(57)【要約】【課題】鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとしての機能を確実に発揮でき、設計や解析が容易であり、構成が簡略で小形軽量化を図ることができ、簡便安価に製作することのできる有効な複合形ブレースダンパーを提供する。【解決手段】鋼材ダンパーとして機能する帯鋼板からなる芯材１と、芯材の両側に装着されて座屈を拘束するとともにそれ自体が粘弾性ダンパーとして機能する対の拘束部材３とを有する。拘束部材は、芯材の表面に絶縁材２を介して積層される第１の鋼板５と、第１の鋼板に対して粘弾性体８を介して積層される第２の鋼板６と、第２の鋼板に対して粘弾性体８を介して積層される溝形鋼７とを有し、芯材の一端部に対して第１の鋼板および溝形鋼の一端部が締結固定され、芯材の他端部に対して第２の鋼板の他端部が締結固定される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物にブレースとして設置されて鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとして機能する複合形ブレースダンパーであって、
両端部が建物に対して固定されて所定軸力を受けた際に軸方向に降伏して鋼材ダンパーとして機能する帯鋼板からなる芯材と、
芯材を両側から挟み込んでカバープレートにより連結されることにより、芯材の軸方向変形を許容しつつその座屈を拘束するとともに、芯材が軸方向変形を生じた際にはそれ自体が軸方向に変形して粘弾性ダンパーとしても機能する対の拘束部材とを有し、
拘束部材は、芯材の表面に絶縁材を介して積層される第１の鋼板と、第１の鋼板に対して粘弾性体を介して積層される第２の鋼板と、第２の鋼板に対して粘弾性体を介して積層される溝形鋼とを有し、芯材の一端部に対して第１の鋼板および溝形鋼の一端部が締結固定され、芯材の他端部に対して第２の鋼板の他端部が締結固定される構成としたことを特徴とする複合形ブレースダンパー。
【請求項２】
拘束部材は、第１の鋼板と溝形鋼の一端部どうしの間に第１のスペーサが介装されてその第１のスペーサと第２の鋼板の一端との間にクリアランスが確保され、かつ、第２の鋼板の他端部に取り付けられる第２のスペーサと第１の鋼板の他端との間にクリアランスが確保され、その第２のスペーサに対して溝形鋼の他端部が重ねられる構成としたことを特徴とする請求項１記載の複合形ブレースダンパー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物にブレースとして設置されて鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとして機能する複合形ブレースダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の複合形ブレースダンパーとして特許文献１に示されるものが提案されている。これは、帯鋼板からなる芯材の外側に、座屈拘束のための拘束部材として溝形鋼を装着し、それら芯材と溝形鋼との間に粘弾性体を挟み込んだ構成のものであり、大地震時には芯材が軸方向に降伏することで鋼材ダンパーとして機能するとともに、中小地震時や風による微小な振動に対しては粘弾性体の剪断抵抗力により粘弾性ダンパーとして機能して、いずれに対しても優れた振動抑制効果が得られるものである。
【０００３】
また、同様の機能のダンパーとして、非特許文献１には座屈拘束ブレースの一端側に粘弾性ダンパーを取り付けた構成のものが記載されており、非特許文献２には２本のＣ型鋼の間に粘弾性体を挟み込んだ粘弾性ダンパーを座屈拘束ブレースの外側に装着した構成のものが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４７０５２号公報
【非特許文献１】
木村、外５名、「弾塑性・粘弾性複合ダンパーの開発（その１  複合ダンパーの構成と実験計画）」、日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸）、２００２年８月、ｐ．７５９〜７６０
【非特許文献２】
鈴木、外３名、「座屈拘束ブレースに粘弾性体を並列付加した制振ダンパーの特性に関する研究（その１  アクリル系粘弾性体）」、日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸）、２００２年８月、ｐ．５６９〜５７０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に示される複合形ブレースダンパーは、芯材の表面に粘弾性体を直接的に積層したものであるので、芯材の面外方向へ座屈拘束力を確保し難いものであるし、また降伏して大きな歪を生じる芯材が鋼材ダンパーと粘弾性体ダンパーの双方の機能を兼ねることから、これに接する粘弾性体の剪断歪がダンパーの長さ方向で変化することになり、したがって構造的な挙動が複雑であって設計やモデル解析を必ずしも容易に行えるものではなく、その点で改良の余地があった。
【０００６】
また、非特許文献１や非特許文献２に記載されているものは、鋼材ダンパーとしての芯材と、その座屈を拘束するための部材と、粘弾性ダンパーとを溶接により組み合わせているので、構成が複雑に過ぎて小形軽量化を図り難いものであるし、簡便安価に製作できるようなものでもなく、建物に実際に設置するものとしては改善の余地がある。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとしての機能を確実に発揮でき、設計や解析が容易であり、構成が簡略で小形軽量化を図ることができ、しかも簡便安価に製作することのできる有効な複合形ブレースダンパーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物にブレースとして設置されて鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとして機能する複合形ブレースダンパーであって、両端部が建物に対して固定されて所定軸力を受けた際に軸方向に降伏して鋼材ダンパーとして機能する帯鋼板からなる芯材と、芯材を両側から挟み込んでカバープレートにより連結されることにより、芯材の軸方向変形を許容しつつその座屈を拘束するとともに、芯材が軸方向変形を生じた際にはそれ自体が軸方向に変形して粘弾性ダンパーとしても機能する対の拘束部材とを有し、拘束部材は、芯材の表面に絶縁材を介して積層される第１の鋼板と、第１の鋼板に対して粘弾性体を介して積層される第２の鋼板と、第２の鋼板に対して粘弾性体を介して積層される溝形鋼とを有し、芯材の一端部に対して第１の鋼板および溝形鋼の一端部が締結固定され、芯材の他端部に対して第２の鋼板の他端部が締結固定される構成としたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の複合形ブレースダンパーにおいて、拘束部材は、第１の鋼板と溝形鋼の一端部どうしの間に第１のスペーサが介装されてその第１のスペーサと第２の鋼板の一端との間にクリアランスが確保され、かつ、第２の鋼板の他端部に取り付けられる第２のスペーサと第１の鋼板の他端との間にクリアランスが確保され、その第２のスペーサに対して溝形鋼の他端部が重ねられる構成としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は本発明の複合形ブレースダンパーの実施形態を示すものである。本実施形態の複合形ブレースダンパーは、両端部が建物に対して固定されて所定軸力を受けた際に降伏する芯材１と、芯材１の外側に絶縁材２を介して装着されてその軸方向変形を許容しつつ座屈を拘束するとともに、それ自体が粘弾性ダンパーとして機能する対の拘束部材３とを主体として構成されるものである。
【００１１】
本実施形態における芯材１としては低降伏点鋼あるいは軟鋼からなる帯鋼板が採用され、図３〜図４に示すようにその中央部の幅（高さ）寸法が両端部よりも小さくされることでそこに降伏部１ａが設定され、両端部両面には建物に対して固定するための補強リブ４が溶接されて取り付けられている。
【００１２】
本実施形態における拘束部材３は、図５に示すように、第１の鋼板５と、第２の鋼板６と、溝形鋼７とが、それらの間に接着状態で介装された粘弾性体８によって面内相対変位可能な状態で積層されたものであって、第１の鋼板５と溝形鋼７の一端部どうしが第１のスペーサ９を介して締結され、第２の鋼板６の他端部が第１の鋼板５および溝形鋼７の他端部の間から突出していてそこには第２のスペーサ１０が取り付けられるようになっているものである。粘弾性体８としては鋼材との接着力に優れるとともに減衰性能が高いゴムアスファルト系のものやスチレン型高減衰ゴム等が好適に採用可能であり、その厚みはたとえば６ｍｍ程度で良い。
【００１３】
この拘束部材３は、第１の鋼板５および溝形鋼７に対して第２の鋼板６が軸方向に相対変位することで全体が軸方向に伸縮し、それによりそれらの間に介装されている粘弾性体８に剪断変形が与えられてその剪断抵抗力により振動減衰効果が得られるものである。なお、そのような伸縮を可能とするために、第１のスペーサ９と第２の鋼板６の一端との間、および第２のスペーサ１０と第１の鋼板の他端との間にはそれぞれクリアランス１１が確保されているが、溝形鋼７の他端部７ａは第２のスペーサ１０に重なる位置まで延長されている。
【００１４】
上記のように組み立てられた拘束部材３は、芯材１の両面側に対して、それぞれの一端部（すなわち第１の鋼板５と溝形鋼７の一端部およびそれらの間に介装された第１のスペーサ９）が芯材１の一端部に対して締結固定され、他端部（第２の鋼板６の他端部）が第２のスペーサ１０を介して芯材１の他端部に対して締結固定される。そして、双方の拘束部材３の溝形鋼７の上下のフランジに対して鋼板からなる対のカバープレート１２が締結固定され、それら対の拘束部材３および対のカバープレート１２により芯材１を取り囲むことで、芯材１の面外方向への座屈および幅方向への座屈が充分に拘束されるものとなっている。
【００１５】
ただし、芯材１を鋼材ダンパーとして機能させるためには芯材１の軸方向変形（伸縮）は許容する必要があるので、芯材１と第１の鋼板５との間にはそれらをアンボンド状態に維持するために上記の絶縁材２が介装されている。絶縁材２としてはたとえばクロロプレンゴム等の高分子系材料からなるシート材が好適に採用可能であり、その厚さは１ｍｍ程度で充分である。
【００１６】
なお、図４に示すように、芯材１の一端部に対しては絶縁材２に代えてそれよりもやや厚いフィラープレート１３を介装しておく。また、カバープレート１２が芯材１のみならず拘束部材３の伸縮（第１の鋼板５および溝形鋼７に対する第２の鋼板６の相対変位）を拘束しないように、それらの間には若干の隙間を確保しておく。さらに、拘束部材３の両端部と補強リブ４との干渉を避けるために、第１の鋼板５と溝形鋼７の一端部、第２の鋼板６の他端部、第２のスペーサ１０にはそれぞれスリット１４を形成しておき、第１のスペーサ９は２分割とする。
【００１７】
以上の構成のもとに、本実施形態の複合形ブレースダンパーは、鋼材ダンパーとしての芯材１と、粘弾性ダンパーとしての拘束部材３が並列に組み合わされたものとなっており、したがって両者が独立に機能して優れた振動減衰効果が得られるものである。
【００１８】
すなわち、この複合形ブレースダンパーは、中小地震時や風による振動に対しては芯材１が軸方向に弾性変形して拘束部材３が伸縮し、それにより拘束部材３が粘弾性ダンパーとして機能して効果的に振動エネルギーを吸収し、微小振動に対して優れた振動減衰効果が得られる。また、大地震時には芯材１が拘束部材３により座屈が拘束されつつ軸方向に降伏することで鋼材ダンパーとして有効に機能し、大きな履歴減衰力が得られる。
【００１９】
そして、この複合形ブレースダンパーは、鋼材ダンパーとしての芯材１と粘弾性ダンパーとしての拘束部材３との間に絶縁材２を介装してそれらを機能的に独立させていて、特許文献１に示される従来の複合形ブレースダンパーのように芯材１が粘弾性ダンパーの機能を兼用するものではないから、鋼材ダンパーとしての芯材１および粘弾性ダンパーとしての拘束部材３の構造的な挙動はそれぞれ明快であって、個々および全体としての設計やモデル解析を容易に行うことが可能である。
【００２０】
勿論、この複合形ブレースダンパーは、芯材１の材質やその軸断面積、降伏部１ａの長さ等を調節することで鋼材ダンパーとしての性能（降伏強度や減衰性能等）を自由にかつ幅広く調整でき、たとえば芯材１の中央部に降伏部１ａを設けることなく幅寸法を一定として全体を降伏させるような設計とすることも可能である。同様に、粘弾性体８の材質や剪断面積、厚さ等を調節したり、第１〜第２の鋼板５，６に加えてさらに多くの鋼板を積層することにより、粘弾性ダンパーとしての性能も自由にかつ幅広く調整できるものである。鋼材ダンパーとしての性能と粘弾性ダンパーとしての性能の比率の設定も自由に行い得ることはいうまでもない。
【００２１】
さらに、この複合形ブレースダンパーは、鋼材ダンパーとしての機能と粘弾性ダンパーとしての機能を独立させてはいるものの、芯材１の座屈を拘束する拘束部材３を粘弾性ダンパーとして機能させる、換言すれば拘束部材３が粘弾性ダンパーを兼用するものであるから、非特許文献１〜２に示したもののように芯材と拘束部材と粘弾性ダンパーとを単に組み合わせた構成のものに比較すれば、その全体の構成の簡略化、部品点数の削減、小形軽量化を充分に図ることができるものである。勿論、この複合形ブレースダンパーは、汎用の建設資材である帯鋼板や溝形鋼をほぼそのまま採用可能であるし、補強リブ４を溶接する以外は単なるボルト締結のみで簡単に組み立てることができるから、簡便安価に製作することが可能である。
【００２２】
しかも、この複合形ブレースダンパーは、拘束部材３が粘弾性ダンパーとして機能するとはいえ、その拘束部材３は１ｍｍ程度の薄い絶縁材２のみを介して芯材１に装着されるものであって、特許文献１に示した従来の複合形ブレースダンパーのように芯材１と拘束部材３との間に粘弾性体８を介装するようなものではないから、拘束部材３による芯材１の面外座屈拘束効果を充分に確保でき、鋼材ダンパーとしての機能が損なわれる懸念はない。
【００２３】
また、拘束部材３は第１の鋼板５と第２の鋼板６と溝形鋼７との積層構造であるので、その拘束部材３自体の面外剛性も自ずと充分に確保することができ、たとえば溝形鋼７に補強リブ等を設けてその面外剛性を高めるといった対策を必要とすることなく、芯材１に対する面外座屈防止効果を充分に確保することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態の複合形ブレースダンパーでは、拘束部材３における溝形鋼７の他端部７ａを第２のスペーサ１０に重なるように延長していることから、芯材１の局部座屈を有効に防止できるものとなっている。すなわち、上述したように第１の鋼板５の他端と第２のスペーサ１０との間にはクリアランス１１を確保する必要があるので、溝形鋼７を第１の鋼板５と同じ長さに設定した場合には、そのクリアランス１１の部分では芯材１に対する補剛効果が低下してそこでの局部座屈が生じることも懸念される。そこで、上記のように溝形鋼７の他端部７ａを延長して第２のスペーサ１０に重ね合わせ、その状態で双方の溝形鋼７どうしをカバープレート１２により連結することにより、クリアランス１１の部分においても補剛効果を高めて座屈拘束力を確保でき、芯材１の局部座屈を確実に防止することができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明の複合形ブレースダンパーは、芯材が鋼材ダンパーとして、また拘束部材が粘弾性ダンパーとして、それぞれ独立に機能するので、鋼材ダンパーおよび粘弾性ダンパーとしてそれぞれ最適設計が可能であるし、個々および全体としての設計やモデル解析も容易であり、また、拘束部材による芯材に対する座屈拘束効果を損なうことはないし、拘束部材に粘弾性ダンパーの機能を持たせたことで構成の簡略化と小形軽量化を図ることができて簡便安価に製作することができる、という格別顕著な効果を奏する。
【００２６】
請求項２の発明の複合形ブレースダンパーは、上記に加え、粘弾性ダンパーとしての拘束部材に確保されるクリアランスの部分において芯材が局部座屈を生じることを溝形鋼により有効に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である複合形ブレースダンパーの外観を示す図である。
【図２】同、断面図である。
【図３】同、芯材と拘束部材の形状を示す図である。
【図４】同、全体の組立図である。
【図５】同、拘束部材（粘弾性ダンパー）の組立図である。
【符号の説明】
１  芯材（鋼材ダンパー）
１ａ  降伏部
２  絶縁材
３  拘束部材（粘弾性ダンパー）
４  補強リブ
５  第１の鋼板
６  第２の鋼板
７  溝形鋼
８  粘弾性体
９  第１のスペーサ
１０  第２のスペーサ
１１  クリアランス
１２  カバープレート
１３  フィラープレート
１４  スリット
【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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