JP7172488B2 - エネルギー吸収デバイスおよびエネルギー吸収デバイス付き耐力壁 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の建物制震構造は、左拘束部と右拘束部との間に配置されたU字形弾塑性ダンパーが、U字状湾曲部を上又は下に位置させた姿勢状態で、左側対向辺部が左拘束部に沿って連結されるとともに、右側対向辺部が右拘束部に沿って連結される。
このような建物制震構造は、地震時に上階と下階とが互いに相対変位する層間変位によって、U字形弾塑性ダンパーが、左右の拘束部の両拘束面により左右の対向辺部の左右方向への変形が拘束されたまま、U字状湾曲部の位置を移動させていく弾塑性変形をすることで、地震時にエネルギー吸収できるものとなっている。
このような耐震壁構造では、断面直交方向に作用する力に抵抗するU形部材とすることで、U形部材の断面直交方向の変形が抑制されて、地震時に安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。
また、近年では狭小地に建設される住宅やプランの自由度をあげるためにも、細幅の耐力壁のニーズも高まっているが、単純に耐力壁の幅を狭めるだけでは、デバイスの効きが悪くなる場合が多く、また耐力壁としての剛性が急激に低下する。
断面方向で略U字形状に形成されたU形部材を備え、
前記U形部材は、湾曲部と、この湾曲部の両端部からそれぞれ連続して延びる一対の変形部と、当該一対の変形部の端部からそれぞれ連続して延びる一対の連結部とを備え、
一対の前記連結部に、それぞれ当該連結部が延びる方向と直交する方向に連続して延びる固定部が設けられ、
前記固定部は前記連結部にそれぞれ前記断面方向と直交する方向に対向離間して一対ずつ設けられて、前記耐力壁に直接または間接的に固定されることを特徴とする。
ここで、前記断面方向と直交する方向とは、前記断面方向と直交する方向を前記連結部の幅方向とすると、当該幅方向のことを言う。
前記断面方向における前記固定部の長さ寸法が、前記湾曲部の頂部と前記変形部の端部との間の距離と等しくなっていてもよい。
つまり、一体的に形成されたエネルギー吸収デバイスは、展開することによって、一方の連結部および当該連結部を挟むようにして設けられた一方の一対の固定部からなる第1長方形板部と、他方の連結部および当該連結部を挟むようにして設けられた他方の一対の固定部からなる第2長方形板部と、長方形状に伸ばされた湾曲部および当該湾曲部を挟むようにして設けられた一対の変形部からなり、かつ、前記第1長方形板部と第2長方形板部とを接続する長方形板状の第3長方形板部とから構成されている。
そして、前記固定部の長さ寸法が、前記湾曲部の頂部と前記変形部の端部との間の距離と等しくなっているので、第1長方形板部と第2長方形板部との間の距離は、第1長方形板部と第2長方形板部のそれぞれ短辺の2倍の長さとなる。
したがって、第1長方形板部と第2長方形板部との間に、他の異なる一方のエネルギー吸収デバイスを展開してなる展開部材の第1長方形板部と、他の異なる他方のエネルギー吸収デバイスを展開してなる展開部材の第2長方形板部とを並べるようにして配置し、さらに、一方向に連続して展開部材を配置するとともに、一方向と直交する直交方法に展開部材を第1長方形板部の短辺(第2長方形板部の短辺)の長さに相当する寸法だけずらして配置することによって、展開部材を切り出すための鋼板に、当該展開部材を密に配置することができる。したがって、当該展開部材を鋼板から切り出すことによって、鋼板から効率的にエネルギー吸収デバイスを展開した展開部材を切り出すことができる。
前記耐力壁は、一対の柱と、当該一対の柱の対向する面のそれぞれから対となって突出して設けられ締結部とを備え、
前記エネルギー吸収デバイスが一対の前記柱の間に配置され、当該エネルギー吸収デバイスの4つの前記固定部がそれぞれ4つの前記締結部に固定されていることを特徴とする。
前記耐力壁は対向する面を有する一対の柱を備え、
前記エネルギー吸収デバイスが一対の前記柱の間に配置され、
前記エネルギー吸収デバイスの一方側の一対の前記固定部が一方の柱の対向する面に固定され、他方側の一対の前記固定部が他方の柱の対向する面に固定されていてもよい。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のエネルギー吸収デバイス10を示す斜視図、図2はエネルギー吸収デバイス10が設けられた耐力壁30を示す図、図3は図2(a)におけるA-A線断面図である。
エネルギー吸収デバイス10は、図1に示すように、断面方向(図1では上下方向)で略U字形状に形成されたU形部材11を備えている。U形部材11は、長方形状の帯板をU形に折り曲げて形成されたものであり、上側に凸の湾曲部12と、この湾曲部12の両端部からそれぞれ下方に連続して平行に延びる一対の変形部13,13と、当該一対の変形部13,13の端部(下端部)からそれぞれ下方に連続して平行に延びる一対の連結部14,14とを備えている。
なお、湾曲部12を断面略半円弧状に形成するとともに、変形部13,13を長方形板状に形成することに代えて、湾曲部12と変形部13,13とを断面方向において略半楕円形状に形成してもよい。
固定部15は連結部14にそれぞれ前記断面方向(図1において上下方向)と直交する方向(図1において連結部14の幅方向W)に対向離間して一対ずつ設けられている。したがって、固定部15は合計2対(4つ)あり、一方の一対の固定部15,15はその側面を対向させた状態で、一方の連結部14の上下に沿う両縁部に一体的に設けられ、他方の一対の固定部15,15はその側面を対向させた状態で、他方の連結部14の上下に沿う両縁部に一体的に設けられている。
また、固定部15と連結部14の高さは等しくなっており、連結部14の高さ方向に沿う縁部全体に固定部15の高さ方向に沿う縁部全体が連結されている。
すなわち、図5に示すように、エネルギー吸収デバイス10を展開してなる展開部材10aは、一方の連結部14および当該連結部14を挟むようにして設けられた一方の一対の固定部15,15からなる第1長方形板部21と、他方の連結部14および当該連結部14を挟むようにして設けられた他方の一対の固定部15,15からなる第2長方形板部22と、長方形状に伸ばされた湾曲部12および当該湾曲部12を挟むようにして設けられた一対の変形部13,13からなる長方形板状の第3長方形板部23とから構成されている。
第1長方形板部21と第2長方形板部22とは第3長方形板部23によって接続され、展開部材10aは略エ字形に形成されている。
したがって、図6に示すように、あるエネルギー吸収デバイス10を展開してなる展開部材10aの第1長方形板部21と第2長方形板部22との間に、他の異なる一方のエネルギー吸収デバイス10を展開してなる展開部材10aの第1長方形板部21と他の異なる他方のエネルギー吸収デバイス10を展開してなる展開部材10aの第2長方形板部22とを並べるようにして配置し、さらに、図6において上下方向に連続して展開部材10aを配置するとともに、左右方向に展開部材10aを第1長方形板部21の短辺(第2長方形板部22の短辺)の長さに相当する寸法だけずらして配置することによって、展開部材10aを切り出すための鋼板Kに、当該展開部材10aを密に配置することができる。したがって、当該展開部材10aを鋼板Kから切り出すことによって、鋼板Kから効率的にエネルギー吸収デバイス10を展開した展開部材10aを切り出すことができる。
耐力壁30は、角形鋼管で形成された左右一対の柱32,32と、当該一対の柱32,32の対向する面32a,32aのそれぞれから対となって突出して設けられ締結部33,33と、柱33,33の上端部どうしおよび下端部どうしをそれぞれ連結する横枠35,35とを備えている。なお、耐力壁30はその骨組が左右一対の柱32,32と横枠35,35とによって構成されるが、当該柱32,32の正面側および/または背面側に面材を取り付けることで、建物の外壁面や内壁面の一部を構成してもよい。
このような締結部33は、柱32,32の上下方向の中央位置、この中央位置から上下にそれぞれ所定間隔で隔てた上側位置および下側位置に、それぞれ耐力壁30の厚さ方向に一対ずつ、左右方向に一対ずつ、合計2対(合計4枚)設けられている。
すなわちまず、柱32,32の上下方向の中央位置においては、上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10がそれらのU形部材11,11の向きを互いに逆方向にして、上下に僅かな隙間をもって配置されているが、隙間がなく互いに当接されていてもよい。
また、柱32,32の前記中央位置から上下にそれぞれ所定間隔で隔てた上側位置および下側位置には、上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10がそれらのU形部材11,11の向きを互いに逆方向にして、上下に僅かな隙間をもって配置されているが、隙間がなく互いに当接されていてもよい。上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10のうち上側のエネルギー吸収デバイス10は、その湾曲部12を上側に向け配置され、下側のエネルギー吸収デバイス10は、その湾曲部12を下側に向けて配置されている。
また、図2に示すように、柱32,32の中央位置、上側位置および下側位置においてそれぞれ4枚ずつ配置されている締結部33に上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10の8枚の固定部15がそれぞれ固定されている。つまり、上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10のうち上側のエネルギー吸収デバイス10の4枚の固定部15がそれぞれ4枚の締結部33の略上半分に固定され、下側のエネルギー吸収デバイス10の4枚の固定部15がそれぞれ4枚の締結部33の略下半分に固定されている。
なお、締結部33を上下に分断し、分断された上側の4枚の締結部に上側のエネルギー吸収デバイス10の4枚の固定部15を固定し、分断された下側の4枚の締結部に下側のエネルギー吸収デバイス10の4枚の固定部15を固定してもよい。
また、締結部33は、エネルギー吸収デバイス10に対して必ずしも上下に1枚ずつ必要ではなく、上下1枚の締結部33に、エネルギー吸収デバイス10が上下2個以上配置されてもよい。
この場合、この上下の梁35,35が図2に示す横枠35を構成する。梁35,35はH形鋼や角形鋼管等の鋼材によって形成されている。
したがって、周辺構成部材の板厚を大きくしたり、部品点数を増やしたり、さらには壁重量を大きくすることなく、耐力壁30としての剛性を確保することが可能となり、合理的にエネルギー吸収デバイス10のエネルギー吸収性能を発揮できる。
また、締結部33,33の左右方向の長さを調整することによって、エネルギー吸収デバイス付き耐力壁31の壁幅を調整できる。
さらに、締結部33は長方形板状に形成され、その表面が柱32の表面と面一となっており、エネルギー吸収デバイス10は締結部33,33の内側に配置されているので、当該柱32,32の正面側および/または背面側に面材を取り付けても、締結部33およびエネルギー吸収デバイス10が面材の邪魔になることがない。
図7は第1変形例を示す。第1の実施の形態では、エネルギー吸収デバイス10の固定部15,15を耐力壁30の締結部33,33の内面に固定しているのに対し、第1の変形例ではエネルギー吸収デバイス10の固定部15,15を耐力壁30の締結部33,33の外面に固定している。
図8は第2変形例を示す。第1の実施の形態では、耐力壁30において、締結部33,33の基端部を柱32,32の対向する面32a,32aの両側縁部に固定しているのに対し、第2変形例では、締結部33,33の基端部を柱32,32の外側を向く側面32b,32bに固定している。この固定は溶接によって行ってもよいし、ボルト止めによって行ってもよい。
図9は第3変形例を示す。この第3変形例では、第1変形例と同様に、エネルギー吸収デバイス10の固定部15,15を耐力壁30の締結部33,33の外面に固定しているとともに、第2変形例と同様に、締結部33,33の基端部を柱32,32の外側を向く側面32b,32bに固定している。
このような第1~第3変形例においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図10および図11は第2の実施の形態を示すもので、図10はエネルギー吸収デバイス10が設けられた耐力壁30を示す斜視図、図11は図10におけるA-A線断面図である。
本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、第1の実施の形態ではエネルギー吸収デバイス10を、締結部33を介して耐力壁30に間接的に取り付けたのに対し、本実施の形態では、エネルギー吸収デバイス10を耐力壁30に直接取り付けた点であるので、以下ではこの点について説明し、第1の実施の形態と同一構成には同一符号を付してその説明を省略することもある。
耐力壁30は、第1の実施の形態と同様に、角形鋼管で形成された左右一対の柱32,32を備えているが、第1の実施の形態のような締結部33,33は備えていない。また、柱32,32の離間距離は、第1の実施の形態に比して短くなっている。このため、第1の実施の形態より細幅の細幅耐力壁となっている。なお、エネルギー吸収デバイス10の個数は必ずしも6個でなくてもよく、上下でバランスが取れるよう偶数個設置すればよい。
すなわち、第1の実施の形態と同様に、柱32,32の上下方向の中央位置においては、上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10がそれらのU形部材11,11の向きを互いに逆方向にして、上下に僅かな隙間をもって配置され、また、柱32,32の前記中央位置から上下にそれぞれ所定間隔で隔てた上側位置および下側位置には、上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10がそれらのU形部材11,11の向きを互いに逆方向にして、上下に僅かな隙間をもって配置されている。
上下一対のエネルギー吸収デバイス10,10のうち上側のエネルギー吸収デバイス10は、その湾曲部12を上側に向け配置され、下側のエネルギー吸収デバイス10は、その湾曲部12を下側に向けて配置されている。
第2の実施の形態では、エネルギー吸収デバイス10の固定部15,15の先端部を柱32,32の対向する面32a,32aの両側縁部に固定しているのに対し、変形例では、固定部15,15の左右方向の長さを長くしたうえで、当該固定部15,15の先端部を柱32,32の外側を向く側面32b,32bに固定している。この固定は溶接によって行ってもよいし、ボルト止めによって行ってもよい。
このような変形例においても、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
実際の耐力壁を模擬したFEA(有限要素解析)を実施し、先行技術に対する優位性(高剛性化)を発揮することを確認した。
ここでは、図13に示すように、本発明に係る耐力壁は、左右一対の角形鋼管柱32,32を有し、幅が455mm、高さが2640mmであり、エネルギー吸収デバイス10を合計6つ設置したモデルを作成した。エネルギー吸収デバイス10は、固定部15を締結部33を介して耐力壁30に間接的に取り付けた。
また、図17に示すように、既往技術の場合は鋼管柱の局所面外変形が顕著に生じ、エネルギー吸収デバイスの変形も小さいのに対し、図18に示すように、本発明の場合は、鋼管柱の局所面外変形が抑制され、エネルギー吸収デバイスの変形も大きいのが分かる。このように、本発明では、鋼管柱の面外局所変形を抑制し、細幅の耐力壁においても高剛性を実現し、エネルギー吸収デバイスを狙い通り塑性化することが可能である。
11 U形部材
12 湾曲部
13 変形部
14 連結部
15 固定部
30 耐力壁
31 エネルギー吸収デバイス付き耐力壁
32 柱
33 締結部
Claims (4)
- 耐力壁に設けられるエネルギー吸収デバイスであって、
断面方向で略U字形状に形成されたU形部材を備え、
前記U形部材は、湾曲部と、この湾曲部の両端部からそれぞれ連続して延びる一対の変形部と、当該一対の変形部の端部からそれぞれ連続して延びる一対の連結部とを備え、
一対の前記連結部に、それぞれ当該連結部が延びる方向と直交する方向に連続して延びる固定部が設けられ、
前記固定部は前記連結部にそれぞれ前記断面方向と直交する方向に対向離間して一対ずつ設けられて、前記耐力壁に直接または間接的に固定され、
前記断面方向における前記固定部の端と、前記連結部の端とが等しい位置にあり、
前記断面方向における前記固定部の長さ寸法が、前記湾曲部の頂部と前記変形部の端部との間の距離と等しくなっていることを特徴とするエネルギー吸収デバイス。 - 請求項1に記載のエネルギー吸収デバイスと、耐力壁とを備えたエネルギー吸収デバイス付き耐力壁であって、
前記耐力壁は、一対の柱と、当該一対の柱の対向する面のそれぞれから対となって突出して設けられ締結部とを備え、
前記エネルギー吸収デバイスが一対の前記柱の間に配置され、当該エネルギー吸収デバイスの4つの前記固定部がそれぞれ4つの前記締結部に固定されていることを特徴とするエネルギー吸収デバイス付き耐力壁。 - 請求項1に記載のエネルギー吸収デバイスと、耐力壁とを備えたエネルギー吸収デバイス付き耐力壁であって、
前記耐力壁は対向する面を有する一対の柱を備え、
前記エネルギー吸収デバイスが一対の前記柱の間に配置され、
前記エネルギー吸収デバイスの一方側の一対の前記固定部が一方の柱の対向する面に固定され、他方側の一対の前記固定部が他方の柱の対向する面に固定されていることを特徴とするエネルギー吸収デバイス付き耐力壁。 - 前記一対の柱の芯間寸法と前記耐力壁の壁高さの比率が、1:6以上となっていることを特徴とする請求項2または3に記載のエネルギー吸収デバイス付き耐力壁。
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JP2017061808A (ja) | 2015-09-25 | 2017-03-30 | 新日鐵住金株式会社 | 耐震壁構造 |
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