特許第5822203号(P5822203)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5822203
(24)【登録日】2015年10月16日
(45)【発行日】2015年11月24日
(54)【発明の名称】ブレースダンパー
(51)【国際特許分類】
   E04H 9/02 20060101AFI20151104BHJP
   E04B 1/58 20060101ALI20151104BHJP
【FI】
   E04H9/02 311
   E04B1/58 D
【請求項の数】5
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-25875(P2012-25875)
(22)【出願日】2012年2月9日
(65)【公開番号】特開2013-163891(P2013-163891A)
(43)【公開日】2013年8月22日
【審査請求日】2014年7月30日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100146835
【弁理士】
【氏名又は名称】佐伯 義文
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和彦
(72)【発明者】
【氏名】立石 寧俊
【審査官】 五十幡 直子
(56)【参考文献】
【文献】 特開2005−307595(JP,A)
【文献】 特開2002−138583(JP,A)
【文献】 特開2002−235380(JP,A)
【文献】 特開2003−314080(JP,A)
【文献】 特開2005−232910(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E04H 9/02
E04B 1/38−1/61
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状に形成され、長手方向の中央部の幅が両端部の幅よりも狭く形成された主芯材と、
前記主芯材に対する前記主芯材の厚さ方向の一方に配置されるとともに、前記長手方向の中央部が前記主芯材の前記中央部に接続されることなく、前記長手方向の端部が前記主芯材の前記端部にそれぞれ固定され、前記長手方向の中央部の幅が両端部の幅よりも狭く形成された補助芯材と、
前記主芯材および前記補助芯材を前記厚さ方向に挟むように配置され、前記長手方向の端部が前記主芯材の前記端部にそれぞれ固定された一対の狭持部材と、
それぞれの前記狭持部材における前記主芯材の幅方向の端部同士を接続する一対の接続部材と、
を備えることを特徴とするブレースダンパー。
【請求項2】
前記補助芯材は、前記主芯材を前記厚さ方向に挟むように一対配置されていることを特徴とする請求項1に記載のブレースダンパー。
【請求項3】
前記補助芯材と前記狭持部材と間に配置された弾性部材を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のブレースダンパー。
【請求項4】
前記狭持部材における前記補助芯材とは反対側に設けられた補強部材を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のブレースダンパー。
【請求項5】
前記補助芯材の前記厚さ方向の長さは、前記主芯材の前記厚さ方向の長さより短く設定されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のブレースダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建物にブレースとして設置されるとともに建物の振動エネルギーを吸収するダンパーとしても機能するブレースダンパーに関する。
【背景技術】
【0002】
地震や強風などに対する建物の応答性を低減させるために、建物の要所にダンパーを設置することが行われている。近年の建物の地震被害では、ブレースの座屈による被害が多く見られることから、その対抗策として、例えば特許文献1に開示されたブレースダンパーの使用が広く検討されている。
【0003】
特許文献1のブレースダンパーは、帯板状の鋼板からなるブレース芯材と、このブレース芯材を両側から挟みこむように配置された一対の溝形鋼(狭持部材)と、溝形鋼のフランジ部同士をブレース芯材を跨いで連結するカバープレート(接続部材)とを備えている。
ブレース芯材の長手方向の中間部には、両端部よりも小さな断面となるように形成された降伏部が形成されている。ブレースダンパーが長手方向に所定以上の力を受けたときに降伏部が降伏することで減衰効果を発揮し、ブレースダンパーに作用する振動エネルギーを吸収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−019425号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般的に、ブレースダンパーの耐力は芯材における長手方向に直交する平面による断面積で決定されるため、同じ鋼材を使用しながらも耐力を高めるには、この断面積を大きくする必要がある。芯材の断面積を大きくするには、芯材の板厚(芯材の厚さ方向の長さ。)を大きくしたり、幅を大きくしたり、あるいは、主となる平鋼の両主面に垂直に他の平鋼を溶接して前述の断面を大きくしたりする方法がある。しかし、これらの方法には、以下に説明する問題点がある。
【0006】
まず、芯材の板厚を大きくする場合には、鋼材の製造会社の規格による制限を受けて、芯材の価格が割高となる。特に、芯材に低降伏点鋼を使用する場合は、大臣の認定を受けるために厚さが40mm以下であることが必要となり、厚さが40mmを越える場合には対応できない。
芯材の幅を大きくすると、ブレースダンパーの外形が大きくなってしまう。また、芯材の座屈を防止するために芯材を挟むように用いる溝形鋼も大きくなり、溝形鋼に規格材を使用して低コストで芯材の座屈を防止することが難しくなる。
【0007】
一方で、芯材の長手方向に直交する断面を十字形とすると、降伏部を形成するために溶接する必要があり、芯材の疲労性能が低下してしまう。また、従来技術として実用化されている座屈防止用の芯材の拘束方法としては、前述の断面が十字形の芯材の外周にコンクリートを配置したり、十字形の芯材において周方向に隣り合う一対の突出部をそれぞれ山形鋼で接続したりする方法がある。
前者のコンクリートを配置する方法は、ブレースダンパーの重量が増加したり製造コストが高くなったりする問題がある。後者の山形鋼を用いる方法は、芯材が大きくなると規格の山形鋼が使えなくなったり、製造コストが高くなったりしてしまう。
【0008】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、製造コストを抑えつつ長手方向の耐力を高めることができるブレースダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のブレースダンパーは、板状に形成され、長手方向の中央部の幅が両端部の幅よりも狭く形成された主芯材と、前記主芯材に対する前記主芯材の厚さ方向の一方に配置されるとともに、前記長手方向の中央部が前記主芯材の前記中央部に接続されることなく、前記長手方向の端部が前記主芯材の前記端部にそれぞれ固定され、前記長手方向の中央部の幅が両端部の幅よりも狭く形成された補助芯材と、前記主芯材および前記補助芯材を前記厚さ方向に挟むように配置され、前記長手方向の端部が前記主芯材の前記端部にそれぞれ固定された一対の狭持部材と、それぞれの前記狭持部材における前記主芯材の幅方向の端部同士を接続する一対の接続部材と、を備えることを特徴としている。
【0010】
また、上記のブレースダンパーにおいて、前記補助芯材は、前記主芯材を前記厚さ方向に挟むように一対配置されていることがより好ましい。
また、上記のブレースダンパーにおいて、前記補助芯材と前記狭持部材と間に配置された弾性部材を備えることがより好ましい。
【0011】
また、上記のブレースダンパーにおいて、前記狭持部材における前記補助芯材とは反対側に設けられた補強部材を備えることがより好ましい。
また、上記のブレースダンパーにおいて、前記補助芯材の前記厚さ方向の長さは、前記主芯材の前記厚さ方向の長さより短く設定されていることがより好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明のブレースダンパーによれば、製造コストを抑えつつ長手方向の耐力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の一実施形態のブレースダンパーの側面図である。
図2図1中の切断線A1−A1の断面図である。
図3】同ブレースダンパーの中心部材の側面図である。
図4図1中の切断線A2−A2の断面図である。
図5】同ブレースダンパーの増厚部材の側面図である。
図6】同ブレースダンパーにおける中心部材および増厚部材の平面図である。
図7図1中の切断線A3−A3の断面図である。
図8】本発明の変形例の実施形態におけるブレースダンパーの要部断面図である。
図9】本発明の変形例の実施形態におけるブレースダンパーの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係るブレースダンパーの一実施形態を図1から図7を参照しながら説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態のブレースダンパー1は、板状に形成された中心部材(主芯材)10と、中心部材10を中心部材10の厚さ方向Dに挟むように配置された一対の増厚部材(補助芯材)20と、中心部材10および増厚部材20を厚さ方向Dに挟むように配置された一対の溝形鋼(狭持部材)30と、溝形鋼30における中心部材10の幅方向Eの端部同士を接続する一対のカバープレート(接続部材)40とを備えている。
【0015】
中心部材10は、図3に示すように、中心部材10の長手方向Fの中央部11の幅方向Eの長さ(以下、単に「幅」と称する。)が長手方向Fの両端部12の幅よりも狭く形成されている。この例では、中心部材10の長手方向Fの中央部11において、幅方向Eの両側が切り欠かれることで中央部11が形成されている。中心部材10は、中央部11において、長手方向Fに直交する平面による断面積が最も小さい最小断面部位、すなわち、降伏しやすい降伏部となる。
図3および図4に示すように、中心部材10の端部12における幅方向Eのそれぞれの縁部には、主フランジ13が設けられている。主フランジ13が設けられた中心部材10の端部12は、長手方向Fに見てH字形に形成されている。中心部材10の端部12、主フランジ13には、固定用の貫通孔12a、貫通孔13aがそれぞれ形成されている。
【0016】
増厚部材20は、図5および図6に示すように、板状に形成されるとともに、長手方向Fの中央部21の幅が長手方向Fの両端部22の幅よりも狭く形成されている。この例では、増厚部材20の長手方向Fの中央部21において、幅方向Eの両側が切り欠かれることで中央部21が形成されている。
増厚部材20の厚さ方向Dの長さ(以下、単に「厚さ」と称する。)は、中心部材10の厚さより短く(薄く)設定されている。増厚部材20の厚さは、中心部材10の厚さの0.6倍以下に設定されていることが好ましい。増厚部材20は、自身の厚さ方向が中心部材10の厚さ方向Dと平行になるように配置されている。増厚部材20は、中央部21において、長手方向Fに直交する平面による断面積が最も小さい最小断面部位、すなわち降伏部となる。
中心部材10および増厚部材20としては、例えば、LY100やLY255などの建築構造用低降伏点鋼、SN400などの建築構造用圧延鋼材を好適に用いることができる。
【0017】
増厚部材20は、自身の端部22が中心部材10の端部12に溶接されることにより中心部材10に固定されている。すなわち、中心部材10および増厚部材20の端部12、22で中心部材10と一対の増厚部材20とを一体化し、3枚の板状部材でブレースダンパー1の芯材を構成している。中心部材10の中央部11と増厚部材20の中央部21とは、溶接による接続は行わず、隣り合うように配置するだけである。
図6中に、中心部材10と増厚部材20との溶接部位26を示す。本実施形態では、中心部材10に増厚部材20を固定したときに厚さ方向Dに見て、中心部材10の中央部11と増厚部材20の中央部21との形状が重なるように形成されている。すなわち、中心部材10の中央部11および増厚部材20の中央部21の幅は等しく設定されている。
【0018】
図2および図7に示すように、増厚部材20と溝形鋼30と間には、ゴムシート(弾性部材)50が配置されている。ゴムシート50としては、クロロプレンゴムなどの高分子系材料を適宜選択して用いることができる。ゴムシート50は、例えば、予め溝形鋼30のウェブ部31に貼り付けられた状態で組み立てられ、増厚部材20とウェブ部31と間に配置される。
【0019】
図1に示すように、溝形鋼30の長手方向Fの端部35は、前述の溶接部位26により中心部材10の端部12および増厚部材20の端部22にそれぞれ固定されている。図2に示すように、溝形鋼30のフランジ部32には、幅方向Eに延びる透孔32aが形成されている。
この例では、幅方向Eにおいて中心部材10および増厚部材20に対して溝形鋼30がそれぞれ突出するように形成されることで、中心部材10および増厚部材20とカバープレート40との間に隙間Sが形成されている。
【0020】
図1および図2に示すように、ウェブ部31におけるゴムシート50とは反対側には、補強部材60が設けられている。本実施形態では、補強部材60は、一対のフランジ部32の間を長手方向Fに延びる横リブ61と、横リブ61に直交するように幅方向Eに延びる縦リブ62とにより格子状に構成されている。溝形鋼30に設けられたリブ61、62は、その溝形鋼30が有する一対のフランジ部32の間から外部に突出しないように形成されている。
この例では、長手方向Fにおいて中心部材10の中央部11の一部となる範囲には、横リブ61は設けられていない。横リブ61および縦リブ62は、溝形鋼30に溶接により接続されるとともに、互いに溶接により接続されている。
【0021】
カバープレート40には、図2に示すように、幅方向Eに延びる透孔41が形成されている。カバープレート40は溝形鋼30に対して、透孔32a、41に挿通された高力ボルト66により固定されている。
【0022】
以上のように構成されたブレースダンパー1は、ダンパーとしての性能を決定する中心部材10および増厚部材20の断面積は、中心部材10の中央部11および増厚部材20の中央部21の断面積となる。
ブレースダンパー1は、従来のブレースと同様に、ブレースダンパー1の長手方向Fの両端部、すなわち、中心部材10の両端部12や主フランジ13に形成された貫通孔12a、13aに挿通させたボルトなどにより不図示の建物本体と接合する。
このとき、中心部材10および一対の増厚部材20は厚さ方向Dにおいて溝形鋼30に挟まれているため、溝形鋼30が中心部材10および一対の増厚部材20の座屈を有効に防止することができ、座屈強度に優れたものとなっている。また、ブレースダンパー1が長手方向Fに引張りまたは圧縮の変動荷重を受けたときに、中心部材10および増厚部材20の中央部11、21が長手方向Fに変形して降伏することで減衰効果を発揮し、中心部材10および増厚部材20が鋼材ダンパーとして機能する。
このとき、増厚部材20と溝形鋼30と間にゴムシート50が配置されているため、溝形鋼30に対して増厚部材20が長手方向Fに相対的に滑るように移動することができる。
【0023】
このように、ブレースダンパー1は、ブレースとしての機能とダンパーとしての機能を併せ持つものである。ブレースダンパー1を建物に設置することで、建物に対する優れた補剛効果と振動エネルギーの吸収効果とを同時に発揮することができる。
【0024】
以上説明したように、本実施形態のブレースダンパー1によれば、芯材を中心部材10および一対の増厚部材20で構成している。芯材の長手方向Fの耐力を高めるためには芯材の厚さを厚く設定する必要があるが、ブレースダンパー1では芯材が厚さ方向Dに中心部材10と一対の増厚部材20とに分割されている。このため、芯材の厚さが、例えば40mmを越えるような場合であっても、この芯材を中心部材10と増厚部材20とに分割してそれぞれの厚さを40mm以下とすることで、中心部材10や増厚部材20に規格品の低降伏点鋼を用いることができる。これにより、ブレースダンパー1の製造コストを抑制することができる。
複数枚の板状部材を厚さ方向Dに重ねることで芯材の長手方向Fの耐力を高めているため、芯材の幅が長くならない。このため、溝形鋼30の幅も長くならず、溝形鋼として従来と同様の規格品を使うことができ、ブレースダンパー1の製造コストを抑えることができる。この場合、ブレースダンパー全体の製造コストに占める溝形鋼30のコストの割合は低下する。
【0025】
中心部材10の中央部11と増厚部材20の中央部21とは、溶接による接続は行われていない。したがって、溶接により中央部11、21の材質や物性が局所的に変化することを防止し、ブレースダンパー1のダンパーとしての疲労性能を向上させることができる。また、降伏部としての中央部11、21の断面積を大きく確保することで、ブレースダンパー1の耐力を増加させることができる。
従来のいわゆるCSダンパーに対して、中心部材10の端部12と増厚部材20の端部22とを溶接するだけで本実施形態のブレースダンパー1を構成できるため、ブレースダンパーの耐力を高める際の製造コストの増加を抑えることができる。
【0026】
増厚部材20は、中心部材10を厚さ方向Dに挟むように一対配置されている。このため、ブレースダンパー1が長手方向Fに荷重を受けたときに芯材が偏芯曲げすること、すなわち、厚さ方向Dに偏った曲がり方をするのを抑制することができる。
増厚部材20と溝形鋼30と間にゴムシート50が配置されている。したがって、増厚部材20と溝形鋼30とが長手方向Fに相対的に移動するのを容易にし、芯材を安定して降伏させることができる。
【0027】
溝形鋼30には補強部材60が設けられている。これにより、補強部材60が設けられた溝形鋼30の断面2次モーメントを増加させ、ブレースダンパー1の曲げ剛性を高めることができる。
リブ61、62は、リブ61、62が設けられた溝形鋼30が有する一対のフランジ部32の間から外部に突出しないように形成されている。これにより、補強部材60が設けられたブレースダンパー1の外形を小さく抑えることができる。
増厚部材20の厚さは中心部材10の厚さより薄く設定されているため、中心部材10の中央部11より増厚部材20の中央部21の方が座屈しやすくなる。しかし、増厚部材20が中心部材10と溝形鋼30とにより厚さ方向Dに拘束されているため、増厚部材20の中央部21が座屈しても増厚部材20が高次モードに移行する(増厚部材20が座屈したときに波形となる増厚部材20の1つの波長が短くなる。)だけで増厚部材20の長手方向Fの耐力が低下することなく、長手方向Fに中心部材10と増厚部材20とが一体となって荷重に抵抗できることが確認されている。
このように、芯材を厚さ方向Dに分割して1枚当たりの厚さが薄くなっても、溝形鋼30の性能が充分に確保されていれば、芯材の座屈によってブレースダンパー1の耐力が低下することはない。
【0028】
中心部材10および増厚部材20とカバープレート40との間に隙間Sが形成されている。したがって、カバープレート40に対して中心部材10および増厚部材20を相対的に長手方向Fに移動しやすくし、中央部11、21が降伏するように変形しやすくすることができる。
本実施形態において、増厚部材20の厚さを中心部材10の厚さの0.6倍以下に設定することは設計条件として必須なものではない。ただし、このように構成することで、ブレースダンパー1の両端のH型断面(接合部)の長さやフランジ厚を過大にせずに、現実的なサイズに納めることができる。
【0029】
なお、本実施形態においては、図1に示すように、横リブ61における、最も端部12側の縦リブ62より端部12側の部分61aについては、ウェブ部31に設けなくてもよい。
【0030】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。
たとえば、前記実施形態では、中心部材10と増厚部材20とを同一の材料で形成した。しかし、中心部材10および増厚部材20は、低降伏点鋼や建築構造用圧延鋼材で形成されていれば、互いに異なる材料で形成されていてもよい。
【0031】
また、前記実施形態では、補強部材60は厚さ方向Dに見て格子状に構成されていた。しかし、補強部材の形状はこれに限ることなく、例えば、図8に示すブレースダンパー2のように、前記実施形態のブレースダンパー1における補強部材60に代えて補強部材70を備える構成としてもよい。
補強部材70は、長手方向Fに延びるように配置されたアングル材71と、前述の縦リブ62とで構成されている。アングル材71は、長手方向Fに直交する断面形状がV字形に形成されている。
アングル材71の端部71aは溝形鋼30のウェブ部31に溶接により接続されていて、アングル材71と縦リブ62とは互いに溶接により接続されている。
補強部材70をこのように構成することで、補強部材70の断面2次モーメントを増加させ、ブレースダンパー2の曲げ剛性をさらに高めることができる。また、アングル材71により溝形鋼30のウェブ部31を幅方向Eの2カ所で拘束するため、芯材の回転捻れを伴う座屈を効果的に防止することができる。
【0032】
なお、本変形例では、アングル材の長手方向Fに直交する断面形状はV字形に限られることなく、例えばコ字形などの複数の線分を接続した形状や、円弧状などでもよい。
【0033】
また、図9に示すブレースダンパー3のように、前記実施形態のブレースダンパー1における補強部材60の横リブ61に代えて、カバープレート40に設けられたリブ部材81を備えてもよい。リブ部材81は、長手方向Fに延びるように形成され、カバープレート40における厚さ方向Dの両端部に配置されている。リブ部材81は、カバープレート40に溶接などにより接続されている。
ブレースダンパー3をこのように構成することによっても、ブレースダンパー3の曲げ剛性をさらに高めることができる。
なお、カバープレート40およびリブ部材81に代えて、これらと長手方向Fに直交する断面形状が略同一に形成された溝形鋼を備えてもよい。
【0034】
前記実施形態では、ブレースダンパー1の芯材を、中心部材10と一対の増厚部材20とを一体化することで構成した。しかし、ブレースダンパー1の芯材を構成する板状部材の数に制限は無く、芯材が中心部材10と1枚以上の増厚部材20とで構成されていればよい。増厚部材20が1枚の場合には、増厚部材20は中心部材10に対する幅方向Eの一方のみに配置されることになる。
ブレースダンパー1において建物本体と接合される中心部材10の端部12は、前記実施形態では長手方向Fに見てH字形に形成されていた。このブレースダンパーの端部の形状は、建物本体と接合強度に応じて、例えば長手方向Fに見て十字形になるように主フランジの取り付け位置を調節することが好ましい。
【0035】
また、前記実施形態では、増厚部材20と溝形鋼30と間の摩擦力が小さい場合には、ブレースダンパー1にゴムシート50は備えられなくてもよい。
ブレースダンパー1に作用する荷重が比較的小さい場合には、ブレースダンパー1に補強部材60は設けられなくてもよい。
【符号の説明】
【0036】
1、2、3 ブレースダンパー
10 中心部材(主芯材)
11、21 中央部
12、22、35 端部
20 増厚部材(補助芯材)
30 溝形鋼(狭持部材)
40 カバープレート(接続部材)
50 ゴムシート(弾性部材)
60、70 補強部材
D 厚さ方向
E 幅方向
F 長手方向
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9