特開 2024-133033 エネルギー吸収間柱

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133033

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】エネルギー吸収間柱

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20240920BHJP

   E04B 2/56 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 301

E04B2/56 605Z

E04B2/56 643A

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024041390

(22)【出願日】2024-03-15

(31)【優先権主張番号】112110134

(32)【優先日】2023-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】503416331

【氏名又は名称】國立臺灣科技大學

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(72)【発明者】

【氏名】蕭 博謙

(72)【発明者】

【氏名】李 俊毅

【テーマコード（参考）】

2E002

2E139

【Ｆターム（参考）】

2E002MA12

2E139AA01

2E139AB00

(57)【要約】

【課題】エネルギー吸収間柱を提供する。
【解決手段】エネルギー吸収間柱は、境界梁に垂直に接続される境界柱翼板と、境界柱翼板の第１の側に位置する境界柱腹板を有する中間部、及び、水平方向に沿って延びる隙間を有し、中間部とともに境界柱翼板で境界梁に接続され、水平と垂直の力を伝達するように配置され、中間部の一端に位置する少なくとも１つの刀板接続部を含む少なくとも１つの境界柱と、境界柱翼板の境界柱腹板と反対側の第２の側に位置し、剪断力塑性挙動を発展させてエネルギーを吸収するように配置され、一側に境界柱が位置するエネルギー吸収板と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー吸収間柱であって、
境界梁に垂直に接続される境界柱翼板と、
前記境界柱翼板の第１の側に位置する境界柱腹板を有する中間部、及び、水平方向に沿って延びる隙間を有し、前記中間部とともに前記境界柱翼板で前記境界梁に接続され、水平と垂直の力を伝達するように配置され、前記中間部の一端に位置する少なくとも１つの刀板接続部を含み、エネルギー吸収板の一側に位置する少なくとも１つの境界柱と、
前記境界柱翼板の前記境界柱腹板と反対側の第２の側に位置し、均一な剪断力変形を形成するように配置され、一側に前記境界柱が位置する、エネルギー吸収板と、を備えるエネルギー吸収間柱。

【請求項2】

前記エネルギー吸収板の幅は前記エネルギー吸収板の高さより小さく、且つ前記エネルギー吸収板の前記高さは前記境界柱の高さの半分より大きい請求項１に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項3】

前記境界柱の幅と前記エネルギー吸収板の前記幅の半分は実質に同じか、それ以下である請求項２に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項4】

前記エネルギー吸収板、前記刀板接続部及び前記境界梁の間に窓がある請求項１に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項5】

前記窓における前記境界柱翼板との前記第２の側に位置し、前記刀板接続部の強度を強化するように配置される板カバーをさらに備える請求項４に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項6】

前記窓内に位置し且つ前記板カバーと前記エネルギー吸収板に隣接する境界板をさらに備える請求項５に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項7】

前記エネルギー吸収板の第１の表面に位置し且つ垂直方向に沿って配置される第１の補強板と、
前記エネルギー吸収板の端部に位置し、水平方向に沿って配置され且つ前記第１の補強板に接合される境界板と、をさらに備える請求項１に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項8】

前記エネルギー吸収板の前記第１の表面に対する第２の表面に位置し、且つ水平方向に沿って配置される第２の補強板をさらに備える請求項７に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項9】

前記境界柱腹板の表面に位置し且つ水平方向に沿って配置される水平補強板をさらに備える請求項１に記載のエネルギー吸収間柱。

【請求項10】

２つの前記境界柱を備え、前記エネルギー吸収板は２つの前記境界柱の間にあり、且つ２つの前記境界柱のそれぞれは２つの前記刀板接続部を含み、前記中間部は２つの前記刀板接続部の間に位置する請求項１に記載のエネルギー吸収間柱。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はエネルギー吸収間柱に関する。

【背景技術】

【0002】

台湾は環太平洋地震帯に位置しているため、近年、様々な防振、制振設計が絶えず発展して、人民の生命財産の安全を保障している。耐震間柱式金属エネルギー吸収器はその体積が小さく、耐震建築構造に広く応用されている。一般的に、耐震間柱は曲げモーメント降伏型及び剪断力降伏型の２種類に分けられ、剪断力降伏型耐震間柱はエネルギー吸収鋼板と上下両端の接続段から、三段式設計を採用して構成される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の剪断力降伏型耐震間柱は、そのエネルギー吸収鋼板の高さが総柱高さの３分の１以下であり、剪断力の変形需要は床の変位の３倍以上であるため、座屈が生じないように補強するために多くの補剛板が必要である。また、エネルギー吸収鋼板の剪断力塑性ヒンジの発生を確保するために、上下弾性部は非常に硬く、一定の高さを占有しなければならず、そのため、全体のロッド効率が低下した。それに加えて、従来のエネルギー吸収鋼板が必要とする低降伏強度鋼材は高価で入手が困難であり、特殊な加工が必要であるため、コストアップにつながる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の一技術態様はエネルギー吸収間柱である。

【0005】

本開示の一実施形態によれば、エネルギー吸収間柱であって、境界梁に垂直に接続される境界柱翼板と、境界柱翼板の第１の側に位置する境界柱腹板を有する中間部、及び、水平方向に沿って延びる隙間を有し、中間部とともに境界柱翼板で境界梁に接続され、水平と垂直の力を伝達するように配置され、中間部の一端に位置する少なくとも１つの刀板接続部を含む少なくとも１つの境界柱と、境界柱翼板の境界柱腹板と反対側の第２の側に位置し、剪断力塑性挙動を発展させてエネルギーを吸収するように配置され、一側に境界柱が位置するエネルギー吸収板と、を備える。

【0006】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収板の幅はエネルギー吸収板の高さより小さく、且つエネルギー吸収板の高さは境界柱の高さの半分より大きい。

【0007】

本開示の一実施形態において、境界柱の幅はエネルギー吸収板の幅の半分と実質に同じかそれ以下である。

【0008】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収板、刀板接続部及び境界梁の間に窓がある。

【0009】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、窓における該境界柱翼板との第２の側に位置し、刀板接続部の強度を増加するように配置される板カバーを備えてよい。

【0010】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、窓内に位置し且つ板カバーとエネルギー吸収板に隣接する境界板をさらに備える。

【0011】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、エネルギー吸収板の第１の表面に位置し且つ垂直方向に沿って配置される第１の補強板と、エネルギー吸収板の端部に位置し、水平方向に沿って配置され且つ第１の補強板に接合する境界板と、をさらに備える。

【0012】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、エネルギー吸収板の第１の表面に対する第２の表面に位置し、且つ水平方向に沿って配置される第２の補強板をさらに備える。

【0013】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、境界柱の表面に位置し且つ水平方向に沿って配置される水平補強板をさらに備える。

【0014】

本開示の一実施形態において、エネルギー吸収間柱は、２つの境界柱を備え、エネルギー吸収板が２つの境界柱の間に位置し、且つ２つの境界柱のそれぞれは２つの刀板接続部を含み、中間部は２つの刀板接続部の間に位置する。

【0015】

本開示の上述実施形態において、刀板接続部の隙間により、刀板接続部はこの隙間の位置で境界柱の中間部と建築物の境界梁とを枢着などの手段により接続することができ、隙間での刀板は水平と垂直の力を伝達するために使用できるため、中央エネルギー吸収板には単純な剪断力変形のみがある。さらに、エネルギー吸収板は境界柱を介して境界梁に接続され、エネルギー吸収板のアスペクト比を低下させるため、エネルギー吸収板の変形が剪断力を主とすることがより保証される。また、エネルギー吸収板の高さは総柱高さの半分より大きくできるため、床の剪断力変形需要とエネルギー吸収板の剪断力変形需要の比が１倍に近くなり、エネルギー吸収間柱のロッド効率が大幅に向上する。また、低降伏強度鋼材を使用する必要がないため、境界柱と同じ加工方法と材料を採用することができ、その施工コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

添付の図を参照すると、後述の実施形態から本開示内容の態様を最もよく理解することができる。この業界の標準的な実務によると、さまざまな特徴が縮尺通りに描かれていないことを注意されたい。実際に、論述の明確性のために、各特徴のサイズを任意に増減することができる。

【図1】本開示の一実施形態によるエネルギー吸収間柱を示す正面図である。

【図2】図１のエネルギー吸収間柱の変形時の正面図である。

【図3】本開示の他の実施形態によるエネルギー吸収間柱を示す正面図である。

【図4】図３のエネルギー吸収間柱の剪断力変形時の剪断力対床変形量を示す図である。

【図5】図３のエネルギー吸収間柱の２０回の最大剪断力変形時の剪断力対床変形量を示す図である。

【図6】本開示のさらなる実施形態によるエネルギー吸収間柱を示す後面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下で開示した実施形態内容は、提供された目的を実施するための異なる特徴の数多くの異なる実施形態、または実例を提供する。以下、本開示を簡素化するように、素子と布置の特定の実例を説明する。勿論、これらの実例は、実例だけで、且つ制限することを意図しない。なお、本開示は、各実例では素子符号及び／又は文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、簡単で明瞭な目的のために使用され、それ自体は論じた各実施形態及び／又は配置間の関係を指定しない。

【0018】

「……の下方にある」、「……の下にある」、「下部」、「……の上にある」、「上部」などの空間的相対用語は、図面に示されるように、１つの素子または特徴と他の素子または特徴の関係を説明するように、本明細書で説明の便宜のために使用することができる。空間的相対用語は、図面に示された方向以外の使用又は操作中の装置の異なる方向をカバーすることを意図している。装置は、他の形態で方向付けされてもよく（９０度回転または他の方向）且つ本明細書で使用される空間的相対説明用語は同様に対応的に解釈されることができる。

【0019】

図１は本開示の一実施形態によるエネルギー吸収間柱１００を示す正面図である。図１を参照し、エネルギー吸収間柱１００は境界柱翼板１１０、少なくとも１つの境界柱１２０及びエネルギー吸収板１３０を備える。境界柱翼板１１０は境界梁２００に垂直に接続される。境界柱１２０は中間部１２４及び少なくとも１つの刀板接続部１２２を備える。中間部１２４は境界柱翼板１１０の第１の側に位置する境界柱腹板１２９を備える。刀板接続部１２２は中間部１２４の一端に位置し、刀板接続部１２２、１２６は水平方向に沿って延びる隙間１２８を有し、刀板接続部１２２と中間部１２４は境界柱翼板１１０で境界梁２００に接続される。エネルギー吸収板１３０は境界柱翼板１１０の境界柱腹板１２９と反対側の第２の側に位置する。境界柱１２０はエネルギー吸収板１３０の一側に位置する。本実施形態において、エネルギー吸収間柱１００は２つの境界柱１２０を備え、エネルギー吸収板１３０は２つの境界柱１２０の間に位置し、且つ２つの境界柱１２０のそれぞれは２つの刀板接続部１２２、１２６を備え、中間部１２４は２つの刀板接続部１２２、１２６の間に位置する。刀板接続部１２２を例として、隙間１２８において、境界柱翼板１１０と配置可能な板カバー１５０が接続される刀板接続部１２２の上下２つの部分のみがあり、このような設計により、隙間１２８での境界柱翼板１１０は材料の延性と弾性を十分に利用することができ、枢着のような役割を果たすことができる。幾つかの実施形態において、エネルギー吸収板１３０、境界柱１２０及び境界柱翼板１１０の材質は鋼材を含み、且つエネルギー吸収板１３０、境界柱１２０及び境界柱翼板１１０の材質が同じであってもよく、Ｈ型鋼や複合鋼であってもよいが、これに限定されない。

【0020】

エネルギー吸収板１３０の幅Ｗ１はエネルギー吸収板１３０の高さＨ１より小さい。エネルギー吸収板１３０と直接接触するのは非境界梁２００ではなく、境界柱１２０である。このような設計により、エネルギー吸収板１３０のアスペクト比を幅Ｗ１と高さＨ１の比と等価にすることができる（一般的に、土木工学でいう壁幅は剪断力を付与する接触部分の長さである。本開示において、エネルギー吸収板１３０に剪断力を直接付与するのは、境界柱１２０であるため、壁幅は高さＨ１に等価する）。エネルギー吸収板１３０の幅Ｗ１がエネルギー吸収板１３０の高さＨ１より小さく、このアスペクト比が１より小さく、アスペクト比が小さい場合、エネルギー吸収板１３０に作用する主な作用力は剪断力によって支配される。このような設計により、エネルギー吸収板１３０のロッド力学が簡素化され、エネルギー吸収板１３０は単純な剪断力で地震の発生時のエネルギーを変形吸収できるようにする。

【0021】

図２は図１のエネルギー吸収間柱１００の変形時の正面図である。図２を参照し、エネルギー吸収間柱１００の上下の境界梁２００に横変位Ｓがある場合、刀板接続部１２２、１２６は、横変位Ｓによる隙間１２８での垂直力Ｖｋｐと水平力Ｈｋｐ、及び刀板接続部１２２、１２６内の曲げモーメント及び軸力を吸収するように配置される。いわゆる曲げモーメントは、水平力Ｈｋｐにより刀板接続部１２２、１２６内部を曲げるモーメントであり、いわゆる軸力は、垂直力Ｖｋｐによる刀板接続部１２２、１２６内の軸力であり、作用力の方向によって圧力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ、矢印がエネルギー吸収板１３０に向かう）と張力（Ｔｅｎｓｉｏｎ、矢印がエネルギー吸収板１３０から離れる）に分けることができる。なお、横変位Ｓによる歪力にも水平方向の水平力Ｈｋｐがあり、この水平力Ｈｋｐがエネルギー吸収板１３０内の剪断力を形成し、平行四辺形の変形を形成し、このように塑性に達して地震震動エネルギーを吸収する。変形時に、刀板接続部１２２、１２６がそれぞれ上下境界梁２００に接続される部分は変形しなく、刀板接続部１２２、１２６の隙間１２８の間の部分が変形し、且つエネルギー吸収板１３０の高さＨ１は境界柱１２０の高さＨ２の半分（図１参照）より大きく、このようにして、エネルギー吸収間柱１００の変形に関与する部分の高さＨ３は境界柱の高さＨ２の大きな割合、例えば８０％～９５％の範囲を占めることができる。小角度θの場合、角度θの正弦関数値は角度θそのもの（即ち）に近似できるので、床の剪断力変形需要とエネルギー吸収間柱１００の剪断力変形需要の比は、床の高さ（即ち境界柱高さＨ２、図１参照）とエネルギー吸収間柱１００の変形可能領域の高さＨ３の比に近似できる。変形可能領域の高さＨ３が境界柱の高さＨ２に近いため、このような設計により、床の剪断力変形需要とエネルギー吸収間柱１００の剪断力変形需要比を１：１に近くし、つまり、境界柱高さＨ２と変形可能領域の高さＨ３の比が１に近く、エネルギー吸収間柱１００のロッド効率を大幅に向上させる。

【0022】

図１を参照し、境界柱１２０の幅Ｗ２とエネルギー吸収板１３０の幅Ｗ１の半分は実質に同じか、それ以下である。エネルギー吸収板１３０、刀板接続部１２２及び境界梁２００の間に窓１４０がある。図１の上側の２つの刀板接続部１２２、境界梁２００及びエネルギー吸収板１３０は窓１４０を取り囲むことができる。エネルギー吸収間柱１００は板カバー１５０をさらに備える。板カバー１５０は窓１４０における境界柱翼板１１０との第２の側に位置し、板カバー１５０は、境界柱翼板１１０の強度を強化するように配置される。例えば、窓１４０のこの部分の境界柱翼板１１０に板カバー１５０を溶接することで、境界柱翼板１１０が耐えられる歪力強度を増加することができ、境界柱翼板１１０全体の厚さを増加する必要がない。幾つかの実施形態において、刀板接続部１２２の隙間１２８の幅は境界柱翼板１１０に板カバー１５０の厚さを加えたものの約１～２倍である。

【0023】

エネルギー吸収間柱１００は第１の補強板１７０と境界板１６０をさらに備える。第１の補強板１７０はエネルギー吸収板１３０の第１の表面１３２に位置し且つ垂直方向に沿って配置される。境界板１６０は窓１４０内及びエネルギー吸収板１３０の端部に位置し、境界板１６０は板カバー１５０とエネルギー吸収板１３０に隣接する。境界板１６０は水平方向に沿って配置され且つ第１の補強板１７０に接合される。本実施形態において、第１の補強板１７０の数は１枚示されるが、必要に応じて、より多くの第１の補強板１７０を増設することができる。第１の補強板１７０の増設の実施形態について、後述及び図３で説明する。第１の補強板１７０と境界板１６０の役割は、エネルギー吸収板１３０の座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）を遅らせ、エネルギー吸収板１３０がより大きな横変位に耐えられ、回復不可能な変形を遅らせるようにすることである。

【0024】

本実施形態において、エネルギー吸収間柱１００は水平補強板１７４をさらに備える。水平補強板１７４は境界柱腹板１２９の表面上に位置し且つ水平方向に沿って配置される。注意すべきなのは、水平補強板１７４が境界柱腹板１２９の１つの表面のみに配置されなく、図１の境界柱１２０の裏面にも水平補強板１７４を配置してもよく、図６で説明する。幾つかの実施形態において、第１の補強板１７０、水平補強板１７４の材質は鋼材を含み、第１の補強板１７０、水平補強板１７４の厚さは１．０センチ～２．５センチの範囲にあり、例えば約２センチである。

【0025】

図３は本開示の他の実施形態によるエネルギー吸収間柱１００ａの正面図である。図３を参照し、エネルギー吸収間柱１００ａは境界柱翼板１１０、少なくとも１つの境界柱１２０、エネルギー吸収板１３０及び第１の補強板１７０ａを備える。本実施形態と図１の実施形態との違いは、エネルギー吸収間柱１００ａが３枚の第１の補強板１７０ａがあることにある。このようにして、増設された第１の補強板１７０ａにより、エネルギー吸収間柱１００ａが図１の実施形態より大きいな歪力とより大きな横変位に耐えられる。

【0026】

図４は図３のエネルギー吸収間柱１００ａの剪断力変形時の剪断力対床変形量を示す図である。図４では、一次変形のサイクルでは、横変位が５％（即ち垂直方向に各メートルごとに５センチの横変位が発生する）に達しても、その力と変位の関係曲線は緩やかな曲線であり、図３のエネルギー吸収間柱１００ａに座屈が発生しないことを示す。図５は図３のエネルギー吸収間柱１００ａの２０回の最大剪断力変形時の剪断力対床変形量を示す図である。図５では、図４の横変位サイクルを２０回繰り返したとしても、その力と変位の関係曲線の重複性が依然として非常に高く、図３のエネルギー吸収間柱１００ａには、この２０回のサイクルの中で、金属疲労による構造劣化の現象が発生しないことを示す。

【0027】

図６は本開示のさらなる実施形態によるエネルギー吸収間柱１００ｂの後面図である。図６を参照し、エネルギー吸収間柱１００ｂは境界柱翼板１１０、少なくとも１つの境界柱１２０及びエネルギー吸収板１３０を備える。図６の実施形態と図３の実施形態の違いは、図６のエネルギー吸収間柱１００ｂが第２の補強板１７２をさらに備えることにある。第２の補強板１７２はエネルギー吸収板１３０の第１の表面１３２に対する第２の表面１３４に位置し、且つ第２の補強板１７２が水平方向に沿って配置される。第２の補強板１７２を増設することによって、エネルギー吸収間柱１００ｂのエネルギー吸収板１３０の構造がさらに強化される。幾つかの実施形態において、第２の補強板１７２の材質は鋼を含み、第２の補強板１７２の厚さは約１．０センチ～２．５センチの範囲にあり、例えば２センチである。

【0028】

以上のように、刀板接続部の隙間により、刀板はこの隙間の位置で境界柱の中間部と建築物の境界梁とを枢着などの手段により接続することができ、隙間での刀板接続部は水平と垂直の力を伝達することができるため、中央エネルギー吸収板には単純な剪断力変形のみがある。さらに、エネルギー吸収板は境界柱を介して境界梁に接続され、エネルギー吸収板のアスペクト比を低下させるため、エネルギー吸収板の変形が剪断力を主とすることがより保証される。また、エネルギー吸収板の高さは総柱高さの半分より大きくできるため、床の剪断力変形需要とエネルギー吸収板の剪断力変形需要の比が１倍に近くなり、エネルギー吸収間柱のロッド効率が大幅に向上する。また、低降伏強度鋼材を使用する必要がないため、境界柱と同じ加工方法と材料を採用することができ、その施工コストを低減することができる。

【0029】

以上、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説した。当業者は、本開示をその他の過程と構造を設計または修正する基礎として容易に使用して、本明細書で説明した実施形態と同じ目的を実現し、及び／又は同じ利点を実現ができることを理解すべきである。当業者は、さらに、このような等価構造が本開示の精神や範囲を逸脱しなく、且つ本開示の精神と範囲を逸脱しない限り、ここで様々な改変、置き換え及び変更を行ってもよいことを認識すべきである。

【符号の説明】

【0030】

１００，１００ａ，１００ｂ：エネルギー吸収間柱
１１０：境界柱翼板
１２０：境界柱
１２２，１２６：刀板接続部
１２４：中間部
１２８：隙間
１２９：境界柱腹板
１３０：エネルギー吸収板
１３２：第１の表面
１３４：第２の表面
１４０：窓
１５０：板カバー
１６０：境界板
１７０，１７０ａ：第１の補強板
１７２：第２の補強板
１７４：水平補強板
２００：境界梁
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３：高さ
Ｗ１，Ｗ２：幅
Ｖｋｐ：垂直力
Ｈｋｐ：水平力
Ｓ：横変位
θ：角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】