(57)【要約】【課題】ブレースダンパーの小形軽量化と応力集中による破断を防止する。【解決手段】帯鋼板からなる芯材１１の外側に、軸方向変形を許容しつつ座屈を拘束する拘束部材１２を装着する。芯材は両端部を除いてほぼ全長にわたり幅寸法が一定の降伏部１１ａとし、両端部のみは降伏部よりも幅寸法を大きくした固定部１１ｂとする。固定部には建物への取付部材を兼ねるとともに固定部の面外剛性を高める補強リブ１３等の補強部材を設ける。拘束部材は、芯材の降伏部から固定部に跨ってそれらの面外座屈を拘束する溝形鋼１４等の対の面外補剛材と、芯材の降伏部の面内座屈を拘束する帯鋼１５等の対の面内補剛材からなる。面外補剛材としての溝形鋼と面内補剛材としての帯鋼をＨ形に組み立てる。固定部に補強リブ１３あるいはフランジ鋼板等の補強部材を取り付けることで芯材の両端部における断面形状を十字形あるいはＨ形とする。【選択図】      図１
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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るとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとしても機能する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降伏する帯鋼板からなる芯材と、芯材の外側に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拘束部材とを有し、
芯材は、両端部を除いてほぼ全長にわたり幅寸法が一定の降伏部とされるとともに、両端部のみは降伏部よりも幅寸法が大きくされた固定部とされて、その固定部には建物への取付部材を兼ねるとともに固定部の面外剛性を高めるための補強部材が設けられ、
拘束部材は、芯材の降伏部から固定部に跨ってそれらを両面側から挟み込むことでそれら降伏部および固定部の板厚方向への面外座屈を拘束する対の面外補剛材と、芯材の降伏部の両側において双方の面外補剛材に対して締結されてそれら面外補剛材どうしを連結するとともに降伏部の板幅方向への面内座屈を拘束する対の面内補剛材からなることを特徴とするブレースダンパー。
【請求項２】
面外補剛材は芯材を挟み込むウエブとその両側縁部に一体に形成されたフランジを有する溝形鋼からなり、面内補剛材は双方の面外補剛材のフランジに対して締結される対の帯鋼からなり、それら溝形鋼と帯鋼とが組み立てられることで拘束部材の断面形状はＨ形とされていることを特徴とする請求項１記載のブレースダンパー。
【請求項３】
固定部に補強部材が取り付けられることで芯材の両端部における断面形状は十字形あるいはＨ形とされていることを特徴とする請求項１または２記載のブレースダンパー。
【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るとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとしても機能するブレースダンパーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の要所に制震ダンパーを設置して地震による振動や損傷をコントロールする制震構造が一般化しつつある。この種の構造に適用する制震ダンパーとしては鋼材ダンパー、摩擦ダンパー、粘性系ダンパー等、各種のものがあるが、特に鋼材の降伏に伴う履歴吸収エネルギーを利用する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ものであることから広く採用される気運にあり、なかでもブレースタイプの鋼材ダンパーは機構が簡単で設計的にも扱い易く、設置スペースもさして必要としないことから、最も有効と考えられている。
【０００３】
この種のブレースタイプの鋼材ダンパーとして、たとえば特許文献１あるいは非特許文献１や非特許文献２に示されるように、軸方向に降伏する帯鋼板を芯材としてその座屈を外側から拘束する構造のものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３５３８０号公報
【非特許文献１】
小林、外２名、「座屈拘束ブレースの軽量化に伴う耐力確認実験」、
日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸）、２００２年８月、ｐ．５４９〜５５０
【非特許文献２】
中村、外５名、「実大アンボンドブレースの疲労性能（その２：実験結果）」、日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）、１９９９年９月、ｐ．８１５〜８１６
【０００５】
特許文献１に示されるブレースダンパーは、図９に示すように、両端部が建物に対して固定されてブレースとして機能する芯材１の外側に拘束部材２を装着して芯材１の座屈を拘束するようにしたものであり、芯材１の中央部における幅寸法を小さくすることでそこを降伏部１ａとして設定し、その降伏部１ａに塑性歪を集中させて降伏させる構造のものである。
【０００６】
非特許文献１に示される座屈拘束ブレースは、図１０に示すように芯材３の外側に溝形鋼や帯鋼等からなる拘束部材４を装着して座屈を拘束するようにしたものであるが、芯材３には降伏部を格別に設けることなくその幅寸法を一定としたストレートタイプのものである。このようなストレートタイプのものでは、降伏部を設ける場合に較べて塑性歪が芯材３の全長に分散されて小さくなるので、エネルギー吸収効率はややや低下するものの疲労特性は優れるものである。非特許文献２に示されるアンボンドブレースダンパーも、図１１に示すように芯材３の両端部の幅寸法をやや大きくしてはいるが上記と同様のストレートタイプのものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に示されるブレースダンパーは、芯材１の中央部に降伏部１ａを設けていることから、その降伏部１ａに塑性歪が集中して効果的に地震エネルギーを吸収できるものではあるが、その反面、降伏部１ａ以外の幅寸法をダンパーとしての必要最小限の寸法よりも大きくせざるを得ないので、全体の小形軽量化を図る上ではやや難があった。
【０００８】
一方、非特許文献１および非特許文献２に示されるストレートタイプのものでは、その幅寸法を必要最小限とすることが可能であって小形軽量化を図る上では有利であるが、その反面、芯材３の全長にわたって塑性歪が分散されることから、拘束部材４により座屈が拘束される部分と拘束されない部分との境界部に応力が集中し、特に芯材３の両端部に設ける補強リブ５の先端の位置５ａを起点として芯材３に破断が生じ易いという問題があった。
【０００９】
上記事情に鑑み、本発明は、充分に小形軽量化を図ることができ、かつ局所的な破断が生じるようなことも防止できる有効なブレースダンパーを提供することを目的とする。
【００１０】
【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るとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとしても機能する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降伏する帯鋼板からなる芯材と、芯材の外側に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拘束部材とを有し、芯材は、両端部を除いてほぼ全長にわたり幅寸法が一定の降伏部とされるとともに、両端部のみは降伏部よりも幅寸法が大きくされた固定部とされて、その固定部には建物への取付部材を兼ねるとともに固定部の面外剛性を高めるための補強部材が設けられ、拘束部材は、芯材の降伏部から固定部に跨ってそれらを両面側から挟み込むことでそれら降伏部および固定部の板厚方向への面外座屈を拘束する対の面外補剛材と、芯材の降伏部の両側において双方の面外補剛材に対して締結されてそれら面外補剛材どうしを連結するとともに降伏部の板幅方向への面内座屈を拘束する対の面内補剛材からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明のブレースダンパーにおいて、面外補剛材は芯材を挟み込むウエブとその両側縁部に一体に形成されたフランジを有する溝形鋼からなり、面内補剛材は双方の面外補剛材のフランジに対して締結される対の帯鋼からなり、それら溝形鋼と帯鋼とが組み立てられることで拘束部材の断面形状はＨ形とされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明のブレースダンパーにおいて、固定部に補強部材が取り付けられることで芯材の両端部における断面形状は十字形あるいはＨ形とされていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明のブレースダンパーの第１実施形態を示すものである。これは、基本的には図９に示した従来のブレースダンパーと同様に、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帯鋼板からなる芯材１１と、芯材１１の外側に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拘束部材１２とからなるものであるが、従来のものとは芯材および拘束部材の構成が異なるものとされている。
【００１４】
すなわち、本実施形態のブレースダンパーにおける芯材１１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４（ａ）に示すようにその両端部を除くほぼ全長にわたる部分が幅寸法が一定とされた降伏部１１ａとされている。そして、建物に対して固定される両端部のみは降伏部１１ａよりも幅寸法が１．５倍程度に大きくされた固定部１１ｂとされ、それら降伏部１１ａと固定部１１ｂの境界部においては幅寸法が滑らかに変化するように円弧部１１ｃが形成されている。また、固定部１１ｂの両面には、芯材１１を建物に対して固定するための取付部材を兼ねるとともに固定部１１ｂの面外剛性を高めるための補強リブ（補強部材）１３が溶接により取り付けられ、それにより図２（ｂ）に示すように芯材１１の両端部の断面形状は十字形をなすものとされている。
【００１５】
また、本実施形態のブレースダンパーにおける拘束部材１２は、芯材１１の板厚方向への面外座屈を拘束する面外補剛材としての対の溝形鋼１４と、板幅方向への面内座屈を拘束する面内補剛材としての対の帯鋼１５からなる。図２（ａ）に示すように、面外補剛材としての溝形鋼１４は、芯材１１の降伏部１１ａにおける幅寸法よりも若干大きい幅寸法のウエブ１４ａと、その両側縁部に一体に形成されたフランジ１４ｂを有するものであり、面内補剛材としての帯鋼１５は背中合わせとされた双方の溝形鋼１４のフランジ１４ｂに対して多数のボルト１６により締結されるものであり、それら溝形鋼１４と帯鋼１５とを芯材１１を取り囲むように組み立てることで拘束部材１２の断面形状はＨ形をなすものとされている。
【００１６】
そして、図３に示すように溝形鋼１４の長さは芯材１１の降伏部１１ａの長さよりもやや長くされていて、この溝形鋼１４は芯材１１の降伏部１１ａから固定部１１ｂに跨るように設けられて、降伏部１１ａのみならずその両端部により固定部１１ｂも同時に挟み込むものとされている。また、帯鋼１５の長さは芯材１１の固定部１１ｂとの干渉を避けるために溝形鋼１４よりも短くされており、その帯鋼１５は降伏部１１ａのみを上下から挟み込む状態で溝形鋼１４に対して締結されている。
【００１７】
上記のように、溝形鋼１４と帯鋼１５とがＨ形に組み立てられて芯材１１に装着された拘束部材１２は、芯材１１の面外座屈および面内座屈を拘束するものであるが、芯材１１をダンパーとして機能させるためには芯材１１の軸方向の変形は拘束しないものとする必要があり、そのため、各溝形鋼１４のウエブ１４ａと芯材１１の表面との間にはそれらをアンボンド（非付着）状態に維持して軸方向の相対変形を許容せしめるための絶縁材１７が介装されている。絶縁材１７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１ｍｍ程度の厚さのシート材が好適に採用可能であり、それを図４（ｂ）に示すように溝形鋼１４のウエブ１４ａと同一形状に加工しておいて、拘束部材１２を組み立てる際に予め溝形鋼１４のウエブ１４ａに貼り付けるようにすれば良い。また、芯材１１の降伏部１１ａの両端部における小口面には、帯鋼１５の端部内面との間に介装されるように、同様の絶縁材１８（図４（ａ）参照）を設けておくと良い。
【００１８】
なお、図４（ｃ）に示すように、溝形鋼１４にはこの溝形鋼１４自体の面外剛性を充分に高めるための補剛部材としての縦リブ１９および横リブ２０が溶接され、この溝形鋼１４による芯材１１に対する面外補剛効果が充分に確保されるようになっている。また、溝形鋼１４および絶縁材１７の両端部には、芯材１１の両端部に溶接されている補強リブ１３との干渉を避けるためのスリット２１が形成されている。さらに、溝形鋼１４の両端部は、芯材１１の固定部１１ｂに対してそれらを貫通する綴りボルト２２により連結されているが、綴りボルト２２が芯材１１の軸方向変形を拘束しないように、図４（ａ），（ｂ）に示すように、綴りボルト２２を通すためのボルト孔２３のうち、芯材１１の一端側において固定部１１ｂおよび絶縁材１７に形成されているものは芯材１１の軸方向に長い長穴とされ、かつ綴りボルト２２による締結は本締めすることなく手締めに留めるものとしている。
【００１９】
上記構成のもとに本実施形態のブレースダンパーは、図９に示した従来のブレースダンパーに比較して小形軽量化を図ることができ、かつ図１０〜図１１に示したような従来のストレートタイプのものに比較して局所的な応力集中やそれに起因する破断が生じ難いものであり、両者の利点を併せ持つ極めて有効なものである。
【００２０】
すなわち、図９に示した従来のブレースダンパーは、芯材１の中央部にのみ降伏部１ａを形成して他の部分の幅寸法を降伏部１ａよりも大きくしていることから、全体の小形軽量化を図ることには限界があったが、本実施形態では両端部の固定部１１ｂを除いて芯材１１のほぼ全体を降伏部１１ａとして実質的にその全長にわたって必要最小限の幅寸法とすることができる。
【００２１】
また、芯材１１のみならず拘束部材１２における面外補剛材としての溝形鋼１４も必要最小限の寸法とできるし、溝形鋼１４の成が小さくなることでそのウエブ１４ａの面外変形が小さくなるので、溝形鋼１４による芯材１１に対する面外座屈拘束効果を自ずと向上させることができ、場合によっては溝形鋼１４に設ける補剛部材としての縦リブ１９や横リブ２０を省略ないし軽減することも可能である。さらに、従来のブレースダンパーにおいては降伏部１ａの幅寸法を小さくしていることから、拘束部材２それ自体では降伏部１ａの幅方向への面内座屈を有効に拘束することができず、降伏部１ａが長い場合にはそれらの間に何らかの補剛部材を設ける必要があったが、本実施形態のブレースダンパーでは面内補剛材としての帯鋼１５がそれ自体で芯材１１の全長にわたって面内座屈を確実に拘束することができるから、他に格別の補剛部材を設けるような必要はない。以上のことから、本実施形態のブレースダンパーは、図９に示したような従来のブレースダンパーに比較して充分に小形軽量化を図ることができし、構成の簡略化、単純化を図ることもでき、ローコスト化も実現することができる。
【００２２】
ただし、芯材１１の幅寸法を単に一定にして、その降伏部１１ａに対してのみ単に拘束部材１２を装着することでは、図１０〜図１１に示した従来のストレートタイプのものと同様に、拘束部材１２による拘束部分と非拘束部分との境界部において応力集中が生じ、それに起因して芯材１１の端部での破断が懸念される。そこで、本実施形態では、芯材１１の降伏部１１ａと固定部１１ｂとの境界部に円弧部１１ｃを設けてそこでの断面変化を滑らかにするとともに、拘束部材１２を構成している面外補剛材としての溝形鋼１４を降伏部１１ａから固定部１１ｂに跨るように装着し、かつ芯材１１の固定部１１ｂに設ける補強リブ１３を固定部１１ｂにのみ設けるに留めて降伏部１１ａまで達しないようにし、それにより降伏部１１ａと固定部１１ｂとの境界部に応力集中が生じることを回避してそこでの破断が生じるようなことを防止できるものとなっている。
【００２３】
勿論、本実施形態の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り、芯材１１の固定部１１ｂに補強リブ１３を溶接し、必要に応じて溝形鋼１４に面外補剛材としての縦リブ１９や横リブ２０を溶接する以外は、単なるボルト締結で容易にかつ安価に組み立てることができるし、その外観は実質的にＨ形鋼と同様のものであるので、通常のブレースや従来のブレースダンパーと同様に格別のスペースを要することなく建物に設置することができる。
【００２４】
なお、上記第１実施形態では芯材１１の両端部の固定部１１ｂに対しその両面側に補強リブ１３を１枚ずつ溶接することで、そこでの断面形状をシンプルな十字形としたが、建物との取り合いの状況等によっては、芯材１１の端部の断面形状を十字形とすることに代えて他の形状、たとえばＨ形とすることも可能である。
【００２５】
図５〜図８は上記第１実施形態を基本として芯材１１の端部の断面形状をＨ形に変更した場合の第２実施形態を示すものである。これは、芯材１１の固定部１１ｂの小口面に補強部材として２枚のフランジ板２４を溶接してそこでの断面形状をＨ形とし、それに伴い、上記第１実施形態においては溝形鋼１４に形成していたスリット２１を省略し、綴りボルト２２の本数を各端部に１本ずつとした点で第１実施形態とは異なるものであるが、その他の構成は第１実施形態と同様のものである。本第２実施形態のブレースダンパーは、基本的に第１実施形態のものと同様の効果が得られることに加え、芯材１１の端部をＨ形とすることで、Ｈ形鋼が多用される建物の柱梁接合部に対する接合がより容易となるし、フランジ板２４により１か所あたりの締結ボルトの本数を確保できるので固定部１１ｂの長さや幅を小さくでき、ボルト列数を削減できるという利点がある。いずれにしても、芯材１１の端部の断面形状は建物との接合部の構造や形態その他の諸条件に応じて最適に設定すれば良く、たとえば一端側を十字形とし他端側をＨ形とするというように両端部を異なる形状とすることも可能であるし、十字形やＨ形以外の形状とすることも勿論可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、芯材の幅寸法を両端部を除いてほぼ全長にわたり一定としたので、芯材および拘束部材を必要最小限の寸法とすることが可能であって、従来のこの種のブレースダンパーに比較して充分な小形軽量化とローコスト化を図ることができる。また、芯材の両端部のみは幅寸法を大きくしてそこに補強部材を設け、かつ降伏部から固定部に跨るように面外補剛材を設けたので、従来のストレートタイプのダンパーのように降伏部と固定部との境界部に応力集中が生じてそこから破断が生じるようなことを防止することができる。
【００２７】
請求項２の発明は、拘束部材を面外補剛材としての溝形鋼と面内補剛材としての帯鋼をＨ形に組み立てるようにしたので、この拘束部材により芯材の面外座屈および面内座屈を確実に拘束することができるし、ブレースダンパー自体が実質的にＨ形断面となって通常のＨ形鋼からなるダンパーと同様に取り扱うことができる。
【００２８】
請求項３の発明は、固定部に補強部材を取り付けることで芯材の両端部の断面形状を十字形あるいはＨ形としたので、このブレースダンパーを建物に対して通常の形態で簡略かつ確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である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、要部斜視図である。
【図４】同、各構成要素を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態であるブレースダンパーの外観を示す図である。
【図６】同、断面図である。
【図７】同、要部斜視図である。
【図８】同、各構成要素を示す図である。
【図９】従来のブレースダンパーの一例を示す図である。
【図１０】従来のストレートタイプのダンパーの一例を示す図である。
【図１１】同、他の例を示す図である。
【符号の説明】
１１  芯材
１１ａ  降伏部
１１ｂ  固定部
１１ｃ  円弧部
１２  拘束部材
１３  補強リブ（補強部材）
１４  溝形鋼（面外補剛材）
１４ａ  ウエブ
１４ｂ  フランジ
１５  帯鋼（面内補剛材）
１６  ボルト
１７，１８  絶縁材
１９  縦リブ
２０  横リブ
２１  スリット
２２  綴りボルト
２３  ボルト孔
２４  フランジ板（補強部材）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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