JP6096134B2 - ダンパー - Google Patents

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この発明は、鉄骨系等の住宅やその他の建物の耐力壁等に組み込まれて、地震などにより加わるエネルギーを吸収するダンパーに関する。
図16は、住宅用耐力壁に組み込まれるダンパーの従来例を示す。図16(A),(B)に示す従来例では、ダンパーとしてH形鋼30を用い、これをそのウェブ部30aが耐力壁の壁面と垂直になるように耐力壁内に配置してX型ブレース34やK型ブレース35に接合し、前記ウェブ部30aで変形能力を確保している。図16(C)に示す従来例では、ダンパーとして鋼板のパネル31を用い、これを耐力壁の壁面と平行になるように耐力壁内に配置してK型ブレース35に接合し、前記パネル31にスリット31aを形成することで変形能力を確保している。図16(D)に示す従来例では、ダンパーとして極低降伏点鋼板32を用い、これを耐力壁の壁面と平行になるように耐力壁内に配置してX型ブレース34Aに接合し、極低降伏点鋼板32の伸び能力で曲げ変形能力を確保している。
この他、図17(A)に示すようなせん断ダンパー33を梁36およびブレース37に接合したものや、図17(B)のようにせん断ダンパー33を間柱38に接合した間柱型耐力壁も提案されている。
特開2009−108668号公報 特開2010−121348号公報 特許4580458号公報
エネルギー吸収要素として鋼材ダンパーを用いる場合、曲げ変形では変形能力は優れるが、耐力が低く、鋼材量が多くなる。一方、せん断変形では高耐力が期待できるが、変形能力が乏しい。
繰り返し作用する地震エネルギーを安定して吸収するには、耐力と変形能力のバランスが必要となる。
そのため、図16(C)のように、ダンパーにスリットなどの加工を施し、あるいは図16(D)の例のように、鋼材として低降伏点鋼のような、高い伸び能力のあるものを用いるなどの必要がある。
しかし、スリットなどの加工を施す場合、加工の工程が増え、製造コストが高くなる。低降伏点鋼のような特殊な鋼材を用いる場合、材料コストが高くなる。
せん断と曲げとの両方の耐力を利用し、ダンパーの変形にせん断成分に加えて曲げ成分を加えることで、繰り返し作用する地震に対して安定したエネルギー吸収能力が得られると考えられる。
前記従来の各例は、いずれも、耐力要素となるウェブ部分で曲げおよびせん断の変形に十分に追従することができなかった。
この発明の目的は、通常の鋼材を使用し、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収と大きな変形能力が得られるダンパーを提供することである。
この発明のダンパーは、建物に取り付けられるダンパーであって、
互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記ウェブ部は前記一対の垂直板部に溶接され、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成す。
このダンパーは、地震により前記建物の壁面に沿う水平方向の繰り返し荷重を受けたときに、せん断変形に曲げ変形成分が加わった変形を生じてエネルギー吸収を行うものであっても良い。
この構成によると、ウェブ部が壁面に対して出入り方向に傾斜を有するため、地震などにより建物の壁面に沿う水平方向の繰り返し荷重を受けたときに、せん断変形に、曲げ変形成分が加わり、安定したエネルギー吸収と、大きな変形能力とが得られる。具体的には、前記建物の躯体である前記上側部分および下側部分にそれぞれ接合された垂直板部から、溶接部分を介してウェブ部に力が伝わり、ウェブ部が変形して曲げおよびせん断変形して地震によるエネルギーを吸収する。
この大きな変形能力が、材料として低降伏点鋼を用いたり、ウェブ部にスリットなどの加工を施すことなく得られる。
なお、低降伏点鋼を用い、あるいはウェブ部にスリットを設けた場合は、より大きな変形能力が得られる。また、ダンパーのせん断耐力・剛性は、前記ウェブ部の傾斜角度、板厚、幅寸法を調整することで容易に調整することができる。より大きな変形能力が求められる場合には、例えば、前記ウェブ部の壁面に対する傾斜角度を30度等に設定することで、より一層大きな変形能力を確保することができる。
記一対の垂直板部は、水平でかつ前記壁面に対して垂直に配置され、前記ウェブ部が前記壁面に対して傾斜を成す。前記一対の垂直板部は、必ずしも水平でなくても良いが、ウェブ部を傾斜させ、このダンパーの耐力壁等への取付部分である一対の垂直板部を水平とすることで、このダンパーを耐力壁等へ取付けるための構成が特殊な構成とならず、簡素な構成で済み、取付作業性も優れたものとなる。
記ウェブ部、長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なるように断面山形とされる。この構成の場合、ウェブ部が折り返し部等を介して複数面の部分で構成されるので、その複数面の部分を合わせた1枚の平板状のウェブ部とする場合に比べて狭く構成できて、ダンパーが耐力壁の厚み範囲内に納まり易い。また座屈面の長さを短くできて、座屈耐力も向上する。
このウェブ部は、前記一対の平行板部と前記ウェブ部とでΣ字形を成す形状とされていても良い。
この発明は、上記構成において、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れている構成とされる。または、前記平行板部が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向の長さよりも長い構成とされる。
この発明のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、1枚の平板状の鋼材からなる構成としても良い。この場合は、ダンパーが前記一対の平行板部を含むZ字状等の簡素な形状となる。
この発明のダンパーは、互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記ウェブ部は前記一対の垂直板部に溶接され、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なるように断面山形とされ、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れているか、または前記平行板部が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向の長さよりも長い構成とされるため、通常の鋼材を使用し、かつスリットなどの加工を施すことなく、安定したエネルギー吸収と大きな変形能力が得られる。
(A)はこの発明の一実施形態に係るダンパーの正面図、(B)は同破断側面図、(C)は同斜視図である。 (A)は同ダンパーを組み込んだ耐力壁の一例の正面図、(B)は他の例の正面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 提案例に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 他の提案例に係るダンパーの側面図である。 同ダンパーの耐力試験結果を示すグラフである。 さらに他の提案例に係るダンパーの側面図である。 (A)はさらに他の提案例に係るダンパーの側面図、(B)は同ダンパーの変形例の側面図である。 さらに他の提案例に係るダンパーの側面図である。 さらに他の提案例に係るダンパーの側面図である。 (A)はさらに他の提案例に係るダンパーの側面図、(B)は従来例との違いの説明図である。 提案例のダンパーと従来例との効果の違いの説明図である。 従来例の説明図である。 他の従来例の説明図である。
この発明の一実施形態を図1ないし図3と共に説明する。このダンパー1は、図2のように建物の耐力壁20に組み込まれて、地震などにより加わるエネルギーを吸収するダンパーであって、互いに上下に位置して平行に配置される一対の平行板部2,2と、これら平行板部2を連結するエネルギー吸収用の板状のウェブ部3と、前記一対の平行板部2,2の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部4,4とでなる。前記一対の平行板部2,2および垂直板部4,4は帯鋼等の平板状の鋼板からなり、ウェブ部3は後述の鋼材からなる。平行板部2,2とウェブ部3とは、ウェブ部3の端縁の略全長に渡り、溶接により接合され、かつ平行板部2,2と垂直板部4,4とは、平行板部2の奥行き方向の全長に渡り、溶接により接合されている。ウェブ部3と両側の垂直板部4,4とは、ウェブ部3の側縁の全長に渡り溶接により接合されている。これらの各溶接は、例えば隅肉溶接とされる。
一対の垂直板部4,4は、震動により耐力壁20の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合される。例えば、図2(A)に示す鉄骨フレーム構造の耐力壁20では、その柱21と上側梁22との接合部である上側隅部に一端が接合されたブレース24の他端に図の左側の垂直板部4が接合され、右側の垂直板部4は柱21に接合される。
また、図2(B)に示す鉄骨フレーム構造の間柱型耐力壁20では、その間柱25を上側柱部25aと下側柱部25bに分断して、この間にダンパー1が設置される。ダンパー1は、この例では、図2(A)との例とは90°異なる姿勢とされ、垂直板部4,4が互いに上下に位置して水平となるように配置される。上側柱部25aの下端に上位置の垂直板部4が接合され、下側柱部25bの上端に下位置の垂直板部4が接合される。一対の平行板部2,2は、ここでは、耐力壁20の壁面に対して垂直に配置される。
なお、図2(A),(B)の耐力壁20は、例えば戸建て住宅の耐力壁であって、鉄骨のフレームからなる。
ダンパー1のウェブ部3は、その表面が耐力壁20の壁面に対して出入り方向の傾斜を成すように配置される。すなわち、図1(B)において、紙面の上下が耐力壁20の上下に対応し、紙面の幅方向が耐力壁20の厚み方向(前記出入り方向)に対応し、耐力壁20の壁面は紙面に対して垂直である。ここでは、ウェブ部3の長手方向の一部が耐力壁20の壁面に対して所定角度の傾斜を成し、ウェブ部3の長手方向の他部が前記壁面に対して前記傾斜角度と異なる角度の傾斜を成すように断面山形とされている。ウェブ部3を断面山形とするため、この実施形態では、2枚の帯鋼等の平板状の鋼板13A,13Bを互いに隅肉溶接等の溶接により接合してウェブ部3が構成される。これにより、ダンパー1の全体の断面はΣ字形とされる。すなわち、ウェブ部3の上側部分となる鋼板13Aは壁面に対して下向きに傾斜し、ウェブ部3の下側部分となる鋼板13Bは壁面に対して上向きに傾斜した姿勢となる。
作用、効果を説明する。ブレース24と柱21、または上側柱部25aと下側柱部25bに接合された垂直板部4は、ウェブ部3との溶接部分を介してウェブ部3の鋼板13A、13Bに荷重を伝達し、ウェブ部3が変形して曲げおよびせん断変形して地震によるエネルギーを吸収する。図15(C),(D)に正面図および側面図で示すように、前記せん断パネルダンパー41のウェブ部43をせん断軸に対して回転させる、つまり壁面の出入り方向に傾斜させた場合、剛性はウェブ部43の傾斜が大きくなるほど低くなるが、変形能力は高くなると考えられる。
上記実施形態のダンパー1によると、そのウェブ部3が、耐力壁20の壁面に対して出入り方向の傾斜を成しているので、高い変形能力が得られる。そのため、材料として低降伏点鋼を用いたり、ウェブ部3にスリットなどの加工を施すことなく、地震などにより耐力壁20の壁面に沿う水平方向の荷重を受けたとき、十分な変形能力を確保することができる。図3には、このダンパー1の耐力試験結果をグラフで示している。
このダンパー1のせん断耐力・剛性は、前記ウェブ部3の傾斜角度、板厚、幅寸法を調整することで容易に調整することができる。また、この実施形態では、ウェブ部3を山形断面形状としてその表面を複数面で構成しているので、ウェブ部3を、2枚の鋼板13A,13Bが並ぶ広さの1枚の平板状とした場合に比べて耐力壁20の壁厚方向の厚さが薄くなり、ダンパー1が耐力壁20の厚み範囲内に納まり易い。また、座屈面の長さを短くできるので、座屈耐力も向上する。
なお、大きな変形性能が求められる場合には、前記ウェブ部3の表面の壁面に対する傾斜角度を例えば30度等に設定することで、より大きな変形性能を確保することができる。必要であれば、前記ウェブ部3に孔やスリットなどによる断面欠損分を設けて、せん断耐力・剛性を調整しても良く、ウェブ部3の材料として低降伏点鋼あるいは極低降伏点鋼を用いてさらに変形能力を大きくしても良い。
図4は、提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、1枚の平板状の鋼板を断面Σ字形に曲げ加工して前記一対の平行板部2,2と断面山形のウェブ部3とを一体に形成している。一対の平行板部2,2とウェブ部3とが続く部分は、2段に折り曲げている。ウェブ部3の両側の側縁が略全長に渡って隅肉溶接により垂直板部4に溶接されていることは、前記実施形態と同様であり、また以下に示す各実施形態においても同様である。この実施形態の場合、曲げ加工だけで済み、溶接が不要であるため、生産性に優れ、安価に製造できる。その他の構成および作用効果は図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。図5には、このダンパー1の耐力試験結果をグラフで示している。
図6は、この発明のさらに他の実施形態に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が1つの山形鋼13Cからなり、これによりダンパー1全体の断面をΣ字形としている。この実施形態の場合、ウェブ部3に山形鋼13Cを用いるため、2枚の鋼板を溶接する場合に比べて生産性に優れる。その他の構成および作用効果は図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。図7には、このダンパー1の耐力試験結果をグラフで示している。
図8は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が2つの山形鋼13D,13Eを互いに溶接等の接合してなる断面波形のものとされている。このように波形とすると、ウェブ部3の傾斜板部の傾斜角度を大きくしながら、全体厚さをより薄くできる。図9には、このダンパー1の耐力試験結果をグラフで示している。
図10は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が1枚の平板状の鋼板からなる。その他の構成および作用効果は図1〜図3に示した実施形態の場合と略同様である。
図11は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が、前記一対の平行板部2,2の間にこれら平行板部2と平行に配置された中間板部13Fと、この中間板部13Fと前記一対の平行板部2,2との間にこれら平行板部2に対して傾斜姿勢で配置されて前記中間板部13Fと前記一対の平行板部2,2とを連結する2枚の傾斜板部13G.13Hとでなる。この場合、各傾斜板部13G,13Hが壁面に対して傾斜を成す。図11(A)の構成例では、両傾斜板部13G,13Hが同じ方向で角度に傾斜しており、図11(B)の構成例では、両傾斜板部13G,13Hが互いに逆向きで同じ傾斜角度(絶対角が同じ)で傾斜している。その他の構成および作用効果は図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図12は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が1枚の波板鋼板からなる。この構成の場合、ウェブ部3が1枚でありながら、同じ鋼材量で全体厚さをより薄くできる。
図13は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1では、図1〜図3に示す実施形態において、前記ウェブ部3が、断面L形に曲げ加工した2枚の板材13I,13Jを互いに溶接等で接合してなる断面山形のものである。その他の構成および作用効果は図1〜図3に示した実施形態の場合と同様である。
図14(A)は、さらに他の提案例に係るダンパーの側面図を示す。このダンパー1は、同図のようにH形鋼をそのウェブ部が壁面に対して傾斜を成すように配置したものであり、H形鋼の上下のフランジ部がダンパー1の一対の平行板部2,2とされ、H形鋼のウェブ部がダンパー1のウェブ部3とされる。この場合、上下一対の平行板部2,2は壁面に対して垂直とはならず、共に傾斜を成す。
同じH形鋼であっても、図14(B)のようにそのウェブ部が壁面と平行になるように配置した場合、図15を参照して説明したように変形能力は小さくなるが、この実施形態のようにウェブ部を壁面に対して傾斜させることで変形性能を大きくすることができる。すなわち、この実施形態の場合も、図1〜図3に示した実施形態の場合と略同様の作用効果を得ることができる。
なお、以上の各実施形態では、ダンパー1を耐力壁に組み込む場合について説明したが、参考例として上記実施形態のダンパー1を連結制振材や間柱制振等の制振ダンパーとして利用することもできる。
1…ダンパー
2…平行板部
3…ウェブ部
4…垂直板部
13A,13B…鋼板
13C,13D,13E…山形鋼
13F…中間板部
13G,13H…傾斜板部
13I,13J…板材
20…耐力壁

Claims (5)

  1. 建物に取り付けられるダンパーであって、
    互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記ウェブ部は前記一対の垂直板部に溶接され、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なる断面山形とされ、前記平行板部における前記ウェブ部の縁が連結される位置が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向に前記平行板部の縁から離れていることを特徴とするダンパー。
  2. 建物に取り付けられるダンパーであって、
    互いに平行に配置される一対の平行板部と、これら一対の平行板部を連結したエネルギー吸収用の板状のウェブ部と、前記一対の平行板部の両端間にそれぞれ接続した一対の垂直板部とでなり、前記ウェブ部は前記一対の垂直板部に溶接され、前記一対の垂直板部が、震動により前記建物の壁面に沿う水平な互いに逆方向に変位する上側部分と下側部分とにそれぞれ接合され、前記ウェブ部が、前記壁面および前記平行板部に対して傾斜を成して長手方向の一部と他部とで傾斜方向が異なるように断面山形とされ、前記平行板部が、前記ウェブ部が成す前記山形の高さ方向の長さよりも長いことを特徴とするダンパー。
  3. 請求項1または請求項2に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、対向して配置される前記一対の平行板部と、前記ウェブ部とでΣ字形を成すダンパー。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のダンパーにおいて、前記一対の垂直板部は、水平でかつ前記壁面に対して垂直に配置され、前記ウェブ部が前記壁面に対して傾斜を成すダンパー。
  5. 請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載のダンパーにおいて、前記ウェブ部が、1枚の平板状の鋼材からなるダンパー。
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