JP7368849B2 - 制振ダンパー - Google Patents

Description

この発明は、制振ダンパーに関し、より詳細には、振動エネルギーを吸収する部材にせん断パネルを用いた制振ダンパーに関する。

地震等による構造物の振動を抑制する制振部材の一つに、鋼材の弾塑性挙動による履歴エネルギーで地震等の振動エネルギーを吸収する弾塑性ダンパーがあり、弾塑性挙動する低降伏点鋼等の鋼材は軸降伏型やせん断降伏型等のものが数多く開発されている。

軸降伏型の制振部材として、アンボンドブレースや二重鋼管ブレースがあり、両者とも軸降伏部材の座屈を抑制し引張側と圧縮側の弾塑性挙動が等しくなるようにしている。

せん断降伏型の制振部材として、間柱タイプや躯体梁とＫ型ブレース間にせん断パネルを配置するタイプなどがある。

アンボンドブレースや二重鋼管ブレース等のブレース型の制振部材は、建物本体の柱・梁架構に設置したガセットプレートに簡単に取付できる利点があるが、ダンパー部材長が長くなると軸方向の弾性剛性が低くなり、軸降伏部材の降伏時変形が大きくなるため、建物の小さな変形域でのエネルギー吸収効率が悪化する。また、軸降伏部材を座屈させないために部材数が多くなりコストが高くなる。

間柱タイプ等のせん断パネル型の制振部材では、せん断パネルに長期軸力が作用しない形態で設置されるため、施工が煩雑となる傾向がある。

以上のような背景のもと、建物本体の柱・梁架構に容易に設置可能なブレース型の制振部材において、エネルギー吸収部材をせん断降伏型のものとしたものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。このようなブレース型の制振部材によれば、弾性剛性が高く建物の小さな変形域でのエネルギー吸収効率が向上する。また、座屈拘束する必要がないため部材数の増加を抑制でき、コスト低減が図れる。

しかしながら、特許文献１記載のものは、せん断変形するリンク部材２８の軸直角方向の小型化を図るために、リンク部材２８を軸力の作用方向に直列に２つ設けている（同文献の図３参照）。このため、結果として軸力の作用方向に関しては大型化をきたしている。また、特許文献２記載のものは、２本のブレース２１，２２の外側にせん断パネルが配置されるため、ダンパーの外周寸法が大きくなり、狭小部への適用が困難となる。

特開２００１－２７９９４８号公報 特開２０１３－１９９８２３号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、建物のブレース等の構造部材に組み込まれて振動エネルギーを吸収するダンパーであって、コンパクトな構造のせん断降伏型の制振ダンパーを提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、地震等の振動が伝達される建物の構造部材をその軸方向中間部で分割して形成される、２つの分割部材間に配置される制振ダンパーであって、
第１パネルと第２パネルとを有し、これらのパネルが互いの中央部で直交することにより断面十字形をなすせん断パネルであって、前記第１パネル及び前記第２パネルのパネル面が、前記分割部材の相対変位方向に沿うようにして、各分割部材から距離をあけて配置されているせん断パネルと、
前記第１パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の一方に連結する第１連結部材と、
前記第２パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の他方に連結する第２連結部材とを備え、
前記第１、第２連結部材は、一方の面が前記分割部材に連結される基部プレートと、この基部プレートの他方の面に設けられた台座の周面に端部が固定されて、互いに平行となるように延びる１対の接続プレートとを備え、
この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定されていることを特徴とする制振ダンパーにある。

また、前記接続プレートには長孔が設けられ、この長孔に前記第１、第２パネルの前記両端部が嵌入されている構成としてもよい。

また、前記台座の表面は凹面部を有している構成としてもよい。また、前記基部プレートの前記一方の面には継手が設けられ、この継手を介して前記第１、第２連結部材が前記分割部材に連結される構成としてもよい。

例えば、前記構造部材は、建物の柱・梁架構に設置されるブレースである。あるいは、前記構造部材は、建物の間柱である。

前記せん断パネルは、その複数を直列に連結した構成としてもよく、この場合、この発明は次のように特定される。
すなわち、この発明は、地震等の振動が伝達される建物の構造部材をその軸方向中間部で分割して形成される、２つの分割部材間に配置される制振ダンパーであって、
互いの中央部で直交することにより断面十字形をなす第１パネルと第２パネルとをそれぞれ有する、少なくとも２つのせん断パネルであって、前記第１パネル及び前記第２パネルのパネル面が、前記分割部材の相対変位方向に沿うようにして、各分割部材から距離をあけて配置されているせん断パネルと、
前記２つの分割部材の一方側に位置する前記せん断パネルの、前記第１パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の一方に連結する第１連結部材と、
前記２つの分割部材の他方側に位置する前記せん断パネルの、前記第２パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の他方に連結する第２連結部材と、
互いに隣接する一方のせん断パネルの第１パネルの前記両端部と、他方のせん断パネルの第２パネルの前記両端部とを連結する第３連結部材と
を備えていることを特徴とする制振ダンパーにある。

より具体的には、前記第１、第２連結部材は、一方の面が前記分割部材に連結される基部プレートと、この基部プレートの他方の面に端部が固定されて、互いに平行となるように延びる１対の接続プレートとを備え、この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定され、
前記第３連結部材は、基部プレートと、この基部プレートの両面のそれぞれに端部が固定されて、互いに平行となるように延びる各１対の接続プレートとを備え、この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定されている構成とすることができる。

この発明によれば、せん断パネルを第１パネルと第２パネルとからなる断面十字形のものとしたので、エネルギー吸収部の寸法を最小限にとどめることができ、全体構造がコンパクトなせん断降伏型の制振ダンパーを提供することができる。

この発明による制振ダンパーの実施形態を示す斜視図である。 同実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図である。 図２（ａ）のＡ－Ａ線矢視による断面図である。 せん断パネルの斜視図である。 第１、第２連結部材（接続プレートを除く）の斜視図である。 この発明による制振ダンパーを適用した制震ブレースの設置例を示す図である。 この発明による制振ダンパーを間柱制震に適用した例を示す図である。 この発明による制振ダンパーの圧縮作動時の状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図である。 この発明による制振ダンパーの引張作動時の状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図である。 別の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明による制振ダンパーの実施形態を示す斜視図、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は立面図、図３は図２（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図、図４はせん断パネルを示す斜視図、図５は第１、第２連結部材の基部プレート及び台座を示す斜視図である。

制振ダンパー１０は、地震等の振動が伝達されるブレースや間柱等の建物の構造部材に組み込まれる。具体的には構造部材を軸方向中間部で分割して形成される２つの分割部材間に配置される。

制振ダンパー１０は、せん断パネル１１と、せん断パネル１１を２つの分割部材の一方に連結する第１連結部材１２と、せん断パネル１１を２つの分割部材の他方に連結する第２連結部材１３とを備える。

せん断パネル１１は図４に示すように、それぞれ矩形の第１パネル１１ａと第２パネル１１ｂとを有し、これらのパネル１１ａ、１１ｂが互いの長手方向中央部で直交することにより、断面十字形をなしている。せん断パネル１１を構成する第１、第２パネル１１ａ、１１ｂは、いずれも低降伏点鋼の他、極低降伏点鋼、ＳＮ材、ＳＭ材が用いられる。

第１、第２連結部材１２、１３は、配置形態が異なるだけで、構造は同じである。すなわち、第１、第２連結部材１２、１３は、矩形の基部プレート１４を有している。この基部プレート１４の一方の面には継手１５が設けられている。この継手１５を介して第１、第２連結部材１２、１３は２つの分割部材のそれぞれに連結される。継手１５の構造に関しては後述する。

基部プレート１４の他方の面には台座１６が設けられている。台座１６は基部プレート１４よりも外形寸法が小さい矩形のものであり、所定の厚みを有している。この台座１６の周面に互いに平行となるように延びる１対の接続プレート１７、１７が設けられている。また、この台座１６の表面には接続プレート１７、１７間の中央部に向かうにつれて深さが増す凹面部１８が形成されている。

接続プレート１７には、該プレートの延伸方向と同方向に延びる長孔１９が形成されている。せん断パネル１１は、第１、第２パネル１１ａ、１１ｂの幅方向端面が第１、第２連結部材１２、１３の台座１６に対向するように、両者１２、１３間に配置される。また、第１、第２連結部材１２、１３は、第１連結部材１２の接続プレート１７、１７が第１パネル１１ａと直角となるように、第２連結部材１３の接続プレート１７、１７が第２パネル１１ｂと直角となるように配置される。

すなわち、第１、第２連結部材１２、１３は、せん断パネル１１の中心軸線の回りに一方が他方に対して９０度回転した位置関係にあるように配置される。そして、第１パネル１１ａの長手方向両端部が第１連結部材１２の接続プレート１７、１７の長孔１９に、第２パネル１１ｂの長手方向両端部が第２連結部材１３の接続プレート１７、１７の長孔１９にそれぞれ嵌め込まれたうえ、各々の接続プレート１７に溶接により固定される。

第１、第２連結部材１２、１３の基部プレート１４の一方の面に固定される継手１５は、この実施形態では短尺のＨ形鋼で構成されている。継手１５は、その軸方向端面が基部プレート１４に溶接により固定される。継手１５のウェブ及びフランジには複数のボルト孔２０が形成されている。

制振ダンパー１０が組み込まれる建物の構造部材が、例えばＨ形鋼からなるブレースである場合、制振ダンパー１０は軸方向に分割された２つの分割ブレース２１ａ、２１ｂ間に配置される（図２参照）。そして、いずれもＨ形鋼からなる分割ブレース２１ａ、２１ｂの端部と継手１５の端部とを突き合わせ、突き合わせ端部に連結のための鋼板をあてがってボルト孔２０に挿入される高力ボルトで締結することにより、制振ダンパー１０が分割ブレース２１ａ、２１ｂ間に固定される。このようにして、制振ダンパー１０を備えたブレース（制震ブレース）が形成される。

図６は制振ダンパー１０を備えた制震ブレース２１の設置例を示している。制震ブレース２１は、建物の柱・梁架構に矩形の枠体２３を介して設置される。図６（ａ）は、枠体２３の下部両コーナー部と上部中央部との間に制震ブレース２１を設置した例である。

図６（ｂ）は、枠体２３の上部両コーナー部と上部中央部との間に制震ブレース２１を設置し、枠体２３の下部両コーナー部と上部中央部との間に制振機能を持たない通常のブレース２２を設置した例である。

図６（ｃ）は、枠体２３の下部両コーナー部と上部中央部との間に、端部間が回転可能に連結された２本のブレース２２、２２をそれぞれ設置し、それぞれの連結部と枠体２３の上部両コーナー部との間に制震ブレース２１を設置した例である。
なお、制震ブレース２１が設置される建物が新築の場合、制震ブレース２１は枠体２３を介することなく、柱・梁架構に設置したガセットプレートに直接取り付けられる。

図７は、制振ダンパー１０が組み込まれる建物の構造部材が、柱・梁架構において柱２６、２６間にあって、上下の梁２７、２７を連結する間柱２４である場合を示している。制振ダンパー１０は、軸方向に分割された上部分割間柱２４ａと下部分割間柱２４ｂとの間に水平方向に配置される。この場合、制振ダンパー１０の第１、第２連結部材１２、１３には継手１５が設けられることなく、上部分割間柱２４ａ及び下部分割間柱２４ｂにそれぞれ固定されるブラケット２５、２５に第１、第２連結部材１２、１３の基部プレート１４が溶接やボルト・ナット等により固定される。

上記制振ダンパー１０が組み込まれた建物の構造部材に地震等による振動が伝達されると、制振ダンパー１０は図８、図９に示すように作動する。図８は制振ダンパー１０に軸方向に圧縮する力が作用したときの状態を示している。このとき、第１、第２連結部材１２、１３は互いに接近し、これに伴って第１連結部材１２の接続プレート１７、１７は第２連結部材１３の基部プレート１４に向かって、また第２連結部材１３の接続プレート１７，１７は第１連結部材１２の基部プレート１４に向かって、それぞれ変位する。

この接続プレート１７、１７の変位により、せん断パネル１１の第１、第２パネル１１ａ、１１ｂが互いに逆方向にせん断変形し、振動エネルギーを吸収する。この制振ダンパーの圧縮作動時にはせん断変形した第１、第２パネル１１ａ、１１ｂが第１、第２連結部材１２、１３の台座１６に接近するが、台座１６には凹面部１８が設けられているので、両者が干渉することはない。

図９は制振ダンパー１０に軸方向に引張る力が作用したときの状態を示している。このとき、第１、第２連結部材１２、１３は互いに離間し、これに伴って第１連結部材１２の接続プレート１７、１７は第２連結部材１３の基部プレート１４から離間するように、また第２連結部材１３の接続プレート１７，１７は第１連結部材１２の基部プレート１４から離間するように、それぞれ変位する。この接続プレート１７、１７の変位により、せん断パネル１１の第１、第２パネル１１ａ、１１ｂが互いに逆方向にせん断変形し、振動エネルギーを吸収する。

上記実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。
(1) せん断パネルを第１パネルと第２パネルとからなる断面十字形のものとしたので、エネルギー吸収部の寸法を最小限にとどめることができ、全体構造がコンパクトなせん断降伏型の制振ダンパーを提供することができる。
(2) せん断パネルは、その作動時に第１パネルと第２パネルとが逆向きにせん断変形するので、単独のせん断パネルの２倍のストロークが確保できる。

(3) 第１パネルと第２パネルのせん断変形による弾塑性挙動であるため、上記制振ダンパーを制震ブレースに適用した場合、アンボンドブレースや二重鋼管ブレースと同様に、ブレース部材の引張側と圧縮側の弾塑性挙動を等しくすることができる。
(4) せん断パネルの作動時には、第１パネルと第２パネルのせん断変形に伴って接続プレートに曲げ変形が生じることとなる。このため、各パネルの両端部に対する拘束が弱くなり、各パネルと接続プレートとの間に亀裂が生じにくく、せん断パネルの変形性能の向上を図ることができる（参考文献：低降伏点鋼せん断パネルダンパーの繰り返し載荷実験，構造工学論文集 VOL.53A(2007年3月)）。

(5) 本発明に使用されるせん断パネルは、間柱制震に使用される一般的なせん断パネルと比べて幅厚比Ｄ/tw（Ｄ：パネル幅、tw：パネル厚）が小さくて済む。一般的なせん断パネルのＤ/tw は30～50程度、本発明に使用されるせん断パネルのＤ/tw は10程度である。これにより、一般的なせん断パネル側面に設けられる座屈補剛リブが不要となり、コストダウンを図ることができる。
(6) 制振ダンパー自体の溶接組立は全て工場生産とし、施工現場では継手と構造部材との高力ボルトによる接合とすることができるので、施工性が良い。また、高力ボルトを取り外すだけで制振ダンパーの交換も容易に行うことができる。

図１０は、この発明の別の実施形態を示している。制振ダンパー１０に用いるせん断パネル１１は、上記実施形態のように１つに限らず、複数直列に連結して用いることができる。図１０は、２つのせん断パネル１１、１１を直列に連結して用いた制振ダンパー１０の実施形態である。なお、せん断パネル１１は、２つに限らず３つ以上連結することもできる。

第１、第２連結部材１２、１３は上記実施形態で示したものと同様であり、第１連結部材１２の接続プレート１７、１７には、構造部材を分割した２つの分割部材２１ａ、２１ｂの一方２１ａ側に位置するせん断パネル１１の第１パネル１１ａが固定される。また、第２連結部材１３の接続プレート１７、１７には、２つの分割部材２１ａ、２１ｂの他方２１ｂ側に位置するせん断パネル１１の第２パネル１１ｂが固定される。

この実施形態では、互いに隣接するせん断パネル１１、１１を連結する第３連結部材３０を備えている。第３連結部材３０は基部プレート３１を有し、この基部プレート３１の両面に台座３２、３３が固定されている。台座３２、３３は第１、第２連結部材１２，１３の台座１６と同様のものであるが、台座３２、３３は一方が他方に対しせん断パネル１１の中心軸線の回りに９０度回転した位置に設けられている。

台座３２、３３の周面には、互いに平行となるように延びる１対の接続プレート１７、１７が設けられている。台座３２、３３に設けられた接続プレート１７、１７は、台座１６に設けられたものと同様のものであり、長孔１９が設けられている。

そして、一方の台座３２に設けられた接続プレート１７、１７の長孔１９には、一方のせん断パネル１１の第２パネル１１ｂの両端部が嵌め込まれて溶接により固定される。また、他方の台座３３に設けられた接続プレート１７、１７の長孔１９には、他方のせん断パネル１１の第１パネル１１ａの両端部が嵌め込まれて溶接により固定される。このようにして、第３連結部材３０により互いに隣接するせん断パネル１１、１１が連結される。

上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では基部プレート面に継手を固定しているが、制震ブレースに適用する場合、継手を設けることなく、基部プレートを直接分割ブレースに溶接により固定してもよい。しかし、上記したように、現場作業を容易にするという点では、継手を設けるのが好ましい態様である。

１０：制振ダンパー
１１：せん断パネル
１１ａ：第１パネル
１１ｂ：第２パネル
１２：第１連結部材
１３：第２連結部材
１４：基部プレート
１５：継手
１６：台座
１７：接続プレート
１８：凹面部
１９：長孔
２１：制震ブレース
２１ａ、２１ｂ：分割ブレース
２４：間柱
２４ａ、２４ｂ：分割間柱

Claims (8)

1. 地震等の振動が伝達される建物の構造部材をその軸方向中間部で分割して形成される、２つの分割部材間に配置される制振ダンパーであって、
   第１パネルと第２パネルとを有し、これらのパネルが互いの中央部で直交することにより断面十字形をなすせん断パネルであって、前記第１パネル及び前記第２パネルのパネル面が、前記分割部材の相対変位方向に沿うようにして、各分割部材から距離をあけて配置されているせん断パネルと、
   前記第１パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の一方に連結する第１連結部材と、
   前記第２パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の他方に連結する第２連結部材とを備え、
   前記第１、第２連結部材は、一方の面が前記分割部材に連結される基部プレートと、この基部プレートの他方の面に設けられた台座の周面に端部が固定されて、互いに平行となるように延びる１対の接続プレートとを備え、
   この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定されていることを特徴とする制振ダンパー。
2. 前記接続プレートには長孔が設けられ、この長孔に前記第１、第２パネルの前記両端部が嵌入されていることを特徴とする請求項１記載の制振ダンパー。
3. 前記台座の表面は凹面部を有していることを特徴とする請求項１記載の制振ダンパー。
4. 前記基部プレートの前記一方の面には継手が設けられ、この継手を介して前記第１、第２連結部材が前記分割部材に連結されることを特徴とする請求項１記載の制振ダンパー。
5. 前記構造部材は、建物の柱・梁架構に設置されるブレースであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１記載の制振ダンパー。
6. 前記構造部材は、建物の間柱であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１記載の制振ダンパー。
7. 地震等の振動が伝達される建物の構造部材をその軸方向中間部で分割して形成される、２つの分割部材間に配置される制振ダンパーであって、
   互いの中央部で直交することにより断面十字形をなす第１パネルと第２パネルとをそれぞれ有する、少なくとも２つのせん断パネルであって、前記第１パネル及び前記第２パネルのパネル面が、前記分割部材の相対変位方向に沿うようにして、各分割部材から距離をあけて配置されているせん断パネルと、
   前記２つの分割部材の一方側に位置する前記せん断パネルの、前記第１パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の一方に連結する第１連結部材と、
   前記２つの分割部材の他方側に位置する前記せん断パネルの、前記第２パネルの前記分割部材の相対変位方向に沿う両端部を前記２つの分割部材の他方に連結する第２連結部材と、
   互いに隣接する一方のせん断パネルの第１パネルの前記両端部と、他方のせん断パネルの第２パネルの前記両端部とを連結する第３連結部材と
   を備えていることを特徴とする制振ダンパー。
8. 前記第１、第２連結部材は、一方の面が前記分割部材に連結される基部プレートと、この基部プレートの他方の面に端部が固定されて、互いに平行となるように延びる１対の接続プレートとを備え、この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定され、
   前記第３連結部材は、基部プレートと、この基部プレートの両面のそれぞれに端部が固定されて、互いに平行となるように延びる各１対の接続プレートとを備え、この接続プレートに前記第１、第２パネルの前記両端部が固定されていることを特徴とする請求項７記載の制振ダンパー。

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