(57)【要約】  【課題】  フレーム内にダンパー付きブレースを組み込んだダンパー付きブレース架構において、ダンパー付きブレースのダンパーが滑りや降伏を生じた後のフレームの残留変形を抑制する。  【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を組み込んだダンパー付きブレース架構において、フレーム３の内周に、柱材51と梁材52からなり、フレーム３の剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレーム５を配置し、両者が一体となって挙動するように弾性フレーム５をフレーム３に接続し、この弾性フレーム５内にダンパー付きブレース４を組み込み、弾性フレーム５の柱材51と梁材52に接続する。【選択図】      図１
2005200950.tif 000002
【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ダンパー付きブレース架構において、前記フレームの内周に、柱材と梁材からなり、前記フレームの剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレームを配置し、両者が一体となって挙動するように弾性フレームを前記フレームに接続し、この弾性フレーム内にダンパー付きブレースを組み込み、弾性フレームの柱材と梁材に接続してあるダンパー付きブレース架構。
【請求項２】
ダンパー付きブレースはブレース本体と、ブレース本体の一部に張り出した形で接続されたダンパーから構成され、前記ブレース本体はその一部において弾性フレームの柱材と梁材のいずれかにその材軸方向に相対移動自在に接続され、そのブレース本体の一部にダンパーの一端が接続され、ダンパーの他端が弾性フレームに接続されている請求項１記載のダンパー付きブレース架構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はフレームにダンパー付きブレースを組み込んだダンパー付きブレース架構において、被震によりダンパーが動作し、降伏、または摩擦等により振動エネルギの吸収を行う際のフレームに剛性を保有させるダンパー付きブレース架構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば図10に示すように柱と梁等、鉛直材と水平材からなる既存のフレームの剛性が小さく、フレームに耐震性能を付与する必要がある場合には、図９に示すようにダンパーが接続、もしくは内蔵された、図11に例示するようなダンパー付きブレースを組み込み、地震力をブレースに負担させながら、振動エネルギを吸収させることでフレームの耐震安全性を確保することが行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
図９−(a)に示すブレース架構は逆Ｖ字形に組み立てられたブレースをフレーム内に組み込み、ブレースの両側の端部を鉛直材の脚部に接続し、水平材から構造的に分離したブレースの頂部にダンパーの一端を接続すると共に、ダンパーの他端を水平材に接続した場合を示す。
【０００４】
この場合、地震によるフレームの、主として構面内の変形時にはダンパーが地震力を負担しながら、振動エネルギを吸収することでブレースの抵抗力が発揮され、ブレースが地震力を負担しつつ、フレームの振動が減衰させられるが、ダンパーが摩擦ダンパー等、図11−(b)に示すように地震力により滑りを生じた後、あるいは降伏した後の２次剛性が微小な弾塑性履歴型や剛塑性履歴型のダンパーである場合には、図９−(b)に示すようにダンパーが滑りや降伏を起こした後にはブレースの剛性がフレームの剛性に付加されないため、ブレース架構全体の水平剛性、すなわち復元力は非常に小さくなる。
【０００５】
このようなブレース架構が地震動を受けると、地震波の性質によっては地震後に過大な残留変形Δが発生することがある。
【０００６】
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は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２参照）。
【特許文献１】実開平2-45246号公報（第１図、第２図）
【特許文献２】特開平5-272257号公報（請求項１、図１〜図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の方法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ことから、ブレースが降伏した以上、仮にブレースとフレーム間にダンパーが架設されていたとしても、ダンパーに滑りや降伏が生じた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ため、ダンパーの機能が失われた後にブレースによってフレームの降伏を防止することはできない。
【０００８】
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の機能が失われた後のフレームの残留変形を抑制するダンパー付きブレース架構を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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ダンパー付きブレース架構において、フレームの内周に、柱材と梁材からなり、フレームの剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレームを配置し、両者が一体となって挙動するように弾性フレームをフレームに接続した上で、弾性フレーム内にダンパー付きブレースを組み込み、弾性フレームの柱材と梁材に接続することにより、弾塑性型等の履歴型である場合のダンパーが滑りや降伏を生じた後のフレームの残留変形を抑制する。
【００１０】
フレームの内周に図３−(b)に示すようにフレームの剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレームが配置された上で、弾性フレーム内にダンパー付きブレースが組み込まれることで、図２−(b)に示すようにフレームの剛性が小さい場合にもフレームに弾性フレームとダンパー付きブレースを併せたダンパー付きブレース架構全体の水平力−変形関係は図１−(b)に示すようになり、２次剛性の勾配が弾性フレームの剛性の勾配になる。
【００１１】
この結果、履歴型のダンパーが滑りや降伏を生じた後には弾性域に留まる弾性フレームによる２次剛性がフレームに付加されるため、フレームが剛性を失うことはなく、ダンパー付きブレース架構が更に地震動を受けたときにも弾性フレームが弾性範囲内で地震力に抵抗することができるため、フレームに発生する残留変形が抑制される。
【００１２】
本発明のダンパー付きブレース架構によれば、ダンパーの機能が失われた後にも弾性フレームの２次剛性がフレームに付加され、弾性フレームが地震力に抵抗できることで、ダンパー付きブレースの内、ダンパーを除くブレース本体が降伏した後にもフレームの残留変形を抑制することが可能になる。
【００１３】
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、図９の場合にはブレースの降伏後にはフレームの剛性は実質的に０になり、フレームの挙動が不安定になるが、本発明の図１の場合には弾性フレームの剛性が付加されていることで、ブレース本体の降伏後にもフレームの安定性が確保される。
【００１４】
図２−(a)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、弾性フレームを構成する柱材と梁材が曲げ変形する。弾性フレームは弾性範囲内で抵抗することにより変形後には原形に復帰する。
【００１５】
フレームはその低剛性により弾性フレームの変形に追従するが、弾性フレームの剛性によってその変形後の復帰に伴って原形に復帰し、その状態で弾性フレームの剛性が維持されているため、ダンパーの機能が失われた後とブレース本体が降伏した後のいずれもダンパー付きブレース架構は更なる地震力を負担することができ、地震動を受けたときにもフレームの残留変形が生じにくくなる。
【００１６】
ダンパー付きブレースはブレース本体とダンパーから構成され、ブレース本体は端部において弾性フレームに水平軸回りに回転自在に連結され、ダンパーはブレース本体の一部に組み込まれる形でブレース本体に接続されるか、図１に示すようにブレース本体の、弾性フレームから構造的に分離した部分と弾性フレームとに跨って双方に回転自在に連結される。
【００１７】
ダンパーがブレース本体と弾性フレームに跨る場合に、請求項２に記載のようにブレース本体の一部を弾性フレームの柱材と梁材のいずれかにその材軸方向に相対移動自在に接続し、そのブレース本体の一部にダンパーの一端を接続し、ダンパーの他端を弾性フレームに接続した場合には、弾性フレームの変形時に図６に示すようにブレース本体の相対移動自在な側の端部が弾性フレームに対して相対移動しようとすることで、ダンパーの両端間の相対移動量が大きくなるため、ダンパーの両端間に変形を集中させることができ、ダンパーが滑りや降伏を生ずるまでのダンパーによるエネルギ吸収量を増大させることが可能になる。
【００１８】
またダンパーによるエネルギ吸収量の増大効果により、図５に示すように弾性フレーム内の片側にのみダンパー付きブレースを架設すればよくなり、ダンパー付きブレースを配置した弾性フレーム内に開口を確保することが可能になるため、建物の使い勝手が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
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ダンパー付きブレース架構において、フレームの内周にフレームの剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレームを配置し、一体となって挙動するように両者を接続した上で、弾性フレーム内にダンパー付きブレースを組み込むことで、履歴型のダンパーが滑りや降伏を生じた後に弾性域に留まる弾性フレームによる２次剛性をフレームに付加することができるため、フレームが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を抑制することができる。
【００２０】
またダンパーの機能が失われた後にも弾性フレームの２次剛性がフレームに付加され、弾性フレームが地震力に抵抗できることで、ダンパー付きブレースの内、ダンパーを除くブレース本体が降伏した後にもフレームの残留変形を抑制することが可能である。
【００２１】
更にダンパー付きブレースはフレームに対してではなく、ダンパー付きブレースと共に製作される弾性フレームに対して接続されればよいため、弾性フレームへの接続作業がし易く、既存のフレームに接続されるときに直面する、ブレース本体やダンパーの製作誤差や施工誤差による接続不良がなくなる。
【００２２】
請求項２ではブレース本体の一部を弾性フレームの柱材と梁材のいずれかにその材軸方向に相対移動自在に接続し、そのブレース本体の一部にダンパーの一端を接続し、ダンパーの他端を弾性フレームに接続することで、弾性フレームの変形時にダンパーの両端間の相対移動量を拡大することができるため、ダンパーの両端間に変形を集中させることができ、ダンパーが滑りや降伏を生ずるまでのダンパーによるエネルギ吸収量を増大させることができる。
【００２３】
この結果としてダンパー付きブレースの設置箇所の自由度が増し、弾性フレーム内の片側にのみダンパー付きブレースを架設すればよくなるため、ダンパー付きブレースを配置した弾性フレーム内に開口を確保することが可能になり、建物の使い勝手を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明は図１−(a)に示すように鉛直材１と水平材２からなるフレーム３の内周にフレーム３の剛性より剛性が大きく、想定される最大変形時にも弾性域に留まる弾性フレーム５を配置し、この弾性フレーム５内にダンパー付きブレース４を組み込んだダンパー付きブレース架構である。
【００２５】
弾性フレーム５は図３−(a)に示すようにフレーム３の鉛直材１と水平材２にそれぞれ内接し得る柱材51と梁材52から組み立てられ、フレーム３の内周側に配置され、例えば柱材51において鉛直材１に接合され、梁材52において水平材２に接合される等によりフレーム３と一体となって挙動するようにフレーム３に接続される。図面では柱材51の脚部を鉛直材１の脚部に、梁材52、または柱材51の頂部を水平材２に接合しているが、弾性フレーム５がフレーム３と一体となって挙動できれば、両者の接合箇所と接合方法は問われない。
【００２６】
弾性フレーム５の剛性は例えば柱材51と梁材52に鉛直材１と水平材２より断面の大きい部材、または強度の大きい部材が使用されることによりフレーム３の剛性より大きく設定される。
【００２７】
ダンパー付きブレース４は図４−(a)に示すようにブレース本体41と、ブレース本体41の一部に内蔵、もしくは接続されたダンパー42から構成され、ブレース本体41は１本、もしくは複数本のブレース材41ａから構成される。
【００２８】
ダンパー42はブレース材41ａの軸方向に内蔵、もしくは接続される場合と、図１、図４に示すようにブレース本体41の一部に張り出した形で接合される場合があり、ブレース材41ａの両端間に作用する引張力と圧縮力によってブレース本体41が弾性フレーム５に対して相対移動するときに減衰力を発生し、ブレース本体41にフレーム３に作用する水平力を負担させ、フレーム３の揺れを抑制する。
【００２９】
図１は図９と同様に、２本のブレース材41ａ、41ａを逆Ｖ字形に組み立てたブレース本体41の中間部（頂部）にダンパー42を接合した形のダンパー付きブレース４を弾性フレーム５内に組み込み、ブレース本体41の両側の端部を鉛直材１の脚部に接続し、水平材２から構造的に分離したブレース本体41の中間部にダンパー42の一端を接続すると共に、ダンパー42の他端を水平材２に接続した場合を示す。
【００３０】
弾性フレーム５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、弾性フレーム５をフレーム３内に配置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。
【００３１】
また弾性フレーム５とダンパー付きブレース４はフレーム３の耐震補強を目的として組み込まれることから、主として既存のフレーム３に付加されるが、新設のフレーム３に付加されることもある。
【００３２】
図１−(a)は上記の通り、図２−(a)に示すフレーム３の内周に図３−(a)に示す弾性フレーム５を配置し、弾性フレーム５の内周に図２−(a)に示す２本のブレース材41ａ、41ａからなる逆Ｖ字形のブレース本体41を架設した場合を示す。２本のブレース材41ａ、41ａはブラケット43に接合され、ダンパー42はブラケット43から張り出した形で一端においてブラケット43に接合される。
【００３３】
図１−(a) に示すブレース本体41は両側のブレース材41ａ、41ａの端部において柱材51の脚部に水平軸回りに回転自在に連結され、ブラケット43においては梁材52にその材軸方向に相対移動自在に接続される等により梁材52から構造的に分離した状態で接続される。
【００３４】
ダンパー42は梁材52、または柱材51の中間部や端部に直接、もしくは図示するようにガセットプレート44を介して間接的に水平軸回りに回転自在に連結され、弾性フレーム５の主に構面内の変形時にブラケット43と梁材52や柱材51との間の相対移動に伴い、伸長と収縮を繰り返すことにより弾性フレーム５に入力する振動エネルギを吸収する。
【００３５】
図５は１本のブレース材41ａとその端部に張り出して接合されたダンパー42からブレース本体41を構成した場合に、ブレース41ａの一端を柱材51と梁材52のいずれかに接続すると共に、他端を梁材52と柱材51のいずれかにその材軸方向に相対移動自在に接続し、ダンパー42の他端を梁材52と柱材51のいずれかに接続した請求項２に記載の発明の具体例を示す。(a)はブレース材41ａを梁材52に相対移動自在に接続した場合、(b)は柱材51に相対移動自在に接続した場合である。
【００３６】
図５において柱材51と梁材52の端部以外の部分にブレース材41ａが接続される、ハッチングを入れた(a)の場合の梁材52、及び(b)の場合の梁材52と右側の柱材51にはブレース材41ａからの軸力により曲げモーメントが発生するため、それに耐え得るのに十分な曲げ耐力と曲げ剛性が与えられる。
【００３７】
弾性フレーム５の、ブレース材41ａが相対移動自在に接続される部分にはブレース材41ａの相対移動を案内するガイドローラやガイドレール、または四フッ化エチレンシートのような低摩擦材等の案内部材53が固定され、ブレース材41ａの端部には案内部材53に沿って移動可能なスライダとしてのブラケット43が接合される。ダンパー42の一端はブラケット43に水平軸回りに回転自在に連結される。ブラケット43は弾性フレーム５の変形に伴って図６に示すように案内部材53に沿って移動し、同時にダンパー42が伸長することにより弾性フレーム５に入力する振動エネルギを吸収する。
【００３８】
図７はフレーム３の水平材２が、上弦材2aと下弦材2b間にラチス材2cを架設したトラス梁である場合に、フレーム３内に弾性フレーム５とダンパー付きブレース４を配置した場合を示す。
【００３９】
水平材２がトラス梁である場合に図８に示すようにフレーム３内に直接、ダンパー付きブレース４を配置した場合にはダンパー42の軸と水平材２の下弦材2bの軸との間に偏心ｅが生じ、下弦材2bに偏心による曲げモーメントを作用させることになるが、図７に示すようにフレーム３内に弾性フレーム５が配置された上で、その内周にダンパー付きブレース４が配置されることで、下弦材2bへの曲げモーメントの作用が回避される利点がある。この場合、偏心による曲げモーメントは弾性フレーム５が負担することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】(a)はフレーム内に弾性フレームとダンパー付きブレースを配置したダンパー付きブレース架構を示した立面図、(b)は(a)に示すダンパー付きブレース架構の水平力−変形曲線図である。
【図２】(a)はフレームを示した立面図、(b)はフレームのみの水平力−変形曲線図である。
【図３】(a)は弾性フレームを示した立面図、(b)は弾性フレームのみの水平力−変形曲線図である。
【図４】(a)はダンパー付きブレースを示した立面図、(b)はダンパー付きブレースのみの水平力−変形曲線図である。
【図５】(a)、(b)は請求項２に記載の発明の具体例を示した立面図である。
【図６】図５−(a) に示す弾性フレームが変形したときの様子を示した立面図である。
【図７】フレームの水平材がトラス梁である場合の、弾性フレームとダンパー付きブレースを配置したときの様子を示した立面図である。
【図８】トラス梁にダンパーを直接接続したときの偏心の様子を示した立面図である。
【図９】(a)はフレーム内にダンパー付きブレースを配置した従来のダンパー付きブレース架構を示した立面図、(b)は(a)に示すダンパー付きブレース架構の水平力−変形曲線図である。
【図１０】(a)は図９におけるフレームを示した立面図、(b)は(a)に示すフレームの水平力−変形曲線図である。
【図１１】(a)は図９におけるダンパー付きブレースを示した立面図、(b)は(a)に示すダンパー付きブレースの水平力−変形曲線図である。
【符号の説明】
【００４１】
１……鉛直材、２……水平材、2a……上弦材、2b……下弦材、2c……ラチス材、３……フレーム、
４……ダンパー付きブレース、41……ブレース本体、41ａ……ブレース材、42……ダンパー、43……ブラケット、44……ガセットプレート、
５……弾性フレーム、51……柱材、52……梁材、53……案内部材。
【図１】
2005200950.tif 000003
【図２】
2005200950.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005200950.tif 000006
【図５】
2005200950.tif 000007
【図６】
2005200950.tif 000008
【図７】
2005200950.tif 000009
【図８】
2005200950.tif 000010
【図９】
2005200950.tif 000011
【図１０】
2005200950.tif 000012
【図１１】
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