箱２０を側方から見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ａ−Ａによる断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の線Ｂ−Ｂによる断面図である。

図に示すように、貫通箱２０は、底板２１、軸方向側板２３（２３ａ、２３ｂ）、交差方向側板２５（２５−ａ１、２５−ｂ１、２５−ａ２、２５−ｂ２）、および蓋２７等により構成される箱状の部材である。

底板２１には、軸方向側板２３ａ、２３ｂと交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１、２５−ａ２、２５−ｂ２が、底板２１の垂直方向に取り付けられる。

軸方向側板２３ａ、２３ｂは、底板２１の制震ブレース１０−１の軸方向（図２（ａ）の横方向）の両側辺に取り付けられる板状部材であり、それぞれ、第１ブレース材１３−１ａ、第２ブレース材１３−１ｂと接合される。

交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１、２５−ａ２、２５−ｂ２は、制震ブレース１０−１に対し他方の制震ブレース１０−２が交差する方向（交差方向、図２（ａ）の縦方向）の底板２１の両側辺に取り付けられるコ字状の板状部材である。

図２（ｂ）に示すように、交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１は、底板２１の交差方向の一方の側辺の両端部にそれぞれ取り付けられる。
交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１は、コ字の底辺部を底板２１に取り付けると共に、交差方向側板２５−ａ１については縦辺部を軸方向側板２３ａに取り付け、交差方向側板２５−ｂ１については縦辺部を軸方向側板２３ｂに取り付けることにより、一対の交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１のコ字の凹み部分が対向するように配置する。
底板２１の交差方向の他方の側辺の両端部にも、同様にして一対の交差方向側板２５−ａ２、２５−ｂ２を取り付ける。

また、交差方向に隣り合う交差方向側板２５−ａ１、２５−ａ２、および軸方向側板２３ａには、底板２１と平行する受け板２８ａが設けられる。同様に、交差方向側板２５−ｂ１、２５−ｂ２、および軸方向側板２３ｂにも受け板２８ｂが設けられる。

受け板２８ａ、２８ｂには、受け板２８ａ、２８ｂを架け渡すように蓋２７が取り付けられる。受け板２８ａ、２８ｂと、蓋２７とは、ボルト２９等を用いて緊結して固定する。ボルト２９等を取り外して緊結を解除すれば、蓋２７を取り外すことができる。

制震ブレース１０−２のブレース材１３−２は、交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１（２５−ａ２、２５−ｂ２）の間に形成された開口部２６を通って、貫通箱２０を貫通するように配置される。このとき、制震ブレース１０−２のブレース材１３−２は、貫通箱２０に固定されないものとしておく。
なお、交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１の形状および取付位置は、制震ブレース１０−１のオイルダンパー１１が伸縮した際に、交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１が、開口部２６を貫通するブレース材１３−２に接触しないように定める。この限りにおいて、交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１の形状および位置は、上記したものに限ることはない。交差方向側板２５−ａ２、２５−ｂ２についても同様である。

これにより、制震ブレース１０−１、制震ブレース１０−２は、その軸心を同一平面状に配置してＸ字状に構成される。その上、制震ブレース１０−１、制震ブレース１０−２は互いに固定されることはないので、オイルダンパー１１が伸縮しても互いの中間部は拘束されずに自由に移動できる。

次に、図３を用いて、制震構造１の形成方法について説明する。

まず、図１等で説明した制震ブレース１０−１、１０−２をそれぞれ工場にて製作し、別体として建設現場まで搬送する。

次に、図３（ａ）に示すように、制震ブレース１０−１の蓋２７を取り外して、貫通箱２０の交差方向側板２５−ａ１、２５−ｂ１（２５−ａ２、２５−ｂ２）の間に制震ブレース１０−２のブレース材１３−２を配置しつつ、制震ブレース１０−１、１０−２を構造体１００に取り付ける。

その後、貫通箱２０の蓋２７を取り付け、図３（ｂ）に示すように制震ブレース１０−２が制震ブレース１０−１の貫通箱２０の開口部２６を貫通した状態とする。
なお、蓋２７を取り付ける際は、受け板２８ａ、２８ｂに設けられた孔２８１と、蓋２７に設けられた孔２７１の位置を合わせてボルト２９等を用いて緊結する。

以上のようにして、制震ブレース１０−１、１０−２による制震構造１を形成し構造体１００に取り付けることができる。
なお、貫通箱２０の蓋２７は、このようなものに限らず、運搬時等、制震ブレース１０の構造体１００への取り付けまでは取扱いの簡単な仮設のもので仮止めしておき、制震ブレース１０の構造体１００への取り付け後に上記のような蓋２７を貫通箱２０に固定してもよい。また、蓋２７はボルト２９等で貫通箱２０に取り外し可能に取り付けるので、現場での接合箇所も少なく施工が容易であり、竣工後の保守点検や交換も行いやすくなるが、加えて、施工性のさらなる向上のために蓋２７を丁番あるいはスライドで開閉可能にしてもよい。

以上説明した本実施形態の制震構造１により、ブレース材の断面が同程度の大きさで同程度の性能を有する制震ブレース１０を、軸心を同一平面上としてＸ字状に配置し、互いの中間部が拘束されずに自由に移動できるようになるので、制震ブレース１０による制震性能の効率を最大限に発揮させることが容易になり、ブレース材の面外へのはらみだしも避けることができる。また、貫通箱２０の開口部２６を、一方の制震ブレース１０−１のオイルダンパー１１の伸縮により他方の制震ブレース１０−２のブレース材１３−２が貫通箱２０に接触しないように定めるので、オイルダンパー１１の伸縮時に制震ブレース１０−２に意図しない力が加えられることがない。
また、それぞれの制震ブレース１０は、１本ものとして工場で製作でき、別体として建設現場に運搬した後、現場で交差させるように取り付けできるので、運搬、施工が容易である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図４を用いて説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態では、貫通箱２０の蓋２７を取り外して制震ブレース１０−２を貫通箱２０に配置することで、制震ブレース１０−１と制震ブレース１０−２を交差させたのに対し、第２の実施形態では、制震ブレース１０−２に予め挿通した貫通箱２０に、制震ブレース１０−１を構成する第１ブレース材１３−１ａと第２ブレース材１３−１ｂを直列に取り付けて、制震ブレース１０−１と制震ブレース１０−２とが交差した状態とする点である。

即ち、図４（ａ）に示すように、制震ブレース１０−２については、貫通箱２０を挿通した状態で製作し、貫通箱２０を制震ブレース１０−２に仮固定しつつ建設現場まで搬送する。
なお、本実施形態では蓋２７は貫通箱２０に固定され、取り外し等を行う必要がないので、第１の実施形態のような蓋２７の孔２７１、あるいは貫通箱２０の受け板２８ａ、２８ｂは省略できる。

一方、制震ブレース１０−１については、一端にオイルダンパー１１および取付部１５（図１を参照）を設け、他端に接合用のフランジ１８ａを取り付けた第１ブレース材１３−１ａと、一端に取付部１５（図１を参照）を設け、他端に接合用のフランジ１８ｂを取り付けた第２ブレース材１３−１ｂとを別々に製作し、これらを建設現場まで搬送する。

そして、制震ブレース１０−２を構造体１００に取り付けるとともに、上記の第１、第２ブレース材１３−１ａ、１３−１ｂの両端を、図１に示すように構造体１００と貫通箱２０に取り付けて固定する。図４（ｂ）は第１、第２ブレース材１３−１ａ、１３−１ｂを貫通箱２０に取り付けた状態を示すものである。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、第１ブレース材１３−１ａ（第２ブレース材１３−１ｂ）は、端部のフランジ１８ａ（１８ｂ）を貫通箱２０の軸方向側板２３ａ（２３ｂ）に取り付ける。フランジ１８ａ（１８ｂ）および貫通箱２０の軸方向側板２３ａ（２３ｂ）には、このための孔１８１、２３１がそれぞれ設けられており、取り付け時には、この孔１８１、２３１の位置を合わせてボルト１９等を用いて緊結して固定する。
本実施形態では、以上のようにして制震ブレース１０−１、１０−２による制震構造１が形成されて構造体１００に取り付けられ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る制震構造等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記の実施形態では既存の構造物１００に制震ブレース１０を取り付け制震構造１を形成する例を示したが、制震構造１は新規に構築する構造物に組み込まれるものであってもよい。

１………制震構造
１０（１０−１、１０−２）………制震ブレース
１１………オイルダンパー
１３（１３−１、１３−２）………ブレース材
１３−１ａ………第１ブレース材
１３−１ｂ………第２ブレース材
１５………取付部
２０………貫通箱
２６………開口部
１００………構造体

Claims (4)

1. 制震装置をブレース材の端部に設けた一対の制震ブレースがＸ字状に交差して配置され、
   一方の制震ブレースのブレース材は、第１ブレース材と第２ブレース材の間に側面に開口部を有する貫通箱を設けた構成を有し、
   他方の制震ブレースが、前記貫通箱の開口部を、前記貫通箱に固定されずに貫通しており、
   前記貫通箱は、取り外し可能な蓋を有することを特徴とする制震構造。
2. 前記貫通箱の開口部が、前記一方の制震ブレースの制震装置の伸縮により前記他方の制震ブレースが前記貫通箱に接触しないように定められることを特徴とする請求項１に記載の制震構造。
3. 制震装置をブレース材の端部に設けた一対の制震ブレースがＸ字状に交差して配置された制震構造の形成方法であって、
   一方の制震ブレースのブレース材は、第１ブレース材と第２ブレース材の間に側面に開口部を有する貫通箱を設けた構成を有し、
   前記一方の制震ブレースの前記貫通箱に設けられた蓋を取り外して、他方の制震ブレースを、前記貫通箱に固定せずに貫通させて配置した後、前記蓋を前記貫通箱に取り付けることを特徴とする制震構造の形成方法。
4. 前記貫通箱の開口部が、前記一方の制震ブレースの制震装置の伸縮により前記他方の制震ブレースが前記貫通箱に接触しないように定められることを特徴とする請求項３に記載の制震構造の形成方法。

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