(57)【要約】１  建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される、履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備え、前記履歴ダンパーはエネルギー吸収部位とシャフト部を備えた間柱型ダンパーであり、前記粘弾性ダンパーは、好ましくは鋼板と粘弾性体を交互に積層したものであって、前記エネルギー吸収部位と上側梁または下側梁の間に、前記間柱型ダンパーと直列の力学的経路を有するように配置され、前記履歴ダンパーが門型構造の左右の脚部を構成し、前記粘弾性ダンパーが門型構造の頭部を構成するように配置されている。【代表図】      図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備えた複合ダンパーであって、前記履歴ダンパーはエネルギー吸収部位とシャフト部を備えた間柱型ダンパーであり、前記粘弾性ダンパーは、前記エネルギー吸収部位と上側梁または下側梁の間に、前記間柱型ダンパーと直列の力学的経路を有するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
【請求項２】
請求項１記載の複合ダンパーにおいて、前記履歴ダンパーが門型構造の左右の脚部を構成し、前記粘弾性ダンパーが門型構造の頭部を構成するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
【請求項３】
前記粘弾性ダンパーが鋼板と粘弾性体を交互に積層したものであることを特徴とする請求項１または２記載の複合ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物その他の構造物に配置し、地震、風等の外力に対する構造物の応答を低減させるダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物などの構造物では、振動入力に対し、快適な居住性や安全性を確保するため耐震性・制振性が要求され、各種の制振ダンパーが提案されている。
【０００３】
特許文献１は制震鋼板ユニットおよび制震壁に関し、柱梁に囲まれた構面内に制震鋼板ユニット（鋼製ダンパー）を配置し、鋼製ダンパーを主架構よりも早期に降伏させて構造物の応答を低減することが記載されている。
【０００４】
特許文献２は耐震建築物に関し、大減衰力を有する高剛性かつ高靭性の粘性耐震壁を備え、該粘性耐震壁に地震荷重を負担させ、柱および梁は長期荷重のみを負担させる耐震建築物が記載されている。粘性耐震壁（粘弾性ダンパー）は粘性抵抗の大きい粘性体を鋼板に対し粘着させた状態で挟み込み、低振幅からエネルギー吸収を行い、地震応答・風応答の両方に作用する。
【０００５】
建築構造物に鋼製ダンパー、粘弾性ダンパーを配置すると地震、風等による構造物の振動を低減できる。しかし、鋼製ダンパーは強風による振動等、居住性が問題となる程度の振幅では作用せず、強風による振動が構造物の安全性にかかわるほど大きな場合であっても数時間連続するような場合には振動エネルギーを吸収させるには不向きである。
【０００６】
粘弾性ダンパーは数十年に一回の確率で発生する大地震に対してエネルギー吸収が行えるように設計すると粘弾性体量が多くなり経済性が損なわれる。
【０００７】
そこで、風による微小振動から地震による大振動にいたるあらゆる振動入力に対して建築物などの構造物の応答を低減させるため弾塑性ダンパー（鋼製ダンパー）と粘弾性ダンパー両者の特性を備えた複合ダンパーが提案されている。
【０００８】
複合ダンパーには弾塑性ダンパーと粘弾性ダンパーを並列に配置するものと直列に配置するものがある。並列に配置した場合、外乱による振動は弾塑性ダンパーと粘弾性ダンパーのそれぞれに外力が入力され、入力が微小振動の場合は粘弾性ダンパーの変位が剛性の高い弾塑性ダンパーにより拘束され制震効果が得られないため、直列に配置することが好ましいとされている。
【０００９】
特許文献３は粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと弾塑性ダンパーを組合わせた複合ダンパーに関し、両者は力学経路的に直列に配置され、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部を同心円状に配置した構造であることを特徴とする。
【特許文献１】特開平１０−１４７９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１４１１７７号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献３に記載されている複合ダンパーは弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部を力学的に完全な直列配置としており、粘弾性ダンパーの耐力を弾塑性ダンパーの耐力以上とするため、粘弾性ダンパーの断面積を大きく必要がある。そのため、鋼管の表面積が粘弾性ダンパーの必要断面積に満たない場合、粘弾性体を積層するため鋼管を三重、四重にする必要があり構造が複雑となる。また、ブレース形状であるため、壁面に開口部が取りにくいという問題点も存在する。
【００１１】
そこで、本発明は複合ダンパーを間柱に近い形状として、粘弾性ダンパーの断面積を確保しやすくすること、また壁面の開口部を取りやすくし、建築計画上の制限を少なくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、複合ダンパーにおいて履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを直列に配置した場合の変位と荷重の関係について鋭意検討を行い以下の設計指針を得た。尚、本発明では履歴ダンパーは弾塑性ダンパーとする。
【００１３】
図４は複合ダンパーの変位と荷重の関係を示す図で（イ）は微小変形時、（ロ）は大変形時の場合を示す。微小変形の範囲で、履歴ダンパーが降伏せず、主に粘弾性ダンパーがエネルギー吸収を行うように設計する。
具体的には微小変形を生じる風が吹くような場合は、継続時間が長いため鋼製の履歴ダンパーによるエネルギー吸収は適当でなく、設計風荷重により生じる最大応力時にエネルギー吸収部位が降伏しないように履歴ダンパーを設計し、エネルギー吸収が粘弾性ダンパーで行えるようにする（図４（イ））。
【００１４】
一方、履歴ダンパーが降伏するような大変形時では、履歴ダンパーと粘弾性ダンパーの両者がエネルギー吸収を行うように設計する。
【００１５】
具体的には履歴ダンパーの終局耐力時、あるいは設計地震荷重により生じる最大耐力時に、粘弾性ダンパーが破損しないだけの変形能力を持たせる。このとき、粘弾性ダンパーに生じる変位は履歴ダンパーの降伏耐力時の変位と同程度である（図４（ロ））。
【００１６】
粘弾性ダンパーに関しては、変位Δδが等しい場合、例えば粘弾性体の厚さＨが半分になれば、粘弾性体の断面積Aは半分で同じせん断荷重Qとなる。
Ｑ＝（AG/H)Δδ  Ｇ：粘弾性体のせん断弾性係数
粘弾性ダンパーの必要変形量が小さければ粘弾性体の厚さHも小さくすることが出来るので、それに比例して断面積Ａも小さくなり、結果として粘弾性ダンパーの小型化が可能となる。
【００１７】
本発明は以上の設計指針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  建物の柱梁架構を構成する構面内に配置される履歴ダンパーと粘弾性ダンパーを備えた複合ダンパーであって、前記履歴ダンパーはエネルギー吸収部位とシャフト部を備えた間柱型ダンパーであり、前記粘弾性ダンパーは、前記エネルギー吸収部位と上側梁または下側梁の間に、前記間柱型ダンパーと直列の力学的経路を有するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
２ １記載の複合ダンパーにおいて、前記履歴ダンパーが門型構造の左右の脚部を構成し、前記粘弾性ダンパーが門型構造の頭部を構成するように配置されていることを特徴とする複合ダンパー。
３ 前記粘弾性ダンパーが鋼板と粘弾性体を交互に積層したものであることを特徴とする１または２記載の複合ダンパー。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、居住性を損なう小振幅の振動から、構造物の機能、安全性に影響する地震時の大振幅の振動まで効果的にエネルギーを吸収することができる。また本発明に係る複合ダンパーは設置スペースが少なく開口部の確保が容易であり、粘弾性ダンパーを小振幅に限定して設計できるためコストパフォーマンスに優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、建築構造物の架構を構成する構面内に配置される間柱に履歴ダンパーを組込んだ間柱型ダンパーと粘弾性ダンパーを組合わせた複合ダンパーであって、粘弾性ダンパーと履歴ダンパーを外力に対して直列の力学的経路を有するように配置する際、粘弾性ダンパーを構成する粘弾性体の断面積の調整が容易になるよう配置することを特徴とする。
【００２０】
尚、本発明で力学的経路とは、外力の伝達経路を指す。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態に係る複合ダンパーを建築構造物の架構を構成する構面内に配置した状況を示し、（イ）は正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ´矢視の断面図を示す。図において１は柱、２は大梁、３は門型構造の脚部をなす間柱ダンパー、３１、３２は間柱ダンパー３の一部を構成するシャフト（柱材）、４は門型構造の頭部に配置される粘弾性ダンパー、５は間柱ダンパー３に組み込まれる極低降伏点鋼からなるエネルギー吸収部位を示す。間柱ダンパー３は、上の柱材３１と下の柱材３２の間にエネルギー吸収部位５を介装した構成となっている。
【００２２】
間柱ダンパー３と粘弾性ダンパー４を備えた門型構造は、一対の間柱ダンパー３を脚部とし、粘弾性ダンパー４を頭部に配置して構成される。間柱ダンパー３の上の柱材３２の上端３２ａは粘弾性ダンパー４の下端４ｂに剛接されている。下の柱材３１の下端３１ｂと下の大梁２及び粘弾性ダンパー４の上端４ａと上の大梁２は剛接合される。エネルギー吸収部位５と柱材３２の下端３２ｂ，柱材３１の上端３１ａは剛接している。
【００２３】
上述の構成とすることにより、粘弾性ダンパー４とエネルギー吸収部位５は層間変位により生じる応力に対して直列の力学的経路を有するように配置される。
【００２４】
また、上記の構成において、構面のせん断変形時に生じる間柱ダンパー３の曲げモーメントの反曲点が間柱ダンパー３に組み込まれたエネルギー吸収部位５にくるように設計する。
【００２５】
外乱による層間変位が生じ、間柱ダンパー３の柱材３１、柱材３２に介装されたエネルギー吸収部位５に生じるせん断応力が降伏荷重を超えた場合、エネルギー吸収部位５がエネルギー吸収を行う。粘弾性ダンパー４は大梁２と間柱ダンパー３の相対変位（速度）によるエネルギーの吸収をおこなう。
【００２６】
建築構造物の振幅が小さい場合は間柱ダンパー３のエネルギー吸収部位５は降伏せず、粘弾性ダンパー４のみがエネルギー吸収を行う。
【００２７】
一方、振幅が大きい場合は、間柱ダンパー３を構成するエネルギー吸収部位５が降伏し、粘弾性ダンパー４とともにエネルギー吸収を行う。エネルギー吸収部位５が降伏し荷重が上昇せず、間柱ダンパー３の柱材３１、柱材３２は大きく変形しないため粘弾性ダンパー４が過大に変形し破損することが防止される。
【００２８】
また、エネルギー吸収部位５の配置する位置が構面のせん断変形時に生じる間柱ダンパー３の曲げモーメントの反曲点となるため、エネルギー吸収部位５には主にせん断力が作用し降伏時にエネルギー吸収を行う。
【００２９】
図２は本発明の他の実施形態に係る複合ダンパーを示し、（イ）は正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ´矢視の断面図を示す。
【００３０】
1対の間柱ダンパー３の上の柱材３２の上端３２ａに梁６を掛け渡して、門型構造とする。梁６に粘弾性ダンパー４の下端４ｂを剛接合し、上端４ａを上側の梁２に剛接合する。
1対の間柱ダンパー３の下の柱材３１の下端３１ｂと下の梁２も剛接合する。
【００３１】
上述した門型構造とすることにより、構面のせん断変形時に生じる門柱ダンパーの曲げモーメントの反曲点を上下の梁２の間隔のほぼ中央とすることができる。また、粘弾性ダンパーに作用する曲げモーメントが小さくなるため、粘弾性ダンパーの設計が容易になる。
【００３２】
梁６を1対の間柱ダンパー３に掛け渡すため、門型構造としての剛性が向上し、粘弾性ダンパー４が風応答におけるより小さい振動からエネルギー吸収を行ない、居住性を向上させることが可能となる。
【００３３】
図３に、本発明の他の実施形態に係る複合ダンパーを示す。本図は門型構造によらず、層間変位により生じる応力に対して粘弾性ダンパー４と制振壁８が直列の力学的経路を有するように配置する方法を示す。
【００３４】
上下の梁２の間に、粘弾性ダンパー４と一枚または複数の極軟鋼パネル７を直列に配置する。粘弾性ダンパー４の上端４ａは上の梁２に剛接合し、下端４ｂには極軟鋼パネル７の上端７ａを剛接合する。極軟鋼パネル７の下端７ｂは下の梁２に剛接合する。このような構造とすることにより制振壁の耐力を大きくし、また降伏後の制振壁の変形能力を大きくするという特長が得られる。
【００３５】
以上の図２〜４の説明において本発明に係る複合ダンパーを上下の梁間に架設したが、必要に応じて９０°回転させて、左右の柱間に架設することも可能である。
【００３６】
上述したように、本発明に係る複合ダンパーを建物の架構を構成する構面内に設置すると、地震や強風などの振動応答を低減する制震構造として有効である。また、間柱ダンパーのシャフト（柱材）はＨ型鋼に限定せず、角形鋼管など他の形状であっても良い。
【実施例】
【００３７】
本発明の効果を確認するため、図５に示す１２層高さ４８ｍ，３スパン幅２０ｍの平面骨組モデルを製作し、応答解析を行った。
【００３８】
応答解析では、本発明に係る複合ダンパーを前記骨組みモデルの６層以下に配置したモデル（イ），6層以下に間柱ダンパーのみを配置したモデル（ロ）の２種類を用いた。
【００３９】
７層以上は履歴ダンパー（ブレースダンパー）を配置した。６層以下のダンパー（複合ダンパーでは履歴ダンパー（間柱ダンパー））は降伏耐力時の層せん断力が同じになるように設定した。表１に構造諸元を示す。粘弾性ダンパーはバネ定数を８２８（ｋＮ／ｃｍ），損失係数０．５のせん断バネとした。
【００４０】
図６に前記モデルのそれぞれについて風直角方向振動（最大加速度）をカナダ基準で評価した結果を示す。図中のＨ−１〜４は指針が示す基準値で、値が小さいほど性能が高い。図より、６層以下に本発明に係る複合ダンパーを配置すると、他の場合に比較して２段階改善することが確認された。尚、カナダ基準は建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説（日本建築学会）に記載されているものを用いた。
【００４１】
表２に２種類の平面骨組モデルに対して地震波形を５０ｋｉｎｅレベルに調整した５種類の地震波を入力した結果を示す。最上層の応答変位、応答加速度の最大値を記載している。
【００４２】
本発明に係る複合ダンパーを配置したモデル（Ｂ）では履歴ダンパーのみのモデル（Ａ）よりも制振効果の高いことが確認された。
【００４３】
【表１】
2005133444.tif 000002
【００４４】
【表２】
2005133444.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示す図で（イ）は正面図、（ロ）はＡ−Ａ´矢視図を示す。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図で（イ）は正面図、（ロ）はＡ−Ａ´矢視図を示す。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図。
【図４】複合ダンパーの荷重―変位曲線を示す図で（イ）は微小変形の場合、（ロ）は大変形の場合を示す。
【図５】実施例に用いた平面骨組モデルを示す図。
【図６】図５の平面骨組モデルの風直角方向振動に対する応答を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１                      柱
２                      大梁
３                      間柱ダンパー
３１、３２              シャフト（柱材）
４、４ａ                粘弾性ダンパー
５                      エネルギー吸収部位
６                      剛部材（貫梁）
７                      極軟鋼パネル
８                      制振壁
【図１】
2005133444.tif 000004
【図２】
2005133444.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005133444.tif 000007
【図５】
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【図６】
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