JPH11280293A - 多段履歴ダンパー - Google Patents

多段履歴ダンパー

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JPH11280293A
JPH11280293A JP10365198A JP10365198A JPH11280293A JP H11280293 A JPH11280293 A JP H11280293A JP 10365198 A JP10365198 A JP 10365198A JP 10365198 A JP10365198 A JP 10365198A JP H11280293 A JPH11280293 A JP H11280293A
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Yoichi Miyano
洋一 宮野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風荷重から地震荷重までの幅広い荷重に対し
て制振効果を発揮するダンパーを提供する。 【解決手段】 下端が下部間柱3を介して所定階の梁2
に固定された第1ダンパー11と、第1ダンパー11の
変形方向の両側に並べて第1ダンパー11のせん断塑性
変形を所定の変形角に規制するブラケット20を設け
る。第1ダンパー11の上端に第1ダンパー11のせん
断剛性より大きなせん断剛性を有する第2ダンパー15
を連結し、第2ダンパー15の上端を、上部間柱4を介
して上階梁2に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は多段履歴ダンパーに
係り、特に風荷重から地震荷重までの幅広い荷重に対し
て制振効果を発揮する多段履歴ダンパーに関する。
【0002】
【従来の技術】兵庫県南部地震による各種建築物の被害
を反映し、その後の鋼構造建築物の設計には制振構造を
採用したものが増えてきた。制振構造のうちパッシブ制
振は対象とする建築物に外部から力を加えることなくそ
の振動を抑止しようとするもので、各種の構造の履歴ダ
ンパーを建築物内に組み込むようになっている。
【0003】図9、図10は従来のパッシブ制振構造の
うち、ダンパー材料として鋼材を用いた荷重履歴減衰型
ダンパー(以下、履歴ダンパーと記す。)の一例を示し
た模式説明図である。図9には鉄骨柱51、梁52で構
成された架構フレームのK形ブレース53に組み込まれ
た鋼材履歴ダンパー50が示されている。図10には梁
52のスパン中央に立設された間柱55の中間位置に組
み込まれた鋼材履歴ダンパー50が示されている。いず
れの履歴ダンパー50も設計において建物各層の同一ス
パン位置に取り付けられ、各層におけるダンパー効果に
より建物全体の揺れの軽減が図られる。
【0004】図11は鋼材履歴ダンパー50の塑性変形
時の変形履歴を模式的に示した荷重−変位履歴曲線であ
る。図示したように履歴曲線は紡錘形から矩形に近いル
ープ形状を描くことから鋼材履歴ダンパー50は十分な
エネルギー吸収能力を発揮することがわかる。このよう
に鋼材履歴ダンパー50は作用する荷重と揺れの振幅の
大きさによってその制振効果が変化するため、対象とす
る建築物の振動レベルに合わせたダンパー設計が重要に
なってくる。通常は鋼材履歴ダンパーが降伏する荷重と
しての外力の大きさとして中〜大地震時を想定した荷重
が設定されている。また、ダンパーに使用する鋼材とし
ては降伏荷重が小さく変形性能が優れた、すなわちエネ
ルギー吸収能が高い低降伏点鋼材が使用されてきてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、制振構造を
組み込んだ高層建築物では地震動による振動のみならず
強風による揺れの制御を図ることが求められている。地
震荷重と風荷重では荷重による振動レベルが大きく異な
るため、制振制御の主目的荷重をいずれにするかでダン
パーの設計容量が異なる。このため、異なる容量の履歴
ダンパーを配置したり、いずれかの荷重にのみ対応させ
たダンパー設計を行っているのが実状であり、制振構造
が組み込まれた建築物は複雑な構造になってしまい、設
計、施工上の問題が生じていた。また、上述した低降伏
点鋼や普通鋼等を組み合わせて対応振動レベルに幅を持
たせたダンパーも開発されているが、変形性能の把握が
困難であることや製作コスト等の面での問題があった。
【0006】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、1種類の履歴ダンパーで風
荷重からある地震荷重までにわたり制振効果を発揮でき
るような多段履歴ダンパーを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は下端が固定部材を介して所定階の架構フレ
ームに固定された第1の履歴ダンパーと、該第1の履歴
ダンパーの変形方向の両側に並設され、第1の履歴ダン
パーのせん断塑性変形が所定の変形角までとなるように
変形を規制するブラケットと、前記第1の履歴ダンパー
の上端に連結され第1の履歴ダンパーのせん断剛性より
大きなせん断剛性を有する第2の履歴ダンパーとを備
え、前記第2の履歴ダンパーの上端が固定部材を介して
前記架構フレームの上階架構フレームに固定されたこと
を特徴とする。
【0008】下端が固定部材を介して架構フレームに固
定された第1の履歴ダンパーと、該第1の履歴ダンパー
の変形方向の両側に並設され、第1の履歴ダンパーのせ
ん断塑性変形を所定の変形角に規制するブラケットと、
前記第1の履歴ダンパーの上端に第1の履歴ダンパーの
せん断剛性より順次大きなせん断剛性を有するように履
歴ダンパーを多段に連結し、最上段の履歴ダンパーの上
端が固定部材を介して前記架構フレームの上階架構フレ
ームに固定され、前記最上段の履歴ダンパーより1段下
の履歴ダンパー位置までそれぞれの履歴ダンパーのせん
断塑性変形の変形角を規制するブラケットが設けられた
ことを特徴とする。
【0009】前記第1ないし最上段までの履歴ダンパー
は鋼材組立部材からなり、該組立部材のウェブに低降伏
点鋼板を使用したことが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の多段履歴ダンパー
の一実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。図1は本発明の多段履歴ダンパー(以下、履歴ダン
パー1と記す。)を間柱形式のパッシブ制振構造に適用
した実施の形態を示した正面図である。多段履歴ダンパ
ー1はダンパー本体10と、ダンパー本体10のせん断
変形を所定変形角に制限する規制ブラケット20とから
構成されている。多段履歴ダンパー1全体は図1に示し
たように鉄骨構造の架構フレームの一部である梁2上に
立設された固定部材としての下部間柱3上に堅固に固定
される一方、2段に重ねられたダンパー本体10の上端
は固定部材としての上部間柱4に連結されている。さら
に上部間柱4の上端4bは上階の架構フレームの一部で
ある梁2に堅固に固定されている。なお、これら上部間
柱4、下部間柱3及び上下階の梁2には履歴ダンパー1
の減衰性能が発揮できるように十分な構造耐力を有する
部材が用いられている。本実施の形態では上部間柱4、
下部間柱3と梁2との接合には高張力ボルトによるボル
ト接合が適用されているが、適正な溶接断面の溶接接合
を行うことも好ましい。
【0011】ダンパー本体10及び規制ブラケット20
の構成について図2、図3を参照して説明する。両図に
示したようにダンパー本体10は第1ダンパー11と第
2ダンパー15とを積み上げて堅固に連結した2段構造
からなり、いずれのダンパー11、15も所定寸法の鋼
板を組み立てた平面視してH形断面をなす組立部材から
なる。本実施の形態では第1ダンパー11の外周枠体1
2には一般構造用圧延鋼材(JISG3101)に規定
されたSS490の鋼板がされている。さらに外周枠体
12に囲まれたウェブ14には低降伏点鋼板が使用され
ている。この低降伏点鋼板としては降伏耐力σy=10
0〜200N/cm2の規格のものが使用されている。
各鋼板は溶接接合され全体が箱形状に組み立てられてい
る。なお、外周枠体12に使用する鋼板としては溶接構
造用圧延鋼材(JISG3106)に規定されたSM4
90程度のものも適している。
【0012】第1ダンパー11の外周枠体12のフラン
ジ13の両外側には規制ブラケット20が下辺を第1ダ
ンパー11の下端11aに接するようにして下部間柱3
上に固定されている。この規制ブラケット20には第1
ダンパー11のフランジ13に面して当接フランジ21
が形成されている。この当接フランジ21は水平方向力
が作用して第1ダンパー11がせん断変形し、そのフラ
ンジ13が当接した際に、せん断変形の進行を規制する
役割を果たす。このときの当接フランジ21の傾角θ
は、第1ダンパー11がせん断変形した際に、その塑性
変形によってエネルギー吸収が開始できるような角度に
設定することが好ましい。たとえば傾角θはダンパー高
さHとセットバックδとの関係からθ=arctan(δ/
H)で求まるが、このときδ/H=0.05程度に設定
することが好ましい。第1ダンパー11の設計の考え方
から見ると、各部材の材質、強度、寸法は想定した設計
振動レベル(風、地震を問わず)に対して当接フランジ
21の傾角に相当する変形が生じるように設定すること
が好ましい。規制ブラケット20の材質としては十分な
変形抵抗性を有する組立鋼材でもよいし、過大な重量で
なければ中実鋼材としてもよい。
【0013】第1ダンパー11の上部には第2ダンパー
15が堅固に連結されている。第2ダンパー15は第1
ダンパー11と同様に鋼板を組み立てたH形断面をなし
た組立部材であり、その高さは第1ダンパー11とほぼ
等しく、フランジ16の幅、ウェブ12の高さはともに
第1ダンパー11より大きく設定されている。また、使
用鋼材の材質は外周枠体のフランジ16には第1ダンパ
ー11と同様の一般構造用圧延鋼材が、ウェブ17には
第1ダンパー11の低降伏点鋼板より降伏耐力の高い低
降伏点鋼板が使用されている。その板厚も第1ダンパー
11のウェブ14の板厚よりも厚く設定されている(図
3参照)。
【0014】ここで、多段に配置された履歴ダンパーの
作用について図4〜7を参照して説明する。図4のよう
に構成された2段履歴ダンパー1において、第1ダンパ
ー11は塑性変形開始の振動レベル(荷重レベル)が風
荷重のような小荷重に設定されているので、外乱として
ある程度以上の風荷重が作用すると、第1ダンパー11
のみが塑性変形してエネルギー吸収し一定の制振効果を
発揮する。このとき第2ダンパー15は第1ダンパー1
1より高いせん断剛性を有しているので弾性範囲での小
さな変形で第1ダンパー11の変形に追従した並進動作
を示すのみである。第1ダンパー11が塑性変形して規
制ブラケット20の当接ブラケットの傾角に等しい程度
に達する。この間、反対方向の水平荷重による載荷、除
荷が繰り返されたときの履歴ダンパーの変形履歴は図5
に示したような略矩形ループを示し、その間十分なエネ
ルギー消費(吸収)が果たされる。そして塑性変形が規
制ブラケット20の当接フランジ21の傾角に等しい程
度(水平変位δ1)に達すると変形が増加しない状態で
作用荷重のみが増加する(図5参照)。また図4に示し
たように、第1ダンパー11は変形が拘束されるのでそ
の後は第1ダンパー11の上部に連結された第2ダンパ
ー15のみが塑性変形を開始し、第1ダンパー11より
大きな塑性エネルギーを吸収する。
【0015】次に、図6のように構成された3段履歴ダ
ンパーの作用について簡単に説明する。本実施の形態で
は第3ダンパー18が第2ダンパー15の上部に連結さ
れているが、この第3ダンパー18は第2ダンパー15
よりもせん断剛性が大きく設定された部材を用いて製作
されている。このような3段構成となっているため、こ
の履歴ダンパーの荷重作用時の変形履歴は模式的に図7
のように表される。すなわち、第1ダンパー11、第2
ダンパー15はそれぞれ規制ブラケット20の規制変形
角(変形量δ1、δ2に相当)まで変形する。このとき第
2ダンパー15の上面での変形量は第1ダンパー11の
変形量を累加した大きさ(δ1+δ2)になる。また、除
荷時にはまず第1ダンパー11のみが当初変形方向と反
対方向に変位ゼロ位置からさらにδ1だけ反対方向に変
位し、2δ1だけ変形した後に第2ダンパー15の変形
が始まる。このように、第2ダンパー15の除荷時には
第1ダンパー11のときより十分大きな履歴ループが得
られ、エネルギー吸収も大きくなる。これにより大地震
等においても十分な変形性能を示し、構造物が崩壊に至
るのを防止することができる。
【0016】さらに必要に応じて図8に示したような第
4ダンパー19やそれより多段の履歴ダンパーを製作す
ることも可能である。このように構造物が必要とする振
動レベル(荷重レベル)に応じてせん断剛性を増加させ
た履歴ダンパーを多段に積み上げた構造とすることによ
り風荷重のような比較的小さな振動レベルから大地震を
想定した振動レベルまでの幅広い振動レベルに対して制
振効果を発揮することができる。
【0017】以上の説明は鉄骨構造の架構フレーム内に
間柱形式の履歴ダンパーを組み込んだ例をもとに行った
が、例えば鉄筋コンクリート建築物に設けられたピロテ
ィ部分に組み込んだりすることも可能である。また、履
歴ダンパーを架構フレームに組み込む際の固定部材も、
上述の間柱のみならず、プレキャストコンクリート壁体
の一部、ブレースのリンク部分、壁面トラスの一部、壁
柱の一部等ダンパーの減衰効果を引き出せるような部材
であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多段履歴ダンパーの一実施の形態
を示した正面図。
【図2】図1の多段履歴ダンパーを拡大して示した正面
図。
【図3】図2に示した断面線(IIIa−IIIa、IIIb−III
b)に沿って示した平断面図。
【図4】2段履歴ダンパーにおいて第1ダンパーが規制
ブラケット位置まで塑性変形した状態を示した模式説明
図。
【図5】図4に示した2段履歴ダンパーの荷重−変位履
歴ループを模式的に示した履歴曲線図。
【図6】3段履歴ダンパーの構成例を示した模式構成
図。
【図7】図6に示した3段履歴ダンパーの荷重−変位履
歴ループを模式的に示した履歴曲線図。
【図8】4段履歴ダンパーの構成例を示した模式構成
図。
【図9】従来の鋼材履歴ダンパーの構成の一例を示した
模式構成図。
【図10】従来の鋼材履歴ダンパーの構成の他の例を示
した模式構成図。
【図11】従来の鋼材履歴ダンパーの荷重−変位履歴ル
ープの一例を模式的に示した履歴曲線図。
【符号の説明】
1 多段履歴ダンパー 2 梁 3 下部間柱 4 上部間柱 10 ダンパー本体 11 第1ダンパー 13,16 フランジ 14,17 ウェブ 15 第2ダンパー 20 規制ブラケット 21 当接フランジ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下端が固定部材を介して所定階の架構フレ
    ームに固定された第1の履歴ダンパーと、該第1の履歴
    ダンパーの変形方向の両側に並設され、第1の履歴ダン
    パーのせん断塑性変形が所定の変形角までとなるように
    変形を規制するブラケットと、前記第1の履歴ダンパー
    の上端に連結され第1の履歴ダンパーのせん断剛性より
    大きなせん断剛性を有する第2の履歴ダンパーとを備
    え、前記第2の履歴ダンパーの上端が固定部材を介して
    前記架構フレームの上階架構フレームに固定されたこと
    を特徴とする多段履歴ダンパー。
  2. 【請求項2】下端が固定部材を介して架構フレームに固
    定された第1の履歴ダンパーと、該第1の履歴ダンパー
    の変形方向の両側に並設され、第1の履歴ダンパーのせ
    ん断塑性変形を所定の変形角に規制するブラケットと、
    前記第1の履歴ダンパーの上端に第1の履歴ダンパーの
    せん断剛性より順次大きなせん断剛性を有するように履
    歴ダンパーを多段に連結し、最上段の履歴ダンパーの上
    端が固定部材を介して前記架構フレームの上階架構フレ
    ームに固定され、前記最上段の履歴ダンパーより1段下
    の履歴ダンパー位置までそれぞれの履歴ダンパーのせん
    断塑性変形の変形角を規制するブラケットが設けられた
    ことを特徴とする多段履歴ダンパー。
  3. 【請求項3】前記第1ないし最上段までの履歴ダンパー
    は鋼材組立部材からなり、該組立部材のウェブに低降伏
    点鋼板を使用したことを特徴とする請求項1または請求
    項2記載の多段履歴ダンパー。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003027416A (ja) * 2001-07-18 2003-01-29 Sumitomo Rubber Ind Ltd 並列ケーブルの制振装置
JP2012225411A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Kajima Corp 変形制限機能付きダンパー内蔵耐震装置
JP2015140553A (ja) * 2014-01-28 2015-08-03 大和ハウス工業株式会社 鉄骨造建物のブレース使用耐力壁構造

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