JP6447227B2 - ダンパー構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造に関する。

従来から、対向する方向に相対変位を生ずる構造部材間で効果的にエネルギーを吸収させるものとして、例えば、特許文献１、２に開示される鋼材ダンパー等が提案されている。

特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、互いに切り離された構造部材間の対向する方向の相対変位時に、軸方向力を受けることで曲げモーメントを負担して曲げ降伏するものであり、各々の構造部材に接続されて、同一軸線上で距離をおいて対向する一対の軸部と、一対の軸部の間にその軸線を迂回して跨って接合される曲げ材とからなることを特徴とする。

特許文献２に開示された振動低減用の変形部付きフレーム構造は、フレーム構造の対向角部を結ぶ対角線に対して互い違いの突出角度で行き違うように突出させた一対の斜材と、一対の斜材に架設させて接合された複数のブリッジとを備えて、フレーム構造の揺れに応じて複数のブリッジと一対の斜材とが変形して、複数のブリッジが屈曲することを特徴とする。

特開平５−２６３５４９号公報 特開２０１０−２８５８５０号公報

しかし、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、軸部と曲げ材とが別途の部材により構成されることから、各々の部材の製作コストや、軸部と曲げ材とを接合するための加工コストが増大するという問題点があった。また、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、軸部の軸線を迂回して曲げ材がコの字型に形成されるため、コの字型の曲げ材が軸方向に変形し易いものとなり、軸方向の剛性を確保し難いものとなるという問題点があった。さらに、特許文献１に開示された鋼材ダンパーは、コの字型の曲げ材が軸直交方向にも変形し易いものとなるため、曲げ材に厚い鋼板を用いて軸直交方向の変形を抑制することが必要となって、曲げ材の製作に必要となる鋼材量が多くなることで、曲げ材の材料コストが増大するという問題点があった。

特許文献２に開示された振動低減用の変形部付きフレーム構造は、複数のブリッジと一対の斜材とが別途の部材により構成されることから、各々の部材の製作コストや、複数のブリッジと一対の斜材とを接合するための加工コストが増大するという問題点があった。特許文献２に開示された振動低減用の変形部付きフレーム構造は、一対の斜材が互い違いの突出角度で行き違うように突出するため、一対の斜材が一直線上に配置されずに偏心して配置されていることから、複数のブリッジに偏心による負荷曲げが加わり、エネルギー吸収性能が低下するという問題点があった。

特許文献１に開示された鋼材ダンパー及び特許文献２に開示された振動低減用の変形部付きフレーム構造の何れにおいても、曲げ材やブリッジに別途の補剛部材が設けられていないため、軸部からの軸方向力による曲げモーメントを曲げ材が負担するときや、フレーム構造の揺れに応じて複数のブリッジが屈曲するときに、曲げ材やブリッジの局所的な変形に起因して軸部や斜材を含む構造が全体的に座屈するものとなり、軸部や斜材に作用する圧縮力に対するエネルギー吸収性能が低下するという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、軸力部材の側板に設けた折曲面をエネルギー吸収部として変形させることで、低廉な製造コストで安定したエネルギー吸収性能を確保することのできるダンパー構造を提供することにある。

第１発明に係るダンパー構造は、建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、軸力部材の側板の軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部を備え、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向に突出する折曲面が前記側板に形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の境界となる隅部を有して、前記側板に折り目が形成されるとともに、前記隅部に切れ目が形成されて、面外方向で略三角形状に突出する前記折曲面が形成されることを特徴とする。
第２発明に係るダンパー構造は、建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、軸力部材の側板の軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部を備え、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向に突出する折曲面が前記側板に形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、軸力部材の側面に沿って前記側板に近接させて設けられる補剛部をさらに備え、前記エネルギー吸収部は、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向の内側に向けて突出する前記折曲面が前記側板に形成されて、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の外側に、前記補剛部が設けられることを特徴とする。

第３発明に係るダンパー構造は、第１発明において、軸力部材の側面に沿って前記側板に近接させて設けられる補剛部をさらに備え、前記エネルギー吸収部は、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなることを特徴とする。

第４発明に係るダンパー構造は、第３発明において、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向の外側に向けて突出する前記折曲面が前記側板に形成されて、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の内側に、前記補剛部が設けられることを特徴とする。

第５発明に係るダンパー構造は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板により、開断面形状、又は、閉断面形状に形成されることを特徴とする。

第６発明に係るダンパー構造は、第２発明において、前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の境界となる隅部を有して、前記側板に折り目が形成されるとともに、前記隅部に切れ目が形成されて、面外方向で略三角形状に突出する前記折曲面が形成されることを特徴とする。

第７発明に係るダンパー構造は、第１発明〜第６発明の何れかにおいて、前記エネルギー吸収部は、前記側板に形成された折り目で折り曲げられた前記折曲面の傾斜角度が、軸力部材の側面に直交する軸直交方向に対して１５°以上、３０°以下となることを特徴とする。

第８発明に係るダンパー構造は、第１発明〜第７発明の何れかにおいて、前記側板に形成された折り目が湾曲して折り曲げられることで、面外方向に突出する前記折曲面が形成されることを特徴とする。

第１発明〜第８発明によれば、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、エネルギー吸収部となる側板に形成された折曲面を弾性域及び塑性域で変形させて、軸力部材を軸方向に伸縮させることで、地震又は風等の繰返し外力に対して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

第１発明〜第８発明によれば、温度依存性の高い粘弾性ダンパー等を用いることなく、軸力部材の側板を面外に変形させることで、折り目を弾性域及び塑性域で折曲変形させることにより、地震等のエネルギーを確実に吸収することのできるエネルギー吸収機構を実現して、安定したエネルギー吸収性能を確保した制震ダンパーとして機能させることが可能となる。

特に、第２発明及び第３発明によれば、軸力部材の側面に沿って側板に近接させて補剛部が設けられるため、軸力部材の側板及び補剛部が、軸方向で略同一直線上に連続させて配置されたものとなり、軸力部材の軸方向以外の方向に対するエネルギー吸収部の変位を抑制することで、軸力部材の全体座屈やエネルギー吸収部の軸方向以外へのズレによる破壊を防ぐことが可能となる。

特に、第２発明及び第３発明によれば、軸方向で折曲面が形成された短い範囲の近傍のみを補剛部で補剛するものとしても、エネルギー吸収部の軸方向の鉛直変位に補剛部が十分に追随して、軸力部材の全体座屈やエネルギー吸収部の軸方向以外へのズレによる破壊を確実に防止しながら、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

特に、第４発明によれば、エネルギー吸収部の内側に補剛部が設けられることで、補剛部で補剛されたエネルギー吸収部を目視しやすい形態で構成して、エネルギー吸収部の保守管理を容易にすることが可能となる。

特に、第２発明によれば、軸力部材の側面より面外方向の内側に向けて突出する折曲面がエネルギー吸収部に形成されることで、エネルギー吸収部の外形寸法の増大を抑制して、エネルギー吸収部のコンパクト化を図ることが可能となる。

特に、第５発明によれば、エネルギー吸収部が開断面形状で構成されることで、エネルギー吸収部及び補剛部の加工組立を容易にすることが可能となる。特に、第５発明によれば、エネルギー吸収部が閉断面形状で構成されることで、エネルギー吸収部の断面形状における異方性を抑制して、より安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

特に、第１発明及び第６発明によれば、面外方向で略三角形状に突出する折曲面が形成されて、折曲面にトラス構造の機能を持たせることで、弾性域及び塑性域で変形させてエネルギー吸収する折り目、並びに、折り目近傍を除く部位における折曲面及び側板の変形の発生を抑制して、ダンパー構造の軸方向に対する剛性を確保することが可能となる。

特に、第１発明及び第６発明によれば、軸力部材の周方向に隣り合う複数の側板の境界となる隅部に切れ目を形成することで、エネルギー吸収部となる折曲面を設けるための折り目を形成するための加工作業を容易なものとし、エネルギー吸収部の製作コストを低減させることが可能となる。

特に、第７発明によれば、引張荷重又は圧縮荷重が作用する前の状態で、軸力部材の側板に形成された折り目で折り曲げられた折曲面の傾斜角度が、軸力部材の側面に直交する軸直交方向に対して１５°以上、３０°以下となることで、引張荷重に対してダンパー構造の耐力上昇を抑制すると同時に、圧縮荷重に対してダンパー構造の所定の変形性能を確保することが可能となる。

特に、第８発明によれば、軸力部材の側板に形成された折り目が湾曲して折り曲げられることで、折曲面が変形するときの塑性化領域を大きくするとともに、折り目を折曲加工するときと折曲面を変形させたときとを併せた累積ひずみを小さくすることができるため、加工硬化による耐力上昇の抑制や、低サイクル疲労に対する抵抗特性の強化を図ることが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造が導入される枠材を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造が導入される枠材が変位する前の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材が変位した後の状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で開断面形状の軸力部材を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で閉断面形状の軸力部材を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 本発明を適用したダンパー構造で補剛部が内装されるエネルギー吸収部を示す斜視図である。 本発明を適用したダンパー構造で補剛部が外装されるエネルギー吸収部を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で補剛部が内装されたエネルギー吸収部を示す平面図であり、（ｂ）は、補剛部が外装されたエネルギー吸収部を示す平面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で溝形鋼が用いられたエネルギー吸収部を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造でリップ付溝形鋼が用いられたエネルギー吸収部を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で略矩形状の角形鋼管が用いられたエネルギー吸収部を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で略八角形状の角形鋼管が用いられたエネルギー吸収部を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 本発明を適用したダンパー構造で面外方向の外側に向けて突出する折曲面を示す拡大側面図である。 本発明を適用したダンパー構造で面外方向の内側に向けて突出する折曲面を示す拡大側面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で略台形状に突出する折曲面を示す拡大側面図であり、（ｂ）は、略円弧状に突出する折曲面を示す拡大側面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で屈曲した折り目を示す拡大側面図であり、（ｂ）は、湾曲した折り目を示す拡大側面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で枠材まで延びる軸力部材に補剛部を内装させた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材から延びる補剛部を軸力部材に内装させた状態を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用したダンパー構造で枠材まで延びる軸力部材に補剛部を外装させた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、枠材から延びる補剛部を軸力部材に外装させた状態を示す正面図である。 本発明を適用したダンパー構造でエネルギー吸収部が軸方向に伸縮する状態を示す拡大側面図である。 本発明を適用したダンパー構造でエネルギー吸収部のＦＥＭ解析モデルを示す斜視図である。 本発明を適用したダンパー構造でエネルギー吸収部のＦＥＭ解析結果を示すグラフである。 本発明を適用したダンパー構造でエネルギー吸収部のＦＥＭ解析モデルの変形及びミーゼス応力を表示した図である。

以下、本発明を適用したダンパー構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１に示すように、主に、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物の耐力壁を構成する枠材８に取り付けられたブレース等の軸力部材７に導入されるものである。また、本発明を適用したダンパー構造１は、プラント構造物、鉄塔等を含んだ建築物の軸力部材７にも導入される。枠材８は、例えば、一対の縦枠８１及び横枠８２で四方を取り囲んで、枠内空間８０を形成するものとなる。

枠材８は、例えば、図２（ａ）に示すように、ブレース等の軸力部材７が、枠内空間８０の上部８０ａにおいて、左下隅から右上隅に向けて傾斜して延びて設けられて、また、枠内空間８０の下部８０ｂにおいて、左上隅から右下隅に向けて傾斜して延びて設けられる。

枠材８は、図２（ｂ）に示すように、地震又は風等により水平力Ｈが作用することで、一対の縦枠８１が幅方向に傾倒するように変位する。このとき、枠材８は、例えば、枠内空間８０の上部８０ａの軸力部材７に引張荷重Ｔが作用するものとなるとともに、枠内空間８０の下部８０ｂの軸力部材７に圧縮荷重Ｐが作用するものとなる。

枠材８は、例えば、枠材８の高さ寸法ｈを３０００ｍｍ、枠材８の幅寸法ｗを１０００ｍｍとして、水平力Ｈを２０ｋＮ、層間変形角を１／５０とした場合に、各々の軸力部材７の耐力を３６ｋＮ以上、各々の軸力部材７の変形性能を１７ｍｍ以上確保することが要求される。

軸力部材７は、図３に示すように、軸直交方向Ｘの両側に配置されて軸方向Ｚに延びる一対のフランジ部７１（側板２０）と、一対のフランジ部７１に連設されるウェブ部７２（側板２０）とを有して、断面略Ｃ形状の開断面形状に形成された溝形鋼、リップ付溝形鋼等が用いられる。

軸力部材７は、これに限らず、図４に示すように、断面略矩形状の閉断面形状に形成された角形鋼管が用いられてもよい。このとき、軸力部材７は、断面略矩形状に形成された角形鋼管のほか、略六角形状、略八角形状等の断面略多角形状の閉断面形状に形成された角形鋼管等を用いることもできる。

軸力部材７は、図３、図４に示すように、フランジ部７１又はウェブ部７２等により軸方向Ｚに延びる側面７０が形成されて、軸方向Ｚの引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７の側面７０に作用するものとなる。軸力部材７は、例えば、形鋼等の板厚ｔｂを１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、軸直交方向Ｘの外径Ｄ１を６０ｍｍ〜１８０ｍｍ程度、軸直交方向Ｙの外径Ｄ２を３０ｍｍ〜９０ｍｍとする。なお、外径Ｄ１と外径Ｄ２の寸法を同等とし、軸力部材７の断面形状を略正方形としてもよい。

本発明を適用したダンパー構造１は、図５、図６に示すように、ブレース等の軸力部材７の側面７０で、軸力部材７の側板２０の軸方向Ｚの一部に設けられるエネルギー吸収部２を備える。本発明を適用したダンパー構造１は、必要に応じて、軸力部材７の側面７０に沿って側板２０に近接させて設けられる補剛部５をさらに備える。

エネルギー吸収部２は、図３、図４に示すように、軸力部材７の側面７０より面外方向に突出する軸方向Ｚの高さ寸法Ｅの折曲面３により構成される。ここで、折曲面３の高さ寸法Ｅは、ダンパー構造の寸法仕様や素材に応じて適宜設定することができる。

エネルギー吸収部２は、図３、図４に示すように、断面略Ｃ形状の開断面形状に形成された溝形鋼、リップ付溝形鋼等、又は、断面略多角形状の閉断面形状に形成された角形鋼管等の独立した鋼材４が、軸力部材７の軸方向Ｚの一部に溶接Ｓ等により連結されて、軸力部材７と略同一断面形状、又は、軸力部材７と異なる断面形状で、軸力部材７の側板２０の軸方向Ｚの一部にエネルギー吸収部２が設けられてもよい。

エネルギー吸収部２は、軸力部材７の側板２０の軸方向Ｚの一部に設けられて、軸力部材７の側面７０と略同一平面上に配置される。エネルギー吸収部２は、軸方向Ｚの引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７に作用したときに、側板２０の一部を軸方向Ｚに伸縮させるものとなる。

エネルギー吸収部２は、例えば、図５、図６に示すように、溝形鋼等の外側部材２５の内側に、リップ付溝形鋼等の内側部材２６が挿通されて、外側部材２５と内側部材２６との二重構造を構成してもよい。エネルギー吸収部２は、図５に示すように、外側部材２５と内側部材２６との二重構造の内側に、補剛部５が挿通され補剛される。また、エネルギー吸収部２は、図６に示すように、外側部材２５と内側部材２６との二重構造の外側に、補剛部５が外挿され補剛される。

ここで、図示は省略するが、エネルギー吸収部２は、一重でもよく、三重以上の複数層でもよい。部材の層数に関わらず、補剛部５は、エネルギー吸収部２の最内縁の部材に挿通され、又は、エネルギー吸収部２の最外縁の部材に外挿され、エネルギー吸収部２を補剛することとなる。

補剛部５は、エネルギー吸収部２を跨いで設けられ、軸方向Ｚおいてエネルギー吸収部２で隔てられた片側において、軸力部材７の構成要素（外側部材２５、内側部材２６、鋼材４）の側板２０に接合部６（６ａ）で接合される。なお、補剛部５が外挿又は挿通されていない部位において、複数層の部材（外側部材２５、内側部材２６）を相互に接合部６（６ｂ）で接合することで、軸力部材７としての一体性を向上させることができる。

エネルギー吸収部２は、図７（ａ）に示すように、外側部材２５と内側部材２６との内側に補剛部５が挿通されるとき、軸力部材７の側面７０より面外方向の外側に向けて突出する折曲面３が側板２０に形成されて、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０の内側に、補剛部５が内装されて設けられるものとなる。

エネルギー吸収部２は、図７（ｂ）に示すように、補剛部５の内側に外側部材２５と内側部材２６とが挿通されるとき、軸力部材７の側面７０より面外方向の内側に向けて突出する折曲面３が互いに干渉することのないように各々の側板２０に形成されて、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０の外側に、補剛部５が外装されて設けられるものとなる。

エネルギー吸収部２は、図８（ａ）に示すように、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０の境界となる複数の隅部２１を有して、例えば、軸力部材７の側板２０の板厚ｔｅを１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度として、図８（ｂ）に示すように、各々の側板２０が軸方向Ｚに延びて略平板状に形成されるものとなる。

エネルギー吸収部２における折曲面３は、複数の側板２０の各々に折り目３０が形成されるとともに、複数の隅部２１の各々に切れ目３１が形成される。折曲面３は、各々の側板２０で、各々の折り目３０が周方向Ｗで略直線状に延びて形成されるとともに、各々の隅部２１で、各々の切れ目３１が軸方向Ｚで略直線状に延びて形成される。

エネルギー吸収部２は、各々の隅部２１に切れ目３１が形成されることにより、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う各々の側板２０で、折り目３０の両端の各々に切れ目３１が配置されて、又は、折り目３０の一方の片端に縁部２２が配置されるとともに他方の片端に切れ目３１が配置されて、折り目３０の間に設けられた折曲面３の両端が拘束されないものとなる。

エネルギー吸収部２は、図８に示すように、断面略Ｃ形状の開断面形状に形成された溝形鋼が用いられることで、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０により、開断面形状に形成される。また、エネルギー吸収部２は、図９に示すように、断面略Ｃ形状の開断面形状に形成されるとともにリップ部７３が設けられたリップ付溝形鋼が用いられることで、開断面形状に形成されてもよい。

また、エネルギー吸収部２は、図１０に示すように、断面略矩形状の閉断面形状に形成された角形鋼管が用いられることで、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０により、閉断面形状に形成される。また、エネルギー吸収部２は、図１１に示すように、断面略八角形状等の閉断面形状に形成された多角形断面の鋼管が用いられることで、閉断面形状に形成されてもよい。

エネルギー吸収部２は、図５に示すように、補剛部５を内装させるとき、例えば、図１２に示すように、各々の側板２０で３本の折り目３０が互いに略平行に形成されて、上側及び下側の折り目３０で側板２０が谷折りに折り曲げられるとともに、中間の折り目３０で側板２０が山折りに折り曲げられることで、軸力部材７の側面７０より面外方向の外側に向けて略三角形状に突出する折曲面３が側板２０に形成される。

エネルギー吸収部２は、図６に示すように、補剛部５を外装させるとき、例えば、図１３に示すように、各々の側板２０で３本の折り目３０が互いに略平行に形成されて、上側及び下側の折り目３０で側板２０が山折りに折り曲げられるとともに、中間の折り目３０で側板２０が谷折りに折り曲げられることで、軸力部材７の側面７０より面外方向の内側に向けて略三角形状に突出する折曲面３が側板２０に形成される。

エネルギー吸収部２は、これに限らず、図１４（ａ）に示すように、各々の側板２０で４本の折り目３０が形成されて、上側及び下側の２本の折り目３０で側板２０が谷折り又は山折りに折り曲げられるとともに、中間の２本の折り目３０で側板２０が山折り又は谷折りに折り曲げられることで、面外方向で略台形状等に突出する折曲面３が側板２０に形成されてもよい。

また、エネルギー吸収部２は、図１４（ｂ）に示すように、各々の側板２０で２本の折り目３０が形成されて、２本の折り目３０で側板２０が谷折り又は山折りに折り曲げられるとともに、２本の折り目３０の間で側板２０を湾曲させたものとすることで、面外方向で略円弧状等に突出する折曲面３が側板２０に形成されてもよい。

エネルギー吸収部２は、特に、図１２、図１３に示すように、面外方向で略三角形状に突出する折曲面３が形成されるとき、上側の折り目３０の位置から中間の折り目３０の位置まで、上側折曲面３ａで側板２０が略直線状に傾斜するとともに、中間の折り目３０の位置から下側の折り目３０の位置まで、下側折曲面３ｂで側板２０が略直線状に傾斜する。

エネルギー吸収部２は、上側折曲面３ａ及び下側折曲面３ｂが略直線状に傾斜して、例えば、折り目３０で面外方向に折り曲げられた折曲面３の傾斜角度θ（上側傾斜角度θａ、下側傾斜角度θｂ）が、軸力部材７の側面７０に直交する軸直交方向Ｘに対して１５°以上、３０°以下となる。エネルギー吸収部２は、上側折曲面３ａと下側折曲面３ｂとが、互いに同一又は異なる傾斜角度θ（上側傾斜角度θａ、下側傾斜角度θｂ）で傾斜するものとなる。

エネルギー吸収部２は、図１５（ａ）に示すように、折り目３０が屈曲して折り曲げられるものとなる。エネルギー吸収部２は、これに限らず、図１５（ｂ）に示すように、折り目３０が湾曲して折り曲げられてもよい。エネルギー吸収部２は、折り目３０が湾曲するものとなることで、折り曲げられた折り目３０の内側及び外側の各々に湾曲面３２が形成される。

エネルギー吸収部２は、折り目３０を湾曲して折り曲げるとき、例えば、折り目３０の内側での湾曲面３２の曲率半径ｒ１を、側板２０の板厚ｔｅと同一以上のものとして、折り目３０の外側での湾曲面３２の曲率半径ｒ２を、側板２０の板厚ｔｅの２倍以上とする。

エネルギー吸収部２は、図１２に示すように、面外方向の外側に向けて折曲面３が突出するとき、補剛部５が側板２０に内側から近接させて設けられる。また、エネルギー吸収部２は、図１３に示すように、面外方向の内側に向けて折曲面３が突出するとき、補剛部５が側板２０に外側から近接させて設けられる。

エネルギー吸収部２は、軸方向Ｚで側板２０に折曲面３が形成された範囲を包摂して、軸力部材７の側面７０に沿って補剛部５が取り付けられる。なお、エネルギー吸収部２は、図３、図４に示すように、軸力部材７の軸方向Ｚの片端又は両端に設けられるものであるが、これに限らず、軸力部材７の軸方向Ｚの略中央に設けられてもよい。

補剛部５は、断面略Ｃ形状に形成された溝形鋼、リップ付溝形鋼等、又は、略矩形状等の断面略多角形状に形成された角形鋼管等が用いられる。補剛部５は、例えば、形鋼等の板厚ｔｓを１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とするものであり、軸力部材７の側板２０に当接させて、又は、軸力部材７の側板２０から離間させて設けられる。

補剛部５は、軸方向Ｚで側板２０に折曲面３が形成された範囲を包摂して、図１６に示すように、軸力部材７の複数の側板２０の内側に内装されて、又は、図１７に示すように、軸力部材７の複数の側板２０の外側に外装される。

補剛部５は、図１６、図１７に示すように、軸方向Ｚの何れか一方の端部５ａが、軸力部材７の側板２０に、ビス、鋲、ボルト、カシメ、スポット溶接、アーク溶接などにより接合部６（６ａ）で接合される。補剛部５は、軸力部材７の側板２０に折曲面３が形成された範囲を包摂する軸方向Ｚの一部のみで、軸力部材７の軸方向Ｚの全長に亘ることなく設けられる。

補剛部５は、図１６（ａ）、図１７（ａ）に示すように、軸方向Ｚにおける両方の端部５ａが軸力部材７に設けたエネルギー吸収部２を跨ぐように配置される。補剛部５は、これに限らず、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）に示すように、軸方向Ｚにおける一方の端部５ａが軸力部材７に設けたエネルギー吸収部２の片側（枠材８の反対側）に設けられ、軸方向Ｚの他方の端部５ａが枠材８まで延びて設けられてもよい。

本発明を適用したダンパー構造１は、図５、図６に示すように、軸力部材７の側板２０に折曲面３が形成されることで、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７に作用したときに、補剛部５により軸力部材７の側板２０で所定の剛性を確保しながら、軸力部材７における折曲面３が形成された軸方向Ｚの一部を伸縮させるものとなる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１８（ａ）に示すように、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用する前の状態で、軸直交方向Ｘ（又は軸直交方向Ｙ）に対して所定の傾斜角度θで、軸力部材７の側板２０に折曲面３が形成される。

このとき、本発明を適用したダンパー構造１は、図１８（ｂ）に示すように、引張荷重Ｔが作用することで、上側の折り目３０と下側の折り目３０とが軸方向Ｚで互いに離間するように移動して、軸直交方向Ｘ（又は軸直交方向Ｙ）に対する折曲面３の傾斜角度θ１を、引張荷重Ｔが作用する前の折曲面３の傾斜角度θより増大させたものとなる。

また、本発明を適用したダンパー構造１は、図１８（ｃ）に示すように、圧縮荷重Ｐが作用することで、上側の折り目３０と下側の折り目３０とが軸方向Ｚで互いに接近するように移動して、軸直交方向Ｘ（又は軸直交方向Ｙ）に対する折曲面３の傾斜角度θ２を、圧縮荷重Ｐが作用する前の折曲面３の傾斜角度θより減少させたものとなる。

本発明を適用したダンパー構造１は、特に、１５°以上の傾斜角度θで折曲面３が形成されることにより、圧縮荷重Ｐが作用した場合において、折曲面３の最小の傾斜角度θ２が０°以上を保ちやすくなり、圧縮荷重Ｐに対して所定の変形性能を確保することが可能となる。

また、本発明を適用したダンパー構造１は、特に、３０°以下の傾斜角度θで折曲面３が形成されることにより、引張荷重Ｔが作用した場合において、折曲面３が軸方向Ｚに伸びきりにくいものとなり、折曲面３に発生する張力を抑制することで、引張荷重Ｔに対する側板２０の耐力上昇を抑制することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１９に示すように、軸力部材７として板厚ｔｂ（ｔｅ）を２．２ｍｍ、フランジ部７１の幅寸法を９０ｍｍ、ウェブ部７２の幅寸法を４５ｍｍ、リップ部７３の幅寸法を１２ｍｍとしたリップ付溝形鋼を対象に、折曲面３の軸方向Ｚの高さ寸法Ｅを３０ｍｍとしたエネルギー吸収部２を設け、折曲面３の上方及び下方の各々における側板２０の高さ寸法を１００ｍｍとして、折曲面３の傾斜角度θを１５°、３０°、４５°、６０°に変化させて、ＦＥＭ解析を実施した結果が、図２０に示される。なお、ＦＥＭ解析は、モデルをシェル要素で構成し、降伏強度が約３００Ｍｐａの鋼材の応力ひずみ関係を想定して、弾塑性大変形解析の条件で実施した。ここで、ＦＥＭ解析は、引張方向及び圧縮方向ともに、伸縮変形１０ｍｍまで実施している。

図２０では、軸力部材７に引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用する前の状態を基準として、引張荷重Ｔ（縦軸の正方向）及び圧縮荷重Ｐ（縦軸の負方向）と引張荷重Ｔに対する軸方向Ｚの伸び変形（横軸の正方向）及び圧縮荷重Ｐに対する軸方向Ｚの縮み変形（横軸の負方向）の関係を図示している。

図２１には、折曲面３の傾斜角度θを３０°（上側傾斜角度θａ及び下側傾斜角度θｂともに３０°）としたモデルを対象に、荷重負荷前の状況（図２１（ａ））、引張荷重Ｔに対する伸び変形の状況（図２１（ｂ））、圧縮荷重Ｐに対する縮み変形の状況（図２１（ｃ））を、ミーゼス応力を標記して図示している。エネルギー吸収部２及びその近傍が塑性化して降伏領域が拡がり、引張荷重Ｔと圧縮荷重Ｐに対してエネルギー吸収性能を発揮していることが分かる。

本発明を適用したダンパー構造１は、特に、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが作用する前の状態で、エネルギー吸収部２の折り目３０で折り曲げられた折曲面３の傾斜角度θが、軸直交方向Ｘ（軸直交方向Ｙ）に対して１５°以上、３０°以下となることで、引張荷重Ｔに対して側板２０の耐力上昇を抑制すると同時に、圧縮荷重Ｐに対して所定の変形性能を確保することができる。

軸力部材７の変形性能は、単一のエネルギー吸収部２によらず、多段に設けたエネルギー吸収部２で発揮すればよい。例えば、軸力部材７に要求される変形性能が１７ｍｍの場合、図２０に示す１０ｍｍの変形性能を有するエネルギー吸収部２を二段設ければ、要求性能を超える２０ｍｍの変形性能を確保することができる。また、耐力についても同様に、軸力部材７に設けるエネルギー吸収部２を複数層で構成することで、要求耐力を確保することができる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図５、図６に示すように、引張荷重Ｔ又は圧縮荷重Ｐが軸力部材７に作用したときに、軸力部材７の側板２０に形成されたエネルギー吸収部２となる折曲面３を弾性域及び塑性域で変形させて、軸力部材７を軸方向Ｚに伸縮させることで、地震又は風等の繰返し外力に対して、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の側面７０に沿って側板２０に近接させて補剛部５が設けられるため、軸力部材７の側板２０、及び、補剛部５が軸方向Ｚで略同一直線上に連続させて配置されたものとなる。これにより、本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の軸方向Ｚ以外の方向に対するエネルギー吸収部２の変位を抑制することで、軸力部材７の全体座屈やエネルギー吸収部２の軸方向Ｚ以外へのズレによる破壊を防ぐことが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、リップ付溝形鋼、角形鋼管等の補剛部５が内装又は外装されて、軸力部材７の側板２０に補剛部５を接合部６（６ａ）で接合することで、エネルギー吸収部２の軸方向Ｚの鉛直変位に補剛部５が十分に追随して、軸力部材７の全体座屈やエネルギー吸収部２の軸方向Ｚ以外へのズレによる破壊を確実に防止しながら、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図５に示すように、エネルギー吸収部２の内側に補剛部５が設けられることで、補剛部５で補剛されたエネルギー吸収部２を目視しやすい形態で構成して、エネルギー吸収部２の保守管理を容易にすることが可能となる。本発明を適用したダンパー構造１は、図６に示すように、軸力部材７の側面７０より面外方向の内側に向けて突出する折曲面３がエネルギー吸収部２に形成されることで、エネルギー吸収部２の外形寸法の増大を抑制して、エネルギー吸収部２のコンパクト化を図ることが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図１２、図１３に示すように、軸力部材７の側板２０に面外方向で略三角形状に突出する折曲面３が形成されて、折曲面３にトラス構造の機能を持たせることで、弾性域及び塑性域で変形させてエネルギー吸収する折り目３０、並びに、折り目３０の近傍を除く部位における折曲面３及び側板２０の変形の発生を抑制して、ダンパー構造１の軸方向Ｚに対する剛性を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、温度依存性の高い粘弾性ダンパー等を用いることなく、折曲面３の傾斜角度θを増減させて、軸力部材７の側板２０を面外に変形させることで、折り目３０を弾性域及び塑性域で折曲変形させることによって、地震等のエネルギーを確実に吸収することのできるエネルギー吸収機構を実現して、安定したエネルギー吸収性能を確保した制震ダンパーとして機能させることが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、軸方向Ｚで折曲面３が形成された短い範囲の近傍のみを補剛部５で補剛するものとしても、エネルギー吸収部２の軸方向Ｚの鉛直変位に補剛部５が十分に追随して、軸力部材７の全体座屈やエネルギー吸収部２の軸方向Ｚ以外へのズレによる破壊を確実に防止しながら、安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

なお、本発明を適用したダンパー構造１は、図８〜図１１では、軸力部材７の側面７０における複数の側板２０のうち、全部の側板２０にエネルギー吸収部２となる折曲面３を形成させるものとしているが、これに限らず、一部の側板２０のみに折曲面３を形成して、残りの側板２０には折曲面３を形成せずに軸方向Ｚへの伸縮変形に追随する仕様（例えば、高さ寸法Ｅの部位又はその一部で側板２０を切り取るなど）としてもよい。これにより、本発明を適用したダンパー構造１は、全部の側板２０にエネルギー吸収部２となる折曲面３を形成した場合は十分なエネルギー吸収性能を確保することが可能となり、また、一部の側板２０のみに折曲面３を形成することで、エネルギー吸収性能を調整することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、軸力部材７の周方向Ｗに隣り合う複数の側板２０の境界となる隅部２１に切れ目３１を形成することで、エネルギー吸収部２となる折曲面３を設けるための折り目３０を形成するための加工作業を容易なものとし、エネルギー吸収部２の製作コストを低減させることが可能となる。

一方、折曲面３は、特定の断面形状を有する軸力部材７の側板２０に形成されるだけでなく、軸力部材７の断面形状を造形する前の平板等に先に形成されてもよい。この場合、平板等に先に折り目３０と切れ目３１を設け、切れ目３１を境界として、切れ目３１が隅部２１になるように折曲面３を折り曲げることで、後から軸力部材７の断面形状を造形することもできる。

本発明を適用したダンパー構造１は、図８、図９に示すように、エネルギー吸収部２が開断面形状で構成されることで、エネルギー吸収部２及び補剛部５の加工組立を容易にすることが可能となる。本発明を適用したダンパー構造１は、図１０、図１１に示すように、エネルギー吸収部２が閉断面形状で構成されることで、エネルギー吸収部２の断面形状における異方性を抑制して、より安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

本発明を適用したダンパー構造１は、特に、図１５（ｂ）に示すように、エネルギー吸収部２となる折曲面３を形成する折り目３０を湾曲して折り曲げることで、折曲面３が変形するときの塑性化領域を大きくするとともに、折り目３０を折曲加工するときのひずみと折曲面３を変形させたときのひずみを併せた累積ひずみを小さくすることができるため、加工硬化による耐力上昇の抑制や、低サイクル疲労に対する抵抗特性の強化を図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１ ：ダンパー構造
２ ：エネルギー吸収部
２０ ：側板
２１ ：隅部
２２ ：縁部
２５ ：外側部材
２６ ：内側部材
３ ：折曲面
３ａ ：上側折曲面
３ｂ ：下側折曲面
３０ ：折り目
３１ ：切れ目
３２ ：湾曲面
４ ：鋼材
５ ：補剛部
５ａ ：端部
６ ：接合部
６ａ ：接合部（補剛部と部材）
６ｂ ：接合部（部材と部材）
７ ：軸力部材
７０ ：側面
７１ ：フランジ部
７２ ：ウェブ部
７３ ：リップ部
８ ：枠材
８０ ：枠内空間
８０ａ ：上部
８０ｂ ：下部
８１ ：縦枠
８２ ：横枠
Ｗ ：周方向
Ｘ ：軸直交方向
Ｙ ：軸方向

Claims (8)

1. 建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、
   軸力部材の側板の軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部を備え、
   前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向に突出する折曲面が前記側板に形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、
   前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の境界となる隅部を有して、前記側板に折り目が形成されるとともに、前記隅部に切れ目が形成されて、面外方向で略三角形状に突出する前記折曲面が形成されること
   を特徴とするダンパー構造。
2. 建築物に設けられて引張荷重又は圧縮荷重が作用する軸力部材のダンパー構造であって、
   軸力部材の側板の軸方向の一部に設けられるエネルギー吸収部を備え、
   前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向に突出する折曲面が前記側板に形成されて、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、
   軸力部材の側面に沿って前記側板に近接させて設けられる補剛部をさらに備え、
   前記エネルギー吸収部は、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなり、
   前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向の内側に向けて突出する前記折曲面が前記側板に形成されて、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の外側に、前記補剛部が設けられること
   を特徴とするダンパー構造。
3. 軸力部材の側面に沿って前記側板に近接させて設けられる補剛部をさらに備え、
   前記エネルギー吸収部は、引張荷重又は圧縮荷重が軸力部材に作用したときに、前記補剛部により所定の剛性を確保しながら、前記折曲面が形成された軸方向の一部を伸縮させるものとなること
   を特徴とする請求項１記載のダンパー構造。
4. 前記エネルギー吸収部は、軸力部材の側面より面外方向の外側に向けて突出する前記折曲面が前記側板に形成されて、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の内側に、前記補剛部が設けられること
   を特徴とする請求項３記載のダンパー構造。
5. 前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板により、開断面形状、又は、閉断面形状に形成されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のダンパー構造。
6. 前記エネルギー吸収部は、軸力部材の周方向に隣り合う複数の前記側板の境界となる隅部を有して、前記側板に折り目が形成されるとともに、前記隅部に切れ目が形成されて、面外方向で略三角形状に突出する前記折曲面が形成されること
   を特徴とする請求項２記載のダンパー構造。
7. 前記エネルギー吸収部は、前記側板に形成された折り目で折り曲げられた前記折曲面の傾斜角度が、軸力部材の側面に直交する軸直交方向に対して１５°以上、３０°以下となること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のダンパー構造。
8. 前記エネルギー吸収部は、前記側板に形成された折り目が湾曲して折り曲げられることで、面外方向に突出する前記折曲面が形成されること
   を特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載のダンパー構造。