JP2000291136A - 高減衰鋼管柱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱と梁で囲まれた構面を一切占有することな
く、構造物に対する制振効果を発揮することができる高
減衰鋼管柱を提供する。 【解決手段】 外側鋼管１ｂに有孔ダイアフラム１ｃを
設け、有孔ダイアフラム１ｃの孔に内側鋼管１ａを挿入
する。常時は、梁２からのせん断力は外側鋼管１ｂへ伝
達され、内側鋼管１ａには伝達されない。地震や風に対
しては、高減衰鋼管柱１に水平変位が生じ、内側鋼管１
ａに有孔ダイアフラム１ｃの内径部分が当接すること
で、内側鋼管１ａに外側鋼管１ｂと同一の水平変位が生
ずる。内側鋼管１ａの降伏変位は外側鋼管１ｂの降伏変
位より小さくなるように設定してあるため、外側鋼管１
ｂが降伏するまでは内側鋼管１ａのみが塑性化し、地震
エネルギーを吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、地震等により構
造物が水平変位を生じた際に地震のエネルギーを吸収
し、構造物の揺れを小さく抑える高減衰鋼管柱に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】地震や風等による建築物等の揺れを低減
するための制振構造においては、主要構造物と制振部材
を明確に分ける方式が一般的である。

【０００３】例えば、特開平６−５７８２０号公報記載
の発明では、座屈拘束ブレースの芯材に低降伏点鋼材
を、柱と梁には高降伏点鋼材を用いることで、地震エネ
ルギーを座屈拘束ブレースに集中させ、主要骨組の塑性
化を防止している。

【０００４】また、特開平７−１５８３１５号公報記載
の発明では、スリットを設けた鋼板からなる弾塑性ダン
パーを、構面内に設置された壁と梁（あるいは柱）との
間に配置している。この場合も同様に、地震エネルギー
はスリットを設けた鋼板からなる弾塑性ダンパーに集中
し、主要骨組の塑性化を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの発明によれ
ば、大きな制振効果が期待できる。しかし、これらの発
明では、制振部材としての座屈拘束ブレースや弾塑性ダ
ンパーが、柱と梁で囲まれた構面を占有するため、居室
内に制振部材の一部が突出したり、窓等の開口部を設け
られないなど、計画上の問題がある。

【０００６】従って、実設計では建物のコア回りにしか
制振部材を配置できないなど、制振構造の性能を十分発
揮できていない。本願発明は、上述のような従来技術に
おける課題の解決を図ったものであり、柱と梁で囲まれ
た構面を一切占有することなく、制振効果を発揮するこ
とができる高減衰鋼管柱を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る高
減衰鋼管柱は、外側鋼管と、前記外側鋼管に内挿される
内側鋼管と、前記外側鋼管に設けられ、外側鋼管の内側
に突出する部分に、前記内側鋼管を挿通可能な孔を有す
る有孔ダイアフラムとを有し、せん断力に対する前記内
側鋼管の降伏変位が前記外側鋼管の降伏変位より小さく
なるように設定したことを特徴とするものである。

【０００８】本願発明の高減衰鋼管柱を建築構造物ある
いは土木構造物等の柱に適用した場合、有孔ダイアフラ
ム位置に梁あるいは桁等が接合され、常時は梁からのせ
ん断力が外側鋼管へ伝達される。一方、地震や風により
柱に水平変位が生じると、有孔ダイアフラムの内径部分
と内側鋼管が当接することで、外側鋼管と同一の水平変
位となる。

【０００９】このとき、本願発明では、内側鋼管の降伏
変位が外側鋼管の降伏変位より小さくなるように設定さ
れているため、外側鋼管が降伏するまでは内側鋼管のみ
が塑性化し、主として内側鋼管が地震エネルギーを吸収
する。従って、外側鋼管の降伏変位を大きくし、内側鋼
管の降伏変位を小さくすれば、大地震時に内側鋼管のみ
が塑性化し、その他の主要構造部材を弾性域に留めるこ
とも可能である。

【００１０】内側鋼管の降伏変位が外側鋼管の降伏変位
より小さくなるような設定として、具体的には、例えば
内側鋼管に低降伏点鋼あるいはアルミ合金など他の降伏
点の低い金属（必ずしも降伏点が明確でないものも含
む）などを用い、外側鋼管に普通鋼または高降伏点鋼な
どを用いたり、内側鋼管に普通鋼を用い、外側鋼管に高
降伏点鋼などを用いる場合、内側鋼管の断面を外側の断
面形状より小さく設定する場合、さらにこれらの組み合
わせ等が考えられる。

【００１１】請求項２は、請求項１に係る高減衰鋼管柱
において、前記有孔ダイアフラムと内側鋼管とは直接接
合せず、有孔ダイアフラムの内径部分と内側鋼管との間
に微小な隙間が形成されている場合である。

【００１２】内側鋼管のエネルギー吸収能力を最大限に
発揮させるためには、隙間が生じないことが望ましい
が、鋼管や有孔ダイアフラムの製作精度の誤差などを考
慮した場合、内側鋼管を有孔ダイアフラムの孔径より数
ｍｍ程度小さく設定する必要が考えられる。ただし、理
想的にはこの隙間ができるだけ小さいことが望ましい。

【００１３】なお、隙間部分については、詰め物を施す
ことも考えられる。その場合の詰め物は金属製の楔的な
ものでもよいし、ある程度緩衝機能や接触時の防音効果
を有する弾性材料からなるものなどでもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本願発明の高減衰鋼管柱の
一実施形態を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は
そのＡ−Ａ断面図、(c) はＢ−Ｂ断面図である。

【００１５】本実施形態における高減衰鋼管柱１は、図
に示すように外側鋼管１ｂと内側鋼管１ａの２重鋼管と
有孔ダイアフラム１ｃから構成され、外側鋼管１ｂの内
側において、有孔ダイアフラム１ｃの中央に設けた孔に
内側鋼管１ａが内挿されている。

【００１６】有孔ダイアフラム１ｃと内側鋼管１ａとの
間はメタルタッチとすることもできるが、鋼管の製作精
度の誤差を加味し、内側鋼管１ａの直径を有孔ダイアフ
ラム１ｃの孔径より数ｍｍ程度小さくしている。

【００１７】さらに、内側鋼管１ａの履歴減衰効果を発
揮させるために、せん断力に対する内側鋼管１ａの降伏
変位が外側鋼管１ｂの降伏変位より小さくなるよう、こ
れらの断面形状や材質を設定する。

【００１８】このような高減衰鋼管柱１を建築構造物の
柱に適用する場合、図２に示すように有孔ダイアフラム
１ｃに梁２が接合される。ただし、後述する図１１(b)
のような場合には有孔ダイアフラム１ｃ位置において外
側鋼管１ｂの外側に梁２が接合される場合もある。

【００１９】この場合、常時は、図３に示すように、梁
２からのせん断力は外側鋼管１ｂへ伝達される。内側鋼
管１ａは有孔ダイアフラム１ｃとは直接接合されていな
いため、梁からのせん断力は内側鋼管１ａには伝達され
ない。

【００２０】一方、地震や風に対しては、図４に示すよ
うに、高減衰鋼管柱１に水平変位が生じる。この時、内
側鋼管１ａに有孔ダイアフラム１ｃの内径部分が当接す
ることで、内側鋼管１ａに外側鋼管１ｂと同一の水平変
位が生ずる。

【００２１】内側鋼管１ａの降伏変位は外側鋼管１ｂの
降伏変位より小さくなるように設定されているため、外
側鋼管１ｂが降伏するまでは内側鋼管１ａのみが塑性化
し、地震エネルギーを吸収する。図５はその関係をグラ
フとして示したものである。従って、外側鋼管１ｂの降
伏変位を大きくし、内側鋼管１ａの降伏変位を小さくす
れば、大地震時に内側鋼管１ａのみが塑性化し、その他
の主要構造部材を弾性域に留めることも可能である。

【００２２】図６は本願発明の高減衰鋼管柱１を建築構
造物の骨組Ａに適用した場合を示したもので、図７の従
来の制振構造による骨組Ｂの場合には、ブレース等の形
で制振部材６が柱と梁で囲まれた構面を占有しているの
に対し、本願発明では構面を占有することなく、制振構
造が実現される。

【００２３】図８は本願発明の高減衰鋼管柱１を平面が
不整形な建物に適用した場合である。従来の制振構造で
は制振部材の配置が容易でない場合でも、本願発明の高
減衰鋼管柱１を適用することでプラニングも容易とな
る。

【００２４】図９は本願発明の高減衰鋼管柱１を道路橋
Ｃの橋脚Ｄに適用した場合であり、この場合、高減衰鋼
管柱１の有孔ダイアフラム１ｃに横桁３が接合され、上
部の縦桁４および床版５を支持している。このように、
本願発明による高減衰鋼管柱１は建築構造分野だけでは
なく、広く土木構造分野にも適用可能である。

【００２５】図１０は本願発明による高減衰鋼管柱１に
ついて、種々の断面形状を例示したものである。要求性
能を満足すれば、断面形状は任意でよい。鋼管の形状
は、円形以外にも角形、楕円、多角形、中実管のいかな
る形状でもよい。また、内側鋼管１ａと外側鋼管１ｂの
形状の組み合わせも任意である。

【００２６】また、有孔ダイアフラムの形状について
も、円形、四角形、多角形、楕円等、形状は特に限定さ
れない。図１１は本願発明におけるダイアフラム形式の
例を示したものである。すなわち、(a) は有孔ダイアフ
ラム１ｃを設ける位置ごとに外側鋼管１ｂを切断し、有
孔ダイアフラム１ｃと外側鋼管１ｂを接合する通しダイ
アフラム形式、(b) は有孔ダイアフラム１ｃを外側鋼管
１ｂの内側のみに設ける内ダイアフラム形式、(c) は有
孔ダイアフラム１ｃを外側鋼管１ｂの外周部と内周部に
設けた外ダイアフラム形式と内ダイアフラム形式の併用
形式の場合である。

【００２７】図１２には外側鋼管１ｂの内側に位置する
内側鋼管１ａを、柱梁接合部パネル部分にのみ設けた場
合の実施形態を示したものである。このように、内側鋼
管１ａは必ずしも高減衰鋼管柱１の全長に設けなくても
よい。

【００２８】

【発明の効果】本願発明の高減衰鋼管柱は、地震や風に
より柱に水平変位が生じると、有孔ダイアフラムの内径
部分と内側鋼管が当接し、内側鋼管の降伏変位が外側鋼
管の降伏変位より小さくなるように設定されているた
め、外側鋼管が降伏するまでは内側鋼管のみが塑性化
し、内側鋼管の塑性変形によって地震や風のエネルギー
を効率よく吸収することができる。

【００２９】また、エネルギー吸収部材としての内側鋼
管が柱外面を構成する外側鋼管の内部に納まっているた
め、柱と梁で囲まれる構面の占有が一切なく、開口部そ
の他建築構造物、土木構造物等の設計における自由度が
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の高減衰鋼管柱の一実施形態を示した
もので、(a) は鉛直断面図、(b) はそのＡ−Ａ断面図、
(c) はＢ−Ｂ断面図である。

【図２】上記実施形態においてダイアフラムに梁部材を
接合した状態を示す鉛直断面図である。

【図３】上記実施形態における常時の梁部材から高減衰
鋼管柱へのせん断力の伝達を説明するための鉛直断面図
である。

【図４】上記実施形態における地震時の高減衰鋼管柱の
変形と力の伝達を説明するための鉛直断面図である。

【図５】本願発明の原理を説明するための外側鋼管およ
び内側鋼管のせん断力と水平変位との関係を示すグラフ
である。

【図６】本願発明の高減衰鋼管柱を建築構造物の骨組に
適用した場合の一例を示す正面図である。

【図７】従来の制振構造の建築構造物の骨組の一例を示
す正面図である。

【図８】本願発明の高減衰鋼管柱を平面が不整形の建物
に適用した場合の一例を示す水平断面図である。

【図９】本願発明の高減衰鋼管柱を橋脚に適用した場合
の一例を示す鉛直断面図である。

【図１０】本願発明の高減衰鋼管柱の種々の断面形状の
例を示す水平断面図である。

【図１１】本願発明におけるダイアフラムの形態の例を
示す鉛直断面図である。

【図１２】本願発明の高減衰鋼管柱における２重管構造
を柱梁接合部パネルゾーンに限定した場合の一実施形態
を示す鉛直断面図である。

【符号の説明】

Ａ…本願発明による建築構造物骨組、Ｂ…従来の制振構
造による建築構造物骨組、Ｃ…道路橋、Ｄ…橋脚、１…
高減衰鋼管柱、１ａ…内側鋼管、１ｂ…外側鋼管、１ｃ
…有孔ダイアフラム、２…梁、３…横桁、４…縦桁、５
…床版、６…制振部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側鋼管と、前記外側鋼管に内挿される
   内側鋼管と、前記外側鋼管に設けられ、外側鋼管の内側
   に突出する部分に、前記内側鋼管を挿通可能な孔を有す
   る有孔ダイアフラムとを有し、せん断力に対する前記内
   側鋼管の降伏変位が前記外側鋼管の降伏変位より小さく
   なるように設定したことを特徴とする高減衰鋼管柱。
2. 【請求項２】 前記有孔ダイアフラムと内側鋼管とは直
   接接合せず、有孔ダイアフラムの内径部分と内側鋼管と
   の間に微小な隙間が形成されている請求項１記載の高減
   衰鋼管柱。