特許 6677480 履歴型ダンパー及び建物の制振構造

(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】6677480

(24)【登録日】2020年3月17日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】履歴型ダンパー及び建物の制振構造

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20200330BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20200330BHJP

   F16F 15/023 20060101ALI20200330BHJP

   F16F 7/12 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   E04H9/02 311

   F16F15/02 Z

   F16F15/023 A

   F16F7/12

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-210415(P2015-210415)

(22)【出願日】2015年10月27日

(65)【公開番号】特開2017-82455(P2017-82455A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2018年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】濱田 真

【審査官】 佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０４５５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２５５２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｅ０４Ｂ １／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の矩形状の架構面内に設置される履歴型ダンパーであって、
凹六角形の横断面形状を有する鋼製の扁平な筒体であって前記凹六角形の６つの辺及び６つの頂点にそれぞれ位置する６つの平坦な面部及び６つの折り曲げられた角部を有する筒体を備え、
前記筒体は、前記架構面を規定する矩形の２つの対角線の一方に沿って配置される２つの斜材の間に配置され、
前記筒体の６つの面部は、前記２つの斜材の端部にそれぞれ固定される互いに相対する２つの面部と、該２つの面部間にあって前記凹六角形の１８０度を超える内角を規定する他の２つの面部を１組とする２組の他の面部とからなる、履歴型ダンパー。

【請求項2】

前記筒体は折り曲げ加工を施された帯鋼片であって互いに突き合わされかつ接合された両端面を有する帯鋼片からなり、前記帯鋼片の両端面は前記６つの角部間のいずれかに存する、請求項１に記載の履歴型ダンパー。

【請求項3】

矩形状の架構と、
前記架構に設置された請求項１又は２に記載の履歴型ダンパーとを含む、建物の制振構造。

【請求項4】

さらに、一対の粘性型ダンパーを含み、
両粘性型ダンパーは、前記架構面を規定する矩形の２つの対角線の他方に沿ってかつ前記履歴型ダンパーを間において配置され、また、前記履歴型ダンパーの２組の他の２つの面部の一方と前記架構とにそれぞれピン結合されている、請求項３に記載の建物の制振構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物に加わる地震エネルギを吸収し、これにより建物が負担する地震力を低減する制振装置である履歴型ダンパーと該履歴型ダンパーを含む建物の制振構造とに関する。

【背景技術】

【0002】

建物の制振のために、建物の梁及び柱が構成する矩形状の架構内に、鋼材の塑性変形を利用して地震エネルギを吸収する履歴型ダンパーを配置することが行われている。このような履歴型ダンパーの一つとして、従来、鋼材により全体に矩形状を呈するように形成された、互いに相対する２対の角部を有するものが提案されている。この履歴型ダンパーは、その２対の角部がそれぞれ建物の架構の２つの対角線上に位置するように配置され、２対の角部に固定される２対の斜材を介して、架構に取り付けられる。

【0003】

この履歴型ダンパーは、建物が地震のために架構の形状が矩形から平行四辺形に変化し、これに伴って架構の両対角線の長さに変化が生じ、引張力と圧縮力とを受ける。このとき、履歴型ダンパーの２対の角部において角度の変化を伴う塑性変形が生じ、これにより、建物に加わる地震エネルギが吸収される。

【0004】

ところで、従来の履歴型ダンパーの角部は、該角部における塑性変形が所要の地震エネルギの吸収効果を発揮するように、所定の剛性を有することが求められる。従来の履歴型ダンパーにあっては、角部に斜材を固定するための継手が設けられる。このため、角部の剛性の設定は継手を含む角部全体について行う必要がある。しかし、継手を含む角部全体についての剛性を算出することには困難を伴う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−９５９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、全体に多角形状を呈し、複数の角部を有する履歴型ダンパーであって前記角部に求められる剛性の算定が容易である履歴型ダンパーを提供し、また、前記履歴型ダンパーを含む建物の制振構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、建物の矩形状の架構面内に設置される履歴型ダンパーに係り、履歴型ダンパーは、凹六角形の横断面形状を有する鋼製の扁平な筒体であって前記凹六角形の６つの辺及び６つの頂点にそれぞれ位置する６つの平坦な面部及び６つの折り曲げられた角部を有する筒体を備える。前記筒体は、前記架構面を規定する矩形の２つの対角線の一方に沿って配置される２つの斜材の間に配置され、前記筒体の６つの面部は、前記２つの斜材の端部にそれぞれ固定される互いに相対する２つの面部と、該２つの面部間にあって前記凹六角形の１８０度を超える内角を規定する他の２つの面部を１組とする２組の他の面部とからなる。前記筒体は折り曲げ加工を施された帯鋼片であって互いに突き合わされかつ接合された両端面を有する帯鋼片からなり、前記帯鋼片の両端面は前記６つの角部間のいずれかに存するものとすることができる。

【0008】

本発明は、また、建物の制振構造に係り、制振構造は、前記建物の矩形状の架構と、前記架構に設置された前記履歴型ダンパーとを含む。好ましくは、さらに、一対の粘性型ダンパーを含む。両粘性型ダンパーは、前記架構面を規定する矩形の２つの対角線の他方に沿ってかつ前記履歴型ダンパーを間において配置され、また、前記履歴型ダンパーの２組の他の２つの面部の一方と前記架構とにそれぞれピン結合されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、前記履歴型ダンパーが設置された架構を有する建物が地震の発生により水平方向に揺れ、前記架構の形状が矩形から平行四辺形に変化するとき、前記２つの斜材を介して、前記履歴型ダンパーを構成する筒体がその２つの面部において前記筒体を引き伸ばしまた押し縮めようとする外力を交互に受ける。このとき、前記筒体の各角部に角度の変化を伴う塑性変形が生じ、前記建物に作用する地震力が緩和される。

【0010】

本発明にあっては、前記履歴型ダンパーを構成する筒体は、その２つの面部において、前記２つの斜材の端部に固定され、いずれの角部も前記筒体の固定に関与しない。このことから、想定される地震力の緩和に必要とされる前記角部の剛性について、前記筒体を構成する鋼材の厚さ、幅又は種類の選択により、容易に設定することができる。

【0011】

前記履歴型ダンパーが設置された前記架構内に、さらに、一対の粘性型ダンパーを設置することができる。前記履歴型ダンパー及び前記粘性型ダンパーは、それぞれ、比較的の大きい地震力の緩和及び比較的小さい地震力の緩和に寄与する制振装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】建物の架構と該架構内に設置された履歴型ダンパー及び一対の粘性型ダンパーとを示す斜視図である。

【図2】図１に示す架構並びに履歴型ダンパー及び一対の粘性型ダンパーの正面図である。

【図3】建物の架構の地震発生前及び発生後における形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１及び図２を参照すると、建物１０の架構１２内に制振装置である履歴型ダンパー１４と一対のオイルダンパーのような粘性型ダンパー１６とが設置されている。

【0014】

図示の建物１０は、架構１２を構成する左右一対の鉄筋コンクリート製の柱１８と、一対の柱１８に連なりかつ両柱１８間を水平に伸びる上下一対の鉄骨製の梁２０とを備える。柱１８は、これが鉄筋コンクリート製である図示の例に代えて、鉄骨製又は鉄骨鉄筋製であってもよい。同様に、梁２０は、これが鉄骨製である図示の例に代えて、鉄骨鉄筋製又は鉄筋コンクリート製であってもよい。架構１２を構成する一対の柱１８及び一対の梁２０は矩形状の架構面２２を規定する。前記制振装置（履歴型ダンパー１４及び粘性型ダンパー１６）は、建物１０が地震力を受けて水平方向に揺れ、これに伴って架構面２２の形状が矩形から平行四辺形に変化するとき（図３参照）、地震エネルギを吸収し、建物１０に作用する地震力を緩和する働きをなす。

【0015】

履歴型ダンパー１４と一対の粘性型ダンパー１６とは、これらのダンパー１４、１６が設置された架構１２と共に、建物１０の制振構造２４を構成する。但し、制振構造２４を構成する前記制振装置は、図示の例に代えて、一対の粘性型ダンパー１６を欠く、履歴型ダンパー１４のみからなるものとすることが可能である。

【0016】

履歴型ダンパー１４は鋼製の扁平な筒体２６を備える。履歴型ダンパー１４は、筒体２６の軸線が架構面２２に直交するように架構１２内に配置されている。筒体２６は、好ましくは、梁２０の厚さ寸法、図示の例にあっては梁２０を構成するＨ形鋼のフランジの幅寸法にほぼ等しい軸線方向長さを有する。

【0017】

図示の筒体２６は、多角形の一つである６つの辺及び頂点を有する六角形の横断面形状を有し、前記六角形の各辺に位置する平坦な面部２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、前記六角形の各頂点に位置する折り曲げられた角部２６ｄ、２６ｅとを有する。

【0018】

図示の例にあっては、前記六角形は、１８０度を超える少なくとも１つの内角を有する凹多角形の一つである凹六角形である。この凹六角形は、互いに相対しかつ互いに平行である等長の２辺（面部２６ａ）と、これらの２辺間にあって「く」の字形に折れ曲がりかつ前記２辺（面部２６ａ）に連なる等長の２辺（面部２６ｂ及び面部２６ｃ）を１組とする２組の２辺とを有する。前記２辺と両組の２辺とがそれぞれ１８０度以内の前記内角（角部２６ｄ）を規定し、また、各組の２辺がそれぞれ１８０度を超える前記内角（角部２６ｅ）を規定する。また、図示の例では、前記２組の２辺の一方（面部２６ｂ）同士及び他方（面部２６ｃ）同士がそれぞれ互いに平行である。なお、図示の例にあっては、前記平行な２辺（面部２６ａ）のそれぞれが、各組の各辺（面部２６ｂ、２６ｃ）より大きい長さ寸法を有する。

【0019】

筒体２６は、帯鋼片（図示せず）に折り曲げ加工を施すことにより角部２６ｄ、２６ｅと、これらの間の面部２６ａ、２６ｂ、２６ｃとを形成し、その後、前記帯鋼片の両端面を互いに突き合わせて溶接し、相互接合することにより、形成することができる。ここにおいて、前記溶接は一般に前記溶接により接合される箇所の剛性を増大させる。このため、前記帯鋼片の互いに突き合わされる両端面（突合せ面）の位置が、角部２６ｄ、２６ｅにはなく、角部２６ｄ、２６ｄ相互間又は角部２６ｄ、２６ｅ相互間にあるようにする。これにより、全ての角部２６ｄ、２６ｅの剛性を、前記帯鋼片由来の一様なものとすることができる。

【0020】

なお、図１及び図２に示すところでは、図示の便宜のため、筒体２６の角部２６ｄ、２６ｅが筒体２６の内面及び外面のそれぞれにおいて直線で描かれている。しかし、筒体２６の各角部２６ｄ、２６ｅは、折り曲げられていることから、実際には湾曲面を呈する。

【0021】

なお、前記六角形の辺の長さ及び頂角の大きさは任意に定めることが可能である。

【0022】

履歴型ダンパー１４を構成する筒体２６は、２つの斜材２８を介して、架構１２に固定されている。より詳細には、筒体２６は、架構面２２を規定する矩形の２つの対角線２２ａ、２２ｂの一方２２ａ（図３）に沿って配置された２つの斜材２８間に配置され、また、筒体２６の各面部２６ａの任意の位置において、好ましくは各面部２６ａに連なる２つの角部２６ｄ相互間の中央位置において、各斜材２８の各端部２８ａ（図２）に固定されている。各斜材２８の他端部２８ｂは、架構１２にこれを構成する柱１８及び梁２０の交差部において固定されている。

【0023】

図示の例にあっては、各斜材２８がＨ形鋼からなり、該Ｈ形鋼はその長さ方向に伸びる軸線に対して直角な端面を有し、該端面において筒体２６の平坦な面部２６ａに接している。但し、筒体２６の横断面形状によっては、前記筒体の面部に接する斜材２８の端面は該斜材の軸線に対して非直角である場合がある。なお、斜材２８は、前記Ｈ形鋼以外の形鋼又は他の長尺材からなるものとすることができる。また、斜材２８を構成する前記Ｈ形鋼は、筒体２６の前記軸線方向長さより小さい幅寸法を有する。

【0024】

両斜材２８は、履歴型ダンパー１４を架構１２内に設置するに先立ち、筒体２６の両面部２６ａにそれぞれ固定しておくことができる。面部２６ａに対する斜材２８の固定は、これらを溶接することにより、あるいは、予め面部２６ａに継手（図示せず）を固定しておき、前記継手と斜材２８の端部２８ａとを複数対のボルト及びナット（図示せず）で固定することにより行うことができる。

【0025】

建物１０が地震力を受けて水平方向へ左右に揺れるとき、架構１２又は架構面２２の形状が矩形から平行四辺形に変化し、これに伴って架構面２２の両対角線２２ａ、２２ｂの長さが伸長し及び短縮する（図３参照）。このとき、履歴型ダンパー１４を構成する筒体２６が、２つの斜材２８にそれぞれ固定された２つの面部２６ａにおいて、架構１２から引張力及び圧縮力を交互に受け、筒体２６は一方の対角線２２ａの伸長方向に関して交互に引き伸ばされまた押し縮められる。同時に、筒体２６の各角部２６ｄ、２６ｅに角度の変化を伴う塑性変形が生じる。具体的には、筒体２６が引き伸ばされるとき、筒体２６に、角部２６ｄの内角の大きさが漸増しまた角部２６ｅの内角の大きさが漸減する塑性変形が生じる。反対に、筒体２６が押し縮められるとき、角部２６ｄの内角の大きさが漸減しまた角部２６ｅの内角の大きさが漸増する塑性変形が生じる。その結果、建物１０に作用する地震エネルギが吸収され、建物１０が負担する地震力が緩和される。

【0026】

履歴型ダンパー１４の筒体２６の各角部２６ｄ、２６ｅの剛性の程度又は大きさは、前記帯鋼片の厚さ、幅、又は種類（鋼種）の選択により、任意にまた容易に定めることができる。筒体２６の各角部２６ｄ、２６ｅの剛性の程度又は大きさは、想定される規模の地震力の緩和に有効とされる前記塑性変形の程度を考慮して定められる。また、筒体２６の各面部２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、筒体２６が一方の対角線２２ａの伸長方向に引き伸ばされまた押し縮められるとき、これに撓みがほとんど生じない程度の剛性を有する。各面部２６ａ、２６ｂ、２６ｃの剛性もまた前記帯鋼片の厚さ、幅、又は種類（鋼種）に基づいて、前記角部の剛性と共に、適切に定めることができる。

【0027】

履歴型ダンパー１４と共に架構１２内に設置される一対の粘性型ダンパー１６は、架構面２２を規定する前記矩形の２つの対角線２２ａ、２２ｂのうちの他方の対角線２２ｂに沿ってかつ履歴型ダンパー１４を間において配置され、また、履歴型ダンパー１４の筒体２６の２つの面部２６ａ以外の他の２つの面部、図示の例にあっては互いに平行な２つの面部２６ｂと、架構１２を構成する柱１８及び梁２０の交差部（具体的には交差部に固定されたガセットプレート３２）とにそれぞれピン３０により結合（ピン結合）されている。

【0028】

地震のために建物１０が水平方向へ左右に揺れ、このために架構面２２の形状が矩形から平行四辺形に変化し、これに伴って架構面２２の他方の対角線２２ｂの長さが交互に短縮し及び伸長するとき（図３参照）、両粘性型ダンパー１６は圧縮力及び引張力を交互に受ける。このとき、両粘性型ダンパー１６は、その振動減衰機能により、架構１２の形状変化の程度を軽減させる働きをなす。

【0029】

両粘性型ダンパー１６は、地震が履歴型ダンパー１４に前記塑性変形を生じさせる程の比較的大きい規模のものであるときは、履歴型ダンパー１４と共同して、建物１０に働く地震力の緩和に寄与する。反対に、地震が履歴型ダンパー１４に前記塑性変形ではなく弾性変形を生じさせる程の比較的小さい規模のものであるときは、主として、両粘性型ダンパー１６の働きが建物１０に働く地震力の緩和に寄与する。

【符号の説明】

【0030】

１０ 建物
１２ 架構
１４ 履歴型ダンパー
１６ 粘性型ダンパー
１８ 柱
２０ 梁
２２ 架構面
２４ 制振構造
２６ 筒体
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 筒体の面部
２６ｄ、２６ｅ 筒体の角部
２８ 斜材
２８ａ 斜材の一端部

【図1】

【図2】

【図3】