JP6377546B2

JP6377546B2 - 制震壁面構造、制震デバイスの連結方法

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Publication number: JP6377546B2
Application number: JP2015030669A
Authority: JP
Inventors: 宮澤　健二; 健二宮澤; 収一佐藤; 力大川
Original assignee: 宮澤　健二; 健二宮澤; 株式会社サトウ; 株式会社ドムス設計事務所
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: US9567763B2; US20160244966A1; NZ706640A; JP2016125335A

Description

本発明は、建家に作用する地震作用力を低減し、構造枠の水平耐力を向上させる主として木造建屋または鋼構造建屋のための制震壁面構造および制震デバイスの連結方法に関するものである。

大地震時、建屋の損壊を防止するため、建屋の構造枠に設置する制震デバイスに関する技術や、制震デバイスと構造枠との連結方法に関する技術が、これまでに提供されている（特許文献１）。
図６および図７は、特許文献１に示されている制震デバイスおよび制震デバイスと構造枠との連結方法を示した図である。図６の符号６０は建家の構造枠である。構造枠６０は、土台６１と桁６２と縦材６３（第１縦材６３ａ、第２縦材６３ｂ）とからなる。第１縦材６３ａの中間付近には、ボルトや螺子等の固定手段により第１制震デバイス７０ａが取り付けられ、第２縦材６３ｂの中間付近には、ボルトや螺子等の固定手段により第２制震デバイス７０ｂが取り付けられている。第１縦材６３ａおよび第２縦材６３ｂと、土台６１および桁６２により形成される４つの隅角部には、隅金具７１がボルトや螺子等の固定手段により固定されている。４つの隅金具７１と制震デバイス７０ａ、７０ｂとは、図７のように鋼管筋かいなどの斜材７２によりＸ字型に連結されている。

この制震デバイス７０は、通常時は図８（ａ）のような状態であるが、地震が起きるとその揺れにより図８（ｂ）（ｃ）のように制震デバイス７０の屈曲部の変形によって側面７３が伸縮する。そして、その収縮が繰り返されることにより地震のエネルギーを減衰させ、建屋構造体の揺れを吸収し建屋の損壊を防止する。

特開２００９−２７５４７３号公報

上記のように制震デバイス７０を縦材６３に設置し、それを斜材７２で連結することにより、効果的に建家の損壊を防止することができる。
しかし、近年、構造部材の増強や規模拡大に伴い固定荷重が増している。これにより建屋の構造枠６０に作用する地震による揺れの力が増大し、制震デバイス７０にかかる力も従来より大きくなる。よって、図８（ｂ）の状態においては上方の側面７３が従来より大きく縮み、下方の側面７３が従来より大きく伸び、図８（ｃ）の状態においては上方の側面７３が従来より大きく伸び、下方の側面７３が従来より大きく縮む。このような大きな伸縮が繰り返されることにより、側面７３の曲げ応力が限界を超え、塑性クラックが発生し、制震デバイス７０が損傷する。そして、制震デバイス７０が機能しなくなり、最終的に建家が損壊することがある。

本発明は、このような課題を解決するためのものであり、地震による揺れの力が増大しても建家の損壊することのない制震壁面構造および制震デバイスの連結方法を提供することを目的とする。

本発明の制震壁面構造は、前記課題を解決するために、建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスと、前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを連結する第１斜材と、前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを連結する第２斜材と、前記第１制震デバイスと、前記第１制震デバイスに対向する前記第２制震デバイスとを連結する横連結材と、複数の前記第１制震デバイス同士を連結する第１縦連結材と、複数の前記第２制震デバイス同士を連結する第２縦連結材とを備えることを特徴とする制震壁面構造が提供される。

本発明の制震壁面構造は、建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、構造枠を構成する第２縦材に、第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスとを、横連結材および縦連結材とで連結する。
これにより、地震による揺れが、縦材から斜材および横連結材・縦連結材とを介して、制震デバイスに均等に伝わる。

本発明の制震デバイスの連結方法は、前記課題を解決するために、建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスとを連結する方法であり、前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを第１斜材で連結し、前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを第２斜材で連結し、前記第１制震デバイスと、前記第１制震デバイスに対向する前記第２制震デバイスとを横連結材で連結し、複数の前記第１制震デバイス同士を第１縦連結材で連結し、複数の前記第２制震デバイス同士を第２縦連結材で連結する制震デバイスの連結方法が提供される。

本発明の制震デバイスの連結方法は、建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、構造枠を構成する第２縦材に、第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスとを、横連結材および縦連結材とで連結する。
これにより、地震による揺れが、縦材から斜材および横連結材・縦連結材とを介して、全ての制震デバイスに均等に伝わる。

本発明は、地震による揺れが、縦材から斜材および横連結材・縦連結材とを介して、全ての制震デバイスに均等に伝わる。この時、横連結材および縦連結材によって、制震デバイスの上辺面の有害な変形が抑制されるので、側面高さ方向の伸縮が小さくなり側面屈曲部７４への負担が少なくなる。これにより制震デバイスの側面塑性クラックが発生することがなくなり、制震デバイスが損傷することがなくなり、最終的に建家の構造枠の変形を軽減できる。すなわち、制震デバイスと斜材・横連結材・縦連結材の新規な連結方法により、これらが連動して地震による揺れを制するので、上記のような格別の効果を発揮するのである（この点については実施形態において詳細に説明する）。

本発明に係る制震壁面構造および制震デバイスの連結方法を示す正面図である。地震の揺れの伝わり方を示す斜視図である。制震デバイスが地震の揺れを吸収する様子を示す図である。略Ω型の制震デバイスを示す正面図である。略π型の制震デバイスを示す斜視図である。制震壁面構造および制震デバイスの連結方法の従来例を示す図である。制震デバイスの連結部分を示す図である。制震デバイスが地震の揺れを吸収する様子を示す図である。本発明に係る実施例２の制震壁面構造を示す正面図である。実施例２の地震の揺れの伝わり方を示す斜視図である。実施例２の制震デバイスと連結板材との取付け状態を示す図である。

本実施例は、木造建屋における制震壁面構造および制震デバイスの連結方法の実施の一例について説明したものである。
本実施例において、図１は、本発明に係る制震壁面構造および制震デバイスの連結方法を図示したものである。なお、従来技術として説明した図６と図１とは重複する構成部材多いので、同じ構成部材については同一の符号を使用し、ここでは相違点のみを説明する。

本実施例の構成は図１の通りであり、図６の従来例とは以下の点で異なる。
（１）制震デバイス７０が左右各１個ではなく、左右各２個設けられている。なお、縦材６３ａの上部に設けられた制震デバイスを第１制震デバイス７０ａとし、縦材６３ａの下部に設けられた制震デバイスを第３制震デバイス７０ｃとし、縦材６３ｂの上部に設けられた制震デバイスを第２制震デバイス７０ｂとし、縦材６３ｂの下部に設けられた制震デバイスを第４制震デバイス７０ｄとする。
（２）制震デバイス７０ａと制震デバイス７０ｂとは横連結材１ａで連結され、制震デバイス７０ｃと制震デバイス７０ｄとは横連結材１ｂで連結されている。
（３）制震デバイス７０ａと制震デバイス７０ｃとは縦連結材２ａで連結され、制震デバイス７０ｂと制震デバイス７０ｄとは縦連結材２ｂで連結されている。

次に、本発明の部材の連結工程を説明する。
まず第１工程として、建家の構造枠６０を構成する構面の隅角部に隅金具７１を装着した後、第１縦材６３ａの中央部から略２５０ｍｍ前後〜略５００ｍｍ前後上部に取付けられる第１制震デバイス７０ａおよびこれと対向する第２縦材６３ｂの対向位置に取付けられる第２制震デバイス７０ｂと、第１縦材６３ａの中央部から略２５０ｍｍ前後〜略５００ｍｍ前後下部に取付けられる第３制震デバイス７０ｃおよびこれと対向する第２縦材６３ｂの対向位置に第４制震デバイス７０ｄを取り付ける。
第２工程として、構面の上下段に交叉鋼管ブレース（斜材７２）を隅金具７１と各制震デバイス７０間に取り付ける。
第３工程として、第１制震デバイス７０ａと第２制震デバイス７０ｂを、また第３制震デバイス７０ｃと第４制震デバイス７０ｄを横連結材１ａおよび１ｂで連結する。更に、第１制震デバイス７０ａと第３制震デバイス７０ｃ、および第２制震デバイス７０ｂと第４制震デバイス７０ｄを縦連結材２ａおよび２ｂで連結する。
第４工程として、構面の建て入りを調整後、接合点をハイテンションボルトとナットで緊結し、これにより制震壁面構面が提供される。

次に、本実施例の作用・効果を図２に基づいて説明する。
図２において、地震作用力が第１縦材６３ａおよび第２縦材６３ｂから上部の斜材７２（上部交叉鋼管筋かい）および下部の斜材７２（下部交叉鋼管筋かい）を通じて横連結材１に応力伝搬する際、各制震デバイス７０ａおよび７０ｂの上辺面部の構面高さ方向の上下摺動にともなって発生する横連結材１ａのクランク運動によって、制震デバイス７０の上辺面を恰もピストン運動の如く正圧時には圧迫し、負圧時には引張り上げながら摺動（上辺面間の絶対距離は変わらず、相対位置のみの摺動）することにより上辺面部２８ａ（図４）の過変形を制動するので、支持部材２２（図４）が無い場合でも制震デバイス７０の過変形を必要十分に抑制し、制震性能を向上させつつ耐力性能をも増強させることができる。なお、ここで上記した制動現象は横連結材１のクランク運動に起因するものである。

前記のように制震デバイス上辺面２８ａおよび２８ｂ（図４）の摺動作用の継続によって、斜材７２および縦連結材１・横連結材２からその延長線上に作用する応力は、摺動に伴う側面屈曲部７４（図８）のローラー支点の作用により一点に収れんせず、制震デバイス７０の底板２９に広範囲に分散させるという格別の作用効果によって、過大な地震力によって生じる反力を底板２９の全底面積でほぼ均等に負担することなり、結果、建家の構造構面枠の縦材６３の中央付近に取付けられた制震デバイス部分に生じやすい縦材６３の曲げ変形による損傷を良く防止する。
一方、制震デバイス７０ａおよび７０ｂの摺動は縦連結材２ａおよび２ｂの上下運動をもたらし、制震デバイス７０ｃおよび７０ｄも同時に連動して横連結材１ｂのクランク運動を励起させ、上記の制動現象を惹起させ、上下の制震デバイスの協同作用により、確実に制震デバイス７０の過変形を制御して制震性能の向上と耐力性能の増強することができる。

このように地震による力が更に均一に制震デバイス７０全体に伝わるので、図８に比べ側面７３の伸縮が小さくなり（図３）、塑性クラックによる制震デバイス７０の損傷の危険性が更に減少するほか、縦材６３の破損を著しく減少させることが可能となった。なお、横連結材１および縦連結材２の素材・形状は斜材７２と同じであってもよいし、その他の棒状部材であってもよい。

次に制震デバイス７０の詳細について説明する。制震デバイス７０は支持部材２２の有無によって２種類のタイプがあるが、ここでは支持部材２２を有するタイプの制震デバイスについて詳細に説明する。
図４は支持部材２２を有する略Ω型の制震デバイス７０である。この略Ω型制震デバイス７０は、低降伏点鋼からなる制震素子２１と制震素子２１を支持する支持部材２２とからなる。
制震素子２１は、弾性限界を超えると塑性変形に移行する帯状鋼板で構成され、縦材６３に取り付けるための第１取付面２３ａおよび第２取付面２４ａと、第１取付面２３ａの内側端部から立ち上がる第１立上部２５ａと、第２取付面２４ａの内側端部から立ち上がる第２立上部２６ａと、第１立上部２５ａ（側面２５ａ）および第２立上部２６ａ（側面２６ａ）の間を繋ぎ、構造枠６０から伝達される地震の振動を斜材７２および取付板２７を介して受ける上辺面２８ａとを備える。この制震素子２１が図３（ｂ）（ｃ）のように地震の揺れを吸収し、建家の耐震性が向上する。

支持部材２２は、円筒状の部材である。すなわち、この支持部材２２は、円弧状の第１側面３１と、円弧状の第２側面３２を有し、上辺面部２８ａと第１立上部２５ａおよび第２立上部２６ａに囲まれた空間部に配されるとともに、第１側面３１が第１立上部２５ａと上辺面部２８ａとで形成される第１曲げ部３３の内側近傍に配され、第２側面３２が第２立上部２６ａと上辺面２８ａとで形成される第２曲げ部３４の内側近傍に配されている。この支持部材２２が設けられていることにより、地震の揺れが制震素子２１に伝わった際、第１曲げ部３３および第２曲げ部３４の過変形が支持部材２２により一層確実に支持され抑制されるので、塑性クラックの発生による制震デバイス７０の損傷が防止される。

図５は、略π型の制震デバイス７０である。
この略π型制震デバイス７０は、図５の略Ω型制震デバイス７０とほぼ構成が類似しているように見えるが、以下の点で異なる。すなわち略π型制震デバイ７０において、第１立上部２５ｂおよび第２立上部２６ｂは低降伏点鋼製の帯状鋼板を略Ｌ字アングル状に角部をＲ状に折り曲げ加工した制震デバイスであって、アングルエッジがそれぞれ外向きになるように所定の間隔に対向するように底板２９上に固定されている。略Ω型制震デバイスに比較して、略π型制震デバイス７０は下部を曲げたことによる対向部（第１立上部２５ｂおよび第２立上部２６ｂ）が２か所だけなので、地震の揺れがこの対向部に直接的に伝わる。よって、第１立上部２５ｂおよび第２立上部２６ｂは単純曲げ変形し易いというメリットがあるが、その一方で過変形抑制のための支持部材２２の装着は必須で、形状が単純で短い分だけ過変形が発生し難い。一方、上辺面２８ｂは普通鋼（ＳＳ３３０・ＳＳ４００・ＳＳ５４０等）製であり、専ら斜材７２や横連結材１および縦連結材２等の弦材を固定する取付板３５を強固に保持するため上面の剛性と強度に期待した構成である。そして、Ｌ字アングルとの接着をより強固にするため、第１取付面２３ｂおよび第２取付面２４ｂ方向に先端部が爪状に折り曲げられている。

本実施例は、木造建屋における制震壁面構造および制震デバイスの連結方法の実施の一例について説明したものである。
本実施例において、図９は、本発明に係る制震壁面構造および制震デバイスの連結方法を図示したものである。なお、実施例１として説明した図１と図９とは重複する構成部材が多いので、同じ構成部材については同一の符号を使用し、ここでは相違点のみを説明する。

本実施例の構成は図９の通りであり、実施例１（図１）とは、各制震デバイス７０が横連結材１及び縦連結材２で連結されているのではなく、構造用合板或いは金属板・複合板からなる一枚の連結板材３６で一体的に連結されている点で異なる。そして、連結板材３６は、実施例1の横連結材１及び縦連結材２と同様に、各角部が制震デバイス７０の取付板２７にハイテンションボルト７５とナットにより接合されている。そのため、実施例１は、構造的に横連結材１及び縦連結材２により不安定構造の四辺形となり、地震加力時には建屋の変形に追随して平行四辺形状を呈しやすいのに対し、実施例２は連結板材３６自身が面内剛性の大きい板材であり、地震加力時には建屋の変形による制震デバイス７０の上辺面部２８の摺動に追随して四辺形状のまま左右に振れるように回転作用を繰り返す。

次に、本実施例の作用・効果を図１０に基づいて説明する。
図１０において、地震作用力が第１縦材６３ａおよび第２縦材６３ｂから上部の斜材７２（上部交叉鋼管筋かい）および下部の斜材７２（下部交叉鋼管筋かい）を通じて制震デバイス７０を介して連結板材３６に応力伝搬する。
この際、連結板材３６が、各制震デバイス７０ａおよび７０ｂの上辺面部２８ａおよび２８ｂの構面高さ方向（垂直方向）の上下摺動により、上下左右に動く。
これにより連結板材３６が、制震デバイス７０の上辺面部２８ａおよび２８ｂを正圧時には圧迫し、負圧時には引張り上げながら摺動（上辺面間の絶対距離は変わらず、相対位置のみの移動）させることにより上辺面部２８の過変形を制動する。
よって、実施例１と同様に支持部材２２（図４）が無い場合でも制震デバイス７０の過変形を必要十分に抑制し、制震性能を向上させつつ耐力性能をも増強させることができる。なお、ここで上記した制動現象は連結板材３６の作用に起因するものである。

前記のように制震デバイスの上辺面２８ａ（図１１）の摺動作用の継続によって、斜材７２および連結板材３６からその延長線上に作用する応力は、実施例１と同様に、摺動に伴う側面屈曲部７４（図８）がローラーのように上下左右に動くことにより一点に収れんしない。従って、斜材７２および連結板材３６からその延長線上に作用する応力が、建屋構造枠の縦材６３の一点に集まりにくく、制震デバイス７０の底板２９に広範囲に分散するという格別の作用効果によって、過大な地震力によって生じる反力を底板２９の全底面にランダムに分散させることなり、結果、建家の構造構面枠の縦材６３の中央付近に取付けられた制震デバイス部分に生じやすい縦材６３の曲げ変形による損傷を良く防止する。
一方、制震デバイス７０ａの上辺面部２８ａおよび制震デバイス７０ｂの上辺面部ｂの摺動作用は、連結板材３６の縦方向（垂直方向）の上下運動をもたらし、制震デバイス７０ｃおよび７０ｄも同時に連動して連結板材３６の横方向（水平方向）の回転作用を励起させ、上下の制震デバイス７０の協働作用により、確実に制震デバイス７０の過変形を制御して制震性能を向上させるとともに耐力性能の増強することができる。

以上のように地震時に、その作用力が更に均一に制震デバイス７０および連結板材３６によって全体に均一に伝わるようになることにより、従来技術（図８）に比べ側面７３の伸縮が小さくなり、塑性クラックによる制震デバイス７０の損傷の危険性が更に減少する。結果、制震デバイス７０の損傷による建屋構造枠６０の縦材６３の破損を避けることができ、効果的に地震エネルギーを吸収減衰することが可能となった。

加えて、連結板材３６は、わざわざ事前に規定の寸法を設計した板材を特に準備する必要がなく、現場の状況に合わせてその場で採寸し連結板材３６を迅速に制作・組み立てすることが可能となり、低コスト化を行うことが可能である。

Ｐ外力
１ａ、１ｂ横連結材
２ａ、２ｂ縦連結材
２１制震素子
２２支持部材
２３ａ、２３ｂ第１取付面
２４ａ、２４ｂ第２取付面
２５ａ、２５ｂ第１立上部
２６ａ、２６ｂ第２立上部
２７取付板
２８ａ、２８ｂ上辺面部
２９底板
３１第１側面
３２第２側面
３３第１曲げ部
３４第２曲げ部
３５取付板
３６連結板材
６０構造枠
６１土台
６２桁
６３ａ、６３ｂ縦材
７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ）制震デバイス
７１隅金具
７２斜材
７３側面
７４側面屈曲部
７５ハイテンションボルト

Claims

建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、
前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスと、
前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを連結する第１斜材と、
前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを連結する第２斜材と、
前記第１制震デバイスと、前記第１制震デバイスに対向する前記第２制震デバイスとを連結する横連結材と、
複数の前記第１制震デバイス同士を連結する第１縦連結材と、
複数の前記第２制震デバイス同士を連結する第２縦連結材と、
を備えることを特徴とする制震壁面構造。
前記第１制震デバイスまたは前記第２制震デバイスは、加力が弾性限界を超えると塑性変形する帯状鋼板で構成される制震素子を備え、
前記制震素子は、
前記第１縦材または前記第２縦材に取り付けるための第１取付面および第２取付面と、
前記第１取付面の内側端部から立ち上がる第１立上部と、
前記第２取付面の内側端部から立ち上がる第２立上部と、
前記第１立上部および第２立上部間を繋ぎ、前記構造枠から伝達される地震の振動を斜材取付板を介して受ける上辺面と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の制震壁面構造。
前記第１制震デバイスまたは前記第２制震デバイスは、前記制震素子を支持する制震素子支持部材を備え、
前記制震素子支持部材は、
円弧状の第１側面と、円弧状の第２側面とからなり、
前記制震素子の前記上辺面部と前記第１立上部および前記第２立上部に囲まれた空間部に配されるとともに、
前記第１側面が前記第１立上部と前記上辺面部とで形成される第１曲げ部の内側近傍に配され、
前記第２側面が前記第２立上部と前記上辺面部とで形成される第２曲げ部の内側近傍に配されている、
ことを特徴とする請求項２記載の制震壁面構造。
前記上辺面の両端辺は、前記第１立上部および前記第２立上部の外側に突出していることを特徴とする請求項２記載の制震壁面構造。
前記上辺面の両端辺は、前記第１取付面および前記第２取付面方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項４記載の制震壁面構造。
建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、
前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスとを連結する方法であり、
前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを第１斜材で連結し、
前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを第２斜材で連結し、
前記第１制震デバイスと、前記第１制震デバイスに対向する前記第２制震デバイスとを横連結材で連結し、
複数の前記第１制震デバイス同士を第１縦連結材で連結し、
複数の前記第２制震デバイス同士を第２縦連結材で連結する
ことを特徴とする制震デバイスの連結方法。
建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、
前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスと、
前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを連結する第１斜材と、
前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを連結する第２斜材と、
複数の前記第１制震デバイス及び複数の前記第２制震デバイスとを連結する一枚の連結板材と、
を備えることを特徴とする制震壁面構造。
建家の構造枠を構成する第１縦材に複数取り付けられる第１制震デバイスと、
前記構造枠を構成する第２縦材に、前記第１制震デバイスと対向するように取り付けられる複数の第２制震デバイスとを連結する方法であり、
前記第１縦材と前記第２制震デバイスとを第１斜材で連結し、
前記第２縦材と前記第１制震デバイスとを第２斜材で連結し、
複数の前記第１制震デバイス及び複数の前記第２制震デバイスとを一枚の連結板材で連結する
ことを特徴とする制震デバイスの連結方法。