JP6742741B2 - 曲げ降伏型ダンパー - Google Patents

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本発明は、曲げ降伏型ダンパーに関し、例えば、地震により建物に発生した水平方向荷重を受けて曲げ降伏することにより建物の制震を図る制震構造の構築に用いられる曲げ降伏型ダンパーに関する。
地震時に建物に作用する地震エネルギーを吸収するために用いる制震手段として、様々な種類の履歴型ダンパーが開発され実用化されている。その多くは低降伏点鋼を使用したせん断パネルを有するダンパーであり、建物の上下梁間に設置され、せん断パネルがせん断変形により塑性化してダンパー効果を発揮する。このようなせん断パネル型のダンパーには、壁タイプや間柱タイプのものが存在する。
上記せん断パネル型のダンパーでは、ダンパー効果の発揮に繋がるせん断変形の発生を確実なものとするために、せん断パネルの上下幅(高さ)をできるだけ抑えておくのが一般的である。そして、このように上下幅の小さなせん断パネルの上下を建物の上下梁に取り付けるための接合材には、せん断パネルへの応力集中を妨げないように、自身の変形を小さく抑えるための高い剛性と、せん断パネルよりも十分に高いせん断強度とを有する特殊な構造体が必要となる。
本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、設置に関する自由度や簡便性を高めることができる曲げ降伏型ダンパーを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る曲げ降伏型ダンパーは、長手方向における両端部に曲げ剛性低減部が設けられたH形鋼と、前記H形鋼の両端に各々固定された板状のベース部材とによって構成され、前記H形鋼に、前記H形鋼の端部におけるせん断降伏を防止するための補強部が設けられている(請求項1)。
前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔であってもよい(請求項2)。
前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、各々前記H形鋼を構成するフランジに接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔と、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応する部分に設けられ、外方に突出し、かつ前記フランジの長手方向に変形し易くなるように折れ曲がるか又は湾曲した変形フランジとで構成されていてもよい(請求項3)。
前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、各々前記H形鋼を構成するフランジに接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔と、変形フランジとで構成され、前記変形フランジは、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応する部分に設けられた筒状の変形フランジであるか、あるいは、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応して除去された部分の外側又は内側に設けられた板状の変形フランジであってもよい(請求項4)。
一方、前記補強部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部の表裏両面あるいは片面のみに設けられ、各々前記ベース部材に接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央に位置する箇所に溶接あるいは一体成形されたプレートによって構成されていてもよい(請求項5)。
本願発明では、設置に関する自由度や簡便性を高めることができる曲げ降伏型ダンパーが得られる。
すなわち、本願の各請求項に係る発明の曲げ降伏型ダンパーは、上記従来のせん断パネル型ダンパーと同じ履歴型ダンパーであるが、曲げ降伏させることによりエネルギー吸収を行うダンパーであるため、その高さ(上下幅)を低く(小さく)抑える必要がなく、それだけ設置に関する自由度や簡便性を高めることができる。また、上記従来のせん断パネル型ダンパーでは、高い剛性とせん断強度とを有する特殊な構造体が必要となっていたが、本発明の曲げ降伏型ダンパーの設置にそのような構造体は不要であり、この点でも設置の自由度や簡便性が高まることになる。
また、本発明の曲げ降伏型ダンパーでは、曲げ剛性低減部により曲げ剛性を低下させ、より小さな変形で曲げ降伏する(曲げ降伏時変形を抑制する)ように構成すれば、早期かつ安定した地震エネルギーの吸収を実現することができ、大きなせん断強度を必要としない。
請求項1に係る発明の曲げ降伏型ダンパーでは、曲げ剛性低減部を設けたことに伴ってせん断降伏し易くなることは、補強部によって防止することができる。
(A)は本発明の一実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図、(B)は(A)のB−B線切断部端面図、(C)は(A)のC−C線切断部端面図である。 (A)及び(D)は本発明の第2の実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図及び側面図、(B)は(A)のB−B線切断部端面図、(C)は(A)のC−C線切断部端面図、(E)はその変形例を示す側面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図である。 (A)及び(B)は本発明の第5の実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図及び側面図、(C)はその変形例を示す側面図である。 (A)は本発明の第6の実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパーの構成を概略的に示す正面図、(B)は(A)のB−B線切断部端面図、(C)は(A)のC−C線切断部端面図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら以下に説明する。
本実施の形態に係る曲げ降伏型ダンパー(以下、ダンパーという)1は、例えば、建物の上下の梁を接続するように設けられ(上下の梁に直接取り付けられるか、他の部材を介して間接的に取り付けられるかは問わない)、地震により建物において水平方向への一定以上の変形が発生した際に曲げ降伏することにより地震エネルギーを吸収する履歴型の制震手段として用いられるものである。
ダンパー1は、図1(A)〜(C)に示すように、長手方向における両端部に曲げ剛性低減部2が設けられたH形鋼3と、H形鋼3の両端に各々固定された板状のベース部材4とによって構成され、H形鋼3の強軸を用いたダンパーである。
ここで、曲げ剛性低減部2は、図1(A)及び(B)に示すように、H形鋼3のウェブ5の長手方向における両端部(端部曲げ降伏領域)において、各々フランジ6に接し、かつ、ウェブ5の幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔であり、全部で四つ形成されている。なお、曲げ剛性低減部2を構成する貫通孔は、フランジ6に接しない位置に設けられていてもよい。
また、H形鋼3には、H形鋼3の端部におけるせん断降伏を防止するための補強部7が設けられている。補強部7は、ウェブ5の両端部の表裏において、各々ベース部材4に接し、かつ、ウェブ5の幅方向における中央に位置する箇所に溶接された計四枚のプレートによって構成されている。
斯かるダンパー1は、上記従来のせん断パネル型ダンパーと同じ履歴型ダンパーであるが、曲げ降伏させることによりエネルギー吸収を行うダンパーであるため、その高さ(上下幅)を低く(小さく)抑える必要がなく、それだけ設置に関する自由度や簡便性を高めることができる。また、上記従来のせん断パネル型ダンパーでは、高い剛性とせん断強度とを有する特殊な構造体が必要となっていたが、本実施形態のダンパー1の設置にそのような構造体は不要であり、この点でも設置の自由度や簡便性が高まることになる。
また、本実施形態のダンパー1では、曲げ剛性低減部2により曲げ剛性を低下させ、より小さな変形で曲げ降伏する(曲げ降伏時変形を抑制する)ように構成すれば、早期かつ安定した地震エネルギーの吸収を実現することができ、大きなせん断強度を必要としない。
さらに、ウェブ5の断面が通常のH形鋼よりも小さいH形鋼3を用いる本実施形態のダンパー1がせん断降伏し易くなることは、補強部7によって防止することができる。
ここで、ダンパー1に必要な剛性及び強度は、断面2次モーメント・断面係数で調整することができるのであり、その材料(鋼材)は、特に限定されず、例えば、鋼、アルミニウム、ステンレス、これらの合金等を用いることができる。また、ダンパー1の鋼材は、低降伏点鋼であってもよいが、例えば普通鋼(一般的な構造用鋼材)を用いてもよく、この場合、コストダウンを図ることができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に何ら限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に変形して実施し得ることは勿論である。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。
ダンパー1は、H形鋼の端部曲げ降伏領域に、曲げ剛性および曲げ降伏強度を低下させるがせん断降伏させない加工が施された形状を呈するものであればよく、曲げ剛性低減部2及び補強部7の構成には様々なバリエーションが考えられ、例えばダンパー1を、図2(A)〜(D)に示すように構成することもできる。すなわち、図2(A)に示す曲げ剛性低減部2は、ウェブ5の長手方向における両端部(端部曲げ降伏領域)において、各々フランジ6に接し、かつ、ウェブ5の幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔2A(図1(A)に示す貫通孔2よりも小さくしてある)と、フランジ6において貫通孔2Aに対応する部分に設けられ、外方に突出し、かつフランジ6の長手方向に変形し易くなるように折れ曲がった変形フランジ2Bとで構成されている。そして、図2(A)〜(D)に示すダンパー1でも、図1(A)〜(C)に示したダンパー1と同様の効果が得られる。ここで、図2(D)に示す例では、変形フランジ2Bの横幅とフランジ6の横幅を合致させてあるが、変形フランジ2Bの横幅はフランジ6の横幅より大きくてもよいし、必要な強度等が得られる範囲でフランジ6の横幅より小さくしてもよい。さらに、図2(E)に示すように、変形フランジ2Bをその横幅方向に分割してあってもよく、分割数は二つに限らず三つ以上であってもよい。
また、図1(A)〜(C)及び図2(A)〜(C)に示す例では、補強部7を構成するプレートをウェブ5の表裏両面に設けているが、これに限らず、片面のみに設けてあってもよく、また、補強部7を構成するプレートを、ウェブ5と別体に形成してウェブ5に溶接等により固定するようにしてあってもよいが、両者を一体成形してあってもよい。
図2(A)〜(E)に示す例では変形フランジ2Bをくの字状に屈曲させているが、これに限らず、例えば図3に示すように、変形フランジ2Bを湾曲させ(縦断面円弧状に形成し)てあってもよい。また、変形フランジ2Bを筒状にしてもよく、例えば図4に示すように円筒状にしてもよいし、縦断面がひし形や他の多角形あるいは楕円形等をした筒状にしてあってもよい。
また、図2(A)〜(D)の変形フランジ2Bは屈曲しているが、図5(A)及び(B)に示すように、変形フランジ2Bが、貫通孔2Aを上下に跨ぐように延びる平板状になっていてもよい。この場合、フランジ6の一部が除去され、変形フランジ2Bはその除去された部分を外側から覆うように配置(溶接)されることになるが、変形フランジ2Bの横断面積はフランジ6の横断面積よりも小さくしてあることが好ましく、図5(A)及び(B)に示す例では、変形フランジ2Bとフランジ6の厚みを同一とし、横幅は変形フランジ2Bの方が小さくなるようにしている。ここで、図5(C)に示すように、変形フランジ2Bを、その横幅方向に分割してあってもよく、分割数は二つに限らず三つ以上であってもよい。
図5(A)及び(B)の平板状の変形フランジ2Bは貫通孔2Aを外側から覆うように配置されているが、これに限らず、例えば図6(A)〜(C)に示すように、平板状の変形フランジ2Bを、ウェブ5の表裏両面において貫通孔2Aの内側に相当する位置に、貫通孔2Aを上下に跨ぐように配置(溶接)し、部分的にせいの小さいH形断面を形成するようにしてもよい。
なお、本明細書で挙げた変形例どうしを適宜組み合わせてもよいことはいうまでもない。
1 ダンパー
2 曲げ剛性低減部
2A 貫通孔
2B 変形フランジ
3 H形鋼
4 ベース部材
5 ウェブ
6 フランジ
7 補強部

Claims (5)

  1. 長手方向における両端部に曲げ剛性低減部が設けられたH形鋼と、前記H形鋼の両端に各々固定された板状のベース部材とによって構成され
    前記H形鋼に、前記H形鋼の端部におけるせん断降伏を防止するための補強部が設けられていることを特徴とする曲げ降伏型ダンパー。
  2. 前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔である請求項1に記載の曲げ降伏型ダンパー。
  3. 前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、各々前記H形鋼を構成するフランジに接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔と、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応する部分に設けられ、外方に突出し、かつ前記フランジの長手方向に変形し易くなるように折れ曲がるか又は湾曲した変形フランジとで構成されている請求項1に記載の曲げ降伏型ダンパー。
  4. 前記曲げ剛性低減部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部において、各々前記H形鋼を構成するフランジに接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央を避けた箇所に設けられた貫通孔と、変形フランジとで構成され、
    前記変形フランジは、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応する部分に設けられた筒状の変形フランジであるか、あるいは、前記フランジにおいて前記貫通孔に対応して除去された部分の外側又は内側に設けられた板状の変形フランジである請求項1に記載の曲げ降伏型ダンパー。
  5. 前記補強部は、前記H形鋼を構成するウェブの長手方向における両端部の表裏両面あるいは片面のみに設けられ、各々前記ベース部材に接し、かつ、前記ウェブの幅方向における中央に位置する箇所に溶接あるいは一体成形されたプレートによって構成されている請求項1〜4の何れか一項に記載の曲げ降伏型ダンパー。
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