JP6814023B2 - 制震装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば地震時や強風時の外力による建築物や建造物の揺れを抑制する制震装置に関する。

従来、建築物や建造物の土台と柱及び横架材等の構造部材で形成される矩形の空間部に補強部材を前記柱と土台又は横架材間に架設すると共に、前記補強材間に前記構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を吸収可能なアルミニウム製形材にて形成される履歴ダンパを介在した制震構造（制振構造ともいう）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載の制震装置は、対向するプレート部間に複数の凹凸状に湾曲した波形状のリブによって複数の中空部が形成され、前記リブの両端部とプレート部との接続点が外力の作用方向（圧縮・引張方向）にずれており、リブの湾曲方向が隣り合う二つのリブ同士で相反する方向に形成されている。

特許文献１に記載の制震装置によれば、履歴ダンパは、建築物や建造物等の構造部材に加わる圧縮・引張力により断面形状、特にリブ湾曲部の塑性変形を起こすことで振動エネルギを吸収することができる。

また、特許文献２に記載の制震装置は、履歴ダンパは一対の側片を有する中空矩形状の外殻基部に側片の長手方向に沿う内側面の対向位置を若干偏倚した状態で等間隔に連結される凹凸円弧状に湾曲した波形状リブによって形成される中空部を具備し、補強部材の先端部には、外力の作用によって互いに干渉するのを防止すべく切欠部が形成され、かつ、履歴ダンパの長手方向に沿う対向する側片の外側面に面接触した状態で固定される連結片を有している。

特許文献２に記載の制震装置によれば、履歴ダンパは補強部材間に挿入されるだけでなく、履歴ダンパの長手方向全体にわたって補強部材に固定されるため、履歴ダンパ全体に圧縮・引張力を均等に伝えるだけでなく、履歴ダンパの補強部材長手方向以外の変形、すなわち履歴ダンパの座屈を防止することができる。

特許第５８９７２４６号公報（図１５） 特開２０１２−２５１３６４号公報（段落００２４、図７）

しかしながら、特許文献１，２に記載の構造においては、いずれも波形状リブの肉厚が一定であるため、変形箇所がリブと側片（プレート部）との接続部と屈曲部に限られ、履歴ダンパによってより大きな振動エネルギを吸収する変形には対応できない懸念がある。
なお、大きな振動エネルギの吸収力を高めるためには、リブの数を増やすことが考えられるが、リブの数を増やすと履歴ダンパが大型となり、アルミニウム製形材からなる履歴ダンパの作製が困難となる。

また、補強部材は、一般に筋交いに相当する位置に架設されるが、そのように架設すると、補強部材と躯体との連結位置は、柱−土台あるいは柱−横架材（梁）の角部となってしまい、補強部材自体の取り付けが面倒となる懸念がある。

この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、建築物や構造物を構成する構造部材に加わる圧縮力及び引張力の外力を吸収する履歴ダンパの塑性変形部に剛性を持たせてエネルギ吸収効率の向上を図ると共に、取り付けを容易に行えるようにした制震装置を提供することを課題とする。

前記課題を達成するために、この発明の制震装置は、建築物や建造物を構成する構造部材である土台と柱及び横架材で形成される矩形の空間部に補強部材を架設すると共に、前記補強部材に加わる圧縮力及び引張力の外力を吸収可能な履歴ダンパを介在した制震装置であって、 前記履歴ダンパは、前記補強部材にそれぞれ一方が連結される一対の側片と、前記側片同士を連結する波形状リブによって形成される複数の中空部を有するアルミニウム製形材にて形成され、 前記波形状リブは、凹凸円弧状の複数の屈曲部を有し、前記屈曲部間の肉厚は均一に形成され、前記屈曲部から前記側片側に向かって肉厚となるテーパ部を有すると共に、対向部位が１８０度回転対称に形成され、隣接する前記波形状リブが隣接間の中心に対して対称に形成され、かつ、前記両側片の長手方向の中心線に対してそれぞれ対称に形成されている、ことを特徴とする（請求項１）。

このように構成することにより、構造部材に加わる圧縮力及び引張力の外力が履歴ダンパの両側片に作用すると、側片と波形状リブの接続部と波形状リブの屈曲部が塑性変形して振動エネルギを吸収することができる。この際、波形状リブは、屈曲部から側片側に向かって肉厚となるテーパ部を有しているため、側片と波形状リブの接続部の塑性変形部に剛性を持たせると共に、変形領域を履歴ダンパの内方側に広げ、更に屈曲部も変形するため大きな変形に対応することができる。

この発明において、前記波形状リブを挟んだ前記一対の側片の長手方向の両端部の対称位置の内側面間に、互いに平行な複数の直状リブが設けられているのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、波形状リブを挟んだ側片の長手方向の両端部の対称位置の内側面間に互いに平行な複数の直状リブを設けることで、波形状リブが塑性変形して振動エネルギを吸収する際に、側片間の距離を一定に保ち、履歴ダンパの剪断方向以外の変形を抑制することができる。

また、この発明において、前記補強部材は、一端が前記柱の横架材側に取り付けられる上部補強部材と、一端が前記柱の土台側に取り付けられる下部補強部材とで構成され、前記上部補強部材と下部補強部材は互いに摺動可能な角筒状に形成されると共に、内方側に位置する一方の上部又は下部補強部材は角筒の一辺が切り欠かれた切欠き部を有し、前記履歴ダンパは、前記一方の補強部材の前記切欠き部内に挿入されると共に、前記履歴ダンパの一方の側片が連結部材にて連結され、前記履歴ダンパの他方の側片は他方の下部又は上部補強部材に連結部材にて連結されているのが好ましい（請求項３）。

このように構成することにより、履歴ダンパと補強部材の連結を強固にすることができると共に、補強部材を構成する上部補強部材と下部補強部材の接続を強固にすることができる。

加えて、この発明において、前記補強部材の長手方向の端部に固着される接続部材と、前記柱の土台側及び前記横架材側に固着される支持部材とを具備し、前記接続部材は、前記補強部材に固定される固定部と、該固定部に突設される接続部とを有し、前記支持部材は、前記柱に固定される固定片の両側に起立片を有するチャンネル状に形成されると共に、両起立片の上端に隆起する一対の支持片を有し、前記支持片間に前記接続部材の接続部を配置した状態で、枢支ピンにて枢着するのが好ましい（請求項４）。

このように構成することにより、補強部材を柱の横架材側と柱の土台側に取り付けることができると共に、柱の側面に対して回動可能に枢着することができる。

この発明によれば、前記のように構成されているので、以下のような顕著な効果が得られる。

（１）請求項１に記載の発明によれば、建築物や構造物を構成する構造部材に加わる圧縮力及び引張力の外力を吸収する履歴ダンパの塑性変形部に剛性を持たせると共に、変形領域を履歴ダンパの内方側に広げ、更に屈曲部も変形するためエネルギ吸収効率の向上を図ることができる。また、履歴ダンパが大きな変形に対応できるので、構造部材で形成される矩形の空間部の対角位置以外の取り付けを容易にすることができる。

（２）請求項２に記載の発明によれば、波形状リブが塑性変形して振動エネルギを吸収する際に、側片間の距離を一定に保ち、履歴ダンパの剪断方向以外の変形を抑制することができるので、前記（１）に加えて、更に履歴ダンパに剛性を持たせることができると共に、エネルギ吸収効率の向上を図ることができる。

（３）請求項３に記載の発明によれば、履歴ダンパと補強部材の連結を強固にすることができると共に、補強部材を構成する上部補強部材と下部補強部材の接続を強固にすることができるので、前記（１），（２）に加えて、更に圧縮力及び引張力を均等に履歴ダンパに伝えることができ、履歴ダンパの補強部材長手方向以外の変形、すなわち履歴ダンパの座屈防止が図れる。

請求項４に記載の発明によれば、補強部材を柱の横架材側と柱の土台側に取り付けることができると共に、柱の側面に対して回動可能に枢着することができるので、前記（１）〜（３）に加えて、更に補強部材の取り付けを容易にすることができる。

この発明に係る制震装置の使用状態を示す概略正面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大図（ｂ）である。 前記制震装置の要部の一部を断面で示す正面図（ａ）及び（ａ）の平面図（ｂ）である。 この発明における履歴ダンパを示す正面図（ａ）及び（ａ）のII部の波形状リブの半部を分離して示す説明図（ｂ）である。 この発明における履歴ダンパを示す斜視図である。 この発明における履歴ダンパ、上部補強部材及び下部補強部材を示す分解斜視図である。 前記履歴ダンパを挿入した下部補強部材と上部補強部材を示す分解斜視図である。 前記上部補強部材と下部補強部材間に履歴ダンパを介在した状態を示す斜視図である。 この発明における下部補強部材の別の形態と、上記補強部材及び履歴ダンパを示す一部断面分解斜視図である。 前記下部補強部材に履歴ダンパを挿入した状態を示す斜視図である。 この発明における上部補強部材の取付部を示す正面図である。 図６Ａの側面図である。 この発明における接続部材、支持部材及び枢支ピンを示す分解斜視図である。

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る制震装置を例えば木造建築物に適用した場合について説明する。

この発明に係る制震装置は、図１に示すように、建築物の土台１と、土台１に立設される柱２ａ，２ｂ及び柱２ａ，２ｂの上端部に横架される例えば桁材である横架材３等の構造部材で形成される矩形の空間部４に、複数例えば上部及び下部補強部材１１，１２を柱２ａ，２ｂと土台１又は横架材３間に対角方向に向かって架設すると共に、上部及び下部補強部材１１，１２間に構造部材に加わる圧縮力及び引張力の外力を吸収可能な、すなわち圧縮力及び引張力の外力による振動エネルギを吸収し減衰する履歴ダンパ２０を介在して構成されている。この場合、履歴ダンパ２０は長手方向に２個連設されている。
なお、柱２ａ，２ｂと土台１又は横架材３は、アングル状金具５と直状保持金具６によって固定されている。

前記履歴ダンパ２０は、図１ないし図４に示すように、上部及び下部補強部材１１，１２にそれぞれ一方が連結される一対の側片２１の長手方向に沿う内側面の対向位置を若干偏倚した状態で等間隔に連結される凹凸円弧状の屈曲部２２ａを有する波形状リブ２２によって形成される複数（３個）の中空部２３を有し、一対の側片２１の長手方向の両端部の対称位置の内側面間に、互いに平行な複数例えば２本の直状リブ２４を有するアルミニウム製押出形材にて形成されている。なお、両側片２１の長手方向の両端は直状リブ２４より外方に突出している。

この場合、波形状リブ２２は、図３に示すように、屈曲部２２ａから側片側に向かって肉厚となる曲線状のテーパ部２５を有すると共に、対向部位が１８０度回転対称に形成され、かつ、隣接する波形状リブ２２が隣接間の中心に対して対称に形成されている。なお、波形状リブ２２の側片２１との接続部すなわちテーパ部２５の基端部２５ａの厚みＴ１は側片２１の厚みＴより厚くなっており、波形状リブ２２の中央部の厚みＴ２は側片２１の厚みＴより薄くなっている。また、直状リブ２４の厚みＴ３は側片２１の厚みＴより薄くなっている。

各波形状リブ２２の両端と側片２１との連結位置を対向位置で若干偏倚させた理由は、履歴ダンパ２０に作用する圧縮力ＰA及び引張力ＰBの外力により波形状リブ２２の変形をしやすくするためである。なお、両側片２１には長手方向に沿う中心線上に適宜間隔をおいて複数の取付孔２６が穿設されている（図４参照）。この場合、取付孔２６は少なくとも履歴ダンパ２０の長手方向の両端部を含む複数箇所に設けられている。

前記のように形成される履歴ダンパ２０は、両側片２１間の中心線Ｃ１及び側片２１の長手方向の中心線Ｃ２に対してそれぞれ対称に形成されている（図３（ａ）参照）。

前記上部及び下部補強部材１１，１２は、それぞれ基端部すなわち上部補強部材１１の上端部及び下部補強部材１２の下端部が、後述する支持部材４０をもって固定される互いに摺動可能に形成される角筒状のアルミニウム製中空押出形材にて形成されている。

この場合、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、内方側に位置する一方の補強部材である下部補強部材１２は、先端側に角筒の上部側の一辺が切り欠かれた切欠き部１３が設けられている。この切欠き部１３内に、２個の履歴ダンパ２０が両側片２１の先端同士が当接した状態で挿入されると共に、履歴ダンパ２０の一方の側片２１が上部補強部材１１に設けられた取付孔１１ａと側片２１に設けられた取付孔２６を貫通する連結部材である連結ねじ２７にて連結されている。
また、履歴ダンパ２０の他方の側片２１は、下部補強部材１２に設けられた取付孔１２ａと側片２１に設けられた取付孔２６を貫通する連結ねじ２７にて上部補強部材１１に連結されている。

この場合、履歴ダンパ２０と下部補強部材１２との間には０．５ｍｍの隙間が設けられ、下部補強部材１２と上部補強部材１１との間には１．０ｍｍの隙間が設けられている。
このように、履歴ダンパ２０と下部補強部材１２、下部補強部材１２と上部補強部材１１との間において互いに干渉しないように可能な限り小さな隙間を設けることにより、履歴ダンパ２０、上部補強部材１１及び下部補強部材１２が接触することで局部変形が拘束され、局部座屈が起こらないようにしている。

なお、前記説明では、前記切欠き部１３は、角筒の上部側辺の先端側を切り欠いた先端側が開口した形状である場合について説明したが、図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、下部補強部材１２の角筒の上部側辺の先端に連結片１４を残すと共に、角筒の両側辺の上端に一対のリップ片１５を残して切り欠かれた矩形状の切欠き部１３Ａとしてもよい。
このように、切欠き部１３Ａの先端側を連結片１４で閉じて矩形状にすることにより、下部補強部材１２に剛性を持たせることができ、また、切欠き部１３Ａの長手方向の両側にリップ片１５を残すことで、細長比を稼いで局部座屈に対して有利な形状とすることができる。

なお、前記説明では、上部補強部材１１内に下部補強部材１２を位置させた場合について説明したが、上部補強部材１１を下部補強部材１２内に位置させると共に、上部補強部材１１に切欠き部１３を設け、この切欠き部１３内に履歴ダンパ２０を配置して、履歴ダンパ２０の両側片２１をそれぞれ上部補強部材１１と下部補強部材１２に連結してもよい。

次に、上部及び下部補強部材１１，１２の取付構造について説明する。上部及び下部補強部材１１，１２の取付構造は同じであるので、ここでは、上部補強部材１１を代表して説明する。

図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、上部補強部材１１は、上部補強部材１１の長手方向の端部に固着される接続部材３０と、柱２ａ，２ｂの横架材側に固着される支持部材４０と、を枢支ピン５０によって枢着した状態で取り付けられる。

この場合、接続部材３０は、上部補強部材１１の端部内に挿入されて固定ねじ３３にて固定される一対の脚片３１ａと両脚片３１ａを連結する連結片３１ｂとからなるコ字状の固定部３１と、固定部３１の連結片３１ｂに直交状に突設され、先端近傍側に貫通孔３２ｂが設けられた肉厚部３２ａを有する接続部３２とが一体に形成されている。この接続部材３０は、例えばアルミニウム製押出形材にて形成されている。なお、脚片３１ａには固定ねじ３３が螺挿される複数のねじ孔３１ｃが設けられている。

一方、支持部材４０は、柱２ａ，２ｂに固定される細長矩形状の固定片４１の両側に起立片４２を有するチャンネル状に形成されると共に、両起立片４２の上端に円弧状に隆起する貫通孔４４が設けられた一対の支持片４３を有している。なお、固定片４１には、固定ねじ４５の取付孔４１ａが千鳥状に設けられている。この支持部材４０は、例えばアルミニウム製押出形材にて形成されている。

上部補強部材１１を取り付けるには、まず、柱２ａ，２ｂの横架材３側の側面に支持部材４０を固定ねじ４５にて固定する。そして、支持部材４０の支持片４３間に接続部材３０の接続部３２を配置した状態で、支持片４３に設けられた貫通孔４４と接続部３２に設けられた貫通孔３２ｂに枢支ピン５０を挿通し、枢支ピン５０の先端部に周設された環状溝５１に二叉状の抜け止めピン５２を嵌着して、上部補強部材１１を支持部材４０に枢着する。

下部補強部材１２の下端部も同様にして柱２ａ，２ｂの土台１側の側面に固定された支持部材４０に枢支ピン５０にて枢着する。

前記のように構成される実施形態の制震装置によれば、建築物を構成する構造部材に圧縮力ＰA及び引張力ＰBの外力が作用すると、履歴ダンパ２０の両側片２１に均等に荷重が加わって、側片２１と波形状リブ２２の接続部と波形状リブ２２の屈曲部２２ａが塑性変形して振動エネルギを吸収することができる。この際、波形状リブ２２は、側片２１側が肉厚のテーパ部２５を有しているため、側片２１と波形状リブ２２の接続部の塑性変形部に剛性を持たせると共に、変形領域を履歴ダンパ２０の内方側に広げ、更に屈曲部２２ａも変形するため大きな変形に対応することができる。

また、波形状リブ２２を挟んだ側片２１の長手方向の両端部の対称位置の内側面間に互いに平行な複数（２個）の直状リブ２４を設けることで、波形状リブ２２が塑性変形して振動エネルギを吸収する際に、側片２１間の距離を一定に保ち、履歴ダンパ２０の剪断方向以外の変形、すなわち履歴ダンパ２０の潰れを抑制することができる。

また、上部補強部材１１と下部補強部材１２は互いに摺動可能な角筒状に形成されると共に、内方側に位置する下部補強部材１２は角筒の一辺が切り欠かれた切欠き部１３を有し、履歴ダンパ２０は、下部補強部材１２の切欠き部１３内に挿入されると共に、一方の側片２１が連結され、履歴ダンパ２０の他方の側片２１は上部補強部材１１に連結されているので、履歴ダンパ２０と上部及び下部補強部材１１，１２の連結を強固にすることができると共に、上部補強部材１１と下部補強部材１２の接続を強固にすることができる。したがって、圧縮力ＰＡ及び引張力ＰＢを均等に履歴ダンパ２０に伝えることができ、履歴ダンパ２０の上部及び下部補強部材１１，１２の長手方向以外の変形、すなわち履歴ダンパ２０の座屈防止が図れる。

履歴ダンパ２０が大きな変形に対応できるため、上部及び下部補強部材１２を柱２ａ，２ｂの横架材側と柱２ａ，２ｂの土台側に取り付けることが可能となり、しかも、柱２ａ，２ｂの側面に対して回動可能に枢着することで、上部及び下部補強部材１１，１２の取り付けを容易にすることができる。

なお、前記実施形態では、履歴ダンパ２０が長手方向に２個連設される場合について説明したが、履歴ダンパ２０の個数は任意でよく、例えば１個の履歴ダンパ２０を上部及び下部補強部材１１，１２の間に介在してもよい。

また、前記実施形態では、この発明に係る制震装置を木造建築物に適用した場合について説明したが、この発明は、木造建築物以外の鉄骨構造の構造物や、あるいは例えば電子機器を収納するラック等にも適用できる。

１ 土台
２ａ，２ｂ 柱
３ 横架材
４ 空間部
１１ 上部補強部材
１２ 下部補強部材
１３，１３Ａ 切欠き部
２０ 履歴ダンパ
２１ 側片
２２ 波形状リブ
２２ａ 屈曲部
２３ 中空部
２４ 直状リブ
２５ テーパ部
２７ 連結ねじ（連結部材）
３０ 接続部材
３１ 固定部
３２ 接続部
４０ 支持部材
４１ 固定片
４２ 起立片
４３ 支持片
５０ 枢支ピン
ＰＡ 圧縮力
ＰＢ 引張力

Claims (4)

1. 建築物や建造物を構成する構造部材である土台と柱及び横架材で形成される矩形の空間部に補強部材を架設すると共に、前記補強部材に加わる圧縮力及び引張力の外力を吸収可能な履歴ダンパを介在した制震装置であって、
   前記履歴ダンパは、前記補強部材にそれぞれ一方が連結される一対の側片と、前記側片同士を連結する波形状リブによって形成される複数の中空部を有するアルミニウム製形材にて形成され、
   前記波形状リブは、凹凸円弧状の複数の屈曲部を有し、前記屈曲部間の肉厚は均一に形成され、前記屈曲部から前記側片側に向かって肉厚となるテーパ部を有すると共に、対向部位が１８０度回転対称に形成され、隣接する前記波形状リブが隣接間の中心に対して対称に形成され、かつ、前記両側片の長手方向の中心線に対してそれぞれ対称に形成されている、
   ことを特徴とする制震装置。
2. 請求項１記載の制震装置において、
   前記波形状リブを挟んだ前記一対の側片の長手方向の両端部の対称位置の内側面間に、互いに平行な複数の直状リブが設けられている、ことを特徴とする制震装置。
3. 請求項１又は２に記載の制震装置において、
   前記補強部材は、一端が前記柱の横架材側に取り付けられる上部補強部材と、一端が前記柱の土台側に取り付けられる下部補強部材とで構成され、前記上部補強部材と下部補強部材は互いに摺動可能な角筒状に形成されると共に、内方側に位置する一方の上部又は下部補強部材は角筒の一辺が切り欠かれた切欠き部を有し、前記履歴ダンパは、前記一方の補強部材の前記切欠き部内に挿入されると共に、前記履歴ダンパの一方の側片が連結部材にて連結され、前記履歴ダンパの他方の側片は他方の下部又は上部補強部材に連結部材にて連結されている、ことを特徴とする制震装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の制震装置において、
   前記補強部材の長手方向の端部に固着される接続部材と、前記柱の土台側及び前記横架材側に固着される支持部材とを具備し、前記接続部材は、前記補強部材に固定される固定部と、該固定部に突設される接続部とを有し、前記支持部材は、前記柱に固定される固定片の両側に起立片を有するチャンネル状に形成されると共に、両起立片の上端に隆起する一対の支持片を有し、前記支持片間に前記接続部材の接続部を配置した状態で、枢支ピンにて枢着してなる、ことを特徴とする制震装置。

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