(57)【要約】      （修正有）【課題】地震の力を効率的に吸収し、応力の分散を効率的に行うことで、構造体の応力変位を抑制し、構造体の水平力に対する剛性を備え、施工が容易かつ安価な、制震フレームの提供をすること。【解決手段】構造部材である柱８と梁等の横架材９とで成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームにおいて、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製の略矩形のフレーム２と、該フレーム２内に、合わせて略く字状に架設された２本のブレースダンパー３・３を備えた。ブレースダンパー３の中心軸３５が、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１を交差し、また、フレーム２を上下に等分する仮想の軸線２３に対して線対称となるように、フレーム２に対してブレースダンパー３を取り付けた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレームに架設された単数又は複数のブレースダンパーとを備えることを特徴とする制震フレーム。
【請求項２】
木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレーム内に、合わせて略く字状に架設された２本のブレースダンパーとを備えることを特徴とする制震フレーム。
【請求項３】
前記ブレースダンパーの中心軸の延長線が、前記構造部材の交点を通るように、前記ブレースダンパーが配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の制震フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材である柱と梁等の横架材とで囲まれた開口部に取り付けられる制震フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
木造住宅は、日本の住宅生産において大きな役割を担うものである。その中でも、木造軸組工法は、日本に古くから伝わる工法であり、多くの木造住宅は、木造軸組工法によるものである。
木造軸組工法とは、図１３に示すように、鉄筋コンクリート等で成る基礎６の上に、土台７となる木材を連結し、土台７の上に垂直に立てた柱８と、柱８と柱８との間をつなぐ水平材である梁等の横架材９とで、略矩形枠を造っていく工法である。木造軸組工法は、構造上の規制が少なく、柱８・梁等の横架材９・土台７等で囲まれた開口部１０を大きくとり、広く開放的な住宅を実現することが可能である。
しかし、木造軸組工法からなる住宅は、水平力に対する剛性が弱いという問題があった。特に、地震が発生した場合は、住宅に対して、強い水平力が作用する。その結果、柱８と梁等の横架材９、また、柱８と横架材９の隅角接合部である仕口に水平力が作用し、地震の力に抗しきれなくなった柱８が、土台７から抜け落ち、住宅の倒壊を招くおそれがあることが課題とされていた。
この課題を解決するための発明が、これまでにも提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２に記載の技術である。
【０００３】
特許文献１が提案する、木造軸組構造体の仕口ダンパーは、２枚以上の三角形状の銅板等の硬質板を使用し、当該隣接する複数の硬質板間に、粘弾性体あるいは粘弾性特性を有するエネルギー吸収材を挟み込んだダンパーを、木造軸組構造体における仕口に取り付けることによって、接合部の補強及び住宅等の構造体の耐震性の向上を図るものである。しかし、この発明では、住宅に水平力が作用し、応力変位が生じたとき、仕口ダンパーが柱や梁等の横架材にめり込み、住宅を傷つけてしまうという問題がある。
また、特許文献２が提案する、制震フレームは、同一の軸組フレームに、制震装置であるオイルダンパーと、耐震要素であるブレースとを組み込んだものである。しかし、この発明では、制震装置と耐震要素とを、別々に組み込むものであるため、制震フレームの施工が複雑となる。また、オイルダンパーを組み込むことによって、価格が高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２４７２６９号公報
【特許文献２】特開２００１−９０３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明では、地震の力を効率的に吸収し、応力の分散を効率的に行うことで、構造体の応力変位を抑制し、構造体の水平力に対する剛性を備え、施工が容易かつ安価な、制震フレームの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレームに架設された単数又は複数のブレースダンパーとを備えたものである。
【０００７】
請求項２においては、木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレーム内に、合わせて略く字状に架設された２本のブレースダンパーとを備えたものである。
【０００８】
請求項３においては、前記ブレースダンパーの中心軸の延長線が、前記構造部材の交点を通るように、前記ブレースダンパーが配置したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレームに架設された単数又は複数のブレースダンパーとを備えたことによって、水平力に対する構造体の剛性が向上し、さらに、安価かつ容易に制震フレームを形成することが可能となる。
【００１１】
請求項２においては、木製の構造部材で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部に取り付けられる制震フレームであって、前記開口部の内周に沿って固設された軽量鉄骨製のフレームと、該フレーム内に、合わせて略く字状に架設された２本のブレースダンパーとを備えたことによって、地震の力を効率的に吸収することが可能となる。
【００１２】
請求項３においては、前記ブレースダンパーの中心軸の延長線が、前記構造部材の交点を通るように、前記ブレースダンパーが配置したことによって、効率的に地震の力を吸収することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は制震フレーム１の構造を説明する図、図２はフレーム２の構造を説明する図、図３はブレースダンパー３の構造を説明する図、図４はフレーム２に対する、ブレースダンパー３の取り付けを説明する図、図５はガセットプレート４と、ブレースダンパー３との、フレーム２に対する取り付けを説明する図、図６はガセットプレート４の構造を説明する図、図７はガセットプレート５２と、ブレースダンパー３ｂとの、フレーム２に対する取り付けを説明する図、図８はガセットプレート５２の、フレーム２に対する取り付けを説明する図、図９は制震フレーム１の、別形態の実施例を示す図、図１０は制震フレーム１の、開口部１０に対する取り付けを説明する図、図１１、図１２は制震フレーム１の、応力分散の状態を示す図、図１３は木造軸組工法を説明する図である。
【００１４】
本発明の実施例に係る制震フレーム１は、木製の構造部材（柱８や、梁等の横架材９）で成る木造軸組に形成される略矩形の開口部１０に取り付けられて、前記木造軸組に制震機能を備えるためのものである。
前記制震フレーム１は、図１に示すように、開口部１０の内周に沿って固設された軽量鉄骨製の略矩形のフレーム２と、該フレーム２に架設された単数又は複数のブレースダンパー３・３・・・とを備えたものである。前記ブレースダンパー３は、ガセットプレート４を介してフレーム２に取り付けられる。
【００１５】
続いて、フレーム２及びブレースダンパー３の構造、並びに、ブレースダンパー３のフレーム２に対する取り付け構造について、詳細に説明する。
【００１６】
まず、フレーム２の構造について、図２により説明する。
フレーム２は、開断面Ｃ型の軽量鉄骨（Ｃ形鋼）を、Ｃ型の開放面を内周側にして略矩形状に組み、四隅の接合部を溶接したものである。このフレーム２は、柱８や梁によって画成される略矩形状の開口部１０に配置されるものであって、該開口部１０の内周に沿うようにフレーム２を取り付けることから、フレーム２の大きさは、開口部１０に接する柱８や、梁等の横架材９や、土台７の長さに合わせるものである。フレーム２は開口部１０に取り付けるので、フレーム２を開口部１０に取り付けたときに柱８に接するフレーム２の外周面には、取り付け用穴２２が略等間隔に設けられている。なお、フレーム２の形状は、開断面Ｃ型の軽量鉄骨に限定されるものではなく、開断面Ｌ型のものや、開断面溝型のもの等も含まれる。また、軽量鉄骨同士の接合部は、溶接するだけでなく、ボルト接合する場合もある。
【００１７】
フレーム２の材質は軽量鉄骨であることが望ましいものである。
なお、軽量鉄骨とは、厚さ６ｍｍ以下の薄い鋼板を、溝形、Ｃ形（リップ溝形）、Ｚ形、又は山形などに、成形して成る鉄骨である。
軽量鉄骨を使用することによって、アルミやステンレスを使用する場合と比べて、住宅の強度を向上させることが可能となり、また、重量鉄骨を使用する場合と比べて、地盤に対する負担が軽くなり、また、加工や施工においても安価にフレームを形成することが可能となる。
【００１８】
次に、ブレースダンパー３の構造について、図３により説明する。
本発明において、ブレースダンパー３には、粘弾性ブレースダンパーを採用することが望ましい。粘弾性ブレースダンパーは、一端閉塞筒状体である外鋼板３２に、粘弾性体３１と内鋼板３６との積層体が内挿されて成るものである。外鋼板３２の閉塞側端部には、接続用プレート３３が固設され、一方、内鋼板３６の非挿入側端部には、接続用プレート３３が固設される。これらの接続用プレート３３には、ボルト接合用孔３４・３４が穿設される。
上記構成の粘弾性ブレースダンパー３では、軸方向に引張力又は圧縮力が生じたときに、内鋼板３６と外鋼板３２との間に介在する粘弾性体３１が摩擦により変形して、エネルギーを吸収する。
【００１９】
ダンパーには、鋼材ダンパー、摩擦ダンパー、オイルダンパー、粘弾性ダンパー等様々な種類のダンパーが存在するが、特に、オイルダンパーや粘弾性ダンパー等は、小規模地震から大規模地震にまで対応し、地震後の住宅内部の機能性維持を効果的に図ることが可能である。
また、同じ速度比例減衰型のオイルダンパーと、粘弾性ダンパーとを比較すると、オイルダンパーが、高価格であるという課題を抱えているのに対し、一方の粘弾性ダンパーは、オイルダンパーと同様の制震性能を備えながらも、比較的安価なダンパーを提供しうるという利点を有するものである。
さらに、ブレース型のダンパーとすることによって、柱８や横架材９により構成される略矩形の開口部１０への取り付けが容易となる。
以上より、木造住宅の制震を目的とする本発明においては、性能、価格、施工の点から、粘弾性ブレースダンパーを制振フレーム１に採用することが望ましいものである。
【００２０】
次に、フレーム２に対する、ブレースダンパー３の取り付け構造について、図４、図５、図６、図７、図８により説明する。
本例では、フレーム２に溶接したガセットプレート４・５２に、ブレースダンパー３の両端をボルト接合することによって、フレーム２に対して、ブレースダンパー３を取り付ける例を示している。
【００２１】
図４に示すように、２本のブレースダンパー３・３は、フレーム２を上下に等分する仮想の軸線２３に対して線対称となるように配置され、前記２本のブレースダンパー３・３は略く字状を為している。すなわち、この制震フレーム１は、Ｋ型ブレースを備えた制震フレームであり、前記ブレースとしてブレースダンパーが備えられているのである。
また、本発明は、制震フレーム１を構造体の開口部１０に取り付けたときに、ブレースダンパー３の中心軸３ａの延長線が、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１を交差するように、ブレースダンパー３をフレーム２に取り付ける構造である。
【００２２】
ブレースダンパー３をＫ型に取り付けるには、ブレースダンパー３・３各々の、いずれか一方の端部を、フレーム２に溶接した略逆く字状のガセットプレート４を介して、フレーム２にボルト接合するものである。
このとき、図４が示すように、ブレースダンパー３は、フレーム２を上下に等分する仮想の軸線２３に対して線対称に配置される。このためには、ガセットプレート４は、図５が示すように、仮想の軸線２３がガセットプレート４の上下略中心軸４ｂと重なるように、取り付けなければならない。
なお、ガセットプレート４をフレーム２に対して取り付ける方法としては、ガセットプレート４をフレーム２に溶接する方法や、ガセットプレート４をフレーム２に対してボルト接合する方法等がある。つまり、ガセットプレート４をフレーム２に対して取り付ける方法には何ら制限はないものである。
【００２３】
図４、図５に示すとおり、ガセットプレート４の形状は、略逆く字状となっており、ブレースダンパー３・３の両方を接合するものである。しかし、ブレースダンパー３・３の両方を接合することで、ガセットプレート４には、強い負荷が掛かってしまう。そこで、図６に示すように、ガセットプレート４の両面に補強板４ａを溶接し、ガセットプレート４を補強板４ａで補強することによって、負荷に対する剛性を担保している。
なお、ガセットプレート４の形状は、図５、図６に示す形状に限定されるものではない。ガセットプレート４の形状には、方形状や、台形状等の形状も含まれるものである。
【００２４】
制震フレーム１を構造体の開口部１０に取り付けたときに、ブレースダンパー３の中心軸３５の延長線が、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１を交差するには、図７に示すように、ブレースダンパー３ｂをガセットプレート５２にボルト接合したとき、ブレースダンパー３ｂの中心軸３５は、ボルト１２の中心を通る状態となるものである。つまり、図８に示すように、ブレースダンパー３ｂの中心軸３５が、ガセットプレート５２に形成したボルト接合用穴５３の中心点を通ることになるのである。
したがって、ブレースダンパー３の中心軸３５が、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１を交差するように、ブレースダンパー３をフレームに取り付けるには、図８が示すように、前記ブレースダンパー３ｂの中心軸３５が、前記ボルト接合用穴５３の中心を通るように、ボルト接合用穴５３を形成し、該ボルト接合用穴５３の中心と、前記中心軸３５とが重なるように、ガセットプレート５１・５２をフレーム２に取り付けなければならない。
ガセットプレート５１・５２をフレーム２に取り付ける方法としては、ガセットプレート５１・５２をフレーム２に溶接する方法や、ガセットプレート５１・５２をフレーム２に対してボルト接合する方法等がある。つまり、ガセットプレート５１・５２をフレーム２に対して取り付ける方法には何ら制限はないものである。
ガセットプレート５１・５２をフレーム２に対して取り付ける位置であるが、本発明では、ブレースダンパー３をフレームに対して、略く字状に取り付けるので、図４が示すように、ガセットプレート５１、ガセットプレート５２は、柱８に接する一対のフレーム辺のうち、ガセットプレート４を取り付けていない辺の仕口付近に、各々取り付けるものである。
なお、ガセットプレート５１、ガセットプレート５２の形状は、図７、図８に示す形状に限定されるものではない。ガセットプレート５１、ガセットプレート５２の形状には、方形状や、台形状等の形状も含まれるものである。
【００２５】
ブレースダンパー３のフレーム２に対する取り付けの詳細であるが、接続用プレート３３の何れか一方とガセットプレート４とをボルト接合し、また、前記接続用プレート３３の残り一方とガセットプレート５１又は、ガセットプレート５２とをボルト接合することによって、ブレースダンパー３のフレーム２に対する取り付けが完了する。
また、ボルト接合については、普通ボルト接合でもよいが、高力ボルト接合や、引張ボルト接合は、より強度な接合が可能となり、本発明に適している。
【００２６】
なお、制震フレーム１の形状は、図４に示す形状に限定されるものではない。
図９に示すように、フレーム１を上下に等分する位置に中帯枠２４を取り付け、該中帯枠２４を挟んで線対称となるように、フレーム２に対して、ブレースダンパー３・３を略く字状に取り付けることも可能である。
【００２７】
このように形成された制震フレーム１は、図１０に示すように、構造体の開口部１０に取り付けることによって、構造体に制震構造を備えるためのものである。
柱８に接するフレーム２の外周面には、取り付け用穴２２を略等間隔で設けているので、図１０に示すように、制震フレーム１を開口部１０に嵌め込み、前記取り付け用穴２２にボルトを通じて、制震フレーム１を柱８に対してボルト１３で接合することで、制震フレーム１の開口部１０に対する取り付けが完了する。
この様に、制震フレーム１を柱８に対してボルト接合するだけでよいため、簡単な施工で制震構造が形成されるのである。
【００２８】
次に、本件発明のように形成した制震フレーム１を開口部１０に取り付け、その後、地震が発生した場合の、制震フレーム１の応力分散の状態について、図１１、図１２により説明する。なお、図に示すＸ、Ｙ方向の矢印は、いずれも、地震が発生した場合に構造体に作用する、水平力の方向を示している。
まず、図１１が示すように、Ｘ方向からの水平力が作用した場合、ブレースダンパー３ｂには引張力が発生し、ブレースダンパー３ａには圧縮力が発生する。また、図１２が示すように、Ｙ方向からの水平力が作用した場合、ブレースダンパー３ａには引張力が発生し、ブレースダンパー３ｂには圧縮力が発生する。
これらの引張力と圧縮力により、ブレースダンパーを構成する粘弾性体が変形して、振れのエネルギーを吸収する。
本発明では、制震フレーム１を構造体の開口部１０に取り付けたときに、ブレースダンパー３の中心軸３ａの延長線上に、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１が存在する構成である。したがって、水平力の負担が強く掛かる交点１１から、水平力を効率的にブレースダンパー３にて吸収することが可能となる。
また、ブレースダンパー３は、フレーム２を上下に等分する仮想の軸線２３に対して線対称とし、Ｋ型に取り付けるので、上下に配置されたブレースダンパー３・３の各々に発生する、引張力と圧縮力との均衡を保つことが可能となる。つまり、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向から水平力が作用しても、柱８等に掛かる負担を均等に軽減することが可能になる。
【００２９】
さらに、本発明は、ブレースダンパー３を略矩形のフレーム２内に取り付けた制震フレーム１を用いており、地震により制震フレーム１に発生した応力を、該制震フレーム１全体に分散する構造をとっている。
この様に、制震フレーム１全体に応力が分散されることで、従来のように、仕口部分等の一部に負担が掛かることもなく、制震フレーム１全体で、かつ均等に、柱８や梁等の横架材９を支持し、柱８や梁等の横架材９に係る負担を軽減することが可能となり、その結果、水平力に対する、構造体の剛性を向上することが可能となるのである。
【００３０】
この様に、水平力を効率的にブレースダンパー３で吸収し、柱８等に掛かる負担を軽減し、水平力に対して制震フレーム１全体で抗することが可能となるので、水平力に対する構造体の剛性が向上し、構造体の応力変位を抑制することが可能となる。また、応力が制震フレーム１全体に均等に分散されるため、制震フレーム１の一部に負担が掛かることも無く、制震フレーム１の一部が柱８や梁等の横架材９にめり込んだり、柱８や横架材９を傷つけることを防ぐことが可能となる。
その結果、柱８の、土台７からの抜け落ちを防ぐことが可能となり、地震が発生しても住宅を傷つけたり、倒壊したりすることを回避しうるのである。
【００３１】
また、制震フレーム１は、ガセットプレート５１、ガセットプレート５２の取り付け位置を変更することによって、ブレースダンパー３の取り付け位置や、取り付け角度を簡単に変更することが可能である。したがって、柱８の太さや柱８と柱８との間隔に応じて、ブレースダンパー３の中心軸３５が、柱８の中心軸８ａと、土台７や梁等の横架材９との交点１１を交差するように、ブレースダンパー３の取り付け位置等を変更し、各住宅の間取りに応じて、構造体に作用する水平力を、最も効率良く吸収することが可能となる。
つまり、水平力に対する剛性に優れた、自由な間取りを作り出すことを可能とするのである。
【００３２】
なお、本件発明は、木造軸組工法からなる住宅にのみ適用されるものではない。木造枠組壁工法においても、枠組に本件発明に係る制震フレーム１を取り付けることによって、水平力に対する剛性を向上させることが可能となる。
また、本件発明は、地震による強い揺れに対して有効なだけでなく、風等によって発生する、小さな揺れに対しても有効である。したがって、大地震時の構造安全性を左右する大振幅の揺れだけでなく、住宅に生じる大小様々な揺れまでも効果的に低減することが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】制震フレーム１の構造を説明する図。
【図２】フレーム２の構造を説明する図。
【図３】ブレースダンパー３の構造を説明する図。
【図４】フレーム２に対する、ブレースダンパー３の取り付けを説明する図。
【図５】ガセットプレート４と、ブレースダンパー３との、フレーム２に対する取り付けを説明する図。
【図６】ガセットプレート４の構造を説明する図。
【図７】ガセットプレート５２と、ブレースダンパー３ｂとの、フレーム２に対する取り付けを説明する図。
【図８】ガセットプレート５２の、フレーム２に対する取り付けを説明する図。
【図９】制震フレーム１の、別形態の実施例を示す図。
【図１０】制震フレーム１の、開口部１０に対する取り付けを説明する図。
【図１１】制震フレーム１の、応力分散の状態を示す図。
【図１２】制震フレーム１の、応力分散の状態を示す図。
【図１３】木造軸組工法を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１    制震フレーム
２    フレーム
３    ブレースダンパー
４、５１、５２    ガセットプレート
６    基礎  
７    土台
８    柱  
９    横架材
１０    開口部  
１１    交点  
１２、１３    ボルト
【図１】
2008063914.tif 000003
【図２】
2008063914.tif 000004
【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】
2008063914.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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