JP6717636B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震等による構築物の揺れを抑えるための制振装置に係り、例えば、低層の建築物や橋梁等の構築物の地震対策や風圧対策として利用できるものである。

下記の特許文献１には、地震等による構築物の揺れを抑えるための制振装置が示されている。この制振装置は、構築物を構成する４本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された４本のブレースと、を含んで構成され、また、制振具は、塑性変形体を含んで形成されており、四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレースを介して制振具に伝達されると、塑性変形体が塑性変形することで振動エネルギが吸収され、揺れが減衰、抑制される。

そして、この特許文献１の制振具の塑性変形体は、４本の帯状部材を組み合わせることで形成した四角形の枠状体となっており、この枠状体の４個の角部にそれぞれのブレースが連結されている。

特開２０００−２７４８３号公報

構築物における複数の所要箇所に配置される制振装置は、製造コストを低減するために、制振具の塑性変形体を少ない部材点数により簡単な構造で形成することが求められる。

本発明の目的は、制振具の塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、製造コストを低減できるようになる制振装置を提供するところにある。

本発明に係る制振装置は、構築物を構成する４本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された４本のブレースと、を含んで構成され、前記制振具が、前記四角形フレームを変形させる振動エネルギが前記ブレースを介して伝達されることにより塑性変形して前記振動エネルギを吸収するための塑性変形体を含んで形成されている制振装置において、前記塑性変形体が金属板製の制振パネルとなっていることを特徴とするものである。

この制振装置では、塑性変形することで四角形フレームの振動エネルギを吸収する制振具の塑性変形体が、金属板製の制振パネルとなっており、このため、塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、これにより、製造コストを低減できるようになる。

以上の本発明において、制振具に四角形フレームまで延びる４本のブレースを結合するためには、例えば、制振パネルの外縁部の全周に枠部材を取り付け、この枠部材にそれぞれのブレースの端部を連結するためのブラケットを結合するようにしてもよい。

また、このように制振パネルの外縁部の全周に枠部材を取り付ける場合には、この枠部材を、制振パネルの厚さ方向が幅方向となっている金属製の板材で形成することが好ましい。

これによると、枠部材は、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することに対して抵抗する部材となるため、言い換えると、枠部材は、制振パネルの厚さ方向の強度を補強するための補強部材となるため、上述の振動エネルギを吸収するために制振パネルが塑性変形する際に、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することが枠部材により阻止され、制振パネルを、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができるようになる。

また、制振パネルには、この制振パネルの厚さ方向の両方の面のうち、少なくとも一方の面において、制振パネルの厚さ方向が幅方向となっていて、この幅方向と直交する方向が長さ方向となっている金属板製のリブ部材を取り付けてもよい。

これによると、リブ部材も、制振パネルが制振パネルの厚さ方向に変形することに対して抵抗し、制振パネルの厚さ方向の強度を補強するための部材となるため、このリブ部材によっても、制振パネルを、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができるようになる。

また、以上のように制振パネルに、この制振パネルの厚さ方向の両方の面のうち、少なくとも一方の面において、リブ部材を取り付ける場合には、制振パネルの厚さ方向への上記変形がどのような形態で生じても対処できるようにするために、リブ部材を、直角の角度をなして２個設けることが好ましい。

そして、このようにする場合には、制振パネルの厚さ方向の両方の面にリブ部材を取り付けるとともに、これらの面のうち、一方の面に取り付けられた第１リブ部材に対して、他方の面に取り付けられた第２リブ部材を直角の角度をなすようにすることが好ましい。

なぜならば、第１リブ部材と第２リブ部材は、制振パネルの厚さ方向の２つの面に分かれて配設されるため、これらのリブ部材を制振パネルの厚さ方向の同じ面に配設した場合に生ずる問題点、すなわち、一方のリブ部材を分断して他方のリブ部材を通過させるために構造が複雑になるという問題点を解決することができ、第１リブ部材と第２リブ部材の両方を本来の長さのまま枠部材の内側に配置できるからである。

以上説明した本発明において、制振パネルの枚数を１枚としてもよく、あるいは、制振パネルの厚さ方向に並設された複数枚としてもよい。

制振パネルの枚数を、制振パネルの厚さ方向に並設された複数枚にすると、これらの制振パネルの塑性変形により大きな振動エネルギを吸収できるようになり、本発明に係る制振装置の制振性能を向上させることができる。

本発明は、新築される建物等の構築物の構築作業中に、この構築物に取り付けられる制振装置に適用できるとともに、既存の建物等の構築物に後付けで取り付けられる制振装置にも適用できる。

さらに、本発明に係る制振装置は、建物に適用できるとともに、橋梁やタワー等にも適用でき、任意の構築物に設置することができる。

本発明によると、制振具の塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成でき、製造コストを低減できるという効果を得られる。

図１は、本発明の一実施形態に係る制振装置が建物に設置されているときの状態を示す正面図である。 図２は、図１で示されている制振具とブレースの部分を拡大して示す正面図である。 図３は、図２の平面図である。 図４は、図３のＳ４−Ｓ４線断面図である。 図５は、制振具の正面斜視図である。 図６は、図５のＳ６−Ｓ６線断面図である。 図７は、制振具の背面斜視図である。 図８は、図７のＳ８−Ｓ８線断面図である。 図９は、制振装置の別実施形態に係る設置状態を示す図１と同様の図である。 図１０は、制振パネルの枚数を２枚とした実施形態を示す制振具の正面斜視図である。 図１１は、図１０のＳ１１−Ｓ１１線断面図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る制振装置１が、構築物である低層建物に設置されているときの状態が示されている。この建物は、左右の間隔をあけて立設されているＨ型鋼等による柱２，３と、これらの柱２，３の間に上下の間隔を架設されているＩ型鋼又はＨ型鋼等による梁４，５とが構造材となって構築されており、四角形フレームを形成しているこれらの柱２，３と梁４，５の接合箇所には、ガセットプレート６が結合され、柱２，３及び梁４，５は、ガセットプレート６と共に建物を構成する構成部材となっている。

柱２，３と梁４，５で形成されている四角形フレームの内側には制振装置１が配設され、この制振装置１は、四角形フレームの内側中央部に配置された制振具１０と、この制振具１０から放射状に四角形フレームへ延びている４本のブレース１１とを含んで構成されており、それぞれのブレース１１の長さ方向の外側の端部が、複数のボルト、ナットによる結合具１２によりガセットプレート６に結合されている。

図２には、制振具１０とブレース１１の拡大図が示され、図５には、制振具１０の正面斜視図が示され、図７には、制振具１０の背面斜視図が示されている。また、図６は、図５のＳ６−Ｓ６線断面図であり、図８は、図７のＳ８−Ｓ８線断面図である。制振具１０の主要の部材は制振パネル２０であり、上記四角形フレームと相似形の四角形の形状を有するこの制振パネル２０は、金属製の板材で形成されている。制振パネル２０の外縁部には、この制振パネル２０の全周に渡って枠部材２１が溶接で取り付けられ、この枠部材２１は、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とする金属製の板材で形成されている。

枠部材２１の４個の角部には、４個のブラケット２２が溶接で結合され、図１及び図２に示されているように、これらのブラケット２２に、４本のブレース１１の長さ方向の内側の端部が複数のボルト、ナットによる結合具２３により結合されている。

図３は、図２の平面図であり、図４は、図３のＳ４−Ｓ４線断面図である。これらの図３及び図４から分かるように、それぞれのブレース１１は、ブラケット２２を制振パネル２０の厚さ方向から挟む一対のブレース部材２４により形成されており、それぞれのブレース部材２４は、ブラケット２２と対面し、上下方向を幅方向する本体部２４Ａと、この本体部２４Ａの上下中央部から制振パネル２０の厚さ方向外側へ突出した突出部２４Ｂとからなる。このような一対のブレース部材２４は、例えば、Ｈ型鋼を半分に切断することで容易に得られる。

それぞれのブレース１１は、制振パネル２０の厚さ方向外側に突出する突出部２４Ｂを有する一対のブレース構成部材２４で形成されているため、ブレース１１に軸力である圧縮力が作用した際に、これらの突出部２４Ｂの補強作用により、ブレース１１に座屈が生ずることが防止されるようになっている。

なお、本実施形態において、枠部材２１の幅方向における制振パネル２０の取付位置は、枠部材２１の幅方向の中央位置であり、この位置は、枠部材２１におけるブラケット２２の取付位置と一致している。また、それぞれのブレース１１の長さ方向の外側の端部を図１で示したガセットプレート６に結合具１２で結合することは、ガセットプレート６を一対のブレース部材２４により制振パネル２０の厚さ方向から挟むことにより行われているため、ガセットプレート６と、ブラケット２２と、制振具１０の制振パネル２０は、鉛直の同一面内に配設されている。

図５に示されているように、制振パネル２０の表面には、金属製の板材による第１リブ部材２５が溶接で取り付けられ、また、図７に示されているように、制振パネル２０の裏面には、金属製の板材による第２リブ部材２６が溶接で取り付けられている。このため、制振パネル２０の厚さ方向の両方の面に第１リブ部材２５と第２リブ部材２６が配設されており、制振パネル２０の左右方向の中央位置に配設された第１リブ部材２５は、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とし、上下方向を長さ方向とするものであり、枠部材２１まで達している第１リブ部材２５の長さ方向の両端部は、枠部材２１に溶接で接合されている。また、制振パネル２０の上下方向の中央位置に配設された第２リブ部材２６は、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とし、左右方向を長さ方向とするものであり、枠部材２１まで達している第２リブ部材２６の長さ方向の両端部は、枠部材２１に溶接で接合されている。

このため、第１リブ部材２５と第２リブ部材２６は、いずれも長さ方向が幅方向と直交する方向になっているものであり、また、これらの第１リブ部材２５と第２リブ部材２６は、直角の角度をなして制振パネル２０の表裏両面に配設されている。

制振装置１が図１に示されているように建物に設置された後に、地震や風圧により建物に左右方向の横荷重Ｆが作用したときには、柱２，３と梁４，５からなる四角形フレームが変形し、この変形は、２つの対角線方向に配置されている４本のブレース１１のうち、一方の対角線方向に配置されている２本のブレース１１に作用する引っ張り力と、他方の対角線方向に配置されている２本のブレース１１に作用する圧縮力とにより、制振具１０の制振パネル２０に伝達され、横荷重Ｆの向きの変化に応じて交互に作用する引っ張り力と圧縮力とで制振パネル２０が塑性変形することにより、横荷重Ｆで四角形フレームを変形させる振動エネルギは制振パネル２０の塑性変形で吸収され、建物の揺れは減衰、抑制される。

このように本実施形態に係る制振装置１では、四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース１１を介して伝達されて塑性変形することでこの振動エネルギを吸収するための塑性変形体は、制振パネル２０となっており、この制振パネル２０は、金属の板材で得られるため、塑性変形体を、部材点数を削減して簡単に形成できることになり、また、製造コストを低減できる。

また、制振パネル２０の外縁部の全周に取り付けられている金属板製の枠部材２１の幅方向は、制振パネル２０の厚さ方向となっているため、この枠部材２１は、制振パネル２０についての制振パネル２０の厚さ方向の強度を補強するための部材となっている。このため、横荷重Ｆにより四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース１１を介して制振パネル２０に伝達された際に、制振パネル２０が制振パネル２０の厚さ方向に変形することに対して枠部材２１が抵抗し、この枠部材２１の補強作用により、制振パネル２０が制振パネル２０の厚さ方向に変形することが阻止され、制振パネル２０を、振動エネルギを吸収するために所定どおり塑性変形させることができる。

また、制振パネル２０の厚さ方向の両方の面には、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とする金属板製の第１リブ部材２５と第２リブ部材２６が取り付けられているため、これらのリブ部材２５，２６も、制振パネル２０についての制振パネル２０の厚さ方向の強度を補強するための部材となっており、このため、横荷重Ｆにより四角形フレームを変形させる振動エネルギがブレース１１を介して制振パネル２０に伝達された際に、これらのリブ部材２５，２６の補強作用によっても、制振パネル２０が制振パネル２０の厚さ方向に変形することを阻止できて、制振パネル２０を、振動エネルギの吸収のために所定どおり塑性変形させることができる。

さらに、第１リブ部材２５と第２リブ部材２６は、制振パネル２０に直角の角度をなして配設されているため、制振パネル２０の厚さ方向への上記変形が、例えば、上下方向への長さで生じようとしても、あるいは、左右方向への長さで生じようとしても、あるいは、左右方向と上下方向の両方に対する斜めの方向への長さで生じようとしても、これらに有効に対処することができる。

また、本実施形態では、第１リブ部材２５と第２リブ部材２６は、制振パネル２０の厚さ方向の２つの面に分かれて配設されているため、これらのリブ部材２５，２６を本来の長さのまま、制振パネル２０の厚さ方向の両方の面に取り付けることができ、これにより、制振パネル２０への２個のリブ部材２５，２６の取付構造を簡単化できる。

すなわち、制振パネルの厚さ方向の同じ面に２個のリブ部材を直角の角度をなして取り付けると、これらのリブ部材は交差するため、一方のリブ部材を、他方のリブ部材を通過させるために分断しなければならなどのために、リブ部材の取付構造が複雑になり、これに対して本実施形態によると、このような問題を解消できる。

さらに、前述したように本実施形態の制振装置１では、ガセットプレート６と、ブラケット２２と、制振具１０の制振パネル２０は、鉛直の同一面内に配設されているため、横荷重Ｆにより四角形フレームを変形させる振動エネルギを、制振パネル２０にこの制振パネル２０の厚さ方向へのずれをなくして、又はずれを少なくして伝達することができ、これにより、制振パネル２０の厚さ方向への上記変形が生ずることを、なくす又は抑制することができる。

図９の実施形態の建物は、左右の間隔をあけて立設されている柱５２，５３と、これらの柱５２，５３の間に上下の間隔を架設されている梁５４，５５とにより構築されているとともに、柱５２，５３の間に間柱５６が立設されている。このため、柱５２と間柱５６と梁５４，５５とにより、１つの四角形フレームが形成され、柱５３と間柱５６と梁５４，５５とにより、もう１つの四角形フレームが形成され、それぞれの四角形フレームの内側の制振装置１が配置されている。

このため、この実施形態では、間柱５６も、柱５２，５３や梁５４，５５と同様に、内側に制振装置１が配置された四角形フレームを構成するための構成部材となっている。

図１０及びこの図１０のＳ１１−Ｓ１１線断面図である図１１は、制振装置の別実施形態に係る制振具６０を示す。この実施形態でも、金属製の板材による制振パネル２０の外縁部の全周に金属製の板材による枠部材２１が溶接で取り付けられており、また、この枠部材２１には、４本のブレース１１の内側の端部が結合される４個のブラケット２２が溶接で取り付けられている。

この実施形態では、図１１から分かるように、制振パネル２０が、制振パネル２０の厚さ方向に間隔をあけて２枚並設されている。これらの制振パネル２０の外向きの面には、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とし、上下方向を長さ方向とする金属板製の第１リブ部材６５が溶接で取り付けられ、また、２枚の制振パネル２０の互いに対面する内向きの面には、制振パネル２０の厚さ方向を幅方向とし、左右方向を長さ方向とする金属板製の第２リブ部材６６が溶接で取り付けられ、これらのリブ部材６５，６６の長さ方向の両端部は枠部材２１まで達していて、枠部材２１に溶接で接合されている。また、この実施形態では、第２リブ部材６６が、２枚の制振パネル２０についての共通のリブ部材となっている。

なお、第１リブ部材６５と第２リブ部材６６のうち、少なくとも第２リブ部材６６を２枚の制振パネル２０に溶接で取り付ける作業は、これらの制振パネル２０の外縁部の全周に枠部材２１を溶接で取り付ける作業を行う前に実施される。

この実施形態によると、制振パネル２０の枚数は２枚となっているため、地震や風圧による横荷重が建物に作用したときに、ブレース１１を介して伝達される振動エネルギにより２枚の制振パネル２０が塑性変形し、これにより、振動エネルギが吸収されるため、大きな振動エネルギでも吸収して建物の揺れを有効に減衰、抑制できる。

また、第１リブ部材６５と第２リブ部材６６は、直角の角度をなしてそれぞれの制振パネル２０の両方の面に取り付けられているため、図５〜図８の実施形態と同様の作用効果を得られるとともに、第２リブ部材６６は、２枚の制振パネル２０についての共通のリブ部材となっているため、制振具６０における制振パネル２０の枚数を２枚にしても、制振具６０の構造を簡単化することができる。

さらに、ブレース１１を結合するために枠部材２１に取り付けられているブラケット２２の配置位置は、２枚の制振パネル２２の間の中央位置となっているため、横荷重により四角形フレームを変形させる振動エネルギを、ブラケット２２を介してこれらの制振パネル２２に等分配することができて、これらの制振パネル２２を塑性変形させることができる。

本発明は、例えば、地震や風圧により低層建物等の構築物に生ずる揺れを抑制するために利用することができる。

１ 制振装置
２，３，５２，５３ 構築物である建物の構成部材となっている柱
４，５，５４，５５ 構築物である建物の構成部材となっている梁
５６ 構築物である建物の構成部材となっている間柱
１０，６０ 制振具
１１ ブレース
２０ 塑性変形体である制振パネル
２１ 枠部材
２２ ブラケット
２５，６５ 第１リブ部材
２６，６６ 第２リブ部材

Claims (6)

1. 構築物を構成する４本の構成部材により形成されている四角形フレームの内側に配設された制振具と、この制振具から放射状に前記四角形フレームへ延びていてこの四角形フレームに連結された４本のブレースと、を含んで構成され、前記制振具が、前記四角形フレームを変形させる振動エネルギが前記ブレースを介して伝達されることにより塑性変形して前記振動エネルギを吸収するための塑性変形体を含んで形成されている制振装置において、
   前記塑性変形体が金属板製の制振パネルとなっており、
   前記制振パネルの外縁部の全周に枠部材が取り付けられ、この枠部材に前記ブレースの端部を連結するためのブラケットが結合されており、
   前記制振パネルは、この制振パネルの厚さ方向に間隔をあけて２枚並設され、これらの制振パネルの外向きの面には、前記制振パネルの厚さ方向を幅方向とし、この幅方向と直交する方向が長さ方向となっている金属板製の第１リブ部材が取り付けられているとともに、前記２枚の制振パネルの互いに対面する内向きの面には、前記制振パネルの厚さ方向を幅方向とし、前記第１リブ部材の前記長さ方向と直角をなす方向が長さ方向となっている金属板製の第２リブ部材が、前記２枚の制振パネルについての共通のリブ部材となって取り付けられていることを特徴とする制振装置。
2. 請求項１に記載の制振装置において、前記外向きの面への前記第１リブ部材の取り付け及び前記内向きの面への前記第２リブ部材の取り付けは、溶接による取り付けとなっていることを特徴とする制振装置。
3. 請求項１又は２に記載の制振装置において、前記ブラケットは、前記２枚の制振パネルの間の中央位置において、前記枠部材に結合されていることを特徴とする制振装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の制振装置において、前記第１リブ部材の長さ方向の両端部と前記第２リブ部材の長さ方向の両端部は、前記枠部材まで達していて、この枠部材に結合されていることを特徴とする制振装置。
5. 請求項４に記載の制振装置において、前記枠部材への前記第１リブ部材の長さ方向の両端部と前記第２リブ部材の長さ方向の両端部の結合は、溶接による接合となっていることを特徴とする制振装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の制振装置において、前記枠部材は、前記制振パネルの厚さ方向が幅方向となっている金属製の板材で形成されていることを特徴とする制振装置。

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