(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の架構の構面内に設置されて、前記架構の地震時の振動応答を低減するための制震ダンパーであって、
前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端が前記架構の一部に接合され、他端が前記架構の他の部分に接合された芯材を備えてなり、
前記芯材は、その少なくとも中央部が、該芯材に比較して降伏応力度の大きい材料により形成された筒状の補剛体の内部に挿通されるとともに、前記芯材の端部に固定された補剛リブを、前記補剛体の端部の切欠部に挿通して設けられ、
前記補剛体と前記芯材との間には、押圧材が介装され、
前記芯材の中央部のうちの少なくとも一定領域が、前記押圧材を介して、前記補剛体側から均等に押圧されていることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項２】
請求項１記載の制震ダンパーであって、
前記芯材は、極軟鋼からなる鉄骨材により形成されていることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項３】
請求項２記載の制震ダンパーであって、
前記芯材は、前記中央部の断面積が、他の部分に比較して小とされていることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の制震ダンパーであって、
前記補剛体は、鋼板およびチャンネルを一体化して形成されることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の制震ダンパーであって、
前記押圧材は、ゴムにより形成されていることを特徴とする制震ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の架構の構面内に設置されて、前記架構の地震時の振動応答を低減するための制震ダンパーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の制震ダンパーには、現在のところ大別して極軟鋼等の降伏を利用した鋼材系ダンパーと、粘性体や粘弾性体のせん断変形に伴う粘性抵抗を利用した粘性系ダンパーがあるが、ローコストで大きな減衰性能を発揮するのは、鋼材系ダンパーで、軸力に抵抗するブレース形式のものである。しかし、ブレース形式では、圧縮力に対して鋼材の座屈を防止しなければならず、この対策として以下の▲１▼、▲２▼のような構造が実用化されている。なお、以下において、芯材とは降伏することにより履歴エネルギーを吸収する芯鉄骨部分を指す。
【０００３】
▲１▼  ダンパー部を構成する芯材の廻りに、付着を切ってコンクリートを巻き、このコンクリートの剛性により芯材の座屈を防止する構造。
▲２▼  芯材とほぼ接するように鋼管をかぶせ、これにより芯材を補剛し座屈を防止する構造。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼、▲２▼の構造は、以下のような問題点を有している。
まず、▲１▼の構造においては、コンクリートにより所定の剛性を発揮させるために、一定以上の被り寸法を確保する必要があり、これにより、外形寸法および重量が大きくなり、建物内部における設置性の点で問題があるばかりでなく、建物内部の空間利用性を損なう心配がある。
【０００５】
また、▲２▼の構造においては、地震時に芯材が鋼管の内部で局部座屈を生じて複雑な変形をし、これにより安定したダンパーの履歴特性が期待できないという問題点がある。
【０００６】
このような事情に鑑みて、本発明においては、設置性や空間利用性の面において優れ、なおかつ、安定的な制震性能を発揮することのできる制震ダンパーを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の制震ダンパーは、建物の架構の構面内に設置されて、前記架構の地震時の振動応答を低減するための制震ダンパーであって、前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端が前記架構の一部に接合され、他端が前記架構の他の部分に接合された芯材を備えてなり、前記芯材は、その少なくとも中央部が、該芯材に比較して降伏応力度の大きい材料により形成された筒状の補剛体の内部に挿通されるとともに、前記芯材の端部に固定された補剛リブを、前記補剛体の端部の切欠部に挿通して設けられ、前記補剛体と前記芯材との間には、押圧材が介装され、前記芯材の中央部のうちの少なくとも一定領域が、前記押圧材を介して、前記補剛体側から均等に押圧されていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成により、芯材の中央部のうちの一定領域が、均等に局部座屈を抑制されることとなり、これにより芯材に座屈を生じずに安定したダンパーの履歴特性が期待できる。
【０００９】
請求項２記載の制震ダンパーは、請求項１記載の制震ダンパーであって、
前記芯材は、極軟鋼からなる鉄骨材により形成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成により、安定した履歴特性を有する制震ダンパーをローコストに実現することができる。
【００１１】
請求項３記載の制震ダンパーは、請求項２記載の制震ダンパーであって、
前記芯材は、前記中央部の断面積が、他の部分に比較して小とされていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、この制震ダンパーにおいては、芯材のうち、断面積を小さくした中央部に塑性変形を集中的に発生させることができる。
【００１３】
請求項４記載の制震ダンパーは、請求項１から３のいずれかに記載の制震ダンパーであって、
前記補剛体は、鋼板およびチャンネルを一体化して形成されることを特徴としている。
【００１４】
このような構成により、補剛体を、ローコストな材料により、容易に組み立てることができる。
【００１５】
請求項５記載の制震ダンパーは、請求項１から４のいずれかに記載の制震ダンパーであって、
前記押圧材は、ゴムにより形成されていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成により、制震ダンパーを軽量に構成することができる。また、ゴムは、鋼材等への付着強度や圧縮剛性は大きいが、せん断剛性は小さいため、剥離剤などを用いることなく、芯材の軸方向以外の変形を防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面に基づいて説明する。
図２に示すものは、建物の架構１の構面２内に設置された制震ダンパー３，３の外観である。図中に示すように、制震ダンパー３，３は、架構１を構成する柱４，４と梁５，５によって囲まれた開口部６内において、一対のブレースとして、略ハ字状に設置されている。
【００１８】
この制震ダンパー３は、芯材７と、芯材７の中央部７ａを囲むように設けられた筒状の補剛体８とを備えた構成となっている。芯材７は、極軟鋼によって形成されており、その降伏応力度は、通常の鉄骨により形成された柱４，４および梁５，５に比較して小さいものとなっている。この芯材７は、その一方の端部７ｂが、開口部６の上縁の略中央に設けられて上側の梁５の下面に固定されたガセットプレート９に対して、他方の端部７ｃが、開口部６の下隅に配置されて柱４および下側の梁５に固定されたガセットプレート１０に対して、それぞれ高力ボルト結合されている。
【００１９】
図１は、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す図であり、制震ダンパー３の中央部３ａの断面を示している。図中に示すように、補剛体８は、二つのチャンネル１２，１２のフランジ１２ａ，１２ａ同士をカバープレート（鋼板）１３，１３とツヅリボルト１４，…によって接合し、内部に断面視矩形状の閉鎖空間１５を形成するようにしたものである。これらチャンネル１２，１２およびツヅリボルト１４，…は、芯材７に比較して降伏応力度の大きい鋼材により形成されている。
【００２０】
閉鎖空間１５には、芯材７の中央部７ａが挿通されており、補剛体８と芯材７の中央部７ａとの間には、ゴムパッキン（押圧材）１６，１６が、板状に形成された芯材７の両面に接するように配置されている。ゴムパッキン１６は、芯材７の中央部７ａの長さ寸法と略同一の長さ寸法を有するものとされており、芯材７の中央部７ａは、このゴムパッキン１６を介して、補剛体８側から、材長方向（紙面と直交方向）に均等に押圧されている。
【００２１】
図３は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す図である。図中に示すように、芯材７は、その中央部７ａの幅寸法が、端部７ｂ（７ｃ）に比較して小となっている。
【００２２】
また、図４は、図３におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。図中に示すように、芯材７の端部７ｂ（７ｃ）には、芯材７と直交するように補剛リブ１７，１７が固定されている。また、補剛体８を構成するチャンネル１２，１２の端部１２ｂ，１２ｂには、補剛リブ１７，１７を挿通させるための切欠部１８が設けられている。
【００２３】
このような構造を得るには、芯材７の中央部７ａの両面にゴムパッキン１６，１６を当て、その外側からチャンネル１２，１２を押し当てるとともに、これらチャンネル１２，１２のフランジ１２ａ，１２ａ同士を、カバープレート１３およびツヅリボルト１４，…によって接合することにより、芯材７の廻りに補剛体８を形成したものを、あらかじめ工場等において製作しておく。そして、このように製作されたものを、現場に搬入し、芯材７の端部７ｂ，７ｃを、架構１にあらかじめ設けておいたガセットプレート９，１０に対して接合するとともに、補剛リブ１７，１７によって補強することにより、図２に示したような構造を得る。
【００２４】
上述の制震ダンパー３においては、地震時に架構１に振動が作用した際には、架構１を構成する柱４，４および梁５，５に比較して降伏応力度の低い芯材７が、架構１に先行して降伏し、芯材７が塑性変形することにより、架構１の振動エネルギーを吸収して、架構１の振動応答を減衰させるように作用する。この場合、芯材７の中央部７ａは、他の部分に比較してその幅寸法が小とされていることから、断面積も小となっており、他の部分に比較して大きな応力度が発生することとなる。したがって、芯材７の塑性変形は、中央部７ａに集中的に発生するが、このとき、中央部７ａは、その両面からゴムパッキン１６，１６を介して補剛体８により均等に押圧されているために、局部座屈が抑制され、安定したダンパーの履歴特性を発揮することができる。
【００２５】
以上のように、制震ダンパー３においては、地震時に塑性変形して架構１の振動エネルギーを吸収する芯材７の中央部７ａを囲むように補剛体８を設け、補剛体８から芯材７の中央部７ａをゴムパッキン１６を介して材長方向に均等に押圧するようにしたので、芯材を鋼管により補剛した従来のダンパーに比べた場合、芯材が鋼管の中で複雑な変形をするようなことがなく、芯材７の局部座屈を効果的に防止することができる。さらに、この制震ダンパー３は、芯材に所定の被り寸法をとってコンクリートで被覆した従来のアンボンドブレースダンパーに比較して、外径寸法を小さくすることができ、内壁やシャフト内に納めた場合のデッド寸法を抑えて、空間の有効活用を図ることが可能となる。また、補剛体８は、芯材７に被せてあるだけで接合する必要がないために、組立工作が容易であり、製品の納期短縮とコストダウンを図ることができる。これにより、安定した制震性能を確保しつつ、設置性や費用の面で優れたダンパーを実現することができる。
【００２６】
また、制震ダンパー３においては、芯材７が極軟鋼により形成されるために、安定した履歴特性を有する制震ダンパーをローコストに実現することができ、コストダウンを図ることができる。また、基本的にメンテナンスフリーとすることができる。
【００２７】
さらに、制震ダンパー３においては、芯材７の中央部７ａの断面積が他の部分に比較して小とされているために、中央部７ａのみ歪みが大きくなり、降伏変位を小さくすることができるとともに、降伏範囲を限定することができ、塑性歪みをこの範囲に集中させて、効率よく減衰効果を発揮させることができる。
【００２８】
さらに、制震ダンパー３においては、補剛体８を、チャンネル１２やカバープレート１３などのローコストな材料によって形成するようにしたため、コストダウンを図ることができる。また、この場合、補剛材８の組立をボルト接合のみで行うことができるため、高度な組立施工精度が必要でなく、従って、熟練工でなくても、容易にスピーディな製作が可能になる。
【００２９】
さらに、制震ダンパー３においては、ゴムパッキン１６を利用したために、従来のコンクリート系の材料を利用したダンパーに比べて、軽量化を図ることができる。このため、取り扱いが容易であり、設置性に優れている。また、ゴムパッキン１６は、鋼材との付着強度や厚さ方向への圧縮剛性はあるが、せん断剛性が小さいため、剥離剤などの特別な細工をしなくても、芯材の変形を阻害しないで座屈を防止することができる。これにより、制震ダンパーの製作の容易化を図ることができる。
【００３０】
さらに、この制震ダンパー３は、外観上の形態は一般の鉄骨構造で見られるブレースの場合と同じであり、構造計画、建築計画上の特別な制約がないため、従来の耐震設計と同様の設計作業で建物内に組み込むことができる。また、この制震ダンパー３を、既存建物の耐震補強を行う際に従来のブレースに代えて用いることも可能であり、容易に制震構造による既存建物の補強を実現することができる。
【００３１】
また、この制震ダンパー３を設置する場合には、上述のように、芯材７、ゴムパッキン１６および補剛体８を一体化して工場で製作し、現場に運搬することができるため、現地でのダンパー組立作業が必要でなく、工程的には通常の鉄骨構造と何ら変わらない。また、通常のブレース構造における中央部材を取り付けるのと比べて工期的にも仮設的にも全くデメリットはない。
【００３２】
さらに、この制震ダンパー３は、地震と火災が同時に作用しないことから、長期荷重を負担させない限り、耐火被覆を不要とすることができる。
【００３３】
また、このような制震ダンパー３を架構１内に組み込むことにより、架構１の地震時の応答を小さくし、通常の鉄骨構造と比較して部材断面を小さくすることが可能になり、コストダウンに貢献することができる。
【００３４】
また、この制震ダンパー３においては、芯材７が単純な平板であり、端部で補剛リブ１８の隅肉溶接や、高力ボルトを挿通するための穴開け程度のわずかな加工しかないため、品質管理も容易で、ローコストに製造が可能となる。
【００３５】
以上のように、この制震ダンパー３によれば、従来の鉄骨構造で多用していた鉄骨ブレースと同様の使い方で地震エネルギーの吸収効率がより大きい制震構造を容易に構築できる。これにより、種々の形態を持つ建物に容易に適用でき、コスト・工期等の面からも有効な制震構造が可能になる。
【００３６】
なお、上記実施の形態において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにしてもよい。
例えば、上記実施の形態において、制震ダンパー３は、開口部６において略ハ字型に設置されていたが、これに代えて、制震ダンパー３の設置形状を閉鎖型のノ型やＫ型、偏芯Ｋ型や偏芯ノ型としてもよく、これらを平面計画での開口等の建築計画に応じて適宜選択することができる。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、芯材７は、中央部７ａが幅寸法の小さい構成とされていたが、これに代えて、全長に亘り同一断面とするようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、芯材７の端部７ｂ，７ｃが、ガセットプレート９，１０に対して高力ボルト接合されていたが、これに代えて、クレビスを使用するようにしてもよい。これにより、制震ダンパー３に曲げ応力が生ぜず力学的に明快な制震装置を実現できると同時に、意匠上の外観も良好なものとすることができる。
【００３８】
また、ゴムパッキン１６は、必ずしも芯材７の中央部７ａの全長に亘り一体となっている必要はなく、材長方向もしくは幅方向に分割して並べることで所定の範囲をカバーするようにすればよい。また、ゴムパッキン１６は必ずしも芯材７の全面に亘って設置されていなくてもよく、部分的に設置されていない範囲があってもよい。
【００３９】
さらに、ゴムパッキン１６に代えて、ステンレス板、テフロン板、鉛などの圧縮に耐えて、なおかつ、鋼材に対して滑りを生ずる材料を使用するようにしてもよい。
【００４０】
また、この他にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにしてもよく、上述したような変形例を適宜選択的に用いるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の制震ダンパーは、地震時に塑性変形して架構の振動エネルギーを吸収する芯材の少なくとも中央部を囲むように補剛体を設け、補剛体から芯材を押圧材を介して均等に押圧するようにしたので、芯材を鋼管により補剛した従来のダンパーに比べた場合、芯材が鋼管の中で複雑な変形をするようなことがなく、芯材の局部座屈を効果的に防止することができる。さらに、この制震ダンパーは、芯材に所定の被り寸法をとってコンクリートで被覆した従来のアンボンドブレースダンパーに比較して、外径寸法を小さくすることができ、内壁やシャフト内に納めた場合のデッド寸法を抑えて、空間の有効活用を図ることが可能となる。また、この制震ダンパーは、補剛体を芯材に被せるだけでよく、接合の必要がないために、組立工作を容易なものとすることができ、製品の納期短縮とコストダウンを図ることができる。以上により、安定した制震性能を確保しつつ、設置性や費用の面で優れたダンパーを実現することができる。
【００４２】
請求項２記載の制震ダンパーは、芯材を極軟鋼により形成したために、安定した履歴特性を有する制震ダンパーをローコストに実現することができ、コストダウンを図ることができる。また、基本的にメンテナンスフリーとすることができる。
【００４３】
請求項３記載の制震ダンパーは、芯材の中央部の断面積が他の部分に比較して小とされているために、降伏変位を小さくすることができるとともに、降伏範囲を限定することができ、塑性歪みをこの範囲に集中させて、効率よく減衰効果を発揮させることができる。
【００４４】
請求項４記載の制震ダンパーは、補剛体を、チャンネルや鋼板などのローコストな材料によって形成するようにしたため、コストダウンを図ることができる。また、この場合、補剛体の組立をボルト接合のみで行うことができるため、高度な組立施工精度が必要でなく、従って、熟練工でなくても、容易にスピーディな製作が可能になる。
【００４５】
請求項５記載の制震ダンパーは、押圧材をゴムにより形成したために、従来のコンクリート系の材料を利用したダンパーに比べて、軽量化を図ることができる。このため、取り扱いが容易であり、設置性に優れている。また、ゴムは、鋼材との付着強度や厚さ方向への圧縮剛性はあるが、せん断剛性が小さいため、押圧材としてゴムを利用することにより、剥離剤などの特別な細工をしなくても、芯材の変形を阻害しないで座屈を防止することができる。これにより、制震ダンパーの製作の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を模式的に示す制震ダンパーの中央部の断面図である。
【図２】  図１に示した制震ダンパーが架構内に設置された際の状況を示す正面図である。
【図３】  図１におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図４】  図３におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
１  架構
２  構面
３  制震ダンパー
７  芯材
７ａ  中央部
７ｂ，７ｃ  端部
８  補剛体
１２  チャンネル
１３  カバープレート（鋼板）
１６  ゴムパッキン（押圧材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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