JPH11336367A

JPH11336367A - 制震ダンパーおよび制震構造

Info

Publication number: JPH11336367A
Application number: JP14422498A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Hirayama; 博巳平山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】きわめてコンパクトかつ経済的に製作でき、
かつ地震エネルギー吸収能力のきわめて大きい制震ダン
パーおよび制震構造を提供する。【解決手段】軸力を受けると塑性変形する、径の異な
る複数の閉断面部材１〜５を同一軸上に重ねて配置する
とともに、最も外側に位置する閉断面部材１の一端１ａ
をその内側に位置する閉断面部材２の一端２ａに、最も
内側に位置する閉断面部材５の一端５ａをその外側に位
置する閉断面部材４ａの一端にそれぞれ連結する。ま
た、閉断面部材３の一端３ａをその外側に位置する閉断
面部材２の他端２ｂに、他端３ｂをその内側に位置する
閉断面部材４の他端４ｂにそれぞれ連結する。閉断面部
材１〜５は鋼管から形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建築構造物が地
震や強風などの外力を受けた際に、塑性変形することで
振動エネルギーを吸収することにより、建築構造物の揺
れを減衰させるようにした制震ダンパーおよび制震構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、主な建築構造物の構造設計は
耐震設計法に基いて行われている。すなわち、頻繁に発
生する中・小規模の地震に対して構造物は、弾性範囲で
挙動し、頻度の少ない大地震に対しては、降伏時の耐力
を保持しつつ可能な範囲で塑性変形することで脆性破壊
を起こさないようにしている。

【０００３】このように、構造物に大きな塑性変形能力
をもたせることで、大地震による構造物の圧壊や崩壊を
防いで人命保護を最優先に図り、構造物のある程度の被
害は仕方のないものとしている。

【０００４】しかし、耐震設計法に基いて構築された建
築構造物でも、一度大地震で被災すると、もとの状態に
修復することは技術的にも費用的にもきわめて困難であ
り、もはや継続的使用が望めない場合が多い。

【０００５】このため、最近では、特に兵庫県南部地震
以降は、たとえ大地震で被災したとしても、柱やはり等
の主要構造部材は、特に修復しなくても継続して使用で
きるようにしたいとの社会的要望が強く、その技術開発
が望まれ、既に実用化されているものもある。

【０００６】その一例として、例えば基礎とこの基礎の
上に構築される上部構造物との間に、鉛直荷重は支持す
るものの地震時は水平方向に変形することにより、地震
エネルギーが上部構造物に伝達されないようにした免震
構造の建物が知られている（例えば、特開平８−１５８
６９７号公報）。

【０００７】また、地震時に柱やはり等の主要構造部材
とは別に取り付けられた、例えば鉛ダンパー等に塑性変
形を集中させ、その履歴減衰を利用して構造物の揺れを
低減させるようにした制震工法も知られている（例え
ば、特開平６−５７８２０号公報）。

【０００８】特に、この制震工法においては、柱とはり
とからなる主要骨組に座屈拘束ブレースを取り付け、こ
の座屈拘束ブレースに地震エネルギーを集中させること
で地震エネルギーを減衰させることにより、建物の揺れ
を低減すると共に柱やはり等の主要構造部材の塑性化を
防いでいる。

【０００９】なお、ここで使用される座屈拘束ブレース
は、降伏強度が通常の構造用鋼材よりも小さい鋼材から
なる心材とその外側に設置した鋼管との間にコンクリー
トを充填することにより形成されている。

【００１０】さらに、リンク機構により圧縮側ブレース
の座屈を防止するものとして、ブレースに作用する引張
力によってリンク部材が変形することで、圧縮側ブレー
スに座屈を生じさせるような圧縮力が作用しないように
したものも知られている（例えば、特開平４−１４３３
７７号参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、免震構造の建
物は、特に共振などの問題があって適用範囲に限界があ
るだけでなく、基礎と上部構造物との間に大変形が集中
するため、この部分に設置される上下水道などのライフ
ラインをこの大変形に追従できるように設置する必要が
ある等の課題があった。

【００１２】また、座屈拘束ブレースを利用した制震工
法は、座屈拘束ブレースが圧縮荷重を受けた際に、周囲
の鋼管とコンクリートが心材の座屈を防止する構造にな
っているため、心材の断面寸法に対して部材断面が大き
くなるのを免れず、このため機能上コンパクトに製作し
にくい等の課題があった。

【００１３】また、鋼材とコンクリートという異種材料
から構成されているため、異種作業の連携を免れず、こ
のため生産性が低く、コスト高が避けられない等の課題
もあった。

【００１４】さらに、軸力を受ける部材のエネルギー吸
収能力は、塑性化する部分が長いほど大きいが、部材の
長さは専らその部材が取り付けられる構造物の意匠上ま
たは機能上の要求寸法から決定されるものであるため、
そのような条件のもとで必要とするエネルギー吸収能力
を得ることは設計上きわめて困難であった。

【００１５】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、きわめてコンパクトかつ経済的に製作
でき、しかも地震エネルギー吸収能力のきわめて大きい
制震ダンパーおよび制震構造を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、この発明に係る請求項１記載の制震ダンパーは、
軸力を受けると塑性変形する、径の異なる複数の閉断面
部材を同一軸上に重ねて設置するとともに、最も外側に
位置する閉断面部材の一端をその内側に位置する閉断面
部材の一端に、最も内側に位置する閉断面部材の一端を
その外側に位置する閉断面部材の一端にそれぞれ連結
し、かつ残る閉断面部材の一端をその外側に位置する閉
断面部材の一端に、他端をその内側に位置する閉断面部
材の一端にそれぞれ連結して形成する。

【００１７】請求項２記載の制震ダンパーは、請求項１
の記載において、各閉断面部材を鋼管から形成する。

【００１８】請求項３記載の制震ダンパーは、請求項１
又は２の記載において、隣接する閉断面部材間に摩擦低
減材を介在する。

【００１９】そして、請求項４記載の制震構造は、相対
変位する構造部材間に請求項１、２又は３記載の制震ダ
ンパーを設置するとともに、その最も外側の閉断面部材
の他端を前記構造部材の一方に、最も内側の閉断面部材
の他端を前記構造部材の他方にそれぞれ連結して構成す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、この発明に係る制
震ダンパーの一例を示し、図において、径の異なる円筒
形にそれぞれ形成された複数の閉断面部材１〜５が、同
一軸上に重ねて設置されている。

【００２１】閉断面部材１、２、３、４、５はこの順に
除々に細い径に形成され、閉断面部材１が最も大きい径
に形成され、最も外側に設置されている。また、閉断面
部材５は最も細い径に形成され、最も内側に設置されて
いる。

【００２２】そして、閉断面部材１と閉断面部材５との
間に、閉断面部材２、３、４が外側からこの順に設置さ
れている。なお、閉断面部材１〜５はいずれも、例えば
径の異なる鋼管などからそれぞれ形成されている。

【００２３】また、閉断面部材１の一端１ａは、そのす
ぐ内側に位置する閉断面部材２の一端２ａと、閉断面部
材５の一端５ａはそのすぐ外側に位置する閉断面部材４
の一端４ａとそれぞれ溶接する等して連結されている。

【００２４】また、閉断面部材３の一端３ａはそのすぐ
外側に位置する閉断面部材２の他端２ｂと、他端３ｂは
そのすぐ内側に位置する閉断面部材４の他端４ｂとそれ
ぞれ溶接する等して連結されている。

【００２５】こうして、閉断面部材１〜５が同一軸上に
重ねて設置され、かつ互いに連結されていることにより
制震ダンパーＡが形成されている。

【００２６】このような構成において、閉断面部材１と
５の他端１ｂと５ｂ間に軸力として圧縮力が作用する
と、閉断面部材１、３、５には圧縮応力が、閉断面部材
２と４には引張応力がそれぞれ生じる。

【００２７】また、閉断面部材１と５の他端１ｂと５ｂ
間に軸力として引張力が作用すると、閉断面部材１、
３、５には引張応力が、閉断面部材２と４には圧縮応力
がそれぞれ生じる。

【００２８】そして、いずれの場合にも、軸力を除々に
大きくすると、やがて閉断面部材１〜５は降伏する。そ
して、さらに軸力を作用すると降伏時の軸力応力を保持
したまま塑性変形のみが進行する。

【００２９】なお、その際、圧縮側の閉断面部材（例え
ば、閉断面部材２と４）は面外座屈または局部座屈をお
こすおそれがあるが、引っ張り側の閉断面部材（（例え
ば、閉断面部材１、３、５）によって片側または両側か
ら拘束されているためにその心配は全くなく、このため
面外座屈などによる耐力低下のないきわめて良好な塑性
変形性能を示す。

【００３０】また、制震ダンパーＡの降伏強度は、閉断
面部材１〜５のうち最も降伏強度の小さい閉断面部材で
決まることから、圧縮側または引っ張り側の一群の閉断
面部材の断面積および材質を同一にすれば、その一群の
閉断面部材が同時に塑性変形するので、それぞれの閉断
面部材の長さは比較的短くても、制震ダンパーＡの塑性
変形性能を著しく高めることができる。

【００３１】また、圧縮側と引っ張り側の両方の閉断面
部材の断面積および材質を同一にして、全ての閉断面部
材の降伏強度を同じにすれば、塑性変形能力をさらに高
めることができる。

【００３２】さらに、一本または数本の閉断面部材のみ
を降伏・塑性化するようにすれば、制震ダンパーＡの長
さを変えることなく、塑性化する長さを自由に調整でき
るので、要求される塑性変形性能を充分に満足させるよ
うな制震ダンパーＡの設計が可能である。

【００３３】なお、先の例では、制震ダンパーＡは５本
の閉断面部材から形成されているが、寸法、耐力、塑性
変形能力などの要求に応じて、閉断面部材の設置数を自
由に設定できる。

【００３４】また、断面形状も、必ずしも円形である必
要はなく、正方形、長方形などの矩形、五角形、六角形
などの多角形、さらには楕円形状などの断面形状とする
こともできる。

【００３５】さらに、隣接する閉断面部材１〜５の各閉
断面部材間の各隙間を、それぞれ可能な限り小さくして
引っ張り側の閉断面部材を圧縮側の閉断面部材の座屈拘
束材として働かせることが望ましいが、座屈波の発生に
よる閉断面部材間の摩擦を低減するために、例えば図３
(a) 〜(c) に図示するように各閉断面部材間の各隙間に
ゴムやアスファルト、あるいは高粘性液などからなる摩
擦低減材６がそれぞれ介在されている。

【００３６】なお、摩擦低減材６は各閉断面部材１〜５
の表面に塗着する等して介在されている。

【００３７】こうすることで、隣接する閉断面部材どう
しの摩擦を防止でき、摩擦によって閉断面部材の塑性変
形能力が損なわれるのを防止できる。発明の実施の形態
２．図４〜図６は、この発明に係る制震構造の一例を示
し、いずれも主要骨組の相対変位する構造部材間に図１
〜図３に図示する制震ダンパーを組み込んで構成されて
いる。

【００３８】例えば図４においては、上階のはり７と下
階のはり７間に、２本の制震ダンパーがブレース材とし
て逆Ｖ字状に設置されている。

【００３９】その際、最も外側に位置する閉断面部材１
の他端が１ｂが上階のはり７に、最も内側に位置する閉
断面部材５の他端５ｂが下階のはり７にそれぞれ連結さ
れている。

【００４０】また、図５においては、左右柱８とはり７
との接合部に、制震ダンパーＡがほうずえ材としてそれ
ぞれ斜めに設置されている。その際、最も外側に位置す
る閉断面部材１の他端１ｂがはり７の下側に、最も内側
に位置する閉断面部材５の他端５ｂが柱８の側面にそれ
ぞれ連結されている。

【００４１】さらに、図６においては、上階のはり７と
下端側のみが固定された壁９間に水平に設置されてい
る。その際、最も外側に位置する閉断面部材１の他端１
ｂがブラケット１０を介してはり７に、最も内側に位置
する閉断面部材５の他端５ｂが壁９にそれぞれ連結され
ている。

【００４２】なお、いずれの場合も、閉断面部材１と５
の他端１ｂ、５ｂを柱８等に溶接によって連結すること
もできるが、ボルト止めして取り外しできるようにすれ
ば、地震を受けた後でも簡単に取り替えができ、きわめ
て経済的に補修できる。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、以上説明した構成からな
り、特に各閉断面部材が、地震エネルギーを吸収する働
きと座屈を防ぐ働きを有することから、閉断面部材とは
別に座屈拘束部材を取り付ける必要がないため、きわめ
てコンパクトに製作できる等の効果がある。

【００４４】また、複数の鋼管から形成されているの
で、製作が容易で生産性がきわめて高く、かつ廉価に製
作できてきわめて経済的であるまた、各閉断面部材の降
伏強度・塑性化長さを適宜調整し、任意に組み合わせる
ことにより塑性変形性能を自由に設定できるので、要求
される地震エネルギー吸収性能を有するものを簡単にか
つ廉価に提供できる。

【００４５】さらに、各閉断面部材間の各隙間にゴムな
どからなる摩擦低減材がそれぞれ介在されているので、
隣接する閉断面部材どうしの摩擦を防止でき、摩擦によ
って閉断面部材の塑性変形能力が損なわれるのを防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制震ダンパーの一例を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は制震ダンパーの材軸方向の断面図、
（ｂ）は軸直角方向の断面図、（ｃ）は制震ダンパーの
部分斜視図である。

【図３】（ａ）は制震ダンパーの材軸方向の断面図、
（ｂ）は軸直角方向の断面図、（ｃ）は制震ダンパーの
部分斜視図である。

【図４】制震ダンパーを取り付けた架構の一部側面図で
ある。

【図５】制震ダンパーを取り付けた架構の一部側面図で
ある。

【図６】制震ダンパーを取り付けた架構の一部側面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ制震ダンパー１〜５閉断面部材（鋼管）１ａ一端１ｂ他端２ａ一端２ｂ他端３ａ一端３ｂ他端４ａ一端４ｂ他端５ａ一端５ｂ他端６摩擦低減材７はり８柱９壁１０ブラケット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸力を受けると塑性変形する、径の異な
る複数の閉断面部材を同一軸上に重ねて配置するととも
に、最も外側に位置する閉断面部材の一端をその内側に
位置する閉断面部材の一端に、最も内側に位置する閉断
面部材の一端をその外側に位置する閉断面部材の一端に
それぞれ連結し、かつ残る閉断面部材の一端をその外側
に位置する閉断面部材の一端に、他端をその内側に位置
する閉断面部材の他端にそれぞれ連結してなることを特
徴とする制震ダンパー。
【請求項２】各閉断面部材は鋼管からなることを特徴
とする請求項１記載の制震ダンパー。
【請求項３】隣接する閉断面部材間に摩擦低減材をそ
れぞれ介在してあることを特徴とする請求項１又は２記
載の制震ダンパー。
【請求項４】相対変位する構造部材間に請求項１、２
又は３記載の制震ダンパーを設置し、かつその最も外側
の閉断面部材の他端を前記構造部材の一方に、最も内側
の閉断面部材の他端を前記構造部材の他方にそれぞれ連
結してなることを特徴とする制震構造。