(57)【要約】【課題】構造躯体に柱・梁を用いた骨組み構造の耐震性を向上するのに好適な、設置場所の自由度が大きく、構造が簡易で軽量かつ経済的なエネルギー吸収デバイスとしての制震パネルおよびそれを用いた骨組構造を提供する。【解決手段】制震パネル１０は、第１のＨ形断面柱部材１１と第２のＨ形断面柱部材１２を備え、第１のＨ形断面柱部材１１は、強軸方向が面内に向けられていて、２本のブレース１５、１６が取りついて偏心Ｋ形ブレース構造を形成し、その２本のブレース１５、１６が取りつく間のウェブ１１ａがせん断パネルとなってエネルギーを吸収するようになっており、第２のＨ形断面柱部材１２は、強軸方向が面外に向けられていて、面内への座屈を防止する座屈拘束材１７が配されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の耐震性能を向上させるために用いられるエネルギー吸収デバイスで、デバイス自体が平面骨組を構成してなる制震パネルであって、対面する２本の部材を備えており、該２本の部材の内の第１の部材は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面内に向けられ、２本のブレースが取りついて偏心Ｋ形ブレース構造を形成し、その２本のブレースが取りつく間のウェブがせん断パネルとなってエネルギーを吸収するようになっているとともに、前記２本の部材の内の第２の部材は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面外に向けられ、面内への座屈を防止する座屈拘束材が配されていることを特徴とする制震パネル。
【請求項２】
前記第１の部材のウェブは、少なくとも２本のブレースが取りつく間は、強度が低く伸び能力の高い低降伏点鋼が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の制震パネル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制震パネルを構造物に取り付ける際に、前記第１の部材を、構造物の梁に対して、面外回転を拘束するように接合したことを特徴とする骨組構造。
【請求項４】
構造物の柱−梁接合部の少なくとも一部を半剛接構造またはピン構造、もしくは両者の混合構造としたことを特徴とする請求項３に記載の骨組構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の耐震性を向上するのに好適な、構造が簡易で軽量かつ経済的なエネルギー吸収デバイスとしての制震パネルおよびそれを用いた骨組構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨骨組構造の代表的な構造形式には、図３のように、（ａ）ラーメン構造と（ｂ）ブレース構造があり、地震などの水平力に対して、前者は変形能力に優れるが、剛性が比較的剛性が低いという欠点があり、後者は剛性が高いが、変形能力が相対的に小さいという欠点がある。
【０００３】
そこで、ブレース構造のこの欠点を補うため、図４（ａ）のような、偏心ブレース構造と呼ばれるラーメン構造の水平剛性を向上させつつ、変形性能もブレース構造より向上させた構造が従来より用いられてきた。さらに、これと同様の発想で、図４（ｂ）のような、塑性化部を間柱側にした偏心Ｋ形ブレース構造も用いられ、特許文献１や特許文献２のように、せん断パネル型のエネルギー吸収部材を設け、ブレースにより支持するものも用いられている。
【特許文献１】特開平５−１００５１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図４（ａ）のような偏心ブレース構造は、構造躯体に塑性化部を生じせしめるので、塑性化後の補修に多大の労力とコストがかかる。
【０００５】
また、図３に示した構造や特許文献１、２に記載の構造は、構造躯体に塑性化部を生じさせないものの、付加応力が周辺部の構造躯体に生じるので、周辺部材に塑性化の危険性が大きくなると共に、設置位置が限定される。もしくは、構造躯体に補強が必要になる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、構造躯体に柱・梁を用いた骨組み構造の耐震性を向上するのに好適な、設置場所の自由度が大きく、構造が簡易で軽量かつ経済的なエネルギー吸収デバイスとしての制震パネルおよびそれを用いた骨組構造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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【０００８】
［１］構造物の耐震性能を向上させるために用いられるエネルギー吸収デバイスで、デバイス自体が平面骨組を構成してなる制震パネルであって、対面する２本の部材を備えており、該２本の部材の内の第１の部材は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面内に向けられ、２本のブレースが取りついて偏心Ｋ形ブレース構造を形成し、その２本のブレースが取りつく間のウェブがせん断パネルとなってエネルギーを吸収するようになっているとともに、前記２本の部材の内の第２の部材は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面外に向けられ、面内への座屈を防止する座屈拘束材が配されていることを特徴とする制震パネル。
【０００９】
［２］前記第１の部材のウェブは、少なくとも２本のブレースが取りつく間は、強度が低く伸び能力の高い低降伏点鋼が用いられていることを特徴とする前記［１］に記載の制震パネル。
【００１０】
［３］前記［１］または［２］に記載の制震パネルを構造物に取り付ける際に、前記第１の部材を、構造物の梁に対して、面外回転を拘束するように接合したことを特徴とする骨組構造。
【００１１】
［４］構造物の柱−梁接合部の少なくとも一部を半剛接構造またはピン構造、もしくは両者の混合構造としたことを特徴とする前記［３］に記載の骨組構造。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、構造物の耐震性を向上するのに好適な、構造が簡易で軽量かつ経済的なエネルギー吸収デバイスおよびこれを用いた骨組構造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】
【００１３】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る制震パネルを示すものであり、（ａ）が平面図、（ｂ）が立面図である。
【００１５】
この実施形態に係る制震パネル１０は、構造物の耐震性能を向上させるために用いられるエネルギー吸収デバイスであり、デバイス自体が平面骨組を構成しており、図１に示すように、第１の柱部材１１と第２の柱部材１２が対面するように配置されていて、各柱部材の上端部がつなぎ梁１３で連結され、各柱部材の下端部がつなぎ梁１４で連結されている。そして、第１の柱部材１１は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面内に向けられているとともに、２本のブレース１５、１６が取りついて偏心Ｋ形ブレース構造（第１の柱部材１１、ブレース１５、ブレース１６の３者の軸心が一点に会していないＫ形ブレース構造）を形成し、その２本のブレース１５、１６が取りつく間のウェブ１１ａがせん断パネルとなってエネルギーを吸収するようになっている。一方、第２の柱部材１２は、断面形状がＨ形でその強軸方向が面外に向けられているともに、面内への座屈を防止する座屈拘束材１７が配されている。
【００１６】
このように制震パネルを構成すれば、安定したエネルギー吸収能力を有するせん断型のダンパーを最低限の接合のみで構成することができる。すなわち、このせん断型のダンパーは、Ｈ形断面の柱部材１１の強軸方向を制震パネル１０の面内方向に一致させ、かつ２本のブレース１５、１６をＨ形断面柱部材１１に偏心接合することで構成されている。なお、偏心接合される付近のＨ形断面柱部材１１にリブ１８を設ければ、Ｈ形断面柱部材１１のフランジの局部変形を防止することができるため有効である。また、偏心接合される付近のＨ形断面柱部材１１のフランジに当て板１９を接合すれば、フランジの曲げ降伏を防止することができるため有効である。
【００１７】
そして、制震パネル１０のＨ形断面柱部材１１、１２、つなぎ梁１３、１４、ブレース１５、１６、座屈拘束材１７の各部材同士の接合は、ピン接合、半剛接接合、剛接合の何れもでも良い。つなぎ梁１３、１４およびブレース１５、１６の断面形状は、Ｈ形、円形もしくは角形が考えられるが、柱部材１１、１２と同様に、閉断面でないＨ形断面とすれば部材同士の接合が簡易となる。ただし、Ｈ形断面は強軸方向と弱軸方向があるので、その設置方向には注意を要する。第２のＨ形断面柱部材１２は圧縮応力が作用した場合、弱軸方向に座屈しやすい。したがって、第２のＨ形断面柱部材１２に対して座屈拘束する必要があるが、この制震パネル１０以外に座屈拘束材１７を設けられない場合には、制震パネル１０の面外方向にＨ形断面の強軸方向を向けることが有効である。面内方向の座屈には制震パネル１０内に座屈拘束材１７を設けることができるからである。これに対して、制震パネル１０を構造躯体に近く配置することができる場合には、座屈拘束材を制震パネル１０内に配置する必要はなく、構造躯体からとることも可能である。一般に、この制震パネル１０のような部材は構造物の壁内に設置するため、多くの場合、面外方向の座屈拘束材は配置したくない。また、座屈しない断面剛性を有する柱部材を用いれば、座屈止め（座屈拘束材）は不要となるが、重量が増加しコスト的に不利である。
【００１８】
なお、ここでは、第１のＨ形断面柱部材１１のウェブは、少なくとも２本のブレース１５、１６が取りつく間１１ａは、強度が低く伸び能力の高い低降伏点鋼が用いられている。
【００１９】
２本のブレース１５、１６が取りつく間のウェブ１１ａは、せん断変形し、その塑性歪エネルギーにより、エネルギー吸収デバイスすなわちダンパーとして作用する。従って、Ｈ形断面柱部材１１のウェブ部分の少なくともこの間は、強度が低く伸び能力の高い低降伏点鋼を用いれば効果的なダンパーとなる。降伏点が低いと同じ強度のせん断型ダンパーとした場合のウェブの板厚を厚くすることができ、剛性を向上させることができる。剛性が高いダンパーの方が、ダンパーの地震力の負担が大きくなるために有効に作用させることが可能である。
【００２０】
このようにして、この実施形態に係る制震パネル１０は、パネル自体の重量を軽減することができ、構造躯体への設置場所が自由に選択できることから、構造物の耐震性を向上するのに好適な、構造が簡易で軽量かつ経済的なエネルギー吸収デバイスとなっている。
【００２１】
なお、上記において、制震パネル１０を９０度回転し、柱部材１１、１２を水平材として配置しても差し支えない。
【００２２】
そして、この実施形態に係る制震パネル１０を構造躯体に取り付ける際には、第１のＨ形断面柱部材１１を、構造躯体の梁に対して、面外回転を拘束するように接合することが好ましい。
【００２３】
すなわち、この制震パネル１０を構造躯体に取り付ける際に、骨組面内方向の回転をピン形式にすれば部材への付加応力が低減されるため、部材が塑性化する危険を低減できる。剛接もしくは半剛接にして固定度をピン接合よりも大きくすれば、制震パネル１０の剛性は大きくなるために有効なダンパーとして作用しやすくなる。せん断型ダンパーとして作用する第１のＨ形断面柱部材１１は、制震パネル１０の面外方向に弱軸を一致させて配置されるので、面外方向の回転を拘束してやれば、部材の座屈荷重が上昇する。すなわち、同じ耐力を有する制震パネルを軽量化することができる。また、第２のＨ形断面柱部材１２は、制震パネル１０の面外方向に強軸を一致させて配置され、弱軸方向は座屈拘束材１７が配置されるが、面外方向に固定度を大きくすれば同様の効果が得られる。
【００２４】
さらに、この制震パネル１０を、柱−梁接合部の少なくとも一部を半剛接構造またはピン構造、あるいは両者の混合構造とした骨組構造に配置すれば、制震効果が高く、空間の自由度の大きな構造物が得られる。
【実施例１】
【００２５】
上述した本発明の一実施形態に係る制震パネル１０（本発明例１、２）と比較用パネル（比較例１〜３）を用いて、図２に示すような載荷実験を行ない、耐震性能の比較を行った。
【００２６】
それぞれのパネルの大きさは、縦２７００ｍｍ、横８００ｍｍであり、下側支持条件は、片側を面内にピン支持、片側を面内ピンローラーで面外ピン支持とし、上側支持条件は、面外に変位しないように拘束して、水平方向にスライドできるようにした。また、面外回転は回転自由を基本とした。そして、載荷Ｑはパネル上端をジャッキにより、一方向載荷を行った。
【００２７】
以下に、本発明例１、２と比較例１〜３の計５体の試験体の構成を述べる。なお、その構成について、本発明例１を基準にして比較したものを表１に示してある。
【００２８】
（本発明例１）
図１に示した本発明の制震パネル１０であり、柱部材１１、１２、つなぎ梁１３、１４、ブレース１５、１６ともＨ−５０ｘ５０ｘ３．２ｘ４．５（ｍｍ、鋼種はＪＩＳのＳＮ４００）の溶接組み立てＨ形鋼で構成し、接合部は隅肉溶接にて剛接合した。また、せん断パネル部（ウェブ：高さ１７５ｍｍ）１１ａには低降伏点鋼（降伏応力度１６０Ｎ/ｍｍ2）を用い、当該パネル部のフランジには２００ｍｍの範囲に３．２ｍｍの板１９をあて、隅肉溶接にて接合して、フランジの曲げ降伏を防止した。
【００２９】
（本発明例２）
本発明例１において、上下の支持条件の面外回転を拘束した。これは、制震パネル１０を構造躯体に取り付ける際、面外には回転しないように設置する場合に相当する。その他の条件は、本発明例１と同様にした。
【００３０】
（比較例１）
本発明例１に対して、偏心ブレース構造でない骨組を構成したパネルである。すなわち、２本のブレース１５、１６の軸心が第１の柱部材１１の中心で一点に会するように接合したパネルである。従って、せん断パネルは構成されない剛接トラス形式のパネルとなっている。
【００３１】
（比較例２）
本発明例１に対して、第２の柱部材１２の強軸を面内方向に配置したパネルである。
【００３２】
（比較例３）
本発明例１に対して、座屈拘束材１７を除いたパネルである。
【００３３】
【表１】
2008261105.tif 000003
【００３４】
そして、これらの各試験体に対して上述の載荷実験を行ない、それぞれの降伏耐力、最大耐力、頂部変形能力（最大耐力時の頂部水平変位：最大変形量）を調べた。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2008261105.tif 000004
【００３６】
本発明例１、２は、比較例１〜３よりも降伏耐力以後の耐力上昇（降伏耐力と最大耐力の差）、および変形能力（最大変形量）が大きく、制震パネルとしてのエネルギー吸収量が大きい。ちなみに、塑性エネルギー吸収量は荷重−変形関係式の積分値、簡単には耐力と変形量の積である。
【００３７】
本発明例１と本発明例２の比較では、面外回転が拘束された本発明例２の方が、柱部材の座屈荷重が上昇するために変形能力が大きく制震パネルとして有効である。
【００３８】
一方、比較例１は、せん断パネルがないために当該部分の降伏が生じないため降伏耐力が高いが、降伏（第１の柱部材の座屈）によって最大耐力と変形能力が決定しており、エネルギー吸収量が小さいため制震パネルとしての使用に耐えない。
【００３９】
また、比較例２、３は、第２の柱部材の座屈で耐力が決まっており、最大耐力および変形能力とも小さい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る制震パネルを示す図である。
【図２】本発明の実施例１における載荷実験の説明図である。
【図３】鉄骨骨組構造の代表的な構造形式の説明図である。
【図４】偏心ブレース構造の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  制震パネル
１１  第１のＨ形断面柱部材
１２  第１のＨ形断面柱部材
１３、１４  つなぎ梁
１５、１６  ブレース
１７  座屈拘束材
１８  リブ
１９  当て板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008261105.tif 000007
【図４】
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