特許 7362534 エネルギー吸収部材

(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】

(24)【登録日】2023-10-06

(45)【発行日】2023-10-17

(54)【発明の名称】エネルギー吸収部材

(51)【国際特許分類】

   F16F 7/12 20060101AFI20231010BHJP

   F16F 15/073 20060101ALI20231010BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20231010BHJP

   F16F 7/00 20060101ALN20231010BHJP

【ＦＩ】

F16F7/12

F16F15/073

E04H9/02 351

F16F7/00 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020064840

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021162099

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-11-25

(73)【特許権者】

【識別番号】303046244

【氏名又は名称】旭化成ホームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186015

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 靖之

(74)【代理人】

【識別番号】100164448

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 雄輔

(72)【発明者】

【氏名】小山 高夫

【審査官】松林 芳輝

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１８３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３８９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８０９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０９３８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７０３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６１８０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ ７／００－７／１４

Ｆ１６Ｆ １５／００－１５／３６

Ｅ０４Ｈ ９／００－９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湾曲部と、前記湾曲部の両端のそれぞれから連続して延びる一対の中間部と、前記一対の中間部の端からそれぞれ連続して延びる一対の固定部と、を有する層が、複数層重ね合わせられてなり、
前記複数層の各層の曲げ歪みが略等しいことを特徴とする、エネルギー吸収部材。

【請求項2】

湾曲部と、前記湾曲部の両端のそれぞれから連続して延びる一対の中間部と、前記一対の中間部の端からそれぞれ連続して延びる一対の固定部と、を有する層が、複数層重ね合わせられてなり、
前記複数層が前記固定部において互いに溶接されて一体化されていることを特徴とする、エネルギー吸収部材。

【請求項3】

前記複数層のうち少なくとも互いに接する２層について、内側の前記層の厚さが、外側
の前記層の厚さより薄い、請求項１又は２に記載のエネルギー吸収部材。

【請求項4】

前記層の厚さが、内側の層であるほど薄い、請求項３に記載のエネルギー吸収部材。

【請求項5】

前記複数層の積層方向に隣接する２層のうちの一方の固定部の一部の欠損により段差部が形成され、該段差部において隅肉溶接されて一体化されている、請求項２に記載のエネルギー吸収部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エネルギー吸収部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、一対のＵ字形のダンパーを用いた制震構造や耐震構造が知られている。これらの制震構造や耐震構造では、Ｕ字形のダンパーの弾塑性変形によって高いエネルギー吸収性能を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２７０３３６号公報

【文献】特開２０１７－０６１８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の技術では、一つの制震パネル等に設置される一対のダンパーの数が限られており、より高いエネルギー吸収性能を得たい場合には、制震パネル等の設置数が増え建物の間取設計の自由度を低下させるおそれがあった。

【0005】

このような事情に鑑みて、本発明は、建物の間取設計の自由度を低下させることなく、より高いエネルギー吸収性能を得ることができる、エネルギー吸収部材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】

【0006】

本発明の要旨構成は、以下の通りである。
（１）湾曲部と、前記湾曲部の両端のそれぞれから連続して延びる一対の中間部と、前記一対の中間部の端からそれぞれ連続して延びる一対の固定部と、を有する層が、複数層重ね合わせられてなることを特徴とする、エネルギー吸収部材。

【0007】

（２）前記複数層のうち少なくとも互いに接する２層について、内側の前記層の厚さが、外側の前記層の厚さより薄い、上記（１）に記載のエネルギー吸収部材。

【0008】

（３）前記層の厚さが、内側の層であるほど薄い、上記（２）に記載のエネルギー吸収部材。

【0009】

（４）前記複数層の各層の曲げ歪みが略等しい、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収部材。

【0010】

（５）前記複数層が前記固定部において互いに溶接されて一体化されている、上記（１）～（４）のいずれか１つに記載のエネルギー吸収部材。

【0011】

（６）前記複数層の積層方向に隣接する２層のうちの一方の固定部の一部の欠損により段差部が形成され、該段差部において隅肉溶接されて一体化されている、上記（５）に記載のエネルギー吸収部材。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、建物の間取設計の自由度を低下させることなく、より高いエネルギー吸収性能を得ることができる、エネルギー吸収部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態にかかるエネルギー吸収部材を有する耐震構造を示す正面図である。

【図2】エネルギー吸収部材の一例を示す図である。

【図3A】本実施形態でのエネルギー吸収部材の配置を示す図である。

【図3B】本実施形態でのエネルギー吸収部材の変形を模式的に示す図である。

【図4A】エネルギー吸収部材の対比となる配置を示す図である。

【図4B】対比となるエネルギー吸収部材の変形を模式的に示す図である。

【図5A】層を重ね合わせる手法の一例を示す図である。

【図5B】層を重ね合わせる手法の他の例を示す図である。

【図5C】層を重ね合わせる手法の別の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態にかかる耐震構造を示す正面図である。
本発明にかかるエネルギー吸収部材が適用される建物の架構は、鉄筋コンクリート造の基礎梁及び基礎梁の上に構築され、鋼材の柱・梁等からなる鉄骨造の上部架構で構成されている。本例では、２階以上に設置される耐震構造について説明するが、本発明の耐震構造は、地上階にも設置することができる。図１に示すように、架構は、上階梁（上部横架材）５、下階梁（下部横架材）６を有している。ここでいう上下は、建物の鉛直方向の上下であり、図示の上下とも一致する。また、左右は、上記鉛直方向に直交する水平面における水平方向の一方側、他方側であり、図示の左右である。

【0016】

図１に示すように、上階梁５及び下階梁６は、水平方向に延在している。図示は省略しているが、上階梁５及び下階梁６の端は、柱または他の横架材に接合されている。上階梁５及び下階梁６はＨ形鋼で構成されており、上下フランジには、他の部材をボルト接合するための孔が所定のピッチで穿設されている。

【0017】

＜エネルギー吸収部材＞
図２は、エネルギー吸収部材の一例を示す図である。図３Ａは、本実施形態で用いているエネルギー吸収部材の配置を示す図である。図３Ｂは、本実施形態でのエネルギー吸収部材の変形を模式的に示す図である。
エネルギー吸収部材４は、建物に地震等の水平力が作用した際の建物の層間変形に応じてそれ自体が変形等することにより、エネルギーを吸収し建物の揺れを減衰させる機能を有するものである。エネルギー吸収部材４は、略Ｕ字の形状をなしており、湾曲部４ａと、湾曲部４ａの両端のそれぞれから連続して延びる一対の中間部４ｂと、一対の中間部４ｂの端からそれぞれ連続して延びる一対の固定部４ｃと、を有している。一対の中間部４ｂの一部及び一対の固定部４ｃは、（非変形状態において）互いに対向する一対の対向部をなしている。エネルギー吸収部材４は矩形の板状の鋼材を曲げ加工することにより、上記の形状（略Ｕ字状）となされている。このような形状のエネルギー吸収部材４では、一対の固定部４ｃが、互いに平行な状態を保ったままその延在方向の相対的変位を正負方向に繰り返すことで、（一方の対向部における湾曲部の近傍部分が湾曲部と略同一の曲げ歪みで湾曲すると共に、他方の対向部における湾曲部の近傍付近が平坦となるような変形が生じて）その変位（変形）に応じた分のエネルギーを吸収することができる。

【0018】

エネルギー吸収部材４は、耐震要素の固定部４ｃにはボルト接合の為の孔が複数穿設されており、後述のとおり取付部材の当接面に対しボルト接合等により接合されるが、この接合によって湾曲形状に変形することが拘束され平坦形状が維持される領域が固定部４ｃであり、円弧状の湾曲形状が常に維持される領域が湾曲部４ａであり、湾曲形状と平坦形状とに変化し得る領域が中間部４ｂである。

【0019】

また、一方の中間部４ｂにおける固定部４ｃとの境界部まで湾曲形状に変形し、他方の中間部４ｂにおける湾曲部４ａとの境界部まで平坦となった状態が、エネルギー吸収部材４の相対的変位が最大値に達した状態であり、エネルギー吸収部材４の相対的変位の最大量は、接合の位置により決定される（接合の位置が湾曲部４ａから遠いほど、固定部４ｃの領域は小さくなり、エネルギー吸収部材４の相対的変位の最大量は大きくなる）。

【0020】

本例では、図１に示すように、一対のエネルギー吸収部材４が、湾曲部４ａ同士を対向させて（湾曲部４ａ同士が最も近接するように又は接するように）配置されている。湾曲部４ａ間は、例えば５～１０ｍｍ間隔を空けることが、湾曲部４ａの変形を考慮する上で好ましいが、間隔を設けないこともできる。なお、エネルギー吸収部材４を一対で設ける場合は、固定部４ｃ同士が対向するように（固定部４ｃ同士が最も近接するように又は接するように）配置することもできる。また、エネルギー吸収部材４（対ではなく単体）の長さ寸法は、例えば、２５０～４００ｍｍとすることができ、高さ寸法（一方の当接面から他方の当接面までの寸法）及び幅寸法は、例えば、５０～１５０ｍｍとすることができる。

【0021】

エネルギー吸収部材４は、湾曲部４ａ同士が対向するように（湾曲部４ａ同士が近接するように又は接するように）一対設けられており、エネルギー吸収部材４の一対分の長さ（一対のエネルギー吸収部４における同じ側の固定部２ｃのうち一方の固定部２ｃの端部から他方の固定部２ｃの端部までの寸法）に等しい寸法を有する当接面（挟持部）を有する一対の部材で挟持されている。対比として図４Ａに示すように、エネルギー吸収部材４の一対を、固定部４ｃを対向させて配置した場合、エネルギー吸収部材４の一対分の長さの当接面（挟持部）を有する一対の部材で両側から挟持していても、図４Ｂに模式的に示すように、相対的に変位した際に、上下の拘束力がなくなることから、局所的に当初の曲げ歪みとは異なる不均質な曲げ歪みでの変形を生じやすくなり、一対の対向部が相対的に変位することによってエネルギーを吸収するという本来の機能が十分に発揮できなくなるおそれがある。これに対し、図３Ａに示すように、エネルギー吸収部材４の一対を、湾曲部４ａ同士を対向させて配置することより、図３Ｂに模式的に示すように、相対的変位が生じた際にも、エネルギー吸収部材４が常に一対の部材の当接面からの拘束を受けた状態であるため、当初の曲げ歪みと同じ曲げ歪みでの変形が維持され、その結果、エネルギーを十分に吸収して、建物の揺れをより一層速やかに減衰させることができる。また、このような構成によれば、エネルギー吸収部材４を設置する為に必要なスペースも最小限に抑えることもできる。

【0022】

エネルギー吸収部材４は上階梁または下階梁に対し、直接あるいは取付部材３を介して接合されている。取付部材３は、一対の棒状部材３ａ、３ｂと、エネルギー吸収部材４が接合される当接面（挟持部）を有する連結部材３ｃと、を有する。一対の棒状部材３ａ、３ｂは、角形鋼管で構成されている。また、連結部材３ｃは、矩形板状の水平片と、矩形板状であって水平片から垂下した垂下片と、を有する断面略Ｔ字状の部材である。水平片は、その上面が当接面とされており、エネルギー吸収部材２をボルト接合する為の孔が穿設されている。一対の棒状部材３ａ、３ｂはその一端側が連結部材３ｃの両端部に溶接等によって接合されており、取付部材３は全体として正面視で略等脚台形状をなしている。

【0023】

取付部材３は、一対の棒状部材３ａ、３ｂの他端側が上階梁５または下階梁６にボルト接合等により接合されることによって、上階梁５から垂下または下階梁６から起立している。取付部材３は、地震等の水平力により架構に層間変位（上階梁５と下階梁６との水平方向の相対的変位）が生じた際に、一対の当接面の間に層間変位に応じた相対的な変位を生じせしめることでエネルギー吸収部材４を変形させる。取付部材３は、その剛性が大きいほど効果的にエネルギー吸収部材４を変形させるが、エネルギー吸収部材４に変形を生じさせる程度の剛性を有していればよく、完全な剛体でなくともよい。

【0024】

図１（ａ）に示す形態は、一対の取付部材３を用いてエネルギー吸収部材４を上階梁と下階梁との間の略中間に配置するとともに、一対の取付部材３の当接面（一対の挟持部）に当接しボルト接合により接合した例である。また、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す形態は、ひとつの取付部材３のみを用いてエネルギー吸収部材４を上階梁近傍または下階梁近傍に配置するとともに、取付部材３の当接面（一方の挟持部）と下階梁または上階梁のフランジ面（他方の挟持部）に当接しボルト接合により接合した例である。いずれ形態においても、エネルギー吸収部材４の一対の固定片２ｃの間には層間変位（上階梁と下階梁の水平方向の相対的変位）に対応した水平方向の相対的変位が生じ、地震等のエネルギーを吸収することができる。

【0025】

ここで、エネルギー吸収部材４は、湾曲部と、湾曲部の両端のそれぞれから連続して延びる一対の中間部と、一対の中間部の端からそれぞれ連続して延びる一対の固定部と、を有する層が、複数層重ね合わせられてなる。これにより耐震性能を向上させることができるからである。ここで、重ねる層の層数や各層の厚さ等を調整することにより、容易に、各エネルギー吸収部材４の耐震性能を調整することができる。図示例では、３層４１、４２、４２を重ね合わせた構成を示したが、２層以上であれば良い。層数の上限は、加工可能な範囲であれば特には限定されない。ここで、各層の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は、特には限定されないが、各層の曲げ歪みが略同じとなるように決定することができる。加えて、例えばエネルギー吸収能力に大きな影響を与える曲げ歪みが同じ場合で仮定すると、複数層にすることにより、材積が小さくなって省スペース化も可能となる。
ここで、図９に示すように、厚みｔの部材が、外形半径ｒで曲げられた際の曲げ歪みεは、
（式）ε＝（ｔ／２）／（ｒ－ｔ／２）
で定義される。
一例を示すと、ｒ＝８８ｍｍ、ｔ＝１６ｍｍの場合、
ε＝（ｔ／２）／（ｒ－ｔ／２）＝（１６／２）／（８８－１６／２）＝８／８０＝０．１
となり、曲げ歪みは０．１（１０％）となる。
なお、奥行き方向の単位長さ当たりの面積Ｓ１は、
Ｓ１＝（８８^２－７２^２）×π／２≒４０２１．２４ｍｍ^２／ｍｍ
となる。
一方で、２層で外側の厚みｔ２＝１２ｍｍ、内側の厚みｔ１＝９ｍｍとすると、外側の層の曲げ歪みは、
ε＝（ｔ／２）／（ｒ－ｔ／２）＝（１２／２）／（６６－１２／２）＝６／６０＝０．１
となり、１０％である。
内側の層の曲げ歪みは、
ε＝（ｔ／２）／（ｒ－ｔ／２）＝（９／２）／（５４－９／２）＝４．５／４９．５
＝０．０９１
となり、９．１％である。
よって、ｔ＝１６ｍｍの１層の場合と比較して、上記の２層の場合は、外側の層も内側の層も曲げ歪みが同等以下となり、ｔ＝１６ｍｍの１層の場合と同等以上の繰り返し性能が期待できる。
一方で、上記の２層の場合の奥行き方向の単位長さ当たりの面積Ｓ２は、
Ｓ２＝（６６^２－４５^２）×π／２≒３６６１．５３ｍｍ^２／ｍｍ
となり、Ｓ２／Ｓ１＝３６６１．５３／４０２１．２４≒０．９１
となり、材積は９１％となる。このように、同等の耐震性能（エネルギー吸収能力）で材積を小さくすることが可能である。

【0026】

ここで、エネルギー吸収部材は、複数層のうち少なくとも互いに接する２層について、内側の層の厚さが、外側の層の厚さより薄いことが好ましい。これにより内側の層と外側の層との曲げ歪みの差を低減することができ、内側の層の疲労が早期に発生してしまうのを抑制することができ、また、内側の層の加工が容易となるからである。同様の理由により、特に、最も内側の層の厚さが最も薄いことが好ましい。また、同様の理由により、エネルギー吸収部材は、図２等に示すように、層の厚さが、湾曲部の曲げ歪み中心側である内側の層であるほど薄いことが好ましい（図２の例では、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。ここで、エネルギー吸収部材は、複数層が固定部において互いに溶接されて一体化されていることが好ましい。各層の間で滑りが発生せず、期待通りのエネルギー吸収能力が得られる（例えば、ボルトで締結されているだけは、ボルトとボルト孔の遊びにより各層の間ですべりが生じて期待通りのエネルギー吸収能力が得られないおそれがある）。また、複数層を予め一体化しておくことで取り付け作業の際の作業性がよい。エネルギー吸収部材は、複数層の積層方向に隣接する２層の長さが異なることにより段差部が形成され、該段差部において隅肉溶接が施されて一体化された状態であることが好ましい。図２に示したようなエネルギー吸収部材を容易に製造することができるからである。例えば、図５Ａ（正面図）に示すように、外側層より内側層の長さが短く、それにより生じた段差部において隅肉溶接（黒塗りで示している）を施して一体化することができる。また、図５Ｂ（側面図）に示すように、長さの短い層を長さの長い層で挟み込み、段差部に隅肉溶接（黒塗りで示している）を施すことによっても一体化することができる。あるいは、図５Ｃ（側面図）に示すように、外側層に孔を設けて孔の周縁部に隅肉溶接（黒塗りで示している）を施すこともできる。ここで、一例としては、耐震性能を向上させる対象となる建物において、外形寸法が同一であり、上記湾曲部と、上記一対の中間部と、上記一対の固定部と、を有する層が、複数層重ね合わせられてなるエネルギー吸収部材であって、層数及び／又は層の厚さが異なるものを複数種準備する工程と、上記建物においてエネルギー吸収部材を設置可能な設置部を1つ以上設定する工程と、当該建物において、各エネルギー吸収部材が負担する水平荷重を算出する工程と、算出した水平荷重に基づいて、設置部に設置するエネルギー吸収部材の種類を上記複数種の中から選択する工程と、を含む方法によって、建物の耐震設計をすることができる。このような方法によれば、エネルギー吸収部材を設置する位置を集約させることができ、間取りの設計自由度が増す。また、エネルギー吸収部材を重ね合わせる層の数や厚さを変えて耐震性能を向上させても、エネルギー吸収部材を重ね合わせる層の数や厚さに関係なく外形寸法が同一であるため、エネルギー吸収部材の設置部を常に同一の納まりとすることができる。

【符号の説明】

【0027】

１：耐震構造、
３：取付部材、
４：エネルギー吸収部材、
５：上階梁（上部横架材）、
６：下階梁（下部横架材）、
７：柱、
８：柱、
６：下部横架材

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】