JPH10292845A - 弾塑性ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 座屈補剛材を備えるとともに、設計通りの振
動エネルギー吸収性能を示す弾塑性ダンパーを提供す
る。 【解決手段】 極低降伏点鋼からなる主鋼材２と、鋼板
からなるプレート３と、前記主鋼材２の剪断座屈を防ぐ
ために前記主鋼材２に沿って取り付けられた補助鋼材４
とを備える弾塑性ダンパー１において、主鋼材２のウェ
ブ５と補助鋼材４とは溶接せずにプレート３と補助鋼材
４とのみを溶接して補助鋼材４を取り付けることによっ
て、エネルギー吸収部位であり弾塑性変形する部位であ
る主鋼材４の変質や脆性化などの劣化を伴わない構造と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制振構造として建
物に組み込まれ、強い風力や地震力のような外力による
振動エネルギーを吸収し、減衰させる制振ダンパーに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、建物の地震に対する対策として、
制振構造が多く採用されている。特に、高層建築などで
は、各階に制振ダンパーを組み込み各層配置型ダンパー
とし、振動エネルギーをその制振ダンパーにより吸収さ
せることにより、地震による建物の骨組の変形や劣化を
低減することができる。制振ダンパーには、建物の骨組
に使われる普通鋼よりも降伏強度の低い極低降伏点鋼な
どからなり振動エネルギーを降伏することにより吸収す
る弾塑性ダンパーや、粘性体中での物体の運動と変位に
対して発生する抵抗力により振動エネルギーを吸収する
粘性体ダンパー、ボルト等で接合されたプレートが振動
により滑る時の摩擦応力により振動エネルギーを吸収す
る摩擦ダンパーなど種々のものが知られている。そのよ
うな制振ダンパーの中で、弾塑性ダンパーは、鋼材から
なるため、構造が単純であり、安定なエネルギー吸収能
力を示し、取り扱いが容易で、さらに安価であるという
数々の利点を持っており、多くの建物に使われている。

【０００３】一方、鋼構造部材の欠点は断面が薄く座屈
しやすいことである。そのため、剪断変形でエネルギー
を吸収する弾塑性ダンパーにおいても、強大なエネルギ
ーの吸収にともない大変形が起こり、剪断座屈による変
形を生じ、その性能が充分に発揮されなくなることがあ
る。その対策として、座屈補剛材としての補助鋼材をそ
の弾塑性ダンパーに取り付けることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、弾塑性ダン
パーに補助鋼材を取り付ける方法は、一般に、溶接やボ
ルト締めによる。そのために、いくつかの不都合が生じ
てしまう。例えば、溶接で補助鋼材を取り付けた場合、
溶接による熱で弾塑性ダンパーが部分的に変質したり、
脆性化してしまい、設計通りの振動エネルギーの吸収性
能を示さなくなってしまう。また、ボルト接合とする
と、ボルト孔による断面欠損が生じ、そこから亀裂が生
じやすくなったり、弾塑性ダンパーに初期応力を与えた
りしてしまう。

【０００５】本発明の課題は、座屈補剛材である補助鋼
材を備えるとともに、設計通りの振動エネルギーの吸収
性能を示す断塑性ダンパーを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、剪断力により弾塑性変形する主
鋼材、例えば、極低降伏点鋼からなるＨ型鋼と、同主鋼
材の端部に片面を接して取り付けられたプレートと、前
記主鋼材の剪断座屈を防ぐために前記主鋼材に沿って取
り付けられた補助鋼材とを備える弾塑性ダンパーであっ
て、前記主鋼材と、前記補助鋼材とが、前記主鋼材の弾
塑性変形する部位、例えばＨ型鋼のウェブの物理的変形
と化学的損傷を伴わない手段で接合されていることを特
徴としている。

【０００７】ここで、主鋼材とは、降伏することにより
構造物から伝達される振動エネルギーを吸収するもので
あって、例えば、極低降伏点鋼が適当であるが、ＳＳ
材、ＳＭ材、ＳＮ材等でもよい。そしてその形状も特に
限定されるものではない。また、プレートは、構造物に
上記弾塑性ダンパーを組み込む時に、構造物と接触し、
構造物から伝達される振動を直接受ける部材であって、
各種鋼材が適用できる他、充分な強度と耐久性、及び、
適当な主鋼材との接合方法があれば他のものでもよい。
そして、補助鋼材には、主に板状で主鋼材より降伏点の
高い鋼材が使われるが、用途によってその形状と材質は
適宜変更可能であって、例えば、棒状、中空である棒状
などでもよい。さらに、主鋼材の弾塑性変形する部位の
物理的変形と化学的損傷を伴わない接合手段とは、主鋼
材と補助鋼材とを接合しないでプレートと補助鋼材を溶
接やボルト締めで接合する方法、特に、主鋼材と補助鋼
材との間に隙間を設けてプレートと補助鋼材を溶接やボ
ルト締めで接合する方法などが挙げられるが、例えば、
厚いプレートに溝を形成しておきその溝に補助鋼材をは
め込んで補助鋼材を支持するような方法でもよい。

【０００８】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、主鋼材と、補助鋼材とが、前記主鋼材の弾塑性変形
する部位の物理的変形と化学的損傷を伴わない手段で接
合されている弾塑性ダンパーなので、エネルギー吸収部
位である弾塑性変形する部位に変質と脆性化はなく、さ
らに、ボルト締めの場合のような穴もない。従って、そ
の弾塑性ダンパーは設計通りの振動エネルギー吸収性能
を示す。

【０００９】そして、請求項２記載の発明は、請求項１
記載の弾塑性ダンパーであって、前記主鋼材の弾塑性変
形する部位の物理的変形と化学的損傷を伴わない手段
が、前記主鋼材の弾塑性変形する部位と前記補助鋼材と
の間を接触状態、または間隔の開いた状態とし、プレー
トと前記補助鋼材を、例えば溶接やボルト接合によって
接合することであることを特徴としている。

【００１０】このように請求項２記載の発明によれば、
請求項１記載の主鋼材の弾塑性変形する部位の物理的変
形と化学的損傷を伴わない手段が、補助鋼材とプレート
のみを接合することである弾塑性ダンパーなので、補助
鋼材の取付けによる主鋼材の変質や脆性化、及び、物理
的変形を受けていない。従って、その弾塑性ダンパー
は、設計通りの振動エネルギーの吸収性能を示す。

【００１１】

【発明の実施の形態】

＜第１の実施の形態例＞以下に、本発明に係る弾塑性ダ
ンパーの第１の実施の形態例を図１から図４に基づいて
説明する。先ず、図１は本発明を適用した第１の実施の
形態例の弾塑性ダンパーを示すものであって、（ａ）は
正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は平断面図である。
図２、図３、及び図４はその弾塑性ダンパーの使用状況
を示した概略図であって、図２は柱の間に設置されてい
る様子、図３はブレースの交差部上に設置されている様
子、図４は耐震壁上に設置されている様子を示してい
る。これらの図１から図４において、１は弾塑性ダンパ
ー、２は主鋼材、３はプレート、４は補助鋼材、５はウ
ェブ、６はフランジ、７はプレートと補助鋼材の溶接部
である。

【００１２】即ち、第１の実施の形態例の弾塑性ダンパ
ー１は、極低降伏点鋼からできているＨ型鋼である主鋼
材２と、同主鋼材２の両端にそれぞれ溶接されて取り付
けられている鋼板からなる２枚のプレート３と、鋼板か
らなりその２枚のプレート３に両端を溶接されて取り付
けられている補助鋼材４とから構成されている。ただ
し、主鋼材２と補助鋼材４とは、メタルタッチ継手とな
っていて、つまり、主鋼材２のウェブ５と補助鋼材４と
が接触している状態である。

【００１３】この弾塑性ダンパー１に、上下のプレート
３から振動が加えられると、その振動エネルギーにより
主鋼材２は剪断力を受けて変形しようとする。この第１
の実施の形態例の弾塑性ダンパー１のような短形の主鋼
材２に強い振動が加わった場合、両側のフランジ６をつ
なぐウェブ５が座屈を起こしやすいが、主鋼材２に沿っ
て取り付けられた補助鋼材４により座屈耐力が増加して
いるため座屈を妨ぐことができる。

【００１４】この弾塑性ダンパー１は、実際の構造物中
に、例えば図２に示すようにプレート３を密着させて組
み込まれる。図２では、柱９の一部として第１の実施の
形態例の弾塑性ダンパー１が組み込まれた様子を示して
いる。地震時には、極低降伏点鋼からなる主鋼材２が他
の構造部材よりも先に剪断降伏することにより、地震に
よる振動エネルギーを吸収し柱９、及び、他の構造部材
の損傷を防ぐ。

【００１５】以上の第１の実施の形態例によれば、プレ
ート３に補助鋼材４が溶接されて取り付けられており、
さらに、同補助鋼材４と主鋼材２とは単に接触している
のみであり、主鋼材２への補助鋼材４の取付けによる主
鋼材２の物理的変形と化学的損傷はない。そのため、上
記弾塑性ダンパー１は、主鋼材２の変質と脆性化を伴っ
ておらず、穴などの物理的変形もないので亀裂の発生も
起こりやすいということはない。ところで以上の第１の
実施の形態例では、前記弾塑性ダンパー１を柱９に組み
込んで使用するとしたが、次に変形例として説明するよ
うに、上記弾塑性ダンパー１は、ブレース１０の交差部
や、耐震壁１２など、構造物が地震力を受けたときに相
対変位が生じる部分に一般的に設置される。

【００１６】＜変形例（その１）＞図３は本発明を適用
した第１の実施の形態例の変形例としての弾塑性ダンパ
ー１の使用状況を示した概略図である。この変形例で
は、弾塑性ダンパー１は、ブレース１０の交差部に設置
されている。地震力により前述した第１の実施の形態例
と同様に、極低降伏点鋼である主鋼材２が剪断降伏し、
構造物の損傷を防ぐ。

【００１７】＜変形例（その２）＞図４は、本発明を適
用した第１の実施の形態例の変形例としての弾塑性ダン
パー１の使用状況を示した概略図である。この変形例で
は、弾塑性ダンパー１は、上部のプレート３で梁１１に
接触している。地震力により前述した第１の実施の形態
例と同様に、極低降伏点鋼である主鋼材２が剪断降伏
し、構造物の損傷を防ぐ。

【００１８】＜第２の実施の形態例＞図５は本発明を適
用した第２の実施の形態例の弾塑性ダンパー１３を示す
ものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、
（ｃ）は平断面図である。この第２の実施の形態例の弾
塑性ダンパー１３は、極低降伏点鋼からできている主鋼
材２と、同主鋼材２の両端にそれぞれ溶接されて取り付
けられている２枚のプレート３と、鋼板からなりその２
枚のプレート３に両端を溶接されて取り付けられている
補助鋼材４とから構成されている。ただし、主鋼材２の
ウェブ５と補助鋼材４との間は、隙間が開いた状態であ
る。

【００１９】この弾塑性ダンパー１３に、上下のプレー
ト３から振動が加えられると、その振動エネルギーによ
り主鋼材２は剪断力を受けて変形しようとする。この第
２の実施の形態例の弾塑性ダンパー１３では、ウェブ５
が剪断座屈を起こし始めると同ウェブ５が補助鋼材４に
接触して座屈変形の進行を妨げる。

【００２０】以上の第２の実施の形態例の弾塑性ダンパ
ー１３によれば、主鋼材２とプレート３に、補助鋼材４
が、その２枚のプレート３に両端を溶接されて取り付け
られていて、さらに、主鋼材２と接触しておらず隙間が
開いた状態であるので、前記弾塑性ダンパー１３は、主
鋼材２の変質と脆性化を伴っておらず、亀裂の発生も起
こりやすいということはない。さらに、ウェブ５と補助
鋼材４が接触していないので、ウェブ５の弾性変形が起
こったときにウェブ５と補助鋼材４との摩擦が起こら
ず、その摩擦に由来するウェブ５の変形を防止すること
ができる。

【００２１】＜第３の実施の形態例＞次に、本発明を適
用した第３の実施の形態例の弾塑性ダンパー１４，１
５，１７を図６に基づいて説明する。図６は、本発明を
適用した第３の実施の形態例の弾塑性ダンパーの概略図
であって、（ａ）は補助鋼材が複数取り付けられたも
の、（ｂ）は複数の補助鋼材が様々な向きに取り付けら
れたもの、（ｃ）は主鋼材のフランジ部分に補助鋼材が
取り付けられたものである。

【００２２】先ず、図６（ａ）では、弾塑性ダンパー１
４は、主鋼材２と、主鋼材２の両端に溶接されている２
枚のプレート３と、同プレート３に溶接されている複数
の補助鋼材４，４，４とから構成されている。この主鋼
材２と補助鋼材４，４，４とは接触していても、隙間を
隔てて離れていてもよく、それに応じて、弾塑性ダンパ
ー１４は、第１または第２の実施の形態例と同様な効果
を持つ。そして、この弾塑性ダンパー１４のように、一
つの弾塑性ダンパー１４に対する補助鋼材４の数は複数
でも良く、この場合、個々の補助鋼材４を薄くすること
が可能となる他、座屈耐力を増すこともできる。また、
次に変形例として説明するように、補助鋼材４の取付け
方向も特に限定されない。

【００２３】＜変形例（その３）＞図６（ｂ）は本発明
を適用した第３の実施の形態例の変形例としての弾塑性
ダンパー１５を示している。図６（ｂ）の弾塑性ダンパ
ー１５は、主鋼材２と、主鋼材２の両端に溶接されてい
る２枚のプレート３と、同プレート３に溶接されて接合
されている１枚の補助鋼材４と、同補助鋼材４に取り付
けられている他の補助鋼材１６，１６とから構成されて
いて、さらに、同補助鋼材１６，１６が前記補助鋼材４
と所定の角度をなしている。この弾塑性ダンパー１５の
ように、弾塑性ダンパー１５に対する補助鋼材４，１
６，１６の取付け方向は使用目的に合わせて変更可能で
あって、第１〜３の実施の形態例の弾塑性ダンパー１，
１３，１４と同様に補助鋼材４，１６の取付によっても
主鋼材２は脆性化や変質、あるいはボルト接合のための
穴等がないので弾塑性ダンパー１５は設計通りのエネル
ギー吸収性能を示す。

【００２４】＜変形例（その４）＞図６（ｃ）は本発明
を適用した第３の実施の形態例の変形例としての弾塑性
ダンパー１７を示している。図６（ｃ）の弾塑性ダンパ
ー１７は、主鋼材２と、主鋼材２の両端に溶接されてい
る２枚のプレート３と、フランジ６に溶接して取り付け
られた複数の補助鋼材１８，１８とから構成されてい
る。この弾塑性ダンパー１５のように、弾塑性ダンパー
１７に対する補助鋼材４の取付け方向は使用目的に合わ
せて変更可能であり、また、補助鋼材１８，１８の溶接
等による取付け場所も、主として振動エネルギーを吸収
し弾塑性変形する部位でなければ良く、フランジ６間に
取り付けてある本変形例の弾塑性ダンパー１５の場合、
主鋼材２の弾塑性変形の主だった部位であるウェブ５の
物理的変形と化学的損傷を伴っていない。従って、弾塑
性ダンパー１７は設計通りの性能を示す。

【００２５】なお、以上の実施の形態例においては、主
鋼材を極低降伏点鋼であるＨ型鋼としたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、他の材質、及び、形状の
鋼材でもよい。また、プレートは、振動エネルギーを吸
収して変形する部材ではないので、各種鋼材が適用でき
る他、充分な強度と耐久性、及び、適当な主鋼材との接
合方法があれば他のものでも適用可能である。そして、
補助鋼材の材質は主鋼材の座屈変形を拘束できる程度の
剛性及び強度を持っている部材であればよく、形状につ
いても特に限定されるものではない。そして、主鋼材の
弾塑性変形する部位の物理的変形と化学的損傷を伴わな
い接合手段として、プレートと補助鋼材のみを溶接する
方法と、特にその方法において、主鋼材と補助鋼材との
間に隙間をもうけてプレートと補助鋼材のみを溶接する
方法を例示したが、プレートと補助鋼材のみをボルト締
めで接合する方法、厚いプレートに溝を形成して特殊な
継手状とし、その溝に補助鋼材をはめ込んで補助鋼材を
支持する方法など、主鋼材の弾塑性変形する部位の変
質、変形を伴わない接合方法ならばなんでもよい。ま
た、上記弾塑性ダンパーが適用できる構造物は、上記実
施の形態例に例示した構造物に限られるものではなく、
振動による強い剪断力がかかる構造物なら何にでも適用
できる。加えて、弾塑性ダンパーの形状、例えばフラン
ジの有無等も任意であり、その他、具体的な細部構造等
についても適宜に変更可能であることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る弾塑性ダン
パーによれば、補助鋼材が、強い振動エネルギーを吸収
する主鋼材に、同主鋼材の弾塑性変形をする部位の物理
的変形と化学的損傷が起こらない方法で取り付けられて
いるので、前記補助鋼材の取付けによる前記主鋼材の変
質、脆性化などの劣化のない弾塑性ダンパーとなる。ま
た、ボルト締めで補助鋼材を取り付けてある弾塑性ダン
パーのように、補助鋼材を取り付ける時に主鋼材に穴な
どの変形がないので、振動エネルギーの吸収時に起こり
得る同穴に由来する亀裂の発生や、前記弾塑性ダンパー
に初期応力を与えるような挙動も起こらない。従って、
その弾塑性ダンパーは、地震等の振動を受けて、設計通
りの振動エネルギー吸収性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施の形態例の弾塑性
ダンパーを示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側断面図、（ｃ）は平断面図である。

【図２】本発明を適用した第１の実施の形態例の弾塑性
ダンパーの使用状況を示した概略図であって、柱の間に
設置されている様子を示している。

【図３】本発明を適用した第１の実施形態例の弾塑性ダ
ンパーの使用状況を示した概略図であって、ブレースの
交差部上に設置されている様子を示している。

【図４】本発明を適用した第１の実施の形態例の弾塑性
ダンパーの使用状況を示した概略図であって、耐震壁上
に設置されている様子を示している。

【図５】本発明を適用した第２の実施の形態例の弾塑性
ダンパーを示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側断面図、（ｃ）は平断面図である。

【図６】本発明を適用した第３の実施の形態例の弾塑性
ダンパーの正面図であって、（ａ）は補助鋼材が複数取
り付けられたもの、（ｂ）は複数の補助鋼材が様々な向
きに取り付けられたもの、（ｃ）は主鋼材のフランジ部
分に補助鋼材が取り付けられたものである。

【符号の説明】 １ 弾塑性ダンパー ２ 主鋼材 ３ プレート ４ 補助鋼材 ５ ウェブ ６ フランジ ７ 溶接部 ８ 溶接部 ９ 柱 １０ ブレース １１ 梁 １２ 耐震壁 １３ 弾塑性ダンパー １４ 弾塑性ダンパー １５ 弾塑性ダンパー １６ 補助鋼材 １７ 弾塑性ダンパー １８ 補助鋼材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剪断力により弾塑性変形する主鋼材と、同
   主鋼材の端部に片面を接して取り付けられたプレート
   と、前記主鋼材の剪断座屈を防ぐために前記主鋼材に沿
   って取り付けられた補助鋼材とを備える弾塑性ダンパー
   であって、 前記主鋼材と、前記補助鋼材とが、前記主鋼材の弾塑性
   変形する部位の物理的変形と化学的損傷を伴わない手段
   で接合されていることを特徴とする弾塑性ダンパー。
2. 【請求項２】前記主鋼材の弾塑性変形する部位の物理的
   変形と化学的損傷を伴わない手段が、 プレートと前記補助鋼材のみを接合することであること
   を特徴とする請求項１記載の弾塑性ダンパー。