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特開2024-59540Ｔ形断面の強化型鋼板ダンパー

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2024059540

(43)【公開日】2024-05-01

(54)【発明の名称】Ｔ形断面の強化型鋼板ダンパー

(51)【国際特許分類】

E04H 9/02 20060101AFI20240423BHJP

F16F 15/02 20060101ALI20240423BHJP

F16F 7/12 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 351

F16F15/02 Z

F16F7/12

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014357

(22)【出願日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】111139533

(32)【優先日】2022-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】512107846

【氏名又は名称】財團法人國家實驗研究院

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＴＩＯＮＡＬＡＰＰＬＩＥＤＲＥＳＥＡＲＣＨＬＡＢＯＲＡＴＯＲＩＥＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100167689

【弁理士】

【氏名又は名称】松本征二

(72)【発明者】

【氏名】▲蔡▼克銓

(72)【発明者】

【氏名】陳▲緯▼達

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼安傑

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

3J066

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AC19

2E139BA04

2E139BA08

3J048BC09

3J048BE10

3J048EA38

3J066AA26

3J066BD07

3J066BF01

(57)【要約】（修正有）

【課題】建築構造体を補強する特に建築物の構造体の間に設置される鋼板ダンパーを提供する。
【解決手段】前記鋼板ダンパーは、前記建築構造体の第１部材６１と、第１部材６１に対向する第２部材６２との間に設置され、第１弾性部１、第２弾性部２、エネルギー散逸部３、第１端板４、第２端板５を備える。前記第１弾性部１または前記第２弾性部２における第１方向Ｄ１に垂直な断面の面積は、前記エネルギー散逸部３における前記第１方向Ｄ１に垂直な断面の面積より大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建築構造体を補強するための鋼板ダンパーであって、前記鋼板ダンパーは、第１方向に沿って前記建築構造体の第１部材と第２部材との間に設置され、
前記建築構造体の前記第１部材に連結され、第１主板、及び前記第１主板の両側に対称に設置される２つの第１側板を有する第１弾性部と、
前記建築構造体の前記第２部材に連結され、第２主板、及び前記第２主板の両側に対称に設置される２つの第２側板を有する第２弾性部と、
前記第１弾性部と前記第２弾性部の間に設置され、腹板、及び前記腹板の少なくとも１つの表面に垂直に設置される少なくとも１つの強化板を有するエネルギー散逸部と、
前記第１弾性部と前記エネルギー散逸部との間に設置され、前記第１主板、前記第１側板、及び前記腹板に垂直に連結される第１端板と、
前記第２弾性部と前記エネルギー散逸部との間に設置され、前記第２主板、前記第２側板、及び前記腹板に垂直に連結される第２端板と、を備え、
前記第１弾性部または前記第２弾性部における前記第１方向に垂直な断面の面積は、前記エネルギー散逸部における前記第１方向に垂直な断面の面積より大きい、鋼板ダンパー。

【請求項2】

前記第１弾性部と前記第２弾性部の剛性及び強度は、いずれも前記エネルギー散逸部の剛性及び強度より大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項3】

前記第１弾性部の幅は前記第２弾性部の幅と実質的に等しく、前記第１弾性部の幅及び前記第２弾性部の幅は前記エネルギー散逸部の幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項4】

前記第１弾性部は、さらに２つの第１翼板と２つの第１側翼板を有し、前記２つの第１翼板は、それぞれ前記第１主板の両側に垂直に設置され、前記２つの第１側翼板のうちの一方は、前記２つの第１側板のうちの一方における前記第１主板から離れた側に位置し、前記２つの第１側翼板のうちの他方は、前記２つの第１側板のうちの他方における前記第１主板から離れた側に位置し、前記第２弾性部は、さらに２つの第２翼板と２つの第２側翼板を有し、前記２つの第２翼板は、それぞれ前記第２主板の両側に垂直に設置され、前記２つの第２側翼板のうちの一方は、前記２つの第２側板のうちの一方における前記第２主板から離れた側に位置し、前記２つの第２側翼板のうちの他方は、前記２つの第２側板のうちの他方における前記第２主板から離れた側に位置することを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項5】

前記エネルギー散逸部は、前記腹板の両側にそれぞれ垂直に設置される２つのエネルギー散逸翼板を有することを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項6】

前記第１弾性部、前記第２弾性部、及び前記エネルギー散逸部は、それぞれＨ形鋼、箱形鋼、Ｌ形鋼、Ｉ形鋼、またはＵ形鋼を切断して組み合わせることにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項7】

前記第１弾性部、前記第２弾性部、及び前記エネルギー散逸部は、少なくとも１つのＨ形鋼を切断して組み合わせることにより構成されることを特徴とする請求項６に記載の鋼板ダンパー。

【請求項8】

前記強化板は、前記第１端板と前記第２端板に垂直に連結されることを特徴とする請求項１に記載の鋼板ダンパー。

【請求項9】

前記強化板は、前記第１端板と前記第２端板に平行であることを特徴とする請求項１または８のいずれか一項に記載の鋼板ダンパー。

【請求項10】

前記強化板は、前記エネルギー散逸部の前記腹板の同一面または対向面にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項９に記載の鋼板ダンパー。

【請求項11】

前記強化板は、溶接接合により前記腹板に連結されることを特徴とする請求項1に記載の鋼板ダンパー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼板ダンパーに関し、特に建築物の構造体の間に設置される鋼板ダンパーに関する。

【背景技術】

【0002】

地震災害は常に人命や財産に甚大な損失を与えるため、建築物の耐震性の向上は、構造工学の発展において重要な課題の一つである。特に地震が頻発する地域では、地震は多くの建築物に損害を与え、人命や財産を危険にさらすことがある。そのため、既存の建築物の耐震補強だけでなく、新築の耐震性能の強化も減災対策として非常に重要な方法である。

【0003】

近年、様々な建築物の免震、制震、耐震技術が開発されている。一般的に、地震や風による水平方向の外力に抵抗できるように建築物の構造体の強度を確保するために、通常、制震・エネルギー散逸装置が必要である。主な原理は、これらの制震・エネルギー散逸装置によってエネルギーを散逸させ、強い外力が加わったときに、構造物の変形を低減し、構造物の損傷を避けることである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鋼板ダンパーを含む構造（ＳＰＤ－ＭＲＦ）は、金属降伏の制震構造の一つであり、従来の屈曲防止構造に鋼板ダンパーを追加して組み込むことで、剛性、強度、靭性、エネルギー散逸性能を向上させたシステムである。また、鋼板ダンパーも、せん断降伏型の耐震柱となっている。しかし、従来の鋼板ダンパーは、通常、弾性部とエネルギー散逸部を含む。一般的に、弾性部は普通鋼で作られており、エネルギー散逸部は低降伏強度鋼（ＬＹＰｓｔｅｅｌ）で作られている。しかし、低降伏強度鋼は高価であり、工事が困難である。そのため、短期間に工事ができ、低コストで、建築物の耐震性能を大幅に向上できる耐震システムの開発が急務となっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明は、建築構造体を補強するための鋼板ダンパーを提供する。前記鋼板ダンパーは、第１方向に沿って前記建築構造体の第１部材と第２部材との間に設置され、前記建築構造体の前記第１部材に連結され、第１主板、及び前記第１主板の両側に対称に設置される２つの第１側板を有する第１弾性部と、前記建築構造体の前記第２部材に連結され、第２主板、及び前記第２主板の両側に対称に設置される２つの第２側板を有する第２弾性部と、前記第１弾性部と前記第２弾性部の間に設置され、腹板、及び前記腹板の少なくとも１つの表面に垂直に設置される少なくとも１つの強化板を有するエネルギー散逸部と、前記第１弾性部と前記エネルギー散逸部との間に設置され、前記第１主板、前記第１側板、及び前記腹板に垂直に連結される第１端板と、前記第２弾性部と前記エネルギー散逸部との間に設置され、前記第２主板、前記第２側板、及び前記腹板に垂直に連結される第２端板と、を備え、前記第１弾性部または前記第２弾性部における前記第１方向に垂直な断面の断面積は、前記エネルギー散逸部における前記第１方向に垂直な断面の断面積より大きい。

【0006】

本発明の実施形態において、前記第１弾性部と前記第２弾性部の剛性及び強度は、いずれも前記エネルギー散逸部の剛性及び強度より大きい。

【0007】

本発明の実施形態において、前記第１弾性部の幅は前記第２弾性部の幅と実質的に等しく、前記第１弾性部の幅及び前記第２弾性部の幅は前記エネルギー散逸部の幅より大きい。

【0008】

本発明の実施形態において、前記第１弾性部は、さらに２つの第１翼板と２つの第１側翼板を有し、前記２つの第１翼板は、それぞれ前記第１主板の両側に垂直に設置され、前記２つの第１側翼板のうちの一方は、前記２つの第１側板のうちの一方における前記第１主板から離れた側に位置し、前記２つの第１側翼板のうちの他方は、前記２つの第１側板のうちの他方における前記第１主板から離れた側に位置し、前記第２弾性部は、さらに２つの第２翼板と２つの第２側翼板を有し、前記２つの第２翼板は、それぞれ前記第２主板の両側に垂直に設置され、前記２つの第２側翼板のうちの一方は、前記２つの第２側板のうちの一方における前記第２主板から離れた側に位置し、前記２つの第２側翼板のうちの他方は、前記２つの第２側板のうちの他方における前記第２主板から離れた側に位置する。

【0009】

本発明の実施形態において、前記エネルギー散逸部は、前記腹板の両側にそれぞれ垂直に設置される２つのエネルギー散逸翼板を有する。

【0010】

本発明の実施形態において、前記第１弾性部、前記第２弾性部、及び前記エネルギー散逸部は、それぞれＨ形鋼、箱形鋼、Ｌ形鋼、Ｉ形鋼、またはＵ形鋼を切断して組み合わせることにより構成される。

【0011】

本発明の実施形態において、前記第１弾性部、前記第２弾性部、及び前記エネルギー散逸部は、少なくとも１つのＨ形鋼を切断して組み合わせることにより構成される。

【0012】

本発明の実施形態において、前記強化板は、前記第１端板と前記第２端板に垂直に連結される。

【0013】

本発明の実施形態において、前記強化板は、前記第１端板と前記第２端板に平行である。

【0014】

本発明の実施形態において、前記少なくとも１つの強化板は、前記エネルギー散逸部の前記腹板の同一面または対向面にそれぞれ形成されている。

【0015】

本発明の実施形態において、前記強化板は、溶接接合により前記腹板に連結される。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る鋼板ダンパーは、一般に使用されている鋼材で作製することができる。低降伏強度鋼のような特殊鋼を使用する必要がないため、作製コストを大幅に削減することが可能である。なお、本発明に係る鋼板ダンパーは、構造体の上梁及び下梁と溶接接合によって接合することが好ましい。前記鋼板ダンパーの第１弾性部、エネルギー散逸部、及び第２弾性部は、Ｈ形鋼を切断して溶接接合することによって作製される。そのため、本発明に係る鋼板ダンパーは、作製と組立が簡単であり、作製時間とコストを大幅に削減し、生産率を向上させることが可能である。両側のＴ形断面は全体の横方向の剛性を効率的に高めるため、実用上に高い競争力がある。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーを示す正面模式図。

【図2】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーを示す斜視図。

【図3】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーの作製工程を示す模式図。

【図4】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーの作製工程を示す模式図。

【図5】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーの第１弾性部及び第２弾性部を示す断面図。

【図6】本発明の実施形態に係る鋼板ダンパーのエネルギー散逸部を示す断面図。

【図7】本発明の試験例における試験結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下では、本発明の実施態様を詳細に説明するために実施例を示す。本発明に開示されている内容により、本発明の利点及び効果はより明らかになるであろう。添付の図は、例示のものであり、説明のために簡略化されたものである。図に示された構成要素の数、形状、及び寸法は、実際の状況に応じて変更することができ、各構成要素の構成はより複雑なものになる可能性がある。本発明は、他の態様で実施または適用することが可能であり、本発明の原理及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び調整を行うことができる。

【0019】

［鋼板ダンパーの作製方法］

【0020】

本発明の実施形態において、鋼板ダンパーはＨ形鋼を切断して溶接接合することによって作製される。詳細な作製工程を以下の図１乃至図６に示す。

【0021】

まず、図３の切断面（Ｐ１、Ｐ２）に沿ってＨ形鋼を切断し、図３に示すブロックＡ～Ｅを得る。次に、図４に示すように、ブロックＢとブロックＣをブロックＡの上端の両側に溶接接合し、ブロックＤとブロックＥをブロックＡの下端の両側に溶接接合することで、第１弾性部１、第２弾性部２、及びエネルギー散逸部３を定義する。次に、図１および図２に示すように、第１弾性部１とエネルギー散逸部３との間、第２弾性体部２とエネルギー散逸部３との間、及びエネルギー散逸部３の腹板１１の表裏面には、複数の鋼板が溶接接合され、第１端板４、第２端板５、及び強化板３２がそれぞれ形成される。これによって、本実施例に係る鋼板ダンパー１０００が完成する。

【0022】

本実施例に係る鋼板ダンパーにおいて、構成部品はすべてＳＮ４００Ｂ鋼で構成され、表１に示すような寸法になっている。

【0023】

【表1】

【0024】

本実施例で作製された鋼板ダンパー１０００は、第１弾性部１、第２弾性部２、エネルギー散逸部３、第１端板４、及び第２端板５を備える。次に、第１弾性部１は、溶接接合によって建築構造体の第１部材（上梁）６１に連結される。第２弾性部２は、溶接接合によって建築構造体の第２部材（下梁）６２に連結される。鋼板ダンパー１０００は、第１方向Ｄ１に沿って延在する。第１部材６１及び第２部材６２は、第１方向Ｄ１と垂直である。或いは、他の実施例において、第１弾性部１及び第２弾性部２は、それぞれボルトによって建築構造体の第１部材（上梁）６１及び第２部材（下梁）６２に連結されてもよく、特に制限はない。

【0025】

詳しくは、第１弾性部１は、第１主板１１、２つの第１側板１２、２つの第１翼板１３、及び２つの第１側翼板１４を有する。２つの第１側板１２は、第１主板１１の両側に対称に設置されている。２つの第１翼板１３は、第１主板１１の両側に垂直に設置されている。２つの第１側翼板１４は、それぞれ第１側板１２と垂直である。２つの第１側翼板１４のうちの一方は、２つの第１側板１２のうちの一方における第１主板１１から離れた側に位置し、２つの第１側翼板１４のうちの他方は、２つの第１側板１２のうちの他方における第１主板１１から離れた側に位置している。

【0026】

第２弾性部２は、第２主板２１、２つの第２側板２２、２つの第２翼板２３、及び２つの第２側翼板２４を有する。２つの第２側板２２は、第２主板２１の両側に対称に設置されている。２つの第２翼板２３は、第２主板２１の両側に垂直に設置されている。２つの第２側翼板２４のうちの一方は、２つの第２側板２２のうちの一方における第２主板２１から離れた側に位置し、２つの第２側翼板２４のうちの他方は、２つの第２側板２２のうちの他方における第２主板２１から離れた側に位置している。

【0027】

エネルギー散逸部３は、第１弾性部１と第２弾性部２の間に設置される。エネルギー散逸部３は、腹板３１、強化板３２、及び２つのエネルギー散逸翼板３３を有する。この実施例において、強化板３２の数は１つであり、腹板３１の表面に横方向に設置され、エネルギー散逸翼板３３と共に２つの矩形の領域を定義する。しかし、他の実施例において、強化板３２の数は必要に応じて決めることができ、エネルギー散逸部の座屈の発生を遅らせることができるものであれば、腹板３１のいずれの面に横方向または縦方向に設置されてもよく、特に制限はない。２つのエネルギー散逸翼板３３は、腹板３１の両側に垂直に設置されている。

【0028】

第１端板４は、第１弾性部１とエネルギー散逸部３との間に設置される。第１端板４は、第１主板１１、第１側板１２、及び腹板３１に垂直に連結される。第２端板５は、第２弾性部２とエネルギー散逸部３との間に設置される。第２端板５は、第２主板２１、第２側板２２、及び腹板３１に垂直に連結される。

【0029】

なお、第１弾性部１及び第２弾性部２における第１方向Ｄ１に垂直な断面、即ち図１のａ－ａ’断面を図５に示す。エネルギー散逸部３における第１方向Ｄ１に垂直な断面、即ち図１のｂ－ｂ’断面を図６に示す。図５に示すように、第１弾性部１と第２弾性部２の断面の面積は同じであり、図６に示すエネルギー散逸部３の断面の面積より大きい。図５、６に示すように、第１弾性部１の幅Ｗ_１は第２弾性部２の幅Ｗ_２と等しく、エネルギー散逸部３の幅Ｗ_３より大きい。また、第１弾性部１と第２弾性部２の剛性及び強度は、いずれもエネルギー散逸部３の剛性及び強度より大きい。

【0030】

ところで、他の実施例において、鋼板ダンパーは、箱形鋼、Ｌ形鋼、Ｉ形鋼、またはＵ形鋼を切断して組み合わせることにより作製される。第１弾性部と第２弾性部の断面の面積を、エネルギー散逸部の断面の面積より大きくし、第１弾性部と第２弾性部の剛性及び強度を、いずれもエネルギー散逸部の剛性及び強度より大きくすればよい。

【0031】

［試験例１］鋼板ダンパーの繰返し荷重試験

【0032】

この試験例において、前記実施例の鋼板ダンパー１０００を試験対象とし、多軸試験システム（Ｍｕｌｔｉ－ＡｘｉａｌＴｅｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ、ＭＡＴＳ）で繰返し荷重試験を行う。ＭＡＴＳは、６自由度で垂直力、横力、傾き曲げモーメントをかけることが可能である。本試験の負荷時間は、梁部材の繰返し荷重試験に関する［ＡＩＳＣ３４１－１６２０１６］基準に基づいている。面内変位角度は、０．３７５％、０．５０％、０．７５％、１．０％、１．５％、２％、３％、４％、５％とした。建物の高さを２．６メートルと想定し、各変位角で６回、６回、６回、４回、２回、２回、２回、２回、２回の循環で試験を行う。残りの境界条件として、ＭＡＴＳの上端と下端で回転しないことである。試験中、試験対象には５００ｋＮの軸圧がかかり、試験対象の上端と下端に面外方向の相対変位がない。

【0033】

前記実施例の鋼板ダンパー１０００の試験結果を図７に示す。エネルギー散逸部の最大せん断変形は１２％ラジアンに達し、層間変位角は４％ラジアンであり、累積塑性変形量は降伏変形量の２００倍以上である。以上の試験結果から、本発明に係る強化板がエネルギー散逸部の座屈を遅らせることができ、第１弾性部及び第２弾性部が設計通りに弾性を維持できることが確認された。

【0034】

この試験例の結果から、本発明に係る鋼板ダンパーは、高い靭性と高いエネルギー散逸能力を有することが分かった。そのため、地震時に、鋼板ダンパーのコアとなるエネルギー散逸部は、せん断変形を繰り返してエネルギーを散逸させることができ、エネルギー散逸部に設置された強化板は、座屈の発生を遅らせることができる。

【符号の説明】

【0035】