JPH11350778A

JPH11350778A - 制震ダンパーおよび制震構造

Info

Publication number: JPH11350778A
Application number: JP15432098A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kitahama; 雅司北濱
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】きわめてコンパクトかつ経済的に製作でき、
しかも地震エネルギー吸収能力のきわめて大きい制震ダ
ンパーおよび制震構造を提供する。【解決手段】左右柱１と上下はり２とからなる骨組
に、ブレース３を対角線状に交差して設置する。また、
ブレース３の交差部に制震ダンパー４を取り付ける。制
震ダンパー４は、水平方向の断面積Ａ₁と鉛直方向の断
面積Ａ₂との比が、ブレース３の支点間長さＳの水平方
向成分の長さＬと鉛直方向成分の長さＨとの比と同じに
なるように形成する。さらに、制震ダンパー４は、極低
降伏点鋼からなる鋼板に、スリットまたは孔８を設けて
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】この発明は、建築構造物が地震や
強風などの外力を受けた際に、塑性変形することで地震
エネルギーを吸収することにより、建築構造物の揺れを
減衰させるようにした制震ダンパーおよび制震構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、主な建築構造物の構造設計は
耐震設計法に基いて行われている。すなわち、頻繁に発
生する中・小規模の地震に対して構造物は、弾性範囲で
挙動し、頻度の少ない大地震に対しては、降伏時の耐力
を保持しつつ可能な範囲で塑性変形することで脆性破壊
を起こさないようにしている。

【０００３】このように、構造物に大きな塑性変形能力
をもたせることで、大地震による構造物の圧壊や崩壊を
防いで人命保護を最優先に図り、構造物のある程度の被
害は仕方のないものにしている。

【０００４】しかし、耐震設計法に基いて構築された建
築構造物でも、一度大地震で被災すると、もとの状態に
修復することは技術的にも費用的にもきわめて困難であ
り、もはや継続的使用が望めない場合が多い。

【０００５】このため、最近では、特に阪神大地震以降
は、たとえ大地震で被災したとしても、柱やはり等の主
要構造部材は、特に修復しなくても継続して使用できる
ようにしたいとの社会的要望が強く、その技術開発が望
まれ、既に実用化されているものもある。

【０００６】その一例として、例えば基礎とこの基礎の
上に構築される上部構造物との間に、鉛直荷重は支持す
るものの地震時は水平方向に変形することにより、地震
エネルギーが上部構造物に伝達されないようにした免震
構造の建物が知られている（例えば、特開平８−１５８
６９７号公報参照）。

【０００７】また、地震時に柱やはり等の主要構造部材
とは別に取り付けられた、例えば鉛ダンパー等に塑性変
形を集中させ、その履歴減衰を利用して構造物の揺れを
低減させるようにした制震工法も知られている（例え
ば、特開平６−５７８２０号公報参照）。

【０００８】特に、この制震工法においては、柱とはり
とからなる主要骨組に座屈拘束ブレースを取り付け、こ
の座屈拘束ブレースに地震エネルギーを集中させること
で地震エネルギーを減衰させることにより、建物の揺れ
を低減すると共に柱やはり等の主要構造部材の塑性化を
防いでいる。

【０００９】なお、ここで使用される座屈拘束ブレース
は、降伏強度が通常の構造用鋼材よりもきわめて小さい
鋼材からなる心材とその外側に設置した鋼管との間にコ
ンクリートを充填することにより形成されている。

【００１０】さらに、リンク機構により圧縮側ブレース
の座屈を防止するものとして、ブレースに作用する引張
力によってリンク部材が変形することで、圧縮側ブレー
スに座屈を生じさせるような圧縮力が作用しないように
したものも知られている（例えば、特開平４−１４３３
７７号公報参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、免震構造の建
物は、特に共振などの問題があって適用範囲に限界があ
るだけでなく、基礎と上部構造物との間に大変形が集中
するため、この部分に設置される上下水道などのライフ
ラインをこの大変形に追従できるように設置する必要が
ある等の課題があった。

【００１２】また、座屈拘束ブレースを利用した制震工
法は、座屈拘束ブレースが圧縮荷重を受けた際に、周囲
の鋼管とコンクリートが心材の座屈を防止する構造にな
っているため、心材の断面寸法に対して部材断面が大き
くなるのを免れず、このため機能上コンパクトに製作し
にくい等の課題があった。

【００１３】また、鋼材とコンクリートという異種材料
から構成されているため、異種作業の連携を免れず、こ
のため生産性が低く、コスト高が避けられない等の課題
もあった。

【００１４】さらに、軸力を受ける部材のエネルギー吸
収能力は、塑性化する部分が長いほど大きいが、部材の
長さは専らその部材が取り付けられる構造物の意匠上ま
たは機能上の要求寸法から決定されるものであるため、
そのような条件のもとで必要とするエネルギー吸収能力
を得ることは設計上きわめて困難であった。

【００１５】また、いずれの構造のものも、大掛かりな
構造になりやすいだけでなく、経済性、生産性、施工性
などの面で必ずしも充分とはいえないものであった。

【００１６】この発明は、以上の課題を解決するために
なされたもので、きわめてコンパクトかつ経済的に製作
でき、しかも地震エネルギー吸収能力のきわめて大きい
制震ダンパーおよび制震構造を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、この発明に係る請求項１記載の制震ダンパーは、
対角線状に交差して設置されたブレースの支点間長さの
直角二方向成分の長さの比と、この二方向とそれぞれ平
行な直角二方向の断面積比とが同じになるように形成す
る。

【００１８】請求項２記載の制震ダンパーは、請求項１
の記載において、極低降伏点鋼からなる鋼板に、スリッ
トまたは孔を設けて形成する。

【００１９】請求項３記載の制震ダンパーは、請求項２
の記載において、スリットまたは孔の周囲に面外方向の
変形を拘束する座屈防止フランジを取り付ける。

【００２０】請求項４記載の制震ダンパーは、請求項１
または２の記載において、面外方向の変形を拘束する座
屈防止枠部材を取り付ける。

【００２１】そして、この発明に係る請求項５記載の制
震構造は、左右柱と上下はりとからなる架構にブレース
を対角線状に交差して設置し、かつ前記ブレースの交差
部に請求項１、２、３または４記載の制震ダンパーを一
枚または複数枚、設置して構成する。

【００２２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態１．図１と図２
は、この発明に係る制震ダンパーおよび制震構造の一例
を示し、図において、左右柱１、１とこの左右柱１，１
間に架け渡された上下はり２，２とによって建築構造物
の主要骨組が構築されている。

【００２３】また、斜めに対向する、柱１とはり２との
接合部（仕口部）間にブレース３が対角線状に交差して
架け渡され、かつブレース３の交差部に制震ダンパー４
が設置されている。

【００２４】柱１とはり２はいずれも、Ｈ形鋼、Ｉ形
鋼、溝形鋼などの形鋼、あるいは角形鋼管などから構築
され、ブレース３は平鋼、溝形鋼、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼など
の形鋼または丸鋼などから形成されている。

【００２５】ブレース３の両端は柱１とはり２との接合
部にガセットプレート５を介して回転自在にそれぞれ連
結されている。また、ブレース３にはゆるみやがたつき
が生じないように、長さを自由に調節するためのターン
バックル６がそれぞれ取り付けられている。

【００２６】制震ダンハー４は、鉛、軟鋼などの極低降
伏点鋼から矩形板状に形成されている。また、制震ダン
パー４は羽子板ボルト等の連結プレート７を介して各ブ
レース３に回転しないように連結されている。さらに、
制震ダンパー４はブレース３の材軸が一致するにように
ブレース３に連結されている。

【００２７】なお、制震ダンパー４は、その降伏点強度
が柱１、はり２およびブレース３のそれより小さいもの
であれば、普通鋼で形成されていてもよいが、柱１やは
り２等の主要構造部材より先に降伏して地震エネルギー
を確実に吸収できるようにするには、極低降伏点鋼から
形成されているのが望ましい。

【００２８】また、制震ダンパー４の、はり２の材軸と
平行な水平方向の断面積をＡ₁、柱１の材軸と平行な垂
直方向の断面積をＡ₂とした場合、その断面積比Ａ₁：
Ａ₂がブレース３の支点間長さＳの水平方向成分の長さ
Ｌと鉛直方向成分の長さＨとの長さ比Ｌ：Ｈと同じにな
るように、制震ダンパー４の板厚と各辺の長さがそれぞ
れ設定されている。

【００２９】このような構成において、建築構造物の主
要骨組に水平力Ｐが作用すると、一方のブレース３に引
張力が、他方のブレース３に圧縮力がそれぞれ作用す
る。

【００３０】また、ブレース３の支点間長さＳの水平方
向成分の長さをＬ、鉛直方向成分の長さをＨとしたこと
から、制震ダンパー４には水平方向にせん断力Ｑ₁＝
Ｐ、鉛直方向にせん断力Ｑ₂＝Ｐ×Ｈ／Ｌがそれぞれ発
生する。

【００３１】また、制震ダンパー４の水平方向の断面積
Ａ₁と鉛直方向の断面積Ａ₂との断面積比Ａ₁：Ａ
₂を、ブレース３の支点間長さＳの水平方向成分の長さ
Ｌと鉛直方向成分の長さＨとの長さ比Ｌ：Ｈと同じに設
定したことから、Ａ₂＝Ａ₁×Ｈ／Ｌとなる。

【００３２】以上のことから、Ａ₁のせん断応力度τ₁
＝Ｑ₁／Ａ₁＝Ｐ／Ａ₁となり、Ａ ₂のせん断応力度τ
₂＝Ｑ₂／Ａ₂＝（Ｐ×Ｈ／Ｌ）／（Ａ₁×Ｈ／Ｌ）＝
Ｐ／Ａ₁となり、τ₁＝τ₂となる。

【００３３】したがって、制震ダンパー４は単体で材料
強度が一定であるため、水平力Ｐを受けて水平方向およ
び鉛直方向とも同時に塑性化する。

【００３４】また、水平方向および鉛直方向の応力が一
定なために水平方向および鉛直方向の長さを同じにした
場合、水平方向および鉛直方向とも同一量変形する。

【００３５】さらに、制震ダンパー４は、図２に図示す
るように菱形状に圧縮方向および引っ張り方向とも同一
量変形するので、主要骨組の層間変位により圧縮を受け
るブレース３は制震ダンパー４の変形に追従して変形
し、このため圧縮側のブレース３にゆるみが生ずるよう
なことはない。

【００３６】図３（ａ）は、ブレースを単に対角線状に
架け渡しただけの主要骨組が水平力を受けたときの挙動
を示し、（ｂ）はその際の履歴特性を示したものであ
る。

【００３７】また、図４（ａ）は対角線状に架け渡され
たブレースの交差部に制震ダンパー４を取り付け主要骨
組が水平力を受けたときの挙動を示し、（ｂ）はその際
の履歴特性を示したものである。

【００３８】図３（ａ）において、主要骨組が水平力Ｐ
を受けると、圧縮側のブレース３ａは細長比が大きく、
圧縮強度が小さいために圧縮座屈する。したがって、ブ
レース３ａは主要骨組の変形に追従できず、過大なたわ
み（弛み）を生じる。

【００３９】このため、主要骨組に反対方向の水平力Ｐ
が作用した際、ブレース３ａにはたわみを回復するまで
荷重（引張力）が作用しないため、主要骨組は（ｂ）に
図示するようなスリップ型の履歴特性を示す。

【００４０】これに対し、図４（ａ）において、ブレー
ス３の交差部に制震ダンパー４を設置することにより、
ブレース３ａには圧縮力による座屈が生じないため、主
要骨組に反対方向の水平力Ｐが作用しても、ブレース３
ａには直ちに引っ張り力が作用するため、主要骨組は
（ｂ）は図示するような錘型の安定した履歴曲線を示
し、大きな減衰エネルギーを有することがわかる。

【００４１】なお、符号１１は制震ダンパー４とブレー
ス３を連結プレート７を介してボルト接合するためのブ
レース連結孔である。発明の実施の形態２．図５〜図８は、この発明に係る制
震ダンパーおよび制震構造の他の例を示し、特に制震ダ
ンパー４の水平方向と鉛直方向の断面積比Ａ₁：Ａ
₂を、ブレース３の支点間長Ｓの水平方向成分の長さＬ
と鉛直方向成分の長さＨとの長さ比Ｌ：Ｈと同じにする
ために、制震ダンパー４は鉛、軟鋼などの極低降伏点鋼
からなる矩形板に複数個のスリットまたは孔８を設けて
形成されている。

【００４２】スリットまたは孔８は、中央に正方形状を
なすものが一個、その左右および上下両側に長方形状を
なすものが所定間隔に複数、それぞれ形成されている。

【００４３】なお、スリットまたは孔８は、断面積比Ａ
₁：Ａ₂と長さ比Ｌ：Ｈとを同一に設定できる形状であ
れば、必ずしも正方形状や長方形状である必要はない。

【００４４】また、スリットまたは孔８は、切り抜き加
工または押し抜き加工などによって形成されている。

【００４５】この例によれば、極低降伏点鋼からなる鋼
板にスリットまたは孔８を必要数形成するだけで制震ダ
ンパー４をきわめて簡単に製作できる。

【００４６】図８（ａ）は、特にスリットまたは孔８の
形状を曲げモーメント図の勾配に合わせて形成したもの
である。すなわち、図８（ｂ）のようにスリット部に水
平方向力Ｐが作用した場合、せん断力Ｑは一定である
が、曲げモーメントＭは端部で最大となる。

【００４７】そこで、最大曲げモーメントの発生するス
リット端部の断面積を大きく、曲げモーメントの発生し
ない中央部を最小とする。発明の実施の形態３．図９（ａ），（ｂ）と図１０
（ａ），（ｂ）も、この発明に係る制震ダンパーの他の
例を示し、制震ダンパー４は、極低降伏点鋼からなる鋼
板に複数個のスリットまたは孔８を設け、かつスリット
または孔８の周囲にせん断力を受けて面外方向に座屈し
ないように座屈防止フランジ９を突設して形成されてい
る。

【００４８】座屈防止フランジ９は、スリットまたは孔
８を切り抜き加工または押し抜き加工で形成する際に、
スリットまたは孔８の周縁部を垂直に折り曲げる等して
形成されている。

【００４９】また、座屈防止フランジ９はスリットまた
は孔８の周縁部を表側と裏側に交互に、または片側にの
み折り曲げて形成されている。

【００５０】なお、図１０（ａ），（ｂ）に図示するよ
うに、スリットまたは孔８の周縁部に曲げモーメント図
の勾配に合わせてＲをつけ、これに合わせて座屈防止フ
ランジ９も弧状に形成してもよい。

【００５１】また、座屈防止フランジ９は、別途形成し
たものをスリットまたは孔８の周囲に溶接して突設して
もよい。発明の実施の形態５．図１１（ａ），（ｂ）も、この発
明に係る制震ダンパーの他の例を示し、特に制震ダンパ
ー４がせん断力を受けて面外方向に座屈しないように、
制震ダンパー４の両側に面外方向への変形を拘束する座
屈防止枠部材１０が取り付けられている。

【００５２】座屈防止枠部材１０は、制震ダンパー４の
表側と裏側にそれぞれあって、制震ダンパー４を面外方
向に変形しないように拘束するフランジ１０ａを有し、
正面から見て略十字型状に形成されている。

【００５３】図９〜図１１の例によれば、制震ダンパー
４を薄くしても面外方向に座屈する心配がないので、制
震ダンパー４を極力薄くすることにより軽量化、材料の
節約化などを図ることができる。

【００５４】なお、前記の例では、何れの場合も、左右
柱と上下はりとからなる主要骨組に取り付けられたブレ
ース３の交差部に制震ダンパー４を設置した場合につい
て説明したが、桁方向のはりとスパン方向のはりとから
なるはり骨組に水平に取り付けられたブレースの交差部
に制震ダンパーを取り付けても同様の効果が得られる。

【００５５】

【発明の効果】この発明は以上説明した構成からなり、
特に対角線状に交差して設置されたブレースの支点間長
さの直角二方向成分の長さの比と、この二方向とそれぞ
れ平行な直角二方向の断面積比とが同じになるように、
制震ダンパーが形成されているので、制震ダンパーはブ
レースを介して二方向から圧縮力と引張力を同時に受け
ても、制震ダンパーの二方向の変形量が同じになり、圧
縮側のブレースにたわみ（座屈）が生じないため、圧縮
側のブレースは直ちに引っ張り材として働く。

【００５６】このため、この制震ダンパーを使用するこ
とにより、主要骨組の減衰力はきわめて大きく、建築構
造物の揺れを速やかに減衰させることができる。

【００５７】また、制震ダンパーは、極低降伏点鋼から
なる鋼板にスリットまたは孔を設けて形成されているの
で、スリットまたは孔の大きさ、形状、数などを適当に
変えることでブレースの支点間長さの直角二方向成分の
長さの比と、この二方向とそれぞれ平行な直角二方向の
断面積比とをきわめて簡単に設定でき、制震ダンパーを
きわめて簡単にかつ廉価に製作できる。

【００５８】さらに、面外方向への変形を拘束する座屈
防止フランジまたは座屈防止枠部材を有するので、薄く
することができて軽量化、材料の節約化も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】対角線状にブレースを取り付け、かつブレース
の交差部に制震ダンパーを取り付けた主要骨組の一部側
面図である。

【図２】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はその
縦断面図、（ｃ）はその横断面図である。

【図３】（ａ）は対角線状に通常のブレースを取り付け
た主要骨組が水平力を受けたときの挙動を示す図、
（ｂ）はその履歴特性を示す図である。

【図４】（ａ）は対角線状にブレースを取り付け、かつ
ブレースの交差部に制震ダンパーを取り付けた主要骨組
が水平力を受けたときの挙動を示す図、（ｂ）はその履
歴特性を示す図である。

【図５】対角線状にブレースを取り付け、このブレース
の交差部に制震ダンパーを取り付けた主要骨組の一部側
面図である。

【図６】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はその
縦断面図、（ｃ）はその横断面図である。

【図７】制震ダンパーの正面図である。

【図８】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はスリ
ット部に水平方向力Ｐが作用したときの、スリット部の
曲げモーメント図とせん断力図である。

【図９】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はその
側面図である。

【図１０】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はそ
の側面図である。

【図１１】（ａ）は制震ダンパーの正面図、（ｂ）はそ
の側面図である。

【符号の説明】

１柱２はり３ブレース４制震ダンパー５ガセットプレート６ターンバックル７連結プレート８スリットまたは孔９座屈防止フランジ１０座屈防止枠部材１１ブレース連結孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対角線状に交差して設置されたブレース
の交差部に設置され、前記ブレースに作用する軸力によ
って塑性変形する制震ダンパーにおいて、前記ブレース
の支点間長さの直角二方向成分の長さの比と、この二方
向とそれぞれ平行な直角二方向の断面積比とを同じに形
成してあることを特徴とする制震ダンパー。
【請求項２】極低降伏点鋼からなる鋼板に、スリット
または孔を設けて形成してあることを特徴とする請求項
１記載の制震ダンパー。
【請求項３】スリットまたは孔の周囲に、面外方向へ
の変形を拘束する座屈防止フランジを有することを特徴
とする請求項２記載の制震ダンパー。
【請求項４】面外方向の変形を拘束する座屈防止枠部
材を有することを特徴とする請求項１または２記載の制
震ダンパー。
【請求項５】左右柱と上下はりとからなる架構にブレ
ースを対角線状に交差して設置し、かつ前記ブレースの
交差部に請求項１、２、３または４記載の制震ダンパー
を一枚または複数枚、設置してなることを特徴とする制
震構造。