(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造物の一の軸組部材に連結する直線状の平板と、この平板の表裏面に固定する滑り材と、前記一の軸組部材と相対移動する他の軸組部材に連結し前記平板に対して対向配置する一対の外板と、夫々の外板内面に配置され前記滑り材に当接する保護材と、この外板に取り付けられ保護材及び滑り材を介して前記平板に押圧力を作用する締結部材とを備える摩擦ダンパーを用いる建物用制震部材において、前記外板は、平板と滑り材及び保護材の押圧力が作用する面を収納するための対向する凹部を備え、この凹部の両側部には前記締結部材を均等に全体配置することを特徴とする建物用制震部材。
【請求項２】
前記締結部材は、前記軸組部材に組み込まれた前記摩擦ダンパーに作用する計算上の仮定荷重値に対応し、その荷重値で作動する摩擦抵抗力を実現するための軸力が把握された締付ボルトであることを特徴とする請求項１記載の建物用制震部材。
【請求項３】
前記仮定荷重値は、前記摩擦ダンパーを組み込むフレームの壁倍率に対応する計算上の荷重値であることを特徴とする請求項２記載の建物用制震部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地震や強風等により発生する建物の揺れを低減するための制震部材に関し、詳しくは摩擦ダンパーを用いる建物用制震部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制震部材は、建物に作用する地震力等を、建物内部の機構によって減衰させたりあるいは増幅を防いだりする部材であって、地震動等の力をエネルギーとして捉え、建物自体に組み込んだエネルギー吸収機構によって建物の揺れを抑え、構造体の損傷を防ぐ技術である。
【０００３】
従来、建物用制震部材は大規模建築物に採用される事が多かったが、免震部材等に比べてコストが安価となる技術が開発されてきているため、近年では戸建ての木造住宅での採用例も増加している。
【０００４】
制震部材に用いられ装置としては、高減衰ゴム、粘弾性体、オイルダンパー、あるいは摩擦ダンパーを用いる各種の装置が開発されている。ここで摩擦ダンパは、建築構造物の梁又はブレースに設置する装置で、相対変位する金属板同士を一定圧で圧着し、相対的にこすり合わせることで振動エネルギーを摩擦エネルギーに変換し、揺れを減衰させる機構となっている。
【０００５】
このような摩擦ダンパーを用いる建物用制震部材としては、例えば下記に示すような従来技術があった。
【特許文献１】特許第３９８８２９８号公報
【特許文献２】特開平２００９−２１２０号公報
【０００６】
特許文献１に記載される制震部材は、図６に示すように上下一対の外板１１８，１１８に挟み込まれる中板１１２とを備え、それぞれに形成したボルト挿通孔１１８ａ，１１２ａに高力ボルト１２１を貫通させて、ナット１２２により締め付けていた。このナット１２２の締付けによりボルト１２１の軸力Ｎが発生し、この軸力Ｎは外板１１８に伝達され、中板１１２の挟み込み力として作用していた。
【０００７】
又、外板１１８と中板１１２の間には摩擦板１１９を介在させており、中板１１２のボルト挿通孔１１２ａは、図７に示すように外板１１８と中板１１２の延設方向に長軸となる長孔として形成され、ボルト挿通孔１１２ａの長軸方向に外板１１８と中板１１２との相対移動が許容されるもので、中板１１２と摩擦板１１９との間で所定の摩擦係数μをもって滑動させるようになっていた。
【０００８】
即ち、外板１１８と中板１１２及び高力ボルト１２１とナット１２２、並びに摩擦板１１９等によりボルト接合部は摩擦ダンパ１１０として構成されていた。地震や風などの外力によって建物架構が振動する際に、この振動による変位力が所定値を超えると、外板１１８と中板１１２とは中板１１２両面の円滑面１１２ｂと摩擦板１１９との滑動を伴って相対移動する。このとき、中板１１２と摩擦板１１９との間は高力ボルト１２１の軸力Ｎをもって圧接されるとともに、所定の摩擦係数μが作用しており、これら中板１１２と摩擦板１１９とが滑動される際には、振動エネルギーがμ×Ｎの摩擦抵抗力Ｒに変換されて振動減衰され、建物架構の制振に寄与するようになっていた。
【０００９】
特許文献２に記載される制震部材は、図８及び図９に示すように、鋼板からなる板材２１２と、板材２１２の表裏面に取り付けられた滑り材２１６と、板材２１２を挟むようにして板材２１２と離間配置された一対の相手板２１８，２１８と、それらの表面に取り付けられた保護板２１９，２１９とで構成されていた。
【００１０】
保護板２１９の端部は、建築構造部材の一部である接続板２２２の上下面に当接され、接続板２２２を挟持していた。相手板２１８、保護板２１９、接続板２２２には、相手板２１８の上面から相手板２１８の下面へ貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔にボルト２２１が挿通され、ナット２２３で締結されることで、接続板２２２に相手板２１８及び保護板２１９の一方端が固定されていた。
【００１１】
又、板材２１２の一方端は、建築構造部材の一部である接続板２２０の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板２２４、２２４で挟持されており、ボルト２３４及びナット２３５を締結することで、接続板２２０に板材２１２の一方端が固定されていた。以上の構成により、この制震部材２１０は、板材２１２及び滑り材２１６が一体となって移動し、相手板２１８及び保護板２１９が一体となって滑り材２１６の上面又は下面を摺擦移動していた。滑り材２１６と保護板２１９との摩擦面で発生する摩擦力により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物の制震が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
何れの制震部材においても振動エネルギーを摩擦抵抗力に変換して振動減衰を行なうものであり、適切な制震効果を得るためには相対移動する時の摩擦抵抗力を適切に管理することが重要である。
【００１３】
特許文献１に記載される従来の摩擦ダンパーを用いた制震部材では、長孔に挿通する限定されたボルトによって軸力を付与していたため、摩擦板に作用する摩擦力が均等にならなかった。即ち、ボルト近傍の摩擦板には大きな締付力を作用させることが可能であるが、周辺部では小さめな摩擦力となっていた。
【００１４】
又、特許文献２に記載される制震部材では、滑り材と保護板が当接する摩擦面から、かなり離隔した位置で軸力を付与していたので、摩擦面全体に均等な摩擦力を作用させることは困難であった。
【００１５】
１台の摩擦ダンパーで、相対移動する摩擦抵抗力を多段階に設けようとする場合には、その作用する変位力の引張又は圧縮荷重に対応して、多段階の摩擦抵抗力を実現させなければならず、そのためには、摩擦面全体に対する管理された均等な摩擦力付与が必須となる。
【００１６】
しかし、従来の摩擦ダンパーでは、詳細な摩擦力管理は不可能であったため、所定の軸力でのみ与えられる固定的なダンパー作動荷重が提示されるだけであった。
【００１７】
ところで、木造住宅に制震部材を適用する場合には、木造住宅構造に見合った簡易な制震技術が必要である。木造住宅では、その軸組みの特徴として一般的に接合部が回転しやすく、柱と梁だけの軸組みでは地震や強風などの強い水平力を受けると容易に変形してしまう。これを防止するため、軸組みに筋違といわれる斜材を金物で取り付けたり、あるいは構造用合板などの面材を所定の釘で打ち付けたりすることで耐力を高めている。
【００１８】
このように、地震や風などの水平荷重に抵抗する能力をもつ壁を耐力壁といい、建築基準法では木造住宅の各階ごとに所定量の耐力壁を設置することが義務づけられている。
【００１９】
耐力壁の性能を表す数値として、壁倍率がある。これは、建築基準法で定められた耐力壁の強さを表した数値で、耐力壁の仕様によって数値は異なり、壁倍率を０．５〜５．０の範囲で定めている。この数値が高いほど大きな水平荷重に耐えることができるが、一方接合部はその荷重に見合った構造が必要となる。
【００２０】
木造住宅における耐震・耐風性能を判断する方法としては、構造計算によるものと、壁量計算と呼ばれる簡易計算方法がある。木造住宅の構造計算を行なう場合には、例えば「３階建て木造住宅の構造設計と防火設計の手引き」（（財）日本住宅・木材技術センター）に準拠した場合には、壁の許容耐力及び壁の剛性として、壁長さ１ｍ当たり、１．９６ｋＮの水平荷重が作用したときに、その弾性的な水平変形量（層間変位角）が高さの１／１２０である場合を壁倍率１．０としている。一方、壁量計算は、壁倍率×耐力壁の長さで算出される壁量をもとに、水平荷重に抵抗するための最小限必要な壁量（必要壁量）を、その建物の耐力壁の長さの総計（存在壁量）が満たしているか否かをチェックするものである。
【００２１】
以上のように木造住宅に制震部材を適用する場合には、耐力壁として必要な壁倍率を確保しつつ、所望の制震性能を得なければならない。
【００２２】
しかし、従来の摩擦ダンパーを用いた制震部材では、固定的なダンパー作動荷重が適用されたため、必要な壁倍率に対して過不足を生ずる問題点があった。例えば、壁倍率３を必要とする耐力壁に対し、筋違として壁倍率５以上の強度を備える摩擦ダンパーの使用は適切とは言えなかった。又、壁倍率５を必要とする耐力壁に対し、筋違としての強度が壁倍率２．５程度の摩擦ダンパーを使用する際には、１本では不足するためタスキ掛けの必要があった。
【００２３】
この発明は、従来の摩擦ダンパーを用いる建物用制震部材が有する上記の問題点を解消すべくなされたものであり、摩擦面全体に均等な摩擦力を作用させ、多段階に管理された摩擦抵抗力が可能な建物用制震部材を提供することを目的としている。
【００２４】
又、木造住宅における耐力壁の必要な壁倍率に見合った調整が可能な制震部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、この発明の建物用制震部材は、建築構造物の一の軸組部材に連結する直線状の平板と、この平板の表裏面に固定する滑り材と、前記一の軸組部材と相対移動する他の軸組部材に連結し前記平板に対して対向配置する一対の外板と、夫々の外板内面に配置され前記滑り材に当接する保護材と、この外板に取り付けられ保護材及び滑り材を介して前記平板に押圧力を作用する締結部材とを備える摩擦ダンパーを用いる建物用制震部材において、前記外板は、平板と滑り材及び保護材の押圧力が作用する面を収納するための対向する凹部を備え、この凹部の両側部には前記締結部材を均等に全体配置することを特徴とするものである。
【００２６】
外板は少なくとも保護材を収納し得る長さを有し、保護材をその内部に保持する。平板に固定する滑り材とこの保護材は相互に摺動し得る。対向する凹部の深さは、平板と滑り材及び保護材を対称に収容して、締結部材によって密着可能な深さとする。締結部材は凹部と平行に配置し押圧力を保護材の全面均等に作用させる。
【００２７】
請求項２記載の建物用制震部材の締結部材は、前記軸組部材に組み込まれた前記摩擦ダンパーに作用する計算上の仮定荷重値に対応し、その荷重値で作動する摩擦力を実現するための軸力が把握された締付ボルトであることを特徴とするものである。計算上の仮定荷重値は、建築構造物の軸組に組み込まれた制震部材に対して作用する荷重で、この荷重値と最大摩擦抵抗力とを対応させ、摩擦ダンパーが摺動し始める際の荷重値及びその時の締付ボルトの軸力を把握する。
【００２８】
請求項３記載の建物用制震部材における前記仮定荷重値は、前記摩擦ダンパーを組み込むフレームの壁倍率に対応する計算上の荷重値であることを特徴とするものである。
【００２９】
フレームの壁倍率は木造住宅の構造計算を行なう既存の計算手順に基づき、壁の許容耐力及び壁の剛性から基準となる壁倍率（例えば１．０）のフレーム計算を行い、所要の壁倍率時の摩擦ダンパーを組み込む部材に作用する荷重を求める。
【発明の効果】
【００３０】
この発明の建物用制震部材は、摩擦ダンパーとなる平板、滑り材及び保護材を押圧する一対の外板と、この外板に均等配置する締結部材を有するので、均等な摩擦力を付与することができる。
【００３１】
相互に摺動する平板、滑り材及び保護材は、外板の凹部に収納されるため、締結部材が貫通するための穴あけは不要となる。締付部材と平板等が同一線上で摺動する場合には、平板等に長穴などの加工を施さなければならず、締付力を均等に作用させることが困難となる。又、摩擦ダンパーは平板形状となるので建築用構造部材である柱間の狭隘部にも装着可能となる。
【００３２】
請求項２記載の建物用制震部材は、締付ボルトの軸力と摩擦ダンパーの最大摩擦抵抗力との関係が把握されているので、一組の制震部材であっても多段階に管理された摩擦抵抗力が実現可能な建物用制震部材を提供することができる。
【００３３】
請求項３記載の建物用制震部材は、壁倍率に対応する荷重値との関係が把握されているので、一組の制震部材であっても多様な壁倍率に見合った建物用制震部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次にこの発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は建物用制震部材を使用する建築構造物の軸組を示す正面図、図２は建物用制震部材の正面図である。
【００３５】
建物用制震部材１は建築構造物の軸組を構成する柱２、梁３、土台４及び柱２，２の中間部に横設する補助材５等の接合部同士を連結する筋違として設けられ、軸組の耐力を高め、その変形を防止すると共に制震機能をも備えるものである。建物用制震部材１は、その両端部を軸組の接合部に固定するブラケット６とボルトナット７によって回動可能に連結している。
【００３６】
図２に示すように建物用制震部材１は、断面を扁平なＣ型に形成する鞘体８と、その一端に収容して端部を突設する平板状の連結板材９と、鞘体８の他端側より収容する摩擦ダンパー１０を有する。連結板材９は、ブラケット６に連結するためのボルトナット７用の孔９ａを端部に穿設する一方、鞘体８に収容する部分にも図示しない複数の孔を穿設し、この孔と鞘体８に穿設する複数の孔部とを利用してボルトナット９ｂにより突設長さの調整が可能なように鞘体８に固定されている。
【００３７】
摩擦ダンパー１０は、ブラケットに連結するための孔１１ａを穿設する端部板１１と、この端部板１１に固着して鞘体８に収容するスライド棒１２と、鞘体８内に固定され、内部にスライド棒１２を挿入する挟持体１３とを備える。挟持体１３は鞘体８の内面に略密着する形で挿入され、その両端をストッパ１４に当接する。ストッパ１４は鞘体８の内面にボルト１５で固定されている。又、スライド棒１２には滑り材１６がボルトナット１７により貼着されている。
【００３８】
次に摩擦ダンパーの詳細を図３及び図４に基づき説明する。図３は摩擦ダンパーの構成の一部を省略して示す分解斜視図、図４は図２のIV−IV断面を示す拡大断面図である。
【００３９】
摩擦ダンパー１０の一部を構成するスライド棒１２は直線状の平板であって、その表裏面に滑り材１６を固定する。滑り材１６は例えばステンレスの薄板で、少なくとも挟持体１３の長さを有する。
【００４０】
挟持体１３は対向配置する一対の外板１８，１８と、夫々の外板１８の内面に配置され滑り材１６に当接する保護材１９と、この保護材１９の移動を防止するための保護材ストッパ２０を有する。
【００４１】
外板１８は長手方向にスライド棒１２及び滑り材１６を挟持するための凹部１８ａ、両端に保護材ストッパ２０を載置固定するための段部１８ｂを形成する。又、鞘体８の底板８ａ側に配設する外板１８の凹部１８ａの両側部には長手方向にボルト挿通孔１８ｃを複数穿設すると共に、鞘体８の開口部８ｂ側に配設する外板１８の対応する箇所には雌ネジを螺刻するボルト孔１８ｄを設ける。
【００４２】
鞘体８の底板８ａにはボルト挿通孔８ｃを穿設し、外方より挿入するボルト２１にて外板１８，１８を鞘体８に固定する。ボルト２１は凹部１８ａを挟んで平行に均等な間隔で所定本数配設し、その締付トルクを適切に管理することで外板１８から保護材１９及び滑り材１６を介してスライド棒１２に所要の押圧力を作用する。
【００４３】
地震等の振動を受け、図１に示すブラケット６，６が相対移動する際、相対変位しようとするスライド棒１２の滑り材１６と、挟持体１３の保護材１９が一定圧で圧着されている。この振動による変位力が所定値を超えると、滑り材１６と保護材１９が相対移動する。このとき、滑り材１６と保護材１９との間はボルト２１の軸力Ｎをもって圧接されるとともに、所定の摩擦係数μが作用しており、これら滑り材１６と保護材１９とが滑動される際には、振動エネルギーがμ×Ｎの摩擦抵抗力Ｒに変換されて振動減衰され、建物架構の制振に寄与する。
【００４４】
締結部材であるボルト２１がスライド棒１２の全面に亘って均等に配置されているため、摩擦抵抗力Ｒも均等となる。従って締付トルクを管理することでスライド可能な摩擦抵抗力を多段階に設定することが可能となる。
【００４５】
保護材１９は、凹部１８ａに載置され両端を保護材ストッパ２０に当接して固定されるもので、実現する摩擦力に応じて種々の素材の適用が可能である。例えば金属系の軸受素材、詳しくは金属母材中に固体潤滑油を微細、均一に分散させた金属系無給油の軸受素材を用いると、温度変化に強く、耐腐食性があり、高荷重にも耐え、高強度の特質を備える。
【実施例】
【００４６】
次にこの建物用制震部材を木造住宅の耐力壁に適用する実施例を説明する。耐力壁としてのフレームは図５に示す所謂K型フレームを用い、木造住宅の軸組寸法に合わせフレーム幅を０．９１ｍ、フレーム高さを２．６４ｍとした。このフレームで摩擦ダンパーを介在する部材はブレース部材、即ち節点１−６及び節点６−２の部材である。
【００４７】
壁倍率＝１．０として節点１に水平荷重Ｈ＝１．７８ｋNを作用させた場合、ブレース材には計算上３．１４ｋＮの引張または圧縮荷重が発生する。この結果から壁倍率＝３．０の時には９．４１ｋＮの荷重が、壁倍率＝５．０の時には１５．７２ｋＮの荷重がそれぞれ発生することになる。
【００４８】
一方図３に示す摩擦ダンパー１０において、ボルト２１の本数を６本とし、その締付トルクをＴ＝１０Ｎ・ｍとした時、ボルト２１に生ずる平均的な軸力はＮ＝５．０７Ｎであった。又締付トルクがＴ＝１５Ｎ・ｍの時にはＮ＝７．３６Ｎの軸力が、Ｔ＝２０Ｎ・ｍの時にはＮ＝９．５４Ｎの軸力が夫々発生した。
【００４９】
ここで摩擦ダンパー１０において、保護材１９の摩擦係数をμ＝０．１５とすると、締付トルクＴ別の軸力Ｎと仮定摩擦力Ｒの関係は以下のように計算される。なお、摩擦面は上下２面として計算した。
（Ｉ）Ｔ＝１０Ｎ・ｍ→Ｎ＝５．０７Ｎ  ボルト本数８本  Ｒ＝１２．１ｋＮ
（II）Ｔ＝１５Ｎ・ｍ→Ｎ＝７．３６Ｎ  ボルト本数６本  Ｒ＝１３．２５ｋＮ
（III）Ｔ＝２０Ｎ・ｍ→Ｎ＝９．５４Ｎ  ボルト本数６本  Ｒ＝１７．１７ｋＮ
【００５０】
即ち、（Ｉ）の摩擦ダンパーでは壁倍率３．５〜４．０、（II）の摩擦ダンパーでは壁倍率４〜４．５、（III）の摩擦ダンパーでは壁倍率５以上の耐震性能が夫々見込まれ、しかも夫々の荷重が作用した際には各摩擦ダンパーは相対移動して振動エネルギーを摩擦抵抗力に変換し、建物架構を制振することになる。
【００５１】
一方、摩擦ダンパー１０に荷重を加えて滑動する際の荷重を検証した結果は以下のようになる。
（IV）Ｔ＝１０Ｎ・ｍでボルト本数８本の時→最大荷重＝１０．７４ｋＮ
（Ｖ）Ｔ＝１５Ｎ・ｍでボルト本数６本の時→最大荷重＝１２．６５ｋＮ
（VI）Ｔ＝２０Ｎ・ｍでボルト本数６本の時→最大荷重＝１６．６ｋＮ
【００５２】
これらの試験値は夫々（Ｉ）、（II）、（III）の計算値に対応するものである。このように摩擦ダンパー１０の締付トルクを適宜設定すれば、所要の壁倍率の耐力壁を得ることができると同時に制震機能を発揮して建物の振動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】建物用制震部材を使用する建築構造物の軸組を示す正面図である。
【図２】建物用制震部材の正面図である。
【図３】摩擦ダンパーの構成の一部を省略して示す分解斜視図である。
【図４】図２のIV−IV断面を示す拡大断面図である。
【図５】耐力壁構造計算用の軸組図である。
【図６】従来の制震部材の断面図である。
【図７】従来の制震部材の平面図である。
【図８】従来の他の制震部材の平面図である。
【図９】従来の他の制震部材の断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  建物用制震部材
１０  摩擦ダンパー
１２  スライド棒
１３  挟持体
１６  滑り材
１８  外板
１８ａ  凹部
１９  保護材
２１  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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