JP6297356B2 - 建物の制震構造 - Google Patents

Description

本発明は、粘弾性ダンパーを用いた建物の制震構造に関する。

建物の制震構造は、軸組内に、軸組のフレーム面と平行な一対のプレートをブレース等を介して配置し、そのプレートの間に粘弾性体を接着してなるものが知られている。すなわち、軸組の変形に伴うプレートの相対変位により、粘弾性体をせん断変形させて振動減衰を図るものであるが、このような粘弾性ダンパーにおいては、特許文献１，２に開示のように、プレート同士をボルト及びナットで連結してプレートの間隔が開くのを防止すると共に、プレート間でボルトにスペーサを外装して、プレートの間隔が狭まるのを防止するようにしている。

特開２００３−４９５５６号公報 特開２００９−２５６９５７号公報

上記のようにボルトナット及びスペーサを用いた従来の粘弾性ダンパーにおいては、ナットを締め過ぎるとスペーサによってプレートの動きが拘束され、スムーズな変位ができないおそれがある。

そこで、本発明は、スペーサを用いてもプレートを拘束することがなく、せん断方向へスムーズに相対変位させることができ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に記載の発明は、軸組内に、当該軸組のフレーム面と平行な一対のプレートと、そのプレート間に接着される粘弾性体とからなる粘弾性ダンパーを設けて、加振時の軸組の変形に伴い、一対のプレートを相反方向へ相対移動させ、粘弾性体をせん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、一対のプレートにボルトを直交状に貫通させ、ボルトの先端にナットを螺合させて、一対のプレートの少なくとも一方におけるボルトの貫通部分を、粘弾性体のせん断変形方向に沿った長孔とする一方、ボルトに、一対のプレート間に位置するスペーサを外装して、スペーサと一対のプレートの少なくとも一方との間に、粘弾性体の未変形状態でスペーサと当該プレートとを非接触とする隙間を設定して、ボルトを、一対のプレートの相対移動方向と直交するプレートの面方向で粘弾性体を挟んで対向配置される少なくとも２本としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、隙間は、スペーサにプレートの厚みよりも大きい長さで突設される凸部を、プレートを貫通してボルト及びナットの少なくとも一方側に当接させることで設定されることを特徴とするものである。
なお、「ボルト及びナットの少なくとも一方側に当接」とは、ボルト及びナットに直接当接させる場合は勿論、ワッシャーを介して間接的に当接させる場合も含む趣旨である。
請求項３に記載の発明は、請求項１の構成において、ボルト頭部とプレートとの間及びナットとプレートとの間の少なくとも一方にワッシャーを介装し、隙間は、ワッシャーにプレートの厚みよりも大きい長さで突設される凸部を、プレートを貫通してスペーサに当接させることで設定されることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２の構成において、ボルト頭部とプレートとの間及びナットとプレートとの間の少なくとも一方にワッシャーを介装し、凸部を、プレートとワッシャーとを合わせた厚みよりも大きい長さで突設してプレート及びワッシャーを貫通させることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、隙間の設定により、粘弾性ダンパーがせん断方向にスムーズに相対変位でき、好適な制震機能を発揮できる。
請求項２及び４に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、スペーサを利用した簡単な形状変更で隙間が容易に設定可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、ワッシャーを利用した簡単な形状変更で隙間が容易に設定可能となる。

ラック倉庫の水平構面の一部を示す説明図である。 粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は正面、（Ｃ）は側面をそれぞれ示す。 （Ａ）は図２のＡ部詳細図、（Ｂ）は図２のＢ部詳細図である。 スペーサを４つ配置した粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は正面、（Ｃ）は側面をそれぞれ示す。 凸部を上下に備えたスペーサを用いた粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は正面、（Ｃ）は側面をそれぞれ示す。 図５のＢ部詳細図である。 凸部を上下に備えたスペーサを４つ配置した粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は正面、（Ｃ）は側面をそれぞれ示す。 各フレーム面に粘弾性ダンパーを設けたラック倉庫の水平構面の一部を示す説明図である。 粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は側面をそれぞれ示す。 （Ａ）は図９のＡ部詳細図、（Ｂ）は図９のＢ部詳細図である。 スペーサを４つ配置した粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は側面をそれぞれ示す。 凸部を上下に備えたスペーサを用いた粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は側面をそれぞれ示す。 （Ａ）は図１２のＡ部詳細図、（Ｂ）は図１２のＢ部詳細図である。 凸部を上下に備えたスペーサを４つ配置した粘弾性ダンパーの説明図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）は側面をそれぞれ示す。 （Ａ）は下側のワッシャーに凸部を設けた変更例、（Ｂ）は上下のワッシャーに凸部を設けた変更例である。 （Ａ）はスペーサを分割して下側に凸部を設けた変更例、（Ｂ）はスペーサを分割して上下に凸部を設けた変更例である。 （Ａ）は下側の凸部をワッシャーに貫通させた図３の変更例、（Ｂ）は上下の凸部をワッシャーに貫通させた図６の変更例である。 （Ａ）はスペーサを分割して下側の凸部をワッシャーに貫通させた図１６（Ａ）の変更例、（Ｂ）はスペーサを分割して上下に設けた凸部をワッシャーに貫通させた図１６（Ｂ）の変更例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、建物の一例であるラック倉庫における水平構面の一部を示す説明図で、ラック倉庫１は、四方に位置する柱２，２・・間の短手方向を水平な梁材３，３・・で繋ぎ、長手方向をブラケット５．５・・を介して水平な桁材４，４・・で繋いだ軸組構造となっている。以後、このラック倉庫１においては、図１の左右を前後方向、上下を左右方向として説明する。

また、ラック倉庫１の中央には、梁材３，３と桁材４，４とで形成される左右のフレーム面に跨がって粘弾性ダンパー６が設けられている。この粘弾性ダンパー６は、図２にも示すように、中央の梁材３の上面にボルト止めされるフレーム面と平行な第１プレート７と、その第１プレート７の上方で所定間隔をおいて平行に配置される第２プレート８と、第１プレート７と第２プレート８との間に接着される粘弾性体９とを含んでなる。ここでの第１プレート７は、左右の幅が梁材３の幅よりも大きくなって梁材３の左右に張り出し、前後方向に伸びる細長板形状を有し、第２プレート８は、第１プレート７の左右幅よりも大きい辺を有する正方形状を有する。第１プレート７から左右に張り出す第２プレート８の両端には、連結板１０，１０がそれぞれボルト止めされて、その連結板１０と、梁材３と桁材４との仕口部に位置するブラケット５，５との間には、一対のブレース１１，１１がＶ字状に架設されている。

さらに、粘弾性体９の左右両側には、上方から第２プレート８及び第１プレート７を直交状に貫通するボルト１２が樹脂製のワッシャー１３を介して設けられ、第１プレート７を貫通したボルト１２の先端には、樹脂製のワッシャー１４を介してナット１５が螺合されている。また、第１プレート７と第２プレート８との間には、ボルト１２が貫通する樹脂製（例えばポリアセタール製）のスペーサ１６が設けられている。このスペーサ１６は、図３にも示すように、ボルト１２と同軸の平面視円形で、下面には、第１プレート７を貫通し第１プレート７の厚みよりも軸方向に長いリング状の凸部１７が同軸で突設されている。この凸部１７に下側のワッシャー１４が当接している。これにより、凸部１７を除くスペーサ１６の下面と第１プレート７との間と、第１プレート７とワッシャー１４との間には、隙間Ｓがそれぞれ生じるようになっている。そして、第１プレート７における凸部１７の貫通部分は、前後方向に伸びる長孔１８となっている。

以上の如く構成されたラック倉庫１においては、粘弾性体９を接着した第１プレート７と第２プレート８とをボルト１２及びナット１５で連結する際、第２プレート８を貫通させたボルト１２を両プレート７，８の間に配置したスペーサ１６に貫通させた後、第１プレート７に貫通させ、その先端にワッシャー１４を介してナット１５を螺合することになるが、このナット１５の締め付けの際、前述のようにワッシャー１４がスペーサ１６の凸部１７に当接することで、それ以上の締め付けが規制され、隙間Ｓが生じる状態となる。
そして、地震等による加振時に前後方向へ変形すると、粘弾性ダンパー６では、スペーサ１６の凸部１７への長孔１８の案内によって、回転変形が抑えられた第１プレート７と第２プレート８とが前後方向へ交互に移動し、粘弾性体９を前後方向にせん断変形させる。この粘弾性体９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。

このとき、第１プレート７と第２プレート８とは、ボルト１２及びナット１５で連結されているため、両プレート７，８の間隔が広がることなく保持され、面外座屈は生じない。また、両プレート７，８の間には、スペーサ１６が設けられているため、両プレート７，８の間隔が狭まることなく保持される。特に、凸部１７によってナット１５の締め過ぎが抑えられてスペーサ１６と第１プレート７との間に隙間Ｓが設けられているため、スペーサ１６があっても両プレート７，８の変位が拘束されることがなく、粘弾性体９が厚み方向に変形することもない。

このように、上記形態の制震構造によれば、一対の第１、第２プレート７，８にボルト１２を直交状に貫通させ、ボルト１２の先端にワッシャー１４を介してナット１５を螺合させて、第１プレート７におけるボルト１２の貫通部分を、粘弾性体９のせん断変形方向に沿った長孔１８とする一方、ボルト１２に、両プレート７，８間に位置するスペーサ１６を外装して、スペーサ１６と第１プレート７との間に、粘弾性体９の未変形状態でスペーサ１６と当該プレート７とを非接触とする隙間Ｓを設定したことで、粘弾性ダンパー６がせん断方向にスムーズに相対変位でき、好適な制震機能を発揮できる。

特にここでは、隙間Ｓを、スペーサ１６に第１プレート７の厚みよりも大きい長さで突設される凸部１７を、第１プレート７を貫通してワッシャー１４に当接させることで設定しているので、スペーサ１６を利用した簡単な形状変更で隙間Ｓが容易に設定可能となる。

なお、上記形態では、粘弾性体９の左右にボルト１２及びナット１５、スペーサ１６等を一組ずつ設けているが、図４に示すように、粘弾性体９の左右に設けるボルト１２及びナット１５、ワッシャー１３，１４、スペーサ１６の組を二組として合計四組とすることもできる。これより多く配置することも可能である。このようにすれば両プレート７，８の間隔がより確実に保持されて回転変形も一層効果的に抑えられる。
また、上記形態では、スペーサ１６の下面にのみ凸部１７を設けているが、図５，６に示すように、スペーサ１６の上面にも、第２プレート８の厚みよりも大きい長さでリング状に突出する凸部１７を同軸で設けて、第２プレート８に設けた長孔１９を貫通させるようにしてもよい。この場合も図７のように粘弾性体９の左右にボルト１２及びナット１５、ワッシャー１３，１４、スペーサ１６の組を二組以上設けることができる。

一方、粘弾性ダンパーの構造も、図１のように２つのフレーム面に跨がって１つの粘弾性ダンパーを設ける形態に限らず、図８に示すように、１つのフレーム面にそれぞれ１つの粘弾性ダンパー６Ａ，６Ａを設けるようにしてもよい。以下、この構造を説明するが、先の形態と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この粘弾性ダンパー６Ａは、図９にも示すように、同じ大きさで矩形状の第１プレート２０と第２プレート２１とを用い、第１プレート２０をフレーム面の中央側に、第２プレート２１を梁材３側にそれぞれずらした状態で粘弾性体９を挟んで重合し、第２プレート２１の端部を梁材３の上面にボルト止めする一方、第１プレート２０の端部を一対のブレース１１，１１によって梁材３と桁材４との仕口部のブラケット５，５にそれぞれ接合したもので、粘弾性体９の左右両側には、先の形態と同様に、ワッシャー１３，１４を介して第１プレート２０と第２プレート２１とを連結するボルト１２及びナット１５が設けられて、両プレート２０，２１間にボルト１２が貫通するスペーサ１６がそれぞれ設けられている。

そして、各スペーサ１６には、凸部１７がそれぞれ形成されているが、ここでは梁材３側のスペーサ１６では下面側に、フレーム面中央側のスペーサ１６では上面側にそれぞれ形成されている。よって、第１プレート２０のボルト１２の貫通部分は、梁材３側が前後方向に伸びる長孔２２となっており、第２プレート２１のボルト１２の貫通部分は、フレーム面中央側が前後方向に伸びる長孔２３となっている。
これにより、梁材３側のスペーサ１６においては、第１プレート２０とスペーサ１６との間と、第１プレート２０とワッシャー１４との間に隙間Ｓがそれぞれ生じ（図１０）、フレーム面中央側のスペーサ１６においては、第２プレート２１とスペーサ１６との間と、第２プレート２１とワッシャー１３との間に隙間Ｓがそれぞれ生じるようになっている。

よって、この形態の制震構造においても、ボルト１２及びナット１５の締め付けの際、ワッシャー１３，１４がスペーサ１６の凸部１７に当接することで、それ以上の締め付けが規制される。
そして、地震等による加振時にラック倉庫１が変形すると、粘弾性ダンパー６Ａでは、スペーサ１６の凸部１７への長孔２２，２３の案内によって、回転変形が抑えられた第１プレート２０と第２プレート２１とが前後方向へ交互に移動し、粘弾性体９を前後方向にせん断変形させる。この粘弾性体９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。

このとき、第１プレート２０と第２プレート２１とは、ボルト１２及びナット１５で連結されているため、両プレート２０，２１との間隔が広がることなく保持される。また、両プレート２０，２１の間には、スペーサ１６が設けられているため、両プレート２０，２１の間隔が狭まることなく保持される。特に、凸部１７によってボルト１２及びナット１５の締め過ぎが抑えられて隙間Ｓが設けられているため、スペーサ１６があっても両プレート２０，２１の変位が拘束されることがなく、粘弾性体９が厚み方向に変形することもない。
従って、上記形態の制震構造においても、粘弾性ダンパー６Ａがせん断方向にスムーズに相対変位でき、好適な制震機能を発揮できる。

なお、この形態の制震構造においても、図１１に示すように、粘弾性体９の左右にボルト１２及びナット１５、スペーサ１６等の組を二組以上設けることができる。
また、図１２，１３に示すように、スペーサ１６の上下両面に凸部１７をそれぞれ設けることもできるし、上下両面に凸部１７を設けたスペーサ１６を採用した組を図１４に示すように粘弾性体９の左右に二組以上設けることもできる。

そして、各形態に共通して、隙間Ｓの設定は、スペーサに凸部を設ける構造に限らず、例えば図１５（Ａ）に示すように、ワッシャー１４側に、プレート７（２０）の厚みよりも大きい長さでリング状の凸部１４ａを一体に形成して、この凸部１４ａを長孔１８（２２）を貫通させてスペーサ１６に当接させることで実現することもできる。この場合、同図（Ｂ）に示すように、ワッシャー１３にも同じくリング状の凸部１３ａを設けることが可能である。この場合もワッシャー１３，１４を利用した簡単な形状変更で隙間が容易に設定可能となる。
また、図１６（Ａ）に示すように、スペーサを、長孔１８（２２）を貫通してワッシャー１４に当接する中心筒部１６Ａと、その外側に外装されるリング部１６Ｂとに分割することも考えられる。この場合、同図（Ｂ）に示すように中心筒部１６Ａを上側にも長くしてワッシャー１３にも当接させ、上下両面で隙間を設定することもできる。この中心筒部とワッシャーとを一体形成することも可能である。

さらに、スペーサの凸部や中心筒部は、ワッシャーに当接させる構造に限らず、ワッシャーを貫通させてボルト頭部やナットに当接させる構造としてもよい。例えば図１７（Ａ）は、図３に相当する形態において、ワッシャー１４に透孔２４を設けて長く延ばした凸部１７ａを貫通させ、ナット１５に当接させた変更例で、この凸部１７ａを、プレート７とワッシャー１４とを合わせた厚みよりも長く形成することで、スペーサ１６とプレート７との間に隙間Ｓを設定可能としている。
同様に、図１７（Ｂ）は、図６に相当する形態において、ワッシャー１３にも透孔２５を設けて上方にも長く延ばした凸部１７ａを貫通させ、ボルト１２の頭部に当接させた変更例である。これらの変更例では、ワッシャー１３，１４を樹脂で形成することができる。

また、スペーサ分割タイプにおいても、図１６（Ａ）に相当する形態では、図１８（Ａ）に示すように、ワッシャー１４に設けた透孔２４に下方へ長く延ばした中心筒部１６Ａを貫通させてナット１５に当接させる変更例が考えられる。一方、図１６（Ｂ）に相当する形態では、図１８（Ｂ）に示すように、ワッシャー１３に設けた透孔２５に上方へも長く延ばした中心筒部１６Ａを貫通させてボルト１２の頭部に当接させる変更例が考えられる。この場合もワッシャー１３，１４を樹脂で形成することができる。但し、図１６及び図１８のスペーサ分割タイプでは、中心筒部を金属としてもよい。
このように、図１７，１８の変更例においても、スペーサを利用した簡単な形状変更で隙間が容易に設定可能となる。

但し、これらの凸部は、リング状に連続する構造に限らず、同心円上で断続的に突設される構造であっても差し支えない。
その他、スペーサは、外周縁をＲ形状或いは面取形状とすることで、プレートに対する滑り抵抗を小さくすることも考えられる。

一方、上記形態では、粘弾性ダンパーの粘弾性体の両側にボルトナット及びスペーサの組を配置しているが、片側のみでもよいし、粘弾性体を貫通する位置に配置してもよい。
また、ラック倉庫の水平構面に対して粘弾性ダンパーを設けた構造となっているが、ラック倉庫以外の建物の水平構面であってもよいし、水平構面でなく垂直構面に本発明を適用することは勿論可能である。

そして、上記各構造では、粘弾性ダンパーの第１、第２プレートを連結するボルト及びナットとの間にワッシャーを介装させているが、凸部をスペーサに設ける場合はワッシャーを省略して、スペーサに設けた凸部をボルト及びナットの少なくとも一方に直接当接させることもできる。また、ワッシャーを設ける場合はワッシャーを金属で形成してもよい。
但し、凸部はスペーサのみ或いはワッシャーのみに設ける場合に限らず、スペーサとワッシャーとの双方にそれぞれ設けることもできる。

１・・ラック倉庫、２・・柱、３・・梁材、４・・桁材、５・・ブラケット、６，６Ａ・・粘弾性ダンパー、７，２０・・第１プレート、８，２１・・第２プレート、９・・粘弾性体、１０・・連結板、１１・・ブレース、１２・・ボルト、１３，１４・・ワッシャー、１５・・ナット、１６・・スペーサ、１６Ａ・・中心筒部、１６Ｂ・・リング部、１７，１７ａ，１３ａ，１４ａ・・凸部、１８，１９，２２，２３・・長孔、２４，２５・・透孔、Ｓ・・隙間。

Claims (4)

1. 軸組内に、当該軸組のフレーム面と平行な一対のプレートと、そのプレート間に接着される粘弾性体とからなる粘弾性ダンパーを設けて、加振時の前記軸組の変形に伴い、前記一対のプレートを相反方向へ相対移動させ、前記粘弾性体をせん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、
   前記一対のプレートにボルトを直交状に貫通させ、前記ボルトの先端にナットを螺合させて、前記一対のプレートの少なくとも一方における前記ボルトの貫通部分を、前記粘弾性体のせん断変形方向に沿った長孔とする一方、
   前記ボルトに、前記一対のプレート間に位置するスペーサを外装して、前記スペーサと前記一対のプレートの少なくとも一方との間に、前記粘弾性体の未変形状態で前記スペーサと当該プレートとを非接触とする隙間を設定して、
   前記ボルトを、前記一対のプレートの相対移動方向と直交する前記プレートの面方向で前記粘弾性体を挟んで対向配置される少なくとも２本としたことを特徴とする建物の制震構造。
2. 前記隙間は、前記スペーサに前記プレートの厚みよりも大きい長さで突設される凸部を、前記プレートを貫通して前記ボルト及び前記ナットの少なくとも一方側に当接させることで設定されることを特徴とする請求項１に記載の建物の制震構造。
3. 前記ボルト頭部と前記プレートとの間及び前記ナットと前記プレートとの間の少なくとも一方にワッシャーを介装し、前記隙間は、前記ワッシャーに前記プレートの厚みよりも大きい長さで突設される凸部を、前記プレートを貫通して前記スペーサに当接させることで設定されることを特徴とする請求項１に記載の建物の制震構造。
4. 前記ボルト頭部と前記プレートとの間及び前記ナットと前記プレートとの間の少なくとも一方にワッシャーを介装し、前記凸部を、前記プレートと前記ワッシャーとを合わせた厚みよりも大きい長さで突設して前記プレート及び前記ワッシャーを貫通させることを特徴とする請求項２に記載の建物の制震構造。

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