(57)【要約】【課題】地震などの外力を梁端ダンパーで効率良く吸収することが可能な制震性に優れた構造物を提供する。【解決手段】梁端の一方と他方で剛性および耐力の異なるエネルギー吸収部材を介して柱と接合し、より好ましくは端部の一方がエネルギー吸収部材を介して柱と接合し、他方が柱と剛接合する梁を備え、必要に応じて、間柱型、シアパネル型ダンパーを、梁の両端が柱と剛接するスパンに配置した構造物。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁端の一方と他方で剛性および耐力の異なるエネルギー吸収部材を介して柱と接合する梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【請求項２】
端部の一方がエネルギー吸収部材を介して柱と接合し、他方が柱と剛接合する梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【請求項３】
請求項１または２記載の梁と、両端が柱に剛接し、エネルギー吸収部材が取付けられた梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端部にエネルギー吸収部材（以下、ダンパー）を有する梁を備え、地震などの水平方向の外力に対して制震効果を有する構造物であって、特にダンパーのエネルギー吸収効率に優れたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震に対する建築物の安全性を確保するため、耐震設計、耐震構造に関して種々の提案がなされ、ラーメン構造の耐震設計法として、発生頻度の高い中小地震時に柱、梁などの主要構造部材を弾性範囲内で変形させ、大地震の場合には塑性変形はさせるが建築物の倒壊は防止する終局強度設計法が適用されている。
【０００３】
一方、耐震構造としては柱と梁を剛接合したものに、ダンパーを組み込むものと、柱梁接合部近傍に減衰性能を付与したり、梁先端部にダンパーを組み込むことが提案されている。
【０００４】
前者の方法は、柱と梁を剛接合したラーメン構造にダンパーを壁、ブレース、間接部材として組み込むもので、例えば、鋼構造年次論文集第４巻（１９９６．１１Ｐ３６１〜Ｐ３６８）「履歴ダンパー付きラーメン構造の地震応答」や和田章ら「建築物の損傷制御設計」丸善株式会社に記載されている。
【０００５】
後者の方法は、前者における空間利用上の制約を解消するもので、特開平３−２３３０８３号公報、特開平６−３４１２４６号公報には、柱梁の接合部近傍など曲げモーメントが大きい部分に振動エネルギー吸収に優れる複合鋼材などを用いることが記載されている。
【０００６】
このように、柱梁部は剛接合とし、梁端部に配置された複合鋼材などを地震入力エネルギーを吸収させるダンパーとみた場合、ブレースなど架構面内にダンパーとして配置した場合と比較して、純ラーメン構造の弾性限までに吸収できるエネルギー量が小さく、エネルギー吸収能に劣ることが指摘されている。
【０００７】
そのため、特開平２０００−１４４９０１号公報では、柱梁部のエネルギー吸収能を向上させるため梁端と鋼柱をダンパーを介して接合し、鋼柱に設けられたブラケットのフランジと梁のフランジとを接合するスプライスプレートに地震入力エネルギを吸収させ、梁の塑性化を防止する技術が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２０００−１４４９０１号公報に記載の柱梁構造とした場合、地震入力エネルギーにより、ダンパーが塑性化すると梁端の回転剛性が低下し、建築剛性が損なわれることが懸念されるため、建築物としての耐震性を損なわずに、梁端ダンパーを効率良く配置する方法が要望されてきた。
【０００９】
本発明はラーメン構造に梁端ダンパーを用いる場合において、建築物として耐震性が確保でき、且つダンパーとしてのエネルギー吸収効率が高くなるよう梁端ダンパーが配置された制震構造物を提案する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は梁を柱にダンパーを介して接合する際、柱梁架構におけるダンパーの配置や複数のダンパー間の剛性および耐力の設定によってはダンパーのエネルギー吸収効率を向上させることが可能で、建築物剛性も損なわれないことを見出した。
【００１１】
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１．梁端の一方と他方で剛性および耐力の異なるエネルギー吸収部材を介して柱と接合する梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【００１２】
２．端部の一方がエネルギー吸収部材を介して柱と接合し、他方が柱と剛接合する梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【００１３】
３．１または２記載の梁と、両端が柱に剛接し、エネルギー吸収部材が取付けられた梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、梁の一方と他方で剛性および耐力の異なるダンパーを介して柱と接合する梁を備え、更に好ましくは端部の一方はダンパーを介さず柱に剛接する梁を備えたことを特徴とする制震性に優れた構造物である。
【００１５】
図１は、そのような梁と柱からなる柱梁架構の効果を、梁の一方がダンパーを介して柱と接合し、他方が剛接する梁を有する柱梁架構をもって模式的に示すもので、水平入力が付与された際の梁、ダンパーの変形状況を示す。
【００１６】
梁の一方の端部が柱に剛接されているため、その他方に設けられたダンパーは、層間変形角が同じ場合においては、前記梁両端の個々のダンパーより多くの入力エネルギーを吸収し、エネルギー吸収効率に優れる。
【００１７】
すなわち、柱が剛で、両端に同耐力のダンパーを有する架構に地震時の水平力でθの層間変形角が生じた場合、幾何学的相対関係により、梁端部ではθの回転角が生じる（図１（ａ））。
【００１８】
一方、梁の一方がダンパーを介して柱に接合し、他方が剛接している場合、幾何学的相対関係により、ダンパーを介する梁端部では１．５θの回転角を生じ、ダンパーの変形量は上述した両端に配置したダンパーの１．５倍で、エネルギー吸収効率は１．５倍となる（図１（ｂ））。
【００１９】
ただし、柱が剛でなく弾性の場合、層間変形角がθであっても、梁端の回転角は柱の変形に応じて１．５θより減少する。同様に剛接された梁端の固定度が低下すると、それに応じて梁端の回転角も１．５θより低下する。
【００２０】
このような効果は、ブレース型、壁型等架構内に配置するダンパーと併用しても損なわれることはないが、間柱型、シアパネル型のようにダンパーが取りつく梁の塑性化状態がダンパーの剛性に影響を与えるものを、梁端ダンパーと同じスパン内に配置することは好ましくない。
【００２１】
間柱型シアパネルダンパーが取りつけられた梁の端部が塑性化すると、間柱型シアパネルダンパーの変形が小さくなり、吸収されるエネルギーが小さくなるためで、梁端ダンパーが設置されていないスパンに取付けることが望ましい。
【００２２】
梁の両端をダンパーを介して柱に接合する場合は、両端で異なる耐力、剛性のダンパーを用いることにより、エネルギー吸収能力の向上を図ることが可能である。ただし、その上界値は層間変形角θに対し、梁端回転角１．５θである。
【００２３】
その際、一方のダンパーのエネルギー吸収能力を梁端降伏モーメントより若干低目に設定すると梁の塑性化が防止される。
【００２４】
また、構造物の一つの層で梁端に２個のダンパーを設置する場合、一つのスパンの梁の両端に１個ずつ配置する場合に比較して、異なるスパンの梁の一方の端部に１個ずつ配置すると、エネルギー吸収は１．５倍となり、すなわち、梁の一方がダンパーを介して柱と接合し、他方が柱と剛接する柱梁構造は、梁両端がダンパーを介して柱と接合する柱梁構造と比較して地震入力の吸収に優れ、制震効果に優れる。
【００２５】
図２は本発明の効果を示すもので、３スパンからなる一つの層を鉛直方向に６層積み重ねてなる６層３スパンで、階高４ｍ，スパン９ｍの建築物において、柱梁接合部の構造を種々変化させた。
【００２６】
本発明例は建築物の一つの層の３スパンにおいて両端の２スパンを一方の端部にダンパーを備え、他方を柱に剛接した梁を有する柱梁構造とし、そのうち、梁端ダンパーを外柱側の端部に設けたものを本発明例１、中柱側に配置したものを本発明例２とした。尚、中央部の１スパンは両端に剛性および耐力が等しいダンパーを配置した。
【００２７】
比較例として、両端に剛性および耐力が等しいダンパーを備えた梁と両端が柱に剛接された梁を有する構造物（比較例１）、両端が柱に剛接された梁のみを有する純ラーメン構造物（比較例２）を用い、純ラーメン構造の比較例２では、建築基準法を満足するように柱、梁の断面を決定した。
【００２８】
本発明例１，２および比較例１で梁端ダンパーの数は等しく、また、いずれの実施例においても梁端ダンパーとして耐力および剛性が純ラーメン構造の梁の１／２となる半剛接梁端ダンパーを使用した。図３にその特性を示す。
【００２９】
地震応答解析では、人工地震波を用い、各建物に入力する地震エネルギーが等しくなるようにし、減衰は剛性比例の２％で解析した。
【００３０】
表１に地震応答解析結果を示す。本発明例１，２は比較例２より保有水平耐力が小さいにも拘わらず、小さい最大変形量で、梁の損傷も少なく、梁端の一方を梁端ダンパーとし、他方を剛接とした場合、そのエネルギー吸収量は大きく、ダンパーによる履歴減衰効果が大きい。
【００３１】
上述したように、本発明に従い、梁端ダンパーを配置した構造物では、梁端ダンパーのエネルギー吸収効率が高く、同数の梁端ダンパーを用いるとしても梁の両端に配置して用いた場合に比較して建造物のエネルギー吸収効率は高くなることが確認された。
【００３２】
図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る制震構造物の一実施の形態を示すもので、各層が３スパンからなる複数層の建築構造物におけるダンパーの配置方法を模式的に示したものである。
【００３３】
図４（ｃ）は、各層に用いるダンパー数を３つにした場合を示すが、ｍ−３−１からｍ−３−９のスパンの組合せにおいて、ｍ−３−（２，３，８，９）
のように全てのスパンを梁の一方の端部にダンパーを備え、他方は柱に剛接されたスパンとした場合、ダンパーのエネルギー吸収効率が良くなり、制震効果が高く、特に好ましい配置である。
【００３４】
また、外柱の柱梁耐力比が中柱の柱梁耐力比より大きい、すなわち、柱が梁より耐力が大きい場合、梁端ダンパーを、ｍ−１−１，ｍ−２−２，ｍ−３−２，ｍ−４−１のように外柱側に配置することが制震性の向上に有効であり、このような効果はスパン数によらない。
【００３５】
尚、本発明は図４（ｆ）に示すように１スパンのみに適用することも可能である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、梁端ダンパーが地震時の入力エネルギーを効率良く吸収し、且つダンパーが塑性化した後でも、建物剛性の低下が少ない構造物が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を模式的に示す図で（ａ）は両端ダンパーを備えた梁を有する柱梁架構の変形を示す図、（ｂ）は一方の梁端にダンパーを有し、他方が柱に剛接している梁の変形を示す図。
【図２】本発明の作用効果を示す実験に用いた建築構造物を模式的に示す図。
【図３】本発明の作用効果を示す実験に用いた梁端ダンパーの特性を示す図。
【図４】本発明の一実施の形態である建築構造物を模式的に示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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