事務局記入欄：
提案用紙②2013 年度
提案タイトル

第 11 回

4

建築・住宅技術アイデアコンペ

アーチ形ダンパーによる建物の制震化

提案概要（200 字程度）

地震時に変形をコントロールするダンパーには，様々な材料・部材形状のものが開発され，実用化されている。それら制震ダンパーの多くは建物内部に設置されるので，既存建物の補強に利用する場合には使用性を低下させることになる。
建物外部に設置できる制震ダンパーがあれば，居室空間を維持した状態で，かつ使いながらの補強が可能となる。アーチ形の鋼製ユニットを建物外部に設置することにより，地震時の応答性状をコントロールできるので，建物の制震化や耐震補強に活用できる。

① 新規性

既往の制震補強技術は，ブレース形状のダンパーを柱梁で囲まれた構面内に設置する方法が多い。本アイデアは，柱梁の構面内でもなく，さらに建物外部であることが新しいと言える。

② 実用性

アーチ形のダンパーは，一般的な鉄骨を材料とするので，製作は可能である。また，ユニット化したアーチ形のダンパーを建物外部に取付け方法としては，あと施工アンカーや PC 圧着接合など既往の方法により設置可能である。
建物の外部と敷地境界線との間に設置するスペースがあれば可能である。

提案
ポイン
ト

③ 実現可能性④建築や社会に対するインパクト

建物の耐震化を諦めていた建物所有者に対して興味を持てる技術として紹介できるので，耐震化の活性化に貢献できる。

提案ポイントについて① 新 規 性 ：「従来の建築・住宅技術」に対する新規性について述べて下さい。

② 実 用 性 ：ご提案のアイデアが，学術研究や情報の蓄積や整理の範囲にとどまらず，都市・建築空間で実地に用いる，あるいは実際に役立つ点を述べて下さい。

③実現可能性：

ご提案のアイデアが，理論や知識と情報，組織や体制，資金などの面から，達成される見込み・見通しを述べて下さい。

④建築や社会に対するインパクト：

生活や産業経済，建築空間に対する影響など，研究目標が達成され，成果が実用化された場合の建築や社会に対するインパクトについて述べて下さい。

※ こちらにご記入頂いた内容も審査の対象となります。提案ポイント項目は審査評価基準に基づきます。

提案書④-1

概要書① 自由書式
１．アーチ形ダンパー
アーチ形ダンパーで制震化した建物の概念を図 1 に示す。上下の斜め材と鉛直材の 3 つの要素から構成される。中央の鉛直材が鋼材ダンパーとして機能する部分である。このアーチ形ダンパーを図 2 に示すように建物外部に１層あるいは複層床間を結ぶように躯体に固定する。
柱柱
建物
外部側

斜め材
梁

鉛直材
制振部材
建物
内部側

建物
外部側

梁

2 層型
制振部材

ピン接合
部材

建物
内部側

図１．アーチ形ダンパー設置
建物概念図

図２．ダンパー取付け例(kN)

斜め材に H-700×300×19×25(SN400)，鉛直材に H-200×200×8×12(SN400)を使用したときの履歴性状を図 3 に示す。図 3の 荷 重 と 変 形 角 は ， 階 高 2,700mm と4,100mm に設置したアーチ形ダンパーに静的に強制変位を与え層に生じた応力と制御変形角である。鉛直部材が同じ断面・クリア高さであればダンパーのせん断力は階高に応じて変化する。
〔鋼材の履歴則〕(1)式の R-O モデルを使用
M'
KoM''  
MyMyMy400

階高 2,700900

300

階高 4,100200

900
900(1,200) (1,700)

2,700 (4,100)

強制変位

100-0.03
600-0.02

0-0.01
0-100

0.01

0.02

0.03

(rad.

-200)

-300-400

図 3．アーチ形ダンパーの Q-R 関係
Ko：初期剛性(kN･m2)，
My：鉛直材の降伏モーメント(kN･m)，
θ：鉛直材端部回転角(rad.)，α=1.0, γ=20(1)

降伏後の剛性は 1/100

2,400

9,150

20,7009,150

２．効果の検証方法
解析によりアーチ形ダンパーの制震効果を検討した。例として採りあげる解析モデル建物は，文献 1)に掲載された簡易的な集合住宅 10 階建である(図 4)。階高は 1 階が4.1m，2 階から 10 階まで 2.7m，各階の地
震時単位床重量は 11.76kN/m2 である。
Y5,400 5,400
5,400 5,400 5,400
5,400 5,400
5,400 5,400
解析では等価曲げせん断質点系モデル
48,600(曲げ剛性は弾性)とし，せん断に関する復元X力特性を図 5 のように設定した。各層の降図 4 基準階平面プラン
伏耐力 Qu は 0.3Ai とし，第 1 折点の耐力 Q
等価曲げM10α3
せん断バネを Qu/3，第 2 折点の変形を 1/100 としてい Qu
アーチ形
M9ダンパー
M3る。また，第 3 勾配はいずれの層も一律
M81/100 とした。履歴特性は武田モデル，粘性M2アーチ形
ダンパー
α2
減衰は減衰定数 3%，瞬間剛性比例型とし， Qu／3M7M1P-δ効果は無視している。
K11/100
解析に用いた入力地震波は，標準 3 波（ElR基礎固定
図
5．層のせん断に関するCcentoro-NS，Taft-EW，Hachinohe-NS）
図6．解析モデル
復元力特性の 50kine 相当および BCJ-L2 とした。

提案書④-2

概要書② 自由書式
３．応答性状1010階
解析結果を図 7～10 に示す。固有周期 9 階
9El C-NSEl C-NS
88Taft-EW
は，非設置 1.02 秒，アーチ形ダンパー
Taft-EW
77Ha-NSHa-NS
設置 0.87 秒である。アーチ形ダンパー 66BCJ-L2
BCJ-L255を設置することにより一部応答値が増 44設置
非設置
3加する場合もあるが，大きな応答になる 322ことを抑制し，応答層間変形角，応答層 11rad.
rad.
0
せん断力，転倒モーメント，応答加速度 00.000
0.005
0.010
0.015 0.000
0.005
0.010
0.015
ともに地震波に関わらず均一化する。応
図 7．応答層間変形角10
答層せん断力は全ての層で Qu に対して 10 階階99設置
非設置
8
余裕度が増加し，耐震性が向上したと考 877えられる。
66El C-NSEl C-NS5Taft-EW
図 11 に最大応答層間変形角が最も大 5Taft-EW
Qu44Ha-NSHa-NS
きくなる 3 階のアーチ形ダンパー1 本当 3
3BCJ-L2
BCJ-L2Qu
2たりの応答せん断力と応答軸力の履歴 21
1×104 kN
×104 kN0(BCL-L2, 50 秒まで)を示す。応答せん断 00.0
1.0
2.0
3.0
4.00.01.02.03.04.0力は静的解析の履歴と一致する。応答軸 階
図 8．応答層せん断力
10力 は ， 応 力 換 算 で 引 張 ・ 圧 縮 と も に 1099非設置
設置
1N/mm2 程度であり，部材の履歴性状に 887El C-NSEl C-NS影響を与えるものではないと考えられ 76
6Taft-EW
Taft-EW
55る。
Ha-NSHa-NS
BCJ-L244BCJ-L2４．適用建物332１）上記解析例のような板状集合住宅の桁 21
1×105 kN･m×105 kN･m
行方向の補強として妻面に設置
000.0
2.0
4.0
6.0
8.0
0.0
2.0
4.06.08.0２）建物周辺にスペースがある公共建築物
図9．転倒モーメント階（校舎･庁舎他）や郊外の一般建築物
1010階
99非設置
El C-NS３）ダンパー断面を小型化すれば戸建住宅
88Taft-EW
77にも可能性あり
Ha-NS
El C-NS66BCJ-L2
Taft-EW５．課題
55Ha-NS44１）アーチ形ダンパーの製作方法
BCJ-L2設置
33
鉄骨断面および斜め材・鉛直材の接合
2211cm/s2cm/s2
方法
0002004006008000200400600800２）質点系モデル解析方法
図 10．応答加速度
３）建物とアーチ形ダンパーの取付け方法
kN
kN
8400
および接合部のモデル化
建物左側の建物右側の6300
ダンパー
ダンパー
６．開発体制4200
下記メンバーにより研究会にて可100
2rad.
rad.
能性・課題を検討する。その後，共00-0.015-0.01-0.005
00.0050.010.015-0.00500.0050.01
同研究にて構造実験の実施や設 -0.01-100-2-200-4計施工法を構築する。なお，課題-300-6
検討で得られた成果（発明を含む）-400-8は共有とする。
(a)応答せん断力(b)応答軸力・ゼネコン
図11．アーチ形ダンパー(3階)の履歴(BCJ-L2)・鉄鋼メーカー・大学学識者
・設計事務所
・戸建住宅メーカー【参考文献】1) 日本建築学会：長周期地震動と建築物の耐震性, pp.202-212, 2007.12【特許】特願 2011-284956「制震建築構造物の構築方法およびそのための制振部材」

提案書④-3