JPH0571581A

JPH0571581A - 制振性構造部材

Info

Publication number: JPH0571581A
Application number: JP4020830A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Arimochi; 和茂有持
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】構造部材自体に減衰特性を与えることによ
り、建物等の利用空間に何ら制限を加えず、優れた制震
効果を得ることのできる安価な制震用構造部材を提供す
る。【構成】構造部材を構成する厚鋼板からなる主板１の
表面に、当て板２として所定の板厚の鋼板を表裏各々２
枚ずつ、計４枚とめ付ける。当て板２は主板１の表面の
一部または全部に積層され、４隅と中央の計５点をスポ
ット溶接３でとめ付けている。主板１及び当て板２は振
動に対し、当接面における相対すべり及び相互干渉を生
じ、梁、柱等の構造部材に高い減衰特性を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建築構造物、橋梁、タン
ク等の地震荷重にさらされる構造物、その他振動低減や
静粛性の確保が必要な構造物に用いるための制振性構造
部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビルの居住性を高め、また内部のコンピ
ューター等の重要機器の保護のため、地震時をはじめ建
物の揺れをできるだけ少なくするとともに、速やかな振
動からの回復特性を建物に付与することが社会的な要請
となっている。このため、種々の制震あるいは免震技術
が開発され、実用に供されている。

【０００３】例えば、建物の要所に油圧式または機械式
のダンパーを配し、これにより建物の制震特性の向上を
図る技術、あるいは建物の屋上に巨大な水槽を配し、こ
れにより地震時に建物の重心のたくみな移動を図り、優
れた減衰特性を実現する技術（特開昭６２−１０１７６
４号公報等参照）、またこれらの制震技術とは異なり、
地盤と建物の間に免震機構を配し、地震時に地盤の震動
から建物を遮断する免震技術（例えば特公昭６１−４４
５７号公報等参照）等がその代表として挙げられる。こ
のような制震あるいは免震技術は建物だけでなく、橋梁
やタンク等の陸上の重要構造物へも取り入れられつつあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な制震あるいは免震技術は、一般に特別な空間を必要と
し、結果的には建物の利用空間の大幅な減少を余儀なく
し、また巨大な建物に対しては適用が困難なものや、極
めて高価となるもの等、多くの欠点を有することも事実
である。これに対し、構造素材そのもので、建物あるい
は橋梁等の構造物に優れた制振特性を付与する構造部材
あるいは工法の開発が求められている。

【０００５】また、近年の建築構造物は居住性の観点か
ら静粛性が求められる。これに対して、樹脂を中間に挟
んだ制振鋼板等も開発されているが、薄板に限定される
ものであり、用途的にも限定されている。

【０００６】本発明は上述のような事情の下に開発され
たものであり、建物等の利用空間に何ら制限を加えず、
かつ適用建物もしくは構造物に制限がなく、優れた制振
効果を得ることのできる安価な制振性構造部材を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の制振性構造部材
は各種構造物の柱、梁、その他の構造部材として用いら
れるものであり、構造部材自体に振動エネルギーを吸収
するような機能を付与することにより、地震時等に振動
する構造物が保有する振動エネルギーを効果的に吸収
し、優れた制振特性を実現することを基本的な考え方と
している。

【０００８】そのため、本発明の制振性構造部材では、
構造部材の表面の一部または全部に、当て板を、面で接
した状態で、かつ構造部材との当接面において摺動可能
に積層し、積層した構造部材と当て板間の当接面で生じ
る相対すべり及び相互干渉により振動エネルギーの一部
を吸収できるようにした。

【０００９】積層の方法としては、当て板を構造部材の
表面にスポット溶接でとめ付ける方法、構造部材に設け
たルーズホールにボルトでとめ付ける方法、あるいはゴ
ム等の弾性材料で締め付ける方法等、部分的にとめ付け
る方法の他、熱間圧延あるいは冷間圧延で構造部材に対
する当て板を積層する方法等が考えられる。前者は主と
して建設現場での施工により制振性を付与する場合（も
ちろん、あらかじめ部分的にとめ付けたものを現場に搬
入することも可能である）に適しており、後者は圧延状
態のまま、建設用鋼材、特にＨ形鋼や溝形鋼等の形鋼
や、丸鋼管、角鋼管等として提供することができ、建設
工事の短縮及び工費の低減に寄与するとともに、高い制
振性と静粛性を実現することができる。

【００１０】また、積層部分を例えば蟻溝と該蟻溝に嵌
合する蟻ほぞの組み合わせ等、溝状の嵌め合い構造とす
ることにより、接触面積と面圧の増大が図れ、必要に応
じ構造部材と当て板との当接面に焼付防止剤を介在させ
ることで、積層した構造部材と当て板の相対移動を容易
にし、高い制振性と静粛性が期待できる。なお、焼付防
止剤としては、例えば二硫化モリブデン等を用いること
ができる。

【００１１】当て板は１層に限らず２層以上積層し、多
層構造として、制振性等の向上を図ることもできる。さ
らに、その機構から、当接する材料間の面性状を工夫し
て吸収摩擦エキルギーの増大を図ることが有効であるこ
とは言うまでもない。

【００１２】構造部材及び当て板は主として鋼板等の鋼
製部材の場合が対象となるが、目的に応じて、構造部材
や当て板の材料の一部あるいは全部に軽合金や合成樹
脂、新素材（例えば炭素系の剛性の強い板等）等を用い
ることも有効である。また、構造部材がコンクリート等
の場合も、表面の性状等に応じ、同様に適用することが
可能である。

【００１３】なお、構造部材の表面の一部にのみ当て板
を積層する場合には、通常、構造部材の変形の大きい位
置にとめ付けるのが、最も効果的である。

【００１４】

【作用】上述したように、断面を多層構造とし、かつ各
材料間（構造部材と当て板間、多層の場合にはさらに当
て板どうしの間）で相対すべりを許容することにより、
振動時に材料間で摩擦によるエネルギー吸収が生じ、こ
れにより振動エネルギーが減衰される。この効果を顕著
に発揮させるためには、接触面積や材料間に働く面圧の
増大が好ましく、その一方法として、溝状の嵌め合い形
式が考えられる。

【００１５】しかし、２層あるいは多層構造を構成する
各材料が一体となって運動すれば、材料間の摩擦による
エネルギー吸収という意味での制振効果は消失するた
め、面圧の過度の増大は逆効果となる。これを防ぐには
積層する材料間に焼付防止剤を塗布、あるいは挿入する
等して介在させることも一つの方法である。また、積層
した材料間の当接面を工夫して摩擦係数を高めることも
有効であるが、これも同様の理由で過度の処置は効果を
低減する。

【００１６】

【実施例】次に図示した実施例について説明する。

【００１７】試験体１として、図１に示すように主板１
としての長さＬ、幅Ｗ、板厚Ｔの厚鋼板の表面の適当な
領域に、当て板２として種々の板厚ｔの鋼板を表裏面に
各々２枚ずつ、計４枚を主板１にとめ付け、これを図２
に示すように、一端を保持した片持梁自由振動実験に供
し、各々の減衰特性を比較した。なお、当て板２はその
４隅と中央の計５点をスポット溶接３でとめ付けてい
る。また、主板１の長さＬは７５０〜１７２０mm、幅Ｗ
は１５０mmとし、板厚Ｔは１６mmまたは２５mmの場合に
ついて実験を行った。図１中、４は試験体１を固定する
ためのチャッキング部、図２中、５は１５０kgのウェイ
ト、６は変位計、７は歪ゲージである。

【００１８】片持梁自由振動実験の結果を図３及び図４
に、また代表的な減衰曲線を図５に示す。

【００１９】図３は主板１の板厚Ｔを２５mm、当て板２
の面積率（主板１の面積に対する割合）を３３％とした
場合の、当て板２の板厚ｔの影響を振動開始からの振動
サイクル数（回）と片振幅歪ε（×１０^-6）との関係で
比較したものである。

【００２０】図３中、曲線Ｍは主板のみで当て板がない
場合（振動数１．８７６Ｈｚ）、曲線Ｎは当て板の板厚
ｔが１．６mm（表裏各２枚、以下同様）の場合（振動数
２．１９３Ｈｚ）、曲線Ｏは当て板の板厚ｔが２．３mm
の場合（振動数２．３０７Ｈｚ）、曲線Ｐは当て板の板
厚ｔが６．０mmの場合（振動数２．９１１Ｈｚ）であ
る。

【００２１】図４(a) は主板１の板厚Ｔを２５mm、当て
板２の面積率を３３％とした場合の当て板２の板厚ｔと
損失係数ηとの関係を、図４(b) は主板１の板厚Ｔを１
６mm、当て板２の板厚ｔを１．６mmとした場合の当て板
２の面積率と損失係数ηとの関係を比較したものであ
る。

【００２２】また、図５は主板１の板厚Ｔを１６mm、当
て板２の板厚ｔを１．６mm、面積率を１００％とした場
合について、(a) 当て板２のない単板と、(b) 表裏各２
枚ずつ当て板２を設けた積層鋼板の減衰曲線を示したも
のである。

【００２３】以上の実験結果から、本発明による制振性
構造部材としての積層鋼板は単板に比べ、高い減衰特性
を有すること、またこの減衰特性は積層鋼板の板厚ｔ及
び積層部の面積率が大きい程向上することがわかる。ま
た、スポット溶接の打点数は一般には少ない程、減衰性
は向上する。

【００２４】図６(a) 〜(c) に示すように角鋼管柱１１
外周の４面に、当て板１２として角鋼管柱１１本体の板
厚と同厚の鋼板をとめ付けた。実験に用いた試験体２と
しての角鋼管柱１１は外径が１辺５０mm、板厚２mm、長
さ５００mmの角鋼管からなり、当て板１２は角鋼管柱１
１の表面の１／３の領域に、相対すべりを十分大きく許
容し得るようボルトナット１３でルーズに締め付けた。
図６(c) 中、１４は当て板１２に設けたルーズホールで
ある。

【００２５】上記試験体２に対し、実建築構造における
柱の負荷状況を考慮して、上部に図７に示すようなウェ
イト１５を設け、約０．１σ_y相当（６５０kg）の軸力
を与えて自由振動実験を行った。

【００２６】実験結果を当て板のない通常の単一角鋼管
柱との比較で表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１より、本発明を適用した部分積層角鋼
管柱は、単一角鋼管柱に比べ、極めて大きな減衰特性が
得られていることが明らかである。

【００２９】図８は当て板２２を角鋼管２１の内面に溝
状の嵌め合い形式で取り付けた場合の実施例を示したも
のである。本実施例では構造部材本体としての角鋼管２
１と、これより肉厚の薄い角鋼管からなる当て板２２の
双方に、蟻溝状及び蟻ほぞ状の互いに嵌合する蟻継ぎ部
を設け、熱間圧延等の製作時に積層されるようにした。
当接面間には焼付防止剤等を介在させることが望まし
い。

【００３０】図９は試験体３として、図８の実施例と同
様の角鋼管部材を示したものであるが、図８の実施例に
おける当て板２２が角鋼管状であったのに対し、試験体
３では角鋼管２１の内面４面にそれぞれ板状の当て板２
４を積層した。試験体３において、積層角鋼管の外形は
１辺の長さＬが５０mmの正方形であり、当て板２４を含
めた管厚ｔは３mmである。

【００３１】図１０は試験体４としてのＨ形鋼の構造部
材を示したものであり、Ｈ形鋼３１のフランジ内面にそ
れぞれ板状の当て板３２を溝状の嵌め合い形式で積層し
た。

【００３２】図中、３３は当接面の蟻継ぎ部を示す。試
験体４において、積層Ｈ形鋼は断面における高さＨが１
００mm、フランジ幅Ｂが５０mm、ウェブ厚ｔ₁が２mm、
当て板３２を含めたフランジ厚ｔ₂が４mmである。

【００３３】上記試験体３、４に対し、上部に図１１に
示すようなウェイト２５を設け、約０．１σ_y相当の軸
力を与えて自由振動実験を行った。

【００３４】実験結果を当て板のない通常の単一角鋼
管、単一Ｈ形鋼との比較で表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２より、本発明を適用した積層角鋼管及
び積層Ｈ形鋼は、単一角鋼管及び単一Ｈ形鋼に比べ、極
めて大きな減衰特性が得られていることが分かる。

【００３７】図１２は試験体４を用いた加力実験で計測
された荷重と変位の関係を示したもので、試験体４を片
持梁として支持し、材端に荷重を加えて負荷点の変位を
求めた。図に示されるように明確なヒステリシスが得ら
れており、積層Ｈ形鋼が大きなエネルギー吸収能力を発
揮していることが分かる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の制振性構造部材では、構造部材
の表面の一部または全部に、当て板を、面で接した状態
で、かつ構造部材との当接面において摺動可能に積層し
てあるため、構成材料間に生じる摩擦によって振動エネ
ルギーを吸収し、高い減衰性能を発揮することができ
る。

【００３９】また、構造部材に当て板を積層した形式で
あるため、建物や他の一般構造物の利用空間を制限する
ことなく、容易に優れた制振効果を付与することができ
る。

【００４０】構造部材と当て板はスポット溶接、その他
の方法により、現場で積層する形式の他、溝状の嵌め合
い形式等、構造部材の圧延段階あるいは製造段階で積層
することも可能であり、現場施工の簡略化、施工コスト
の低減が図れる。また、構造部材と当て板との当接面に
焼付防止剤等の焼付防止剤を介在させることで、圧延段
階での付着解消等も含め、構成材料間の摺動性を確保
し、高い制振性と静粛性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明を板状構造部材に適用した試験体
１を示す正面図、(b) は側面図である。

【図２】試験体１を用いた片持梁自由振動実験方法を示
す説明図である。

【図３】当て板の板厚の影響を振動開始からの振動サイ
クル数片振幅歪との関係で示したグラフである。

【図４】(a) は当て板の板厚と損失係数との関係を示し
たグラフ、(b) は当て板の面積率と損失係数との関係を
比較したグラフである。

【図５】当て板のない単板と、当て板を設けた積層鋼板
の減衰曲線の代表例を示したグラフである。

【図６】(a) は本発明を角鋼管柱に適用した試験体２を
示す正面図、(b) は平面図、(c) 当て板の取付け方法を
示す拡大図である。

【図７】試験体２を用いた自由振動実験方法を示す説明
図である。

【図８】当て板を角鋼管の内面に溝状の嵌め合い形式で
取り付けた場合の実施例を示す断面図である。

【図９】当て板を角鋼管の内面に溝状の嵌め合い形式で
取り付けた試験体３を示す断面図である。

【図１０】当て板をＨ形鋼のフランジ内面に溝状の嵌め
合い形式で取り付けた試験体４を示す断面図である。

【図１１】試験体３を用いた片持梁自由振動実験方法を
示す説明図である。

【図１２】試験体４を用いた加力実験で計測された荷重
と変位の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…主板、２…当て板、３…スポット溶接、４…チャッ
キング部、５…ウェイト、６…変位計、７…歪ゲージ、
１１…角鋼管柱、１２…当て板、１３…ボルトナット、
１４…ルーズホール、１５…ウェイト、１６…変位計、
１７…ベースプレート、２１…角鋼管、２２…当て板、
２３…蟻継ぎ部、２４…当て板、２５…ウェイト、２６
…変位計、２７…ベースプレート、３１…Ｈ形鋼、３２
…当て板、３３…蟻継ぎ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造部材の表面の一部または全部に、当
て板が面で接した状態で、かつ前記構造部材との当接面
において摺動可能に積層されていることを特徴とする制
振性構造部材。
【請求項２】前記構造部材と前記当て板が溝状の嵌め
合い形式で当接している請求項１記載の制振性構造部
材。
【請求項３】前記構造部材と前記当て板との当接面に
焼付防止剤が介在している請求項１または２記載の制振
性構造部材。