JPWO2010116779A1 - 梁柱架構体の制振装置 - Google Patents

Abstract

ブレースに圧縮力が作用しない構成とするか、もしくは、ブレースにかかる圧縮力を非常に小さくできる構成とし、且つ、高い制振性能を発揮することができる梁柱架構体の制振装置を提供する。平行部材３０が回転支持部材４０により上梁１３に対して回転可能に支持される。第一ブレース６０により、平行部材３０の一端側と下梁１４の一端側とを連結する。第二ブレース７０により、平行部材３０の他端側と下梁１４の他端側とを連結する。第一ブレース６０と第二ブレース７０の交差位置は、上梁１３と下梁１４との中間位置よりも上梁１３側に位置する。制振装置は、平行部材３０と上梁１３の間に挟まれるようにそれぞれ設けられ、平行部材３０と上梁１３とを連結し、且つ、回転支持部材４０からそれぞれ離隔して回転支持部材４０を挟んだ両側に少なくとも一対設けられるダンパー部材８０，９０を備える。

Description

本発明は、梁柱架構体の制振装置に関するものである。

従来、梁柱架構体の制振装置として、特開２００３−９０１４４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。特許文献１の図２に記載の制振装置は、上梁に固定された可塑性体と、この可塑性体と下梁とを連結する一対のブレースとを備える。つまり、梁柱架構体が水平変形した場合に可塑性体が変形することで、地震エネルギーを吸収することができ、結果として梁柱架構体を制振することができるというものである。

ところが、特許文献１の図２の構成では、梁柱架構体が水平変形する際に、一方のブレースが引張り変形し、他方のブレースが圧縮変形する。つまり、ブレースが圧縮変形に耐えることができる剛性を有している必要がある。従って、ブレースの断面を大きくしなければならないという問題がある。

ここで、特許文献１の図１には、ブレースに圧縮力がかからないように工夫されている。しかし、この構成では、可塑性体にせん断変形のみを生じさせることは難しく、水平方向の繰り返し荷重付加時における荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）が、スリップ型（一般に、非紡錘型、非完全弾塑性型とも称する）となる。

繰り返し荷重付加とは、一方の水平方向へ最大荷重を付加した後に当該荷重を減少させていき、他方の水平方向への荷重を増加し、他方の水平方向への付加荷重を最大荷重とし、他方の水平方向への付加荷重を減少させていくことを繰り返すことである。そして、スリップ型とは、一方の水平方向への付加荷重を減少させていく際の挙動と、他方の水平方向への付加荷重を増加していく際の挙動とが、連続的とならず、段差状すなわちスリップした挙動となる状態である。また、スリップ型の場合、上記と付加荷重方向を逆転させる場合においても、同様に、連続的とならず、段差状となる。

ここで、繰り返し荷重付加時における荷重−変形特性をいわゆる紡錘型（一般に、完全弾塑性型とも称する）とすること、もしくは、紡錘型に近づけることが、エネルギー吸収能力をより高くすることにつながる。紡錘型とすることで、復元性が良好となるためである。つまり、特許文献１の図１の構成では、ブレースに圧縮力が作用しないようにできるとしても、可塑性体がせん断変形に加えて引張力が作用するブレースの軸方向にも変形すると、荷重−変形特性がスリップ型となるため復元性が良好ではない。

また、他の制振装置として、特開２００６−１５２７２２号公報（特許文献２）の図４に記載されたものがある。特許文献２の図４の制振装置は、下梁に立設された固定プレート（２３）と、固定プレート（２３）を挟むように揺動可能に支持された２枚の可動プレート（２４）と、可動プレート（２４）と上梁とを連結する一対のブレース（５，６）と、固定プレート（２３）と可動プレート（２４）の間全体に亘って挟まれている粘弾性ダンパー（２１）とを備えている。そして、一対のブレース（５，６）は、中間付近にて交差している。

この構成では、特許文献２の段落［００１６］に記載しているように、梁柱架構体に水平方向の外力が作用すると、ブレース（５，６）には、引張力と圧縮力とが交互に作用する。従って、ブレース（５，６）は、作用する圧縮力に耐えることができる剛性を有する必要がある。つまり、特許文献１の図２と同様に、特許文献２に記載の構成は、ブレースの断面を大きくしなければならない問題を有している。

さらに、ブレース（５，６）に引張力または圧縮力が作用する際に、固定プレート（２３）と可動プレート（２４）が梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をするおそれがある。このことは、制振装置の耐久性に低下させる原因となる。この問題は、梁柱架構体の枠平面に対して法線方向への変形に対する剛性が小さな固定プレートおよび可動プレートの構成そのものに起因することに加えて、ブレース（５，６）に引張力と圧縮力が交互に作用することにも起因する。
特開２００３−９０１４４号公報 特開２００６−１５２７２２号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ブレースに圧縮力が作用しない構成とするか、もしくは、ブレースにかかる圧縮力を非常に小さくできる構成とし、且つ、高い制振性能を発揮することができる梁柱架構体の制振装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、
梁と柱とから構成される梁柱架構体の制振装置であって、
前記梁柱架構体の枠内側に設けられ、前記梁および前記柱のうち対向する第一部材と第二部材との間に離隔して設けられ、且つ、前記第一部材に対して平行に対向して設けられた平行部材と、
前記第一部材と前記平行部材との対向空間に設けられ、前記第一部材と前記平行部材の中央部とを相対回転可能に支持する回転支持部材と、
前記平行部材の一端側と前記第二部材の一端側または前記第二部材の一端部近傍とを連結する第一ブレースと、
前記梁柱架構体の枠正面から見た場合に前記第一ブレースと交差するように前記平行部材の他端側と前記第二部材の他端側または前記第二部材の他端部近傍とを連結し、且つ、前記第一ブレースとの交差する位置が前記第一部材と前記第二部材との中間位置よりも前記第一部材側に位置するように設けられる第二ブレースと、
前記平行部材と前記第一部材との間に挟まれるようにそれぞれ設けられ、前記平行部材と前記第一部材とを連結し、且つ、前記回転支持部材からそれぞれ離隔して前記回転支持部材を挟んだ両側に少なくとも一対設けられるダンパー部材と、
を備える。

本発明によれば、梁柱架構体の枠正面から見た場合に、第一ブレースと第二ブレースとの交差点が第一部材と第二部材との中間位置よりも第一部材側に位置している。これにより、梁柱架構体に水平方向の振動外力が作用した場合に、第一，第二ブレースのうち一方に引張力が作用し、他方には、引張力も圧縮力も作用しないか、もしくは、非常に僅かな圧縮力または引張力が作用する状態となる。このように、第一，第二ブレースには、大きな圧縮力が作用しないようにできる。

そして、梁柱架構体に付加される水平方向外力の方向が変化するとき、それまでほとんど変形していない側のブレースが、直ちに引張力を発生させる状態となる。従って、繰り返し荷重付加時における荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）が紡錘型となる。また、他方のブレースに圧縮力が作用するとしても、その圧縮力は非常に僅かであるため、荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）は紡錘型に近似した特性となる。従って、本発明によれば、高い復元性を有し、高い制振性能を発揮することができる。

また、従来の制振装置においては、圧縮力がブレースに作用することにより、ブレースの座屈を防ぐためにブレースの断面２次モーメントを大きくしなければならなかった。これに対して、本発明によれば、上述したように、ブレースにはほとんど圧縮力が作用しない。これにより、ブレースの断面２次モーメントを非常に小さくすることができる。つまり、ブレースの小型化を図ることができる。ブレースの小型化を図ることができることで、ブレースとして、非常に安価な比較的線径の小さな鋼棒を適用することが可能となる。当然に、ブレースの組み付け性が良くなる。

また、本発明を構成する平行部材は、梁柱架構体の枠内側に設けられ、第一部材と第二部材との間に離隔して設けられ、且つ、第一部材に対して平行に対向して設けられている。さらに、回転支持部材が、平行部材と第一部材とを回転可能に支持している。さらに、少なくとも一対のダンパー部材が、平行部材と第一部材との間であって、回転支持部材を挟んで両側に設けられている。

この構成により、梁柱架構体に水平方向の外力が作用した場合に、平行部材が第一部材に対して傾斜するように揺動する。このとき、一方のダンパー部材が潰される方向に変形し、他方のダンパー部材が伸びる方向に変形する。つまり、両方のダンパー部材は、平行部材の揺動を規制および復帰させる力を発揮すると共に、平行部材を第一部材に対して支持する力を発揮する。このように、ダンパー部材が回転支持部材に加えて平行部材の支持力を発揮することで、平行部材が安定して支持されることになる。

ここで、上述したように、特許文献２に記載の制振装置において、固定プレートと可動プレートが梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をするという問題があった。この原因の一つとして、ブレースに圧縮力が作用することがある。しかし、本発明によれば、ブレースには、圧縮力がそもそも作用しないか、非常に僅かな圧縮力のみしか作用しない。従って、本発明の制振装置において、平行部材は、梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をすることを抑制できる。さらに、上述したように、本発明によれば、回転支持部材に加えて少なくとも一対のダンパー部材により、平行部材は第一部材に対して安定して支持されている。このことからも、平行部材が梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をすることを抑制できる。

また、本発明において、前記ダンパー部材が、鋼材ダンパーであるとよい。鋼材ダンパーは、ダンパーの中では、比較的安価で容易に成形することができる。従って、低コスト化および設計の自由度を高めることができる。

また、本発明において、前記ダンパー部材が、前記梁柱架構体の変形に伴って前記第一部材と前記平行部材とが傾く場合に曲げ変形する鋼材ダンパーであるとよい。これにより、ダンパー部材が潰されるように変形する場合の降伏点と、ダンパー部材が伸びるように変形する場合の降伏点とを、所望の位置に確実に設定することができる。

なお、曲げ変形する鋼材ダンパーの他に、圧縮−引張変形する鋼材ダンパーが存在する。例えば、圧縮−引張変形する鋼材ダンパーには、直方体状や円柱状に形成され、一端を平行部材に固定され他端を第一部材に固定されるように設ける。確かに、圧縮−引張変形する鋼材ダンパーでも適用可能ではある。ただし、この場合には、一般に、圧縮変形する際の特性と、引張変形する際の特性が異なるため、ダンパー部材がつぶれるように変形する場合の降伏点と、ダンパー部材が伸びるように変形する場合の降伏点とを、所望の位置に設定することが容易とは言えない。

また、ダンパー部材として、上述したように鋼材ダンパーを適用することが好ましいが、この他に、ゴムや非圧縮性流体（例、オイル）などを用いたダンパーなどを適用することもできる。

また、本発明において、前記ダンパー部材は、前記回転支持部材に向かって開口するＵ字型形状、または、前記回転支持部材とは反対側に向かって開口するＵ字型形状に形成されているとよい。これにより、ダンパー部材に生じる変形は、主として曲げ変形となるか、もしくは、完全に曲げ変形のみとなる。従って、ダンパー部材を安定して変形させることができ、所望の降伏点を得ることができる。

ここで、Ｕ字型形状とは、平行な一対の平板部分と、それらを連結する円弧状に湾曲した部分とから構成される。つまり、角張った部分を有しない形状である。このようにダンパー部材をＵ字型形状とすることで、ダンパー部材の形状に起因した応力集中を回避することができ、鋼材の疲労強度等の向上を図ることができる。

このダンパー部材は、Ｕ字型形状の他、Ｕ字型に近似した角張った形状を適用することもできる。例えば、ホームベース型形状の五角形における長辺部分を開口部とした形状や、Ｖ字型の形状などである。この場合、ダンパー部材が曲げ変形した際に、五角形の頂点を形成する角張った部分やＶ字型の角部において、Ｕ字型形状に比べて応力集中が発生するおそれがあるが、十分な効果を発揮できる。なお、ダンパー部材は、Ｕ字型形状とした方がより好ましい。

また、本発明において、前記ダンパー部材は、前記Ｕ字型形状の第一ダンパー部材と、第一ダンパー部材のＵ字型の内部に収容され且つ同方向に開口するようにＵ字型状に設けられた第二ダンパー部材と、を備えるとよい。つまり、第一ダンパー部材と第二ダンパー部材とにより、二重のＵ字型形状を形成する。これにより、ダンパー部材による平行部材の支持剛性をより高めることができる。なお、ダンパー部材による平行部材の支持剛性は、適宜調整するものであり、当該支持剛性を高く設定したい場合に、ダンパー部材を二重にする構成は有効である。
このように、ダンパー部材を二重のＵ字型形状とする場合において、各Ｕ字型形状のダンパー部材を五角形の角張った形状やＶ字型の形状に置き換えることもできる。ただし、応力集中の観点から、Ｕ字型形状とする方が好ましい。

また、本発明は、
前記平行部材は、
前記第一部材に対して離隔して且つ平行に対向して設けられた平行平板と、
前記回転支持部材の回転軸に直交する方向に延びるように、前記平行平板のうち前記第二部材側に立設された少なくとも一つのリブ状部材と、
を備え、
前記第一ブレースの一端および前記第二ブレースの一端は、同一の前記リブ状部材に回転可能に連結されるとよい。

これにより、梁柱架構体に水平方向の外力が作用する際に、平行部材が、回転支持部材の回転軸回りに安定して揺動するようにできる。つまり、平行部材が、第一部材に対してねじり変形することを抑制できる。その結果、回転支持部材にねじり荷重が加わることを抑制できる。つまり、回転支持部材におけるねじりに対する支持剛性をそれほど高くしなくても、十分支持することができる。従って、回転支持部材の構造の簡素化および軽量化を図ることができる。

また、本発明において、前記第一ブレースおよび前記第二ブレースは、予め引張荷重を付加した状態で取り付けられるとよい。
これにより、梁柱架構体が変形する際に仮に第一、第二ブレースが僅かに圧縮する方向に力が作用するとしても、第一，第二ブレースに予め引張荷重を付加しておくことで、第一，第二ブレースには圧縮状態にならないようにできる。従って、確実に、荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）を紡錘型とすることができ、制振性能として安定した状態を発揮できる。

第一実施形態：梁柱架構体の制振装置を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面拡大図である。 図１のＢ−Ｂ断面拡大図である。 図１のＣ−Ｃ断面拡大図である。 梁柱架構体に水平外力を付与した状態の図である。 荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）を示す図である。 梁柱架構体の制振装置の第一実施形態の変形態様を示す図である。 第二実施形態：梁柱架構体の制振装置を示す図である。 図８のＤ−Ｄ断面拡大図である。 図８のＥ−Ｅ断面拡大図である。

１１，１２：柱、 １３，１４：梁
２０：取付プレート
３０，３３０：平行部材、 ３１：平行平板、 ３２：リブ状部材
４０，３４０：回転支持部材
４１，３４１：固定側部材、 ４２，３４２：移動側部材
６０，３６０：第一ブレース
６１，６２，３６１，３６２：ロッド、 ６３：クロスターンバックル
７０，３７０：第二ブレース
７１，７２，３７１，３７２：ロッド
７３，３６３，３７３：ターンバックル
８０，９０，１８０，１９０，２８０，２９０：ダンパー部材
２８１，２９１：第一ダンパー部材、 ２８２，２９２：第二ダンパー部材
３３２：第一リブ状部材、 ３３３：第二リブ状部材
３６４，３６５，３７４，３７５：リングジョイント

以下、本発明の梁柱架構体の制振装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の梁柱架構体の制振装置について、図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、梁柱架構体は、矩形枠状を形成している。詳細には、梁柱架構体は、所定距離を隔てて平行に設けられた一対の柱１１，１２と、一対の柱１１，１２の上端をそれぞれ連結する上梁１３と、上梁１３に対向して設けられ一対の柱１１，１２の下端をそれぞれ連結する下梁１４とから構成される。ここで、柱１１，１２は、角形鋼管柱であり、上梁１３および下梁１４は、Ｈ形鋼梁である。ここでは、梁柱架構体として、鉄骨造を例としてあげるが、この他に、軽量鉄骨造、木造軸組構造にも適用可能である。また、本実施形態においては、上梁１３が本発明の第一部材に相当し、下梁１４が本発明の第二部材に相当する。

この梁柱架構体の制振装置は、取付プレート２０と、平行部材３０と、回転支持部材４０と、第一，第二ガセットプレート５１，５２と、第一ブレース６０と、第二ブレース７０と、一対のダンパー部材８０，９０とを備える。

取付プレート２０は、長方形の金属製平板からなる。この取付プレート２０は、上梁１３の下面に当接した状態で直接固定される。この取付プレート２０は、回転支持部材４０および一対のダンパー部材８０，９０を取り付けるためのプレートである。つまり、取付プレート２０は、上梁１３の補強材としての機能し、上梁１３と一体的となる。従って、この取付プレート２０は、実質的に、本発明の第一部材の一部に相当するものである。また、取付プレート２０のうち図１の左右両側には、それぞれ２個ずつの貫通孔が形成されている。これらの貫通孔は、後述する一対のダンパー部材８０，９０と固定するためのボルトを挿通するためのものである。なお、上梁１３には、当該貫通孔に連通するように、同様の貫通孔が形成されている。

平行部材３０は、梁柱架構体の枠内側に設けられ、上梁１３と下梁１４との間に離隔して設けられ、且つ、上梁１３に対して平行に対向して設けられている。この平行部材３０は、図１および図３に示すように、平行平板３１と、一つのリブ状部材３２とから構成される。

平行平板３１は、ほぼ取付プレート２０と同じ長方形の金属製平板からなる。この平行平板３１は、上梁１３に固定される取付プレート２０に対して離隔して且つ平行に対向して設けられる。この平行平板３１のうち図１の左右両端には、それぞれ２個ずつの貫通孔が形成されている。これらの貫通孔は、後述する一対のダンパー部材８０，９０と固定するためのボルトを挿通するためのものである。

リブ状部材３２は、梁１３，１４と平行な方向に延びるように、平行平板３１の下面（下梁１４側の面）のうち平行平板３１の短方向のほぼ中央に立設されている。このリブ状部材３２は、平行平板３１に溶接されている。ここで、梁１３，１４と平行な方向とは、後述する回転支持部材４０の回転軸に直交する方向と同方向である。このリブ状部材３２のうち図１の左右両端には、それぞれ１個の貫通孔が形成されている。これらの貫通孔には、後述する第一，第二ブレース６０，７０を回転可能に支持するためのピンが挿通される。

回転支持部材４０は、図１に示すように、取付プレート２０と平行部材３０との対向空間に設けられ、取付プレート２０の図１の中央部と平行部材３０の図１の中央部とを相対回転可能に支持する。具体的には、回転支持部材４０は、取付プレート２０に一体的となるように溶接された固定側部材４１と、平行平板３１の上面に一体的となるように溶接され相互に対向する２枚の移動側部材４２とから構成される。そして、固定側部材４１は２枚の移動側部材４２に間に挟まれるように設けられ、両者はピン接合されている。つまり、固定側部材４１に対して２枚の移動側部材４２が図１の紙面法線軸回りに回転可能となる。このように、回転支持部材４０により、平行部材３０は、上梁１３に対して、図１の紙面法線方向を回転軸として回転可能となる。

第一ガセットプレート５１は、貫通孔が形成された平板からなり、図１の左側の柱１１と下梁１４の左端部とに溶接されている。第二ガセットプレート５２は、貫通孔が形成された平板からなり、図１の右側の柱１２と下梁１４の右端部とに溶接されている。第一，第二ガセットプレート５１，５２は、第一，第二ブレース６０，７０を連結する部材としての機能を有することに加えて、柱１１，１２と下梁１４の接合部の強度を高める機能を有している。

第一ブレース６０は、リブ状部材３２の図１の右端側と第一ガセットプレート５１とを連結している。この第一ブレース６０は、一端にフォークエンド部を有する第一，第二ロッド６１，６２と、第一ロッド６１の他端と第二ロッド６２の他端とを直線的に連結するクロスターンバックル６３とから構成される。第一，第二ロッド６１，６２のフォークエンド部以外の部位は、断面円形の鋼棒からなる。そして、第一ロッド６１のフォークエンド部は、リブ状部材３２に対して回転可能となるように、リブ状部材３２の図１の右端側の貫通孔にピン接合されている。また、第二ロッド６２のフォークエンド部は、第一ガセットプレート５１に対して回転可能となるように、第一ガセットプレート５１の貫通孔にピン接合されている。また、クロスターンバックル６３は、図４に示すように、中央に貫通孔６３ａが形成され、その両端に第一，第二ロッド６１，６２が螺合されている。

第二ブレース７０は、リブ状部材３２の図１の左端側と第二ガセットプレート５２とを連結している。この第二ブレース７０は、一端にフォークエンド部を有する第一，第二ロッド７１，７２と、第一ロッド７１の他端と第二ロッド７２の他端とを直線的に連結するターンバックル７３とから構成される。第一，第二ロッド７１，７２のフォークエンド部以外の部位は、断面円形の鋼棒からなる。そして、第一ロッド７１のフォークエンド部は、リブ状部材３２に対して回転可能となるように、リブ状部材３２の図１の左端側の貫通孔にピン接合されている。さらに、この第一ロッド７１は、クロスターンバックル６３の貫通孔６３ａを貫通している。また、第二ロッド７２のフォークエンド部は、第二ガセットプレート５２に対して回転可能となるように、第二ガセットプレート５２の貫通孔にピン接合されている。また、ターンバックル７３の両端には、第一，第二ロッド７１，７２の他端が螺合されている。

つまり、第一ブレース６０と第二ブレース７０とは、梁柱架構体の枠正面から見た場合に交差している。そして、この交差する位置は、上梁１３と下梁１４との中間位置よりも上梁１３側、すなわち、平行部材３０側に位置するように設けられている。また、第一ブレース６０および第二ブレース７０は、予め僅かに引張荷重を付加した状態で取り付けられている。

一対のダンパー部材８０，９０は、取付プレート２０と平行平板３１との間に挟まれるように、且つ、回転支持部材４０からそれぞれ等しい距離だけ離隔して、回転支持部材４０を挟んだ両側にそれぞれ設けられている。そして、一対のダンパー部材８０，９０は、取付プレート２０と平行平板３１とを連結している。具体的には、取付プレート２０の両端部のそれぞれと、平行平板３１の両端部のそれぞれとを連結している。

この一対のダンパー部材８０，９０は、梁柱架構体の変形に伴って上梁１３と平行平板３１とが傾く場合に曲げ変形する鋼材ダンパーからなる。具体的には、図１に示すように、一対のダンパー部材８０，９０は、回転支持部材４０に向かって開口するＵ字型形状に形成されている。ここで、Ｕ字型形状とは、平行な一対の平板部分と、それらを連結する円弧状に湾曲した部分とから構成される。つまり、ダンパー部材８０，９０は、角張った部分を有しない形状である。このようにダンパー部材８０，９０をＵ字型形状とすることで、ダンパー部材８０，９０の形状に起因した応力集中を回避することができ、鋼材の疲労強度等の向上を図ることができる。

これらの一対のダンパー部材８０，９０の幅（図２の左右方向幅）は、取付プレート２０および平行平板３１の幅（図２の左右方向幅）とほぼ同程度、もしくは、僅かに短い程度である。つまり、一対のダンパー部材８０，９０は、十分な幅を有している。そして、Ｕ字型の一端を、取付プレート２０および上梁１３にボルトにより固定し、Ｕ字型の他端を、平行平板３１に固定している。なお、本実施形態においては、ダンパー部材８０，９０と取付プレート２０との間、ダンパー部材８０，９０と平行平板３１との間には、座板を介在している。これは、ダンパー部材８０，９０の降伏点を所望の値となるように調整したためである。

つまり、平行平板３１が上梁１３に対して傾く場合に、平行平板３１の一端部と取付プレート２０の一端部との離隔距離が小さくなるように変形する場合には、当該一端部に固定されているダンパー部材８０は図１の上下方向に潰れるように曲げ変形する。一方、平行平板３１の他端部と取付プレート２０の他端部との離隔距離が大きくなるように変形する場合には当該他端部に固定されているダンパー部材９０は図１の上下方向に伸びるように曲げ変形する。

次に、上述した梁柱架構体の制振装置の動作について図５を参照して説明する。梁柱架構体に対して水平方向の力が作用した場合には、梁柱架構体が平行四辺形となるように変形しようとする。ここで、説明を容易にするために、図５に示すように、図１の左側の柱１１と上梁１３との接合部に、図１の右向きの水平方向の力が作用する場合を考える。

このとき、平行部材３０は、下梁１４に対して図１の右側に相対的に移動しようとする。従って、第一ブレース６０は、両端の支持点から引張り荷重を受けることになる。これにより、平行部材３０の図１の右端が、第一ブレース６０により第一ガセットプレート５１側に引っ張られる。第一ブレース６０の引張力により、平行部材３０は、回転支持部材４０の回転軸を中心として図１の時計回り（右回り）に回転しようとする。

この平行部材３０の右回りの回転に伴って、平行部材３０の図１の左端は、図１の上側に移動しようとする。これにより、第二ブレース７０の長さがほとんど変化しない。つまり第二ブレース７０には、ほとんど圧縮力または引張力が作用しない。このように、第一ブレース６０は、引張り荷重を受け、第二ブレース７０にはほとんど荷重を受けないことになる。このような挙動となるのは、梁柱架構体の枠正面から見た場合に、第一ブレース６０と第二ブレース７０との交差点が上梁１３と下梁１４との中間位置よりも上梁１３側に位置しているためである。

ただし、場合によっては、非常に僅かながら第二ブレース７０に圧縮荷重がかかることがある。しかし、その圧縮力は非常に僅かであることに加えて、第二ブレース７０は予め引張り荷重を付加して取り付けているために，そもそも圧縮変形となることはない。

そして、このようにして、梁柱架構体に水平方向の力が作用した場合に、第一ブレース６０が引張り変形することにより、耐震力を発揮する。

本実施形態の梁柱架構体の制振装置は、さらに一対のダンパー部材８０，９０を備えることにより、耐震力に加えて制振効果を発揮する。このことについて詳しく説明する。上述したように、梁柱架構体に水平方向の力が作用した場合に、平行部材３０が上梁１３に対して回転支持部材４０の回転軸を中心として回転する。この動作により、平行平板３１の図１の左端部と取付プレート２０の左端部との離隔距離は小さくなる。そのため、一方のダンパー部材８０は潰れるように曲げ変形する。一方、平行平板３１の図１の右端部と取付プレート２０の右端部との離隔距離は大きくなる。そのため、他方のダンパー部材９０は伸びるように曲げ変形する。ダンパー部材８０，９０の曲げ変形により、ダンパー部材８０，９０を形成する鋼材が降伏し塑性変形する。これにより、地震エネルギーを吸収して制振効果を発揮する。

一対のダンパー部材８０，９０は、曲げ変形すると、元の状態に戻るような力を発揮する。つまり、ダンパー部材８０，９０により、平行部材３０は上梁１３に平行な状態となるような力が発生する。

この梁柱架構体の制振装置に対して、水平方向の力を繰り返し付加する実験を行い、荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）を得た。本実施形態の梁柱架構体の制振装置における荷重−変形特性は、図６に示すように、いわゆる紡錘型をなしている。

この理由についての考察を述べる。本実施形態によれば、上述したように、梁柱架構体の枠正面から見た場合に、第一ブレース６０と第二ブレース７０との交差点が上梁１３と下梁１４との中間位置よりも第一部材側に位置している。このことにより、梁柱架構体に水平方向の振動外力が作用した場合に、第一，第二ブレース６０，７０には、ほとんど圧縮力が作用しない。さらに、仮に圧縮力が第一，第二ブレース６０，７０に作用したとしても、当該圧縮力は非常に僅かであるため、予め第一，第二ブレース６０，７０に付加していた引張り荷重の範囲内となる。この結果、第一，第二ブレース６０，７０には、実質的に、引張力のみが作用するようにできる。

このことにより、梁柱架構体に付加される水平方向外力の方向が変化するとき、それまでほとんど変形していない側のブレースが、直ちに引張力を発生する状態となる。従って、繰り返し荷重付加時における荷重−変形特性（Ｑ−δ特性）が紡錘型となると考えられている。このように荷重−変形特性を紡錘型とすることができるため、繰り返し荷重に対して、復元性が良好となり、非常に高い制振性能を発揮することができる。なお、従来は、大きな圧縮力が作用したり、他方のブレースに引張力が作用するまでの間に弾性力を発揮しない状態があったりすることで、紡錘型とすることができなかったと考えられる。

また、本実施形態の制振装置によれば、第一，第二ブレース６０，７０には圧縮力が作用しないか、僅かな圧縮力のみしか作用しないため、第一，第二ブレース６０，７０の断面２次モーメントを非常に小さくすることができる。つまり、第一，第二ブレース６０，７０の小型化を図ることができる。さらに、第一，第二ブレース６０，７０の小型化を図ることができることで、第一，第二ブレース６０，７０として、非常に安価な比較的線径の小さな鋼棒を適用することが可能となり、第一，第二ブレース６０，７０の組み付け性が良くなる。

さらに、一対のダンパー部材８０，９０を上記のように取り付けることで、一対のダンパー部材８０，９０は、平行部材３０の揺動を規制および復帰させる力を発揮することに加えて、平行部材３０を上梁１３に対して支持する力を発揮する。従って、一対のダンパー部材８０，９０が回転支持部材４０に加えて平行部材３０の支持力を発揮することで、平行部材３０が安定して支持されることになる。従って、平行部材３０が梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をすることを抑制できる。さらに、上述したように、第一，第二ブレース６０，７０にはほとんど圧縮力が作用しない。このことからも、平行部材３０が梁柱架構体の枠平面に対して法線方向に飛び出すような変形をすることを抑制できる。

また、ダンパー部材８０，９０として鋼材ダンパーを採用することにより、低コスト化を図ることができ、且つ、設計の自由度を高めることができる。さらに、ダンパー部材８０，９０として、曲げ変形をする鋼材ダンパーとすることで、ダンパー部材８０，９０が潰されるように変形する場合の降伏点と、ダンパー部材８０，９０が伸びるように変形する場合の降伏点とを、所望の位置に確実に設定することができる。

また、平行部材３０がリブ状部材３２を構成することにより、リブ状部材３２が平行平板３１を補強する役割を有することになる。そして、同一のリブ状部材３２に第一，第二ブレース６０，７０を連結することにより、平行部材３０が回転支持部材４０の回転軸回りに安定して揺動するようにできる。つまり、平行部材３０が、上梁１３に対してねじり変形することを抑制できる。その結果、回転支持部材４０にねじり荷重が加わることを抑制できる。つまり、回転支持部材４０におけるねじりに対する支持剛性をそれほど高くしなくても、十分支持することができる。従って、回転支持部材４０の構造の簡素化および軽量化を図ることができる。

＜第一実施形態の変形態様＞
次に、第一実施形態の梁柱架構体の制振装置の変形態様について、二種類説明する。具体的には、一対のダンパー部材８０，９０のみを変更している。

図７（ａ）に、第一変形態様としての一対のダンパー部材１８０，１９０を示している。この一対のダンパー部材１８０，１９０は、回転支持部材４０とは反対側に向かって開口するＵ字型形状に形成されている。つまり、当該一対のダンパー部材１８０，１９０は、第一実施形態のダンパー部材８０，９０と同様の形状に形成されているが、取付向きが異なる。

この場合にも、実質的に第一実施形態と同様の効果を奏する。ただし、ダンパー部材１８０，１９０の支持剛性や降伏点が異なるため、所望の値となるように、適宜調整する際に、第一実施形態の構成と当該第一変形態様の構成とを選択的に用いることができる。

また、図７（ｂ）に、第二変形態様としての一対のダンパー部材２８０，２９０を示している。つまり、一対のダンパー部材２８０，２９０は、それぞれ、Ｕ字型形状の第一ダンパー部材２８１，２９１と、第一ダンパー部材２８１，２９１のＵ字型の内部に収容され且つ同方向に開口するようにＵ字型状に設けられた第二ダンパー部材２８２，２９２とから構成される。つまり、第一ダンパー部材２８１，２９１と第二ダンパー部材２８２，２９２とにより、二重のＵ字型形状を形成する。これにより、ダンパー部材２８０，２９０による平行部材３０の支持剛性をより高めることができる。

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態の梁柱架構体の制振装置について、図８〜図１０を参照して説明する。第二実施形態の梁柱架構体の制振装置は、取付プレート２０と、平行部材３３０と、回転支持部材３４０と、第一，第二ガセットプレート５１，５２と、第一ブレース３６０と、第二ブレース３７０と、一対のダンパー部材８０，９０とを備える。ここで、第二実施形態の当該制振装置は、第一実施形態の制振装置に対して、上下反転させた状態で梁柱架構体に取り付けている。以下、第二実施形態の制振装置のうち、第一実施形態の制振装置と異なる構成のみについて説明する。

平行部材３３０は、梁柱架構体の枠内側に設けられ、上梁１３と下梁１４との間に離隔して設けられ、且つ、下梁１４に対して平行に対向して設けられている。この平行部材３３０は、図８〜図１０に示すように、平行平板３１と、二つのリブ状部材３３２，３３３とから構成される。

平行平板３１は、第一実施形態のものと同一であるため説明を省略する。第一，第二リブ状部材３３２，３３３は、梁１３，１４と平行な方向に延びるように、平行平板３１の上面（上梁１３側の面）に立設されている。第一リブ状部材３３２は、平行平板３１の上面のうち、図８の左端部から図８の左右方向中央付近までであって、図９および図１０の左右方向中央より僅かに左側に設けられている。この第一リブ状部材３３２のうち図８の左端には、１個の貫通孔が形成されている。この貫通孔には、第一ブレース３６０を回転可能に支持するためピンが挿通される。一方、第二リブ状部材３３３は、平行平板３１の上面のうち、図８の右端部から図８の左右方向中央付近までであって、図９および図１０の左右方向中央より僅かに右側に設けられている。この第二リブ状部材３３３のうち図８の右端には、１個の貫通孔が形成されている。この貫通孔には、第二ブレース３７０を回転可能に支持するためピンが挿通される。

第一ブレース３６０は、第一リブ状部材３３２の図８の左端側と第一ガセットプレート５１とを連結している。この第一ブレース３６０は、第一，第二ロッド３６１，３６２と、第一ロッド３６１の一端と第二ロッド３６２の一端とを直線的に連結するターンバックル３６３と、第一ロッド３６１の他端に回転可能に設けられた第一リングジョイント３６４と、第二ロッド３６２の他端に回転可能に設けられた第二リングジョイント３６５とから構成される。そして、第一リングジョイント３６４は、第一リブ状部材３３２の貫通孔に回転可能に連結されている。第二リングジョイント３６５は、第一ガセットプレート５１の貫通孔に回転可能に連結されている。つまり、第一ブレース３６０は、第一，第二リングジョイント３６４，３６５が揺動可能となるため、第一，第二ロッド３６１，３６２およびターンバックル３６３に圧縮力が全く作用しないようにできる。

第二ブレース３７０は、第二リブ状部材３３３の図８の右端側と第二ガセットプレート５２とを連結している。この第二ブレース３７０は、第一，第二ロッド３７１，３７２と、第一ロッド３７１の一端と第二ロッド３７２の一端とを直線的に連結するターンバックル３７３と、第一ロッド３７１の他端に回転可能に設けられた第一リングジョイント３７４と、第二ロッド３７２の他端に回転可能に設けられた第二リングジョイント３７５とから構成される。そして、第一リングジョイント３７４は、第一リブ状部材３３２の貫通孔に回転可能に連結されている。第二リングジョイント３７５は、第二ガセットプレート５２の貫通孔に回転可能に連結されている。つまり、第二ブレース３７０は、第一，第二リングジョイント３７４，３７５が揺動可能となるため、第一，第二ロッド３７１，３７２およびターンバックル３７３に圧縮力が全く作用しないようにできる。

ここで、第一ブレース３６０と第二ブレース３７０とは、図８の右方向から見た場合に、僅かにずれている。これは、第一リブ状部材３３２と第二リブ状部材３３３とを図８の前後方向にずれるように設けたためである。このような構成とすることで、第一実施形態のように、クロスターンバックルを用いる必要がなくなる。

しかし、第一ブレース３６０と第二ブレース３７０とが図８の前後方向にずれているために、梁柱架構体に水平方向の外力が作用した場合に、平行部材３０が下梁１４に対してねじれるように変形するおそれがある。

そこで、回転支持部材３４０を、第一実施形態のものに比べて、支持剛性が高くなるように構成している。具体的には、図１０に示すように、回転支持部材３４０のうち平行部材３３０側に固定される移動側部材３４２は、図８の前後方向に対向して離隔した２枚のプレートからなる。一方、回転支持部材のうち取付プレート２０側に固定される固定側部材３４１は、図８の前後方向に対向して離隔した３枚のプレートからなる。そして、固定側部材３４１と移動側部材３４２とが交互に挟まれるように配置されている。

なお、本実施形態においても、上記相違点の他は、実質的には、第一実施形態の制振装置と同様の効果を奏する。

＜その他＞
上記実施形態においては、平行部材３０、３３０を、回転支持部材４０，３４０を介して上梁１３または下梁１４に取り付ける例を挙げた。この他に、平行部材を柱１１，１２に取り付けるようにしても、ほぼ同様の制振効果を奏する。つまり、図１の制振装置を９０°回転させたような状態となる。

また、上記実施形態においては、ダンパー部材８０，９０，１８０，１９０，２８０，２９０をＵ字型形状としたが、これに限られるものではない。例えば、ダンパー部材８０，９０，１８０，１９０，２８０，２９０は、Ｕ字型形状の他、Ｕ字型に近似した角張った形状を適用することもできる。例えば、ホームベース型形状の五角形における長辺部分を開口部とした形状や、Ｖ字型形状などである。この場合、ダンパー部材８０，９０，１８０，１９０，２８０，２９０が曲げ変形した際に、五角形の頂点を形成する角張った部分において、Ｕ字型形状に比べて応力集中が発生するおそれがあるが、十分な効果を発揮できる。なお、ダンパー部材８０，９０，１８０，１９０，２８０，２９０は、Ｕ字型形状とした方がより好ましい。

Claims (7)

1. 梁と柱とから構成される梁柱架構体の制振装置であって、
   前記梁柱架構体の枠内側に設けられ、前記梁および前記柱のうち対向する第一部材と第二部材との間に離隔して設けられ、且つ、前記第一部材に対して平行に対向して設けられた平行部材と、
   前記第一部材と前記平行部材との対向空間に設けられ、前記第一部材と前記平行部材の中央部とを相対回転可能に支持する回転支持部材と、
   前記平行部材の一端側と前記第二部材の一端側または前記第二部材の一端部近傍とを連結する第一ブレースと、
   前記梁柱架構体の枠正面から見た場合に前記第一ブレースと交差するように前記平行部材の他端側と前記第二部材の他端側または前記第二部材の他端部近傍とを連結し、且つ、前記第一ブレースとの交差する位置が前記第一部材と前記第二部材との中間位置よりも前記第一部材側に位置するように設けられる第二ブレースと、
   前記平行部材と前記第一部材との間に挟まれるようにそれぞれ設けられ、前記平行部材と前記第一部材とを連結し、且つ、前記回転支持部材からそれぞれ離隔して前記回転支持部材を挟んだ両側に少なくとも一対設けられるダンパー部材と、
   を備えることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
2. 請求項１において、
   前記ダンパー部材は、鋼材ダンパーであることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
3. 請求項２において、
   前記ダンパー部材は、前記梁柱架構体の変形に伴って前記第一部材と前記平行部材とが傾く場合に曲げ変形する鋼材ダンパーであることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
4. 請求項２または３において、
   前記ダンパー部材は、前記回転支持部材に向かって開口するＵ字型形状、または、前記回転支持部材とは反対側に向かって開口するＵ字型形状に形成されていることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
5. 請求項４において、
   前記ダンパー部材は、前記Ｕ字型形状の第一ダンパー部材と、第一ダンパー部材のＵ字型の内部に収容され且つ同方向に開口するようにＵ字型状に設けられた第二ダンパー部材と、を備えることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記平行部材は、
   前記第一部材に対して離隔して且つ平行に対向して設けられた平行平板と、
   前記回転支持部材の回転軸に直交する方向に延びるように、前記平行平板のうち前記第二部材側に立設された少なくとも一つのリブ状部材と、
   を備え、
   前記第一ブレースの一端および前記第二ブレースの一端は、同一の前記リブ状部材に回転可能に連結されることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項において、
   前記第一ブレースおよび前記第二ブレースは、予め引張荷重を付加した状態で取り付けられることを特徴とする梁柱架構体の制振装置。

Images