JP7479262B2 - 制震ダンパー及び制震フレーム構造 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、長孔を有する中板の両外側に、滑り板及び摩擦板を介して一対の添板を配置してボルト及びナットで緊結し、添板間に接合される構造材から入力される外力がボルト及びナットの緊結により滑り板と摩擦板との間に生じる摩擦力を超えると、中板と添板とを相対移動させる摩擦ダンパーの発明が開示されている。
よって、特許文献2のように一対の添板の間に構造材を挟んで外力を入力させれば偏心によるたわみ等は抑制される。しかし、この構造では構造材と中板とが対向するため、相対移動の際に構造材と中板とが接触して荷重が発生し、相対移動を阻害して制震効果を低下させてしまう。
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記固定部材は、前記一方の構造材側に固定される取付部と、前記取付部から前記フレーム内へ直角に立ち上がる立ち上がり部とを有し、前記取付部からの前記立ち上がり部の立ち上がり長さよりも、前記取付部から前記受けプレートの前記屈曲部までの距離の方が大きいことを特徴とする。
ここで「構造材側」とは、構造材に固定部材が直接固定される構造と、構造材に固定された架設材等の他の部材を介して固定部材が構造材へ間接的に固定される構造とを含む。以下の発明も同趣旨である。
上記目的を達成するために、本発明のうち、第2の発明は、建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内に配設される制震ダンパーであって、
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記受けプレートは、前記一方の構造材の長手方向での幅が、前記固定部材挟持側よりも前記架設材接合側の方が大きくなっており、
前記固定部材挟持側の前記幅は、前記屈曲部へ向かうに従って連続的に広くなっていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち、第3の発明は、建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内に配設される制震ダンパーであって、
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記受けプレートは、前記一方の構造材の長手方向での幅が、前記固定部材挟持側よりも前記架設材接合側の方が大きくなっており、
前記屈曲部の前記幅は、前記架設材接合側へ向かうに従って連続的に広くなっていることを特徴とする。
各発明の別の態様は、上記構成において、前記ダンパー機構部は、前記固定部材と前記受けプレートとの何れか一方に設けられる摩擦部材と、他方に設けられる滑り部材とが、外力の入力に伴い互いに当接する摺動面で相対移動して減衰力を発生させる摩擦ダンパー部であり、
前記固定部材側と前記受けプレート側との何れか一方側に設けた長孔及び他方側に設けた挿通孔に挿通されるボルトと、前記ボルトに螺合するナットとによって、前記固定部材側と前記受けプレート側とが相対移動可能に締結されることを特徴とする。
ここで「固定部材側」とは、固定部材と、固定部材に設けられた摩擦部材又は滑り部材とを指し、「受けプレート側」とは、受けプレートと、受けプレートに設けられた滑り部材又は摩擦部材とを指す。
各発明の別の態様は、上記構成において、前記フレームの厚み方向で前記一対の受けプレートの外側には、一対の面圧調整プレートが配置されて、前記一対の受けプレートは、前記一対の面圧調整プレートを介して前記ボルト及び前記ナットによって締結されていることを特徴とする。
各発明の別の態様は、上記構成において、前記ボルト及び前記受けプレートと直交する前記フレームの面方向での前記面圧調整プレートの幅は、前記ボルトの頭部の外径と前記面圧調整プレートの厚みとの合計以上であることを特徴とする。
各発明の別の態様は、上記構成において、前記面圧調整プレートの厚みは、前記ボルトの軸力に所定の係数を乗じた値で決定され、前記係数は、0.2~0.8の範囲で設定されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち、第4の発明は、制震フレーム構造であって、
建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内で何れか一方の前記構造材側に、請求項1乃至7の何れかに記載の制震ダンパーを配設すると共に、前記フレーム内に、前記制震ダンパーの前記受けプレートの前記架設材接合側に一端部が差し込み接合される架設材を架設してなることを特徴とする。
さらに、受けプレートを屈曲部を有する段付き形状としているので、架設材を差し込み接合した際に屈曲部によって架設材が固定部材に接触することを防止できる。よって、架設材がダンパー機構部での相対移動を阻害しないため、安定した制震効果を得ることができる。
特に、固定部材が立ち上がり部を有し、立ち上がり部の立ち上がり長さよりも、取付部から屈曲部までの距離の方を大きくした第1の発明によれば、上記効果に加えて、受けプレートに差し込み接合された架設材が固定部材に接触することを確実に防止できる。
特に、固定部材挟持側の幅を、屈曲部へ向かうに従って連続的に広くなるように形成した第2の発明によれば、上記効果に加えて、固定部材挟持側の付け根部分での応力集中を抑制して、当該付け根部分での受けプレートの破損や変形を防止することができる。
特に、屈曲部の幅を、架設材接合側へ向かうに従って連続的に広くなるように形成した第3の発明によれば、上記効果に加えて、屈曲部の付け根部分での応力集中を抑制して、当該付け根部分での受けプレートの破損や変形を防止することができる。
特に、ダンパー機構部を、摩擦部材と滑り部材とを有する摩擦ダンパー部として、固定部材側に設けた長孔及び受けプレート側に設けた挿通孔に挿通されるボルトとナットとによって、固定部材側と受けプレート側とが相対移動可能に締結される別の態様によれば、上記効果に加えて、摩擦ダンパー部を用いた効果的な制震性能が得られる。
特に、一対の受けプレートの外側に一対の面圧調整プレートを配置して、受けプレートを、面圧調整プレートを介してボルト及びナットによって締結する別の態様によれば、上記効果に加えて、ボルトによる軸力を負担する範囲を面圧調整プレートによって拡げて、滑り部材と摩擦部材との摺動面への面圧を低減することができる。よって、摩擦部材の摩擦面の摩耗や発熱、破損を低減して耐久性を向上させることができる。
特に、ボルト及び受けプレートと直交するフレームの面方向での面圧調整プレートの幅を、ボルトの頭部の外径と面圧調整プレートの厚みとの合計以上とした別の態様によれば、上記効果に加えて、軸力が伝達される範囲を広く確保することができる。
特に、面圧調整プレートの厚みを、ボルトの軸力に所定の係数を乗じた値で決定し、係数を、0.2~0.8の範囲で設定した別の態様によれば、上記効果に加えて、摩擦部材の表面の破損限界となる面圧調整プレートの厚みの下限と、摩擦ダンパー部の制震機能限界となる面圧調整プレートの厚みの上限とを適切に設定することができる。
(制震ダンパーの説明)
図1は、制震ダンパーの一例を示す説明図で、(A)は正面、(B)は平面、(C)は側面をそれぞれ示す。
制震ダンパー1は、一対の固定部材2,2と、一対の受けプレート3,3と、固定部材2,2と受けプレート3,3との間に介在される摩擦ダンパー部4とを備えている。
なお、制震ダンパー1の単体の説明では、便宜上図1(A)での上側を上方、下側を下方として説明する。また、上下方向と直交する同図(A)の左右方向(外力によって固定部材2,2と受けプレート3,3とが相対移動する方向(可動方向))を、便宜上右側を左方、左側を右方として説明する。さらに、同図(B)での下側を前方、上側を後方とする。
また、ダンパー固定部10の上部は、上方へ向かうに従って左右の幅が広がる上向きテーパ部14となっている。上向きテーパ部14の左右の両側縁はR形状となっている。
延長材固定部11は、左右方向の長さが固定部材2と略同じとなる正面視矩形状で、ダンパー固定部10よりも前後外側に位置している。延長材固定部11には、フレームの架設材への固定用の取付孔15,15・・がそれぞれ形成されている。
よって、受けプレート3は、屈曲部12の前後両端へ上下互い違いにダンパー固定部10と延長材固定部11とが連設される縦断面Z字形状となっている。
滑りプレート20,20は、固定部材2,2の立ち上がり部6,6の前後外側に配置され、立ち上がり部6,6の上部で左右方向に延びる帯板である。滑りプレート20,20において、立ち上がり部6,6の長孔2a,2aの前後に当たる部位には、図3にも示すように、長孔2aと同じ形状の長孔20a,20aが形成されている。
摩擦プレート21,21は、受けプレート3のダンパー固定部10と略同じ大きさの正面視矩形状で、前後の厚みは滑りプレート20よりも大きくなっている。摩擦プレート21,21は、滑りプレート20,20とダンパー固定部10,10との間に配置される。摩擦プレート21には、ダンパー固定部10に設けた挿通孔13の前後内側に位置する3つの挿通孔22,22・・が形成されている。摩擦プレート21における滑りプレート20側の面には、表面処理が施されて摩擦面21aがそれぞれ形成されている。
そして、滑りプレート20,20の前後外側に、摩擦プレート21,21、受けプレート3,3のダンパー固定部10,10の順番でそれぞれ配置されて、ダンパー固定部10,10の外側に一対の面圧調整プレート25,25が配置される。
面圧調整プレート25は、ダンパー固定部10よりやや小さい正面視矩形状で、前後の厚みは摩擦プレート21よりも大きくなっている。面圧調整プレート25には、ダンパー固定部10に設けた挿通孔13,13・・の前後外側に位置する3つの挿通孔26,26・・が形成されている。
制震ダンパー1を構成する各部材は何れも金属製で、特に滑りプレート20はステンレス製となっている。
また、面圧調整プレート25の前後の厚みとボルト30の軸力(締結力)とには相関関係がある。例えば、ボルト径12mm、ワッシャー径24mmの場合、ボルト1本当たりの面圧が15MPa未満となる範囲では、面圧調整プレートの必要厚み(mm)は、0.4×(ボルト軸力)の関係となる。この関係に基づいて面圧調整プレート25の厚みが決定される。
但し、相関係数は、制震ダンパー1の構成部材の材質や寸法、特性の違い(例えばボルト径やワッシャー径、構成部材の強度、表面摩擦等の違い)を考慮して、0.2~0.8の範囲で設定してもよい。
そして、制震ダンパー1において、図1(C)に示すように、固定部材2の取付部5の上面から立ち上がり部6の上端までの上下方向の長さL1よりも、取付部5の上面から受けプレート3の屈曲部12の上面までの上下方向の長さL2の方が大きくなっている。すなわち、屈曲部12の上面は、立ち上がり部6の上端よりも上方に位置している。
図5は、木造建築物におけるフレーム40の一例を示す正面図である。フレーム40は、横架材となる土台41及び梁42と、土台41と梁42との間に立設される一対の柱43A,43Bとを有する。柱43A,43Bの間には、間柱44が設けられている。
フレーム40内において、左側の柱43Aの中間部と、右側の柱43Bの上下部位との間には、上下に延長材45,45が配設されていわゆるKブレースを構成している。延長材45には木材(集成材も含む)が使用される。
ここでは柱43Aの中間部に制震ダンパー1が配設されて、受けプレート3,3の間に延長材45,45の一端部が差し込み接合された制震フレーム構造を形成している。すなわち、図6に示すように、固定部材2,2が柱43Aの側面に沿って上下方向となる姿勢で、取付部5,5が柱43Aに木ねじ46,46・・で固定される一方、受けプレート3,3の延長材固定部11,11の間に、上下の延長材45,45の一端部が付き合わせ状態で斜めに差し込まれて、木ねじ47,47・・で固定される。このとき延長材45,45の各一端部は、受けプレート3,3の屈曲部12,12に当接して固定部材2,2側への移動が規制される。延長材45,45の他端部は、柱43Bに固定された箱形のブラケット金具48,48に木ねじで固定される。
また、固定部材2の取付部5の上面から立ち上がり部6の上端までの上下方向の長さよりも、取付部5の上面から受けプレート3の屈曲部12の上面までの上下方向の長さの方が大きくなっているので、固定部材2及び滑りプレート20と受けプレート3及び摩擦プレート21とが相対移動する際に延長材45,45が固定部材2,2に接触することはない。
さらに、受けプレート3のダンパー固定部10には、上向きテーパ部14が形成され、屈曲部12には外向きテーパ部16が形成されているので、応力集中が緩和され、受けプレート3の変形や破損を抑えて取付剛性を維持できる。
このように、上記形態の制震ダンパー1及び制震フレーム構造は、柱43A(構造材)に固定される固定部材2,2と、フレーム40の厚み方向で固定部材2,2を挟んで配置されると共に、フレーム40内に架設される延長材45,45(架設材)が差し込み接合される一対の受けプレート3,3と、固定部材2,2と受けプレート3,3との間に設けられ、延長材45,45を介して受けプレート3,3に入力される外力に対して減衰力を発生させる摩擦ダンパー部4(ダンパー機構部)と、を含み、一対の受けプレート3,3は、当該厚み方向でのダンパー固定部10,10(固定部材挟持側)の間隔よりも延長材固定部11,11(架設材接合側)の間隔の方が大きくなるようにダンパー固定部10,10と延長材固定部11,11との間に屈曲部12,12を有する断面Z字形状(段付き形状)となっている。
さらに、受けプレート3,3を屈曲部12,12を有する断面Z字形状としているので、延長材45,45を差し込み接合した際に屈曲部12,12によって延長材45,45が固定部材2,2に接触することを防止できる。よって、延長材45,45が摩擦ダンパー部4での相対移動を阻害しないため、安定した制震効果を得ることができる。
この構成により、受けプレート3,3に差し込み接合された延長材45,45が固定部材2,2に接触することを確実に防止できる。
受けプレート3は、柱43Aの長手方向での幅が、ダンパー固定部10よりも延長材固定部11の方が大きくなっており、ダンパー固定部10の幅は、屈曲部12へ向かうに従って連続的に広くなる上向きテーパ部14となっている。
この構成により、ダンパー固定部10の付け根部分での応力集中を抑制して、当該付け根部分での受けプレート3の破損や変形を防止することができる。
同様に、屈曲部12の幅も、延長材固定部11へ向かうに従って連続的に広くなる外向きテーパ部16となっているので、屈曲部12の付け根部分での応力集中を抑制して、当該付け根部分での受けプレート3の破損や変形を防止することができる。
この構成により、摩擦ダンパー部4を用いた効果的な制震性能が得られる。
この構成により、ボルト30による軸力(締結力)を負担する範囲を面圧調整プレート25によって拡げて、滑りプレート20,20と摩擦プレート21,21との摺動面への面圧を低減することができる。よって、摩擦プレート21,21の摩擦面21aの摩耗や発熱、破損を低減して耐久性を向上させることができる。
この構成により、軸力が伝達される範囲を広く確保することができる。
面圧調整プレート25の厚みは、ボルト30の軸力に所定の係数を乗じた値で決定され、係数は、0.2~0.8の範囲で設定されている。
この構成により、摩擦プレート21,21の表面の破損限界となる面圧調整プレート25の厚みの下限と、摩擦ダンパー部4の制震機能限界となる面圧調整プレート25の厚みの上限とを適切に設定することができる。
固定部材の形状は上記形態に限らず、適宜変更可能である。一対の固定部材同士を突き合わせる構造に限らず、中央に1つの立ち上がり部を有する逆T字状の部材等としてもよい。
受けプレートは、上記形態の断面Z字形状に限らず、差し込み接合される延長材が当接する屈曲部を有するものであれば、異なる段付き形状も採用できる。例えば、屈曲部に、前後外側へ向かうに従って上向きに傾斜するように角度を付与して、一対の屈曲部がテーパ状となるように形成してもよい。
ダンパー固定部の上向きテーパ部と屈曲部の外向きテーパ部との形状も適宜変更可能で、両側縁はR形状でなく直線状としてもよい。上向きテーパ部と外向きテーパ部との何れか一方又は両方を設けない構造とすることもできる。
上記形態ではダンパー固定部の左右幅を延長材固定部の左右幅よりも小さくしているが、両固定部を同じ左右幅としてもよい。
滑りプレートは、固定部材又は受けプレートに対してボルト及びナットで固定する構造に限らず、溶接等の他の固定手段で固定してもよい。また、固定部材又は受けプレートに表面処理を行って滑り面を形成することで、滑り部材と兼用してもよい。同様に受けプレート又は固定部材に摩擦面を形成することで、摩擦部材と兼用してもよい。
面圧調整プレートは、1枚でなく複数枚重ねて配置してもよい。この場合、受けプレート側の面圧調整プレートの幅をボルト頭部側の面圧調整プレートの幅よりも大きくすることができる。但し、面圧調整プレートは省略可能である。
摩擦ダンパー部を締結するボルトの数も増減できる。
但し、ダンパー機構部に設けるダンパーは摩擦ダンパーに限らない。例えば固定部材と受けプレートとの間に粘弾性体を介在させた粘弾性ダンパー等も採用可能である。
Kブレースに限らず、図7に示すフレーム40Aのように、対角線上に架設したブレース50(架設材)の下端部と左側の柱43Aとの接合部に制震ダンパー1を設けてもよい。この場合、受けプレート3の延長材固定部11は、1本のブレース50が差し込み接合されるため、左右対称ではなく、固定部材2から上側へ突出する形状となる。制震ダンパー1は、ブレース50の上端部と右側の柱43Bとの接合部に設けてもよいし、ブレース50は図7と逆の対角線上に架設してもよい。
また、Kブレースや対角線上のブレースに限らず、土台の上面と梁の下面との何れか一方に制震ダンパーの固定部材を取り付け、反対側の梁の両側又は土台の両側から架設した一対のブレースを受けプレートに差し込み接合するいわゆるやぐら型であっても、本発明の制震ダンパー及び制震フレーム構造は採用可能である。この場合、一対のブレースでなく台形状の架設板(架設材)を用いて受けプレートに差し込み接合してもよい。
制震ダンパーは、柱等の構造材に固定部材が直接固定される形態に限らず、構造材に接合した他の部材(ブレースや架設板等)を介して固定部材が間接的に固定される形態としてもよい。
フレームも木造に限らず、軽量鉄骨造等の他の構造のフレームでも差し支えない。延長材も木材に限らず、金属製等も採用できる。
Claims (8)
- 建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内に配設される制震ダンパーであって、
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記固定部材は、前記一方の構造材側に固定される取付部と、前記取付部から前記フレーム内へ直角に立ち上がる立ち上がり部とを有し、前記取付部からの前記立ち上がり部の立ち上がり長さよりも、前記取付部から前記受けプレートの前記屈曲部までの距離の方が大きいことを特徴とする制震ダンパー。 - 建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内に配設される制震ダンパーであって、
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記受けプレートは、前記一方の構造材の長手方向での幅が、前記固定部材挟持側よりも前記架設材接合側の方が大きくなっており、
前記固定部材挟持側の前記幅は、前記屈曲部へ向かうに従って連続的に広くなっていることを特徴とする制震ダンパー。 - 建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内に配設される制震ダンパーであって、
何れか一方の前記構造材側に固定される固定部材と、
前記フレームの厚み方向で前記固定部材を挟んで配置されると共に、前記フレーム内に架設される架設材が差し込み接合される一対の受けプレートと、
前記固定部材と前記受けプレートとの間に設けられ、前記架設材を介して前記受けプレートに入力される外力に対して減衰力を発生させるダンパー機構部と、を含み、
前記一対の受けプレートは、前記厚み方向での固定部材挟持側の間隔よりも架設材接合側の間隔の方が大きくなるように前記固定部材挟持側と前記架設材接合側との間に屈曲部を有する段付き形状で、
前記受けプレートは、前記一方の構造材の長手方向での幅が、前記固定部材挟持側よりも前記架設材接合側の方が大きくなっており、
前記屈曲部の前記幅は、前記架設材接合側へ向かうに従って連続的に広くなっていることを特徴とする制震ダンパー。 - 前記ダンパー機構部は、前記固定部材と前記受けプレートとの何れか一方に設けられる摩擦部材と、他方に設けられる滑り部材とが、外力の入力に伴い互いに当接する摺動面で相対移動して減衰力を発生させる摩擦ダンパー部であり、
前記固定部材側と前記受けプレート側との何れか一方側に設けた長孔及び他方側に設けた挿通孔に挿通されるボルトと、前記ボルトに螺合するナットとによって、前記固定部材側と前記受けプレート側とが相対移動可能に締結されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の制震ダンパー。 - 前記フレームの厚み方向で前記一対の受けプレートの外側には、一対の面圧調整プレートが配置されて、前記一対の受けプレートは、前記一対の面圧調整プレートを介して前記ボルト及び前記ナットによって締結されていることを特徴とする請求項4に記載の制震ダンパー。
- 前記ボルト及び前記受けプレートと直交する前記フレームの面方向での前記面圧調整プレートの幅は、前記ボルトの頭部の外径と前記面圧調整プレートの厚みとの合計以上であることを特徴とする請求項5に記載の制震ダンパー。
- 前記面圧調整プレートの厚みは、前記ボルトの軸力に所定の係数を乗じた値で決定され、前記係数は、0.2~0.8の範囲で設定されることを特徴とする請求項5又は6に記載の制震ダンパー。
- 建物躯体の構造材である柱と横架材とからなるフレーム内で何れか一方の前記構造材側に、請求項1乃至7の何れかに記載の制震ダンパーを配設すると共に、前記フレーム内に、前記制震ダンパーの前記受けプレートの前記架設材接合側に一端部が差し込み接合される架設材を架設してなる制震フレーム構造。
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