JP2008175004A - 境界梁に用いる制震部材および制震建物 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に建物に作用する水平力や架構の変形に合わせて履歴特性を自在に調整可能に構成した制震部材、および該制震部材を、柱と柱又は耐震壁と柱等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁の中間部に設置して制震性能を確保・向上させた制震建物を提供する。
【解決手段】一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブ３ｃ…とが組み込まれ、鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが一体的に接合されて成る制震部材３が、柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリートもしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２の中間部２ａに設置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震時に建物に作用する水平力や架構の変形に合わせて履歴特性を自在に調整可能に構成した制震部材、および該制震部材を、柱と柱又は耐震壁と柱等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリート造（以下、ＲＣ造という場合がある。）もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造（以下、ＳＲＣ造という場合がある。）の境界梁の中間部に設置して制震性能を確保・向上させた制震建物の技術分野に属する。

従来、集合住宅を中心としたＲＣ造、又はＳＲＣ造建物において、住宅部分の大スパン化に伴い、共有コア部分を短スパン化し、柱と柱、又は耐震壁と柱等の耐震要素を境界梁で繋いで制震性能を確保・向上させた制震建物が知られている。
例えば、図６に示す制震における境界梁として、Ｘ型配筋ｂによるＲＣ梁ａを設置した構成があるが、この境界梁はＲＣ梁ａによるＸ型配筋ｂの効果で、高い耐震性能を発揮できることを特徴としている。しかし、前記ＲＣ梁ａは、剛性や耐力が非常に大きく、地震時に建物に水平力が作用すると、ＲＣ梁ａへ応力が集中してしまう。応力が集中したＲＣ梁ａは、早期に塑性化し、塑性率が大きくなるので、早期に崩壊し、耐力を失うことになる。ＲＣ梁ａへの応力集中を避けるための手段として、断面を小型化して部材剛性を小さくし、早期に塑性化することを回避させて、架構全体の安定した性能を確保する方法もある。しかし、この場合は他の梁へ応力が集中してしまうので、同他の梁の剛性（部材断面）を大きくしなければならなず、空間が狭くなり建築計画に問題が生じる。
また、図７は、境界梁としてＨ形鋼ｄを使用した構成を示している。この境界梁は、鉄筋コンクリートと同等の剛性を確保するために、Ｈ形鋼ｄの部材断面を大きくする必要があり、柱又は耐震壁ｃとの取合いが難しくなり接合が困難となる。

なお、特許文献１に開示された制震建物は、側面視が断面矩形をなす鋼製筒体状の枠体の内側へほぼ垂直に配置された鋼板が、前記枠体を塞ぐ膜のように周囲を溶接接合して構成された制震部材を、同制震部材の枠体の側面に設けた舌片で、耐震壁から突設された片持ち梁と溶接接合又はボルト接合した境界梁を備えた構成である（特許文献１の図３及び図４を参照）。他の異なる実施例として、略水平方向に平行状態で離間させた複数の鋼板の両端を側面鋼板で一体的に溶接接合して構成された制震部材を、同側面鋼板の外面に設けられた舌片で、耐震壁から突設された片持ち梁と溶接接合又はボルト接合した境界梁を備えた構成の耐震建物も開示されている（特許文献１の図５及び図６を参照）。

特開平１０−３２５２６４号公報

上記特許文献１の図３及び図４に開示された制震建物は、同制震建物に地震等の水平力が作用すると、枠体の内側に設置された鋼板がせん断変形し、一方の対角線方向に引張力を受けて伸び、他方の対角線方向に圧縮力を受けて縮むことによりダンパーとしての役割を果たすので、建物に作用する水平力や架構の変形を低減できる。また、特許文献１の図５及び図６に開示された制震建物は、同制震建物に地震等の水平力が作用すると、各水平鋼板が、一様に変形して両側の側面鋼板を相対的に変位させる、いわゆる鋼材ダンパーの役割を果たすので、建物に作用する水平力や架構の変形を低減できることは認められる。
しかし、制震部材の枠体（図３及び図４を参照）、或いは側面鋼板（図５及び図６を参照）に設けられた舌片と、耐震壁から突設された片持ち梁とを溶接接合又はボルト接合した構成では、同接合部分の耐力を十分な大きさに確保し難く、力の伝達が難しい。

本発明の目的は、地震時に建物に作用する水平力や変形に合わせて履歴特性を自在に調整することが可能で、建物の履歴特性、応答特性を自在に調整することができる制震部材を提供することである。

本発明の次の目的は、上記制震部材を柱と柱又は耐震壁と柱等の耐震要素を結合するＲＣ造もしくはＳＲＣ造の境界梁の中間部に設置して制震性能を確保・向上させた制震建物を提供することである。

上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る境界梁に用いる制震部材は、
一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、該上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブ３ｃ…とが組み込まれ、前記鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが一体的に接合されて成り、
柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２の中間部２ａに設置されることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した境界梁に用いる制震部材において、
制震部材３を構成する鋼製ウェブ３ｃの強度、板厚若しくは枚数を変化させて、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの弾性域で、鋼製ウェブ３ｃが先行して降伏する構成としたことを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る制震建物は、
一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、該上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブ３ｃ…とが組み込まれ、前記鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが一体的に接合されて成る制震部材３が、柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリートもしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２の中間部２ａに設置されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した制震建物において、
制震部材３の両側の鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２は、現場打ちコンクリートで構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項３に記載した制震建物において、
制震部材３の両側の鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２は、プレキャストコンクリートで構成されていることを特徴とする。

本発明の境界梁に用いる制震部材は、鋼製ウェブ３ｃの強度、板厚若しくは枚数を調整して、上下の鋼製フランジ３ｂの弾性域で、鋼製ウェブ３ｃが先行して降伏する構成にすることにより、地震時において建物に作用する水平力や架構の変形に合わせて履歴特性を自在に調整することができるので、建物の履歴特性、応答特性を自在に調整することができる。

つまり、上記制震部材３を、柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する境界梁２の中間部２ａに設置した制震建物は、地震時の水平力による大変形に対し、前記制震部材３が先行して降伏し、鋼製ウェブ３ｃが座屈するので、境界梁２の耐力の上昇を抑制できる。また、制震部材３の履歴特性（剛性・耐力）を細かく調整（設計）して制震架構のエネルギーを大きく吸収することができるので、地震時の水平力により建物に作用する水平力や架構の変形を効果的に低減させることができ、もって建物の制震性能を確保・向上させることができる。
更に、境界梁２は両端部での曲げモーメントが大きく、中央のモーメントが小さくなるので、正面方向に見た鋼製ウェブ３ｃの形状を正方形に近い矩形とする条件で制震部材３のスパンを最短化した構成とし、前記制震部材３を境界梁２の中央に設置することにより、応力の小さいところで鉄骨とＲＣ部材を接合できる。

本発明の境界梁に用いる制震部材は、一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、該上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブ３ｃとが組み込まれ、前記鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが一体的に接合されて成り、柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２の中間部２ａに設置される。

本発明の制震建物は、一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、該上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブ３ｃ…とが組み込まれ、前記鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが一体的に接合されて成る制震部材３が、柱１と柱１又は耐震壁８と柱１等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリートもしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁２の中間部２ａに設置されている。

以下に、本発明を図１〜５に示した実施例に基づいて説明する。
本実施例の制震建物は、図１及び図２に示すように、建物に作用する水平力や架構の変形に合わせて自在に履歴特性を調整可能に構成した制震部材３を、柱１と柱１（図１を参照）、又は耐震壁８と柱１等（図２を参照）の耐震要素を結合するＲＣ造もしくはＳＲＣ造境界梁２の中間部２ａに設置した構成である。なお、図２に示す耐震壁８は、鉄筋コンクリート造で、建物の下層部から最上階まで貫く建物中央部にあるコアウォールを表している。

上記制震部材３は、図３及び図４に具体的な構成を示すように、一対の鋼製端板３ａ、３ａの間に、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂと、該上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの間に一定の間隔をあけて垂直に配置された３枚の鋼製ウェブ３ｃ…とが組み込まれ、前記鋼製端板３ａと鋼製フランジ３ｂ及び鋼製ウェブ３ｃが溶接で一体的に接合して構成されている。但し、前記鋼製ウェブ３ｃの枚数は、図示した実施例に限定されない。建物に要求される性能に応じて適宜増減して実施する。なお、前記鋼製端板３ａの上下に横一列に設けられた複数の孔３ｄ…（図示例では５個）は、後述の境界梁２を構成する梁主筋６を通して接合するために用いる。

本実施例の制震部材３は、鋼製ウェブ３ｃの強度、板厚若しくは枚数を調整することによって、上下の鋼製フランジ３ｂ、３ｂの弾性域で、鋼製ウェブ３ｃが先行して降伏する構成として、例えば図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、制震部材３の履歴特性を自在に変化させ、建物の履歴特性、応答特性を自在に調整することができる。つまり、建物に作用する水平力や架構の変形を低減させるために必要な最適の境界梁２の性能選択が可能である。

上記制震部材３の両側のＲＣ造もしくはＳＲＣ造境界梁２は、現場打ちコンクリート又はプレキャストコンクリートにより構築される。
制震部材３の両側のＲＣ造もしくはＳＲＣ造の境界梁２を現場打ちコンクリートにより構築する場合には、先ず、境界梁２の梁鉄筋５を現場で組み立て、又は現場で鉄骨と梁鉄筋５を組み立てる。次に、梁鉄筋５における梁主筋６を利用して境界梁２の中間部２ａに制震部材３を設置する。具体的には、前記制震部材３における鋼製端板３ａの孔３ｄ…へ前記梁主筋６を通し、該梁主筋６のねじ切りした先端へナット７を締め付けて、梁主筋６と鋼製端板３ａとを接合し、制震部材３を設置する。最後に、梁型枠を組み立て、コンクリートを打設する。梁主筋６を利用して接合し設置した制震部材３は、境界梁２へ必要十分に力を伝達することができる。また、境界梁２の中間部２ａに設置した制震部材３の分だけ鉄筋、又は鉄骨と鉄筋を省略できるので、経済性に優れている（請求項４記載の発明）。

制震部材３の両側のＲＣ造もしくはＳＲＣ造境界梁２をプレキャストコンクリートにより構築する場合には、先ず、境界梁２の梁鉄筋５を組み立て、又は鉄骨と梁鉄筋５を組み立てる。次に、梁鉄筋５における梁主筋６を利用して境界梁２の中間部２ａに、上記制震部材３を設置する。具体的には、前記制震部材３における鋼製端板３ａの孔３ｄ…へ前記梁主筋６を通し、該梁主筋６のねじ切りした先端へナット７を締め付けて、梁主筋６と鋼製端板３ａとを接合し、制震部材３を設置する。次に、梁型枠を組み立て、コンクリートを打設して境界梁２をプレキャストコンクリート製として構成する。その後、前記プレキャストコンクリート製の境界梁２をその中間２ａの制震部材３と共に耐震要素間へ梁として設置し、耐震要素のコンクリートを打設して一体的に接合する（請求項５記載の発明）。

斯くして、本実施例の制震建物は、地震時の水平力による大変形に対し、前記制震部材３が先行して降伏し、鋼製ウェブ３ｃが座屈するので、境界梁２の耐力の上昇を抑制でき、安定した減衰性能を確保できる。また、制震部材３の履歴特性（剛性・耐力）を細かく調整（設計）して制震架構のエネルギー吸収能力を大きくすることができるので、地震時に架構に作用する水平力や架構の変形を効果的に低減させることができ、もって建物の制震性能を確保・向上させることができる。
更に、境界梁２は両端部での曲げモーメントが大きく、中央でモーメントが小さくなるので、正面方向に見た鋼製ウェブ３ｃの形状を正方形に近い矩形とする条件で制震部材３のスパンを最短化した構成とし、前記制震部材３を境界梁２の中央に設置することにより、応力の小さいところで鉄骨とＲＣ部材を接合できる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、勿論、図示した実施例の限りではない。本発明の要旨及び技術的思想を逸脱しないかぎり、当業者の変形、応用にしたがい様々な実施例が成立することを、敢えてここに、言及する次第です。

本発明に係る制震建物の境界梁部分を示す立面図である。 本発明に係る異なる制震建物の境界梁部分を示す立面図である。 本発明に係る制震部材を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明に係る制震部材の荷重と変形の関係を示すグラフである。 従来の制震建物の境界梁部分を示す立面図である。 従来の制震建物の異なる境界梁部分を示す立面図である。

符号の説明

１ 柱
２ 境界梁
２ａ 境界梁の中間部
３ 制震部材
３ａ 鋼製端板
３ｂ 鋼製フランジ
３ｃ 鋼製ウェブ
８ 耐震壁

Claims (5)

1. 一対の鋼製端板の間に、上下の鋼製フランジと、該上下の鋼製フランジの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブとが組み込まれ、前記鋼製端板と鋼製フランジ及び鋼製ウェブが一体的に接合されて成り、
   柱と柱又は耐震壁と柱等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁の中間部に設置されることを特徴とする、境界梁に用いる制震部材。
2. 制震部材を構成する鋼製ウェブの強度、板厚若しくは枚数を変化させて、上下の鋼製フランジの弾性域で、鋼製ウェブが先行して降伏する構成としたことを特徴とする、請求項１に記載した境界梁に用いる制震部材。
3. 一対の鋼製端板の間に、上下の鋼製フランジと、該上下の鋼製フランジの間に間隔をあけて垂直に配置された複数の鋼製ウェブとが組み込まれ、前記鋼製端板と鋼製フランジ及び鋼製ウェブが一体的に接合されて成る制震部材が、柱と柱又は耐震壁と柱等の耐震要素を結合する鉄筋コンクリートもしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁の中間部に設置されていることを特徴とする、制震建物。
4. 制震部材の両側の鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁は、現場打ちコンクリートで構成されていることを特徴とする、請求項３に記載した制震建物。
5. 制震部材の両側の鉄筋コンクリート造もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造境界梁は、プレキャストコンクリートで構成されていることを特徴とする、請求項３に記載した制震建物。

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