WO2010103842A1

WO2010103842A1 - 連結金物、制振構造、及び建築構造物

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Publication number: WO2010103842A1
Application number: PCT/JP2010/001759
Authority: WO
Inventors: 尾崎文宣; 河合良道
Original assignee: 新日本製鐵株式会社
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2010-09-16
Also published as: CA2754675A1; CN102348859B; JP4729132B2; US20120017523A1; TWI399473B; JPWO2010103842A1; CA2754675C; US8590220B2; CN102348859A; TW201116689A

Abstract

　本発明は、一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材間を連結する連結金物であって、前記各対象部材の一方に対して取り付けられる複数の第１取り付け部と、前記各対象部材の他方に対して取り付けられる第２取り付け部と、前記各第１取り付け部及び第２取り付け部間をつなぐ複数枚の板部とを備える。前記一方の対象部材に対する前記各第１取り付け部の取り付け方向と、前記他方の対象部材に対する前記第２取り付け部の取り付け方向とが、前記板部の表面が前記相対変位の方向に沿うように設定されている。

Description

連結金物、制振構造、及び建築構造物

　本発明は、一対の対象部材間に連結され、これら対象部材間の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮する連結金物と、この連結金物を用いた制振構造と、この制振構造を採用した建築構造物とに関する。
　本願は、２００９年３月１２日に、日本に出願された特願２００９－０５９３９３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、防災意識の向上に伴い、地震時の揺れを制震ダンパーによって抑える制震構造を採用した住宅やマンション等の建築構造物が増えている。この種の制震構造における制震ダンパーとしては、例えば鋼材の降伏に伴う履歴吸収エネルギーを利用する鋼材ダンパーが、低コストで大きな減衰性能を発揮できることから多くの建築構造物に採用されている。なかでも、軸力に抵抗するブレースダンパーは機構が簡単で設計的にも扱いやすいため、最も普及している。

　例えば、特許文献１の開示技術では、柱の脚部と基礎部分との間にベースプレートダンパを介装した制振構造が提案されている。このベースプレートは、柱に引張力が作用した際に曲げ降伏またはせん断降伏して、その履歴エネルギーによって柱脚部に発生した引張力を吸収することで、制振機能を発揮することが可能である。

　また、特許文献２には、曲げ－せん断降伏する形状のダンパー用鋼板を採用することで、このダンパー用鋼板がせん断降伏した後に繰り返し荷重を受けても、そのせん断耐力の上昇を抑制できる技術が開示されている。

　薄板単体を制振ダンパーとして利用する特許文献１，２の開示技術では、何れも、一枚の薄板を介して上述したようなせん断降伏によるエネルギー吸収機能を発揮させることを想定している。しかしながら、かかる一枚の薄板では却って面内剛性、面外剛性が不足してしまう問題や、座屈の発生によりエネルギー吸収量が減少してしまうといった問題があった。

　仮に、面内及び面外剛性を向上させるとともに座屈防止性を向上させる観点から、かかる制振ダンパーとして利用する鋼板の板厚を増加させた場合には、その重量増加に伴って連結組立時における施工性が悪化したり、または材料コストが増加したりする問題が生じる。また、振動エネルギーの吸収量を確保するためにはダンパー部分の形状寸法を大きくする必要があるが、小型化と高エネルギー吸収性能の確保との双方を実現する上での障壁になるという問題があった。

　これに加えて、単板をその板厚を増して用いた場合、ダンパー端部における曲げ応力や、せん断応力の反力を受け止める取付部材が降伏しないように、その肉厚化及び大型化をしなくてはならない。更に板厚が大きなダンパーを用いると、ダンパー端部における曲げ変形又はせん断変形に対する固定度が相対的に小さくなってしまい、ダンパー自身の剛性が低下してしまう問題があった。

　また、折板を収縮させることにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーも従来提案されている。その中でも、例えば特許文献３に示すように、軸組の構面内方向又は構面外方向に屈曲した形状とし、なおかつ軸組の構面内方向又は構面外方向に変形することにより変位を吸収する制振装置が提案されている。

　しかしながら、この特許文献３の開示技術では、あくまで、互いに直交する柱と梁との間の連結部の内側に制震ダンパーを取り付けることを想定している。このため、この開示技術において提案されている折板状の制振ダンパーが吸収すべきエネルギーはそれほど大きなものではなく、担うべき剛性は低くても足りる。また、間隔の短い連結部間に対して取り付けることを想定しているため、２～３段程度の、山部及び谷部を交互に連続させた折板で構成している。しかも、変形吸収モードを、あくまで折板の収縮により行うものであるから、振動エネルギーの吸収量を向上させる観点において障害となり、また、制振ダンパー自体の剛性も小さいという問題があった。

　特許文献４には、互いに対向かつ離間して設けられたＺｎ－Ａｌ系合金製の各板材の間を、Ｚｎ－Ａｌ系合金製で波板状の区切板により複数の空間に区切ってハニカム構造を構築した技術が開示されている。

　しかしながら、この特許文献４の開示技術では、区切板自体が塑性変形することによるエネルギー吸収を想定したものではないため、大地震による大きなエネルギーを吸収することができない。

　なお、この開示技術でエネルギー吸収の対象としている振動は、例えば居住者の足音等といった比較的小さな生活振動である。このような生活振動については、かかる区切板の弾性変形及び減衰効果で抑制しえるものの、地震動のような大きな振動は、かかる構成ではそもそも抑えることはできない。即ち、この特許文献４は、そもそも地震動に基づくエネルギー吸収を想定していない。

特開２００４－９２０９６号公報特開２００８－１１１３３２号公報特開２００２－２３５４５７号公報特開平１－２０２４３１号公報

　本発明は、上述した各種問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、一対の対象部材間に連結され、これら対象部材間の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮する連結金物において、特に、地震等に伴う振動エネルギーの吸収性能を向上させるとともに剛性を向上させることが可能な連結金物及び制振ダンパー、並びにこれを用いた建築構造物を提供することにある。

　本発明者は、上述した課題を解決するために、上下一対の対象部材間に接合され、これら対象部材間の水平方向の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮する接合金物を発明した。
　この接合金物では、第１の方向に沿って交互に山部及び谷部が形成されるとともに、これら山部と谷部との間にウェブ部が形成されている。そして、山部を一方の対象部材に接合させるとともに、谷部を他方の対象部材に接合させる。そして、ウェブ部を、第２の方向への各対象部材間の相対変位に応じて塑性変形させることにより、エネルギー吸収性能を発揮させる。

　この際、連結金物のウェブ部に、これをその板厚方向に貫通するスリット孔を形成しておくことにより、あえてウェブ部における降伏応力を低くして、上述した塑性変形をより効果的に起こさせることができる。その結果、所望のエネルギー吸収性能を有効に発揮させることができる。

　また、本発明では、降伏応力を低くすることも目的の一つとしているが、曲げ・せん断同時降伏させられるようにスリットの形状を最適化してもよい。この場合、スリットの形成に伴い、ウェブ部の塑性変形量をさらに増大させてエネルギー吸収量を増大させることが可能となる。その結果、ウェブ部の降伏後の耐力上昇を抑えてその周辺（山部及び谷部）の損傷を防止できる。また、ウェブ部にスリットを入れたことにより、塑性変形の挙動をウェブ部の面内に限定して不安定挙動が回避可能となっている。

　また、本発明者は、上述した課題を解決するために、対象部材であるブレース主材間の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮する制振構造を発明した。この制振構造は、建築構造物に取り付け可能な一対の前記ブレース主材と、第１の方向に沿って交互に山部及び谷部が形成されているとともに、これら山部及び谷部間にウェブ部が形成された連結金物とを備えている。そして、前記山部を一方の対象部材に取り付けるとともに、前記谷部を他方の対象部材に取り付ける。そして、ウェブ部を、第２の方向に沿った各対象部材間の相対変位に応じて塑性変形させることにより、エネルギー吸収性能を発揮することが可能である。

　以上に本発明の概要を示したが、より具体的には、本発明者は、以下の態様に示す連結金物と、この連結金物を備えた制振構造と、この制振構造を適用した建築構造物とを発明した。

（１）本発明の連結金物は、一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材間を連結するものであって、前記各対象部材の一方に対して取り付けられる複数の第１取り付け部と、前記各対象部材の他方に対して取り付けられる第２取り付け部と、前記各第１取り付け部及び第２取り付け部間をつなぐ複数枚の板部とを備え；前記一方の対象部材に対する前記各第１取り付け部の取り付け方向と、前記他方の対象部材に対する前記第２取り付け部の取り付け方向とが、前記板部の表面が前記相対変位の方向に沿うように設定されている。

（２）上記（１）に記載の連結金物では、前記第１取り付け部と前記板部と前記第２取り付け部とがこの順で連続して形成された山谷部を含む折板であってもよい。

（３）上記（１）に記載の連結金物では、前記各板部の降伏耐力の総和が、前記各対象部材のどちらの降伏耐力より低くしてもよい。

（４）上記（１）に記載の連結金物では、前記各板部に、それらの板厚方向に沿って貫通する孔が形成されていてもよい。

（５）上記（４）に記載の連結金物では、前記孔が、前記相対変位の方向に沿って複数形成され；これら孔間の部分に括れが形成されている；構成を採用してもよい。

（６）本発明の制振構造は、建築構造物の一部をなすとともに一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材と；これら対象部材間を連結する上記（１）～（５）の何れか１項に記載の連結金物と；を備える。

（７）上記（６）に記載の制振構造では、前記各対象部材の一方がＨ形鋼であり；前記各対象部材の他方が鋼管または軽溝形鋼であり；前記各第１取り付け部が前記Ｈ型鋼のウェブ部に取り付けられ；前記第２取り付け部が前記鋼管または前記軽溝形鋼に取り付けられている；構成を採用してもよい。

（８）上記（７）に記載の制振構造では、前記鋼管または前記軽溝形鋼の下端が地面に固定され；前記Ｈ形鋼が柱体である；構成を採用してもよい。

（９）本発明の建築構造物は、上記（６）に記載の制振構造を備える。

（１０）上記（９）に記載の建築構造物は、薄型軽量形鋼構造物であってもよい。

　上記（１）に記載の連結金物を用いて一対の対象部材間を連結し、これら対象部材間に相対変位が生じた場合、この相対変位の方向に沿って各板部が塑性変形する。この塑性変形により、各板部が、耐力上昇が抑制された安定したエネルギー吸収性能を発揮する。その結果、各対象部材間の相対変位を抑制する制振機能を発揮させることが可能となる。しかも、各対象部材間が複数枚の板部を介して連結されることになるため、一枚の板部の場合に比べて剛性を向上させることができる。
　さらに言うと、各板部は、第１取り付け部及び第２取り付け部により、相対変位方向に沿ったそれらの両縁（すなわち、各板部と第１取り付け部及び第２取り付け部との間に形成される両縁）が拘束された状態にある。そのため、これら板部が相対変位の方向に沿って塑性変形する際には、それらの両縁が拘束された状態のまま塑性変形するため、各板部は、それらの両縁に垂直かつそれらの表面に沿った軸線回りに捻れようとする力が生じたとしても、上述の拘束によりこの捻れの力を受け止めることができる。その結果、捻り剛性が高まるため、各板部が捻れて横倒れを起こしてエネルギー吸収性能が低下してしまうことを防止できる。
よって、第１取り付け部及び第２取り付け部が無い場合に比較して、各板部は、相対変位の方向に沿って確実に塑性変形することができるので、より安定的にエネルギーを吸収することが可能となる。
　以上説明の理由により、この連結金物を建築構造物の一部である対象部材間の連結に用いた場合、地震等に伴う振動エネルギーの吸収性能を向上させるとともに剛性を向上させることが可能となる。

上記（２）の場合、連結金物を折板で構成しているため、この連結金物により各対象部材間を連結した場合、これら対象部材間を１枚の折板が何度も往復することになるため、各対象部材間に介在する板部の数を多くすることができる。その結果、あたかも多数の連結金物が各対象部材間に配設されているような構造とすることができる。よって、単体の連結金物であっても、各対象部材間に生じた相対変位エネルギーを多数枚の板部で吸収することができるため、従来構造よりも相対変位エネルギー吸収の効率を増加させて耐震性能をより向上させることが可能となる。

　さらに言うと、連結金物を折板で構成しているため、各板部の面内と面外の曲げ剛性とねじり剛性を向上させることができる。すなわち、各板部は、例えば後述の図５に示す矢印Ｒ１方向の曲げ剛性（面内の曲げ剛性）のみならず、同図の矢印Ｒ２方向の曲げ剛性（面外の曲げ剛性）も高められている。さらに、各板部は、図５に示す矢印Ｎ１方向の捻り剛性のみならず、同図の矢印Ｎ２方向の捻り剛性も高められている。よって、各板部における曲げ座屈やねじり座屈等の不安定な現象を抑えることが可能になる。また、一枚の鋼板を折り曲げ加工することにより一枚の折板である連結金物を製造することができるため、複数枚の板部間を溶接等で繋ぎ合わせる工程が不要になり、安価に製造することが可能となる。

　上記（４）の場合、孔の周囲部分の剛性を、第１取り付け部及び第２取り付け部と板部との間の連続部分の剛性よりも弱めることができるため、孔の周囲部分を優先して塑性変形させてエネルギー吸収性能を発揮させることが出来る。その結果、上記連続部分に作用する反力を小さく抑えることが可能となる。
　また、孔の形成によって各板部が塑性変形しやすくなるため、これら板部が塑性変形した際の反力を受け止める各対象部材に求められる剛性及び耐力を低くすることができる。その結果、これら対象部材の薄肉化、小型化に寄与することが可能となる。
　また、各板部を薄肉化して多列配置した場合、これら板部１枚あたりの固定度（１枚の板部の剛性及び耐力に対する対象部材の剛性及び耐力の度合い）を高めることが出来る。その結果、対象部材の変形が抑制されてかつ、各板部からなるダンパー全体としての剛性を高めることができるので、各板部のエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施形態を示す図であって、連結金物を有する制振構造を採用した建築構造物の骨組の一例を示す正面図である。同制振構造を示す図であって、図１のＡ部拡大図である。同制振構造を示す図であって、図２ＡのＢ－Ｂ断面図である。同制振構造の組立てを説明するための分解斜視図である。本発明の連結金物の一部分を示す斜視図である。同連結金物の変形例を示す図であって、図４に相当する斜視図である。本発明の連結金物の動作を説明するための部分拡大図である。本発明の制振構造を建築構造物の柱材の根本部分に適用した例を示す正面図である。図７の形態の変形例を示す図であって、図７のＣ－Ｃ線で見た場合の断面図である。本発明の制振構造のさらに他の例を示す正面図である。同制振構造の詳細を示す拡大図である。図１０ＡのＤ－Ｄ断面図である。本発明の第２実施形態に係る連結金物の詳細構造を示す斜視図である。同連結金物を用いた制振構造の斜視図である。同制振構造をその長手方向に垂直な断面で見た場合の断面図である。本発明の連結金物の一実施例を説明する部分斜視図である。同実施例を説明する部分拡大図である。

　一対の対象部材間に連結され、これら対象部材間の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮する本発明の連結金物と、この連結金物を用いた制振構造と、この制振構造を採用した建築構造物との各実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。

［第１の実施形態］
　図１は、本発明の制振構造の第１の実施形態である制振ダンパー１０が配設された建築構造物１の骨組を示す正面図である。この建築構造物１は、複数本の鋼管柱２と、これら鋼管柱２間に連結される複数本の梁材３とを備えている。

　各鋼管柱２は、その長手方向に垂直な断面で見た場合の断面形状が四角枠形状でかつ所定の板厚を有する鋼管２１と、この鋼管２１よりも厚い板厚を有する柱梁連結部２２とを備えている。各柱梁連結部２２は、鋼管２１の上下端に対して当接した状態でそれらの外側から溶接により鉛直方向に沿って連結されている。鋼管２１並びに各柱梁連結部２２は、熱間成形によってその外周形状や各コーナー部における外周曲率が形作られている。

　各鋼管柱２は、大地震による大きな揺れが生じた場合においても鉄骨構造物１の自重を支えつつ、その倒壊や崩落を防ぐ役割を担う。大地震等による大応力作用時に、この鋼管柱２が最初に降伏してしまうのを防止する観点から、後述する制振ダンパー（制振構造）１０を設けることで、特にこの鋼管柱２の変形量を小さく抑え込むように設計されている。

　各梁材３は、水平方向に延在するウェブ部３１と、このウェブ部３１の上下端縁に沿って設けられた一対のフランジ部３２ａ、３２ｂとを備える、いわゆるＨ形鋼である。この梁材３は、例えば圧延加工により製作される。なお、この梁材３は、いわゆるＨ形鋼のみに限定されるものではなく、これ以外の形状で構成されていてもよい。

　各梁材３は、その各端面３ａを対応する鋼管柱２の外面、即ち柱梁連結部２２の外面に当接させた状態で溶接することにより、この柱梁連結部２２に対して一体化されている。その結果、この梁材３は、柱梁連結部２２に対して剛接合され、鉄骨ラーメン構造を構成している。

　鋼管柱２の鋼管２１は、柱梁連結部２２の上に積み上げられた後、これらの上下間が溶接により固定されている。このようにして、各鋼管柱２は、鋼管２１と柱梁連結部２２とを鉛直方向に沿って交互に積み重ねて連結していくことにより、最下層から最上層に向けて連続配置され、鉄骨構造物１が構築されていくことになる。そして、鉄骨構造物１の最下層においては、各鋼管柱２の下端が地上に固定されている。ちなみに、図１は、各鋼管柱２と各梁材３とを互いに直交させつつ連結した鉄骨ラーメン構造の一部分を表している。

　梁材３とその両側にある各鋼管柱２との各交差部には、連結部材２５が上向きにそれぞれ設けられている。また、他方の梁材３の下部中央には、連結部材２６が下向きに設けられている。これら連結部材２５，２６は、それぞれ溶接又はボルト接合等により強固に固定されている。

　本実施形態の制振ダンパー１０は、その一端がこの連結部材２５に対して揺動自在に取り付けられる一方、他端が連結部材２６に対して揺動自在に取り付けられている。制振ダンパー１０は、対象部材を含む２本のブレース主材４１ａ，４１ｂと制振部４２とを備えている。制振部４２の一方の端部がブレース主材４１ａに取り付けられる一方、他方の端部がブレース主材４１ｂに取り付けられている。換言すれば、一方の連結部材２５に取り付けられたブレース主材４１ａは、制振部４２を介して、他方の連結部材２６に取り付けられたブレース主材４１ｂに取り付けられている。そして、これらブレース主材４１ａ，４１ｂと制振部４２とは、これらの延在方向に沿って同軸配置されている。

　図２Ａは、制振部４２近傍の詳細構造を示す図１のＡ部拡大図である。また、図２Ｂは、図２ＡのＢ－Ｂ断面図である。
　制振部４２では、ブレース主材４１ａの一端と、ブレース主材４１ｂの一端とを互いに突き合わせた状態で、矩形状断面を有する１本の鋼管４３及び４個の連結金物６を介して連結されている。図３は、この制振部４２の組立てを説明するための分解斜視図であり、図４は、連結金物６の一部分を示す斜視図である。

　図２Ａ～図３に示すように、ブレース主材４１ａ，４１ｂは、それぞれ、一方向に沿って延在するウェブ部５２と、このウェブ部５２の上下縁部に沿って一体に設けられた一対のフランジ部５１ａ，５１ｂとを備える、いわゆるＨ形鋼である。

　各連結金物６は、一枚の長方形の鋼板をその長手方向Ｄ１に沿って交互に形成させた複数（図示の例では２つ）の山部６１と複数（図示の例では２つ）の谷部６２とを備えている。より具体的に言うと、前記鋼板をその長手方向Ｄ１に沿って交互に略垂直に折り曲げる、いわゆる折り曲げ加工により、山部６１と谷部６２とを形成している。また、これら山部６１と谷部６２との間には、ウェブ部（板部）６３が連続して形成されている。
　この連結金具６の各山部６１が前記ウェブ部５２に対して複数本のボルトネジ５７により取り付けられる一方、各谷部６２が鋼管４３に対して複数本のボルトネジ５６により取り付けられている。

　このようにして、連結金物６の各山部６１及び各谷部６２のそれぞれが、対象部材に取り付けられている。なお、本発明で言う対象部材とは、この連結金物６の取り付け対象を意味するものであり、本実施形態の制振部４２を例に挙げれば、山部６１が取り付けられるウェブ部５２と、谷部６２が取り付けられる鋼管４３とのそれぞれが対象部材となる。

　図４に示すように、連結金物６の各ウェブ部６３には、1箇所以上（図示の例では５箇所）のスリット孔（孔）６５が形成されている。これらスリット孔６５は、ウェブ部６３上において、少なくとも前記長手方向Ｄ１と直交する方向（すなわち、ブレース主材４１ａ，４１ｂの軸線方向Ｅに沿って互いに等間隔をおいて配置されている。なお、スリット孔６５の配置は、図示の一列のみに限定されるものではなく、複数列としてもよい。また、このスリット孔６５が規則的に並んでいる場合のみに限らず、ランダムに散在させてもよい。

　スリット孔６５は、いかなる形状であってもよいが、少なくとも対象部材の軸線方向に直交し、対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）の表面に対して略法線方向であるＦ方向に沿って縦長の形状であることが望ましい。また、図４の例では、ひし形状のスリット孔６５を採用した場合を示しているが、これのみに限定されるものではなく、長方形状を採用してもよいし、その他の多角形状、不定形状を採用してもよい。

　スリット孔６５を各ウェブ部６３に形成しておくことにより、これらウェブ部６３の降伏強度を下げることが可能となる。具体的には、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間において前記軸線方向Ｅに沿って応力σ_Ｅが負荷されて、これら対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間に前記軸線方向Ｅに沿った相対変位が生じた場合、各ウェブ部６３を前記軸線方向Ｅに沿って容易に曲げ降伏させることができる。
　図６に示すように、この曲げ降伏は、互いに隣接するスリット孔６５間の領域６３ａにおいて部材軸線方向Ｅに沿った幅寸法が最小となる括れが形成されていることから、この領域６３ａが優先的に降伏しやすい。

　なお、各ウェブ部６３に各スリット孔６５を形成することは必須ではなく、例えば図５に示すように、ウェブ６３に全くスリット孔６５を形成しない構成を採用してもよい。但し、全くスリット孔６５を設けない場合も、各スリット孔６５を設ける趣旨と同様に、各ウェブ部６３の降伏応力の総和が、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）の降伏応力よりも低くなるように、その材質や形状等が最適化されている必要がある。

　上述のような構成からなる連結金物６が、ブレース主材４１ａ及び鋼管４３間と、ブレース主材４１ｂ及び鋼管４３間とのそれぞれに設けられている。その結果、応力の伝達経路は、ブレース主材４１ａ、連結金物６、鋼管４３、他の連結金物６、ブレース主材４１ｂの順（又はその逆順）で伝わることになる。

　次に、上記構成を有する制振ダンパー１０の動作について説明する。
　仮に、地震等による地震力を受けて建築構造物１が揺れた場合、図２Ａに示すように、制振ダンパー１０のブレース主材４１ａ，４１ｂそれぞれに対してσ_Ｆの応力が負荷される。その結果、特に各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間に、前記軸線方向Ｅに沿った応力σ_Ｅが負荷される。
　そして、図４に示すように、前記軸線方向Ｅに沿って各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間に相対変位が生じると、図６に示すように、各ウェブ部６３にせん断力Ｆ１が作用し、その結果、曲げモーメントＭが負荷される。そして、各ウェブ部６３は、互いに隣接するスリット孔６５間の領域６３ａにおいて、曲げモーメントＭに応じて曲げ降伏する。その結果、以下に説明する特有の効果を発現することが可能となる。

　すなわち、連結金物６が上記動作を行うため、各ウェブ部６３を他所よりも早期に曲げ降伏させることができる。その結果、各ウェブ部６３を塑性変形させてこれらの耐力上昇が抑制された状態で、安定した変形エネルギー吸収性能を発揮することが可能となる。そして、この連結金物６が各対象部材間の相対変位に応じたエネルギー吸収性能を発揮することにより、制振ダンパー１０全体としても、ブレース主材４１ａ及び鋼管４３間と、鋼管４３及びブレース主材４１ｂ間との２箇所においてエネルギー吸収性能を発揮することができる。すなわち、建築構造物１における制振ダンパー１０の制振機能を発揮させることが可能となる。

　さらに、本実施形態の連結金物６は折板構造を備えており、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間を何度も往復して複数枚のウェブ部６３を形成する形状となっている。このため、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間におけるウェブ部６３の配置密度を高めることができ、多数枚のウェブ部６３がこの対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間に配設されているような形態とすることができる。その結果、エネルギー吸収性能を有するウェブ部６３を一枚ではなく多数枚配置することができるため、その分、エネルギー吸収効率を増加させることができ、耐震性能をより向上させることが可能となる。

　なお、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間の隙間は一般的に狭いことから、この狭い隙間に、いかにしてエネルギー吸収手段を配設するかが従来からの大きな問題となっていた。この問題に対し、本実施形態では、折板構造の連結金物６を前記隙間に配設するとともに各ウェブ部６３の降伏強度を低くしているため、各ウェブ部６３を狭い隙間に多列に亘って配設することができる。その結果、制振部４２ひいては制振ダンパー１０自体をコンパクト化することが可能となる。

　また、本実施形態の連結金物６は、折板構造を採用するとともに各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間におけるウェブ部６３の配置密度を高くしているため、その剛性を向上させることができる上に、座屈防止性能も高めることが可能である。即ち、本実施形態の連結金物６は、エネルギー吸収性能を向上させるとともに、剛性も向上させることが可能となっている。特に、剛性向上及び座屈防止性の向上を図る上で、従来のようにダンパー部材の板厚を増加させる必要も無いことから、小型化を図れる点においても、本発明の構成は有益である。また、材料コストの低減を図ることや、軽量化による制振ダンパー１０の取り付け容易性をも向上させることが可能となる。

　更に、本実施形態の連結金物６は、一枚の鋼板を折り曲げて加工する、いわゆる折板加工を経て製作される。このため、連結金物６の製作に際して、鋼板と鋼板との間を連結するための溶接やネジ連結、ボルト連結などを行う必要が無く、ひいては、制振ダンパー１０の製作容易性を向上させることが可能となる。

　なお、本実施形態では、鋼板をその長手方向に垂直な方向に沿って往復させるように交互に折り曲げ加工して各山部６１及び各谷部６２を形成させた連結金物６を例示した。そして、前記折曲げ角は、鋼板の長手方向に対して略垂直となるように折り曲げた場合について説明した。しかし、本発明はこの構成のみに限定されるものではなく、例えば、各山部６１及び各谷部６２の形成に際しての折り曲げ角度は９０度に限らず、これ以外の角度をもって折り曲げるようにしてもよい。

　図７は、制振ダンパー１０を構成するＨ形鋼からなるブレース主材４１を柱材とし、その下端を地表面に固定する際の応用例を示している。ブレース主材４１の下端は、そのウェブ部５２に接合された連結金物６を介して鋼管４３が装着されている。そして、鋼管４３はベースプレート４９に固定されている。ベースプレート４９は、複数本のボルト５０により地面Ｅａに対して固定されている。

　この図７のＣ－Ｃ断面における制振ダンパー１０の構成は、上述した図２Ｂの構成と同一であるため、同一の構成要素及び部材に関しては同一符号を引用してそれらの詳細な説明を省略する。そして、図７中のＧ方向に向かってブレース取材４１に引張応力が負荷された場合には、各対象部材（ウェブ部５２、鋼管４３）間に相対変位が生じるが、この相対変位に応じて連結金物６が塑性変形してエネルギー吸収性能を発揮することが可能となる。その結果、この柱材としてのブレース主材４１の振動軽減を図ることが可能となり、また上述と同様に剛性を向上させることも可能となる。

　図８は、この制振ダンパー１０を構成するＨ形鋼からなるブレース主材４１を柱材とし、図７に示した前記鋼管４３の代わりに溝形鋼４３’を連結した場合の断面構成の例を示している。以下の説明では、上述した図２Ｂと同一の構成要素及び部材に関しては同一符号を引用することにより、重複する説明を省略する。
　図８に示すように、本構成例では、２本の溝形鋼４３’を、これらのＵ字形の開口部分が互いに対向するように配置させている。そして、これら溝形鋼４３’のＵ字形の底面部分に対してブレース主材４１のフランジ５１ａ又は５１ｂを当接させた状態で、連結金物６における各谷部６２が溝形鋼４３’のＵ字形の内側面部分に対して複数本のボルトネジ５６により接合されている。
　この構成においても、各対象部材（ウェブ部５２、各溝形鋼４３’）間において相対変位が生じた場合に、この相対変位に応じて連結金物６の各ウェブ部６３が塑性変形するので、エネルギー吸収性能を発揮することが可能となる。その結果、柱材であるブレース主材４１の振動軽減を図ることが可能となり、また上述と同様に剛性を向上させることも可能となる。

　図９は、建築構造物１に配設される他の制振ダンパー８０を示している。この建築構造物１における各鋼管柱２と各梁材３との各交差部には、連結部材８１，８２がそれぞれ設けられている。

　制振ダンパー８０は、その一端が連結部材８１に取り付けられる一方、他端が連結部材８２に取り付けられている。制振ダンパー８０は、対象部材である２本のブレース主材８３ａ，８３ｂと、制振部８４とを備えている。制振部８４の一端はブレース主材８３ａに取り付けられ、また他端はブレース取材８３ｂに取り付けられている。換言すれば、ブレース主材８３ａは、制振部８４を介してブレース主材８３ｂに取り付けられている。これらブレース主材８３ａ，８３ｂは、いずれも断面Ｔ形状の形鋼である。

　図１０Ａ及び図１０Ｂは、制振部８４の近傍部分の詳細を示しており、図１０Ａはその拡大側面図を示し、図１０Ｂは図１０ＡのＤ－Ｄ断面を示している。
　ブレース主材８３ａは、一方向に沿って延在するウェブ部８５ａと、このウェブ部８５ａの一方の縁部に沿って設けられたフランジ部８６ａとを備えるＴ形鋼である。同様に、ブレース主材８３ｂは、一方向に沿って延在するウェブ部８５ｂと、このウェブ部８５ｂの一方の縁部に沿って設けられたフランジ部８６ｂとを備えるＴ形鋼である。

　連結金物６は、一枚の鋼板をその長手方向Ｈに沿って交互に形成させた複数（図示の例では２つ）の山部６１と複数（図示の例では２つ）の谷部６２とを備えている。また、これら山部６１及び谷部６２間には、ウェブ部６３が連続して形成されている。この連結金具６における各山部６１が前記フランジ８６ａに対して複数本のボルトネジ５７により取り付けられる一方、各谷部６２がフランジ８６ｂに対して複数本のボルトネジ５６により取り付けられている。本形態では、対象部材がフランジ８６ａ，８６ｂとなる。

　連結金物６には、1箇所以上（図示の例では５箇所）のスリット孔６５が形成されている。これらスリット孔６５は、ウェブ部６３上において、少なくとも前記長手方向Ｈと直交する部材軸線方向Ｉに沿って互いに等間隔をおいて配列されている。

　上記構成を有する制振ダンパー８０においても、地震等に伴う振動により建築構造物１が変形した場合、ブレース主材８３ａ，８３ｂに対して例えば図１０Ａに示すように応力σ_Ｅが負荷される。その結果、この制振部８４（特に、フランジ８６ａ，８６ｂ間）において、部材軸線方向Ｉに向けて応力σ_Ｅが負荷される。そして、この部材軸線方向Ｉに沿って各対象部材（フランジ８６ａ，８６ｂ）間で変位が生じると、各ウェブ部６３においても図４に示した場合と同様のせん断力が負荷され、その結果、曲げモーメントが負荷されることになる。その結果、各ウェブ部６３では、互いに隣接する各スリット孔６５間の領域６３ａが上記曲げモーメントを受けて曲げ降伏する。その結果、上述したように各ウェブ部６３を早期に曲げ降伏させて塑性変形を起こさせるため、耐力上昇が抑制された安定した変形エネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。よって、建築構造物１における十分な制振機能を確実に発揮することが可能となる。

　さらに、この連結金物６は折板構造を採用しており、各対象部材（フランジ８６ａ，８６ｂ）間を各ウェブ部６３が何度も往復する形状となっている。このため、これら対象部材（フランジ８６ａ，８６ｂ）間における各ウェブ部６３の配置密度を高めることができる。その結果、エネルギー吸収効率を増加させることができ、耐震性能をより向上させることが可能となる。

　なお、連結金物６は、上述した制振ダンパー１０，８０における取り付け構造のみに限定されるものではなく、いかなる対象部材に取り付けられてもよい。

［第２の実施形態］
　次に、本発明を適用した連結金物の第２の実施形態について説明する。
　図１１は、本実施形態の連結金物９０の詳細構造を示す斜視図である。図１２は、この連結金物９０を溝形鋼１６９に内挿して構成した制振ダンパー９の斜視図である。制振ダンパー９は、アンカーボルト９１に連結される鋼管９２を備えている。そして、この鋼管９２に連結金物９０が溶接されている。

　連結金物９０には、複数のスリット孔６５が各ウェブ部９８に形成されている。この連結金物９０は、鋼板をその長手方向に沿って交互に折り曲げることにより、複数の山部９５と複数の谷部９６とを交互に形成させたものであり、図１３に示すように、その長手方向に垂直な断面で見た場合に、略Ｈ形状をなしている。
　この連結金物９０内に鋼管９２を挿入して溶接する際には、少なくとも、連結金物９０の各谷部９６と鋼管９２との間を溶接する。また、各山部９５と各谷部９６との間に、ウェブ部９８が形成される。さらに、連結金物９０の外周面にも、他のウェブ部９８が形成されている。各スリット孔６５は、各ウェブ部９８のそれぞれに形成されている。その結果、各ウェブ部９８の降伏強度は他の箇所よりも低く抑えられている。

　上記構成を有する、鋼管９２を溶接した連結金物９０は、図１２及び図１３に示すように、リップ付きの溝形鋼１６９に内挿されている。溝形鋼１６９は、ウェブ部１０１と、その両側に一体に形成されたフランジ部１０２ａ，１０２ｂと、これらフランジ部１０２ａ，１０２ｂの各端縁に一体に形成されたリップ１０３とを備えた、断面略Ｃ字状の形鋼である。なお、各リップ１０３は省略してもよい。

　溝形鋼１６９に対して連結金物９０を連結する際には、図１３に示すように、溝形鋼１６９のフランジ部１０２ａ，１０２ｂの各内面と、連結金物９０の各山部９５の外面とを互いに当接させた状態で、これらをドリルネジ５７により連結する。その後、アンカーボルト９１の上下に対してナット１０５を１個ずつ螺合させることにより、その取り付けが完了する。

　このようにして構成された制振ダンパー９では、上述した対象部材が、アンカーボルト９１と溝形鋼１６９とに相当する。即ち、この溝形鋼１６９が例えば薄型軽量形鋼構造物の柱部材等に適用される場合、一方の対象部材であるアンカーボルト９１が、図１２中の部材軸線方向Ｊに沿って変位する。その結果、これら対象部材（アンカーボルト９１，溝形鋼１６９）間に介装されている連結金物９の各ウェブ部９８にも、部材軸線方向Ｊに沿ったせん断応力が負荷され、さらには曲げモーメントも同様に負荷される。その結果、各ウェブ部９８は、互いに隣接する各スリット孔６５間の領域６３ａにおいて、かかる曲げモーメントに基づいて曲げ降伏する。その結果、各ウェブ部９８を早期に曲げ降伏させて塑性変形させることにより、耐力上昇が抑制されて安定した変形エネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。よって、薄型軽量形鋼構造物における十分な制振機能を確実に発揮させることが可能となる。

　さらに、本実施形態の連結金物９０も、上記第１実施形態の連結金物６と同様に折板構造を採用しており、各対象部材間において何度も各ウェブ部９８が往復する形状となっている。このため、各対象部材（アンカーボルト９１，溝形鋼１６９）間におけるウェブ部６３の配置密度を高めることができる。その結果、エネルギー吸収効率を増加させることができ、耐震性能をより向上させることが可能となる。
　なお、上述した構成からなる連結金物９０を、薄型軽量形鋼構造物に適用してもよい。

　以上説明のように、上記第１及び第２の実施形態における各連結金物は、一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材間を連結する連結金物であって、前記各対象部材の一方に対して取り付けられる複数の第１取り付け部と、前記各対象部材の他方に対して取り付けられる第２取り付け部と、前記各第１取り付け部及び第２取り付け部間をつなぐ複数枚の板部とを備え；前記一方の対象部材に対する前記各第１取り付け部の取り付け方向と、前記他方の対象部材に対する前記第２取り付け部の取り付け方向とが、前記板部の表面が前記相対変位の方向に沿うように設定されている；構成を採用した。そして、この構成を具備したことにより、上述の作用効果を奏することに成功している。

　以下、本発明を適用した連結金物の実施例について説明する。
　本発明を適用した連結金物は、下記（１）式に示すような各種パラメータで、その詳細構成が決定されてもよい。ちなみに、図１４は、下記（１）式で使用する各変数の場所を示している。

・・・（１）

　ここで、ｓは折板の枚数であり、図１４の例ではｓ＝１となる。また、ｎは、折板内にある、スリット孔６５が形成されたウェブ部の数を示しており、図１４の例ではｎ＝３となる。また、ｍは、ダンパー２５１の段数を示しており、図１４の例ではｍ＝５となる。また、Lは、連結金物の部材軸線方向Ｋに沿った長さを示している。また、ｔは、連結金物の板厚を示している。また、Aは、対象部材断面積を示している。また、ｌはダンパー２５１の１本あたりのせん断長を示している。また、FはF値を示し、Eはヤング率（添え字ｓがダンパー２５１のヤング率、添え字無しは母材のヤング率）を示し、dは各ダンパー２５１間の幅を示している。

　なお、上記各ダンパー２５１は、各スリット孔６５間の領域、又は各スリット孔６５とＫ方向の端部との間に形成された領域を示しており、これら領域があたかもダンパーと同様の作用を起こすことから、そのように称している。
　上述したように、ダンパー２５１の段数ｍは、図１４で言うと５段である。また、スリット孔６５が形成されたウェブ部の数ｎは、図１４で言うと３枚である。また、折板の枚数ｓは１枚である。対象部材の断面積Ａは、図１４中のドットで示した領域である。ダンパー２５１の断面幅ｄは、ダンパー２５１のＫ方向に沿った幅寸法を示している。

　上記（１）式においては、ダンパー２５１が面外に座屈しない、即ちダンパー２５１をなす板部を曲げせん断変形させるために、ｄ／ｔ＜１０（面外座屈防止)及びｌ／ｄ＞３（曲げせん断型)の条件を付してもよい。

　なお、上記式（１）は、あくまでスリット孔６５が長方形でかつ互いに等間隔に配置された場合における、ダンパー２５１の断面幅ｄに関する条件式である。なお、ダンパー２５１と対象部材がともに鋼材ならば、E=Es=205000N/mm²となり、ともに同一である。対象部材とダンパー２５１が異種材料の場合であってかつ、例えば対象部材が鉄鋼でダンパーがアルミニウムの場合は、E及びEsは共に異なってくる。

　上記式（１）を満たすように、ダンパー２５１の断面幅ｄを含めた各種形状やサイズを決定することにより、ダンパー２５１は、対象部材よりも剛性が高くなり、さらに対象部材よりも降伏耐力を低くできる。その結果、折板ダンパーとしての高剛性と、塑性化による高エネルギー吸収の役割とを発揮することが可能となる。

　上記式（１）における左辺は、剛性から決まる項である。即ち、連結金物を構成する折板の曲げ剛性の総和が、母材の剛性を超えるように設定する。また、上記式（１）における右辺は、耐力から決まる項である。即ち、連結金物を構成する折板の降伏耐力が母材の降伏耐力を超えるように設定することを意味する。

　この式（１）の関係を満たすように、上述の各パラメータを設定することにより、剛性を高く維持しつつ、降伏耐力が低くなるような連結金物を構成することが可能となる。

　また、本発明では、例えば図１５に示すように、ウェブ部６３における、少なくともスリット孔６５間に割り当てられたダンパー２５１は、その長さ方向の中央部２５３にせん断降伏が生じ、また両端部２５２ａ，２５２ｂに曲げ降伏が生じえる。このとき、中央部２５３に生じるせん断降伏と、両端部２５２ａ，２５２ｂに生じる曲げ降伏とが同時に生じるように、中央部２５３の断面を狭小化させてもよい。このようにして中央部２５３を狭小化させることにより、中央部２５３におけるせん断応力をより高めたり、また、両端部２５２ａ，２５２ｂにおける曲げ応力をより高めたりすることが可能となる。したがって、上述したせん断降伏と曲げ降伏とを同時に起こさせることが可能となる。

　本発明の連結金物を、建築構造物の一部である対象部材間の連結に用いた場合、地震等に伴う振動エネルギーの吸収性能を向上させるとともに剛性を向上させることが可能となる。

　１　　建築構造物
　２　　鋼管柱
　３　　梁材
　６　　連結金物
　１０　　制振ダンパー（制振構造）
　２１　　鋼管
　２２　　柱梁連結部
　２５、２６　　連結部材
　３１　　ウェブ部（板部）
　３２　　フランジ部
　４１　　ブレース主材
　４２　　制振部
　４３　　鋼管
　５１　　フランジ部
　５２　　ウェブ部（板部）
　５６、５７　　ボルトネジ
　６１　　山部（第１取り付け部）
　６２　　谷部（第２取り付け部）
　６３　　ウェブ部（板部）
　６３ａ　　各スリット間の領域（括れ）
　６５　　スリット孔（孔）
　８０　　制振ダンパー（制振構造）

Claims

　一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材間を連結する連結金物であって、
　前記各対象部材の一方に対して取り付けられる複数の第１取り付け部と、前記各対象部材の他方に対して取り付けられる第２取り付け部と、前記各第１取り付け部及び第２取り付け部間をつなぐ複数枚の板部とを備え；
　前記一方の対象部材に対する前記各第１取り付け部の取り付け方向と、前記他方の対象部材に対する前記第２取り付け部の取り付け方向とが、前記板部の表面が前記相対変位の方向に沿うように設定されている；
ことを特徴とする連結金物。
　前記第１取り付け部と前記板部と前記第２取り付け部とがこの順で連続して形成された山谷部を含む折板である
ことを特徴とする請求項１に記載の連結金物。
　前記各板部の降伏耐力の総和が、前記各対象部材のどちらの降伏耐力よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の連結金物。
　前記各板部に、それらの板厚方向に沿って貫通する孔が形成されていることを特徴とする請求項１に項記載の連結金物。
　前記孔が、前記相対変位の方向に沿って複数形成され；
　これら孔間の部分に括れが形成されている；
ことを特徴とする請求項４記載の連結金物。
　建築構造物の一部をなすとともに一方向に沿って相対変位自在な一対の対象部材と；
　これら対象部材間を連結する請求項１～５の何れか１項に記載の連結金物と；
を備えることを特徴とする制振構造。
　前記各対象部材の一方がＨ形鋼であり；
　前記各対象部材の他方が鋼管または軽溝形鋼であり；
　前記各第１取り付け部が前記Ｈ型鋼のウェブ部に取り付けられ；
　前記第２取り付け部が前記鋼管または前記軽溝形鋼に取り付けられている；
ことを特徴とする請求項６に記載の制振構造。
　前記鋼管または前記軽溝形鋼の下端が地面に固定され；
　前記Ｈ形鋼が柱体である；
ことを特徴とする請求項７に記載の制振構造。
　請求項６に記載の制振構造を備えることを特徴とする建築構造物。
　薄型軽量形鋼構造物であることを特徴とする請求項９に記載の建築構造物。