(57)【要約】【課題】２度目の揺れに対しても制振効果を奏する筋交い、及びこれを備えた制振構造を得る。【解決手段】積層ゴム６０の引張特性として、初期のひずみ領域では、ひずみ量に応じて発生応力が高くなり、その後のひずみ領域では、ひずみ量が増えても発生応力がそれ程高くならない。筋交い２０に積層ゴム６０を設けることで、揺れが小さい場合は、積層ゴム６０の伸び量に応じて応力が発生するため、揺れを効率良く抑制することができ、揺れが大きい場合は、積層ゴム６０の伸び量は多くなるが、伸びても発生応力がそれ程高くならないため、筋交い２０の塑性変形が防止されると共に、筋交い２０と構造部材１４の結合部に大きな力が作用するのを防止することができる。このため、筋交い２０と構造部材１４の結合が維持され、２度目の揺れに対しても制振効果を奏する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の縦材と一対の横材とで構築される矩形状の構造部材の対角線上に設けられる筋交いであって、
剛性を有する硬質層と粘弾性的性質を有する軟質層とをそれぞれ複数個、交互に積層した複合積層部材が少なくとも一部に備えられることを特徴した筋交い。
【請求項２】
前記筋交いの中央部に前記複合積層部材が備えられることを特徴とする請求項１記載の筋交い。
【請求項３】
前記筋交いの両端部に前記複合積層部材が備えられることを特徴とする請求項１記載の筋交い。
【請求項４】
前記筋交いの全部が前記複合積層部材であることを特徴とした請求項１記載の筋交い。
【請求項５】
前記複合積層部材は、回転可能に軸支部で軸支されていることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の筋交い。
【請求項６】
前記構造部材に回転可能に回動部で軸支されていることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の筋交い。
【請求項７】
前記複合積層部材に積層された前記軟質層は、高減衰ゴムにより成形されることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載された筋交い。
【請求項８】
一対の縦材と一対の横材を連結して構成され、構造物を構築する矩形状の構造部材と、
矩形状の前記構造部材の対角線上に設けられる請求項１乃至７何れか１項記載の筋交いと、
を備えることを特徴とした制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の揺れを抑える筋交い、及びこの筋交いを備えた制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震時に構造物の構造部材へ作用する揺れを抑制させる技術には、例えば、油圧ダンパー等を用いて、揺れの運動エネルギーを熱エネルギーに変えることで、構造部材の揺れを抑制する技術がある。
【０００３】
例えば、一対の柱と一対の梁が矩形状に組み合われ、さらに、矩形状の構造部材の対角線上に筋交いが取付けられる構造において、上側の梁と下側の梁に夫々ブラケットを取り付け、このブラケットをリンクで結合する。そしてこのリンクに油圧ダンパーを取り付け、リンクの動きを油圧ダンパーで抑えることで、上側の梁と下側の梁の相対移動を防止し、構造部材の揺れを抑制する制振構造が提案されている。（特許文献１）
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、揺れが大きい場合は、矩形状の構造部材が菱形状に変形し、筋交いに圧縮又は、引張りの力が作用する。例えば、筋交いの材質が木製や金属製の場合は、弾性域の変形量が少なく、筋交いの変形が塑性域に入ってしまうと、筋交いは初期の形状に戻らなくなり、２度目の揺れに対して制振効果が期待できなくなってしまう。
【０００６】
一方、筋交いの剛性を過度に高くすると、筋交いは塑性変形しないが、筋交いと構造部材の結合部に応力が集中し、この結合部が破壊していまい、２度目の揺れに対して制振効果が期待できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮し、２度目の揺れに対しても制振効果を奏することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る筋交いは、一対の縦材と一対の横材とで構築される矩形状の構造部材の対角線上に設けられる筋交いであって、剛性を有する硬質層と粘弾性的性質を有する軟質層とをそれぞれ複数個、交互に積層した複合積層部材が少なくとも一部に備えられることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、縦材と横材とで構築される矩形状の構造部材の対角線上に設けられた筋交には、硬質層と粘弾性的性質を有する軟質層とをそれぞれ複数個、交互に積層した複合積層部材が備えられている。
【００１０】
地震の際には、横材が相対的に平行移動して縦材が傾倒することにより、筋交いには、圧縮又は引張りの力が作用する。
筋交いに圧縮又は引張りの力が作用すると、筋交いに備えられた複合積層部材が、弾性的に伸縮するため、筋交いが引っ張られることで塑性変形するのを防止することができる。
【００１１】
ここで、この複合積層部材の伸びによる変形とその変形による発生応力とを考えると、その特性上、初期の変形（変形量が少ない領域）では、変形量に応じて発生応力が高くなり、その後の変形（変形量が大きな領域）では、変形量が増えても発生応力がそれ程高くならない。
【００１２】
つまり、構造部材に作用する揺れが小さな場合は、複合積層部材の伸び量は少なく、複合部材の伸び量に応じて応力が発生するため、構造部材の揺れを抑制することができる。一方、構造部材に作用する揺れが大きい場合は、複合積層部材の伸び量は多くなるが、複合積層部材の伸び量に対して発生応力がそれ程高くならないため、筋交いの塑性変形が防止されると共に、筋交いと構造部材の結合部に大きな力が作用するのを防止することができる。これにより、筋交いと構造部材の結合が維持され、揺れが大きい場合でも、構造部材の揺れを抑制することができる。
【００１３】
このように、複合積層部材が伸縮することで、構造部材の変形を抑制させる応力が発生し、さらに、複合積層部材の伸び量が多い場合は、発生する応力がそれ程高くならないため、筋交いと構造部材の結合が維持される。このため、２度目の揺れに対しても制振効果を奏することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る筋交いは、請求項１記載において、前記筋交いの中央部に前記複合積層部材が備えられることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、筋交いの中央部に複合積層部材が備えられている。つまり、必要量の複合積層部材を中央に配置することで、バランスよく筋交いの両端に力が作用し、さらに、従来の構造部材と筋交いの結合部材をそのまま使用することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る筋交いは、請求項１記載において、前記筋交いの両端部に前記複合積層部材が備えられることを特徴とする。
上記構成によれば、筋交いの両端部に複合積層部材が備えられているため、構造部材からの力を直接複合積層部材が受けることができ、複合積層部材の伸縮が安定する。
【００１７】
本発明の請求項４に係る筋交いは、請求項１記載において、前記筋交いの全部が前記複合積層部材であることを特徴とする。
上記構成によれば、筋交いの全部が複合積層部材であるため、構造部材からの力を受け、筋交い全体が伸び縮みして揺れを吸収するため、筋交いが局部的に変形することはない。
【００１８】
本発明の請求項５に係る筋交いは、請求項１乃至４何れか１項記載において、前記複合積層部材は、回転可能に軸支部で軸支されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、複合積層部材が、回転可能に軸支部で軸支されているため、複合積層部材に圧縮方向の力が作用した場合、複合積層部材が軸支部で回動して軸支部に応力が集中するのを防止することができる。
【００２０】
本発明の請求項６に係る筋交いは、請求項１乃至５何れか１項記載において、前記構造部材に回転可能に回動部で軸支されていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、筋交いが、回転可能に回動部で軸支されているため、筋交いに圧縮方向の力が作用した場合、筋交いが回動部で回動して回動部に応力が集中するのを防止することができる。
【００２２】
本発明の請求項７に係る筋交いは、請求項１乃至６何れか１項記載において、前記複合積層部材に積層された前記軟質層は、高減衰ゴムにより成形されることを特徴とする。
上記構成によれば、複合積層部材に積層された軟質層は、高減衰ゴムにより成形されているため、軟質層の伸び縮みにより振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００２３】
本発明の請求項８に係る制振構造は、一対の縦材と一対の横材を連結して構成され、構造物を構築する矩形状の構造部材と、矩形状の前記構造部材の対角線上に設けられる請求項１乃至７何れか１項記載の筋交いと、を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、構造物を構築する縦材と横材から構成される矩形状の構造部材の対角線上に請求項１乃至７何れか１項記載の筋交いが設けられているため、２度目の地震に対しても構造物の揺れを抑えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、２度目の揺れに対しても制振効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１実施形態に係る筋交い２０を備えた制振構造１０について図１から図７に基づいて説明する。
図７に示されるように、本第１実施形態の筋交い２０を備えた制振構造１０は、戸建ての建物１２の洋室の壁或いは和室の壁に収まるような厚みと幅を持った枠状の構造部材１４を備えている。
【００２７】
図３に示されるように構造部材１４は、垂直方向へ延びる一対の柱１６と水平方向へ延びる一対の梁１８を備えており、柱１６の上下端は、一対の梁１８に接合金物（図示省略）によって固定されている。なお、建物１２（図７参照）の一階の下側の梁１８については、土台と呼ばれるが、本実施形態では、構造部材１４の横材を一括して梁１８と称する。
【００２８】
さらに、柱１６及び梁１８から構成される矩形状の構造部材１４の対角線上には、対角線上に配置される柱１６と梁１８の結合部を連結させる筋交い２０が設けられている。
【００２９】
筋交い２０の両端部は、平板状の平板部２２Ａと平板部２２Ａの２辺がＬ字に折り曲げられて形成されたフランジ２２Ｂを備える固定金具２２によって、構造部材１４に結合されている。詳細には、固定金具２２の平板部２２Ａに設けられた円孔を通して筋交い２０に釘（図示省略）を打ち込むことで、固定金具２２を筋交い２０に固定し、さらに、固定金具２２のフランジ２２Ｂに設けられた円孔を通して柱１６及び梁１８に釘（図示省略）を打ち込むことで、固定金具２２を柱及び梁１８に固定する構成となっている。なお、本実施形態では、釘を打ち込むことで、固定金具２２を柱１６及び梁１８に固定する構成となっているが、釘に限られずネジやボルト等で固定することもできる。
【００３０】
また、図２、図３に示されるように、筋交い２０の中央部には、構造部材１４が揺れると力を受けて伸縮すると共に、剛性を有する硬質層６２と粘弾性的性質を有する軟質層６４とをそれぞれ複数個、交互に積層した積層ゴム６０が設けられている。すなわち、筋交い２０は、この積層ゴム６０と、積層ゴム６０の両端に設けられる長手方向を構造部材１４の対角線方向とした断面矩形状の本体部２４等とから構成されている。
【００３１】
さらに、この積層ゴム６０の両端部には、筋交い２０の長手方向に対し直交方向に並ぶ２個の取付穴６６Ａ（図４参照）を備える取付部材６６がそれぞれ設けられており、この取付部材６６の取付面を挟むように、平板状の固定金具３２が設けられている。
【００３２】
また、固定金具３２の一端には、取付部材６６の取付穴６６Ａと対向する位置に円孔が設けられており、ボルト６８をこの円孔と取付穴６６Ａに挿通させ、他端でナット（図示省略）と締結させることで、固定金具３２は、積層ゴム６０に固定される構成となっている。
【００３３】
一方、固定金具３２の他端は、筋交い２０の本体部２４を挟むように配置されており、固定金具３２の他端には、複数個の円孔が設けられ、釘３４をこの円孔を通して本体部２４に打ち込むことで固定金具３２が本体部２４に固定されるようになっている。
【００３４】
図４に示されるように、硬質層６２と軟質層６４とを交互に積層した積層ゴム６０は、四角柱状に形成されており、取付部材６６、矩形状の軟質層６４、及び矩形状の硬質層６２を加硫接着により貼り合わせることで構成されている。
【００３５】
さらに、軟質層６４は、減衰性の高い高減衰ゴム（損失係数（ゴムに作用する応力とひずみの位相差をδとしたときにｔａｎ（δ）で表される）が０．１〜０．６）を素材として成形されている。ここで、高減衰ゴムの履歴復元力特性の一例を図６のグラフ（横軸は水平変位δを示し、縦軸は水平荷重Ｑを示す）に示すが、高減衰ゴムが変形して復元する間に斜線部のエネルギーが高減衰ゴムによって吸収されることが分かる。つまり、高減衰ゴムは、変形することで振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００３６】
なお、硬質層６２の材質としては、例えば、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができる。
【００３７】
さらに、積層ゴム６０の引張り特性について図５のグラフ（横軸は引張ひずみδを示し、縦軸は引張応力Ｆを示す）に従ってついて説明すると、初期のひずみ（変形量が少ない領域）領域では、ひずみ量（変形量）に応じて発生応力が高くなり、その後のひずみ（変形量が大きな領域）領域では、ひずみ量が増えても発生応力がそれ程高くならないことが分かる。また、積層ゴム６０が変形して復元する間に斜線部のエネルギーが積層ゴム６０によって吸収されることが分かる。つまり、積層ゴム６０は、変形することで振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００３８】
次に、本実施形態の制振構造１０の作用について説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、地震等によって、建物１２（図７参照）が左右方向へ揺れると、梁１８が左右へ平行移動し、柱１６が左右へ傾倒し、上側の梁１８と柱１６の連結部は円孔状に移動する。
【００３９】
さらに、図１（Ａ）で示すように上側の梁１８が紙面右方向へ平行移動した場合は、筋交い２０は紙面右方向へ傾倒し、筋交い２０には、筋交い２０を引張る方向（図１（Ａ）に示す矢印Ａ）の力が作用する。
【００４０】
また、図１（Ｂ）で示すように上側の梁１８が紙面左方向へ平行移動した場合は、筋交い２０は紙面左方向へ傾倒し、筋交い２０には、筋交い２０を圧縮する方向（図１（Ｂ）に示す矢印Ｂ）の力が作用する。
【００４１】
ここで、図１（Ａ）で示すように、筋交い２０に引張りの力が作用すると、筋交い２０の中央部に設けられた積層ゴム６０が弾性的に変形するため、筋交い２０が伸びて塑性変形することはない。
【００４２】
また、前述したように、積層ゴム６０の特性として、初期のひずみ（変形量が少ない領域）領域では、ひずみ量（変形量）に応じて発生応力が高くなり、その後のひずみ（変形量が大きな領域）領域では、ひずみ量が増えても発生応力がそれ程高くならない。
【００４３】
つまり、構造部材１４に作用する揺れが小さい場合は、積層ゴム６０の伸び量に応じて応力が発生するため、構造部材１４の揺れを効率良く抑制することができる。一方、構造部材１４に作用する揺れが大きい場合は、積層ゴム６０の伸び量は多くなるが、積層ゴム６０が伸びても発生応力がそれ程高くならないため、筋交い２０の塑性変形が防止されると共に、筋交い２０と構造部材１４の結合部に大きな力が作用するのを防止することができる。このため、筋交い２０と構造部材１４の結合が維持され、揺れが大きい場合でも、構造部材１４の揺れを抑制することができる。
【００４４】
このように、積層ゴム６０が伸びることで、構造部材１４の変形を抑制させる応力が発生し、さらに、積層ゴム６０の伸び量が多い場合は、発生する応力を抑えることで筋交い２０と構造部材１４の結合が維持される。このため、２度目の揺れに対しても制振効果を奏することができる。
【００４５】
また、筋交い２０の中央部に積層ゴム６０が備えられているため、バランスよく筋交い２０の両端に力が作用し、さらに、従来の構造部材１４と筋交い２０の結合部材をそのまま使用することができる。
【００４６】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、固定金具３２を介して本体部２４へ積層ゴム６０を取り付けたが、固定金具３２を介さず、積層ゴム６０に取付部を設け、本体部２４へ直接積層ゴム６０を取り付けてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、本体部２４と積層ゴム６０を固定金具３２を介して複数個の固定具で結合させて、積層ゴム６０を本体部２４に対して回動不可能としたが、積層ゴム６０を直接本体部２４へ一点のピン等によりピン固定とすることで積層ゴム６０を本体部２４へ回動可能に軸支させてもよい。この場合には、積層ゴム６０に圧縮方向の力が作用した場合、積層ゴム６０がピン固定部で回動してピン固定部に応力が集中するのを防止することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、本体部２４を固定金具２２へ複数個の釘で取り付けて、本体部２４を固定金具２２に対して回動不可能としたが、本体部２４を固定金具２２へ一点のピン等によりピン固定とすることで本体部２４を固定金具２２へ回動可能に軸支させてもよい。この場合には、本体部２４に圧縮方向の力が作用した場合、本体部２４がピン固定部で回動してピン固定部に応力が集中するのを防止することができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、積層ゴム６０の軟質層６４として高減衰ゴム材料を使用したが、これに替えて、一般的なゴム材料であるエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ、ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等を使用してもよい。
【００５０】
次に、本発明の第２実施形態に係る筋交い７０が採用された制振構造１０について図８に従って説明する。
【００５１】
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、図８に示されるように、筋交い７０の中央部に積層ゴム７２は設けられておらず、それに替えて、筋交い７０の両端部に積層ゴム７２が設けられている。
【００５２】
この構成により、構造部材１４からの入力を直接、積層ゴム７２が受けることができ、積層ゴム７２の伸縮が安定する。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態に係る筋交い８０が採用された制振構造１０について図９に従って説明する。
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施形態では、図９に示されるように、第１実施形態とは違い筋交い８０の全部が積層ゴム８２である。
この構成により、構造部材１４からの力を受け、筋交い８０全体が伸び縮みして揺れを吸収するため、筋交い８０が局部的に変形することはない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る筋交いが採用された制振構造を示し、地震によって構造部材等が揺れた状態を示した正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る筋交いが採用された制振構造を示した正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る筋交いが採用された制振構造を示した分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る筋交いに備えられた積層ゴムの斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る筋交いに備えられた積層ゴムの特性の一例をグラフで示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る積層ゴムに備えられた高減衰ゴムの履歴復元力特性の一例をグラフで示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る筋交いが採用された建物の概略正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る筋交いが採用された制振構造を示した正面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る筋交いが採用された制振構造を示した正面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０      制振構造
１２      建物（構造物）
１４      構造部材
１６      柱（縦材）
１８      梁（横材）
２０      筋交い
６０      積層ゴム（複合積層部材）
６２      硬質層
６４      軟質層
７０      筋交い
７２      積層ゴム（複合積層部材）
８０      筋交い
８２      積層ゴム（複合積層部材）
【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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