JPH11131860A - 制震装置および鉄骨構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設置スペースが小さく、安定した履歴特性を持
ち、大変形後は、簡単に修復が可能で、経済的な負担の
小さい安価な制震装置および制震性に優れた鉄骨構造物
を提供すること。 【解決手段】隣接する柱と梁で構成される平面の対角を
結ぶ交差部に設けられ、柱梁交差部との間をブレースで
連結される、鋼製の可塑性筒状体の外周部に、筒状体の
中心軸に平行または直角方向に固着された鋼製の板状リ
ブを備える制震装置。さらに、筒状体の内側に、筒状体
の中心軸に直角方向で、筒状体の内周部に固着された板
状の鋼製補強板を備える制震装置。および、隣接する柱
と梁とで構成される平面の対角を結ぶ交差部に、柱梁交
差部との間をブレースで連結された上記の制震装置を有
する鉄骨構造物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主要骨組の層間に
組み込まれ、大きな層間変形が生じた際に塑性変形して
エネルギーを吸収する制震装置および制震性に優れた鉄
骨構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物は耐震設計法に基づき、設
計されてきた。耐震設計では、頻繁に発生する中地震に
対しては構造物の各部が弾性範囲で挙動し、数十年に一
度の大地震に対しては、構造物のある程度の塑性化を許
容している。これは、人命保護を最優先し、構造体に十
分な変形能力をもたせ、構造物の崩壊や圧懐を防止する
ことを目的としているからである。これまでの主要構造
部で地震エネルギーを吸収する耐震構造物の場合には、
構造物の修復に莫大な費用を要するうえ、継続使用が困
難な状態も想定される。しかし最近では、大地震後も主
要構造材が損傷しない構造体を実現したいとの要望が強
くなってきた。

【０００３】特開平８−１５８６９７号公報には、基礎
部と上部構造物との間に、基礎部に対して上部構造物を
水平方向に滑動可能に支承する滑り支承と、水平方向に
弾性変形可能な弾性体とを備える免震部材とを取り入
れ、構造物への入力震動を低減させる方法が開示されて
いる。この方法では、外力が加わった場合に、弾性体の
水平方向での弾性変形によって上部構造物の水平方向の
変位量が抑制される。ここに開示されている弾性体に
は、薄い板状のゴムと鋼板を積層した、積層ゴム構造物
が用いられている。

【０００４】特開平６−５７８２０号公報には、制震ダ
ンパーとして、降伏型ブレースを柱と梁で囲まれる軸組
内に組み込んだ耐震鉄骨構造物が開示されている。この
構造物では、鋼管とその内部に配置された低降伏点鋼材
との間にコンクリートを充填した座屈拘束ブレースを、
高降伏点鋼材製の柱と梁からなる鉄骨構造物に架設した
ものである。大地震が発生したときに、座屈拘束ブレー
スが示す弾塑性挙動により地震エネルギーが吸収され、
柱と梁の永久変形が防止できるとされている。大地震後
には、この座屈拘束ブレースは交換される。

【０００５】特開平２−３００４７５号公報には、鋼板
等をせん断降伏させる方式の弾塑性ダンパーを用いたフ
レーム組み込み型制震装置が開示されている。この装置
では、上下方向に隣接する梁間に、粘弾性ダンパーおよ
び上述の弾塑性ダンパーが配置されており、振動が小さ
い時は粘弾性ダンパーで振動を吸収させる。振動が増し
て粘弾性ダンパーで振動が吸収できなくなった場合は、
弾塑性ダンパーを構成する鋼板が塑性変形し、振動エネ
ルギーを吸収するものである。

【０００６】しかし、これらの方法には以下のような問
題点がある。特開平８−１５８６９７号公報で開示され
ている方法では、免震部材の設置に高さ方向のスペース
が必要であり、地下スペースが狭くなり、施工工数が増
加するので好ましくない。さらに、免震構造では共振の
問題があるので適用範囲に限界があり、地盤と構造物の
絶縁部分のみに大変形が生じることから、ライフライン
をこの大変形に追随させねばならないといった問題があ
る。

【０００７】特開平６−５７８２０号公報で開示されて
いる構造物では、低降伏点鋼の座屈を拘束するために周
囲をコンクリートおよび鋼管で覆う必要があり、製造工
程が長いうえ、費用が高くなるので好ましくないる。特
開平２−３００４７５号公報に開示されているフレーム
組み込み型制震装置では、制震装置にせん断方向の力の
みが加わるようにする必要があり、壁面もしくは剛性が
高いブレースを配設する必要があるのでコストが高くま
るのが問題である。

【０００８】アクティブ型の制震装置は単価が高く、装
置自体が大掛かりであるため、制震装置を収納するスペ
ースが必要である。また、大地震の際の大きい地震入力
エネルギーや、不規則で加速度の大きい地震波を制御す
るのは困難である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題は、あらゆる構造物に適用可能で、設置スペー
スが小さくて済み、安定した履歴特性を持ち、大地震等
による大変形後は簡単に取り替えることが可能で、経済
的な負担の小さい安価な制震装置および制震性に優れた
鉄骨構造物を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記
（１）、（２）に記載の制震装置、および（３）に記載
の制震性に優れた鉄骨構造物を提供することにある。

【００１１】（１）複数の柱、梁、およびブレースを備
える鉄骨構造物において、隣接する柱と梁で構成される
平面の対角を結ぶ交差部に設けられ、柱梁交差部との間
をブレースで連結される、鋼製の可塑性筒状体の外周部
に、筒状体の中心軸に平行または直角方向に固着された
鋼製の板状リブを備える制震装置。

【００１２】（２）筒状体の内側に、筒状体の中心軸に
直角方向で、筒状体の内周部に固着された板状の鋼製補
強板を備える上記（１）に記載の制震装置。

【００１３】（３）複数の柱、梁、およびブレースを備
える鉄骨構造物において、隣接する柱と梁で構成される
平面の対角を結ぶ交差部に、請求項１または２に記載の
制震装置を備え、そのリブと柱梁交差部がブレースで連
結されている鉄骨構造物。

【００１４】本発明の可塑性筒状体を含む制震装置は、
優れた塑性変形能と強度を有し、安価で加工が容易な鋼
を用いて構成されるのが望ましい。この制震装置は、複
数の柱、梁、およびブレースを備える鉄骨構造物におい
て、隣接する柱と梁とで構成される平面の対角を結ぶ交
差部に設置され、柱梁交差部との間はブレースで連結さ
れる。構造物に振動が作用して交差するブレース間に相
対変位が生じると、制震装置が塑性変形し、震動エネル
ギーを吸収する。制震装置の主要構成部品である鋼管は
引張り側のブレースからの荷重を受けて引張り方向に伸
ばされて楕円形に変形する。他方、それと交差する他の
方向（圧縮側）では、鋼管がつぶされる方向に変形す
る。圧縮側のブレースは鋼管の変形に追従するため、座
屈を起こさない。このため、本発明の方法を用いれば安
定した履歴特性を得ることができる。本発明の制震装置
は、ブレースとボルト接合されるので、交換が容易であ
る。また、本発明の装置は、通常のＸ型ブレース構造と
の互換性があり、容易に適用できるという特長を持って
いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００１６】図１は、本発明の制震装置の配置例を示す
説明図である。複数の柱と梁を有する構造物において、
隣接する柱８と梁７とで構成される平面の中央部に本発
明の制震装置９が配設される。それぞれの柱梁交差部１
２と制震装置９との間は、高強度のブレース４で連結さ
れる。

【００１７】図２は、本発明に係わる制震装置の一例を
示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面
図である。鋼管１にはボルト孔が設けられた鋼板製のリ
ブ２が溶接などの方法で固着されている。リブは図２で
は鋼管１の中心軸に直角の方向に固着されているが、こ
の取り付け方向は、図３または図４の例に示すように、
中心軸に平行に取り付けても構わない。ブレースの端部
に溶接固着された、ボルト孔が設けられた羽子板３と、
リブ２がボルト５で連結される。リブ２はブレース４か
らの荷重を鋼管１に分散して作用させるために設けるも
ので、これにより、制震装置９には、塑性変形を安定し
て発生させることができる。

【００１８】ブレース４の他端の羽子板３は梁７に溶接
固着されているガセットプレート１０にボルト５により
連結される。ブレース４は、長さ方向に２分割してター
ンバックル１１を中間に介在させ、ターンバックルのね
じ部の範囲内で長さを調節してブレース４に緩みが生じ
ないようにするのがよい。

【００１９】制震装置９の構成要素である鋼管１の断面
形状は、円形、長方形または正方形が好ましいが、これ
に限定される必要はなく、六角形など他の形状でも構わ
ない。

【００２０】ブレース４と制震装置９を構成する材料の
強度、寸法および構造はブレース４よりも制震装置９の
方が優先的に塑性変形するように定められる。制震装置
９の塑性変形強度は、鋼管の強度や厚さ、直径などの寸
法を選択することにより調整できる。さらに、鋼管１の
内周部に、鋼板を加工した補強板６を溶接して固着し、
その補強板の変形強度を変更することにより、制震装置
の塑性変形強度を調整こともできる。制震装置の塑性変
形強度を補強板を用いて調整すれば、鋼管の形状を変更
しなくても種々の変形強度の制震装置が得られるので効
率的である。上述の補強板６の変形強度は、鋼板の降伏
強度や厚さを変更するほか、鋼板に任意の形状の開口部
１３を設ける等の方法でも容易に調整できる。図２に示
す補強板６には円形の開口部１３が設けられている。図
４には、矩形断面の鋼管１に、楕円形の開口部１３を設
けた補強板６が固着されている例を示す。

【００２１】図５は、構造物に震動が作用して柱梁間に
変位が生じた時に、制震装置に作用する荷重の方向を説
明するものである。図５に示すように、構造物が変形す
ると、ブレース４ａからもたらされる引張り荷重によっ
て制震装置９が塑性変形する。これにより構造物の振動
エネルギーが吸収される。ブレース４ｂは逆に制震装置
から引張られるので、緩むことがなく、座屈するおそれ
はない。通常のブレース構造では、ブレース座屈後逆方
向に構造体が変形した時に直ちに引張り力を作用させる
ことができないため、エネルギー吸収性に問題がある
が、本発明の制震装置を用いればこの様な問題が生じな
い。

【００２２】図６は、図５（ｂ）に示すように構造体が
変形した場合の、図２に例示した本発明の制震装置の変
形形状を示す概念図である。

【００２３】ブレース４と制震装置９、または、ガセッ
トプレート１０とは、溶接接合でも構わないが、ボルト
等を介して連結できるようにしておけば、交換が容易で
あるので好ましい。

【００２４】鋼管及び鋼管内部に取り付けられる鋼板に
用いる鋼種は普通鋼でも良いが、主要骨組及びブレース
よりも先に降伏してエネルギー吸収させるには、低降伏
点鋼の方が望ましい。

【００２５】ブレースの鋼種は、エネルギー吸収部より
も高強度の鋼を用いるのが好ましい。その形状は、特に
限定するものではなく、棒鋼、平鋼、など任意の断面の
鋼を用いることができる。

【００２６】本発明の制震方式は構造が簡単で安価であ
り設置に必要なスペースも僅かでよい。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係わる、鋼構造物
に本発明の制震部材を取付けた鉄骨構造物の一部を示す
図である。

【００２８】断面形状が円形である鋼管１の外周部に、
周方向に平行にボルト孔を設けた鋼板製のリブ２を溶接
して取り付け、内周部に、円形の孔を設けた補強板６を
溶接して取り付けた制震装置９と、両端にボルト孔を設
けた羽子板を溶接固着し、中間部でターンバックルを介
して連結されている棒鋼製のブレース４ｃと、両端にボ
ルト孔を設けた羽子板を溶接固着した棒鋼製のブレース
４ｄを作製した。鉄骨構造物の柱梁交差部１２にボルト
孔を設けたガセットプレート１０を溶接して固着した。
ブレース４の一端の羽子板をボルトを用いてガセットプ
レート１０に連結し、他端の羽子板を同じくボルト５を
用いて制震装置９のリブ２に連結した。ブレース４ｃに
設けられているターンバックル１１を利用してブレース
４に緩みが生じないように締め付けた。

【００２９】

【発明の効果】柱と梁とからなる主要骨組みに大きな層
間変形が生じた場合、Ｘ型のブレース構造の一方のブレ
ースには引張り力が、他方のブレースには圧縮力が作用
する。引張り側のブレースにより本発明の制震装置は楕
円状に変形する。従来の方法で有れば、圧縮力が作用し
たブレースは座屈して強度が低下し、内装材を破壊する
などの問題が生じるが、本発明の方法によれば、圧縮側
のブレースは鋼管の動きに追従するため緩むことがな
く、座屈が生じない。このため、変形方向が逆方向にな
った場合には直ちに引張り力が生じるため紡錘型の安定
した履歴曲線が得られ、大きな減衰エネルギーを期待で
きる。

【００３０】さらに、本発明の制震装置は、鋼管と鋼板
を溶接する簡易な製作方法なので安価に製作可能であ
る。大地震を受けて制震装置が塑性化し継続使用できな
い時は、制震装置のみ取り替えればよいので経済的であ
る。また、ブレース、制震装置、主要骨組は、ボルト接
合により簡易に接合できるため、簡単に取り替え可能で
あり、既存建物のブレース構造に簡易に取り付けること
も可能である。

【００３１】本発明による制震装置は小さく、主要骨組
内に組み込むことが可能な各階配置型であるので、マス
ダンパーのように大寸法の制震装置を収納する特別なス
ペースが不要である。また、制震装置に十分な震動エネ
ルギー吸収能を持たせられるため、鉛直荷重を支持する
主要骨組が振動エネルギーを吸収する必要が無くなり、
主要骨組の鋼材量を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる、ブレースの中央部に
本発明の制震装置を取付けた鉄骨構造物の一部を示す図
である。

【図２】本発明に係わる制震装置の一例を示す図であ
り、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】本発明に係わる制震装置の他の例を示す図であ
る。

【図４】本発明に係わる制震装置の他の例を示す図であ
る。

【図５】説構造物に震動（振動？）が作用して柱梁間に
変位が生じた時に、制震装置に作用する荷重の方向を説
明する概念図である。

【図６】本発明の制震装置の変形状況を示した概念図で
ある。

【符号の説明】

１・・・鋼管、２・・・リブ、３・・・羽子板、４・・
・ブレース、５・・・ボルト、６・・・補強板、７・・
・梁材、８・・・柱材、９・・・制震装置、１０・・・
ガセットプレート、１１・・・ターンバックル、１２・
・・柱梁交差部、１３・・・開口部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の柱、梁、およびブレースを備える鉄
   骨構造物において、隣接する柱と梁で構成される平面の
   対角を結ぶ交差部に設けられ、柱梁交差部との間をブレ
   ースで連結される、鋼製の可塑性筒状体の外周部に、筒
   状体の中心軸に平行または直角方向に固着された鋼製の
   板状リブを備える制震装置。
2. 【請求項２】筒状体の内側に、筒状体の中心軸に直角方
   向で、筒状体の内周部に固着された板状の鋼製補強板を
   備える請求項１に記載の制震装置。
3. 【請求項３】複数の柱、梁、およびブレースを備える鉄
   骨構造物において、隣接する柱と梁で構成される平面の
   対角を結ぶ交差部に、請求項１または２に記載の制震装
   置を備え、そのリブと柱梁交差部がブレースで連結され
   ている鉄骨構造物。