(57)【要約】【課題】所望のダンパー耐力を確保しつつ、細く、軽量にすることができ、且つ製作が容易で低コストにすることが可能なブレースダンパーを提供する。【解決手段】芯材１と、芯材１の座屈を防止するための座屈拘束材２と、芯材１と座屈拘束材２の間に配設される絶縁材３とを備える。また、芯材１は、軸線Ｏ１方向に沿って延設され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部４と、軸線Ｏ１方向両端部側にそれぞれ設けられ、建物の架構に接続するための一対の接合部５、６とを備える。座屈拘束材２は、芯材１及び絶縁材３を挟み込むように積層配置され、芯材１の塑性化部４の面外変形を拘束する一対の面外拘束材１４と、一対の面外拘束材１４に連結して架設され、且つ一対の面外拘束材１４とともに芯材１を囲繞するように配設され、芯材１の塑性化部４の面内変形を拘束する一対の面内拘束材１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、前記芯材の座屈を防止するための座屈拘束材と、前記芯材と前記座屈拘束材の間に配設される絶縁材とを備え、
前記芯材が、軸線方向に沿って延設され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部と、軸線方向両端部側にそれぞれ設けられ、建物の架構に接続するための一対の接合部とを備え、
前記座屈拘束材が、前記芯材及び前記絶縁材を挟み込むように積層配置され、前記芯材の塑性化部の面外変形を拘束する一対の面外拘束材と、前記一対の面外拘束材に連結して架設され、且つ前記一対の面外拘束材とともに前記芯材を囲繞するように配設され、前記芯材の塑性化部の面内変形を拘束する一対の面内拘束材とを備えて構成されていることを特徴とするブレースダンパー。
【請求項２】
請求項１記載のブレースダンパーにおいて、
前記一対の面外拘束材に接続し、前記一対の面外拘束材と前記芯材と前記絶縁材を挟み込むように配設され、全体曲げ剛性を高める一対の全体曲げ補剛材を備えていることを特徴とするブレースダンパー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のブレースダンパーにおいて、
前記芯材の接合部が、前記塑性化部よりも幅寸法を大きくした拡張部と、前記拡張部の幅方向両端部側にそれぞれ一面を接合して配設される平板状の一対のフランジ部とを備えて断面Ｈ形に形成されていることを特徴とするブレースダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の架構内に架設して建物に作用した振動エネルギーを減衰させるためのブレースダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震や強風等の外乱によって建物に作用した振動エネルギーを吸収して減衰させ、建物に制振性能を付与するために、建物の架構内にブレースダンパーを架設することが行われている。
【０００３】
そして、この種のブレースダンパーの一つとして、エネルギー吸収能力に優れた鋼材を芯材として用い、芯材を囲繞するように補剛材を設けて構成した座屈拘束ブレースダンパーが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
この座屈拘束ブレースダンパーにおいては、ブレースの軸方向に作用した外力（地震エネルギーなどの振動エネルギー）を芯材の塑性変形によって吸収するとともに、補剛材によって芯材の座屈を防止し芯材を効率よく塑性変形させることができる。これにより、優れた制振性能を発揮し、建物の耐振性能を効果的に向上させることができる。さらに、小さい変形から振動エネルギーを吸収でき、コンパクト、軽量、低コストで、メンテナンスフリーにすることができるなど、多くの利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９６５４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６９０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、近年、巨大地震の発生の可能性が高まり、建物に装着するブレースダンパーの１本（１基）あたりの耐力を大きくする傾向がある。これに対し、座屈拘束ブレースダンパーにおいては、ダンパー耐力を大きくするためには、芯材の断面積を大きくする必要がある。また、ダンパーの耐力が大きくなると、芯材の座屈を拘束するために必要な補剛力も大きくなり、補剛材の剛性も大きくする必要が生じる。これにより、ダンパー全体の外形が大きくなり、重量の増加、コストアップを招くという不都合が生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、所望のダンパー耐力を確保しつつ、細く、軽量にすることができ、且つ製作が容易で低コストにすることが可能なブレースダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明のブレースダンパーは、芯材と、前記芯材の座屈を防止するための座屈拘束材と、前記芯材と前記座屈拘束材の間に配設される絶縁材とを備え、前記芯材が、軸線方向に沿って延設され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部と、軸線方向両端部側にそれぞれ設けられ、建物の架構に接続するための一対の接合部とを備え、前記座屈拘束材が、前記芯材及び前記絶縁材を挟み込むように積層配置され、前記芯材の塑性化部の面外変形を拘束する一対の面外拘束材と、前記一対の面外拘束材に連結して架設され、且つ前記一対の面外拘束材とともに前記芯材を囲繞するように配設され、前記芯材の塑性化部の面内変形を拘束する一対の面内拘束材とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のブレースダンパーにおいては、前記一対の面外拘束材に接続し、前記一対の面外拘束材と前記芯材と前記絶縁材を挟み込むように配設され、全体曲げ剛性を高める一対の全体曲げ補剛材を備えていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明のブレースダンパーにおいては、前記芯材の接合部が、前記塑性化部よりも幅寸法を大きくした拡張部と、前記拡張部の幅方向両端部側にそれぞれ一面を接合して配設される平板状の一対のフランジ部とを備えて断面Ｈ形に形成されていることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブレースダンパーにおいては、高耐力ダンパーでありながら、全体として細く、軽量で、製作が容易な低コストの座屈拘束ダンパーを実現することができる。
【００１３】
また、本発明の構成を採用し、座屈拘束材の各部材の寸法、強度を適切に設計することにより、芯材の座屈で発生する面外補剛力、面内補剛力、及びダンパーの全体座屈に対応することができ、高耐力ダンパーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るブレースダンパー（座屈拘束ブレースダンパー）を示す正面図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の一実施形態に係るブレースダンパー（座屈拘束ブレースダンパー）を示す上面図である。
【図３】図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図４】図１のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図５】図１のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るブレースダンパーの芯材を正面図である。
【図７】図６のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の一実施形態に係るブレースダンパーの芯材を示す上面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るブレースダンパー（座屈拘束ブレースダンパー）の変更例を示す正面図である。
【図９】図８のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１０】図８のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１１】図８のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図１２】図８のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【図１３】図８のブレースダンパーの芯材を示す正面図である。
【図１４】図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るブレースダンパー（座屈拘束ブレースダンパー）の変更例を示す正面図である。
【図１６】図１５のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図１７】図１５のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図１８】図１５のＸ３−Ｘ３線矢視図である。
【図１９】図１５のＸ４−Ｘ４線矢視図である。
【図２０】図１５のブレースダンパーの芯材を示す正面図である。
【図２１】図２０のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態に係るブレースダンパーについて説明する。本実施形態は、例えば地震時に建物に作用した振動エネルギーを吸収して減衰させ、建物の揺れを抑えるためのブレースダンパーに関するものである。
【００１６】
本実施形態のブレースダンパーＡは、座屈拘束ブレースダンパーであり、図１から図５に示すように、建物に作用した地震エネルギーなどの振動エネルギーを吸収して減衰させる芯材１と、芯材１の座屈を防止するための座屈拘束材２と、芯材１と座屈拘束材２の間に配設される絶縁材３とを備えて構成されている。
【００１７】
本実施形態の芯材１は、図６、図７（図１から図５）に示すように、ブレースダンパーＡの軸線Ｏ１方向に沿って延設されるとともに一定の幅寸法の平板状で帯状に形成され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部４と、塑性化部４の両端部側に一体に設けられ、建物の架構に取り付けたガセットプレートなどに接続して架構内にブレースダンパーＡを架設するための接合部５、６とを備えている。
【００１８】
接合部５、６は、塑性化部４から連続的に軸線Ｏ１方向外側に延設されるとともに塑性化部４に対し大きな幅寸法に拡張した形の平板状の拡張部７と、矩形平板状に形成され、拡張部７に直交させつつ拡張部７の幅方向両端部にそれぞれ一面を部分溶け込み溶接Ｓ１で一体に接合した一対のフランジ部８とを備えて断面Ｈ形に形成されている。また、各フランジ部８には、ガセットプレートなどに接合するための複数の接合ボルト挿通孔９が一面から他面に貫通して形成されている。さらに、この芯材１は、塑性化部４と拡張部７を繋ぐ計４つの段部が曲率半径Ｒの凹円弧状に形成されている。
【００１９】
また、本実施形態の芯材１は、各拡張部７の塑性化部４側に座屈拘束材接合孔１０が一面から他面に貫通して形成されている。なお、この座屈拘束材接合孔１０は、各拡張部７に複数設けてもよい。
【００２０】
また、本実施形態の芯材１は、３枚の鋼板を一体に積層して形成されており、中央鋼板１ａの拡張部７に対して一対の外側鋼板１ｂ、１ｃの拡張部７が略半分の長さで形成され、各外側鋼板１ｂ、１ｃの端部を中央鋼板１ａに隅肉溶接Ｓ２して一体形成されている。さらに、中央鋼板１ａの拡張部７の外側鋼板１ｂ、１ｃの端部よりも軸線Ｏ１方向外側に延出した部分（座屈拘束材接合孔１０よりも軸線Ｏ１方向外側の端部側）に、ガセットプレートなどに接合するための複数の接合ボルト挿通孔１１が一面から他面に貫通して形成されている。
【００２１】
なお、芯材１は必ずしも３枚の鋼板１ａ、１ｂ、１ｃを一体に積層して形成することに限定しなくてもよく、１枚の鋼板で形成しても、複数の鋼板を一体に積層して形成しても構わない。また、塑性化部４よりも拡張部７（接合部５、６）の鋼板枚数を多くして、高接合耐力を確保するようにしてもよい。さらに、芯材１の接合部５、６を、高力ボルトを用いてガセットプレートなどに接合するものとしているが、溶接で建物の架構に接合部５、６を接合しても勿論構わない。
【００２２】
絶縁材３は、図１から図５に示すように、ゴムなどを用い、矩形平板状の帯状に形成されている。また、絶縁材３は、幅寸法を芯材１の塑性化部４の幅寸法と略同等にして形成され、軸線Ｏ１方向の長さを芯材１の塑性化部４の長さよりも大きく、芯材１全体の長さよりも小さな寸法にして形成されている。さらに、絶縁材３は、軸線Ｏ１方向両端部側にそれぞれ、一面から他面に貫通して座屈拘束材接合孔１３が形成されている。そして、一対の絶縁材３はそれぞれ、芯材１と互いの座屈拘束材接合孔１０、１１を連通させつつ面接触させ、芯材１に一体に積層して配設されている。
【００２３】
座屈拘束材２は、図１から図４に示すように、芯材１の一面側と他面側にそれぞれ積層して軸線Ｏ１方向に延設され、芯材１の面外変形を拘束する一対の面外拘束材１４と、一対の面外拘束材１４の幅方向両側端部側にそれぞれ連結して架設されるとともに軸線Ｏ１方向に延設され、芯材１の面内変形を拘束する一対の面内拘束材１５と、各面外拘束材１４に一体に設けれるとともに面外拘束材１４に沿って軸線Ｏ１方向に延設され、主にブレースＡの全体曲げ剛性を高める一対の全体曲げ補剛材１６とを備えて構成されている。
【００２４】
一対の面外拘束材１４はそれぞれ、矩形平板状で帯状の同形同大の鋼板であり、幅を芯材１の塑性化部４の幅と略同等の寸法にして形成されている。また、各面外拘束材１４は、軸線Ｏ１方向の長さを芯材１の塑性化部４の長さよりも大きく、芯材１全体の長さよりも小さな寸法にして形成されている。
【００２５】
さらに、各面外拘束材１４には、軸線Ｏ１方向両端部側にそれぞれ、一面から他面に貫通し芯材１の一対の座屈拘束材接合孔１０にそれぞれ連通する一対の座屈拘束材接合孔２１、１７が設けられている。また、図１に示すように、各面外拘束材１４の一方の座屈拘束材接合孔２１は丸孔として形成され、他方の座屈拘束材接合孔１７は軸線Ｏ１方向に延びる長孔として形成されている。
【００２６】
そして、これら一対の面外拘束材１４は、芯材１と一対の絶縁材３を挟み込むように芯材１の一面側と他面側にそれぞれ積層して配設され、軸線Ｏ１方向一端部側の丸孔の座屈拘束材接合孔２１を芯材１及び絶縁材３の座屈拘束材接合孔１０、１３に連通させ、他端部側の長孔の座屈拘束材接合孔１７を芯材１及び絶縁材３の座屈拘束材接合孔１０、１３に連通させて配設されている。また、各面外拘束材１４は、座屈拘束材接合孔１０、１３、２１、１７に綴りボルトなどの接合ボルト１９を挿通し、ナットを締結することによって、芯材１に接合されている。このとき、各面外拘束材１４は、建物の架構にブレースダンパーＡを設置する段階で、他端部側の長孔の座屈拘束材接合孔１７の軸線Ｏ１方向略中央にボルト１９を挿通して芯材１に接続されている。
【００２７】
一対の面内拘束材１５はそれぞれ、矩形平板状で帯状の同形同大の鋼板であり、軸線Ｏ１方向の長さを芯材１の塑性化部４の長さよりも短くして形成されている。また、一対の面外拘束材１４の幅方向一側端部側に一方の面内拘束材１５、他側端部側に他方の面内拘束材１５が配設されている。そして、各面内拘束材１５が、一対の面外拘束材１４の側端部同士を連接するように、且つ芯材１の面外及び面外拘束材１４の面外に発生する補剛力に対して十分な強度を有するように、隅肉溶接Ｓ３で接続して架設されている。
【００２８】
これにより、本実施形態のブレースダンパーＡにおいては、一対の面外拘束材１４と一対の面内拘束材１５によって座屈拘束材２が箱状に形成され、これら一対の面外拘束材１４と一対の面内拘束材１５の内部に芯材１及び絶縁材３を収容して面外拘束材１４と面内拘束材１５で囲繞するように形成されている。
【００２９】
また、一対の面内拘束材１５は、芯材１の一端部側の一方の接合部６と塑性化部４の境界部分と軸線Ｏ１方向の略同位置に、その一端部が配され、芯材１の他端部側の他方の接合部５と塑性化部４の境界部分と軸線Ｏ１方向に所定の間隔ｔ１をあけて、その他端部が配されている。
【００３０】
そして、面内拘束材１５の他端部と、芯材１の他端部側の他方の接合部６と塑性化部４の境界部分との間の間隔寸法ｔ１は、予め設定したブレースダンパーＡの圧縮時最大変位量とし、面外拘束材１４の長孔１７の一端部側の孔端と接合ボルト１９の間隔ｔ１と同等になるように設置されている。また、面外拘束材１４の長孔１７の他端部側の孔端と接合ボルト１９の間隔ｔ２は、予め設定したブレースダンパーＡの引張時最大変位量と同等になるように設定されている。
【００３１】
一対の全体曲げ補剛材１６は、図１から図４に示すように、それぞれ、ウェブと一対のフランジを備えた溝形鋼であり、幅を面外拘束材１４の幅よりも僅かに小さな寸法にして形成されている。また、各全体曲げ補剛材１６は、軸線Ｏ１方向の長さを面外拘束材１４の長さと略同等にして形成されている。
【００３２】
これら一対の全体曲げ補剛材１６は、芯材１、一対の絶縁材３、一対の面外拘束材１４を挟み込むように、一方の面外拘束材１４側と他方の面外拘束材１４側にそれぞれ配設されるとともに軸線Ｏ１方向に延設されている。また、各全体曲げ補剛材１６は、座屈拘束材２の全体座屈曲げで発生するせん断力に対して十分な強度を有するように、一対のフランジの端部を隅肉溶接Ｓ４で面外拘束材１４に接合して一体に配設されている。さらに、各全体曲げ補剛材１６の両端部側のウェブには、ハンドホール２０が貫通形成されており、このハンドホール２０を通じてソケットレンチなどの回転工具を挿入し、接合ボルト１９、ナットを操作できるようになっている。
【００３３】
そして、上記構成からなる本実施形態のブレースダンパーＡにおいては、振動エネルギーが建物の架構から作用した際に、このブレースＡの軸線Ｏ１方向に作用した外力（地震エネルギーなどの振動エネルギー）を芯材１の塑性化部４が塑性変形することによって吸収する。
【００３４】
このとき、座屈拘束材２の一対の面外拘束材１４と一対の面内拘束材１５によって芯材１が囲繞されている。また、面外拘束材１４が芯材１の塑性化部４よりも長く形成され、両端部側の芯材１の拡張部７（接合部５、６）の接合ボルト１９で面外方向の開きが抑止されている。さらに、接合ボルト１９によって座屈拘束材２が芯材１に接続されているため、ブレースＡの軸線Ｏ１方向の変形によって座屈拘束材２が軸線Ｏ１方向に移動することが防止され、且つ確実に両端部で面外方向に座屈拘束材２が開くことが防止される。
【００３５】
これにより、芯材１の面外変形、面内変形が拘束され、芯材１の座屈を防止し芯材１を効率よく塑性変形させることができる。
【００３６】
また、面内拘束材１５の長さが芯材１の塑性化部４の長さよりも短く形成されていることで、芯材１の塑性化部４が変形し、ブレースＡ全体に伸縮が生じた際に芯材１の拡張部７と面内拘束材１５の干渉を避けることができる。
【００３７】
さらに、絶縁材３が芯材１の塑性化部４と面外拘束材１４の間に介装されていることで、芯材１と面外拘束材１４の間に働く摩擦力を低減することができる。また、適度な摩擦力を芯材１と面外拘束材１４の間に働かせることができ、この摩擦力で座屈拘束材２に発生する軸線Ｏ１方向の圧縮力を低減することもできる。
【００３８】
よって、本実施形態のブレースダンパーＡにおいては、優れた制振性能が発揮され、建物の耐振性能を効果的に向上させることができる。
【００３９】
そして、このような本実施形態のブレースダンパーＡにおいては、芯材１が塑性化部４だけでなく両端部側に接合部５、６（拡張部７）を一体に備えて構成され、座屈拘束材２が鋼板からなる面外拘束材１４及び面内拘束材１５と、溝形鋼の全体曲げ補剛材１６と、ゴム板などの絶縁材３で構成され、現場溶接やボルト接合で一体に形成される。
【００４０】
これにより、高耐力ダンパーでありながら、全体として細く、軽量で、製作が容易な低コストの座屈拘束ダンパーを実現することができる。
【００４１】
また、本実施形態のように座屈拘束材２の各部材の寸法、強度を適切に設計することで、確実に、芯材１の座屈で発生する面外補剛力、面内補剛力、及びダンパーＡの全体座屈に対応することができ、高耐力ダンパーを実現することができる。
【００４２】
以上、本発明に係るブレースダンパーの一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４３】
例えば、本実施形態では、面外拘束材１４に長孔の座屈拘束材接合孔１７が形成されているものとしたが、芯材１の座屈拘束材接合孔１０を長孔とし、面外拘束材１４の座屈拘束材接合孔１７を丸孔としてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、面内拘束材１５をそれぞれ、面外拘束材１４の端部に隅肉溶接Ｓ４で接合して箱型の座屈拘束材２が形成されているものとした。これに対し、図８から図１４に示すように、一対の面外拘束材１４の端部側の間に面内拘束材１５を介装しつつ、面内拘束材１５を面外拘束材に溶接して座屈拘束材２を構成するようにしてもよい。この場合においては、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になるとともに、面内拘束材１５が面外拘束材１４の内側に納まるため、さらなるコンパクト化を図ることができ、また外観をよくすることができる。
【００４５】
さらに、図１５から図２１に示すように、面外拘束材１４と面内拘束材１５をボルト接合してもよい。この場合には、座屈拘束材２をボルトの着脱によって容易に組立て、分解することができる。また、地震などを受けて塑性化部４が変形した後、ボルトを取り外して座屈拘束材２を分解し、この取り外した座屈拘束材２を新たな芯材１に取り付けて流用することができる。これにより、さらなる低コスト化を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【００４６】
１      芯材
１ａ    中央鋼板
１ｂ    外側鋼板
１ｃ    外側鋼板
２      座屈拘束材
３      絶縁材
４      塑性化部
５      接合部
６      接合部
７      拡張部
８      フランジ部
９      接合ボルト挿通孔
１０    座屈拘束材接合孔
１１    接合ボルト挿通孔
１３    座屈拘束材接合孔
１４    面外拘束材
１５    面内拘束材
１６    全体曲げ補剛材
１７    長孔の座屈拘束材接合孔
１９    接合ボルト
２０    ハンドホール
２１    座屈拘束材接合孔
Ａ      ブレースダンパー
Ｏ１    軸線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015224451.tif 000018
【図１７】
2015224451.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2015224451.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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