JP6941467B2

JP6941467B2 - ダンパー、及びダンパーの製作方法

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Publication number: JP6941467B2
Application number: JP2017077514A
Authority: JP
Inventors: 喜信小野; 祐一慶; 慶　　祐一; 浩二瀬之口; 義徳奥平; 晃平山田; 宇佐美　徹; 徹宇佐美
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: JP2018178466A

Description

本発明は、建物を制振するダンパー、及びこのダンパーの製作方法に関する。

建物の架構にブレースとして設置され、この建物の小変形から大変形までの変形に対して制振効果を発揮するダンパーがある。

例えば、特許文献１には、軸方向中間部に耐力低減部が設けられたブレース材と、このブレース材を取り囲む補剛管と、補剛管の内側に耐力低減部とクリアランスをあけて設けられた、座屈補剛板や座屈補剛棒からなる座屈補剛材と、を有するダンパーが開示されている。

このダンパーは、小地震等によって建物が小変形するときは、耐力低減部が塑性変形しながら振動エネルギーを吸収することにより制振効果を発揮することができる。また、大地震等によって建物が大変形するときは、座屈補剛材によって座屈することなく耐力低減部が塑性変形するので、安定したエネルギー吸収能力を発揮することができる。

しかし、補剛管の内側に座屈補剛材を設けるための孔開けや溶接等の加工は面倒である。また、この加工により補剛管の断面が変形することによって、耐力低減部と補剛管内面との間のクリアランスの精度が低下してしまうことが懸念される。

特開２０１４−４７５４６号公報

本発明は係る事実を考慮し、補剛管内面とブレースの耐力低減部との間のクリアランスの精度を向上させることを課題とする。

第１態様の発明は、両端部に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さいＨ形断面の耐力低減部を軸方向中間部に備えた鋼製のブレース材と、前記ブレース材を取り囲む補剛管と、前記耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように前記耐力低減部に被せられ、前記耐力低減部と前記補剛管の内面との間に所定のクリアランスを形成する補剛部材と、を有するダンパーである。

第１態様の発明では、ダンパーが架構に設けられている建物が小地震等により小変形したときに、ブレース材の軸方向中間部に備えられた耐力低減部が塑性変形しながら振動エネルギーを吸収し、制振効果を発揮させることができる。

また、ダンパーが架構に設けられている建物が大地震等により大変形したときに、ブレース材の軸方向中間部に備えられた耐力低減部は、補剛部材により座屈（曲げ座屈及び局部座屈）することなく塑性変形しながら安定した振動吸収能力を発揮するとともに、優れた繰り返し変形能力による良好な疲労特性を発揮させることができる。

さらに、補剛部材は、耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように耐力低減部に被せられて、耐力低減部と補剛管の内面との間に所定のクリアランスを形成するので、補剛管内面とブレース材の耐力低減部との間のクリアランスの精度を向上させることができる。

第２態様の発明は、第１態様のダンパーにおいて、前記補剛部材は、前記耐力低減部のフランジ面を覆うように設けられた板状部材と、前記板状部材の両端部に設けられた鍔部材とを有して構成されている。

第２態様の発明では、板状部材により耐力低減部の局部座屈を効果的に抑制することができる。

第３態様の発明は、両端部に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さいＨ形断面の耐力低減部を軸方向中間部に備えた鋼製のブレース材の前記耐力低減部に、前記耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように補剛部材を被せて配置する工程と、前記耐力低減部に前記補剛部材が被せられた前記ブレース材を補剛管に挿入して、前記補剛管内に前記ブレース材と前記補剛部材とを配置し、前記耐力低減部と前記補剛管の内面との間に所定のクリアランスを形成する工程と、を有するダンパーの製作方法である。

第３態様の発明では、耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように耐力低減部に補剛部材を被せることにより、補剛管の内側に補剛部材を容易に配置することができる。これにより、補剛管内面とブレース材の耐力低減部との間のクリアランスの精度を向上させることができるとともに、容易にダンパーを製作できる。

本発明は上記構成としたので、補剛管内面とブレースの耐力低減部との間のクリアランスの精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るダンパーを示す斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。図１のＣ−Ｃ断面図である。図２のＤ−Ｄ断面図である。図２のＥ−Ｅ断面図である。本発明の実施形態に係るブレース材を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るブレース材に補剛部材を配置している状況を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る補剛管にブレース材を挿入している状況を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る補剛部材のバリエーションを示す断面図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、及び図１１（ｃ）は、本発明の実施形態に係る補剛部材の組立方法を示す正面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係るダンパーについて説明する。

図１の斜視図、図１のＡ−Ａ断面図である図２、図１のＢ−Ｂ断面図である図３、及び図１のＣ−Ｃ断面図である図４に示すように、本実施形態のダンパー１０は、鋼製のブレース材１２、鋼製の補剛管１４、及び補剛部材１６、１８を有して構成されている。ダンパー１０は、鉄骨造の建物の有する柱梁架構（不図示）の構面内に、ブレースとして機能するように取り付けられている。

図１には、柱梁架構に設けられた接合部２０、２２に、添え板２４、ボルト２６、及びナット２８によってダンパー１０の端部（ブレース材１２の端部３０、３２）が接合されている様子が示されている。

説明の都合上、図１では、ダンパー１０が水平に配置されているように描かれているが、ダンパー１０は、ダンパー１０の一方の端部（ブレース材１２の端部３０）が他方の端部（ブレース材１２の端部３２）よりも高くなるようにして、又はダンパー１０の他方の端部（ブレース材１２の端部３２）が一方の端部（ブレース材１２の端部３０）よりも高くなるようにして斜めに配置されて柱梁架構に取り付けられている。

図２、図３、図４、及び図２のＤ−Ｄ断面図である図５に示すように、ブレース材１２は、端部３０、３２が、上フランジ部４０、下フランジ部４２、及び上フランジ部４０と下フランジ部４２との間に配置されたウェブ部４４を一体化したＨ形状の横断面を有するＨ形鋼によって構成され、中間部３４が、上フランジ部４６、下フランジ部４８、及び上フランジ部４６と下フランジ部４８との間に配置されたウェブ部５０を一体化したＨ形状の横断面を有するＨ形鋼によって構成されている。

中間部３４の横断面（横断面積）は、端部３０、３２の横断面（横断面積）よりも小さくなっている。これによって、中間部３４は、端部３０、３２に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さいＨ形断面の耐力低減部３６を構成している。すなわち、ブレース材１２は、軸方向中間部（中間部３４）に耐力低減部３６を備えている。

図１、図２、図３、及び図４に示すように、補剛管１４は、角形鋼管からなり、ブレース材１２を取り囲むように設けられている。ブレース材１２は、平鋼を溶接組立てすることにより形成され、補剛管１４は、冷間成形により形成されている。なお、ブレース材１２及び補剛管１４は、他の方法によって形成してもよい。

図２、及び図２のＥ−Ｅ断面図である図６に示すように、補剛部材１６は、耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）を覆うように設けられた鋼製の板状部材５２と、板状部材５２の左右両端部に設けられた鋼製の鍔部材５４とを有して構成されている。鍔部材５４は、栓溶接によって板状部材５２に接合されている。

補剛部材１６は、耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）及びフランジ側面（上フランジ部４６のフランジ側面４６Ｂ、下フランジ部４８のフランジ側面４８Ｂ）を覆って耐力低減部３６に被せられるようにして、ブレース材１２に取り付けられている。これにより、耐力低減部３６と補剛管１４の内面との間に所定のクリアランスが形成される。

補剛部材１６は、板状部材５２の軸方向一端部３８のみをブレース材１２の端部３０のフランジ面（上フランジ部４０のフランジ面４０Ａ、下フランジ部４２のフランジ面４２Ａ）に溶接接合することによりブレース材１２に接合されている。

このように、板状部材５２の軸方向一端部３８のみをブレース材１２の端部３０に接合することにより、耐力低減部３６が塑性変形したときに、補剛部材１６によって拘束することなく耐力低減部３６を良好に塑性変形させることができる。

例えば、板状部材５２を耐力低減部３６に溶接接合してしまうと、耐力低減部３６が塑性変形したときに疲労破壊を生じることが懸念される。なお、補剛部材１６は、所定の位置に配置された状態を維持できれば、ブレース材１２に接合されていなくてもよい。

図３及び図４に示すように、補剛部材１８は、角柱状の鋼製部材からなり、ブレース材１２の端部３０、３２のフランジ面（上フランジ部４０のフランジ面４０Ａ、下フランジ部４２のフランジ面４２Ａ）に溶接接合されている。

ダンパー１０は、例えば、図７、図８、及び図９の斜視図に示すダンパーの製作方法で製作することができる。

まず、図７に示すように、ブレース材１２の中間部３４を構成するＨ形鋼に、ブレース材１２の端部３０、３２を構成するＨ形鋼を接合して、ブレース材１２を形成する（ブレース材形成工程）。

次に、図８に示すように、ブレース材１２の耐力低減部３６（中間部３４）に、耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）及びフランジ側面（上フランジ部４６のフランジ側面４６Ｂ、下フランジ部４８のフランジ側面４８Ｂ）を覆うように補剛部材１６を被せて配置する（補剛部材配置工程）。

次に、図９に示すように、耐力低減部３６に補剛部材１６が被せられたブレース材１２を補剛管１４に挿入して、補剛管１４内にブレース材１２と補剛部材１６とを配置し、耐力低減部３６と補剛管１４の内面との間に所定のクリアランスを形成する（ブレース材挿入工程）。これにより、ダンパー１０が完成する。

次に、本発明の実施形態に係るダンパー、及びこのダンパーの製作方法の作用と効果について説明する。

本実施形態のダンパー１０では、図１に示すように、ダンパー１０が柱梁架構に設けられている建物が小地震等により小変形したときに、ブレース材１２の耐力低減部３６が塑性変形しながら振動エネルギーを吸収し、制振効果を発揮させることができる。

また、図１及び図２に示すように、ダンパー１０が柱梁架構に設けられている建物が大地震等により大変形したときに、ブレース材１２の耐力低減部３６は、補剛部材１６により座屈（曲げ座屈及び局部座屈）することなく塑性変形しながら安定した振動吸収能力を発揮するとともに、優れた繰り返し変形能力による良好な疲労特性を発揮させることができる。

さらに、図２に示すように、補剛部材１６は、耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）及びフランジ側面（上フランジ部４６のフランジ側面４６Ｂ、下フランジ部４８のフランジ側面４８Ｂ）を覆うように耐力低減部３６に被せられて、補剛管１４の内面とブレース材１２の耐力低減部３６との間に所定のクリアランスを形成するので、補剛管１４の内面とブレース材１２の耐力低減部３６との間のクリアランスの精度を向上させることができる。

また、本実施形態のダンパー１０では、図６に示すように、補剛部材１６が、ブレース材１２の耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）を覆うように設けられた板状部材５２と、板状部材５２の左右両端部に設けられた鍔部材５４とを有して構成されているので、板状部材５２によりブレース材１２の耐力低減部３６の局部座屈を効果的に抑制することができる。

さらに、本実施形態のダンパーの製作方法では、図８に示すように、耐力低減部３６のフランジ面（上フランジ部４６のフランジ面４６Ａ、下フランジ部４８のフランジ面４８Ａ）及びフランジ側面（上フランジ部４６のフランジ側面４６Ｂ、下フランジ部４８のフランジ側面４８Ｂ）を覆うように耐力低減部３６に補剛部材１６を被せることにより、図１に示すように、補剛管１４の内側に補剛部材１６を容易に配置することができる。

これにより、補剛管１４内面とブレース材１２の耐力低減部３６との間のクリアランスの精度を向上させることができるとともに、容易にダンパー１０を製作できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図２に示すように、補剛部材１６を鋼製とした例を示したが、木材、プラスチック等の他の材料によって補剛部材１６を形成してもよい。例えば、図１０の断面図に示すように、木製の補剛部材５６を耐力低減部３６に被せて配置してもよい。

また、本実施形態では、図２に示すように、栓溶接により板状部材５２に鍔部材５４を接合して補剛部材１６を形成した例を示したが、他の方法により板状部材５２に鍔部材５４を接合して補剛部材１６を形成してもよい。

例えば、図１１（ａ）〜（ｃ）の正面図に示すように、隅肉溶接により板状部材５２に鍔部材５４を接合して補剛部材１６を形成してもよい。

ここでは、まず、図１１（ａ）に示すように、鍔部材５４の上面に板状部材５２の端面を隅肉溶接により仮付けする（溶接部５８）とともに、板状部材５２の下面に鍔部材５４の端面を隅肉溶接により仮付けする（溶接部６０）。次に、図１１（ｂ）に示すように、鍔部材５４の上面に板状部材５２の端面を隅肉溶接により本溶接する（溶接部６２）。最後に、溶接部６０をサンダーで取り除く。

さらに、本実施形態では、図６に示すように、補剛部材１６を耐力低減部３６の全長に渡って配置される１つの部材とした例を示したが、補剛部材は、耐力低減部３６の全長に渡って離散させて部分的に複数配置してもよい。この場合には、ダンパー１０が柱梁架構に設けられている建物が大地震等により大変形したときに耐力低減部３６が局部座屈しない間隔で補剛部材を複数配置する。

また、本実施形態では、図６に示すように、補剛部材１８を角柱状の鋼製部材とした例を示したが、補剛部材１６の板状部材５２を補剛管１４の端面付近まで延長させて、この延長させた部分を補剛部材としてもよい。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、中間部３４の横断面（横断面積）を、端部３０、３２の横断面（横断面積）よりも小さくすることにより、中間部３４を、端部３０、３２に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さい耐力低減部３６とした例を示したが、耐力低減部３６は、端部３０、３２に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さくなっていればよい。

例えば、中間部３４を構成するＨ形鋼のウェブやフランジの厚さを、端部３０、３２を構成するＨ形鋼のウェブやフランジの厚さよりも薄くしてもよい。また、例えば、中間部３４を低降伏点鋼によって形成してもよい。

また、本実施形態では、ダンパー１０が鉄骨造の建物の有する柱梁架構に取り付けられている例を示したが、本実施形態のダンパー１０は、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建物に対して適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ダンパー
１２ブレース材
１４補剛管
１６、５６補剛部材
３６耐力低減部
５２板状部材
５４鍔部材

Claims

両端部に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さいＨ形断面の耐力低減部を軸方向中間部に備えた鋼製のブレース材と、
前記ブレース材を取り囲む補剛管と、
前記耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように前記耐力低減部に被せられた状態で前記ブレース材の軸方向一端部に接合され、前記補剛管の内面との間に所定のクリアランスを形成する補剛部材と、
を有するダンパー。
前記補剛部材は、前記耐力低減部のフランジ面を覆うように設けられた板状部材と、前記板状部材の両端部に設けられた鍔部材とを有して構成されている請求項１に記載のダンパー。
両端部に比べて引張耐力及び圧縮耐力が小さいＨ形断面の耐力低減部を軸方向中間部に備えた鋼製のブレース材の前記耐力低減部に、前記耐力低減部のフランジ面及びフランジ側面を覆うように補剛部材を被せた状態で、前記補剛部材を前記ブレース材の軸方向一端部に接合する工程と、
前記耐力低減部に前記補剛部材が被せられた前記ブレース材を補剛管に挿入して、前記補剛管内に前記ブレース材と前記補剛部材とを配置し、前記耐力低減部と前記補剛管の内面との間に所定のクリアランスを形成する工程と、
を有するダンパーの製作方法。