JPH10227155A

JPH10227155A - 制震装置

Info

Publication number: JPH10227155A
Application number: JP3388597A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Cho; 富明張; Yasuhisa Itakura; 康久板倉
Original assignee: MATSUMURAGUMI KK; Matsumura Gumi Corp
Current assignee: MATSUMURAGUMI KK; Matsumura Gumi Corp
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄骨梁を有する建築構造物における鉄骨梁と
柱とで囲まれた領域に設けられた制震装置であって、地
震にみまわれても建築構造物の主構造部分である鉄骨梁
等の損傷を防止、又はその程度を従来より軽減すること
ができるとともに、従来より地震エネルギーの吸収能力
が大きく、建築構造物の揺れや変形等の地震応答をそれ
だけ低減できる制震装置を提供する。【解決手段】鉄骨梁１を有する建築構造物ＢＬにおけ
る鉄骨梁１と柱２とで囲まれた領域３に設けられた制震
装置４であり、該領域３の鉄骨梁１の中央部に該梁１に
対し所定の間隔Ｘあけて中間部材５を介して固定された
地震エネルギー吸収用梁ダンパー４１と、片側端部４２
１が梁１の長手方向に互いに間隔をあけて梁ダンパー４
１に接続されて該領域３に設置されたブレース４２、４
２を含む制震装置４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築構造物の制震装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、建築構造物を地震から保護する様
々の装置が提案がなされている。その代表的なものとし
て、鉄骨梁を有する建築構造物において、図７に示すよ
うに、鉄骨梁９１と柱９２とで囲まれる領域９３におけ
る例えば天井側の鉄骨梁９１の中央部分にその領域に設
置するブレース９４、９４の上端部を一致させて接続し
て該梁９１とブレース９４、９４とでいわゆるＫ形ブレ
ース構造を形成することや、図８に示すように、鉄骨梁
９１と柱９２とで囲まれる領域９３における例えば天井
側の鉄骨梁９１の中央部分にその領域に設置するブレー
ス９４、９４の上端部を互いに間隔をあけて接続して該
梁９１とブレース９４、９４とで「ハ」の字形のいわゆ
る偏心Ｋ形ブレース構造を形成することが提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
Ｋ形ブレース構造や偏心Ｋ形ブレース構造は、大地震時
に主構造部分である梁と柱の塑性変形を許容し、主に主
構造部分の履歴エネルギーによって地震エネルギーを吸
収しようとするもので、地震時に鉄骨梁等に直接地震エ
ネルギーが加わり、その結果、これらが損傷することが
ある。例えばこれらブレース構造のいずれにおいても、
大地震時には、鉄骨梁の両端部だけでなく、ブレースを
接続した梁中央部分にも大きい塑性変形が生じ、その部
分が降伏して地震エネルギーを吸収することになり、鉄
骨梁の損傷を避けられない。そしてこのように主構造部
分である梁等が損傷すると、その後の修復がきわめて困
難である。また、修復できてもそのコストが高くつく。

【０００４】そこで本発明は、鉄骨梁を有する建築構造
物における鉄骨梁と柱とで囲まれた領域に設けられた制
震装置であって、地震にみまわれても建築構造物の主構
造部分である鉄骨梁等の損傷を防止、又はその程度を従
来より軽減することができるとともに、従来より地震エ
ネルギーの吸収能力が大きく、建築構造物の揺れや変形
等の地震応答をそれだけ低減できる制震装置を提供する
ことを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明は、鉄骨梁を有する建築構造物における鉄骨梁と
柱とで囲まれた領域に設けられた制震装置であり、該領
域の天井側の鉄骨梁及びこれに対向する床側の鉄骨梁の
うち一方の鉄骨梁の中央部に該鉄骨梁に対し所定の間隔
あけて中間部材を介して固定された地震エネルギー吸収
用梁ダンパーと、片側の端部が前記鉄骨梁の長手方向に
互いに間隔をあけて該梁ダンパーに接続されて該領域に
設置された複数のブレースとを含むことを特徴とする制
震装置を提供する。

【０００６】ここで、「鉄骨梁を有する建築構造物」と
は、鉄骨構造、梁が鉄骨製で、柱が鉄筋コンクリー
ト構造の混合構造、梁が鉄骨製で、柱がコンクリート
充填鉄骨柱のＣＦＴ構造等の鉄骨梁を有する建築構造物
を指している。前記領域におけるブレースの配置状態と
しては、前記梁ダンパーが天井側の鉄骨梁に設けられる
ときは、「ハ」の字状の配置を代表例として挙げること
ができ、また、前記梁ダンパーが床側の鉄骨梁に設けら
れるときは、倒立「ハ」の字状の配置を代表例として挙
げることができる。また、ブレースの本数としては、そ
れには限定されないが、２本を例示できる。

【０００７】前記「梁ダンパー」は、地震エネルギーを
その塑性変形によって吸収できる部材であり、各種材
質、形態のものが考えられるが、材質面から言えば、少
なくとも一部が地震エネルギー吸収のために塑性変形可
能の極低降伏点鋼から形成されているものを例示でき
る。また、形態も含めて言えば、全体として前記鉄骨梁
の長手方向に延びており、該方向に延び、且つ、上下方
向に幅を有する、地震エネルギー吸収のために剪断変形
可能の帯状部分を含んでおり、少なくとも該帯状部分が
前記極低降伏点鋼から形成されている梁ダンパーを例示
できる。さらに具体的には、前記鉄骨梁の長手方向に延
びる断面Ｈ形の鋼材からなり、少なくとも該Ｈ形鋼のウ
エブは、該方向に延び、且つ、上下方向に幅を有し、極
低降伏点鋼から形成されている梁ダンパーを例示でき
る。

【０００８】梁ダンパーがこのように鉄骨梁の長手方向
に延びるものであるときは、該鉄骨梁に所定の間隔をお
いて該梁と平行又は略平行に配置して該鉄骨梁に固定で
きる。前記極低降伏点鋼とは、極軟鋼とも称されている
もので、炭素などの添加元素を極力少なくした純粋な鉄
に近い鋼材で、強度が普通鋼材の半分から３分の１程度
に低いものであり、このような極低降伏点鋼として、例
えば新日本製鉄（株）から市販されているＬＹＰ１００
（降伏強度９〜１３ｋｇｆ／ｍｍ²）を利用できる。

【０００９】いずれにしても梁ダンバーを鉄骨梁へ固定
する前記中間部材は、梁ダンパーより強度の大きい部材
とする。またいずれにしても、前記梁ダンパーは、その
両端部において前記中間部材を介して前記鉄骨梁に固定
し、前記各ブレースの片側の端部は該梁ダンパーの両端
部間において該梁ダンパーに接続することができる。こ
のようにすれば、地震時、ブレースの軸力が梁ダンパー
に全体的に均一的に伝わり、建築構造物における層間変
形の大部分が効率よく該梁ダンパーの剪断変形に置き換
えられる。

【００１０】また、鉄骨梁が長いものであって、それに
応じて梁ダンパーも長いものを採用するようなときに
は、該梁ダンパーはその両端部間においても前記鉄骨梁
に中間部材を介して固定することができ、前記各ブレー
スの片側の端部は該梁ダンパーの両端部間において該中
間部材外の部分にそれぞれ接続することができる。これ
により梁ダンパーの容量（剪断力、エネルギー等の吸収
能）を大きくでき、その割りには梁ダンパーの断面を小
さく済ませることができる。

【００１１】また、いずれにしても、前記梁ダンパーと
鉄骨梁との所定間隔は、該梁ダンパーの塑性変形が鉄骨
梁に妨げられない間隔であり、建築構造物の階高、地震
時の許容層間変形（できれば大地震時の許容層間変
形）、施工性等を考慮して定めればよい。これらを考慮
すれば、それには限定されないが、一般的には４〜１０
ｃｍ程度の間隔を挙げることができる。

【００１２】また、いずれにしても、前記各ブレースの
前記梁ダンパーに接続された片側端部とは反対側の端部
は、該ブレースが設置される前記領域における、前記梁
ダンパーが固定された鉄骨梁に対向する鉄骨梁と柱との
交差位置において該両者に接続される場合を例示でき
る。本発明制震装置を設けた建築構造物では、地震時、
地震エネルギーにより建築構造物には揺れが発生した
り、層間変形等の変形が発生しようとするが、本発明制
震装置のある部分ではブレースがその揺れや、層間変形
等を抑制するように働き、さらに大きい地震エネルギー
が加わるとブレースの軸力が梁ダンパーに伝達され、そ
れにより梁ダンパーが地震エネルギーの一部を吸収する
ように塑性変形し始め、さらにはブレースの交番繰り返
し圧縮と引っ張りによって梁ダンパーに加わる力と塑性
変形の履歴が生じ、この履歴エネルギーによって地震エ
ネルギーが吸収される。

【００１３】該梁ダンパーの塑性変形においては、梁ダ
ンパーを鉄骨梁から前記所定間隔をおいて配置してある
ため、梁ダンパーの塑性変形が鉄骨梁に妨げられること
が回避又は抑制され、梁ダンパーは大きい地震エネルギ
ーを吸収できるように塑性変形できる。また、これらに
より、建築構造物の揺れや変形等の地震応答をそれだけ
低減できる。

【００１４】さらに、かかる梁ダンパーによる地震エネ
ルギーの吸収により鉄骨梁等の主構造部分の損傷は抑制
され、地震後の建築構造物の修復は主として該梁ダンパ
ー部分で済むようになり、それだけ容易に、安価に修復
を行える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の１実施形態である制
震装置を備えた建築構造物の一部の概略構造を示す図で
ある。この建築構造物ＢＬは鉄骨梁１及び柱２を備えて
いる。鉄骨梁１及び柱２に囲まれた領域３には制震装置
４が設けられている。鉄筋梁１の両端はここでは柱２に
固定されている。

【００１６】この制震装置４は、天井側の鉄骨梁１の中
央部に固定された梁ダンパー４１とこれに接続された一
対のブレース４２、４２を含んでいる。梁ダンパー４１
は、図２に示すように、ここでは断面Ｈ形の鋼材からな
り、該Ｈ形鋼からなる梁ダンパー４１はそのウエブ４１
１の部分が上下方向に幅Ｗを有する帯板部材の形態をし
ており、鉄骨梁１の平坦下面に対し垂直に配置されてい
る。

【００１７】また、該梁ダンパー４１においてウエブ４
１１は極低降伏点鋼から形成されており、各フランジ４
１２は溶接構造用鋼材（ＳＭ４９０）から形成されてい
る。この梁ダンパー４１は鉄骨梁１に対し約１０ｃｍの
間隔Ｘをあけて該鉄骨梁１と平行に鉄骨梁長手方向に延
び、端部４１３がそれぞれブラケット（中間部材）５を
介して鉄骨梁１の中央部分に連結固定されている。各中
間部材５は、梁ダンパー４１より強度が高い部材であ
る。

【００１８】ブレース４２、４２の上端部４２１、４２
１は鉄骨梁の長手方向に互いに間隔をあけて梁ダンパー
４１の両端部４１３間に接続されている。また、各ブレ
ース４２の下端部４２２は柱２と床側の梁１との交差位
置において該両者に接続されている。従ってブレース４
２、４２は「ハ」の字形に設置され、それらの軸線は梁
１の中央部位置Ｐで交わっている。

【００１９】この制震装置４によると、これを設けた建
築構造物ＢＬにおいて、地震時、地震エネルギーにより
建築構造物には揺れが発生したり、層間変形等の変形が
発生しようとするが、制震装置４のある部分ではブレー
ス４２、４２がその揺れや、層間変形等を抑制するよう
に働き、さらに大きい地震エネルギーが加わるとブレー
ス４２、４２の軸力が梁ダンパー４１に伝達され、それ
により梁ダンパー４１が地震エネルギーの一部を吸収す
るように剪断変形し始め、さらにはブレース４２の交番
繰り返し圧縮と引っ張りによって梁ダンパー４１の剪断
力と剪断変形の履歴が生じ、この履歴エネルギーによっ
て大きい地震エネルギーが吸収される。

【００２０】該梁ダンパー４１の剪断変形においては、
梁ダンパー４１を鉄骨梁１から所定間隔（ここでは略１
０ｃｍ）をおいて配置してあるため、梁ダンパー４１が
鉄骨梁１に衝突してその塑性変形が妨げられることが抑
制され、梁ダンパー４１は地震エネルギーを十分吸収す
るように剪断変形できる。また、これらにより、建築構
造物ＢＬの揺れや変形等の地震応答をそれだけ低減でき
る。

【００２１】さらに、かかる梁ダンパー４１による地震
エネルギーの吸収により鉄骨梁１や柱２等の主構造部分
の損傷は抑制され、地震後の建築構造物ＢＬの修復は主
として該梁ダンパー４１部分で済むようになり、それだ
け容易に、安価に修復を行える。梁ダンパー４１につい
てさらに説明すると、これは既述のとおりウエブ４１１
が極低降伏点鋼からなるＨ形鋼材からなっており、剪断
降伏型になるように設計されているので、梁ダンパー４
１の全長にわたって均一的に変形し、大きい変形能力と
エネルギー吸収能力を発揮する。また、極低降伏点鋼の
ウエブ４１１を用いているので、小さい層間変形で梁ダ
ンパー４１が降伏し始め、早期に地震エネルギーを吸収
し始めるとともに、これによっても大きい地震エネルギ
ー吸収能力を発揮する。

【００２２】図３は大地震における制震装置４の梁ダン
パー４１の変形例を概略的に示している。また、図４は
制震装置４を設けた鉄骨梁１に、地震時に発生する曲げ
モーメントＭを示している。図４から分かるように、鉄
骨梁１の端部１１に加わる曲げモーメントは非常に小さ
い。また、鉄骨梁１の梁ダンパー４１が取り付けられる
中央部分には端部に比べて大きい曲げモーメントが生じ
るが、この点については、梁１の中央部分を適切な断面
に設計することで、大地震時にも梁を含め主構造部分が
降伏しないようにできる。

【００２３】図５は本発明に係る制震装置の他の例を示
している。図５に示す制震装置４０は、鉄骨梁１のスパ
ンに応じて梁ダンパー４１の取り付け方を若干工夫した
ものである。すなわち、図５に示す制震装置４０では、
梁スパンに応じて梁ダンパー４１を長く形成してあり、
該梁ダンパー４１はその両端部４１３だけでなく、中央
部分４１４においても鉄骨梁１に中間部材５０を介して
固定されており、ブレース４２の上端部４２１は梁ダン
パー４１の端部４１３と該中央部分４１４との間にそれ
ぞれ接続されている。この制震装置４０によっても、図
１に示す制震装置４におけると同様の効果が得られる。

【００２４】図６は本発明に係る制震装置のさらに他の
例を示している。この制震装置４００は、図１に示す制
震装置４を倒立させた態様のものである。すなわち、こ
の制震装置４００も、梁ダンパー４１、２本のブレース
４２、４２を備えているが、梁ダンパー４１は、図１に
示す場合と同様にして床側の梁１に中間部材５、５によ
り固定されており、各ブレース４２の下端部４２２が該
梁ダンパー４１に接続されている。そして各ブレース４
２の上端部４２１が天井側の梁１と柱１との交差位置に
おいて該両者に接続されている。従って、ブレース４
２、４２は倒立「ハ」の字状に配置されている。この制
震装置４００も制震装置４と同様の効果を発揮する。

【００２５】図５に示す制震装置４０も、同様に図５に
示す状態に対し倒立させた状態に設けることができる。
本発明の制震装置は、建築構造物の各層に設けることが
できるが、場合によっては、低層階部分にだけ設けても
よい。このような場合、降伏剪断力とエネルギー吸収能
力の大きい梁ダンパーが要求されることも考えられる
が、本発明の制震装置における梁ダンパーは容易にこの
要求に応えることができる。すなわち、図５に例示する
ように、梁ダンパーをブレースによって幾つかの剪断履
歴ダンパーに区切り、それらが直列に配置された形をと
ることで、幾つかの剪断履歴ダンパーを並列に配置した
と同じ状態となり、梁ダンパーの負担剪断力は梁ダンパ
ー断面剪断力の数倍にも達し、従って、大きい容量（剪
断力及びエネルギー吸収能）を持つ梁ダンパー、或いは
そのために断面が小さく済む梁ダンパーを達成できる。

【００２６】以上説明した制震装置４、４０、４００等
は、既存の建築構造物の耐震補強にも応用できる。ま
た、梁ダンパー４１と鉄骨梁１との間の間隔Ｘは既述の
とおり小さくてもよいので、ブレース４２を「ハ」の字
状に配置するときは、ブレース４２の下方に大きい空間
を得ることができる。また、梁ダンパー４１を容易に隠
すこともできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、鉄
骨梁を有する建築構造物における鉄骨梁と柱とで囲まれ
た領域に設けられた制震装置であって、地震にみまわれ
ても建築構造物の主構造部分である鉄骨梁等の損傷を防
止、又はその程度を従来より軽減することができるとと
もに、従来より地震エネルギーの吸収能力が大きく、建
築構造物の揺れや変形等の地震応答をそれだけ低減でき
る制震装置を提供することができる。

【００２８】また、本発明によると、既存の建築構造物
の耐震補強にも応用できる制震装置を提供することがで
きる。また、本発明の制震装置によると、梁ダンパーと
鉄骨梁との間の間隔が小さくてもよく、従ってブレース
を「ハ」の字状に配置する構造を採用することで、ブレ
ースの下方に大きい空間を得ることができるほか、梁ダ
ンパーを容易に隠すこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制震装置の１例の概略構成を示す
側面図である。

【図２】図１に示す制震装置における梁ダンパーの断面
図である。

【図３】図１に示す制震装置における梁ダンパーの変形
例の概略を示す図である。

【図４】図１に示す建築構造物の本発明制震装置を設け
た鉄骨梁に発生する曲げモーメントを示す図である。

【図５】本発明に係る制震装置の他の例の概略構成を示
す側面図である。

【図６】本発明に係る制震装置のさらに他の例の概略構
成を示す側面図である。

【図７】従来のＫ形ブレース構造を示す図である。

【図８】従来の偏心Ｋ形ブレース構造を示す図である。

【符号の説明】

ＢＬ建築構造物１鉄骨梁２柱３梁１と柱２に囲まれた領域４、４０、４００制震装置４１Ｈ形鋼からなる梁ダンパー４１１梁ダンパー４１のウエブ部分４１２梁ダンパー４１のフランジ部分４１３梁ダンパー４１の端部４１４梁ダンパー４１の中央部分４２ブレース４２１ブレース上端部４２２ブレース下端部５、５０中間部材Ｘ梁１と梁ダンパー４１との間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＥ０４Ｂ 2/56 ６５１Ｅ０４Ｂ 2/56 ６５１Ｄ６５１Ａ６５１Ｌ６５１Ｓ６５２６５２Ｊ６５２ＴＦ１６Ｆ 7/12 Ｆ１６Ｆ 7/12 15/02 15/02 Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄骨梁を有する建築構造物における鉄骨
梁と柱とで囲まれた領域に設けられた制震装置であり、
該領域の天井側の鉄骨梁及びこれに対向する床側の鉄骨
梁のうち一方の鉄骨梁の中央部に該鉄骨梁に対し所定の
間隔あけて中間部材を介して固定された地震エネルギー
吸収用梁ダンパーと、片側の端部が前記鉄骨梁の長手方
向に互いに間隔をあけて該梁ダンパーに接続されて該領
域に設置された複数のブレースとを含むことを特徴とす
る制震装置。
【請求項２】前記梁ダンパーは、その両端部において
前記中間部材を介して前記鉄骨梁に固定されおり、前記
各ブレースの片側の端部は該梁ダンパーの両端部間にお
いて該梁ダンパーに接続されている請求項１記載の制震
装置。
【請求項３】前記梁ダンパーはその両端部間において
も前記鉄骨梁に中間部材を介して固定されており、前記
各ブレースの片側の端部は該梁ダンパーの両端部間にお
いて該中間部材外の部分に接続されている請求項２記載
の制震装置。
【請求項４】前記梁ダンパーは、少なくとも一部が地
震エネルギー吸収のために塑性変形可能の極低降伏点鋼
から形成されている請求項１から３のいずれかに記載の
制震装置。
【請求項５】前記梁ダンパーは全体として前記鉄骨梁
の長手方向に延びており、該方向に延び、且つ、上下方
向に幅を有する、地震エネルギー吸収のために剪断変形
可能の帯状部分を含んでおり、少なくとも該帯状部分が
前記極低降伏点鋼から形成されている請求項４記載の制
震装置。
【請求項６】前記梁ダンパーは前記鉄骨梁の長手方向
に延びる断面Ｈ形の鋼材からなり、少なくとも該Ｈ形鋼
のウエブは、該方向に延び、且つ、上下方向に幅を有
し、極低降伏点鋼から形成されている請求項１から３の
いずれかに記載の制震装置。
【請求項７】前記各ブレースの前記梁ダンパーに接続
された片側端部とは反対側の端部は、該ブレースが設置
される前記領域における、前記梁ダンパーが固定された
鉄骨梁に対向する鉄骨梁と柱との交差位置において該両
者に接続されている請求項１から６のいずれかに記載の
制震装置。