(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠材と、一つの山部とその両脇の谷部とが所定間隔で屈曲形成された折板と、前記折板の山部軸方向端部の山部と前記枠材との間に介装された粘弾性体とを備えた折板パネル構造であって、
前記折板の両脇の谷部はそれぞれ、山部軸方向全域に渡って支持部材を介して前記枠材に支持され、
前記折板パネル構造に対して面内せん断力が負荷され、前記折板の両脇で対をなす前記支持部材間に前記山部軸方向の相対変位が生じた場合に、前記山部を山部軸方向と略直交方向に歪ませることにより、前記粘弾性体を変形させ、前記面内せん断力に対してエネルギーを吸収させること
を特徴とする折板パネル構造。
【請求項２】
前記山部の断面は、略矩形状で構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の折板パネル構造。
【請求項３】
前記粘弾性体は、前記折板の山部から突出された板を介して前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の折板パネル構造。
【請求項４】
前記粘弾性体は、前記枠材から突出された板を介して前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の折板パネル構造。
【請求項５】
前記粘弾性体は、前記枠材から突出された板と前記折板の山部から突出された板とを介して、前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の折板パネル構造。
【請求項６】
前記折板の山部から突出された板と山部との接合部、または、前記枠材から突出された板と枠材との接合部が、ボルト、ねじ、クリンチ、鋲又は嵌合により接合されていること
を特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の折板パネル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物を構成するエネルギー吸収性能に優れた折板パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物の制振構造として、地震、風、その他の振動により建築物に振動が生じるとき、振動に応じて粘弾性体をせん断変形させることにより、振動エネルギーを吸収する構造が知られている。
【０００３】
さらに、近年では、例えば特許文献１にみられるように、枠材に設けられた一対の支持部にピン接合された振り子部材を用いて、建築物に生じる変形を増大させて振り子部材端部の粘弾性体に伝えることで、小さな変位に対しても粘弾性体を大きく変形させ、エネルギー吸収効率を高める技術も提案されている。
【０００４】
一方、折板を用いたエネルギー吸収構造として、特許文献2、3にみられるように、波板や折板を枠材に接合した折板パネル構造を、面内せん断力に抵抗させ、制振壁のような構造材として利用する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３２１８２号公報
【特許文献２】特開２００６−０３７５８６号公報
【特許文献３】特開２００６−０３７６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１の開示技術では、振り子部材とその支持部材をピン接合しているため、接合部でがたつきが生じ、振動に対する制振構造全体の履歴性状はスリップ性状を示す。その結果、入力振動に対するせん断力−せん断変形関係において履歴曲線で囲まれる面積が狭小化してしまい、エネルギー吸収効率が低下するという問題点が生じる。
【０００７】
さらに、入力振動に対し、振り子部材がピン接合部を支点として円滑に振り子運動するためには、ピン接合部の機械的なつくり込みが必要となり、製造労力の負担増大、ひいては製造コストが高くなるという問題点が生じる。
【０００８】
また、前記特許文献２、３の開示技術では折板パネルを面内せん断力に対するエネルギー吸収構造として利用する上で、パネルを構成する板要素をせん断降伏させることでエネルギー吸収しているため、せん断降伏した後の板要素の剛性低下に起因しパネルの全体座屈が誘発され、比較的小さな変形域で急激に荷重が低下し、エネルギー吸収効率が低下するという問題点が生じる。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みて案出されたものであり、地震などの入力振動に対してスリップ性状のない安定したエネルギー吸収性能を示し、製造が簡易な制振構造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】
【００１０】
本発明者らは、前記目的を達成するために、ピン接合を要する振り子部材を用いない簡
易な構造要素により建築物の変位を増大させる機構について検討した。結果、折板が面内せん断力に対して山部が山部軸方向と略直交方向に歪む幾何学的な挙動を利用することにより、ピン接合を用いずに建築物の変位を増大させ、安定した履歴性状と高いエネルギー吸収効率を得ることができることを新たに知見した。
【００１１】
請求項１に記載の折板パネル構造は、枠材と、一つの山部とその両脇の谷部とが所定間隔で屈曲形成された折板と、前記折板の山部軸方向端部の山部と前記枠材との間に介装された粘弾性体とを備えた折板パネル構造であって、前記折板の両脇の谷部はそれぞれ、山部軸方向全域に渡って支持部材を介して前記枠材に支持され、前記折板パネル構造に対して面内せん断力が負荷され、前記折板の両脇で対をなす前記支持部材間に前記山部軸方向の相対変位が生じた場合に、前記山部を山部軸方向と略直交方向に歪ませることにより、前記粘弾性体を変形させ、前記面内せん断力に対してエネルギーを吸収させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の折板パネル構造は、前記山部の断面は、略矩形状で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の折板パネル構造は、請求項１または２に記載の折板パネル構造において、前記粘弾性体は、前記折板の山部から突出された板を介して前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の折板パネル構造は、請求項１または２に記載の折板パネル構造において、前記粘弾性体は、前記枠材から突出された板を介して前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の折板パネル構造は、請求項１または２に記載の折板パネル構造において、前記粘弾性体は、前記枠材から突出された板と前記折板の山部から突出された板とを介して、前記枠材と前記折板の山部との間に介装されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の折板パネル構造は、請求項３〜５の何れか１項に記載の折板パネル構造において、前記折板の山部から突出された板と山部との接合部、または、前記枠材から突出された板と枠材との接合部が、ボルト、ねじ、クリンチ、鋲又は嵌合により接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
前述した構成からなる本発明によれば、建築物の振動により折板パネル構造に面内せん断力が負荷された場合に、枠材に取り付けられた支持部材を介して面内せん断力を折板に伝え、折板山部を山部軸方向と略直交方向に歪ませることで、該折板山部端部の変位は建築物に生じた変位に比して増大される。そして、該折板山部端部の変形に追従するように折板山部端部と枠材の間に連結された粘弾性体がせん断変形することで、建築物に生じた変位が小さい場合にも効率的に振動エネルギーを吸収できる。
【００１８】
これにより、前記折板パネル構造は、建築物の変形に対してピン接合を用いずに折板の幾何学的な弾性挙動のみを利用した変形増大機構を実現することができ、ピン接合に起因するスリップ性状を示すことなく、粘弾性体による効率的で安定したエネルギー吸収性能を発揮することができる。
【００１９】
また、前記の変形増大機構は、支持部材を介して枠材に折板を固定することによって簡単に実現することができるため、製作性に優れ、製造コストも安価である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した折板パネル構造の一例と、その構成を示す図である。
【図２】図１の本発明を適用した折板パネル構造の一例における変形状態を示す図である。
【図３】本発明を適用した折板パネル構造における、繰返し力に対する履歴性状を示す荷重変位関係図である。
【図４】本発明を適用した折板パネル構造において、枠材から突出された板と折板の山部との間に粘弾性体を介装させる例を示す図である。
【図５】本発明を適用した折板パネル構造において、折板の山部から突出された板と枠材との間に粘弾性体を介装される例を示す図である。
【図６】本発明を適用した折板パネル構造において、枠材から突出された板と折板の山部との間に粘弾性体を介装させる他の例を示す図である。
【図７】本発明を適用した折板パネル構造における、折板と枠材と粘弾性体の他の連結例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２２】
図１は本発明を適用した折板パネル構造１の一例を示しており、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ´断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図、図１（ｄ）は枠材２と折板３と粘弾性体４の連結部の斜視図を示している。
【００２３】
この折板パネル構造１は、図１（ａ）に示すように壁の一部を構成する枠材２と、この枠材２の底面に取り付けられた幅方向一対の支持部材５と、この支持部材に接合された折板３と、枠材２と折板３との間に介装された粘弾性体４とを備えている。
【００２４】
折板３は、鋼板をロール成形やプレス成形などの折り曲げ加工によって、山部３１と谷部３２が所定間隔で屈曲形成されており、この山部３１および谷部３２は、上フランジ９１および下フランジ９２と、この上フランジ９１および下フランジ９２の間に形成されているウェブ９３とで構成されている。
【００２５】
枠材２は、溝形鋼等の薄板軽量形鋼、軽量形鋼、H形鋼、角形鋼管、円形鋼管、鋼板、木材、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート等で構成される、柱、梁、胴縁、せん断力伝達部材等の枠材である。なお、図１において、枠材２は略矩形形状として図示している。
【００２６】
粘弾性体４は、いわゆる粘弾性の挙動を示す材料であればいかなるものを用いてもよく、例えばアクリル系材料、ウレタン系材料、ゴムアスファルト系材料、合成ゴム系材料、シリコンゴム、ジエンゴム等がある。
【００２７】
前記枠材２のうち、略鉛直方向に設けられた縦枠材２１には、幅方向一対の支持部材５が対向するように取り付けられており、折板３が枠材２の内側に配されるように、この支持部材５に谷部３２の下フランジ９２が接合されている。前記枠材２のうち、略水平方向に設けられた横枠材２２の略水平方向中央部には板６が接合されており、この板６は、枠材２よりも内側に向けて突出されている。そして、この内側に突出された板６と山部３１の上フランジ９１の間に粘弾性体４が介装されている。なお、枠材２、折板３、支持部材５、および板材６における各接合には、例えばドリルねじ、ボルト、ビス、鋲、リベット、スポット溶接、連続溶接、接着等が用いられるが、図１においてはドリルねじ３５を利用した例を図示している。ここで、下フランジ９２がその幅方向両端の近傍において支持部材５に接合されることで、谷部３２の枠材２からの浮き上がりが防止される。
【００２８】
本発明の技術的特徴の一つとしては、下フランジ９２のみを支持部材５に接合し固定す
ることで、山部３１を形成する上フランジ９１およびウェブ９３を山部軸方向と略直交する両矢印Ｂ−Ｂ´方向に可動としていることである。
【００２９】
ここで、本発明を適用した折板パネル構造１の動作およびエネルギー吸収機構について説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）に示す折板パネル構造１に地震等によって面内せん断力Ｑが負荷された場合の、折板パネル構造１全体の変形を示す図である。また、図２（ｂ）は図２（ａ）における折板３のみの変形を、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＤ−Ｄ´断面図を、図２（ｄ）は図２（ａ）におけるＥ−Ｅ´断面図を図示している。
【００３０】
地震等により面内せん断力Ｑが図２（ａ）に示す矢印Ｑの向きに、すなわちＤ−Ｄ´断面側でＢ方向、Ｅ−Ｅ´断面側でＢ´方向に負荷された場合、山部３１は、Ｄ−Ｄ´断面側でＢ´方向、Ｅ−Ｅ´断面側でＢ方向に、それぞれ逆向きに倒れこむように、山部３１の軸方向と略直交方向に歪む変形を起こす。これとは逆に、面内せん断力ＱがＤ−Ｄ´断面側でＢ´方向、Ｅ−Ｅ´断面側でＢ方向に負荷された場合には、山部３１はＤ−Ｄ´断面側でＢ方向、Ｅ−Ｅ´断面側でＢ´方向に倒れ込む。
【００３１】
このように山部３１がその軸方向と略直交方向に歪むことにより、地震等によって一対の支持部材５間に生じる図２（ｂ）の両矢印Ｂ−Ｂ´方向と略直交方向のずれｄ１は、上フランジ９１の鉛直方向端部において両矢印Ｂ−Ｂ´方向の変位ｄ２に増幅される。更に、上フランジ９１の鉛直方向端部の変位ｄ２の変位方向は、横枠材２２に生じる両矢印Ｂ−Ｂ´方向の変位と向きが逆であるため、横枠材２２に対する上フランジ９１の相対変位は増大する。これにより、横枠材２２に固定された板６と上フランジ９１との間に係止された粘弾性体４の両矢印Ｂ−Ｂ´方向におけるせん断変形量は増大され、地震力等に対し効率的にエネルギー吸収を行うことができる。
【００３２】
また、前記の変位増大機構およびエネルギー吸収機構は、折板３の幾何学的な変形挙動の発現によるものであるため、地震力等の繰返し力に対する折板パネル構造１の変位−荷重の履歴性状は、図３に示すような紡錘形となり、従来技術のスリップ形状（低荷重領域において、変位の増大に対する荷重増分が小さい履歴性状）と比較して、安定したエネルギー吸収性能を発揮する。
【００３３】
なお、本発明においては、枠材２、折板３、支持部材５、および板材６における接合部の強度を、面内せん断力Ｑにより折板パネルがエネルギー吸収する際の荷重域において、接合部が折板３よりも先行降伏しないように設計することで、接合部の局所崩壊に伴うスリップ性状も容易に回避することができる。ちなみに、この接合部の強度は、例えば図１におけるドリルねじ３５の本数や径等を調整することにより設計することができる。
【００３４】
図４は、本発明を適用した折板パネル構造１において、山部３１の断面の上フランジ９１とウェブ９３と下フランジ９２の延長線とで囲まれる部分の形状を、略矩形状としたものである。ここで、構造実験や解析によれば、上フランジ９１とウェブ９３との成す角、および下フランジ９２とウェブ９３との成す角は７０°〜１１０°が好ましく、８５°〜９５°とすることがより好ましい。該山部３１の断面を略矩形状とした場合、面内せん断力Ｑが作用すると、該断面は略矩形状から略平行四辺形状に円滑に変形するため、山部３１を山部軸方向に対して略直交方向（図中の矢印Ｂ−Ｂ´方向）に歪ませて変形性能を確保することが可能となり、前記変形増大機構とエネルギー吸収機構が効果的に発現する。
【００３５】
図５、６は、本発明を適用した折板パネル構造１において、上フランジ９１の山部軸方向端部に取り付けられた板７を介して、横枠材２２と山部３１の間に粘弾性体４を介装する例を示している。該板７は、溝形鋼として構成されている横枠材２２内において嵌合されている上下一対の粘弾性体４間に狭持され、かつその他端部が枠材２の内側に突出するように固定されている。なお、上下一対の粘弾性体４は、図５に示すように横枠材２２の内側に固着されている場合のみならず、図６に示すように、横枠材２２の上下面から枠材２の内側へ突出するように板６を取り付け、当該上下に配設された板６間に粘弾性体４を固着させ、さらにこの粘弾性体４間に、上フランジ９１に取り付けられた板７を狭持するようにしてもよい。また、折板３は、図１、２と同様に支持部材５を介して縦枠材２１に固定される。
【００３６】
これにより、板７を狭持する上下一対の粘弾性体４を同時にせん断変形させることができるため、効率的なエネルギー吸収が可能となる。さらに、図６に示す例においては、粘弾性体４が直接に折板３および横枠材２２に固着されていないため、板７と折板３の接合部、板６と横枠材２２の接合部を、例えばボルト、ねじ、クリンチ、鋲、嵌合等の乾式接合としておくことによって、エネルギー吸収部の取り付けや交換が簡易に行うことが可能となる。なお、板７を狭持する上下一対の粘弾性体４の何れか一方を省略するようにしてもよい。
【００３７】
図７は、本発明を適用した折板パネル構造１において、折板３を２枚用いた例を示している。２枚の折板３は、それぞれ互いの下フランジ９２を対向させ、支持部材５の一端をこれら対向させた下フランジ９２間に狭持させることによりこれが接合されている。その支持部材５は、下フランジ９２が接合される側に対する他端側に形鋼８（例えば山形鋼）が取り付けられ、更にこの形鋼８を介して、縦枠材２１に固定され、ひいては枠材２の内側に配される。２枚の折板３の上フランジ９１と、横枠材２２から枠材２の内側に突出するように取り付けられた板６との間には、粘弾性体４が係止されている。
【００３８】
これにより、折板３を壁厚方向に面対称となるように枠材２の内側中央に設けることができるため、折板パネル構造の捩り等を抑制し、より安定した挙動を確保できる。なお、形鋼８と縦枠材２１との接合には、枠材２の構造種別（薄板軽量形鋼造、鉄骨造、木造、鉄筋コンクリート造等）に応じて、ドリルねじ、溶接、ボルト、スタッド等が用いられる。
【００３９】
これら図５、６、７の形態においても、山部３１は可動であり、山部軸方向と略直交方向（図中Ｂ−Ｂ´方向）に歪むことで、安定した履歴性状を確保しながら建築物に生じる変位を粘弾性体４に増大して伝え、地震等の振動に対し優れたエネルギー吸収性能を発揮することは勿論である。なお、図４、５、６、７における縦枠材２１および横枠材２２は、溝形鋼等の薄板軽量形鋼、軽量形鋼、H形鋼、角形鋼管、円形鋼管、鋼板、木材、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート等で構成されるが、図５においては縦枠材２１を矩形形状、横枠材２２を溝形形状として図示しており、図１、４、６、７においては縦枠材２１および横枠材２２のいずれも矩形形状として図示している。
【符号の説明】
【００４０】
１  折板パネル構造
２  枠材
３  折板
４  粘弾性体
５  支持部材
６、７  板
８  形鋼
２１  縦枠材
２２  横枠材
３１  山部
３２  谷部
３５  ドリルねじ
９１  上フランジ
９２  下フランジ
９３  ウェブ
【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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