JPH1018637A - 建築物の制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダンパーを建築物の一部に設置しようとする
場合、その設置場所によっては建築計画を制約してしま
うような問題があり、また、これらのダンパー設置に必
要な費用や、設置後のメンテナンスに要する費用など、
コスト面において問題があった。 【解決手段】 柱１または梁２の少なくとも一部を構成
しそれぞれの一端が互いに突き合わせられた第一のフレ
ーム構成材および第二のフレーム構成材と、前記第一の
フレーム構成材および第二のフレーム構成材の端部に沿
って配置されこれらに対して固定された添え板９とを備
え、前記端部の少なくとも一方と添え板９との結合部が
ダンパーとして構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐震性能の向上の
ために建築物に設置された建築物の制振構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、建築物に作用する地震力を始めと
した振動に対して、その建築物の応答を抑制または制御
するために、制振構造を採用した建築物が建設されるよ
うになってきている。このような制振構造の代表的なも
のとして、例えばダンパーにより地震の振動エネルギー
を吸収して建物の振動を軽減しようとするものがある。
これらのダンパーは、壁と柱や梁の間、壁、柱やブレー
スの一部などに設置されるのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダンパ
ーを上記のように建築物の一部に設置しようとする場
合、その設置場所によっては建築計画を制約してしまう
ような場合があった。また、これらのダンパー設置に必
要な費用や、設置後のメンテナンスに要する費用など、
コスト面において問題があった。このようなことから、
建築計画を制約せず、また設置やメンテナンスが比較的
容易でありコストもかからないような制振構造が望まれ
ていた。

【０００４】本発明の建築物の制振構造においては、上
記のような事情に鑑み、設置にあたっては、従来一般の
制振構造を備えない建築物とほぼ同じ外観および手順で
施工することができ、設置コストが比較的安価であり、
かつ、設置後のメンテナンスも容易であるような建築物
の制振構造の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の建築物の制振構
造においては、上記の課題を解決するために以下の手段
を採用した。すなわち、請求項１記載の建築物の制振構
造は、建築物の柱または梁に設けられた建築物の制振構
造であって、該柱または梁の少なくとも一部を構成しそ
れぞれの一端が互いに突き合わせられた第一のフレーム
構成材および第二のフレーム構成材と、前記第一のフレ
ーム構成材および第二のフレーム構成材の端部に沿って
配置されこれらに対して固定された添え板とを備えてな
り、前記端部の少なくとも一方と前記添え板との結合部
がダンパーとして構成されていることを特徴とする。

【０００６】この建築物の制振構造は、梁や柱がフレー
ム構成材を複数連結することによって構成されている場
合に、これらのフレーム構成材同士の連結部にダンパー
を介装することによって制振構造を形成するものであ
る。具体的には、二つのフレーム構成材の継ぎ目に沿っ
て配置された添え板とフレーム構成材との結合部がダン
パーとして構成され、地震時にフレーム構成材に曲げ応
力が作用した場合には、このダンパーが地震の振動エネ
ルギーを吸収し建築物における振動を制御する。また、
この建築物の制振構造は、例えば鉄骨などの梁や柱を構
成するフレーム構成材が継ぎ目を有し、その継ぎ目が添
え板によって接合されている建築物の架構においてなら
ば設置可能である。

【０００７】請求項２記載の建築物の制振構造は、請求
項１記載の建築物の制振構造であって、前記第一のフレ
ーム構成材が柱または梁に固定された一対の端部材から
構成され、前記第二のフレーム構成材が前記端部材の中
間に配置された中央材から構成されていることを特徴と
する。この建築物の制振構造においては、中央材とその
両端に接合された一対の端部材とが、フレーム構成材と
して梁や柱などの一部または全部を構成している場合
に、中央材と一対の端部材との接合部にダンパーを設置
するものである。このとき、中央材と端部材の接合のた
めに配置された添え板と中央材もしくは端部材の少なく
とも一方との結合部にダンパーが設置される。この建築
物の制振構造は、例えば、鉄骨造の建築物において、柱
もしくは梁が鉄骨とその両端に接合されたブラケットに
よって構成されているような場合に適用することができ
る。

【０００８】請求項３記載の建築物の制振構造は、請求
項１または２記載の建築物の制振構造であって、前記ダ
ンパーとして構成された前記結合部にダンパー構成材が
介装されることを特徴とする。この建築物の制振構造に
おいては、添え板とフレーム構成材の間にダンパー構成
材が介装されることによりダンパーが構成される。この
ため、フレーム構成材を添え板で連結することによって
連結部が構成される通常の鉄骨による架構において、添
え板とフレーム構成材との間に介装されるフィラープレ
ートの代わりにダンパー構成材を用いることによって設
置することができる。また、この場合、設置に当たって
の施工手順および設置後の外観はこのような制振構造を
設置しない一般の建築物を施工する場合と殆ど変わり無
いものとすることができる。

【０００９】請求項４記載の建築物の制振構造は、請求
項１、２または３記載の建築物の制振構造であって、前
記ダンパーが摩擦ダンパーであることを特徴とする。こ
の建築物の制振構造においては、ダンパーが摩擦ダンパ
ーとして構成されている。このダンパーは、摩擦材を用
いたすべり面として形成されるため、面的な形状とする
ことが可能であり、上記のように添え板とフレーム構成
材との中間に配置されるダンパーとして好適である。ま
た、地震時などに、フレーム構成材に曲げ応力が作用し
たときには、この摩擦面において滑りが許容されること
によって、フレーム構成材同士の連結部が回転変形しな
がらダンパー効果を発揮することが可能である。さら
に、この建築物の制振構造においては、例えば鋼材など
を利用した履歴ダンパー構成材を使用した場合に比べ
て、累積塑性歪や鋼材疲労などの劣化が殆ど無い。

【００１０】請求項５記載の建築物の制振構造は、請求
項１、２または３記載の建築物の制振構造であって、前
記ダンパーが粘弾性ダンパーとして構成されていること
を特徴とする。この建築物の制振構造においては、ダン
パーが粘弾性ダンパーとして構成されるため、例えば、
鋼材などを利用した履歴ダンパーなどを使用した場合と
比べて、累積塑性歪や鋼材疲労などの劣化が殆ど無いば
かりでなく、ダンパー全体を比較的コンパクトでエネル
ギー減衰率の高いものとすることができ、風や中小地震
に対しても効果的に振動を低減することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態
を示した図である。図中、符号１は建築物を構成する柱
であり、２は柱１の間に架設された梁である。梁２は、
第一のフレーム構成材である柱に結合された一対の端部
材３と、端部材３の中間に配置された第二のフレーム構
成材である中央材４から構成されている。端部材３およ
び中央材４はともにＨ形鋼からなる鉄骨材であり、端部
材３は端部材フランジ５と端部材ウェブ６から、中央材
４は中央材フランジ７および中央材ウェブ８から構成さ
れている。また端部材３は、柱１に溶接され、固定され
ている。端部材３と中央材４との接合部においては、端
部材フランジ５および中央材フランジ７に沿って添え板
９が、端部材ウェブ６および中央材ウェブ８に沿ってス
プライスプレート１０が配置され、それぞれ端部材３と
中央材４を接合する役割を果たしている。

【００１２】端部材フランジ５、中央材フランジ７およ
び添え板９による結合部の断面を拡大して図示したのが
図２である。添え板９と端部材フランジ５との間には、
鋼製のフィラープレート１１が配置され、添え板９と中
央材フランジ７との間にはダンパー構成材１２が介装さ
れている。端部材フランジ５、フィラープレート１１、
添え板９、および、中央材フランジ７、ダンパー構成材
１２、添え板９は図に示すようにそれぞれ高力ボルト１
３によって締結され結合されている。また、添え板９の
中央材フランジ７側に設けられた高力ボルト１３を挿通
するための穴はルーズホール１４とされており、添え板
９から見て高力ボルト１３の締結位置が中央材４の軸方
向に滑動可能となるようにされている。一方、ダンパー
構成材１２は摩擦ダンパー用にすべり耐力を安定させて
耐久性を向上させるための表面処理を施した滑りプレー
トから構成されており、高力ボルト１３によって添え板
９との間に圧縮力が加えられ、所定の摩擦力が確保され
ている。また、この所定の摩擦力以上の力が矢印Ａの方
向に加わった場合には、ダンパー構成材１２と添え板９
との間が滑り面となって、ダンパー構成材１２および中
央材４が添え板９に対して矢印Ａで表した方向に滑動す
ることが可能となっている。

【００１３】次に、以上のような構成とされた本実施の
形態における作用を説明する。地震時には、梁２には曲
げ応力が作用することとなるが、このとき、中央材４は
湾曲して変形しようとする。このため、中央材４の端部
においては、中央材フランジ７が矢印Ａで示した方向に
変位しようとする力が働く。このとき中央材部フランジ
７のいずれもが端部材３に剛接合されていれば、この変
位は拘束されることになるが、本実施の形態の建築物の
制振構造においては、添え板９と中央材フランジ７との
間にダンパー構成材１２が介装されているため、中央材
４に作用する曲げ応力が所定の曲げ応力に達した場合に
は、添え板９とダンパー構成材１２の間が摩擦面となっ
て滑りが発生し、中央材４の曲げによる変形を許容する
ように機能する。したがって、中央材４が、平面保持の
仮定が成り立つように湾曲して弾性変形する余地が剛接
合の場合に比べて大きくなる。

【００１４】このように中央材４が弾性変形する余地が
大きくなることについての効果は、特に中央材４端部に
おいて顕著なものとなる。一般に、両端が剛接合された
梁が曲げ応力を受けた場合、端部が最初に降伏して塑性
変形を生じる。このため、例えばＨ型鋼などを建築材と
して使用する場合には、降伏した端部が、脆性的に破壊
せず、塑性ヒンジの状態を保ったまま変形することが可
能であるように、幅厚比の規定が定められている。しか
し、本実施の形態のような建築物の制振構造を、建築物
の梁を構成する鉄骨材の剛接合部に採用することによ
り、梁端部が弾性変形する余地が大きくなり、梁に塑性
ヒンジが発生することを防ぐことができる。したがっ
て、梁部材の弾性変形のみを考慮した許容応力度設計を
適用すればよくなるとともに、梁部材に幅厚比の規定を
適用する必要がなくなり、梁部材のコストダウンを図る
ことができる。

【００１５】以上のように、本実施の形態の建築物の制
振構造は、従来、梁と柱の接合方法が、剛接合とピン接
合しかなかったことに対して、滑りを許容することによ
って半剛接合となる接合形式を採用したものである。す
なわち、添え板９とダンパー構成材１２との間が滑り面
とされることにより、中央材４からみて端部材３の回転
拘束力が剛接合の場合に比べて低下し、中央材４と端部
材３の接合部自体が回転変形しながら地震エネルギーを
吸収して、ダンパー効果を発揮する。

【００１６】図３は、このような本実施の形態における
制震効果を説明するために、中央材４と端部材３の接合
部における曲げモーメントＭと回転角φの関係を、接合
部を剛接合した場合およびピン接合した場合とで比較し
たものである。図中、各グラフの縦軸は接合部における
曲げモーメントＭの値を表したものであり、横軸は接合
部の回転角φの値を示すものである。また、（ａ）が剛
接合の場合、（ｂ）がピン接合の場合であり、（ｃ）は
本実施の形態における接合形式の場合である。（ａ）、
（ｂ）の場合は履歴特性の面積がなくエネルギー吸収が
ないが、（ｃ）の場合には履歴曲線で囲まれた面積Ｓに
相当するエネルギー吸収が見込まれる。

【００１７】また、図３（ｃ）に示したような本実施の
形態における接合部の履歴特性は、履歴ダンパーのよう
に鋼材の降伏によるものではなく、ダンパー構成材１２
と添え板９との滑りによるものである。このため、本実
施の形態の建築物の制振構造においては、地震によって
も、累積塑性歪や鋼材疲労などの劣化がなく摩擦面のわ
ずかな摩耗のみが生じることとなり、基本的にメンテナ
ンスフリーとすることができる。

【００１８】さらに、本実施の形態の建築物の制振構造
においては、摩擦ダンパーによって梁２および中央材４
の端部応力が制御されるため、これらの端部に局所的に
大きな力が加わることがない。従来は、建築物の水平耐
力を大きくしようとすると剛性も大きくしなければなら
ず、局所的に必要な耐力を確保するために、ブレースを
付加したり梁の一部を大きくするなど、建築物の剛性を
必要以上に高めなければならない場合もあり、このこと
によって、建築計画を阻害してしまうこともあった。し
かし、この建築物の制振構造においては、局所的に大き
な力が加わることがないため、剛性と耐力を別々に設定
し制御することが容易となり、設計の自由度が従来に比
べて増大することとなる。

【００１９】さらに、梁２の端部の曲げ応力が制御され
ることによって、柱１の曲げや軸力も剛接合の場合に比
べて小さくなる。したがってこの建築物の制振構造によ
れば、柱に対しても経済的な設計を行うことができる。
この他にも、本実施の形態の建築物の制振構造は、剛接
合の場合に比べて梁２の端部応力が大きくならないため
に、柱２からのブラケットとして柱２に溶接される端部
材３が短くてよくなる。このため、柱２を輸送する際に
有利である。

【００２０】本実施の形態の建築物の制振構造は、以上
に述べたような利点を有するものであるが、さらに、建
築物において設置する際には、一般の鉄骨造の建築物に
おいて、梁を構成する鉄骨材同士の接合部において用い
られるフィラープレートを単にダンパー構成材１２に変
更することにより設置可能である、という利点を有す
る。このように、本実施の形態の建築物の制振構造は、
通常の建築物における耐震構造架構と全く同じ外観およ
び施工方法で施工でき、他に特別な装置および構造を必
要としないため、他の制振構造に比べ設置コストの点に
おいて優れている。

【００２１】以上で本発明の一実施の形態を示したが、
本発明は上記の形態に限定されるものでなく、設置対象
となる建築物の構造に対応して、また、要求される制振
性能の程度などに応じて、設置箇所や形態等の変更を行
い得るものである。例えば、図４は、建築物における曲
げ柱１５に、本発明の建築物の制振構造を適用したもの
である。図に示すように、曲げ柱１５は、梁２の中間に
架設されており、端部材３が梁２に固定され、端部材３
の中間に中央材４が架設されている。本発明の建築構造
物の制振構造は、この中央材４と端部材３の接合部に適
用され、中央材４のフランジである中央材フランジ７と
添え板９の間には、上記の実施の形態と同様に図示しな
いダンパー構成材が介装されている。このように曲げ柱
に本発明を適用することによっても、建築物の耐震架構
において制振効果を得ることが可能である。

【００２２】また、上記実施の形態においては、ダンパ
ー構成材１２が添え板９と中央材フランジ７との間に介
装されているが、そのかわりに、添え板９と中央材フラ
ンジ７との結合部に摩擦用の塗装を施すことにより、ダ
ンパー構成材１２を省略することも可能である。さら
に、摩擦面の表面処理として有機系塗料を使用すること
などにより、地震等によって摩擦面に滑りが発生したと
きの滑りの音を防止することができる。

【００２３】上記実施の形態、および以上に挙げたその
変形例においては、おもに摩擦ダンパーをフレーム構成
材の間に設置する場合を例として挙げたが、この摩擦ダ
ンパーを粘弾性ダンパーにすることも可能である。この
場合には、例えば、上記実施の形態におけるダンパー構
成材１２として、粘弾性体を用いたダンパー構成材を使
用するようにすればよい。このようにすることによっ
て、地震時には、粘弾性体がせん断変形し建築物におけ
る振動エネルギーの吸収が行われる。また、比較的高い
減衰作用を有するものがコンパクトに製作できるという
利点もある。

【００２４】

【発明の効果】本発明の建築物の制振構造は、建築物の
梁や柱などが、フレーム構成材を複数連結することによ
って構成されている場合に適用できるものであり、具体
的にはフレーム構成材の端部同士を連結する添え板とフ
レーム構成材との結合部がダンパーとされるものであ
る。したがって、本発明は、例えば従来の鉄骨造の耐震
架構などに対して適用することができる。特に、本発明
を建築物における梁や曲げ柱に適用すれば、通常の建築
物と同じ架構形式で高い制振効果が得られ、従来用いら
れてきた、建築物の梁や柱の一部、もしくは屋外などに
設置される制振構造にくらべて、設置コストの面で有利
なだけでなく、建築計画を阻害するようなことがない。
また、本発明の建築物の制振構造において、添え板とフ
レーム構成材の間にダンパー構成材を介装してダンパー
を構成することにより、通常の鉄骨による架構におい
て、添え板とフレーム構成材との間に介装されるフィラ
ープレートの代わりにダンパー構成材を用いるだけで、
本発明の建築物の制振構造を設置することが可能とな
る。この場合には、従来の耐震架構と殆ど同じ外観およ
び手順で施工および設置することが可能である。さら
に、ダンパーとして摩擦ダンパーを用いた場合には、本
発明は、梁や曲げ柱およびそれらを構成する部材の端部
応力を制御するように作用することから、梁や曲げ柱に
局所的に大きな力が加わることがなく、そのため梁や曲
げ柱、およびそれらに接合する柱などの部材について経
済的な設計を行うことができるとともに、建築物の剛性
および耐力を別々に制御することが可能であり、建築計
画の自由度が増大する。また、このようにダンパーとし
て摩擦ダンパーを用いた場合には、鋼材になどによる履
歴ダンパーを使用した場合に比べ、累積塑性歪や鋼材疲
労などの劣化がなく、メンテナンスコストの面で有利で
ある。また、ダンパーとしては粘弾性ダンパーを用いて
もよく、この場合にはダンパーに高い振動減衰性能をも
たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を示す建築物における
架構の一部の側面図である。

【図２】 図１の要部を拡大して図示した断面図であ
る。

【図３】 本発明の一実施の形態における制振効果を説
明するための、中央材および端部材の接合部における曲
げモーメントと回転角の関係を別の接合形式と比較した
図である。

【図４】 本発明の他の実施の形態を示す建築物におけ
る架構の一部の側面図である。

【符号の説明】

１ 柱 ２ 梁 ３ 端部材 ４ 中央材 ９ 添え板 １２ ダンパー構成材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建築物の柱または梁に設けられた建築物
   の制振構造であって、該柱または梁の少なくとも一部を
   構成しそれぞれの一端が互いに突き合わせられた第一の
   フレーム構成材および第二のフレーム構成材と、前記第
   一のフレーム構成材および第二のフレーム構成材の端部
   に沿って配置されこれらに対して固定された添え板とを
   備えてなり、前記端部の少なくとも一方と前記添え板と
   の結合部がダンパーとして構成されていることを特徴と
   する建築物の制振構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建築物の制振構造であっ
   て、前記第一のフレーム構成材が柱または梁に固定され
   た一対の端部材から構成され、前記第二のフレーム構成
   材が前記端部材の中間に配置された中央材から構成され
   ていることを特徴とする建築物の制振構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の建築物の制振構
   造であって、前記ダンパーとして構成された前記結合部
   にダンパー構成材が介装されることを特徴とする建築物
   の制振構造。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の建築物の制
   振構造であって、前記ダンパーが摩擦ダンパーであるこ
   とを特徴とする建築物の制振構造。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３記載の建築物の制
   振構造であって、前記ダンパーが粘弾性ダンパーである
   ことを特徴とする建築物の制振構造。