(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
建築物や建造物の土台と柱及び横架材等の構造部材で形成される矩形の空間部に補強部材を上記柱と上記土台又は横架材間に架設すると共に、上記補強部材間に上記構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を吸収可能な外力吸収ダンパを介在した制震装置であって、
上記外力吸収ダンパは、一対の側片を有する中空矩形状の外殻基部と、該外殻基部の上記側片間に上記外力の作用方向に沿って配列される複数の中空部を区画する複数のリブを有すると共に、上記中空部及びリブが上記外力に応じて変形可能なアルミニウム製押出形材にて形成され、
上記補強部材は、それぞれ基端部が上記構造部材に固定される断面矩形状のアルミニウム製中空押出形材にて形成される複数の補強部材からなり、上記複数の補強部材の先端部には、上記外力の作用によって互いに干渉するのを防止すべく切欠部が形成され、かつ、上記外力吸収ダンパの長手方向に沿う対向する上記側片の外側面に面接触した状態で固定される連結片を有する、
ことを特徴とする制震装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載の構造においては、一端部が構造部材に固定される補強部材の他端部と外力吸収ダンパの長手方向の端部とを連結金具を介して連結する構造であるため、外力が補強部材と外力吸収ダンパの連結部すなわち外力吸収ダンパの長手方向の端部に集中してしまい、外力吸収ダンパの制震機能が十分に発揮できず制震性能が低下する懸念がある。
【0007】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、建築物や構造物を構成する構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を外力吸収ダンパ全体が均等に吸収して制震性能の向上を図れるようにした制震装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を達成するために、この発明の制震装置は、建築物や建造物の土台と柱及び横架材等の構造部材で形成される矩形の空間部に補強部材を上記柱と上記土台又は横架材間に架設すると共に、上記補強部材間に上記構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を吸収可能な外力吸収ダンパを介在した制震装置であって、 上記外力吸収ダンパは、一対の側片
を有する中空矩形状の外殻基部と、該外殻基部の上記側片間に上記外力の作用方向に沿って配列される複数の中空部を区画する複数のリブを有すると共に、上記中空部及びリブが上記外力に応じて変形可能なアルミニウム製押出形材にて形成され、 上記補強部材は、それぞれ基端部が上記構造部材に固定される断面矩形状のアルミニウム製中空押出形材にて形成される複数の補強部材からなり、上記複数の補強部材の先端部には、上記外力の作用によって互いに干渉するのを防止すべく切欠部が形成され、かつ、上記外力吸収ダンパの長手方向に沿う対向する上記側片の外側面に面接触した状態で固定される連結片を有する、ことを特徴とする。この場合、上記外力吸収ダンパと上記複数の補強部材の連結片とは、少なくとも上記外力吸収ダンパの長手方向の両端部を含む複数箇所を複数の固定部材で固定されている方が好ましい。
【0009】
このように構成することにより、構造部材に圧縮力及び引張力等の外力が作用すると、その力が補強部材を介して外力吸収ダンパの長手方向に沿う外側面に作用、すなわち外力吸収ダンパの両側片に均等に荷重が加わって、外力吸収ダンパが全体的に塑性変形して振動エネルギを吸収し減衰することができる。
【0010】
この発明において、上記補強部材に形成される切欠部は、外力の作用によって互いに干渉するのを防止できれば、任意の形状でよいが、好ましくは上記補強部材の両側壁部に延在されると共に、上記連結片の両側から起立して上記外力吸収ダンパの両側面を保持する一対の側片を有して形成される方がよい。この場合、上記側片
の上端を、上記側壁部の上端から
上記補強部材の先端に向かって下り勾配状に形成するか、あるいは、
上記側壁部の上端より低い矩形状又は段状に形成する方がよい。
【0011】
このように構成することにより、補強部材の一対の側片によって外力吸収ダンパを保持することができると共に、外力の作用によって補強部材の先端部同士が干渉するのを防止することができる。
【0012】
また、この発明において、上記補強部材の両側壁部における上記切欠部の近傍部位又は上記側壁部に延在する側片の切欠部に、上記両側壁部又は両側片の対向する内側面間に嵌装される筒状部材と、上記両側壁部又は両側片に設けられた取付孔の一方と上記筒状部材を貫通して他方の取付孔に固定される固定部材とからなる座屈防止部を設ける方が好ましい。
【0013】
このように構成することにより、補強部材の長手方向と直交する方向の荷重に対して補強部材が座屈変形するのを防止することができる。
【0014】
加えて、この発明において、上記外力吸収ダンパは
複数個有し、各外力吸収ダンパは、該外力吸収ダンパの長手方向に連設
される構造としてもよい。
【0015】
このように構成することにより、設計荷重に応じて外力吸収ダンパの個数を調整することができる。また、リブの形状が例えば波形状のような押出成形が困難な場合においても外力の作用方向に短い外力吸収ダンパとすることにより、大きなエネルギ吸収能力が要求される場合でも対応可能となる。
【発明の効果】
【0016】
この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような顕著な効果が得られる。
【0017】
(1)建築物や構造物を構成する構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を外力吸収ダンパ全体が均等に吸収して制震性能の向上を図ることができる。
【0018】
(2)補強部材の両側壁部における切欠部の近傍部位又は側壁部に延在する側片を有する切欠部に、両側壁部又は両側片の対向する内側面間に嵌装される筒状部材と、両側壁部に設けられた取付孔の一方と筒状部材を貫通して他方の取付孔に固定される固定部材とからなる座屈防止部を設けることにより、補強部材の長手方向と直交する方向の荷重に対して補強部材が座屈変形するのを防止することができるので、上記(1)に加えて更に制震装置の強度の向上が図れる。
【0019】
(3)外力吸収ダンパを外力吸収ダンパの長手方向に連設される
複数個とすることにより、上記(1),(2)に加えて、更に設計荷重に応じて外力吸収ダンパの個数を調整することができる。また、リブの形状が例えば波形状のような押出成形が困難な場合においても外力の作用方向に短い外力吸収ダンパとすることにより、大きなエネルギ吸収能力が要求される場合でも対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【
図1】この発明の第1実施形態に係る制震装置の使用状態を示す概略正面図(a)及び(a)のI部拡大図(b)である。
【
図3】
図2のIV矢視図(a)及び(a)の平面図(b)である。
【
図4】
図1のII部の拡大正面図(a)、(a)の底面図(b)及び(a)の側面図(c)である。
【
図5】
図1のIII部の拡大正面図(a)、(a)の平面図(b)及び(a)の側面図(c)である。
【
図6】この発明における補強部材と座屈防止用筒状部材及び固定ねじを示す分解斜視図である。
【
図7】この発明における外力吸収ダンパの一例を示す斜視図である。
【
図8】この発明の第2実施形態に係る制震装置の使用状態を示す要部拡大正面図である。
【
図9】
図8に示す補強部材と座屈防止用筒状部材及び固定ねじを示す分解斜視図である。
【
図10】この発明の第3実施形態に係る制震装置の使用状態を示す要部拡大正面図である。
【
図11】この発明の第4実施形態に係る制震装置の使用状態の一部を示す概略正面図(a)及び(a)のV部拡大正面図(b)である。
【
図12】この発明における外力吸収ダンパの別の形態を示す正面図である。
【
図13】この発明における補強部材が3個用いられる構造を示す要部拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る制震装置を例えば木造建築物に適用した場合について説明する。
【0022】
<第1実施形態>
この発明に係る制震装置は、
図1に示すように、建築物の土台1と、土台1に立設される柱2a,2b及び柱2a,2bの上端部に横架される例えば桁材である横架材3等の構造部材で形成される矩形の空間部4に、複数例えば第1及び第2の補強部材11,12を柱2a,2bと土台1又は横架材3間に対角方向に向かって架設すると共に、第1及び第2の補強部材11,12間に構造部材に加わる圧縮力及び引張力等の外力を吸収可能な、すなわち圧縮力及び引張力等の外力による振動エネルギを吸収し減衰する吸収ダンパ20(以下に履歴ダンパ20という)を介在して構成されている。
【0023】
上記履歴ダンパ20は、
図1(b)及び
図2に示すように、外力の作用方向に沿って配列される複数の中空部23を区画する複数のリブ22を有すると共に、中空部23及びリブ22が外力に応じて変形可能なアルミニウム製押出形材にて形成されている。この場合、履歴ダンパ20は長手方向に2個連設されている。
【0024】
各履歴ダンパ20は、
図7に示すように、一対の側片25を有する中空矩形状の外殻基部21と、外殻基部21の側片25の長手方向に沿う内側面の対向位置を若干偏倚した状態で等間隔に連結される複数(
図8では4個の場合を示す)の長手方向に凹凸円弧状に屈曲した波形状のリブ22によって複数(5個)の中空部23が形成されている。ここで、各リブ22の両端と側片25との連結位置を対向位置で若干偏倚させた理由は、履歴ダンパ20に作用する圧縮力PA及び引張力PB等の外力のよりリブ22の変形をしやすくするためである。なお、外殻基部21の両側片25には長手方向に沿う互いに平行な2列の線上に適宜間隔をおいて複数の取付孔24が穿設されている(
図7参照)。この場合、取付孔24は少なくとも履歴ダンパ20の長手方向の両端部を含む複数箇所に設けられている。
【0025】
上記第1及び第2の補強部材11,12は、それぞれ基端部すなわち第1の補強部材11の上端部及び第2の補強部材12の下端部が、後述する上部及び下部固定金具30A,30Bをもって固定される断面矩形状のアルミニウム製中空押出形材にて形成されている。また、第1及び第2の補強部材11,12の先端部すなわち第1の補強部材11の下端部及び第2の補強部材12の上端部には、外力の作用によって互いに干渉するのを防止すべく切欠部15が形成され、かつ、履歴ダンパ20の長手方向に沿う対向する外側面に面接触した状態で固定部材である複数の固定ねじ18によって固定される連結片16を有している。なお、連結片16には長手方向に沿う互いに平行な2列の線上に適宜間隔をおいて複数の貫通孔19が穿設されている(
図6参照)。
【0026】
この場合、切欠部15は、第1及び第2の補強部材11,12の両側壁部13に延在されると共に、連結片16の両側から起立して履歴ダンパ20の両側面を保持する一対の側片17を有しており、両側片17は連結片以外の側壁部13の上端から先端に向かって下り勾配状に形成されている。
【0027】
このように形成される切欠部15を有する第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20とを連結するには、第1及び第2の補強部材11,12の側片17間に隙間Sをあけた状態で連結片16を履歴ダンパ20の側片25に当接し、そして、連結片16に設けられた貫通孔19に貫挿される固定ねじ18を履歴ダンパ20の両側片25に設けられた取付孔24にねじ結合することで、第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20とを連結する(
図2及び
図3参照)。上記隙間Sは、外力の作用によって第1及び第2の補強部材11,12の先端部同士が干渉するのを防止するために設けられるため、隙間Sは外力の作用によってリブ22が塑性変形する変形量を許容できる寸法に設定されている。
【0028】
上記第1の補強部材11の基端部(上端部)を固定する上部固定金具30Aは、
図4に示すように、横架材3の下面に固定されて、第1の補強部材11の一方の側壁部13を固定する第1のアングル材31と、柱2bの上端部の内側面に固定されて、第1の補強部材11の他方の側壁部13を固定する第2のアングル材32とで構成されている。
【0029】
この場合、第1のアングル材31の一方の固定片31aは、該固定片31aに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって横架材3に固定され、他方の固定片31bは、該固定片31bに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって第1の補強部材11の一方の側壁部13に固定されている。また、第2のアングル材32の一方の固定片32aは、該固定片32aに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって柱2bに固定され、他方の固定片32bは、該固定片32bに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって第1の補強部材11の他方の側壁部13に固定されている。
【0030】
一方、第2の補強部材12の基端部(下端部)を固定する下部固定金具30Bは、
図5に示すように、土台1の上面に固定されて、第2の補強部材12の一方の側壁部13を固定する第3のアングル材33と、柱2aの下端部の内側面に固定されて、第2の補強部材12の他方の側壁部13を固定する第4のアングル材34とで構成されている。
【0031】
この場合、第3のアングル材33の一方の固定片33aは、該固定片33aに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって土台1に固定され、他方の固定片33bは、該固定片33bに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって第2の補強部材12の一方の側壁部13に固定されている。また、第4のアングル材34の一方の固定片34aは、該固定片34aに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって柱2aに固定され、他方の固定片34bは、該固定片34bに設けられた複数の貫通孔(図示せず)を貫挿する複数の固定ねじ35によって第2の補強部材12の他方の側壁部13に固定されている。
【0032】
また、この発明に係る制震装置においては、第1及び第2の補強部材11,12の両側壁部13に延在される側片17を有する切欠部15の基端側(側壁部側)部位に、第1及び第2の補強部材11,12の長手方向と直交する方向の荷重に対する座屈を防止するための座屈防止部40が設けられている。この座屈防止部40は、
図3及び
図6に示すように、第1及び第2の補強部材11,12の両側片17の対向する内側面間に嵌装される筒状部材41と、両側片17に設けられた取付孔14の一方と筒状部材41を貫通して他方の取付孔14にねじ結合によって固定される固定部材である固定ねじ42とで構成されている。なお、この場合、固定ねじ42を取付孔14の一方から筒状部材41を貫通して他方の取付孔14を貫通し、その突出部にナットをねじ結合して固定してもよい。
【0033】
なお、上記実施形態では、上部に位置する第1の補強部材11を下部に位置する第2の補強部材12に対して長く形成して、第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20との取付部を下部側に位置させている。このように、第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20との取付部を下部側に位置させることにより、建築物への制震装置の取付作業を容易にすることができる。
【0034】
上記のように構成される第1実施形態の制震装置においては、第1の補強部材11の先端部(下端部)と第2の補強部材12の先端部(上端部)を、第1及び第2の補強部材11,12の先端部に設けられた連結片16を履歴ダンパ20の対向する両側片25における少なくとも長手方向の両端部を含む複数の箇所を複数の固定ねじ18によって固定するので、建築物を構成する構造部材に圧縮力PA及び引張力PB等の外力が作用すると、履歴ダンパ20の両側片25に均等に荷重が加わって、履歴ダンパ20の中空部23及び各リブ22の全体が均等に塑性変形して外力を吸収することができる。また、第1及び第2の補強部材11,12の先端部に設けられた切欠部15同士間に隙間Sをあけて連結するので、外力の作用によって第1及び第2の補強部材11,12の先端部同士が干渉することがない。したがって、圧縮力PA及び引張力PB等の外力により生じる振動エネルギ例えば地震エネルギを外力吸収ダンパ全体が均等に吸収して制震性能の向上を図ることができる。
【0035】
また、第1及び第2の補強部材11,12の両側壁部13に延在される側片17を有する切欠部15の基端側すなわち側壁部13側部位に、両側片17の対向する内側面間に嵌装される筒状部材41と、両側壁部13に設けられた取付孔14の一方と筒状部材41を貫通して他方の取付孔14にねじ固定される固定ねじ42とからなる座屈防止部40を設けることにより、第1及び第2の補強部材11,12の長手方向と直交する方向の荷重に対して第1及び第2の補強部材11,12が座屈変形するのを防止することができるので、制震装置の強度の向上が図れる。
【0036】
更に、履歴ダンパ20を履歴ダンパ20の長手方向に2個連設して配置することにより、設計荷重に応じて履歴ダンパ20の個数を調整することができる。また、押出成形が困難な波形状のリブ22においても外力の作用方向に短い履歴ダンパ20とすることにより、大きなエネルギ吸収能力が要求される場合でも対応可能となる。
【0037】
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、第1及び第2の補強部材11,12の先端部に形成される切欠部15を構成する側片17が、連結片16以外の側壁部13の上端から先端に向かって下り勾配状に形成される場合について説明したが、別の構造としてもよい。すなわち、
図8及び
図9に示すように、第1及び第2の補強部材11,12の両側壁部13に延在されると共に、第1及び第2の補強部材11,12の先端部に形成される連結片16の両側から起立して履歴ダンパ20の両側面を保持する一対の側片17Aを、連結片16以外の側壁部13より低く形成して、例えば側壁部13より低い矩形状の側片17Aを有する切欠部15Aとしてもよい。なお、側片17Aの形状は、矩形状以外の形状例えば段状に形成してもよい。
【0038】
第2実施形態において、座屈防止部40は、第1及び第2の補強部材11,12の両側壁部13における切欠部15Aの近傍部位間に嵌装される筒状部材41と、両側壁部13に設けられた取付孔14の一方と筒状部材41を貫通して他方の取付孔14にねじ結合する固定ねじ42とで構成されている。
【0039】
このように形成される切欠部15Aを有する第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20とを連結するには、第1及び第2の補強部材11,12の側片17A先端部間に、第1実施形態と同様に隙間Sをあけた状態で連結片16を履歴ダンパ20の側片25に当接し、そして、連結片16に設けられた貫通孔に貫挿される固定ねじ18を履歴ダンパ20の両側片25に設けられた取付孔24にねじ結合することで、第1及び第2の補強部材11,12と履歴ダンパ20とを連結することができる(
図8参照)。
【0040】
なお、第2実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0041】
第2実施形態の制震装置において、建築物を構成する構造部材に圧縮力PA及び引張力PB等の外力が作用すると、履歴ダンパ20の両側片25に均等に荷重が加わって、履歴ダンパ20の中空部23及び各リブ22の全体が均等に塑性変形して外力を吸収することができる。また、第1及び第2の補強部材11,12の先端部に設けられた切欠部15A同士間に隙間Sをあけて連結するので、外力が作用しても第1及び第2の補強部材11,12の先端部同士が干渉することがない。したがって、圧縮力PA及び引張力PB等の外力により生じる振動エネルギ例えば地震エネルギを外力吸収ダンパ全体が均等に吸収して制震性能の向上を図ることができる。
【0042】
<第3実施形態>
上記第1、第2実施形態では、履歴ダンパ20が長手方向に2個連設される場合について説明したが、履歴ダンパ20の個数は任意でよく、例えば
図10に示すように、1個の履歴ダンパ20Aを第1及び第2の補強部材11,12の間に介在してもよい。
【0043】
この場合、履歴ダンパ20Aは、中空矩形状の外殻基部21aと、外殻基部21aの長手方向に沿う内側面の中間部同士を連結する直状リブ22Bと、中間部に対して対称の内側面の対向位置を若干偏倚した状態で等間隔に連結される複数(
図10では8個の場合を示す)の長手方向に凹凸円弧状に屈曲した波形状のリブ22によって複数(10個)の中空部23が形成されている。このように構成される第3実施形態の制震装置において、建築物を構成する構造部材に圧縮力PA及び引張力PB等の外力が作用すると、履歴ダンパ20Aの両側片25に均等に荷重が加わって、履歴ダンパ20Aの中空部23及び各リブ22及び直状リブ22Bの全体が均等に塑性変形して外力を吸収することができる。
【0044】
第3実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0045】
<第4実施形態>
第3実施形態では、履歴ダンパ20Aが第1、第2実施形態の履歴ダンパ20の約2倍の長さを有する場合について説明したが、建築物を構成する柱2a,2bと土台1又は横架材3間に架設される第1及び第2の補強部材11,12の全体の長さに応じて履歴ダンパ20Aの長手方向の長さを代えてもよい。例えば、
図11に示すように、隣接する柱2a,2bと横架材3との間のように短い距離に第1及び第2の補強部材11,12を架設する場合には、第1、第2実施形態と同様に形成された1個の履歴ダンパ20を第1及び第2の補強部材11,12の間に介在させてもよい。
【0046】
このように、第1、第2実施形態に用いる1個の履歴ダンパ20を、建築物を構成する柱2a,2bと土台1又は横架材3間に架設される第1及び第2の補強部材11,12の全体の長さに応じて1個又は複数個連設して使用することにより、設計荷重に応じて履歴ダンパ20の個数を調整することができる。また、押出成形が困難な波形状のリブ22においても外力の作用方向に短い履歴ダンパ20とすることにより、大きなエネルギ吸収能力が要求される場合でも対応可能となる。
【0047】
<第5実施形態>
上記実施形態では、2個の補強部材すなわち第1,第2の補強部材11,12間に履歴ダンパ20,20Aを介在する場合について説明したが、補強部材を3個以上用いる場合においてもこの発明は同様に適用できる。例えば、
図13に示すように、第1の補強部材11と第2の補強部材12との間に第3の補強部材12Aを配設し、この第3の補強部材12Aと第1の補強部材11との間、及び、第3の補強部材12Aと第2の補強部材12との間にそれぞれ履歴ダンパ20を介在してもよい。
【0048】
図13では、第1の補強部材11、第2の補強部材12及び第3の補強部材12Aと第2の側片17の傾斜状切欠部15が互いに平行になっているが、第1の補強部材11と第3の補強部材12Aにおける切欠部15に対して、第2の補強部材12と第3の補強部材12Aの切欠部15を「ハ」の字状に配列した構造としてもよい。
【0049】
なお、
図13では、第1,第2及び第3の補強部材11,12,12Aの切欠部15が傾斜状に形成される場合について説明したが、切欠部を第2実施形態に示すような側壁部13より低い矩形状の側片17Aを有する切欠部15Aとしてもよい。
【0050】
また
図13では、履歴ダンパ20のリブ22が波形状の場合について説明したが、リブの形状は波形状以外の形状、例えば後述する断面鼓形のリブ22A(
図12参照)等であっても同様である。
【0051】
なお、第5実施形態において、その他の部分は上記第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0052】
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態では、履歴ダンパ20,20Aを構成するリブ22の形状が長手方向に凹凸円弧状に屈曲した波形状である場合について説明したが、リブ22の形状は必ずしも凹凸円弧状に屈曲した波形状である必要はない。例えば、
図12に示すように、中空矩形状の外殻基部21の長手方向に沿う内側面の対向位置に等間隔に連結される複数(
図12では4個の場合を示す)の断面鼓形のリブ22Aによって複数(5個)の中空部23Aを形成して履歴ダンパ20Bを構成してもよい。ここで、リブ22Aの断面を両端部の肉厚に比べて中央部の肉厚が薄い鼓形とした理由は、履歴ダンパ20に作用する圧縮力PA及び引張力PB等の外力のよりリブ22Aの変形をしやすくするためである。
【0053】
また、上記実施形態では、この発明に係る制震装置を木造建築物に適用した場合について説明したが、この発明は、木造建築物以外の鉄骨構造の構造物や、あるいは例えば電子機器を収納するラック等にも適用できる。