(57)【要約】【課題】ダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構においてブレースが降伏した後の架構（フレーム）に剛性を付与する。【解決手段】鉛直材１と水平材２からなるフレーム３内にダンパー付きブレース４を組み込んだブレース架構５において、フレーム３内の、ダンパー付きブレース４を除いた部分に、ダンパー付きブレース４が降伏したときに弾性域に留まる方杖６を架設する。特にダンパー付きブレース４が架設された区間の層間変形時の変形量より変形量が小さくなる区間に方杖６を架設し、フレーム３の層間変形時にダンパー付きブレース４が水平力の多くを負担するようにダンパー付きブレース４と方杖６架設する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直材と水平材からなるフレーム内にダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構において、前記フレーム内の、前記ダンパー付きブレースを除いた部分に、ダンパー付きブレースが降伏したときに弾性域に留まる方杖を架設してあるダンパー付きブレース架構。
【請求項２】
フレーム内において、ダンパー付きブレースが架設された区間の層間変形時の変形量より変形量が小さくなる区間に方杖を架設してある請求項１記載のダンパー付きブレース架構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構においてブレースが降伏した後の架構（フレーム）に剛性を付与するダンパー付きブレース架構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように柱と梁等、鉛直材と水平材からなるフレーム内にダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構において、例えば地震力により降伏した後の２次剛性が０となる弾塑性履歴型、あるいは剛塑性履歴型のダンパーが接続された、もしくは内蔵したブレースを使用した場合、ダンパーが降伏した時点でブレースを除いたフレームの水平剛性が期待できなければ、図７に示すようにダンパーが降伏した後のフレームの剛性勾配は０となる。
【０００３】
この状態で更に地震動を受けたときには、水平力に対する水平剛性が存在しないため、入力地震波の性質によってはフレームに図６に示すような過大な残留変形Δが発生する可能性がある。
【０００４】
フレーム内に上記以外の粘弾性ダンパー等を接続、もしくは内蔵したブレースを架設する方法によれば（特許文献１他参照）、履歴特性が紡錘型となり、弾塑性履歴型等のダンパーを使用することに伴う問題は発生しないが、弾塑性履歴型等のダンパーはメインテナンスが容易である等の利点を有し、使用される機会が多いことから、上記特有の問題に対する解決策が望まれる。
【０００５】
ダンパーを使用する方法ではないが、ブレースが架設されたフレームにおけるブレースの耐力低下の問題を解決する手段として、フレーム内に架設されるブレースが圧縮力により座屈することのないようにブレースの架設位置を工夫する方法があり（特許文献２参照）、またフレームが被震したときのフレームの残留変形の問題を解決する手段として、フレームの曲げ降伏耐力を調整する方法がある（特許文献３参照）。
【０００６】
この他、同一のフレーム内に、ダンパーに接続されるブレースとダンパーに接続されないブレースを組み込み、ダンパーに接続されないブレースを耐震要素として用い、ダンパーに接続されるブレースにダンパーの反力を負担させる方法（特許文献４参照）もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２７９６９５号公報（図１）
【０００８】
【特許文献２】
実公平４−３０２８６号公報（図１〜図３）
【０００９】
【特許文献３】
特開平５−２７２２５７号公報（請求項１、図１〜図７）
【００１０】
【特許文献４】
特開２００１−９０３７７号公報（請求項３、図６〜図８、図１４、図１５）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２ではフレームの中央部に鉛直に架設されるせん断柱を曲げ降伏させることでブレースの座屈を防止しているが、ブレースはせん断柱に接続されているため、せん断柱が降伏した後にはブレースの剛性がフレームの剛性の向上に寄与することがない。
【００１２】
特許文献３ではフレームを構成する柱の断面を細分化することでブレースが降伏した後にも柱及びフレームが弾性域に留まるようにしているが、ブレースの降伏がフレームの降伏に先行するため、ブレースの降伏後にブレースの剛性がフレームの剛性に付加されることはない。
【００１３】
特許文献４ではダンパーに接続されないブレースが地震力に抵抗するため、ダンパーに接続されないブレースがダンパーに接続されるブレースに先行して降伏することになり、上記した履歴型ダンパーを用いた場合のようにダンパーに接続されるブレースが降伏した後には、ダンパーに接続されないブレースがフレームの剛性を維持する機能を発揮することはない。
【００１４】
この発明は上記背景より、ダンパー付きブレースのダンパー、もしくはブレース自体が降伏した後のフレームの残留変形を抑制できるダンパー付きブレース架構を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では鉛直材と水平材からなるフレーム内にダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構において、フレーム内の、ブレースを除いた部分に、ダンパー付きブレース（以下ブレース）が降伏したときに弾性域に留まる方杖を架設することにより、弾塑性型等の履歴型である場合のダンパーが降伏した後、またはブレース自体が降伏した後のブレースを除いた方杖によって保持されるフレームの水平剛性によってフレームの残留変形を抑制する。ダンパー付きブレースはダンパーを内蔵したブレースと、ダンパーが接続されたブレースを含む。
【００１６】
ダンパーを含め、ブレースが降伏したときに方杖が弾性域に留まるようにする上では、請求項２に記載のようにフレーム内において、ブレースが架設された区間の層間変形時の変形量より変形量が小さくなる区間に方杖が架設される。すなわち、層間変形時にブレースの両端間に生ずる変形量より方杖の両端間に生ずる変形量が小さくなり、方杖の歪みが弾性域に留まるようにブレースと方杖が架設される。
【００１７】
この方杖の歪みが弾性域に留まるようにする幾何学的調整の他に、ブレースの降伏が方杖の降伏に先行するようにそれぞれの降伏耐力を調整する材料的調整も行われる。
【００１８】
通常、フレーム内にブレースが架設されたブレース架構ではブレースが耐震要素になることから、フレーム自体は水平力をほとんど負担しないため、ブレースの降伏後にはフレームの水平剛性は０になり、フレームの挙動が不安定になるが、方杖の水平剛性が付加されることによってフレームの安定性が確保される。
【００１９】
ブレースの降伏後にも方杖とフレームが弾性域に留まることで、履歴型のダンパーが降伏した後、もしくはダンパーを除くブレース本体が降伏した後に、方杖による２次剛性がフレームに付与されるため、フレームが水平剛性を失うことはなく、更に地震動を受けたときにもフレームに発生する残留変形が小さくなる。
【００２０】
図１に示すようにフレームに層間変形δを生じさせる水平力Ｐに対しては、ブレースとダンパーが水平力Ｐの多くを負担しつつ、ダンパーがフレームに入力する振動エネルギを吸収する一方、フレームを構成する鉛直材と水平材が曲げ変形することにより、方杖が軸方向に変形することによりそれぞれ弾性範囲内で抵抗する。フレームと方杖は共に弾性範囲内で抵抗することで、変形後には破線で示す原形に復帰する。図１はブレースをフレームの対角線方向に架設し、ブレースの下端部、もしくは鉛直材の中間部と水平材の中間部との間に方杖を架設した場合を示す。
【００２１】
ブレースのみの水平剛性を示す荷重−変形関係は図２−（ｂ）に示す通りであるが、（ｃ）に示す方杖の水平剛性がフレームの水平剛性に付加されることで、ブレースと共に方杖が架設されたフレーム全体では（ａ）に示すようにダンパー付きブレースが水平剛性を失った後にも方杖による２次剛性を有することになる。
【００２２】
フレームと方杖が弾性範囲内に留まることで、フレームの水平剛性が期待できない場合でも、方杖の水平剛性によってフレームは被震後に原形に復元しようとし、更に地震動を受けたときにも方杖の水平剛性が維持されるため、フレームの残留変形が生じにくくなる。
【００２３】
耐震工学上も、履歴型のダンパーに２次剛性がなく、フレームに過大な残留変形が生ずる場合でも、フレームに僅かな２次剛性を付与することで、残留変形が格段に小さくなることが判明しているため、上記のようにフレームに２次剛性を付与する方杖がフレームに付加されることで、理論的にもフレームの残留変形が格段に小さくなると言える。
【００２４】
方杖の水平剛性は方杖自体の材料、断面性能、架設角度により自由に調整され、フレーム全体の水平剛性はその他、鉛直材と水平材の曲げ剛性の調整により調整される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明は図１に示すように鉛直材１と水平材２からなるフレーム３内にダンパー付きブレース（以下ブレース）４を組み込んだブレース架構において、フレーム３内の、前記ブレース４を除いた部分に方杖６を架設したダンパー付きブレース架構５である。
【００２６】
ブレース４はその軸方向にダンパー４２が接続された形式、または内蔵された形式であり、例えば軸方向に相対移動自在なブレース本体４１，４１と、一方のブレース本体４１に内蔵されるダンパー４２から構成され、ブレース本体４１，４１がその両端間に作用する引張力と圧縮力によって相対移動するときにダンパー４２が減衰力を発生することによりフレーム３に作用する水平力を負担し、フレーム３の揺れを抑制する。
【００２７】
方杖６は特にダンパー４２が弾塑性履歴型、あるいは剛塑性履歴型の場合に有効に機能するが、方杖６を架設し、その水平剛性を期待する上ではダンパー４２の形態を問わないため、ダンパー４２には弾塑性ダンパーや摩擦ダンパーの他、粘性流体を用いたオイルダンパー等、ブレース本体４１，４１の軸方向の相対移動によって減衰力を発生する形式のダンパーが使用される。
【００２８】
図３−（ａ）〜（ｃ）は図１以外のフレーム３内へのブレース４と方杖６の架設例を示す。（ａ）はフレーム３の対角線方向にブレース４を架設し、方杖６を鉛直材１の中間部とブレース４の上端部との間に、鉛直材１と水平材２の接合部においてブレース４と交わるように架設した場合、（ｂ）は対角線方向に架設されたブレース４と平行に、鉛直材１の中間部と水平材２の中間部との間に方杖６を架設した場合、（ｃ）はブレース４をＫ形に架設し、一方のブレース４寄りの鉛直材１の中間部と水平材２の中間部間に、ブレース４と水平材２との接合部においてブレース４と交わるように方杖６を架設した場合である。
【００２９】
いずれの場合も、主としてフレーム３内において、ブレース４が架設された区間の層間変形時の変形量より方杖６の架設区間の変形量が小さくなり、フレーム３の層間変形時にブレース４が水平力の多くを負担し、方杖６の負担がブレース４の負担より小さくなるようにブレース４と方杖６がフレーム３内に架設されるが、ブレース４と方杖６はブレース本体４１、もしくは弾塑性型や剛塑性型である場合のダンパー４２が降伏したときにも方杖６が弾性域に留まるようにフレーム３内に架設されていればよいため、両者の架設方法はこれらに限られない。
【００３０】
図４は屋根架構がトラスで構成された体育館の平側の壁の一部にダンパー付きブレース架構５を適用した様子を、図５はその詳細を示す。ダンパー付きブレース架構５の適用対象の構造物は既存であるか、新設であるかを問わず、適用箇所も問わない。図４では妻側に方杖６のないブレースのみのフレームを配置しているが、ここにダンパー付きブレース架構５を配置することもある。
【００３１】
図４，図５では鉛直材１としての柱と水平材２としての梁（桁）及び胴縁からなるフレーム３と、その下に隣接し、鉛直材１としての柱と水平材２としての胴縁及び梁（桁）からなるフレーム３の内部にブレース４を対角線方向に架設し、方杖６を図１と同様にフレーム３の隅角部と水平材２の中間部との間に架設している。
【００３２】
ブレース４と方杖６は鉛直材１と水平材２の接合部や鉛直材１、もしくは水平材２に突設されたガセットプレート７に、ブレース４と方杖６の両端部に接合されているブラケット８を介してフレーム３の構面に直交する水平軸回りに回転自在に接合される。
【００３３】
【発明の効果】
鉛直材と水平材からなるフレーム内にダンパー付きブレースを組み込んだブレース架構において、フレーム内の、ダンパー付きブレースを除いた部分に、ダンパー付きブレースが降伏したときに弾性域に留まる方杖を架設するため、ダンパー付きブレースが降伏した後にも方杖とフレームを弾性範囲内に留めることができる。
【００３４】
ダンパー付きブレースの降伏後にも方杖とフレームが弾性域に留まることで、ダンパーが降伏した後、もしくはブレース本体が降伏した後に、方杖による２次剛性がフレームに付与されるため、フレームが水平剛性を失うことはなく、更に地震動を受けたときにもフレームに発生する残留変形が小さくなる。
【００３５】
請求項２ではフレーム内において、ブレースが架設された区間の層間変形時の変形量より変形量が小さくなる区間に方杖を架設し、フレームの層間変形時にブレースが水平力の多くを負担し、方杖の歪みが弾性域に留まるようにブレースと方杖を架設するため、ブレースが降伏したときに確実に方杖を弾性域に留まらせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレーム内にダンパー付きブレースと方杖を架設した様子を示した立面図である。
【図２】（ａ）は図１に示すフレーム全体の荷重−変形曲線図、（ｂ）はダンパー付きブレースのみの荷重−変形曲線図、（ｃ）は方杖のみの荷重−変形曲線図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はダンパー付きブレースと方杖の図１以外の架設例を示した立面図である。
【図４】ダンパー付きブレース架構の適用例を示した斜視図である。
【図５】図４の詳細図である。
【図６】フレーム内にダンパー付きブレースのみを架設した様子を示した立面図である。
【図７】図６に示すフレームの荷重−変形曲線図である。
【符号の説明】
１……鉛直材、２……水平材、３……フレーム、４……ダンパー付きブレース、４１……ダンパー本体、４２……ダンパー、５……ダンパー付きブレース架構、６……方杖、７……ガセットプレート、８……ブラケット。
【図１】
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【図２】
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【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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