(57)【要約】【課題】既存構造部材に面内方向のせん断力を受けてせん断変形する弾塑性ダンパーを付加する場合に、既存構造部材の塑性変形能力を発揮し得る状態で、既存構造部材に弾塑性ダンパーを付加する。【解決手段】既存構造部材３をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向に、既存構造部材３に沿って複数本の補強部材４、４を軸方向に互いに距離を置いて配置し、軸方向の両側に位置する補強部材４、４を各主構造部材１に接合し、軸方向に距離を置いた補強部材４、４間に面内方向のせん断力を負担してせん断降伏し得る塑性変形部５１を有する弾塑性ダンパー５を跨って設置し、既存構造部材３の軸方向の端部を除く一部区間３１を成方向の一部を残して除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列する主構造部材間に架設され、前記主構造部材を含む構面の面内方向にせん断変形し得る既存構造部材に弾塑性ダンパーを付加する弾塑性ダンパーの取付構造であり、
前記既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向に、前記既存構造部材に沿って複数本の補強部材が軸方向に互いに距離を置いて配置され、軸方向の両側に位置する前記補強部材が前記各主構造部材に接合され、
前記軸方向に距離を置いた補強部材間に面内方向のせん断力を負担してせん断降伏し得る塑性変形部を有する弾塑性ダンパーが跨って設置され、
前記既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去されていることを特徴とする既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造。
【請求項２】
軸方向に互いに距離を置いて配置される前記複数本の補強部材の内、前記主構造部材側に位置する補強部材の前記主構造部材寄りの端部の断面二次モーメントは軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きいことを特徴とする請求項１に記載の既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造。
【請求項３】
並列する前記主構造部材の立面上、前記既存構造部材の前記一部区間は前記軸方向に隣接する補強部材間に跨設される前記弾塑性ダンパーの設置位置に対応していることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既存の構造部材に、面内方向のせん断力を受けてせん断変形する弾塑性ダンパーを付加し、弾塑性ダンパーに振動エネルギを吸収させる既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存の構造部材に振動エネルギの吸収能力を持たせるために、せん断変形型の弾塑性ダンパーを構造部材に付加する場合、構造部材が降伏する以前に弾塑性ダンパーを優先的に降伏させるために、構造部材は軸方向の一部において分断され、その分断された構造部材間に跨って弾塑性ダンパーが設置されることになる（特許文献１、２参照）。
【０００３】
この場合、既存構造部材としての例えば梁は軸方向に２本の構成部材に分離し、各構成部材はそれが接続する主構造部材としての柱から片持ち梁式に張り出しながら、弾塑性ダンパーを介して連結された状態になるため、見かけ上、並列する柱（主構造部材）と構成部材は柱・梁のフレームを構成する。
【０００４】
このフレームの構面内に水平力が作用し、並列する柱間に相対変形が生じたときには、各構成部材はそれぞれの柱に垂直に接続した状態を保とうとする一方、両構成部材を互いに連結している弾塑性ダンパーが両構成部材を互いに引き寄せようとするため、各構成部材には成方向に曲げモーメントが作用する。この結果、構成部材の柱との接合部寄りの曲げモーメントが最大になるため、弾塑性ダンパーの降伏耐力の程度によっては構成部材の柱との接合部寄りの部分が弾塑性ダンパーに先行して降伏する可能性があり、その場合、弾塑性ダンパーは降伏によるエネルギ吸収能力を十分に発揮することができない。
【０００５】
また各構成部材の断面形状（成（高さ））が全長に亘って一様である場合には、並列する柱間の相対変形時に曲げモーメントが最大になる構成部材と柱との接合部付近に変形と損傷が集中し、この接合部付近が降伏する可能性があるため、仮に弾塑性ダンパーが降伏することができたとしても、弾塑性ダンパーのエネルギ吸収能力が十分に発揮されなくなることが想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２０３５４３号公報（第２図、第３図）
【特許文献２】特開平３−１５６０７５号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のように構成部材の断面が全長に亘って一様で、構成部材と柱との接合部付近における降伏が弾塑性ダンパーの降伏に先行して発生した場合、構成部材の柱との接合部付近以外の区間は曲げモーメントに対して余力を持っており、曲げモーメントを負担する結果として降伏に至ることはないため、構成部材が弾塑性ダンパーと共に振動エネルギ吸収の機能を果たすことはない。このことは、構造部材が構成部材に分断されなければ本来、発揮し得る塑性変形能力を喪失した使用状態にあるとも言える。
【０００８】
本発明は上記背景より、構造部材が既存の場合に、塑性変形能力を発揮し得る状態で弾塑性ダンパーを構造部材に付加する既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明の既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造は、並列する主構造部材間に架設され、前記主構造部材を含む構面の面内方向にせん断変形し得る既存構造部材に弾塑性ダンパーを付加する弾塑性ダンパーの取付構造であり、
前記既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向に、前記既存構造部材に沿って複数本の補強部材が軸方向に互いに距離を置いて配置され、軸方向の両側に位置する前記補強部材が前記各主構造部材に接合され、
この互いに分離した補強部材間に面内方向のせん断力を負担してせん断降伏し得る塑性変形部を有する弾塑性ダンパーが跨って設置され、
前記既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去されていることを構成要件とする。
【００１０】
主構造部材は主に柱、梁等を指し、主構造部材を含む構面は例えば柱・梁からなるフレームの構面を言う。主構造部材は距離を置いて並列していればよいため、隣接する構造物の端部に位置する柱の他、杭の場合もある。図１、図５−（ａ）に示すように主構造部材１、１が柱の場合、既存構造部材３は梁であり、図５−（ｂ）に示すように主構造部材１、１が梁の場合には既存構造部材３は間柱、耐震壁、ブレース等である。主構造部材１が隣接する構造物の柱の場合、既存構造部材３は各構造物の隣接する構造物側に位置する柱から張り出す梁になる。主構造部材１が杭の場合、既存構造部材３は杭をつなぐ基礎梁になる。但し、主構造部材１と既存構造部材３はこれらには限定されない。
【００１１】
図５−（ｃ）に示すように主構造部材１を構成する柱、または梁を含むフレーム２内にブレースが架設され、ブレースがフレーム２を構成する柱、もしくは梁、または柱・梁の接合部のいずれかの部分に接合される場合、ブレースとフレーム２との間には両者が互いに接合されるためのブラケット等が設置されるが、このブレースとフレーム２とに跨って双方に接合されるブラケットが既存構造部材３になることもある。この場合、ブラケットはブレースとフレーム２に跨って連続するため、ブレースが、並列する主構造部材１、１の内の一方の主構造部材１になり、フレーム２（梁、または柱）が他方の主構造部材１になる。
【００１２】
弾塑性ダンパー５は面内方向にせん断力を受けてせん断変形する、あるいは曲げ変形を伴いながらせん断変形するせん断変形型のダンパーであり、ダンパー全体の内、中央部に位置する板状、あるいは棒状（線状）等の領域である塑性変形部５１がせん断変形する。図面では塑性変形部５１を、せん断力を受けたときのせん断力による曲げモーメント分布に対応した形状に形成しているが、塑性変形部５１の形状は任意である。
【００１３】
弾塑性ダンパー５はその面内のせん断力作用方向に垂直な方向の両側部分（接合部５２、５２）において互いに分離している補強部材４、４に剛に接合されることで、両側部分に挟まれた中間部の塑性変形部５１が補強部材４、４間の相対変位に伴って面内方向のせん断力を受けたときにせん断変形し、あるいは曲げ変形を伴いながらせん断変形し、せん断降伏、もしくは曲げ降伏することにより振動エネルギを吸収する。
【００１４】
複数本の補強部材４、４は材軸を既存構造部材３の材軸に平行にした状態で、図１〜図３に示すように既存構造部材３に沿い、軸方向に互いに距離を置きながら配置され、軸方向の両側に位置する補強部材４、４が主構造部材１、１側の端部において主構造部材１に剛に接合される。軸方向に距離を置いて隣接する補強部材４、４は両者間に弾塑性ダンパー５が跨って設置され、接合されることにより連結され、主構造部材１、１間で連続する。弾塑性ダンパー５は補強部材４、４の幅方向の片面、もしくは図３に示すように両面に配置される。
【００１５】
図１〜図３は隣接する主構造部材１、１間に配置される補強部材４、４が２本の場合の例を示しているが、２本の場合、各補強部材４は主構造部材１側の端部において主構造部材１に接合され、反対（補強部材４）側の端部において隣接する補強部材４に弾塑性ダンパー５を介して連結される。軸方向に隣接する補強部材４、４間には弾塑性ダンパー５の設置分の距離が確保される。弾塑性ダンパー５はその接合部５２において補強部材４に接合されるため、隣接する補強部材４、４間に確保される距離は弾塑性ダンパー５の塑性変形部５１の、補強部材４の軸方向に見たときの長さ程度の大きさになる。既存構造部材３に沿って配置される複数本の補強部材４の本数は図６に示すように３本以上であることもある。
【００１６】
主構造部材１、１間に３本以上の補強部材４が架設される場合には、軸方向の中間部側に位置する補強部材４の端部とそれに隣接する補強部材４の端部との間に弾塑性ダンパー５が跨設される。請求項１における「既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向」とは、せん断力の作用方向を含む面内に直交する方向を指し、並列する主構造部材１、１を含むフレーム２の構面外方向であり、例えば梁の幅方向になる。
【００１７】
また請求項１における「既存構造部材に沿って配置される」とは、補強部材４がせん断力及び曲げモーメントの作用方向である既存構造部材３の成方向（高さ方向）に直交する幅方向に距離を置き、既存構造部材３と並列して配置されることを言い、既存構造部材３の幅方向は「既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向」でもある。以下では補強部材４が既存構造部材３に沿って配置されることを併設と言う。
【００１８】
補強部材４は既存構造部材３の幅方向の少なくとも片側に配置される。弾塑性ダンパー５を既存構造部材３のウェブに関して均等に配置する場合等には、補強部材４は既存構造部材３の幅方向両側に配置される。「既存構造部材の成方向」は既存構造部材３へのせん断力の作用方向であり、並列する主構造部材１、１を含む構面（フレーム２）の面内方向でもあるから、既存構造部材３の幅方向は構面外方向になる。
【００１９】
軸方向に距離を置きながら配置される複数本の補強部材４、４の互いに対向する側の端部間に弾塑性ダンパー５が跨って設置され、各補強部材４の端部に直接、もしくは間接的に接合される。「間接的に接合」とは、弾塑性ダンパー５の接合部５２を補強部材４に接合するための専用の部材を両者間に介在させることを言う。各補強部材４への弾塑性ダンパー５の接合によって両補強部材４、４は互いに連結され、連続する。弾塑性ダンパー５は塑性変形部５１のせん断力作用方向に垂直な方向の両側に位置する接合部５２において各補強部材４に接合される。それぞれの接合は主にボルト、もしくは溶接による。
【００２０】
複数本の補強部材４、４の内、主構造部材１寄りに位置する補強部材４は主構造部材１側の端部において主構造部材１に剛に接合されることで、主構造部材１を含むフレーム２の構面内で両主構造部材１、１間に相対変形が生じたときに主構造部材１に追従しようとする。並列する主構造部材１、１に接合された補強部材４、４が各主構造部材１の変形に追従することで、隣接する補強部材４、４間の弾塑性ダンパー５にせん断力を負担させ、弾塑性ダンパー５の塑性変形部５１をせん断変形させる。
【００２１】
既存構造部材３は軸方向の端部を除く一部区間３１において成方向の一部を残して除去されることで、その一部区間３１の降伏耐力が低下させられるため、その一部区間３１においては両主構造部材１、１間の相対変形時に既存構造部材３の除去部分３２を除いた残存部分が塑性変形部３３としてせん断力を受けて降伏し得、塑性変形能力を発揮可能になる。以下では「一部区間３１」は軸方向の端部を除く区間を言う。
【００２２】
既存構造部材３に塑性変形能力を発揮させる関係で、既存構造部材３には主に鋼材（鉄骨）が使用されるが、必ずしも鋼材には限定されない。成方向の一部が除去される一部区間３１は他の区間に優先して降伏するよう、原則として後述のように既存構造部材３の全長の内、曲げ応力度が大きい区間に合わせられるが（請求項３）、必ずしも曲げ応力度が大きい区間に合致している必要はない。
【００２３】
既存構造部材３の幅方向に補強部材４が併設され、軸方向に距離を置く補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５が跨設されることで、既存構造部材３を分断させることなく、軸方向に連続させた１本の構造部材として利用することが可能になる。すなわち、上記のように既存構造部材３の軸方向の一部区間３１を降伏させ、既存構造部材３に塑性変形能力を発揮させることが可能になる。
【００２４】
降伏は既存構造部材３の全長の内、軸方向には曲げ応力度σの大きい箇所に生じることから、長期荷重時の曲げモーメントと短期荷重時の曲げモーメントの合計Ｍを、既存構造部材３の各区間の断面係数Ｚで割った大きさ（Ｍ／Ｚ＝σ）が大きくなる区間になる。曲げ応力度σが大きくなる箇所は一部区間３１内に位置し、原則として一部区間３１は軸方向に隣接する補強部材４、４間に跨設される弾塑性ダンパー５の設置箇所に対応した区間になるから（請求項３）、主構造部材１、１間に架設される補強部材４の本数、すなわち弾塑性ダンパー５の設置数に応じ、既存構造部材３の全長の内、複数箇所であることもある。曲げ応力度σが大きくなる箇所は既存構造部材３の全長内で曲げ応力度σが最大になる箇所とは限らない。
【００２５】
このことから、既存構造部材３のいずれかの区間の断面係数Ｚ（断面二次モーメント）を調整することで、降伏の発生箇所を自由に設定することが可能になり、短期荷重時に曲げモーメントが最大になる既存構造部材３の主構造部材１寄りの端部に応力と変形を集中させることが回避される。「断面係数を調整する」とは、図４に示すように既存構造部材３を幅方向に見たときに、軸方向の区間における除去部分３２の領域（面積）の大きさ（幅と高さ）を調整することによりせん断力作用方向の断面積の大きさを調整することを言う。図４では除去部分３２をハッチングで示している。
【００２６】
既存構造部材３の軸方向の一部区間３１が成方向の一部を残して除去されることは、除去部分３２を有する一部区間３１の断面二次モーメント（断面係数）が主構造部材１寄りの端部の断面二次モーメントより小さくなることで、既存構造部材３が長期荷重時の曲げモーメントと短期荷重時の曲げモーメントを負担したときの一部区間３１の曲げ応力度が端部の曲げ応力度より大きくなる意味がある。結果として既存構造部材３の軸方向の端部に応力と変形が集中することがなくなり、端部での破断の可能性が低下する一方、中間部寄りの区間（一部区間３１）が曲げモーメントで降伏し易くなり、弾塑性ダンパー５の降伏とは独立して、または同期するように既存構造部材３に塑性変形能力を発揮させ、エネルギ吸収能力を発揮させることが可能になる。
【００２７】
請求項１における「既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去される」とは、既存構造部材３の全長の内、断面二次モーメントの減少区間が軸方向の端部の区間を除く中間部寄りの一部区間であることと、その一部区間において成方向の一部が除去されることを言う。成方向の一部が除去されることで、その除去された部分（除去部分３２）を含む一部区間３１の断面二次モーメント（断面係数Ｚ）が他の区間の断面二次モーメントより低下し、曲げ応力度σが大きくなるため、他の区間に先行して降伏できる状況になる。
【００２８】
一部区間３１における除去部分３２は既存構造部材３の上端側と下端側のいずれかから、または成方向の中間部に形成されればよいが、図１等に示すように既存構造部材３が梁である場合に、既存構造部材３にスラブ７の支持能力を持たせる上では、除去部分３２は下端側から形成され、既存構造部材３の上端（フランジ）は平坦に保たれる。既存構造部材３の上端が一部区間３１においても平坦に保たれることで、既存構造部材３が全長に亘って連続していることと併せ、既存構造部材３はスラブ７を支持する能力を持つ。
【００２９】
この場合、既存構造部材３は特許文献１、２の構造部材と異なり、軸方向に連続していることで、除去部分３２を含む一部区間３１がせん断力を受けて降伏し、塑性変形することがあっても、分断している場合程の変形量に至ることはないため、既存構造部材３に支持されたスラブ７を損傷させるに至ることは回避される。
【００３０】
既存構造部材３の軸方向の一部区間３１に除去部分３２が形成され、軸方向の端部以外の中間部の断面二次モーメントが低下させられることで、並列する主構造部材１、１間に相対変形が生じたときには、既存構造部材３の主構造部材３寄りの端部ではなく、除去部分３２のある一部区間３１（中間部）の曲げ応力度σが大きくなり、降伏し易い状況になる。ここで、既存構造部材３に併設された補強部材４、４間に跨設された弾塑性ダンパー５の降伏耐力が既存構造部材３の一部区間３１の降伏耐力より低く設定されている場合には、既存構造部材３の一部区間３１の降伏に先行して弾塑性ダンパー５が降伏することになる。
【００３１】
但し、弾塑性ダンパー５の降伏耐力が既存構造部材３の一部区間３１の降伏耐力より低く設定されている必要はないため、必ずしも既存構造部材３の一部区間３１の降伏に先行して弾塑性ダンパー５が降伏するとは限らない。従って既存構造部材３の一部区間３１が降伏する場合には、弾塑性ダンパー５の降伏に先行して降伏する場合と、弾塑性ダンパー５の降伏後に降伏する場合の他、同時期に降伏する場合がある。なお、補強部材４と既存構造部材３は成方向のせん断力と曲げモーメントを分担し、それぞれの分担に応じて弾塑性ダンパー５と既存構造部材３の一部区間３１を降伏させる上では、基本的には互いに独立し、分離するが、必ずしもその必要はなく、一部において接続されていることもある。
【００３２】
既存構造部材３と補強部材４には主にＨ形鋼等、曲げモーメントに対する抵抗要素としてのフランジとせん断力に対する抵抗要素としてのウェブを有する開放形断面形状の鋼材が使用されるが、フランジとウェブを有する断面形状であれば曲げモーメントとせん断力を負担できるため、閉鎖形断面形状の鋼材も使用可能である。その場合、各区間における降伏耐力の調整のために少なくとも一部が開放形断面になることもある。
【００３３】
既存構造部材３に併設される複数本の補強部材４、４は軸方向に互いに距離を置いて並列する主構造部材１、１間に架設されることで、主構造部材１、１間の相対変形時には主構造部材１寄りの補強部材４の主構造部材１への接合部が主構造部材１とのなす角度を保ったまま、前記のように主構造部材１の変形に追従しようとする。但し、隣接する補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５が跨設されていることで、補強部材４の弾塑性ダンパー５側の端部は弾塑性ダンパー５に引き寄せられようとするため、主構造部材１寄りの補強部材４は片持ち梁として弾塑性ダンパー５から集中荷重を成方向に受け、全長が曲げモーメントとせん断力を負担する。主構造部材１寄りの補強部材４以外の補強部材４は両端固定梁として軸方向両側の端部において弾塑性ダンパー５からせん断力と曲げモーメントを受ける。
【００３４】
この関係で、補強部材４の軸方向には主構造部材１との接合部付近に生じる曲げモーメントが最大になる傾向があり、補強部材４が軸方向に一様な断面形状をしている場合には、断面係数が軸方向に一定であるため、補強部材４の主構造部材１寄りの端部における曲げ応力度が最大になり、この端部に降伏が生じる可能性がないとは言えない。補強部材４の主構造部材１寄りの端部の降伏が弾塑性ダンパー５の降伏に先行することになれば、弾塑性ダンパー５の機能が十分に生かされない可能性がある。そこで、補強部材４の端部に降伏が生じないようにする上では、軸方向に互いに距離を置いて配置される複数本の補強部材４、４の内、主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きく設定されることが適切である（請求項２）。
【００３５】
「主構造部材１側に位置する補強部材」は、隣接する主構造部材１、１間に架設される補強部材４の本数が２本の場合には主構造部材１から片持ち梁状態で張り出す各補強部材４を指し、３本以上の場合も主構造部材１側に位置し、片持ち梁になる２本の補強部材４、４を指す。請求項２における「主構造部材１寄りの端部」と「軸方向中間部寄りの端部」は主構造部材１側に位置する同一の補強部材４の両側の端部を指している。
【００３６】
「主構造部材側に位置する補強部材の主構造部材寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きい」とは、主構造部材１側に位置する補強部材４が平等強さの梁のように曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることを言う。但し、補強部材４の主構造部材１寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きければよく、図１に示すように主構造部材１寄りの端部を除く中間部寄りの端部以外の断面二次モーメントは中間部寄りの端部の断面二次モーメントと同等程度でもよいから、補強部材４全体が平等強さの梁である必要はない。
【００３７】
補強部材４の本数が３本以上の場合、中間部側に位置する補強部材４は軸方向の両端間に弾塑性ダンパー５、５から曲げモーメントを受けることで、前記のように両端固定梁の状態になる。このため、片持ち梁になる主構造部材１側の補強部材４とは曲げモーメントの分布が異なるが、主構造部材１側に位置する補強部材４と同様に平等強さの梁のように曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることで、軸方向のいずれかの部分における降伏の発生の可能性はなくなる。「曲げモーメント分布に対応した立面形状」は補強部材４の成（高さ）を軸方向に変化させた場合であり、補強部材４の幅、または成と幅を軸方向に変化させて断面二次モーメントを軸方向に変化させることもある。
【００３８】
結局、主構造部材１、１間に架設される本数に拘わらず、全補強部材４が各補強部材４の軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状、あるいは軸方向に変化する断面形状に形成されることで、全補強部材４の軸方向のいずれかに降伏が生じる事態が回避されることになる。「断面形状が軸方向に変化する」とは、前記のように補強部材４の幅、または成と幅が軸方向に変化することを意味し、補強部材４が曲げモーメント分布に対応した立体形状をすることになる。
【００３９】
請求項２では主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１寄りの端部の断面二次モーメント（断面係数）が軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメント（断面係数）より大きいことで、補強部材４の主構造部材１寄りの端部の曲げ応力度が低下するため、この端部は弾塑性ダンパー５から受ける曲げモーメントによっては降伏しにくくなる。主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１寄りの端部における曲げ応力度が低下することで、軸方向中間部寄りの端部における曲げ応力度は主構造部材１寄りの端部における曲げ応力度より相対的に大きくなるため、補強部材４、４間に跨設された弾塑性ダンパー５の両接合部５２、５２間にせん断力を集中させ易くなり、弾塑性ダンパー５を補強部材４に先行して確実に降伏させることが可能になる。
【００４０】
請求項２で言う「断面二次モーメント」は補強部材４の断面形状が成方向に一様でない場合を含めた表現であるが、補強部材４が成方向に一様な断面形状である場合には、請求項２は例えば「主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１寄りの端部の成が軸方向の中間部寄りの端部の成より大きい」と言い換えられる。「成」はせん断変形の方向の高さである。「成方向に一様な断面形状でない」とは、例えば補強部材がＨ形鋼である場合に、ウェブにリブが突設されているようなことを言う。
【００４１】
補強部材４は既存構造部材３の幅方向に併設されることで、既存構造部材３と補強部材４が互いに独立した状態で主構造部材１に接合されているか否かに拘わらず、主構造部材１を含むフレーム２の構面外方向（既存構造部材３の幅方向）の水平力の作用時にも既存構造部材３と補強部材４が対になって水平力に抵抗することが可能である。この場合、既存構造部材３と補強部材４のフランジが構面外方向の水平力によるせん断力を負担し、既存構造部材３と補強部材４のウェブが曲げモーメントを負担することになる。
【００４２】
上記のように隣接する補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５が跨設される区間は、隣接する主構造部材１、１間に複数本の補強部材４が連続的に架設され、補強部材４が連続したときの全長内で曲げ応力度が大きくなる区間になるように補強部材４の断面二次モーメントが調整される。一方、既存構造部材３における除去部分３２が形成される一部区間３１は既存構造部材３の全長内で他の区間に先行して降伏を生じさせようとする区間であるから、主構造部材１（フレーム２）の立面上、あるいは既存構造部材３と補強部材４を幅方向に重ねて見たときに、補強部材４を連結する弾塑性ダンパー５の位置と既存構造部材３の一部区間３１の位置が軸方向に相違していれば、既存構造部材３の内、降伏を生じない一部区間３１以外の区間が弾塑性ダンパー５が降伏しようとするときに抵抗力を発揮し、弾塑性ダンパー５の降伏を阻害する可能性がある。
【００４３】
そこで、隣接する補強部材４、４を連結する弾塑性ダンパー５の降伏を補強部材４に併設される既存構造部材３が阻害せず、弾塑性ダンパー５の降伏を生じさせ易くする上では、並列する主構造部材１、１の立面上、既存構造部材３の一部区間３１が軸方向に隣接する補強部材４、４間に跨設される弾塑性ダンパー５の設置位置に対応していることが合理的である（請求項３）。「対応している」とは、隣接する主構造部材１、１間の区間における弾塑性ダンパー５の設置数と既存構造部材３の一部区間３１の形成数が同一であり、補強部材４の軸方向の弾塑性ダンパー５の配置位置と既存構造部材３の一部区間３１の形成位置が立面上、合致していることを言う。但し、補強部材４の軸方向の弾塑性ダンパー５の長さと既存構造部材３の一部区間３１の長さが一致している必要はない。
【００４４】
既存構造部材３の一部区間３１が軸方向に隣接する補強部材４、４間に跨設される弾塑性ダンパー５の設置位置に対応していることで、弾塑性ダンパー５を降伏させようとする曲げモーメントが補強部材４、４の端部に作用したときに既存構造部材３が抵抗力を発揮する可能性が低下するため、弾塑性ダンパー５の降伏が阻害されることがなく、弾塑性ダンパー５の降伏を誘発させ、弾塑性ダンパー５にエネルギ吸収能力を効率的に発揮させることが可能になる。
【発明の効果】
【００４５】
既存構造部材に作用するせん断力の作用面に直交する方向に、既存構造部材に沿い、複数本の補強部材を互いに距離を置いて配置して各主構造部材に接合し、距離を置いた補強部材間にせん断降伏し得る弾塑性ダンパーを跨って設置するため、既存構造部材の一部に弾塑性ダンパーを組み込む場合のように既存構造部材を分断させる必要がなくなる。従って既存構造部材を軸方向に連続させた１本の構造部材として利用することができるため、、既存構造部材の軸方向の一部に降伏耐力の低下した部分を形成することで、この一部の区間を降伏させ、既存構造部材に塑性変形能力を発揮させることができる。
【００４６】
この結果、既存構造部材のいずれかの区間の曲げ応力度の大きさに応じて断面係数を調整することで、降伏の発生箇所を自由に設定することが可能になり、短期荷重時に曲げモーメントが最大になる既存構造部材の主構造部材寄りの端部に応力と変形が集中することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】既存構造部材の幅方向片側に補強部材を併設し、隣接する補強部材間に弾塑性ダンパーを跨設した様子を示した立面図である。
【図２】図１のｘ−ｘ線断面図である。
【図３】図２のｙ−ｙ線断面図である。
【図４】図１に示す既存構造部材における除去部分を示した立面図である。
【図５】（ａ）は既存構造部材が隣接する柱間に架設された梁である場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図、（ｂ）は既存構造部材が隣接する梁間に架設された間柱である場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図、（ｃ）は既存構造部材が、隣接する梁間に架設されたブレースと梁間に跨って設置されたブラケットである場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図である。
【図６】（ａ）は既存構造部材が隣接する柱間に架設された梁であり、補強部材が軸方向に３本に区分された場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図、（ｂ）は既存構造部材が隣接する梁間に架設された間柱であり、補強部材が軸方向に３本に区分された場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図、（ｃ）は既存構造部材が隣接する梁間に架設された間柱であり、補強部材が軸方向に４本に区分された場合の補強部材と弾塑性ダンパーの設置状態を示した立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１〜図３は並列する柱等の主構造部材１、１間に架設された、主構造部材１、１を含む構面（フレーム２）の面内方向にせん断変形し得る既存構造部材３の幅方向に弾塑性ダンパー５を設置するための複数本の補強部材４、４を軸方向に互いに距離を置いて配置し、この軸方向に距離を置いた補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５を跨設した様子を示す。「既存構造部材３の幅方向」は主構造部材１、１を含む構面の面外方向であり、主構造部材１、１が構面内方向に相対変形を生じたときに既存構造部材３に作用するせん断力の作用方向に直交する方向を言う。図１〜図３は主構造部材１が柱で、既存構造部材３が梁である場合の例を示している。
【００４９】
図面では主構造部材１に角形鋼管を使用し、既存構造部材３と補強部材４にＨ形鋼を使用しているが、主構造部材１と既存構造部材３、及び補強部材４の構造種別は問われず、断面形状も問われない。複数本の補強部材４の内、軸方向の両側に位置する補強部材４、４はそれぞれの側に位置する主構造部材１、１に接合される。図中、７は既存構造部材３に支持されるスラブを示す。
【００５０】
既存構造部材３は元々、軸方向の両端部において主構造部材１、１に剛に接合されていることで、主構造部材１、１間の、構面内の相対変形時に両端部を除く中間部においてせん断変形しようとする。既存構造部材３のせん断変形の方向は既存構造部材３の成方向、すなわちせん断力と曲げモーメントの作用方向である。
【００５１】
補強部材４は既存構造部材３のせん断変形の方向に直交する方向である幅方向の少なくとも片側に、既存構造部材３に平行に配置される。補強部材４は少なくとも２本で組になって隣接する主構造部材１、１間に架設され、主構造部材１側の端部において主構造部材１に剛に接合される。軸方向に隣接する補強部材４、４間には弾塑性ダンパー５の設置のための距離が確保され、この距離を置いて対向する補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５が跨設され、各補強部材４にボルト６や溶接等により剛に接合される。
【００５２】
弾塑性ダンパー５はフレーム２の構面内方向に主構造部材１、１間に相対変形が生じたときにせん断力、またはせん断力と曲げモーメントを負担し、せん断力、またはせん断力と曲げモーメントによって塑性変形する塑性変形部５１を少なくとも持ち、補強部材４にボルト６により接合される場合には塑性変形部５１のせん断力作用方向に直交する方向の両側に補強部材４に接合されるための接合部５２、５２が形成される。
【００５３】
弾塑性ダンパー５は補強部材４に直接、もしくは間接的に溶接される場合には、塑性変形部５１の、せん断力作用方向に直交する方向の両側において補強部材４に溶接されるが、その場合にも塑性変形部５１の両側には溶接代が確保されるため、その溶接代は接合部５２に相当する。接合部５２が補強部材４にボルト６により接合される場合には、接合部５２に複数個のボルト６用の挿通孔が形成される。
【００５４】
図１、図５では弾塑性ダンパー５の塑性変形部５１が、両端固定梁の両側にせん断力作用方向に集中荷重が交互に作用したときに生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状をした場合の例を示しているが、塑性変形部５１の形状は任意であり、多角形状、方形状その他の、一部に曲線を含む形状である場合もある。
【００５５】
図４は図１に示す補強部材４、４の背面側に存在している既存構造部材３の軸方向の端部を除く中間部である一部区間３１を主構造部材１、１の相対変形時に降伏させるために、既存構造部材３の一部区間３１に塑性変形部３３を形成する要領を示す。一部区間３１においては成方向の一部を残し、他の部分を除去することにより残された部分が塑性変形部３３になる。図４中、ハッチングを入れた領域が除去部分３２を示している。図４は補強部材４がＨ形鋼の場合の例を示しているが、この場合、下部フランジと下部フランジに連続するウェブの一部が除去される。
【００５６】
既存構造部材３の全長の内、塑性変形部３３が形成される一部区間３１の軸方向の位置は図１、図２に示すように既存構造部材３の一部区間３１以外の区間が複数本の補強部材４、４間に跨設される弾塑性ダンパー５に生じようとする降伏を阻害しないよう、補強部材４、４間の弾塑性ダンパー５の設置位置に合致させられる。すなわち、既存構造部材３と補強部材４を幅方向に見たとき、既存構造部材３の一部区間３１（塑性変形部３３）が、既存構造部材３に併設される補強部材４、４間に跨設される弾塑性ダンパー５の位置に対応した位置に配置されるように、一部区間３１の長さと補強部材４の長さ等が設定される。図１〜図４では既存構造部材３の一部区間３１の軸方向の長さと弾塑性ダンパー５の長さが一致しているが、必ずしもその必要はない。
【００５７】
既存構造部材３の一部区間３１において成方向の一部が除去されることで、残された部分（塑性変形部３３）の成方向（面内方向）の剛性が一部区間３１以外の区間の剛性より低下するため、一部区間３１の残存部分が成方向のせん断力と曲げモーメントを受けたときにせん断変形し易い状態にあり、せん断変形により塑性変形可能な塑性変形部３３になる。一部区間３１は図４に示すように既存構造部材３の軸方向には除去部分３２の両端を結ぶ区間になる。除去部分３２の形成時には除去部分３２の隅角部はその周辺の残存部分に応力の集中が生じないよう、曲線状に除去される。
【００５８】
隣接する主構造部材１、１間に互いに距離を置いて架設される複数本の補強部材４、４は主構造部材１側の端部において主構造部材１に剛に接合される。隣接する補強部材４、４同士も両者間に跨設され、剛に接合される弾塑性ダンパー５を介して互いに接合されることで、複数本の補強部材４、４は１本の連続した部材として主構造部材１、１間に架設された状態になる。
【００５９】
主構造部材１、１間に架設される補強部材４が図１、図５に示すように２本の場合、各補強部材４は主構造部材１から張り出した片持ち梁になり、図６に示すように３本以上の場合も、主構造部材１側に位置する補強部材４は片持ち梁になる。主構造部材１、１間の架設本数が３本以上の場合の、軸方向中間部側に位置する（主構造部材１側以外の）補強部材４は軸方向の両側（両端部）に剛に接合される弾塑性ダンパー５、５から材軸に直交する方向の曲げモーメントを受けるため、両端固定梁として挙動する。
【００６０】
この関係で、フレーム２への水平力の作用（短期荷重）による主構造部材１、１間の相対変形時には、主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１側の端部の曲げモーメントが最大になる。このときの補強部材４の主構造部材１側の端部が曲げモーメントによって降伏することになれば、弾塑性ダンパー５の降伏を先行させることができないため、弾塑性ダンパー５の降伏前に補強部材４のいずれかの部分に降伏が生じないようにする必要がある。
【００６１】
そこで、軸方向に互いに距離を置いて配置される複数本の補強部材４、４の内、主構造部材１側に位置する補強部材４の主構造部材１寄りの端部の断面二次モーメントが、同じ補強部材４の軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きくなるように、補強部材４の立面形状や断面形状が設定される。このことは、補強部材４が軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることでもある。
【００６２】
主構造部材１、１間に架設される補強部材４が３本以上の場合、主構造部材１側以外の補強部材４は上記のように両端固定梁として挙動するため、図６に示すように主構造部材１側に位置する補強部材４と同様に軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応し、軸方向の両端部の断面二次モーメントが中央部の断面二次モーメントより大きくなる立面形状等に形成される。このように隣接する主構造部材１、１間に架設される補強部材４の本数に拘わらず、全補強部材４が軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることで、軸方向のいずれの部分にも降伏の発生の可能性がなくなる。
【００６３】
図１、図５−（ａ）〜（ｃ）は主構造部材１、１間に２本の補強部材４、４が架設され、両補強部材４、４間に弾塑性ダンパー５が跨設された場合の例を示す。これらの場合、各補強部材４は主構造部材１側の端部において主構造部材１に剛に接合されることで、弾塑性ダンパー５から受けるせん断力と曲げモーメントに対して片持ち梁として挙動するため、各補強部材４の主構造部材１側の端部の断面二次モーメントが弾塑性ダンパー５側の端部の断面二次モーメントより大きくなるように補強部材４の立面形状、または断面形状が調整される。図１では補強部材４の全長を軸方向に３区間に区分し、弾塑性ダンパー５側の区間の成（高さ）を一定にし、主構造部材１寄りの区間と中間の区間のそれぞれの成が弾塑性ダンパー５側から主構造部材１側へ次第に拡大し、主構造部材１寄りの区間の成が弾塑性ダンパー５寄りの区間の成以上になるような立面形状に補強部材４を形成している。
【００６４】
図５−（ａ）は図１と同じく、主構造部材１、１が柱で、既存構造部材３が梁である場合に、補強部材４の成が弾塑性ダンパー５側から主構造部材１側へ次第に拡大する立面形状に補強部材４を形成した場合である。（ｂ）は主構造部材１、１が梁で、既存構造部材３が梁間に架設された間柱である場合に、補強部材４の成が弾塑性ダンパー５側から主構造部材１側へ次第に拡大する立面形状に補強部材４を形成した場合、（ｃ）は一方の主構造部材１がブレースで、他方の主構造部材１が梁であり、既存構造部材３がブレースと梁間に跨設されるブラケットである場合に、補強部材４の成が弾塑性ダンパー５側から主構造部材１側へ次第に拡大する立面形状に補強部材４を形成した場合である。
【００６５】
図５−（ａ）では図１〜図４に示す例と同様、既存構造部材３の軸方向中間部の、弾塑性ダンパー５の設置位置に対応した位置に一部区間３１（除去部分３２、または塑性変形部３３）を配置している。図５−（ｂ）、（ｃ）では既存構造部材３が（ａ）の既存構造部材３と相違するが、これらにおいても既存構造部材３の軸方向中間部の、弾塑性ダンパー５の設置位置に対応した位置に一部区間３１を配置している。但し、既存構造部材３は（ａ）の場合と異なり、スラブ７を支持する必要がないため、一部区間３１においては既存構造部材３の成方向両側に除去部分３２、３２を形成し、成方向中間部に塑性変形部３３を形成している。図５−（ｂ）、（ｃ）において既存構造部材３がＨ形断面の場合、フランジとウェブの一部を含む成方向の両側から除去部分３２が形成されるため、残存部分である塑性変形部３３はウェブに形成される。
【００６６】
図６−（ａ）〜（ｃ）は隣接する主構造部材１、１間に架設される補強部材４が３本以上である場合の、補強部材４の形状例と既存構造部材３への塑性変形部３３の形成例を示す。（ａ）は主構造部材１、１が柱で、既存構造部材３が梁である場合に、主構造部材１、１間に３本の補強部材４を架設した場合である。（ｂ）、（ｃ）は主構造部材１、１が梁で、既存構造部材３が間柱である場合に、主構造部材１、１間に３本、もしくは４本の補強部材４を架設した場合である。図６では弾塑性ダンパー５を方形状に簡略化して示している。図６−（ｂ）、（ｃ）では既存構造部材３が間柱である点で、図５−（ｂ）と共通するため、既存構造部材３には成方向の両側から除去部分３２が形成され、一部区間３１において残されたウェブが塑性変形部３３になる。
【００６７】
主構造部材１、１間に３本以上の補強部材４が架設される場合、補強部材４の軸方向の両側に位置する補強部材４は主構造部材１に剛に接合されて片持ち梁になる。このため、図５に示す例の補強部材４と同様に、その補強部材４の主構造部材１側の端部の断面二次モーメントが弾塑性ダンパー５側の端部の断面二次モーメントより大きくなるように補強部材４の立面形状、または断面形状を含む立体形状が調整される。
【００６８】
軸方向の中間部に位置する補強部材４は軸方向の両端部において弾塑性ダンパー５、５に剛に接合されることで、両端固定梁として挙動しようとするため、補強部材４の形状は前記のように軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応し、例えば図示するように軸方向両端部の断面二次モーメント（成）が中央部の断面二次モーメント（成）より大きくなるように調整される。図６−（ａ）〜（ｃ）では軸方向の中間部に位置する補強部材４の両端部の成が軸方向の両側に位置する補強部材４の両端部の成と等しくなっているが、両側の補強部材４の両端部の成より大きい場合も小さい場合もある。
【符号の説明】
【００６９】
１……主構造部材、２……フレーム、
３……既存構造部材、３１……一部区間、３２……除去部分、３３……塑性変形部、
４……補強部材、
５……弾塑性ダンパー、５１……塑性変形部、５２……接合部、６……ボルト、
７……スラブ。
【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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