(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、上下方向を上下方向Zとし、上下方向Zと交差、例えば直交する1つの平面方向を第1平面方向Xとし、上下方向Z及び第1平面方向Xのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第2平面方向Yとする。また、各図において、共通する部分については、共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【0012】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る制震構造1の一例を示す正面図である。
図2は、第1実施形態に係る制震構造1の一例を拡大して示す正面図である。制震構造1は、家屋等の構造物の振れを減らすためのものであって、制震性能を発揮させるものである。構造物は、例えば第1構造部材2と、第2構造部材3と、第3構造部材4とを有する。制震構造1は、第2構造部材3と、第3構造部材4と、制震装置5と、を備える。制震装置5は、第1構造部材2と、接続機構9と、拘束部材と、を有する。
【0013】
第1構造部材2は、長手方向の一方の端部が制震装置5を介して一方の第2構造部材3に接続され、長手方向の他方の端部が他方の第2構造部材3に接続される。場合によっては第3構造部材もしくは両者を介して、他方の第2構造部材3に接続されることもある。第1構造部材2は、制震機能を有するダンパー装置21が用いられる。第1構造部材2は、上下方向Zに対して傾斜して配置される。ダンパー装置21は、棒状に形成され、その長手方向に伸縮して摩擦抵抗により制震機能を有する。ダンパー装置21としては、例えば、アイディールブレーン株式会社製のミューダム(登録商標)が用いられてもよい。なお、第1構造部材2は、その長手方向の長さが固定されたブレース材であってもよい。
【0014】
第2構造部材3は、金属製、木製等の上下方向Zに延びる柱部材31である。柱部材31は、第1平面方向Xに離間して一対となって設けられる。一対の柱部材31、31の間には、第1構造部材2が配置される。
【0015】
第3構造部材4は、金属製、木製等の第1平面方向Xに延びる梁部材41である。梁部材41は、柱部材31の上端と、柱部材31の下端とにそれぞれ設けられ、緊結されている。
【0016】
制震装置5は、第1構造部材2と第2構造部材3とに接続されて用いられるものである。
【0017】
接続機構9は、第1構造部材2と第2構造部材3とを接続するためのものである。接続機構9は、接続部材60と、ベースプレート69とを有する。接続部材60は、2つのスタッドジベル65と、2つのスタッドジベル65が溶接固定される接続プレート68と、を有する。スタッドジベル65は、ボルト、鋼板等の所定の鋼製部材に代替することができる。
【0018】
スタッドジベル65は、上下方向Zの一方側に第1拘束部材7が配置され、他方側に第2拘束部材8が配置される。スタッドジベル65の一端部65aには、ベースプレート69に溶接されて第1溶接部11が形成される。スタッドジベル65の他端部65bである頭部には、接続プレート68が溶接固定される。スタッドジベル65は、第1拘束部材7と第2拘束部材8に対向する一対の第1対向部61を有する。第1対向部61は、後述する拘束部材の第2対向部71、81に接触する。
【0019】
接続プレート68は、2つのスタッドジベル65が溶接固定される。接続プレート68は、ダンパー装置21がボルトナット等の締結部材を介して接続される。接続プレート68は、普通鋼が用いられるが、バネ鋼、高強度鋼、低降伏点鋼等の鋼板が用いられてもよい。
【0020】
ベースプレート69は、ビス、釘、ボルト等の所定の接合部材91により第2構造部材3に接合される。ベースプレート69は、普通鋼が用いられるが、バネ鋼、高強度鋼、低降伏点鋼等の鋼板が用いられてもよい。
【0021】
拘束部材は、第1拘束部材7と、第2拘束部材8と、を有する。
【0022】
第1拘束部材7は、ベースプレート69側の基端部7aと、基端部7aとは反対側の先端部7bと、第1対向部61に対向される第2対向部71と、基端部7aに形成される第2溶接部72と、を有する。第2溶接部72は、第1拘束部材7をベースプレート69に溶接固定するものである。
【0023】
図3(a)は、第1実施形態に係る制震構造1における第1拘束部材7を示す正面図である。第2対向部71は、
図3(a)に示すように、基端部7a側に切り欠かれて形成される切欠部73と、先端部7b側に湾曲して形成される湾曲面75と、を有する。第1拘束部材7は、1つの基端部7aと、1つの先端部7bを有し、1つの第2対向部71を有する。
【0024】
第2対向部71は、
図2に示すように、第1溶接部11と切欠部73との隙間を埋設する第3溶接部74を有する。第2対向部71は、第3溶接部74を介して第1対向部61に接触される。第3溶接部74は、第1拘束部材7とスタッドジベル65と繋げるものとなり、更にベースプレート69にも繋がるものであってもよい。また、第2対向部71は、第3溶接部74よりも先端部7b側に形成され、第1対向部61から漸次離間される湾曲面75を有する。第2対向部71は、湾曲面75が第1対向部61に接触される。
【0025】
第2拘束部材8は、ベースプレート69側の基端部8aと、基端部8aとは反対側の先端部8bと、第1対向部61に対向される。第2対向部81と、基端部8aに形成される第2溶接部82と、を有する。第2溶接部82は、第2拘束部材8をベースプレート69に溶接固定するものである。
【0026】
図3(b)は、第1実施形態に係る制震構造1における第2拘束部材8を示す正面図である。第2対向部81は、
図3(b)に示すように、基端部8a側に切り欠かれて形成される切欠部83と、先端部8b側に湾曲して形成される湾曲面85と、を有する。第2拘束部材8は、1つの基端部8aと、2つの先端部8bを有し、2つの第2対向部81を有する。
【0027】
第2対向部81は、
図2に示すように、第1溶接部11と切欠部83との隙間を埋設する第3溶接部84を有する。第2対向部81は、第3溶接部84を介して第1対向部61に接触される。第3溶接部84は、第2拘束部材8とスタッドジベル65と繋げるものとなり、更にベースプレート69にも繋がるものであってもよい。また、第2対向部81は、第3溶接部84よりも先端部8b側に形成され、第1対向部61から漸次離間される湾曲面85を有する。第2対向部81は、湾曲面85が第1対向部61に接触される。
【0028】
次に、制震装置の施工方法について説明する。制震装置の施工方法は、ベースプレート接合工程と、制震装置設置工程と、第1構造部材接続工程と、を備える。
【0029】
ベースプレート接合工程では、第2構造部材3にベースプレート69を接合部材91により接合する。
【0030】
次に、制震装置設置工程を行う。制震装置設置工程は、第1溶接工程と、第2溶接工程と、第3溶接工程と、接続プレート設置工程と、を有する。
【0031】
先ず、
図4に示すように、第1溶接工程を行う。第1溶接工程では、ベースプレート69にスタッドジベル65の一端部65aを溶接して第1溶接部11を形成する。このとき、第1溶接部11は、スタッドジベル65の一端部65aの周囲に形成されるため、スタッドジベル65の軸の直径よりも拡径されて形成されるものとなる。第1溶接部11を形成する際には、大電流を流して瞬間的に金属溶融させるスタッド溶接により行われることが好ましい。これにより、スタッドジベル65をベースプレート69に強固に溶接固定することができる。
【0032】
次に、
図5に示すように、第2溶接工程を行う。第2溶接工程では、第1拘束部材7をベースプレート69に溶接して第2溶接部72を形成する。第2溶接部72を形成する際には、例えばアーク溶接により行われる。
図6(a)に示すように、切欠部73は、第1溶接部11との接触を回避するために形成されるものであり、第1溶接部11と切欠部73との間に隙間S1が形成される。また、第1拘束部材7をベースプレート69に溶接して第2溶接部72を形成した際に、湾曲面75は、第1対向部61に接触されることが好ましい。
【0033】
同様に、第2溶接工程では、第2拘束部材8をベースプレート69に溶接して第2溶接部82を形成する。第2溶接部82を形成する際には、例えばアーク溶接により行われる。
図6(a)に示すように、切欠部83は、第1溶接部11との接触を回避するために形成されるものであり、第2溶接部82を形成したとき、第1溶接部11と切欠部83との間に隙間S2が形成される。また、第2拘束部材8をベースプレート69に溶接して第2溶接部82を形成した際に、湾曲面85は、第1対向部61に接触されることが好ましい。
【0034】
次に、
図6(b)に示すように、第3溶接工程を行う。第3溶接工程では、隙間S1を埋設する第3溶接部74を形成する。これにより、スタッドジベル65と第1拘束部材7とが第3溶接部74を接触領域として、確実に接触させることができる。また、第3溶接工程では、隙間S2を埋設する第3溶接部84を形成する。これにより、スタッドジベル65と第2拘束部材8とが第3溶接部84を接触領域として、確実に接触させることができる。第3溶接部74、第3溶接部84を形成する際には、例えばアーク溶接により行われる。
【0035】
次に、接続プレート設置工程を行う。接続プレート設置工程では、
図7に示すように、スタッドジベル65の頭部に、接続プレート68を溶接固定する。スタッドジベル65に接続プレート68を固定した後、図示は省略するが、接続プレート68に第1構造部材2を締結部材により接続する。
【0036】
以上により、制震構造の施工方法が完了する。なお、制震構造の施工方法では、制震装置設置工程の後に、ベースプレート接合工程を行ってもよい。
【0037】
次に、制震構造1の作用効果について説明する。
図8は、第1実施形態に係る制震構造1の作用効果を説明するための図である。
【0038】
湾曲面75、85の曲率φは、スタッドジベル65の上下方向Zにおける長さをdとすると、一般に、以下の(式1)により表される。
【0039】
φ=(|
cε1|+|
tε1|)/d・・・(式1)
(ただし、
cε1はスタッドジベル65の曲げ圧縮歪、
tε1はスタッドジベル65の曲げ引張歪。)
【0040】
スタッドジベル65が曲げ変形したときに、その断面の圧縮塑性歪を
cε
p、引張塑性歪を
tε
pとすると、その断面の曲率φfは、以下の(式2)により表される。また、以下の(式3)、(式4)の関係を満たす。これらの塑性歪
cε
p、
tε
pはスタッドジベル65の損傷度合に対応し、ダンパーとしての想定繰り返し回数などから設定される。例えば、スタッドジベル65の塑性歪
cε
p、
tε
pは20%と設定してもよい。
【0041】
φf=(|
cε
p|+|
tε
p|)/d・・・(式2)
【0042】
|
cε
p|=|
cε1|・・・(式3)
|
tε
p|=|
tε1|・・・(式4)
【0043】
第1構造部材2を介してスタッドジベル65に外力が作用し、
図8に示すように、例えばスタッドジベル65が下方に変形したときに、第1溶接部11近傍の初期当接断面の曲げ変形が増加し曲率φfに到達すると、第3溶接部84からわずかにスタッドジベル65の他端部65b側において湾曲面85から離間していた第1対向部61が、湾曲面85に接触する。これを順次繰り返して、第1対向部61は湾曲面85に接触する領域が、第3溶接部84から接触箇所Pまで拡がることになる。その際、湾曲面85の曲率φとしたとき、曲率φfと曲率φは、以下の(式5)となる。
【0045】
すなわち、第1対向部61がそれに対向する湾曲面85に順次当接することによって、スタッドジベル65の各断面の圧縮塑性歪、引張塑性歪は設定した
cε
p、と
tε
pで停留し、それ以上に塑性歪が進行しないことになる。上記の例では、例えばスタッドジベル65が下方に変形した場合を説明したが、スタッドジベル65が上方に変形した場合には、第1対向部61が湾曲面75に順次接触されることになる。
【0046】
なお、曲率φfは、第1構造部材2としてのダンパー装置21の想定繰り返し回数などから設定される以外には、例えば前記曲率φfより小さな値として、スタッドジベル65が降伏点に達する以前(弾性域範囲内)でその変形を拘束するよう設定すれば、疲労破壊を阻止することもできる。
【0047】
このように、地震や風力等の外力が作用した場合、第1拘束部材7又は第2拘束部材8に接触されるスタッドジベル65における上下方向Zに沿う断面曲率が設定曲率に達した場合、このスタッドジベル65の微小断面は湾曲面75又は湾曲面85に当接してスタッドジベル65の断面曲率が強制的に拘束される。これにより、スタッドジベル65と第1拘束部材7又は第2拘束部材8の接触領域は、スタッドジベル65の他端部65b側の接触箇所Pにまで拡がる。これに伴い、第1平面方向Xにおいて隣接する次の微小断面に移行し、その部分のスタッドジベル65についても、湾曲面75又は湾曲面85に接触することになって、その曲率が強制的に拘束されることとなる。
【0048】
そして、第3溶接部74又は第3溶接部84に接触されるスタッドジベル65が設定曲率に達した段階で、第1拘束部材7及び第2拘束部材8によって断面曲率が拘束され、スタッドジベル65の他端部65b寄りに順次移行して塑性化領域が拡がっていく。その結果、第1対向部61は、第3溶接部74又は第3溶接部84から接触箇所Pまで、湾曲面75又は湾曲面85に接触されることとなる。
【0049】
本実施形態によれば、第1構造部材2に接続するための接続部材60を第2構造部材3に接合するためのベースプレート69に溶接して第1溶接部11を形成する第1溶接工程と、拘束部材における湾曲面75を有する第2対向部71を接続部材60の第1対向部61に対向させるとともに拘束部材の第2対向部71に形成された切欠部73を第1溶接部11と隙間S1を空けて配置し、拘束部材の基端部をベースプレート69に溶接して第2溶接部72を形成する第2溶接工程と、隙間S1を埋設する第3溶接部74を形成する第3溶接工程と、を備え、第2対向部71は、第3溶接部74よりも拘束部材の基端部とは反対側の先端部側に形成され、第1対向部から漸次離間される湾曲面75を有する。
【0050】
これにより、地震や風により外力が作用した場合に、接続部材60の断面が設定曲率に達し塑性化したところで断面曲率を第1拘束部材7で拘束することができ、塑性化する位置を接続部材60の先端部側に順次移行させることができる。このようにして、接続部材60の塑性化領域を接続部材60の先端部側に移行させつつ、接続部材60における第1拘束部材7に接触される部分におけるそれ以上の断面曲率を拘束する。このため、接続部材60に一定以上のエネルギーを集中させず、接続部材60の端部断面だけが破断するのを防止すると共に、エネルギーを接続部材60の先端部側に分散させることができる。その結果、接続部材60全体で無駄なく効率よくエネルギーを吸収することができる。したがって、このような制震装置5では、第1拘束部材7を備えない単なる接続部材に比較して、遥かに高いエネルギーを吸収することが可能となり、構造物の耐震性を大幅に向上させることができる。
【0051】
ここで、第3溶接部74が形成されずに、第1溶接部11と第2溶接部72のみが形成された場合には、ベースプレート69が溶接熱により変形するおそれがある。これにより、第1対向部61と第2対向部71とが接触されず、接続部材60と拘束部材との一体性を確保できないおそれがある。かかる場合に地震や風により外力が作用したとき、第1対向部61を有する接続部材60が、湾曲面75に接触される前に脱離してしまい、接続部材60の断面曲率の拘束効果を発揮できないおそれがある。
【0052】
スタッドジベル65をベースプレート69に溶接して形成される第1溶接部11は、溶接による肉盛りが発生するものであって、溶接作業者等によって肉盛りの大きさのバラつきは特に大きいものとなる。第1拘束部材7と第2拘束部材8とに切欠部73、83がない場合に第1溶接部11を形成してしまうと、第1対向部61と第2対向部71、81との接触が確保できないおそれがある。
【0053】
この点、本実施形態によれば、敢えて第1拘束部材7と第拘束部材8とに切欠部73、83を形成することにより、切欠部73、83により第1溶接部11を回避しつつ、第1対向部61と第2対向部71、81との接触を確保しておくことができる。そして、本実施形態によれば、第3溶接工程では、切欠部73と第1溶接部11との隙間S1を埋設する第3溶接部74を形成する。これにより、第1溶接部11と第2溶接部72とを溶接した際の溶接熱によってベースプレート69が変形したとしても、第1対向部61と第2対向部71とが第3溶接部74により接触され、接続部材60と拘束部材との一体性を確保することができる。このため、地震や風により外力が作用したとき、第1対向部61を有する接続部材60が、湾曲面75に接触される前に脱離することなく、接続部材60の断面曲率の拘束効果を確実に発揮させることができる。その結果、制震性能を発揮させることが可能となる。
【0054】
特に、本実施形態によれば、接続部材60の両側に、第1拘束部材7と第2拘束部材8とが配置される。これにより、接続部材60の大きさ(上下方向Zにおける長さ)に制限されることなく、接続部材60を挟んで両側に第1拘束部材7と第2拘束部材8とを配置することができる。このため、汎用性を高くすることが可能となる。
【0055】
本実施形態によれば、一対の第2構造部材3を繋ぐ第3構造部材4を備える。これにより、一対の第2構造部材3における間隔が保持され、制震構造1全体の曲げモーメント耐力を向上させることができる。
【0056】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【解決手段】一実施形態に係る制震装置の製造方法は、第1構造部材に接続するための接続部材60を第2構造部材3に接合するためのベースプレート69に溶接して第1溶接部11を形成する第1溶接工程と、第1拘束部材7における湾曲面75を有する第2対向部71を接続部材60の第1対向部61に対向させるとともに第1拘束部材7の第2対向部71に形成された切欠部73を第1溶接部11と隙間S1を空けて配置し、第1拘束部材7の基端部7aをベースプレート69に溶接して第2溶接部72を形成する第2溶接工程と、隙間S1を埋設する第3溶接部74を形成する第3溶接工程と、を備える。湾曲面75は、第3溶接部74よりも第1拘束部材7の基端部7aとは反対側の先端部7b側に形成され、第1対向部61から漸次離間される。