(57)【要約】【課題】橋脚やビルディング等の建造物において、簡易な構造で大きな制振効果を得ることが出来る制振構造を提供する。【解決手段】コンクリート基礎50に立設されてベースプレート40を貫通するアンカーボルト20と、アンカーボルト20の先端部に螺合するナット30とによって、コンクリート基礎50上にベースプレート40を締結した建造物において、アンカーボルト20を包囲してナット30とベースプレート40との間に介在する筒状のダンパー部材10が配備される。そして、ダンパー部材10の一方の開口端部がナット30に対してアンカーボルト20の長手方向の接近離間が不能に連結されると共に、ダンパー部材10の他方の開口端部をベースプレート40に対してアンカーボルト20の長手方向の接近離間が不能に連結されている。【選択図】図１
2008280715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎部材に被締結部材を締結するための締結機構を具え、該締結機構は、前記基礎部材に立設されて前記被締結部材を貫通するボルト部材と、前記被締結部材から突出する前記ボルト部材の先端部に螺合するナット部から構成される建造物において、
前記ボルト部材を包囲して前記ナット部と前記被締結部材との間に介在する筒状の金属製ダンパー部を具え、該金属製ダンパー部は、その一方の開口端部が前記ナット部に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されると共に、他方の開口端部が前記被締結部材に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されていることを特徴とする制振構造。
【請求項２】
前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成され、該ダンパー部材(10)の一方の開口端部に該ナット(30)が溶接によって固定されると共に、該ダンパー部材(10)の他方の開口端部が前記被締結部材に溶接によって固定されている請求項１に記載の制振構造。
【請求項３】
前記ナット部と金属製ダンパー部とが一体に形成されたナット／ダンパー合体部材(11)を具えている請求項1に記載の制振構造。
【請求項４】
前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成され、該ダンパー部材(10)の一方の開口端部には、外ねじ(61a)を有する筒状の第１フランジ部材(61)が固定されると共に、他方の開口端部には、外ねじ(62a)を有する筒状の第２フランジ部材(62)が固定され、前記第１フランジ部材(31)には、前記外ねじ(61a)に螺合する内ねじ(63a)を有する袋状のダブルナット(63)が連結され、該ダブルナット(63)の内側に前記ナット(30)が拘持され、前記第２フランジ部材(32)は前記被締結部材にねじ込まれている請求項１に記載の制振構造。
【請求項５】
前記基礎部材は、建造物を構成するコンクリート基礎(50)であって、該コンクリート基礎(50)に、前記ボルト部材となるアンカーボルト(20)の基端部が埋設されており、該コンクリート基礎(50)の表面に、前記被締結部材となるベースプレート(40)が設置されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の制振構造。
【請求項６】
前記基礎部材は、建造物を構成する梁(52)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、該エンドプレート(51)の表面に、前記被締結部材となる鋼柱(43)が設置されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の制振構造。
【請求項７】
前記基礎部材は、建造物を構成する鋼柱(43)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、前記被締結部材は、建造物を構成する梁(52)に固定されたダイヤフラム(53)であり、前記エンドプレート(51)の表面に前記ダイヤフラム(53)が設置されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の制振構造。
【請求項８】
前記金属製ダンパー部は、前記ボルト部材の降伏耐力よりも小さい力で最大耐力に至る請求項１乃至請求項７の何れかに記載の制振構造。
【請求項９】
前記金属製ダンパー部に用いられる材料は、鋼鉄、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、及び錫の中から選択される１つの金属、或いは２以上の金属の合金である請求項１乃至請求項８の何れかに記載の制振構造。
【請求項１０】
前記金属製ダンパー部の周壁には、１或いは複数の孔が開設されている請求項１乃至請求項９の何れかに記載の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋脚やビルディング等の建造物における制振構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震による家屋や建築物等の建造物への衝撃対策は、建造物の強化による堅牢さで衝撃に耐える耐震構造と、アイソレーターにより建造物と地盤を絶縁することで衝撃が建造物に伝播しないようにする免震構造と、建造物に取り付けた装置により衝撃を吸収する制振構造とに大別される。
【０００３】
耐震構造では、建造物の一部或いは多くの箇所の補修及び補強などの対策が採られてきた。しかし、耐震構造では地震による衝撃を建造物及びその基礎の堅牢さで対応するために、大規模な震災では、地震が治まった後に建造物の補修が必要であるばかりでなく、震災中に建造物が倒壊するなどの問題があった。
【０００４】
又、免震構造では、建造物を支持する基礎と建造物との間に積層ゴムなどのアイソレーターが介在し、地盤と建造物とが絶縁された構成によって、地震の振動が建造物に伝播することを防止している。通常は、上述のアイソレーターとダンパーとが組み合わせて用いられる。しかし、免震構造においては、構造が複雑且つ大規模であるばかりではなく、免震構造を導入するために必要なコストが大きくなる問題があった。
【０００５】
一方、制振構造では、粘性型ダンパーや履歴性ダンパーによって振動エネルギーを吸収して揺れを抑えるパッシブ制振構造、或いは、同調質量ダンパーを地震の揺れに同調させて振動させることにより揺れを抑えるアクティブ制振構造の採用によって、建造物への衝撃を減少させると共に建造物内部の揺れを抑制する効果が得られ、地震の二次災害を緩和する効果が期待出来る。
【０００６】
特に履歴型ダンパーは、地震の振動エネルギー吸収能が優れており、地震が治まった後も大規模な補修工事を要することなく、簡易な補修或いは無補修で継続して使用できることから、最も普及が進んでいる。特に、座屈拘束ブレースなどの地震の振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材に鋼材を用いた履歴型ダンパーによれば、鋼材の塑性変形に消費されるエネルギーとして振動エネルギーを吸収することにより、建造物の主架構の塑性変形を緩和して制振効果を得ることが出来る。
【０００７】
しかし、上述の履歴型ダンパーにおいては、大きな地震の後にエネルギー吸収部材が大きく塑性変形し、そのエネルギー吸収能が著しく低下したときに、エネルギー吸収部材を取り換える必要があるため、取り換え作業の容易な履歴型ダンパーが望まれていた。
【０００８】
この要望に対し、建造物の架構に固定されたブレース構成材間に粘弾性体を介装することにより、履歴型ダンパーの設置と修復が容易な制振構造が提案されている(特許文献１)。
該制振構造においては、粘弾性体が介装されたブレースを建造物内部に配置する構造が採用されているため、既存の建造物に対しても容易に設置することが可能である。又、ダンパーの一部に粘弾性体を用いる構成であることから、地震が治まった後の修復が殆ど不要である。
【特許文献１】特許第３６０８１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の制振構造においても、ブレース自身の構造が複雑であり、制振構造を構成する部材が大きくなる問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、橋脚やビルディング等の建造物において、簡易な構造で大きな制振効果を得ることが出来る制振構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る制振構造は、基礎部材に被締結部材を締結するための締結機構を具え、該締結機構は、前記基礎部材に立設されて前記被締結部材を貫通するボルト部材と、前記被締結部材から突出する前記ボルト部材の先端部に螺合するナット部から構成される建造物において、前記ボルト部材を包囲して前記ナット部と前記被締結部材との間に介在する筒状の金属製ダンパー部を具え、該金属製ダンパー部は、その一方の開口端部が前記ナット部に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されると共に、他方の開口端部が前記被締結部材に対して前記ボルト部材の長手方向の接近離間が不能に連結されている。
【００１２】
上記本発明に係る制振構造は、金属製ダンパー部を具え、且つ該金属製ダンパー部の両開口端部がナット部及び被締結部材に接近離間不能に連結されているという極めて簡易な構成によって、建造物に対して制振効果をもたらすことを可能としている。又、該制振構造においては、地震による振動を受けてボルト部材に引張力が作用したとき、該金属製ダンパー部に圧縮力が作用して金属製ダンパー部が圧縮方向に弾性変形或いは塑性変形し、ボルト部材に圧縮力が作用したときは、金属製ダンパー部に引張力が作用して金属製ダンパー部が引張方向に弾性変形或いは塑性変形する。該金属製ダンパーが繰り返し弾性変形し或いは塑性変形することにより、金属製ダンパー部が地震の振動エネルギーを吸収する。
【００１３】
又、金属製ダンパー部は、塑性変形の限界点以内の範囲で繰り返し変形することによって、地震の振動エネルギーを吸収して、建造物へ伝わる地震の振動エネルギーを低減し、且つボルト部材及び建造物に地震の振動による塑性変形が起こらないようにすることが可能である。
【００１４】
具体的構成において、前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成されている。そして、該ダンパー部材(10)の一方の開口端部に該ナット(30)が溶接によって固定されると共に、該ダンパー部材(10)の他方の開口端部が前記被締結部材に溶接によって固定されている。
【００１５】
該具体的構成では、金属製ダンパー部の形状が極めて簡易であり、且つ金属製ダンパー部の両開口端部が溶接によりナット(30)及び被締結部材に固定されることから、複雑な装置或いは工程を要することなく、更に簡易に建造物の制振構造を実現することが可能である。
【００１６】
他の具体的構成において、前記ナット部と金属製ダンパー部とが一体に形成されたナット／ダンパー合体部材(11)を具えている。
該具体的構成では、ナット部と金属製ダンパー部を連結する工程が不要である。従って、更に簡易に建造物の制振構造を実現することが可能である。
【００１７】
更に、他の具体的構成において、前記ナット部は、前記ボルト部材に螺合するナット(30)によって構成されると共に、前記金属製ダンパー部は、筒状のダンパー部材(10)によって構成されている。該ダンパー部材(10)の一方の開口端部には、外ねじ(31a)を有する筒状の第１フランジ部材(61)が固定されると共に、他方の開口端部には、外ねじ(32a)を有する筒状の第２フランジ部材(62)が固定される。そして、前記第１フランジ部材(31)には、前記外ねじ(31a)に螺合する内ねじ(33a)を有する袋状のダブルナット(63)が連結され、該ダブルナット(63)の内側に前記ナット(30)が拘持される。前記第２フランジ部材(32)は前記被締結部材にねじ込まれている。
【００１８】
前記具体的構成では、ダンパー部材(10)の両開口端部に第１フランジ部材(61)及び第２フランジ部材(62)を固定した金属製ダンパー部を予め用意しておくことにより、制振構造を施工する際に溶接などの工程が不要である。従って、更に簡易に制振構造を実現することが可能であると共に、大地震後に損傷した金属製ダンパー部を容易に交換することが可能である。
【００１９】
具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成するコンクリート基礎(50)であって、該コンクリート基礎(50)に、前記ボルト部材となるアンカーボルト(20)の基端部が埋設されており、該コンクリート基礎(50)の表面に、前記被締結部材となるベースプレート(40)が設置されている。
該具体的構成によって、鉄骨(41)に連結されたベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とが締結された締結機構において、制振効果を得ることが出来る。
【００２０】
他の具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成する梁(52)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、該エンドプレート(51)の表面に、前記被締結部材となる鋼柱(43)が設置されている。
該具体的構成によって、梁(52)と鋼柱(43)とが締結された締結構造において、制振効果を得ることが出来る。
【００２１】
更に他の具体的構成において、前記基礎部材は、建造物を構成する鋼柱(43)に固定されたエンドプレート(51)であって、該エンドプレート(51)に、前記ボルト部材の基端部が連結固定されており、前記被締結部材は、該建造物を構成する梁(52)の端部に連結されたダイヤフラム(53)であり、前記エンドプレート(51)の表面に前記ダイヤフラム(53)が設置されている。
該具体的構成によって、鋼柱(43)と梁(52)とがダイヤフラム(53)を介して締結された締結構造において、制振効果を得ることが出来る。
【００２２】
他の具体的構成において、前記金属製ダンパー部は、前記ボルト部材の降伏耐力よりも小さい力で最大耐力に至る。
前記具体的構成によって、該金属製ダンパー部の最大耐力がボルト部材の降伏耐力以下である場合では、地震の振動による圧縮力或いは引張力が前記締結機構に作用する際に、金属製ダンパー部がボルト部材よりも先に塑性変形して、ボルト部材の塑性変形(即ち、損傷)が防止される。
【００２３】
又、他の具体的構成において、前記金属製ダンパー部に用いられる材料は、鋼鉄、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、及び錫の中から選択される１つの金属、或いは２以上の金属の合金である。
【００２４】
金属製ダンパー部に用いられる材料は、金属製ダンパー部の最大引張耐力がボルト部材の降伏耐力よりも小さければよい。
一般的には、鋼、真鍮など、上述の強度を有し、且つボルト部材と比較して塑性変形による振動エネルギーの吸収作用の大きい材料が、金属製ダンパー部の材料として使用される。
【００２５】
具体的構成において、前記金属製ダンパー部の周壁には、１或いは複数の孔が開設されている。
該具体的構成によって、前記金属製ダンパー部の降伏耐力及び座屈発生部の位置を調節することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の制振構造によれば、橋脚やビルディング等の建造物において、簡易な構造で大きな制振効果を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例を図面に沿って具体的に説明する。
＜第１実施例＞
図１及び図２を参照して、本発明に係る制振構造の第１実施例について説明する。
【００２８】
第１実施例においては、コンクリート基礎(50)と、該コンクリート基礎(50)上に配置された矩形のベースプレート(40)と、該ベースプレート(40)の上面に溶接され且つ鉛直方向に立設された鉄骨(40)と、該コンクリート基礎(50)に立設されて該ベースプレート(40)の四隅をそれぞれ貫通するアンカーボルト(20)と、該ベースプレート(40)から突出する該アンカーボルト(20)の先端部に螺合するナット(30)とが配備されている。ベースプレート(40)は、アンカーボルト(20)とナット(30)の締結機構によって、コンクリート基礎(50)に締結されている。
【００２９】
又、第１実施例の制振構造は、アンカーボルト(20)を包囲してナット(30)とベースプレート(40)との間に介在する筒状のダンパー部材(10)を具え、該ダンパー部材(10)の両開口端部のうち、一方の開口端部は溶接部(70)によってナット(30)と連結されており、他方の開口端部は溶接部(71)によってベースプレート(40)と固定されている。
【００３０】
尚、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とは、４箇所にてアンカーボルト(20)とナット(30)の締結構造により締結されているが、該締結構造は５箇所以上であってもよいことは言うまでもない。
【００３１】
具体的構成においては、例えば図３(Ａ)に示す如く、コンクリート基礎(50)と、該コンクリート基礎(50)上に配置されたベースプレート(40)と、コンクリート基礎(50)に立設されてベースプレート(40)を貫通するアンカーボルト(20)と、ベースプレート(40)から突出するアンカーボルト(20)の先端部に螺合するナット(30)と、アンカーボルト(20)を包囲してナット(30)とベースプレート(40)の間に介在するフランジ型座金(60)と、金属製の筒状のダンパー部材(10)とが配備されている。
予め筒状のダンパー部材(10)の鉛直上方に開口する開口端部とフランジ型座金(60)とが溶接部(70)によって連結され、更に該フランジ型座金(60)の上部とナット(30)とが溶接部(72)によって連結されている。
【００３２】
そして、図３(Ｂ)に示す如く、フランジ型座金(60)を介してダンパー部材(10)に連結されたナット(30)とアンカーボルト(20)によって、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とが締結されている。更に、ダンパー部材(10)の鉛直下方の開口端部とベースプレート(40)とが溶接部(71)によって固定されている。
【００３３】
前記締結機構では、アンカーボルト(20)に引張力が作用すると、ダンパー部材(10)には圧縮力が作用する。又、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用すると、ダンパー部材(10)には引張力が作用する。
【００３４】
ダンパー部材(10)には、アンカーボルト(20)の降伏耐力よりも小さな力で最大耐力に至る金属材料が用いられる。
例えば、ダンパー部材(10)には、鋼、或いは銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、及び錫の中から選択される1つの金属、或いは２以上の金属の合金から構成される材料が用いられる。一方、アンカーボルト(20)には、例えば高力ボルトやＰＣ鋼棒などの降伏耐力の大きい材料を用いることが可能である。
【００３５】
ダンパー部材(10)の降伏耐力はアンカーボルト(20)の降伏耐力よりも小さいので、ダンパー部材(10)は、地震の振動によって圧縮及び引張方向に塑性変形することにより、地震の振動エネルギーを吸収することが可能である。即ち、鉄骨(41)に伝わる振動を軽減すると共に、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)に作用する力を弾性限界内に収めることが出来る。
【００３６】
＜第２実施例＞
又、本発明に係る制振構造においては、図４(Ａ)に示すように、筒状のダンパー部材(10)とナット部(31)とを一体に形成したナット／ダンパー合体部材(11)を採用することが出来る。図４(Ｂ)に示すように、ナット／ダンパー合体部材(11)を、ベースプレート(40)から突出したアンカーボルト(20)に螺合させて、ベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)とを互いに締結した後に、ナット／ダンパー合体部材(11)がベースプレート(40)に溶接部(71)によって固定される。
【００３７】
＜第３実施例＞
更に、本発明に係る制振構造は、図５に示す構成を採用することも可能である。図５(Ａ)に示す如く、ダンパー部材(10)と、外ねじ(61a)を有する筒状の第１フランジ部材(61)と、外ねじ(62a)を有する筒状の第２フランジ部材(62)とが配備されている。そして、ダンパー部材(10)の一方の開口端部に、溶接部(73)を介して該第１フランジ部材(61)を連結すると共に、該ダンパー部材(10)の他方の開口端部に、溶接部(74)を介して該第２フランジ部材(62)を連結している。
【００３８】
図５(Ｂ)に示すように、第１フランジ部材(61)の外ねじ(61a)には、袋状のダブルナット(63)の内ねじ(63a)が螺合し、ダブルナット(63)の内側にナット(30)が拘持されている。第２フランジ部材(62)の外ねじ(62a)は、ベースプレート(42)の内ねじ(42a)にねじ込まれている。
図５に示す構成では、金属製ダンパー部をベースプレート(42)及びナット(30)に溶接する必要がないので、大地震後に損傷した金属製ダンパー部を簡易に交換することが出来る。
【００３９】
次に本発明に係る制振構造におけるエネルギー吸収機構について説明する。図６(Ａ)は、コンクリート基礎(50)に地震の振動が伝わり、アンカーボルト(20)に引張力が作用したとき、即ち、ダンパー部材(10)に圧縮力が作用したときの、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐとダンパー部材(10)の圧縮方向の変形量Ｘとの関係を表わすグラフである。
図６(Ａ)において、Ｘmaxはダンパー部材(10)の変形量が最大になった時の圧縮方向の変形量を示す。dＰｙはダンパー部材(10)の降伏耐力を示し、dＰｍaxはダンパー部材(10)の座屈変形が進行する際にダンパー部材(10)に作用する最大圧縮耐力を示す。
【００４０】
ここで、アンカーボルト(20)の降伏耐力Ｐbは、ダンパー部材(10)に作用する最大圧縮耐力dＰｍaxよりも大きいので、ダンパー部材(10)で変形が起こっている間では、アンカーボルト(20)には弾性変形のみが起こっている。
【００４１】
図６(Ｂ)は、変形量Ｘが増加する際のダンパー部材(10)の圧縮変形状態を示している。図６(Ａ)の点ａは図６(Ｂ)中の状態(ａ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｂは図６(Ｂ)中の状態(ｂ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｃは図６(Ｂ)中の状態(ｃ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｄは図６(Ｂ)中の状態(ｄ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｅは図６(Ｂ)中の状態(ｅ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｆは図６(Ｂ)中の状態(ｆ)に対応しており、図６(Ａ)の点ｇは図６(Ｂ)中の状態(ｇ)に対応している。また、ダンパー部材(10)は２箇所で座屈し、座屈する２箇所をそれぞれ座屈部Ｏ、座屈部Ｑと称する。
【００４２】
図６(Ａ)に示すように、ダンパー部材(10)の変形量Ｘは、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐが降伏耐力dＰｙに達するまで、線形に変化する。この時のダンパー部材(10)の状態は図６(Ｂ)中の(ａ)に示す状態となっている。降伏耐力dＰｙ以下の圧縮力がダンパー部材(10)に作用する時、該ダンパー部材(10)では弾性変形のみが起こっている。
【００４３】
更にダンパー部材(10)の弾性変形が進み、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力Ｐが降伏耐力dＰｙを超えると、図６(Ｂ)中の状態(ｂ)に示すように、ダンパー部材(10)は２箇所の座屈部を伴って塑性変形を生じている。ダンパー部材(10)の変形量Ｘに対して、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は非線形に増加している。
【００４４】
ダンパー部材(10)に作用する圧縮力がdＰｍaxに達すると、図６(Ｂ)中の状態(ｃ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｏで座屈が急激に進行する。更に、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの変形が進むと、図６(Ｂ)中の状態(ｄ)に示す如く、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの内壁どうしが接触する。ここで、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏが急激に座屈変形している間は、該ダンパー部材(10)に作用する圧縮応力は低下するが、内壁どうしが接触して、座屈部Ｏの座屈変形が進展しなくなった後は、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は増加する。
【００４５】
次に、ダンパー部材(10)の圧縮変形が更に進行すると、図６(Ｂ)中の状態(ｅ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑで塑性変形が進む。ダンパー部材(10)の圧縮力が再びdＰｍaxに達すると、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑが急激に座屈変形することによって、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力の低下は、図６(Ｂ)中の状態(ｆ)に示すように、該ダンパー部材(10)の座屈部Ｑの内壁が接触するまで続く。
【００４６】
更にダンパー部材(10)の圧縮変形が進行すると、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力は増大し、ダンパー部材(10)の圧縮変形が進む。そして、ダンパー部材(10)の座屈部Ｏの外側面と座屈部Ｑの外側面とが接触するまでダンパー部材(10)の圧縮変形が進行すると、図６(Ｂ)中の状態(ｇ)に示すように、ダンパー部材(10)の圧縮変形は殆ど進行しなくなる。即ち、この時の圧縮変形量がダンパー部材(10)を使用できる限界値Ｘｍａｘであり、変形量Ｘが限界値Ｘｍａｘ以下であれば、ダンパー部材(10)の変形により、ダンパー部材(10)に作用する圧縮力を最大圧縮耐力dＰｍax以下に抑えることが可能である。即ち、アンカーボルト(20)に作用する力を弾性限界以内に留めることが可能である。
【００４７】
以上のエネルギー吸収機構の説明では、ダンパー部材(10)の２箇所に局部座屈が発生する場合について述べたが、ダンパー部材(10)の軸方向の長さに応じて、局部座屈が1箇所で発生する場合、或いは局部座屈が３箇所以上で発生する場合もある。この様な場合においても、ダンパー部材(10)は同様にエネルギー吸収による制振機能を発揮する。
【００４８】
次に、本発明の制振構造に繰り返し振動を加えたときのダンパー部材(10)に生じる変形の特性を、図７によって説明する。ここで、ダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントをＭとする。また、ダンパー部材(10)の変形量は、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)が回転したときの鉛直上方に対する回転角θに近似して表わす。
【００４９】
図７において、曲げモーメントＭ及び回転角θは断面図と平行な平面に対して反時計回りを正方向とし、鉄骨(41)の左側に位置するダンパー部材を第１ダンパー部材(10a)、鉄骨(41)の右側に位置するダンパー部材を第２ダンパー部材(10b)とする。
【００５０】
図７(Ａ)は本発明の制振構造の初期状態を示している。該制振構造にダンパー部材(10)に正方向の曲げモーメントが作用すると、図７(Ｂ)に示すように、第１ダンパー部材(10a)に圧縮力が作用して第１ダンパー部材(10a)が座屈変形する。ここで、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の回転はベースプレート(40)の端部を中心とするので、第２ダンパー部材(10b)は殆ど変形しない。
【００５１】
次に、図７(Ｃ)に示すように、ダンパー部材(10)に負方向の曲げモーメントが作用すると、第１ダンパー部材(10a)には引張力が作用するために座屈変形していた第１ダンパー部材(10a)は伸張する。そして、図７(Ｄ)に示すようにベースプレート(40)が反転すると、第１ダンパー部材(10a)は殆ど元の状態に戻り、第２ダンパー部材(10b)には圧縮力が作用して第２ダンパー部材(10b)が座屈変形する。又、制振構造に作用する曲げモーメントが繰り返し向きを変えることによって、第１ダンパー部材(10a)及び第２ダンパー部材(10b)は圧縮方向の変形(座屈変形を含む)と引張方向の変形を繰り返す。
【００５２】
地震発生時には、図７に示す如く、ダンパー部材(10)が圧縮方向の変形と引張方向の変形を交互に繰り返すことによって、ダンパー部材(10)が地震による振動エネルギーを吸収し、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の変形を弾性限界内に収めることを可能としている。
【００５３】
図７に示す、ダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭと回転角θの関係は、図８(ａ)に示すグラフで表わされる。図８(ａ)中のグラフ上の点Ａは図７(Ａ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｂは図７(Ｂ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｃは図７(Ｃ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示し、点Ｄは図７(Ｄ)でダンパー部材(10)に作用する曲げモーメントＭ及び回転角θを示している。
【００５４】
図８(Ａ)のグラフはヒステリシス曲線を描き、該ヒステリシス曲線が包囲する領域の面積が吸収したエネルギー量に対応することから、ダンパー部材(10)の繰り返し変形により、ダンパー部材(10)が多くの振動エネルギーを吸収し、アンカーボルト(20)、ベースプレート(40)及び鉄骨(41)の振動を最小限に抑えることが可能であることがわかる。
【００５５】
又、図８(Ｂ)に示す如く、ダンパー部材(10)に２周期の振動が作用すると、ダンパー部材(10)の耐力が低下することによって、回転角θの変位量は増大するが、該回転角θの変位量の増大に伴い、ヒステリシス曲線が包囲する領域の面積が大きくなることから、ダンパー部材(10)は更に多くの振動エネルギーを吸収していることがわかる。
【００５６】
ここで、本発明の制振構造の具体的構成において、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されていない場合と、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されている場合について、図９を用いて説明する。
【００５７】
ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されていない場合は、ダンパー部材(10)に引張力が作用しないため、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用した時にダンパー部材(10)は振動エネルギーを吸収することが出来ない。そのため、図９(Ａ)に示すように、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフは原点を通過する曲線を示す。又、図９(Ａ)において、２周期目の振動の時は回転角の変位量は大きくなるものの、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、１周期目での曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲う面積と殆ど同等である。
【００５８】
一方、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されている場合は、ダンパー部材(10)に引張力が作用するため、アンカーボルト(20)に圧縮力が作用した時もダンパー部材(10)は振動エネルギーを吸収することが出来る。そのため、図９(Ｂ)に示すように、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフは原点を通過しないヒステリシス曲線を示す。又、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、図９(Ａ)における曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積に比べて大きい。更に、図９(Ｂ)において、２周期目の振動の時は回転角の変位量は大きくなり、曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積は、１周期目での曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すグラフが囲む面積に比べて大きくなる。
【００５９】
上述のグラフは、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されることによって、ダンパー部材(10)の振動エネルギーの吸収能が増大することを示している。よって、本発明の制振構造では、ダンパー部材(10)がナット(30)及びベースプレート(40)に固定されることが必須である。
【００６０】
次に、本発明で採用されるダンパー部材(10)を形成する材料及びダンパー部材(10)の設計方法について説明する。
本発明に係る制振構造では、大規模の地震の際であってもベースプレート(40)とコンクリート基礎(50)の制振機能を有効にするために、ダンパー部材(10)に使用される材料は、ボルト部材の降伏耐力Ｐｂよりも小さな力で、該ダンパー部材(10)が最大耐力dＰｍaxに至る材料が選ばれる。
【００６１】
即ち、以下の数式１の条件を満たす材料が、本発明の制振構造におけるダンパー部材(10)に用いられる。
(数１)
dＰｍax＜Ｐｂ
数式１において、ダンパー部材(10)の最大圧縮耐力dＰｍaxはダンパー部材(10)に用いられる材料の特性の他に、ダンパー部材(10)の形状に依存するので、アンカーボルト(20)の降伏点Ｐｂを考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計することが必要である。
【００６２】
ダンパー部材(10)が円筒形の鋼管である仮定すると、ダンパー部材(10)の最大圧縮耐力dＰｍaxは数式２により評価することが可能である(鈴木敏郎、小川利行、加藤征宏、栗本照彦：「軸圧縮を受ける高張力鋼管の強度性状に関する研究」、日本建築学会論文報告集、第３２１号、ｐｐ２８−３７、１９７２)。
(数２)
dＰｍax＝dＰy((０.００１６３Ｅ・ｔ)／(σy・Ｄ)＋０.９２９)
ここで、Ｅは鋼材のヤング係数、ｔはダンパー部材(10)の肉厚、σｙは鋼管の降伏点を表わす。
【００６３】
次に、本発明の制振構造を構成するダンパー部材(10)では、その軸方向の長さＬが長いほど、ダンパー部材(10)のエネルギー吸収能は高くなる。
ｎ箇所で座屈が発生するダンパー部材(10)の最大耐力での変形量Ｘｌｉｍｉｔは数式３で得られる。
(数３)
Ｘｌｉｍｉｔ＝Ｌ−３ｔ・ｎ
【００６４】
一般的に、座屈の発生箇所数ｎは、材料に関係なく、ダンパー部材(10)の形状に依存する。本発明の制振構造を構成するダンパー部材(10)の座屈について考えると、座屈が発生する間隔(座屈波長)ｍは、数式４により近似的に算出できる(Stephen  P.  Timoshenko,  James  M.  Gere:"Theory  of  Elastic  Stability",  Mac  Graw-Hill  Company,  New  York,  1963)。
(数４)
ｍ＝２ｋ・ｔ[(Ｄ／ｔ)−１]０.５
ここで、ｋは、ダンパー部材(10)に用いられる材料やダンパー部材(10)の開口端部の固定方法などに依存して、１.１≦ｋ≦１.４の範囲で決定される係数である。
【００６５】
よって、ダンパー部材(10)の座屈発生箇所数ｎは数式５により得られる。
(数５)
ｎ＝Ｌ／ｍ＝[Ｌ／(２ｋ・ｔ)][ｔ／(Ｄ−ｔ)]０.５
数式３、数式４及び数式５より、塑性変形量Ｘｌｉｍｉｔは数式６のようになる。
(数６)
Ｘｌｉｍｉｔ＝Ｌ−３ｔ・[Ｌ／(２ｋ・ｔ)][ｔ／(Ｄ−ｔ)]０.５
＝Ｌ{１−(３／２ｋ)・[ｔ(Ｄ−ｔ)]−０.５}
【００６６】
ダンパー部材(10)の最大耐力での変形量Ｘｌｉｍｉｔは、本発明の制振構造の振動エネルギー吸収能に強く影響するので、ダンパー部材(10)に使用する材料の特性と共に、ダンパー部材(10)の形状の設計が重要である。
【００６７】
本発明の制振構造では、ダンパー部材(10)の局部座屈に伴う耐力の低下を考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計することが出来る。
例えば、ダンパー部材(10)に軟鋼を使用する際に、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが１５以上(Ｄ／ｔ≧１５)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力の５割以上低下する。
【００６８】
又、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが７以上且つ１５以下(７≦Ｄ／ｔ≦１５)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力の１〜４割程度低下する。
更に、ダンパー部材(10)の肉厚ｔに対する外径Ｄの比Ｄ／ｔが７以下(Ｄ／ｔ≦７)になるように設計したとき、ダンパー部材(10)の耐力は、ダンパー部材(10)の最大耐力とほぼ同等である。
【００６９】
そこで、局部座屈に伴うダンパー部材(10)の耐力の低下を許容出来る範囲を考慮して、ダンパー部材(10)の形状を設計する。
【００７０】
又、本発明の制振構造においては、アンカーボルト(20)の損傷を防ぎ、且つ部品交換を容易にするために、ダンパー部材(10)に座屈が発生しても、ダンパー部材(10)の座屈部の内面がアンカーボルト(20)に接触しないようにすることが必要である。
【００７１】
そのため、ダンパー部材(10)の内径(Ｄ−２ｔ)がアンカーボルト(20)の外径Ｄよりも十分に大きいことが必須である。例えば、ダンパー部材(10)とボルトとの隙間をダンパー部材(10)の厚さｔ以上とし、或いはダンパー部材(10)の長さＬをダンパー部材(10)に発生する座屈の間隔ｍの整数倍程度とする。これによって、ダンパー部材(10)の座屈部の内面がアンカーボルト(20)に接触しないようにすることが出来る。
【００７２】
＜第４実施例＞
本発明に係る制振構造においては、ダンパー部材(10)の周壁に１或いは複数の穿孔を設けることによって、ダンパー部材(10)の座屈波長や座屈位置を調節することが可能である。例えば図１０(Ａ)に示す如く、周壁にスリット孔(80)を形成したダンパー部材(12)を用いてもよい。該ダンパー部材(12)においては、その周壁に軸方向に長い２つのスリット孔(80)(80)が軸方向に並び、図１０(Ｂ)に示す如く軸方向と垂直で且つ互いに直交する４方向にそれぞれ２つのスリット孔(80)(80)が形成されている。この場合、スリット孔(80)が形成された部分を中心に座屈が発生することになる。
【００７３】
＜第５実施例＞
他の実施の形態としては、図１１(Ａ)に示す如く、周壁に丸孔(81)を形成したダンパー部材(13)を用いてもよい。該ダンパー部材(13)においては、その周壁に２つの丸孔(81)(81)が軸方向に並び、図１１(Ｂ)に示す如く軸方向と垂直な２方向にそれぞれ２つの丸孔(81)(81)が形成されている。この場合、丸孔(81)が形成された部分を中心に座屈が発生することになる。
【００７４】
＜第６実施例＞
上述の実施例では、鉄骨(40)とコンクリート基礎(50)を締結した建造物に本発明の制振構造を実施したが、これに限定されず、例えば、図１２に示す如く、鋼柱(43)に梁(52)を締結した建造物に実施することも可能である。
【００７５】
該建造物においては、鋼柱(43)と、該鋼柱(43)に接して設けられたエンドプレート(51)と、エンドプレート(51)に溶接され且つエンドプレート(51)に対して垂直に配置された梁(52)と、エンドプレート(51)の表面から鋼柱(43)へエンドプレート(51)及び鋼柱(43)を厚さ方向に貫通して設けられたボルト(21)と、鋼柱(43)から突出するボルト(21)の先端部に螺合するナット(30)と、ボルト(21)を包囲してナット(30)と鋼柱(43)との間に介在するダンパー部材(10)とが配備されている。そして、ダンパー部材(10)の２つの開口端部の内、一方の開口端部はナット(30)に溶接され、他方の開口端部は鋼柱(43)に溶接されている。
【００７６】
この様にしてエンドプレート(51)と鋼柱(43)とが締結され、その締結機構に対してダンパー部材(10)による制振機能が与えられる。
【００７７】
＜第７実施例＞
また本発明は、図１３に示す如く垂直の２本の鋼柱(43a)(43b)に水平の２本の梁(52a)(52b)を締結した建造物に実施することが出来る。本実施例では、下方の鋼柱(43a)の端部にエンドプレート(51)が固定されると共に、柱梁接合部パネル(44)の両端部にそれぞれダイヤフラム(53a)(53b)が固定されている。
そして、柱梁接合部パネル(44)のダイヤフラム(53a)(53b)に対して、２本の梁(52a)(52b)が連結されると共に、上方のダイヤフラム(53b)に対して上方の鋼柱(43b)が連結されている。
【００７８】
更に、エンドプレート(51)と下方のダイヤフラム(53a)とを互いに接合させた状態で、エンドプレート(51)及びダイヤフラム(53a)を貫通するボルト(21)と、ダイヤフラム(53a)から突出するボルト(21)の先端部に螺合するナット(30)とによって、エンドプレート(51)とダイヤフラム(53a)が互いに締結されている。
ここで、ボルト(21)を包囲してナット(30)とダイヤフラム(53a)の間にダンパー部材(10)が介在し、該ダンパー部材(10)の２つの開口端部の内、一方の開口端部はナット(30)と溶接され、他方の開口端部はダイヤフラム(53a)と溶接されている。
【００７９】
この様にしてエンドプレート(51)とダイヤフラム(53a)とが締結され、その締結機構に対してダンパー部材(10)による制振機能が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の制振構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の制振構造を示す正面図である。
【図３】本発明の制振構造の具体的構成を示す分解状態と組立状態を示す正面図である。
【図４】本発明の制振構造の他の具体的構成を示す分解状態と組立状態を示す正面図である。
【図５】本発明の制振構造の他の具体的構成を示す分解状態と組立状態を示す正面図である。
【図６】金属製ダンパー部が圧縮変形する過程を説明するグラフと各状態を示す正面図である。
【図７】金属製ダンパー部が地震により変形する過程を示す一連の正面図である。
【図８】金属製ダンパー部に作用する曲げモーメントＭに対するダンパー部材の回転角θの関係を示すグラフである。
【図９】金属製ダンパー部のエネルギー吸収能を説明するグラフである。
【図１０】金属製ダンパー部の側面にスリット孔を形成した制振構造を示す正面図と断面図である。
【図１１】金属製ダンパー部の側面に丸孔を形成した制振構造を示す正面図と断面図である。
【図１２】本発明の制振構造の他の応用例を示す正面図である。
【図１３】本発明の制振構造の更に他の応用例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００８１】
(10)  ダンパー部材
(11)  フランジ座金
(12)  ナット／ダンパー合体部材
(13)  ダンパー部材
(14)  ダンパー部材
(20)  アンカーボルト
(21)  ボルト
(30)  ナット
(31)  ナット部
(40)(42)  ベースプレート
(42a) 内ねじ
(41)  鉄骨
(43)  鋼柱
(44)  柱梁接合部パネル
(50)  コンクリート基礎
(51)  エンドプレート
(52)  梁
(53)  ダイヤフラム
(61)  第１フランジ部材
(62)  第２フランジ部材
(61a)(31a)  外ねじ
(63)  ダブルナット
(63a)  内ねじ
(70)〜(74)  溶接部
(80)  スリット孔
(81)  丸孔
【図１】
2008280715.tif 000003
【図２】
2008280715.tif 000004
【図３】
2008280715.tif 000005
【図４】
2008280715.tif 000006
【図５】
2008280715.tif 000007
【図６】
2008280715.tif 000008
【図７】
2008280715.tif 000009
【図８】
2008280715.tif 000010
【図９】
2008280715.tif 000011
【図１０】
2008280715.tif 000012
【図１１】
2008280715.tif 000013
【図１２】
2008280715.tif 000014
【図１３】
2008280715.tif 000015