JP2023170149A - 減衰構造 - Google Patents

Abstract

【課題】意匠性の向上を図る。
【解決手段】第１水平部材と、第２水平部材と、前記第１水平部材及び前記第２水平部材に接続される鉛直部材と、に囲まれた架構に斜めに配置される斜材と、前記第１水平部材と前記斜材との接合部に設けられ、前記架構に働く外力により前記斜材に生じるエネルギーを吸収する減衰部材と、を備える減衰構造であって、前記減衰部材は、前記斜材に接合されるとともに、水平方向に長い長孔が形成された斜材板部と、前記斜材板部を挟持する一対の圧接板材と、前記長孔を貫通して、前記斜材板部と前記一対の圧接板材を圧接する圧接部材と、を有し、前記長孔が、前記第１水平部材の高さの範囲内に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、減衰構造に関する。

柱（鉛直部材）と梁（水平部材）で構成される架構にブレース材を設ける場合、一般的に、ブレース材の断面サイズは、架構の剛性バランスなどから決まる耐力（引張りや圧縮に対する耐力）により設計されている。また、外力（地震力など）による架構の振動を減衰させる減衰構造として、ブレース材に摩擦ダンパーを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－１５０１８３号公報

ブレース材に摩擦ダンパーを設けない場合、必要な耐力を確保するために断面サイズを上昇させると、架構の剛性バランスにより、さらに必要な耐力が上昇する場合があり、摩擦ダンパーをブレース材軸部に設ける場合、ブレース材を意匠上求められる断面サイズまで細く出来ないことがある。また、摩擦ダンパーを構成する部材（皿ばね等）がブレース材軸部に設けられることにより、意匠上好ましくない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、意匠性の向上を図ることにある。

上記目的を達成するための主たる発明は、第１水平部材と、第２水平部材と、前記第１水平部材及び前記第２水平部材に接続される鉛直部材と、に囲まれた架構に斜めに配置される斜材と、前記第１水平部材と前記斜材との接合部に設けられ、前記架構に働く外力により前記斜材に生じるエネルギーを吸収する減衰部材と、を備える減衰構造であって、前記減衰部材は、前記斜材に接合されるとともに、水平方向に長い長孔が形成された斜材板部と、前記斜材板部を挟持する一対の圧接板材と、前記長孔を貫通して、前記斜材板部と前記一対の圧接板材を圧接する圧接部材と、を有し、前記長孔が、前記第１水平部材の高さの範囲内に位置していることを特徴とする減衰構造である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、意匠性の向上を図ることができる。

本実施形態の減衰構造が設けられた架構１０の概略図である。 図１の減衰部材２０付近の斜視図である。 図２の分解図である。 図１の減衰部材２０付近の正面図である。 図５Ａは、図４のＡ断面図、図５Ｂは、図４のＢ断面図、図５Ｃは、図４のＣ断面図である。 架構１０に外力が働いた場合の変形の様子を示す図である。 外側から架構１０を見た場合の概略図である。

本明細書及び添付図面により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

第１水平部材と、第２水平部材と、前記第１水平部材及び前記第２水平部材に接続される鉛直部材と、に囲まれた架構に斜めに配置される斜材と、前記第１水平部材と前記斜材との接合部に設けられ、前記架構に働く外力により前記斜材に生じるエネルギーを吸収する減衰部材と、を備える減衰構造であって、前記減衰部材は、前記斜材に接合されるとともに、水平方向に長い長孔が形成された斜材板部と、前記斜材板部を挟持する一対の圧接板材と、前記長孔を貫通して、前記斜材板部と前記一対の圧接板材を圧接する圧接部材と、を有し、前記長孔が、前記第１水平部材の高さの範囲内に位置していることを特徴とする減衰構造。

このような減衰構造によれば、減衰部材を目立たなくすることができるので、意匠性の向上を図ることができる。

かかる減衰構造であって、前記圧接部材は、皿ばねを有し、前記皿ばねも、前記水平部材の高さの範囲内に位置していることが望ましい。

このような減衰構造によれば、さらに意匠性の向上を図ることができる。

かかる減衰構造であって、前記第１水平部材及び前記第２水平部材の何れか一方は、積載荷重を負担しないことが望ましい。

このような減衰構造によれば、第１水平部材及び第２水平部材の何れか一方の断面サイズを小さく（細く）することができる。

かかる減衰構造であって、前記第１水平部材及び前記第２水平部材は、積載荷重を負担しないことが望ましい。

このような減衰構造によれば、第１水平部材及び第２水平部材の断面サイズをともに小さく（細く）することができる。

かかる減衰構造であって、前記圧接部材は、前記長孔を貫通するボルトを有し、前記長孔の幅は、前記ボルトの径よりも大きいことが望ましい。

このような減衰構造によれば、鉛直方向の変形にも対応（エネルギー吸収）できる。

かかる減衰構造であって、前記架構において、前記斜材は、Ｖ字状または逆Ｖ字状に設けられており、前記減衰部材は、Ｖ字状または逆Ｖ字状の前記斜材の頂部と前記第１水平部材との接合部に設けられていることが望ましい。

このような減衰構造によれば、エネルギーの吸収効率を高めることができる。また、減衰部材を目立たなくすることができ、意匠性の向上を図ることができる。

かかる減衰構造であって、前記第１水平部材を挟んで鉛直方向に隣接する前記架構において、前記斜材、及び、前記減衰部材は、前記第１水平部材に対して上下対称に設けられていることが望ましい。

このような減衰構造によれば、上下に隣接する２層（架構）において、減衰部材を設置する水平部材（第１水平部材）が一つで済む。これにより、調整のしやすさが向上する。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＝＝＝本実施形態＝＝＝
＜架構１０の構成について＞
図１は、本実施形態の減衰構造が設けられた架構１０（２層分）の概略図である。図２は、図１の減衰部材２０付近の斜視図であり、図３は、図２の分解図である。なお、図３では減衰部材２０の圧接部材２３等の図示を省略している。以下の説明において、図１に示すように、互いに直交する上下方向（鉛直方向）と左右方向（水平方向）を定義する。また、上下方向及び左右方向に直交する方向（紙面の法線方向）のうち、架構１０が図１のように見える側を内側（例えば室内側）とし、その反対側を外側（例えば室外側）とする（図２，図３参照）。

架構１０は、柱１２と、梁１４に囲まれて構成されている。

柱１２（鉛直部材に相当）は、Ｈ型鋼を用いた鉄骨柱であり、左右に間隔を空けて、上下方向（鉛直方向）に沿って設けられている。なお、本実施形態では、柱１２をＨ型鋼で構成しているが、Ｈ型鋼には限られず、他の鋼材（例えば山形鋼）を用いても良い（後述する梁１４、ブレース材１６についても同様）。

梁１４は、Ｈ型鋼を用いた鉄骨梁であり、上下に間隔を空けて、左右方向（水平方向）に沿って設けられている。また、各梁１４は、柱１２に接続されており、これにより柱１２と梁１４で囲まれた架構１０が形成されている。

また、本実施形態では梁１４として、減衰部材２０（後述）が配置される梁１４（以下、梁１４Ａ）と、減衰部材２０が配置されない梁１４（以下、梁１４Ｂ）が交互に設けられている。よって、架構１０は、より具体的には、２本の柱１２と、梁１４Ａ，１４Ｂで囲まれている。なお、梁１４Ａは、第１水平部材に相当し、梁１４Ｂは第２水平部材に相当する。また、架構１０には、ブレース材１６と減衰部材２０が設けられている。

図１に示すように、架構１０、ブレース材１６、及び減衰部材２０は、それぞれ、上下対称に設けられている。以下では、主に上側の架構１０における構成（ブレース材１６、梁１４Ａ、減衰部材２０の構成）について説明するが、下側の架構１０についても、上下が逆になっているだけで同じ構成である。

＜ブレース材１６について＞
ブレース材１６（斜材に相当）は、架構１０に働く外力（地震・風など）により、架構１０の変形を防ぐための部材であり、柱１２及び梁１４に対して斜めに設けられている。本実施形態のブレース材１６にはＨ型鋼が用いられている。

また、本実施形態では、ブレース材１６は、架構１０において、Ｖ字状に（左右一対に）設けられている（Ｖ形ブレース）。具体的には、右側のブレース材１６の上端は、右側の柱１２と梁１４（梁１４Ｂ）との接合部（架構１０の右上のコーナー部）に接合されている。また、左側のブレース材１６の上端は、左側の柱１２と梁１４（梁１４Ｂ）との接合部（架構１０の左上のコーナー部）に接合されている。また、Ｖ字状のブレース材１６の下端（頂部）は、減衰部材２０を介して、梁１４Ａに摺動（相対移動）可能に接続されている。なお、ブレース材１６の下端部（減衰部材２０との接続部分）には、補強板（スチフナ１７）が設けられている（図２、図３参照）。

＜梁１４Ａについて＞
図２、図３に示すように、梁１４Ａは、ウェブ１４１の両端（内側及び外側の端）に一対のフランジ１４２が設けられたＨ型鋼である。また、一対のフランジ１４２のうち内側の一部（中央部分：減衰部材２０の配置位置に対応する部位）は切り欠かれている。これにより、減衰部材２０圧接部材２３（後述）による圧接力を調整（減衰力を制御）することが可能となっている。また、図２、図３に示すように、梁１４Ａには、スチフナ３２と、ガセットプレート３４が設けられている。

スチフナ３２は、ガセットプレート３４を梁１４Ａに固定させるための補強板であり、一対のフランジ１４２に挟まれ（接合され）、ウェブ１４１にも接合されている。また、スチフナ３２は、梁１４Ａの断面に平行に配置されている。

ガセットプレート３４は、後述する減衰部材２０のスプライスプレート２２を梁１４Ａに取り付けるための矩形状の鋼板であり、一辺（下辺）がウェブ１４１に接合され、他の一辺（左右方向の側辺）がスチフナ３２に接合されている。このように、矩形状のガセットプレート３４を、梁１４Ａ及びスチフナ３２に接合（２辺を接合）していることにより、下辺のみ接合した場合と比べて、確実に梁１４Ａに固定することができる。

また、ガセットプレート３４には、厚さ方向に貫通する貫通孔３４ａが複数（ここでは４つ）設けられている。貫通孔３４ａは、減衰部材２０のスプライスプレート２２の貫通孔２２ｂ（後述）と対応する位置に設けられている。

＜減衰部材２０について＞
図４は、図１の減衰部材２０付近の正面図（内側から見た図）であり、図５Ａは、図４のＡ断面図、図５Ｂは、図４のＢ断面図、図５Ｃは、図４のＣ断面図である。以下、図２、図３も参照しつつ、減衰部材２０の構成について説明する。

減衰部材２０は、架構１０に働く外力により、ブレース材１６に生じる軸力（圧縮力、引張り力）のエネルギーを吸収する摩擦ダンパーである。

減衰部材２０は、ブレース接合板２１（斜材板部に相当）と、スプライスプレート２２（圧接板材に相当）と、圧接部材２３とを有している。

ブレース接合板２１は、所定の摩擦係数の板状部材であり、一対のブレース材１６の下端部（Ｖ字の頂部）に接合されている。なお、ブレース材１６との接合の方法としては、特に限定されず、例えば溶接でもよいし、あるいは、ボルト等による接合でもよい。

また、ブレース接合板２１には、ブレース材１６との接合部分よりも下側に、左右方向（水平方向）に長い貫通孔（以下、長孔２１ａ）が形成されている。この長孔２１ａには、後述する圧接部材２３のボルト２３２が挿通される。換言すると、ボルト２３２は、長孔２１ａを貫通する。

スプライスプレート２２は、左右方向に長細い長方形状の板材であり、ブレース接合板２１を挟むように一対設けられている。また、一対のスプライスプレート２２には、それぞれ、貫通孔２２ａと貫通孔２２ｂが設けられている。

貫通孔２２ａは、左右方向に複数（ここでは３つ）並んで形成されている。この貫通孔２２ａは、圧接部材２３のボルト２３２（後述）を貫通させるための孔であり、ボルト２３２のボルト径とほぼ同サイズに形成されている。

貫通孔２２ｂは、スプライスプレート２２の左右の端部において、ガセットプレート３４の貫通孔１４２ａと対応するように複数（ここでは左右にそれぞれ４つ）設けられている。

一対のスプライスプレート２２は、梁１４Ａのガセットプレート３４に固定されている。より具体的には、ガセットプレート３４及びブレース接合板２１（長孔２１ａの形成部分）を挟持するように、一対のスプライスプレート２２がガセットプレート３４に配置されている。そして、一対のスプライスプレート２２の貫通孔２２ｂ、及び、ガセットプレート３４の貫通孔３４ａに、ボルト３５が挿通されて、ナット３６で固定されている。

また、一対のスプライスプレート２２は、圧接部材２３によりブレース接合板２１に圧接されており、ブレース接合板２１を摺動可能に挟持する。

圧接部材２３は、一対のスプライスプレート２２とブレース接合板２１とを重なり方向に押圧（圧接）する部材であり、皿ばね２３１と、ボルト２３２と、ナット２３３を備えている。

皿ばね２３１は、皿状のばねが複数積層されて構成されている。ただし、これには限られず、１層で形成されていてもよい。そして、皿ばね２３１は、ボルト２３２とナット２３３とによる締め付けにより、たわみ変形される。この変形によって、皿ばね２３１は圧接力を発生する。

ボルト２３２は、一対のスプライスプレート２２の貫通孔２２ａおよびブレース接合板２１の長孔２１ａを貫通してナット２３３と接合される。そして、ボルト２３２にナット２３３を締め付けることにより、皿ばね２３１を圧縮し、一対のスプライスプレート２２をブレース接合板２１に押圧する。

従って、ナット２３３の締め付け度合いによって、皿ばね２３１に最適な圧力（圧接力）を付加できる。本実施形態では、前述したように、梁１４Ａの内側のフランジ１４２を切り欠いていることにより、ナット２３３の締め付けの調整を容易に行うことができる。

なお、図３に示すブレース接合板２１の長孔２１ａの左右方向の長さＤ１は、スプライスプレート２２の３つの貫通孔２２ａの左右方向端の距離Ｄ２よりも長い。換言すると、長孔２１ａの長さＤ１は、左右方向に並ぶ３つのボルト２３２の左右方向端距離よりも長い。これにより、ブレース接合板２１とスプライスプレート２２（換言するとブレース材１６と梁１４Ａ）は左右方向に摺動（相対変位）可能である。

また、長孔２１ａの幅Ｗ（上下方向の長さ）は、ボルト２３２の径よりも大きい。具体的には、本実施形態のボルト２３２の径は３０ｍｍであり、長孔２１ａの幅Ｗは、５０ｍｍである。これにより、ブレース接合板２１とスプライスプレート２２（換言するとブレース材１６と梁１４Ａ）は、長孔２１ａの幅方向（上下方向）にも摺動（相対変位）可能である。

以上の構成により、減衰部材２０（摩擦ダンパー）は、ブレース接合板２１に一対のスプライスプレート２２を圧接部材２３で押し付け、ブレース接合板２１とスプライスプレート２２との間に生じる摩擦力を利用して振動エネルギーを吸収する。

図６は、架構１０に外力が働いた場合の変形の様子の一例を示す図である。図の破線は変形前の状態を示し、実線は変形後の状態を示している。

例えば、図の上側の架構１０では、左側から右側への外力（せん断力）が働いており、柱１２が梁１４Ａに対して回転変位する。この変位により、架構１０は、四角形から平行四辺形に変形し、梁１４Ｂは、右側に移動するとともに、下側にも移動する。よって、ブレース材１６も水平方向（右側）とともに鉛直方向（下側）の変形が生じる。

本実施形態では、長孔２１ａの幅Ｗ（上下方向の長さ）をボルト２３２の径よりも大きくしていることにより、左右方向に加えて上下方向につても摺動可能である。よって、このような上下方向及び鉛直方向の変形についても対応できる（振動エネルギーを吸収できる）。

なお、図の方向に変形が生じる場合、左側のブレース材１６については圧縮力が働き、右側のブレース材１６については引張り力が働く。この際、圧縮力に対しては座屈しないように、また、引張り力については降伏しないように、ブレース材１６の断面サイズや、減衰部材２０（具体的には圧接部材２３）による減衰力を設定する。

また、図６の下側の図に示すように、下側の架構１０については、上側とは逆の変形が生じる。すなわち、水平方向（左側）とともに鉛直方向（上側）の変形が生じる。この場合においても、同様に下側の架構１０に設けられた減衰部材２０でエネルギーを吸収できる。

本実施形態では、柱１２と梁１４で囲まれた架構１０にＶ字状（左右一対）にブレース材１６を設け、Ｖ字状のブレース材１６の頂部と梁１４Ａとの接合部に減衰部材２０を設けている。このような配置にすることにより、ブレース材１６の軸方向にダンパーを配置する場合よりもエネルギーの吸収効率を高めることが可能である。

また、図４などに示すように、減衰部材２０の皿ばね２３１や長孔２１ａは、梁１４Ａの高さ（フランジ１４２の幅）の範囲内に位置している。これにより、摩擦ダンパー（長孔や皿ばね）をブレース材１６に配置する場合と比べて、ダンパーが目立たないようにできる。よって、意匠性の向上を図ることができる。

図７は、外側から架構１０を見た場合の概略図である。図７に示すように、外側から見ると、減衰部材２０は、梁１４Ａの外側のフランジ１４２によって隠れる（視認されない）。よって、外側から見る場合では更に意匠性が向上する。

また、本実施形態では、減衰部材２０を梁１４Ａとブレース材１６との接合部に設けているので、ブレース材１６にダンパー（皿ばねなど）を設置する際のような制約がないので、ブレース材１６の断面サイズを小さく（細く）設定することが可能である。

また、梁１４Ａ及び梁１４Ｂの何れか一方（好ましくは両方）は、床材が接続されていない（積載荷重を負担しない）ことが望ましい。これにより、梁１４（梁１４Ａ，１４Ｂ）についても断面サイズを小さく（細く）できる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

前述の実施形態では、上側の架構１０にはブレース材１６がＶ字状に設けられ、下側の架構１０にはブレース１６が逆Ｖ字状に設けられていた（梁１４Ａに対して上下対称であった）が、これには限られない、例えば、各層において、Ｖ字状（または逆Ｖ字状）にブレース材１６を設けてもよい。ただし、この場合、各層の梁１４に減衰部材２０を設けることになる。本実施形態のように上下対称にすると、上下に隣接する架構１０において、減衰部材２０を設置する梁１４（梁１４Ａ）が一つで済む。これにより、調整のしやすさが向上する。また、減衰部材２０を設置しない梁１４（梁１４Ｂ）が生じるので、当該梁１４にＨ形鋼以外の鋼材を用いることができる。

１０ 架構
１２ 柱（鉛直部材）
１４ 梁
１４Ａ 梁（第１水平部材）
１４Ｂ 梁（第２水平部材）
１６ ブレース材（斜材）
１７ スチフナ
２０ 減衰部材
２１ ブレース接合板（斜材板部）
２１ａ 長孔
２２ スプライスプレート（圧接板材）
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 貫通孔
２３ 圧接部材
３２ スチフナ
３４ ガセットプレート
３４ａ 貫通孔
３５ ボルト
３６ ナット
１４１ ウェブ
１４２ フランジ
２３１ 皿ばね
２３２ ボルト
２３３ ナット

Claims (7)

1. 第１水平部材と、第２水平部材と、前記第１水平部材及び前記第２水平部材に接続される鉛直部材と、に囲まれた架構に斜めに配置される斜材と、
   前記第１水平部材と前記斜材との接合部に設けられ、前記架構に働く外力により前記斜材に生じるエネルギーを吸収する減衰部材と、
   を備える減衰構造であって、
   前記減衰部材は、
   前記斜材に接合されるとともに、水平方向に長い長孔が形成された斜材板部と、
   前記斜材板部を挟持する一対の圧接板材と、
   前記長孔を貫通して、前記斜材板部と前記一対の圧接板材を圧接する圧接部材と、
   を有し、
   前記長孔が、前記第１水平部材の高さの範囲内に位置している、
   ことを特徴とする減衰構造。
2. 請求項１に記載の減衰構造であって、
   前記圧接部材は、皿ばねを有し、
   前記皿ばねも、前記第１水平部材の高さの範囲内に位置している、
   ことを特徴とする減衰構造。
3. 請求項１に記載の減衰構造であって、
   前記第１水平部材及び前記第２水平部材の何れか一方は、積載荷重を負担しない、
   ことを特徴とする減衰構造。
4. 請求項１に記載の減衰構造であって、
   前記第１水平部材及び前記第２水平部材は、積載荷重を負担しない、
   ことを特徴とする減衰構造。
5. 請求項１に記載の減衰構造であって、
   前記圧接部材は、前記長孔を貫通するボルトを有し、
   前記長孔の幅は、前記ボルトの径よりも大きい、
   ことを特徴とする減衰構造。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の減衰構造であって、
   前記架構において、前記斜材は、Ｖ字状または逆Ｖ字状に設けられており、
   前記減衰部材は、Ｖ字状または逆Ｖ字状の前記斜材の頂部と前記第１水平部材との接合部に設けられている、
   ことを特徴とする減衰構造。
7. 請求項６に記載の減衰構造であって、
   前記第１水平部材を挟んで鉛直方向に隣接する前記架構において、前記斜材、及び、前記減衰部材は、前記第１水平部材に対して上下対称に設けられている、
   ことを特徴とする減衰構造。

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