JP2012140781A - 建物壁部の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】制震部材の減衰性能を有効に利用可能な建物壁部の制震構造を提供する。
【解決手段】建物壁部が角形鋼管柱１と鋼製梁２とを備えている場合の建物壁部の制震構造であって、角形鋼管柱１を、その管壁平坦面を柱並び方向に対して４５°傾斜させて設置し、隣接する角形鋼管柱１と角形鋼管柱１との間に対角線状にブレース３を取り付け、前記ブレース３の中間部に制震部材４を介在させる。角形鋼管柱１が４５°傾斜しているので、ブレース３と角形鋼管柱１とを接合するガセットプレート１２、１３を角形鋼管柱１の角形断面対角線方向の角部に溶接固定できる。ブレース３からの軸方向力は角形鋼管の面内力として伝達されるので、角形鋼管柱が面外変形をしたり、それに伴いガセットプレート溶接接合部が破壊したりする恐れは少ない。制震部材の減衰性能が角形鋼管柱側の剛性の制約で発揮できなくなる恐れは少なく、制震部材の減衰性能を有効に利用できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震による振動エネルギーを吸収し減衰させることが可能な建物壁部の制震構造に関する。

地震による振動エネルギーを吸収し減衰させる制震部材を建物に組み込む場合、制震構造のコストの面などから、制震部材の減衰性能（減衰力）を有効に発揮させることが望ましい。壁部の柱と柱の間に対角線状に設けたブレースに制震部材を設ける場合、ブレースと柱との接合部の剛性が低いと、制震部材の減衰性能を有効に発揮できない。

ところで、従来、建物の柱として角形鋼管を用いる場合、角形鋼管柱は、一方の管壁平坦面が柱並び方向と平行になる向きに設置している。なお、この場合、他方の管壁平坦面は柱並び方向に対して直角となるが、このような角形鋼管柱の向きを、以下の説明では単に「管壁平坦面が柱並び方向と平行になる向き」と表現する。
建物壁部のブレースに制震部材を組み込んだ場合においても同様であり、例えば、特許文献１の「建物壁部の制震構造」は、制震部材（粘弾性ダンパー２０）を矩形枠体１７の中央に配置している構造であるが、特許文献１の図１などでブレース１５の端部が接合されている柱１２は角形鋼管（段落番号[００１９]参照）であり、その角形鋼管柱の管壁平坦面は明細書及び図面全体から明らかに柱並び方向と平行である。なお、特許文献１における従来例として示された図１６、図１７では、角形の柱１Ａの管壁平坦面が柱並び方向と平行に図示されている。
また、特許文献２の「軽量鉄骨住宅の制震構造」において、特許文献２の図３などで示される柱材２はＣ形鋼を幅方向に接合することによって形成されたもの（したがって、角形鋼管と同等）であるが、角形の柱２の管壁平坦面が柱並び方向と平行である（接合された２つのＣ形鋼の接合線が正面図で表れている故）。

図７は、上記のように柱として角形鋼管を用いている建物の壁部に制震部材を組み込んだ従来の制震構造を簡略化して示したもので、３１は角形鋼管柱、３２はＨ形鋼による鋼製梁、３３はブレース、３４はブレース３３の中間部に設けられた制震部材、３５は土台又は基礎又は階下の梁である。ブレース３３は角形鋼管柱３１に溶接固定されたガセットプレート３６に固定されている。この場合、ガセットプレート３６は、図７（ロ）に示すように、角形鋼管柱３１の管壁平坦面に垂直に溶接固定される。

特開２００７−１２６８６８ 特開２００６−２８３３７４

図７のような制震構造においては、地震などにより建物に水平力が作用した時、ブレース３３からの軸方向力によって、図８（イ）、（ロ）、（ハ）に変形状態を破線ａ、ａ’で模式的に示すように、角形鋼管柱３１の管壁が面外方向に変形する恐れがある。また角形鋼管柱との接合部であるガセットプレート溶接部近傍の角形鋼管柱管壁が早期に破壊してしまう恐れがある。同図でａ、ａ’は角形鋼管柱３１の管壁がそれぞれブレース３３から圧縮力、引張力を受ける場合の変形状態を示す。
そのような場合、角形鋼管柱の板厚を厚くして剛性を高くしなければ、制震部材の減衰性能を有効に利用することができない。しかし、制震部材に合わせて角形鋼管柱の剛性を高くすることは不経済である。
そうすると制震部材として、減衰性能の低い制震部材を用いなければならなくなり、所望の性能の制震構造とすることができない。
特許文献１及び特許文献２の制震構造はいずれも、制震部材の減衰性能を有効に利用することを主たる目的としている（特許文献１の段落番号[０００５]、特許文献２の[０００５]など参照）のであるが、いずれもブレースからの軸方向力によって角形鋼管柱の管壁に面外変形が生じることとなり、その点では不十分であると言える。

本発明は上記背景のもとになされたもので、角形鋼管柱側の剛性上の制約を少なくして、制震部材の減衰性能を有効に発揮させることが可能な建物壁部の制震構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、建物壁部が角形鋼管柱と鋼製梁とを備えている場合の建物壁部の制震構造であって、
前記角形鋼管柱を、その管壁平坦面を柱並び方向に対して４５°傾斜させて設置するとともに、隣接する角形鋼管柱と角形鋼管柱との間に対角線状にブレースを取り付け、前記ブレースの中間部に制震部材を介在させたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１の建物壁部の制震構造において、ブレースの制震部材より上側部分の上端部を、一方の角形鋼管柱の上端部のコーナー部に溶接固定したガセットプレートに固定し、制震部材より下側部分の下端部を、他方の角形鋼管柱の下端部のコーナー部に溶接固定したガセットプレートに固定したことを特徴とする。

請求項３は、請求項１又は２の建物壁部の制震構造における角形鋼管柱が基礎上に設置されている場合であって、角形鋼管柱の下端面に溶接固定したベースプレートをコンクリート基礎にアンカーボルトにて固定して設置したことを特徴とする。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項の建物壁部の制震構造において、制震部材が、ブレース上側部分に連結された部分とブレース下側部分に連結された部分とを粘弾性体を介在させて結合してなる粘弾性ダンパーであることを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４のいずれか１項の建物壁部の制震構造において、ブレースの上側部分及び下側部分がいずれも角形鋼管からなり、それぞれの制震部材側の端部が制震部材にボルト接合され、制震部材側と反対側の端部がそれぞれガセットプレートに溶接固定されたことを特徴とする。

本発明によれば、角形鋼管柱の管壁平坦面が柱並び方向に対して４５°傾斜しているので、中間部に制震部材を介在させたブレースを角形鋼管柱と角形鋼管柱との間に対角線状に取り付ける場合、ブレースと角形鋼管柱とを接合する継ぎ手部材（ガセットプレートなど）を角形鋼管柱の角形断面対角線方向の角部に溶接固定することができる。
この場合、ブレースからの軸方向力が角形鋼管柱に伝達される時、前記軸方向力は角形鋼管の面内力として伝達される。図２（イ）に、ブレースからの軸方向力をＰ、角形鋼管柱に伝達される面内力をＰ_１、Ｐ_２で示す。このため、軸方向力が管壁平坦面に面外方向に作用する従来の応力状態より有利になり、角形鋼管柱の変形や、それに伴う角形鋼管柱の継ぎ手部材溶接接合部が破壊したりする恐れは顕著に少なくなる。
したがって、制震部材の減衰性能が角形鋼管柱側の剛性の制約で発揮できなくなる恐れは少なく、制震部材の減衰性能を有効に利用することができる。また、角形鋼管柱として同一断面のものを用いる場合に、減衰性能の高い制震部材を採用して、制震性能の高い建物とすることができる。

請求項３のように角形鋼管柱が基礎上に設置される場合、ブレースに作用する軸方向力は、角形鋼管柱、ベースプレート、アンカーボルトを介して基礎に伝達されるが、角形鋼管柱の管壁平坦面の向きが柱並び方向と４５°方向をなすので、四角形のベースプレートを四方のアンカーボルトで基礎に固定する場合、アンカーボルトの位置は角形鋼管柱の管壁平坦面に対向する位置となる。
したがって、アンカーボルトの位置をベースプレートの中心側に接近させることができ、ベースプレートのサイズが小さく済む。
これにより、ベースプレートの材料費が安く済む。また、コンクリート基礎の幅も狭く済み、基礎の施工コストも安く済む。
なお、通常、柱に溶接固定したベースプレートを４本のアンカーボルトで基礎に固定できるような状況であれば、ベースプレートの面積あるいは基礎の幅が、柱の基礎への固定部の剛性不足となることはない。

（イ）は本発明の一実施例の建物壁部の制震構造の正面図、（ロ）は（イ）の模式的に示したＡ−Ａ断面図である。 （イ）は図１の拡大したＢ−Ｂ断面図、（ロ）は図１の拡大したＣ−Ｃ断面図である。 本発明により柱脚部のベースプレート及び柱頭部のトッププレートを小サイズにできることを説明する図であり、（イ）は従来の柱脚部、（ロ）は本発明の柱脚部、（ハ）は従来の柱頭部、（ニ）は本発明の柱頭部を示す。 （イ）は図１における制震部材の部分の拡大図、（ロ）は（イ）の上部のみの左側面図、（ハ）は（イ）の拡大したＤ−Ｄ切断断面図である。 （イ）は図１の実施例において間柱を設けた場合の建物壁部の制震構造の正面図、（ロ）は（イ）の模式的に示したＥ−Ｅ断面図である。 図５の間柱にあけた制震部材貫通用の穴を説明する図であり、間柱の一部を拡大して示した側面図である。 （イ）は従来の建物壁部の制震構造の模式的に示した正面図、（ロ）は（イ）の模式的に示したＦ−Ｆ断面図である。 図７に示した従来の制震構造の問題点を説明するもので、（イ）、（ロ）、（ハ）はブレースに溶接固定したガセットプレートと角形鋼管柱との接合部近傍のそれぞれ断面図、正面図、左側面図により、変形状態を説明する図である。

以下、本発明を実施した建物壁部の制震構造について、図面を参照して説明する。

図１（イ）は本発明の一実施例の建物壁部の制震構造の正面図、（ロ）は（イ）の模式的に示したＡ−Ａ断面図である。
実施例で対象とする建物は、柱として角形鋼管を用い、梁としてＨ形鋼を用いた例えば２階建てなどの鉄骨共同住宅であり、建物壁部は、角形鋼管柱１と、Ｈ形鋼の上部梁２と、隣接する角形鋼管柱１と角形鋼管柱１との間に対角線状に取り付けたブレースとからなるブレース構面である。建物にある複数のブレース構面の一部（１箇所又は複数箇所）について、図示例のようにブレース３の中間部に制震部材４を設けている。

本発明では、角形鋼管柱１を、図１（ロ）に示すように、また、図１（イ）の角形鋼管柱１の途中に断面を示したように、その管壁平坦面を柱並び方向（図１（ロ）で左右方向）に対して４５°傾斜させて設置している。実施例では角形鋼管柱１として、□−７５×７５×４．５ｍｍの角形鋼管を用いている。図示例の柱高さは２６３２ｍｍ、柱間隔９１０ｍｍである。
この実施例は建物の１階部分であり、角形鋼管柱１が基礎（コンクリート基礎）５上に立てられている。すなわち、図１、図２（ロ）に示す通り、角形鋼管柱１の下端面に溶接固定したベースプレート７をアンカーボルト８（簡略化して示す）で基礎５に固定している。
また、図１、図２（イ）に示す通り、角形鋼管柱１の上端面に溶接固定したトッププレート９をＨ形鋼（上部梁）２のフランジ部にボルト１０で固定している。
なお、実施例では本発明の制震構造を建物の１階部分に適用しているが、２階部分に適用することもできる。その場合、角形鋼管柱の下端部は梁となる。ただし、柱が通し柱であってもよい。

実施例ではブレース３として角形鋼管柱１に用いた角形鋼管と同サイズの角形鋼管を用いている。なお、ブレース３の角形鋼管は、図１（イ）のブレース部分に断面図を示した通り、管壁平坦面が柱並び方向と平行である。
中間部に制震部材４を備えているブレース３の上側部分（ブレース上側部分）２１は、角形鋼管柱１の上端部に溶接固定したガセットプレート１２に溶接固定され、ブレース３の下側部分（ブレース下側部分）２２は、角形鋼管柱１の下端部に溶接固定したガセットプレート１３に溶接固定されている。ガセットプレート１２、１３は例えば厚さ１２ｍｍである。
前記ガセットプレート１２、１３は、図２（イ）、（ロ）に示すようにいずれも、角形鋼管柱１に対してその角形断面対角線方向の角部（管壁平坦面でなく角部）に溶接固定されている。なお、ガセットプレート１２はトッププレート９にも溶接固定され、ガセットプレート１３はベースプレート７にも溶接固定されている。

前記制震部材４は、図４（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、内筒部材１５と外筒部材１６との間に粘弾性体１７を介在させた構造の粘弾性ダンパーである。
外筒部材１６は、略コ字形の両側に耳部を持つ半筒体１６’、１６’を向かい合わせ耳部を互いに固定した二つ割り構造であり、粘弾性体１７を強固に挟持している。
外筒部材１６はその筒状部１６ａから延出する間隔をあけた２つの板状取付部１６ｂを備え、２つの板状取付部１６ｂ間に、ブレース上側部分（角形鋼管）２１の下端面に溶接固定した取付端面板２１ａに溶接固定した継ぎ手板２１ｂを挟み、図４（ロ）のようにボルト２５で締め付け固定している。
内筒部材１５はそのパイプ部１５ａに固定されてパイプ部１５ａから延出する間隔をあけた２つの板状取付部１５ｂを備え、２つの板状取付部１５ｂ間に、ブレース下側部分（角形鋼管）２２の上端面に溶接固定した取付端面板２２ａに溶接固定した継ぎ手板２２ｂを挟み、ボルトで締め付け固定している。

上記の建物壁部の制震構造において、角形鋼管柱１の管壁平坦面が柱並び方向に対して４５°傾斜しているので、中間部に制震部材４を介在させたブレース３を角形鋼管柱１と角形鋼管柱１との間に対角線状に取り付ける場合、ブレース３と角形鋼管柱１とを接合（ブレース上側部分２１の上端部と一方の角形鋼管柱１の上端部、又はブレース下側部分２２の下端部と他方の角形鋼管柱１の下端部とを接合）するガセットプレート１２、１３を角形鋼管柱１の角形断面対角線方向の角部に溶接固定することができる。
この場合、ブレース３からの軸方向力が角形鋼管柱１に伝達される時、前記軸方向力は角形鋼管の面内力として伝達される。図２（イ）に、ブレース３からの軸方向力をＰ、角形鋼管柱１に伝達される面内力をＰ_１、Ｐ_２で示す。このため、軸方向力が管壁平坦面に面外方向に作用する従来の応力状態より有利になり、角形鋼管柱１の変形や、それに伴う角形鋼管柱１のガセットプレート溶接接合部が破壊したりする恐れは顕著に少なくなる。
したがって、制震部材４の減衰性能が角形鋼管柱側の剛性の制約で発揮できなくなる恐れは少なく、制震部材４の減衰性能を有効に利用することができる。

また、実施例のように角形鋼管柱１が基礎上に設置される場合、ブレース３に作用する軸方向力は、角形鋼管柱１、ベースプレート７、アンカーボルト８を介して基礎５に伝達されるが、角形鋼管柱１の管壁平坦面の向きが柱並び方向と４５°方向をなすので、四角形のベースプレート７を四方のアンカーボルトで基礎に固定する場合、図２（ロ）に示すように、アンカーボルト８の位置は角形鋼管柱１の管壁平坦面に対向する位置となる。
したがって、アンカーボルト８の位置をベースプレート７の中心側に接近させることができ、ベースプレート７のサイズが小さく済む。
これにより、ベースプレート７の材料費が安く済む。また、コンクリート基礎５の幅も狭く済み、基礎の施工コストも安く済む。また、若干であるが、敷地面積を効率よく利用できることになる。なお、通常、柱に溶接固定したベースプレートを４本のアンカーボルトで基礎に固定できるような状況であれば、ベースプレートの面積あるいは基礎の幅が、柱の基礎への固定部の剛性不足となることはない。
トッププレート９についても同様であり、図２（イ）に示すように、上部梁（Ｈ形鋼）２に接合する接合ボルト１０の位置をトッププレート９の中心側に接近させることができ、トッププレート９のサイズが小さく済む。
上記のようにベースプレート７あるいはトッププレート９のサイズを従来と比べて小サイズにできることは、図３に示す通りである。図３（イ）は従来の柱脚部、（ロ）は本発明の柱脚部、（ハ）は従来の柱頭部、（ニ）は本発明の柱頭部を示す。従来のベースプレートを７’、従来のトッププレートを９’で示す。

上述した建物壁部の制振構造の施工の一例について説明すると、例えば、工場において、角形鋼管柱１の柱頭部側にトッププレート９、ガセットプレート１２、ブレース上側部分２１を一体に溶接固定し、柱脚部側にベースプレート７、ガセットプレート１３、ブレース下側部分２２を一体に溶接固定し、その状態で建築現場に搬入する。建築現場では、角形鋼管柱１を基礎５上に設置し上部梁２と接合し、次いで、制震部材４の両端をブレース上側部分２１又はブレース下側部分２２にボルト締め固定すると、上述した建物壁部の制振構造が得られる。
また、工場において、制震部材４をブレース上側部分２１とブレース下側部分２２との間に取り付け、制震部材４を取り付けたＮ形の状態で建築現場に搬入することもできる。

図５（イ）は図１の実施例において間柱を設けた場合の建物壁部の制震構造の正面図、（ロ）は（イ）の模式的に示したＥ−Ｅ断面図である。
この実施例では、２本の間柱２３を制震部材４を挟んで両側に設置している。
基礎５の上、及び上部梁（Ｈ形鋼）２の下面に扁平な角パイプ２４を配置し、上下の角パイプ２４に固定したＬ形金物２６に間柱２３の上下の端部をボルト２９で固定している。
間柱２３として幅の広いＣ形鋼を用いており、ブレース３と干渉する部分には図６に示すように、Ｃ形鋼のウエブ２３ａの部分に縦長の穴を２３ｂをあけている。間柱２３の壁部厚み方向の外面側に窯業系防火サイディングなどの外壁材２７を取り付け、内面側に石膏ボードなどの内壁材２８を取り付けている。
間柱２３に関連するもの以外は、図１の実施例と同様である。

１ 角形鋼管柱
２ 上部鋼製梁（Ｈ形鋼）
３ ブレース
４ 制震部材
５ 基礎
７ ベースプレート
８ アンカーボルト
９ トッププレート
１０ 接合ボルト
１２、１３ ガセットプレート
２１ ブレースの上側部分
２２ ブレースの下側部分

Claims (5)

1. 建物壁部が角形鋼管柱と鋼製梁とを備えている場合の建物壁部の制震構造であって、
   前記角形鋼管柱を、その管壁平坦面を柱並び方向に対して４５°傾斜させて設置するとともに、隣接する角形鋼管柱と角形鋼管柱との間に対角線状にブレースを取り付け、前記ブレースの中間部に制震部材を介在させたことを特徴とする建物壁部の制震構造。
2. 前記ブレースの制震部材より上側部分の上端部を、一方の角形鋼管柱の上端部のコーナー部に溶接固定したガセットプレートに固定し、制震部材より下側部分の下端部を、他方の角形鋼管柱の下端部のコーナー部に溶接固定したガセットプレートに固定したことを特徴とする請求項１記載の建物壁部の制震構造。
3. 前記角形鋼管柱が基礎上に設置されている場合であって、角形鋼管柱の下端面に溶接固定したベースプレートをコンクリート基礎にアンカーボルトにて固定して設置したことを特徴とする請求項１又は２記載の建物壁部の制震構造。
4. 前記制震部材が、ブレース上側部分に連結された部分とブレース下側部分に連結された部分とを粘弾性体を介在させて結合してなる粘弾性ダンパーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建物壁部の制震構造。
5. 前記ブレースの上側部分及び下側部分がいずれも角形鋼管からなり、それぞれの制震部材側の端部が制震部材にボルト接合され、制震部材側と反対側の端部がそれぞれガセットプレートに溶接固定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建物壁部の制震構造。

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