(57)【要約】【課題】本発明は、安価で、かつダンパーとしての性能を効果的に発揮することのできる制震ダンパー、及び制震構造を提供する。【解決手段】制震ダンパー８は、平行四辺形に成形された軟鋼等の２枚のパネル部材９ａ、９ｂが、同一平面上でシンメトリーとなるように上下に隣り合わせて配置され、鋼材等の水平補剛部材１１を介してくの字を形成するように一体的に固着される。一体化された２枚のパネル部材９ａ、９ｂには、上端面及び下端面に水平補剛部材１１、両側端面に側部補剛部材１２が固着される。これら制震ダンパー８は、パネル部材９ａ、９ｂのパネル面が垂直面となるように配されて、パネル部材９ａの上端面に位置する水平補剛部材１１と上部取り付け部材６の突端面、及びパネル部材９ｂの下端面に位置する水平補剛部材１１と下部取り付け部材７の突端面とが一体となるように固着される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟鋼または低降伏点鋼の板材よりなり、平面視平行四辺形に成形される２枚のパネル部材と、
普通鋼材または高張力鋼の板材よりなり、前記パネル部材に対して直交する平面を形成するようにパネル部材の外周端面に配置されて、一体的に固着される複数の補剛部材とにより構成され、
２枚の前記パネル部材が、同一平面上でシンメトリーを形成するように上下方向に隣り合わせて配置され、前記補剛部材を挟んで一体的に固着されるとともに、
一体的に固着された２枚のパネル部材の外周端面各々に、前記補剛部材が固着されることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項２】
請求項１に記載の制震ダンパーを用いた構造物の制震構造であって、
柱および梁を備える構造物の柱及び梁からなる構面内に設けられて、上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように前記制震ダンパーが固着されており、
該制震ダンパーを構成するパネル部材が、垂直面を形成するように配されるとともに、
前記パネル部材の上下端面各々に備えられる前記補剛部材が、前記取り付け部材に一体的に固着されることを特徴とする構造物の制震構造。
【請求項３】
請求項２に記載の制震構造において、
前記制震ダンパーが、前記構面内で上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように、並列に複数設けられることを特徴とする構造物の制震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の降伏に伴う履歴吸収エネルギーを利用した制震ダンパー、及び構造物の制震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、性能設計の時代に向けて、構造物の損傷をコントロールできる制震構造の普及が進行している。特に、鋼材の降伏に伴う履歴吸収エネルギーを利用した鋼材ダンパーは、ローコストで大きな減衰性能を発揮できることから採用実績も多く、中でも、上下階の梁間に設置する間柱形式は、機構が簡単で設計的にも扱いやすいため多用されている（特許文献１参照）。
図５（ａ）に示すように、一般的に採用されている間柱形式の鋼材ダンパー２０は、柱１７と梁１８を備える構造物１６の階高中央部に備えられている間柱１９に設けられており、該鋼材ダンパー２０が一般部よりも早期に降伏する軟鋼等により成形されたパネル部材２０ａを備えている。このため、地震等が生じると該鋼材ダンパー２０はパネル部材２０ａに変形を集中させることにより、構造物１６の振動を減衰するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８２２０１号公報（第３−５頁、第１図参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような鋼材ダンパー２０には、通常時において、荷重を上下の間柱１９にスムーズに伝達するため、前記パネル部材２０ａの両側端面に垂直補剛部材２０ｂが設けられている。該垂直補剛部材２０ｂには、普通鋼や高張力鋼が用いられていることから、該鋼材ダンパー２０の大変形時には、パネル部材２０ａが角度θのせん断変形しようとすると、部材長ｈの垂直補剛部材２０ｂが長さ方向に引っ張られてｈ／ｃｏｓθとなり、大きな引張り軸力が生じることとなる。
これが前記パネル部材２０ａの変形を拘束する力となり、鋼材ダンパー２０の性能を低下させる要因となっている。このため、前記垂直補剛部材２０ｂに作用する引張り軸力を開放する仕組みが以前から複数提案されているが、ローコストで効果的なものがなく、課題となっていた。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、安価で、かつダンパーとしての性能を効果的に発揮することのできる制震ダンパー、及び構造物の制震構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の制震ダンパーは、軟鋼または低降伏点鋼の板材よりなり、平面視平行四辺形に成形される２枚のパネル部材と、普通鋼材または高張力鋼の板材よりなり、前記パネル部材に対して直交する平面を形成するようにパネル部材の外周端面に配置されて、一体的に固着される複数の補剛部材とにより構成され、２枚の前記パネル部材が、同一平面上でシンメトリーを形成するように上下方向に隣り合わせて配置され、前記補剛部材を挟んで一体的に固着されるとともに、一体的に固着された２枚のパネル部材の外周端面各々に、前記補剛部材が固着されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の構造物の制震構造は、柱および梁を備える構造物の柱及び梁からなる構面内に設けられて、上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように前記制震ダンパーが固着されており、該制震ダンパーを構成するパネル部材が、垂直面を形成するように配されるとともに、前記パネル部材の上下端面各々に備えられる前記補剛部材が、前記取り付け部材に一体的に固着されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の構造物の制震構造は、前記制震ダンパーが、前記構面内で上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように、並列に複数設けられることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の制震ダンパー、及び制震ダンパーを用いた構造物の制震構造を図１から図４に示す。本発明の制震ダンパーは、平行四辺形に成形された軟鋼もしくは低降伏点鋼よりなるパネル部材を、上下方向でシンメトリーに配置して、くの字を形成させた状態で２枚を一体化し、この外周端面各々に補剛部材をパネル部材に対して直交面を形成するように配置し固着するもので、パネル部材の面内方向に変形する際にも、くの字に一体化された２枚のパネル部材の側部に設けられた補剛部材に、大きな引張り軸力を生じさせない構成としたものである。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）に示すように、鉄骨造の柱２と梁３を備える構造物１には、その柱２と梁３の構面内における隣り合う柱２に挟まれた中間部に、上部梁３ａと下部梁３ｂを連結するように間柱４が配置されている。該間柱４は、上部梁３ａの下面より下方に突出するように設けられる上部取り付け部材６と、該上部取り付け部材６の対向位置に配されて、前記下部梁３ｂの上面より突出するように設けられる下部取り付け部材７と、該下部取り付け部材７及び上部取り付け部材６を連結するように固着される制震ダンパー８とにより構成されている。
前記上部取り付け部材６及び下部取り付け部材７は、前記梁３や柱２と同様の材料よりなるもので、一般に用いられている普通鋼材等の鉄骨材が用いられている。本実施の形態ではＨ形鋼を用いており、その両フランジ６ａ、７ａが柱２の側面と向かい合うように配置されている。
【００１１】
一方、前記制震ダンパー８は、２枚のパネル部材９ａ、９ｂと複数の補剛部材１０とにより構成されている。前記パネル部材９ａ、９ｂは、軟鋼もしくは低降伏点鋼等よりなる板材で、平面視が平行四辺形に成形されている。
前記補剛部材１０は、パネル部材９ａ、９ｂの上下端面に配される水平補剛部材１１、及びパネル部材９ａ、９ｂの両側端面に配される側部補剛部材１２を備えている。これらは、いずれも普通鋼もしくは高張力鋼によりなる板材で、その部材長は、水平補剛部材１１がパネル部材９ａ、９ｂの上下端面と同一の長さ、側部補剛部材１２がパネル部材９ａ、９ｂの両側端面と同一の長さに成形されている。また、その幅は、図１（ｂ）に示すように、前記下部取り付け部材７及び上部取り付け部材６に用いられているＨ形鋼のフランジ６ａ、７ａの幅と同程度に成形されている。なお、水平補剛部材１１及び側部補剛部材１２は、パネル部材９ａ、９ｂの上下端面及び両側端面の長さが同一であれば、長さの異なる２種類を製作する必要はなく、同一長さの補剛部材１０を上下端面及び両側端面の両者に用いればよい。
これら水平補剛部材１１及び側部補剛部材１２は、前記パネル部材９の外周端面である上下端面及び両側端面の各々に固着されることとなるが、その配置は、パネル面に対して直交する平面を形成するとともに、パネル部材９の表裏面の両者より均等に突出するように配される。
【００１２】
このような構成の制震ダンパー８は、２枚の前記パネル部材９ａ、９ｂが、同一平面上でシンメトリーとなるように上下方向に隣り合わせて配置されており、前記水平補剛部材１１を介して固着手段により固着されている。これにより、２枚のパネル部材９は見かけ上、くの字を形成して一体化されることとなる。このようなくの字に一体化された２枚のパネル部材９ａ、９ｂには、上方に配されたパネル部材９ａの上端面、及び下方に配されたパネル部材９ｂの下端面に前記水平補剛部材１１が固着手段を介して固着されているとともに、パネル部材９ａ、９ｂ各々の両側端面に側部補剛部材１２が固着手段を介して固着されている。したがって、該パネル部材９ａ、９ｂには、前記水平補剛部材１１及び側部補剛部材１２が、外周端面を囲うように固着され、パネル部材９ａ、９ｂの面外変形を拘束することとなる。
なお、パネル部材９ａ、９ｂに水平補剛部材１１及び側部補剛部材１２を固着するための固着手段には、溶接や高力ボルト等を用いている。
【００１３】
上述する構成の制震ダンパー８は、一体化された２枚のパネル部材９ａ、９ｂのくの字状に形成されたパネル面が垂直面となるように前記上部取り付け部材６及び下部取り付け部材７の間に配されており、上方に配された前記パネル部材９ａの上端面に位置する水平補剛部材１１と前記上部取り付け部材６の突端面、及び下方に配された前記パネル部材９ｂの下端面に位置する水平補剛部材１１と前記下部取り付け部材７の突端面とが一体となるように固着手段を介して固着され、前記間柱４が構成されることとなる。
【００１４】
このように間柱４に組み込まれた制震ダンパー８は、地震等の発生による大変形時には、軟鋼もしくは低降伏点鋼よりなるパネル部材９ａ、９ｂが早期に降伏して地震エネルギーを吸収し、減衰効果を生じる。このとき、上下に連続してシンメトリーに配されている前記パネル部材９ａ、９ｂ各々は、平行四辺形に成形されていることから該パネル部材９ａ、９ｂの側端面各々は、図４（ａ）に示すように通常時において、鉛直軸に対して所定の傾斜角度θを有するくの字を形成している。したがって、この側端面に一体的に固着されている側部補剛部材１２も、鉛直軸に対して傾斜角度θを持って配されることとなり、上下に連続する２本の側部補剛部材１２は、平面視くの字を形成する。
これにより、制震ダンパー８にせん断力が作用し、該側部補剛部材１２に、部材長さ方向に引っ張られるような力が作用した際にも、上下に連続する２本の側部補剛部材１２における平面視くの字の形状が変化するのみで大きな引張り軸力が生じることがないため、前記パネル部材９ａ、９ｂは、ほとんど拘束を受けることなく水平方向及び鉛直方向に自在に変形することができ、ダンパーとしての性能を十分発揮することができるものである。また、大変形時においてパネル部材９ａ、９ｂがせん断変形しても、前記制震ダンパー８自身の部材高さｈは変化することがないため、部材高さｈが一定のもとで制震ダンパー８は減衰効果を生じることができる。
【００１５】
なお、本実施の形態では、前記間柱４に１台の制震ダンパー８が設けられた制震構造を示したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、構造物１に対して減衰効果を発揮できれば、間柱４に対して複数の制震ダンパー８が並列に設けられる構成としても良い。
また、本実施の形態では、鉄骨造の構造物１を例にとり、制震ダンパー８が設けられた制震構造を示したが、これにこだわるものではなく、構造物１を鉄筋コンクリート造としても良い。
さらに、本実施の形態では、間柱４の中間部に制震ダンパー８が配された制震構造を示したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、図２に示すように、例えば前記上部梁３ａの下面よりのみ、下方に向けて鉛直状に突出して上部取り付け部材６が設けられており、該上部取り付け部材６と前記下部梁３ｂを連結するように制震ダンパー８を固着する構成としても良い。この場合には、下方に配されたパネル部材９ｂの下端面に前記水平補剛部材１１が、下部梁３ｂに固着手段を介して固着される構成となる。
【００１６】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、柱２と梁３よりなる構面内に間柱４を配置し、該間柱４に前記制震ダンパー８を組み込む制震構造を示した。しかし、構面内に制震ダンパー８を配置する際の取り合い部５は、上述するような間柱４を構成する上部取り付け部材６及び下部取り付け部材７にこだわるものではない。第２の実施の形態では、制震ダンパー８を用いた制震構造における、制震ダンパー８の取り合い部５の他の事例を以下に示す。
図３に示すように、鉄筋コンクリート造の構造物１の柱２と梁３よりなる構面内には、制震ダンパー８の取り合い部５となる上部梁３ａより下方に突出する垂れ壁１４、及び該垂れ壁１４と対向する位置に設けられ、前記下部梁３ｂより上方に突出する腰壁１５が配されている。これら垂れ壁１４と腰壁１５を連結するように配される前記制震ダンパー８は、上方に配されるパネル部材９ａの上端面に固着された水平補剛部材１１、及び下方に配されるパネル部材９ｂの下端面に固着された水平補剛部材１１の両者より外方に突出するように、鋼材よりなる埋め込み部材１３が設けられている。
このような前記制震ダンパー８は、前記水平補剛部材１１と、垂れ壁１４、及び腰壁１５の突出面が同一平面を形成できる部材高さを有しており、前記埋め込み部材１３を前記垂れ壁１４、及び腰壁１５の各々に埋設するとともに、水平補剛部材１１が垂れ壁１４、及び腰壁１５と一体化されるように固着されている。
【００１７】
なお、第２の実施の形態では、並列に制震ダンパー８が２台取り付けられている構成を示したが、これにこだわるものではなく、構造物１に対して減衰効果を発揮できれば、１台また複数台等何れを取り付けてもよく、その数量にこだわるものではない。
また、必ずしも制震ダンパー８のみでなくともよく、一般に用いられている摩擦ダンパーや、粘弾性ダンパーなど異類のダンパーを併用する構成としてもかまわない。
【００１８】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態によれば、前記制震ダンパー８は、平行四辺形に成形された軟鋼もしくは低降伏鋼よりなる２枚のパネル部材９ａ、９ｂを同一平面上でシンメトリーを形成するように上下に配置し、両者を水平補剛部材１１を介して連結するとともに、一体化された２枚のパネル部材９ａ、９ｂの上下端面に水平補剛部材１１、両側端面に側部補剛部材１２等の補剛部材１０を固着する構成とした。
これにより、上下に連続して配された２枚の前記パネル部材９ａ、９ｂの側端面は、各々鉛直軸より傾斜角度θを有していることから、通常時においてくの字が形成されることとなり、これに固着される上下に連続する前記側部補剛部材１２も、くの字を形成して配置されることとなる。このため、地震等が発生し制震ダンパー８に大変形を生じる際に、前記パネル部材９ａ、９ｂにせん断変形が生じても、上下に連続する前記側部補剛部材１２のくの字の形状が変形するのみで側部補剛部材１２には大きな引張り軸力が発生しないことから、大変形に伴い水平方向もしくは鉛直方向等の面内方向に変形しようとするパネル部材９ａ、９ｂは、ほとんど拘束されることがなく、本来の性能を十分に生かして自在に変形することができ、地震エネルギーを容易に吸収し、減衰効果を十分高めることが可能となる。
【００１９】
このように、前記制震ダンパー８が変形する際には、側部補剛部材１２に過大な引張り軸力が生じないことから、該制震ダンパー８が固着される取り付け部材５に対して過大な軸力を考慮する必要がなく、合理的な部材設計を行うことが可能となる。
また、制震ダンパー８の変形時には、側部補剛部材１２に作用する引張り軸力の分力が加算されないため、取り付け部材５との接合部に過大な力が作用することがない。したがって、これらの設計にはせん断耐力をベースにした検討を行えばよいため、合理的な設計を行うことが可能となる。
【００２０】
さらに、制震ダンパー８のパネル部材９ａ、９ｂには、側部補剛部材１２の引張り軸力の影響が反映されないため、パネル部材９ａ、９ｂにおける側部補剛部材１２近傍部位の振幅幅が緩和され、低サイクル疲労特性を改善することが可能となる。
【００２１】
一方で、前記パネル部材９ａ、９ｂは平面視で平行四辺形であるものの、せん断応力分布は従来より一般に用いられている平面視長方形の場合と変わらないため、制震ダンパー８としての履歴特性は長方形と同様になり、特別な設計を必要としない。
また、万一破損した場合にも、従来より用いられている平面視長方形のパネル部材９ａ、９ｂの制震ダンパー８と同様に取り替えが容易であり、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。
さらに、制震ダンパー８の製作には、特殊な技量や機械を必要としないため、コストアップを生じることはないとともに、あらかじめ工場等で製作しておけば、現場における施工性や作業性も従来と変わることなく、容易に実施することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の制震ダンパーによれば、軟鋼または低降伏点鋼の板材よりなり、平面視平行四辺形に成形される２枚のパネル部材と、普通鋼材または高張力鋼の板材よりなり、前記パネル部材に対して直交する平面を形成するようにパネル部材の外周端面に配置されて、一体的に固着される複数の補剛部材とにより構成され、２枚の前記パネル部材が、同一平面上でシンメトリーを形成するように上下方向に隣り合わせて配置され、前記補剛部材を挟んで一体的に固着されるとともに、一体的に固着された２枚のパネル部材の外周端面各々に、前記補剛部材が固着されることから、制震ダンパーにせん断力が作用し、側部補剛部材の部材長さ方向に引っ張られるような力が作用した際にも、上下に連続する２本の側部補剛部材におけるくの字の形状が変化するのみで大きな引張り軸力が生じることがないため、大変形に伴い水平方向もしくは鉛直方向等の面内方向に変形しようとするパネル部材は、ほとんど拘束されることがなく、本来の性能を十分に生かして自在に変形することができ、地震エネルギーを容易に吸収し、減衰効果を十分高めることが可能となる。
このように、制震ダンパーのパネル部材には、パネル部材の両側端面に固着される補剛部材の引張り軸力の影響が反映されないため、パネル部材における補剛部材近傍部位の振幅幅が緩和され、低サイクル疲労特性を改善することが可能となる。
【００２３】
一方で、前記パネル部材は、平面視で平行四辺形であるものの、せん断応力分布は従来より一般に用いられている平面視長方形の場合と変わらないため、制震ダンパーとしての履歴特性は長方形と同様になり、特別な設計を必要としない。
さらに、制震ダンパーの製作には、特殊な技量や機械を必要としないため、コストアップを生じることはないとともに、あらかじめ工場等で製作しておけば、現場における施工性や作業性も従来と変わることなく、容易に実施することが可能となる。
【００２４】
請求項２記載の構造物の制震構造によれば、柱および梁を備える構造物の柱及び梁からなる構面内に設けられて、上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように前記制震ダンパーが固着されており、該制震ダンパーを構成するパネル部材が、垂直面を形成するように配されるとともに、前記パネル部材の上下端面各々に備えられる前記補剛部材が、前記取り付け部材に一体的に固着されることから、前記制震ダンパーが変形する際には、パネル部材の両側端面に固着された補剛部材に過大な引張り軸力が生じないため、該制震ダンパーが固着される取り付け部材に対して過大な軸力を考慮する必要がなく、合理的な部材設計を行うことが可能となる。
また、制震ダンパーの変形時には、パネル部材の両側端面に固着された補剛部材に作用する引張り軸力の分力が加算されないため、取り付け部材との接合部に増大な力が作用することがない。したがって、取り付け部材の設計にはせん断耐力をベースにした検討のみを行えばよいため、合理的な設計を行うことが可能となる。
【００２５】
また、万一破損した場合にも、従来より用いられている平面視長方形のパネル部材の制震ダンパーと同様に取り替えが容易であり、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。
【００２６】
請求項３記載の構造物の制震構造によれば、前記制震ダンパーが、前記構面内で上下の梁から構面内に対向して突出される取り付け部材を連結するように、並列に複数設けられることから、１台の制震ダンパーに係る負担を分担することが可能となり、制震ダンパーの小型化や耐久性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制震ダンパー、及び制震ダンパーを用いた制震構造の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態に示した制震構造の他の事例を示す図である。
【図３】本発明に係る制震ダンパーを用いた制震構造の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明に係る制震ダンパーの変形の挙動を示す図である。
【図５】従来の制震ダンパーを示す図である。
【符号の説明】
１  構造物
２  柱
３  梁
３ａ  上部梁
３ｂ  下部梁
４  間柱
５  取り付け部材
６  上部取り付け部材
６ａ  フランジ
７  下部取り付け部材
７ａ  フランジ
８  制震ダンパー
９ａ  パネル部材
９ｂ  パネル部材
１０  補剛部材
１１  水平補剛部材
１２  側部補剛部材
１３  取り合い部
１４  垂れ壁
１５  腰壁
１６  構造物
１７  柱
１８  梁
１９  間柱
２０  鋼材ダンパー
２０ａ  パネル部材
２０ｂ  垂直補剛部材
【図１】
2004156203.tif 000003
【図２】
2004156203.tif 000004
【図３】
2004156203.tif 000005
【図４】
2004156203.tif 000006
【図５】
2004156203.tif 000007