JP4732975B2 - ブレース型粘弾性ダンパーの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、軽量鉄骨構造である建物の軸組フレーム内に、地震等の外力による震動を減衰させる粘弾性ダンパーをＫブレース状に取り付けるための構造に関する。

住宅等の建物においては、柱と横架材とから形成される軸組フレーム内に、外管とその外管内に同軸で遊挿される内管と、外管と内管との間に貼着される粘弾性体とからなる粘弾性ダンパーをＫブレース状に架設して、加振時の外管と内管との相反方向への動作に伴う粘弾性体の剪断変形により震動エネルギーの吸収を図る制震構造がよく用いられる。このブレース型粘弾性ダンパーと軸組フレームとの取付構造としては、例えば特許文献１に示すように、柱の外周部に固着した補強プレートや定着部材に、ガセットプレートを介してピン接合する構造が知られている。
また、他の取付構造としては、特許文献２に開示の如く、軸組フレームの仕口部に固定されたガセットプレートに、ダンパー側の鋼板プレートを高力ボルトによって摩擦接合する構造も知られている。

特開２００２−３３９５９０号公報 特開２００１−１６４７９０号公報

前者のピン接合の場合、粘弾性ダンパーと軸組フレームとに高い寸法精度が要求され、コストアップに繋がる。また、後者の高力ボルトによる構造は、接合強度を確保するためにある程度の接合長さが必要となるため、逆にダンパー部（粘弾性体部分）の長さに制約を受けるおそれがある。かといって強度確保のためにボルトを大きくするとフレームの厚み内に収まらない。これは軽量鉄骨構造の場合でも同様で、特に軽量鉄骨構造の軸組フレームでは、柱としてＣ型鋼を開口部をフレーム内に向けて用いることがあるため、このＣ型鋼と二重管である粘弾性ダンパーとの連結に補強用等の中間部材を多く介在させる必要があって接合部が複雑化しやすく、ダンパー部の長さの確保と接合部のコンパクト化との達成は困難となっている。

そこで、本発明は、粘弾性ダンパーが二重管でもダンパー部の長さを最大限確保でき、而も低コスト且つコンパクトな構成で軽量鉄骨構造の軸組フレームへの好適な取付が可能となるブレース型粘弾性ダンパーの取付構造を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、粘弾性ダンパーにおける外管側の端部に、一対の外管取付金具を、間に所定の隙間が形成される状態で差し込み固定する一方、内管側の端部に、板状の内管取付金具を固定して、軸組フレームにおける一方の柱の上下端側では、フレームの厚み方向で所定間隔をおいて一対の挟持金具を夫々フレーム面と平行に固定する一方、他方の柱の中間部位には、フレーム面と平行に中間金具を固定して、粘弾性ダンパーを、外管取付金具で中間金具を挟ませて両者を高力ボルトで接合する一方、内管取付金具を挟持金具で直接或いは間接的に挟ませて両者を高力ボルトで接合することで、軸組フレーム内でＫ状に架設させることを特徴とするものである。
なお、本発明で挟持金具が固定される「一方の柱の上下端側」は、当該柱と横架材との仕口部近傍で当該柱のみに挟持金具を設ける場合と、当該柱と横架材とに跨って挟持金具を設ける場合とを含む。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、接合部の信頼性をより高めるために、外管取付金具は、横断面コ字状の一対の金具を、開放側が互いに外向きとなる背中合わせで配置した構成としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、軸組フレーム側での良好な作業性や施工性を維持するために、挟持金具の互いの対向面に、横断面コ字状の一対の接合金具を、間にフレーム面と平行な所定の隙間が形成されるように配置して、接合金具によって内管取付金具を挟ませるようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、強度を維持しつつ軽量化が得られる中間金具を得るために、中間金具を、粘弾性ダンパーの軸方向で粘弾性ダンパー側から柱側へ行くに従って幅が徐々に広くなる一対の接合部を上下軸対称に形成した板状体としたものである。

請求項１に記載の発明によれば、二重管の粘弾性ダンパーでも最小限の構成で軸組フレームへの取付が可能となるため、接合部がフレーム厚み内でコンパクトに収まってダンパー部の長さを最大限確保でき、必要な減衰性能を維持可能となる。特に、予め粘弾性ダンパーの外管と内管とに取付金具を固定してあるので、現場での作業が簡略化し、施工性も良好となる。よって、コンパクト化と併せてコストダウンも期待できる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、金具の断面積を狭いフレーム厚み内でも大きく確保でき、接合部の信頼性が高まる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、柱にＣ型鋼が使用される場合でもその開口部を避けて挟持金具を配置できる。よって、柱を大梁に取り付けるための空間（ボルト止め等のための作業領域）を確保でき、作業性や施工性を損なうことがない。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、粘弾性ダンパーの軸方向における強度を維持しつつ軽量化も可能な中間金具が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の取付構造で用いる粘弾性ダンパーの一例を示す説明図、図２はその拡大横断面図で、粘弾性ダンパー１は、横断面矩形状の外管２と、その外管２より一回り小さい横断面矩形状で、外管２に一端側から同軸で部分的に遊挿される内管３と、両管２，３の重合部分で両管２，３間の全面に介在されて両管２，３との対向面が接着される粘弾性体（ここではスチレン系、図１，２で網状に示す）４とを有する。

外管２は、コ字状に折曲形成した一対の金具５，５の開放側を向かい合わせにして、長手方向の全長に亘って延設されたフランジ６，６同士をボルトで接合したもので、後述する軸組フレームへの取付端部には、横断面コ字状の一対の外管取付金具７，７を、夫々開放側が外向きとなる背中合わせにした状態で差し込み、外管２の内面に溶接して取付端部から突出させている。この状態で、背中合わせの外管取付金具７，７の間には、後述するガセットプレート２４が挿通可能な隙間が形成される。８，８は、各外管取付金具７の中心線上に設けられたボルト孔である。

一方、内管３の軸組フレームへの取付端部にも、内管取付金具１０が連結されている。この内管取付金具１０は、中心線上にボルト孔１１，１１を穿設した平板のプレートで、内管３の端部から両短手側面の中央に形成された切り込み９，９に差し込まれた状態で溶接されて、取付端部から突出している。
こうして外管２及び内管３に夫々取付金具７，１０を固定し、全面に防錆処理を施しておけば、ブレースユニットとして後加工することなく現場でそのまま取り付けできる。

図３は、粘弾性ダンパー１，１を取り付けた軸組フレーム２０を示す正面図で、軽量鉄骨構造の住宅に用いられる。この軸組フレーム２０は、開口側を向かい合わせに配置したＣ型鋼である左右一対の柱２１，２１と、同じく開口側を向かい合わせに配置したＣ型鋼で、柱２１，２１の上端間及び下端間に架設される一対の横架材２２，２２とを有し、フレーム面の上下に粘弾性ダンパー１，１を上下軸対称となるように架設したいわゆるＫブレースと称される構造となっている。ここでは、各粘弾性ダンパー１の内管３側の内管取付金具１０が、左側の柱２１の上下端に、挟持金具となるガセットプレート２３を介して夫々連結され、外管２側の一対の外管取付金具７，７が、右側の柱２１の中間部位に、中間金具となるガセットプレート２４を介して連結される。２５は、ガセットプレート２４と左側の柱２１の中間部位との間で水平に架設されて両者を連結する中桟である。

左側の柱２１に設けられるガセットプレート２３は、図４に示すように、柱２１の内面側でフレームの厚み方向で所定間隔をおいてフレーム面と平行に一対溶接され、ガセットプレート２３，２３の間に、横断面コ字状の一対の接合金具２６，２６を、夫々開放側が外向きとなる背中合わせにした状態でブレース方向に向けて配置して、夫々ガセットプレート２３の対向面に溶接している。この状態で、接合金具２６，２６の間には、内管３の内管取付金具１０が挿通可能な隙間が形成される。なお、各接合金具２６には内管取付金具１０のボルト孔１１，１１と対応する位置にボルト孔２７，２７が並設されている。
よって、内管３は、内管取付金具１０を接合金具２６，２６の間に差し込んで高力ボルト２８，２８で両金具を緊締することで、ガセットプレート２３に接合されることになる。

一方、外管２は、図５に示すように、外管取付金具７，７の間にガセットプレート２４を差し込んで連結される。ガセットプレート２４は、粘弾性ダンパー１の軸方向で粘弾性ダンパー１側から柱２１側へ行くに従って幅が徐々に広くなる一対の接合部２４ａ，２４ａを上下軸対称に形成した板状体となっており、この接合部２４ａにおいて外管取付金具７のボルト孔８と対応する位置にボルト孔２９，２９が形成されているため、外管取付金具７，７とガセットプレート２４とを高力ボルト３０，３０で緊締することで、外管２がガセットプレート２４に接合されることになる。
こうして一対の粘弾性ダンパー１，１が架設された軸組フレーム２０においては、地震等によってフレームの面方向で水平な外力が反復して加わると、上下の粘弾性ダンパー１，１には軸方向に圧縮力と引張力とが交互に作用して、外管２と内管３とが相反する軸方向へ動作する。この動作によって粘弾性体４を剪断変形させて減衰作用を生じさせることになる。

このように、上記形態の粘弾性ダンパー１の取付構造によれば、粘弾性ダンパー１における外管２側の端部に、一対の外管取付金具７，７を、間に所定の隙間が形成される状態で差し込み固定する一方、内管３側の端部に、板状の内管取付金具１０を固定して、軸組フレーム２０における一方の柱２１の上下端側では、フレームの厚み方向で所定間隔をおいて一対のガセットプレート２３，２３を夫々フレーム面と平行に固定する一方、他方の柱２１の中間部位には、フレーム面と平行にガセットプレート２４を固定して、粘弾性ダンパー１，１を、外管取付金具７，７でガセットプレート２４を挟ませて両者を高力ボルト３０で接合する一方、内管取付金具１０をガセットプレート２３，２３で接合金具２６，２６を介して間接的に挟ませて両者を高力ボルト２８で接合するようにしたことで、二重管の粘弾性ダンパー１でも最小限の構成で軸組フレーム２０への取付が可能となるため、接合部がフレーム厚み内でコンパクトに収まってダンパー部の長さを最大限確保でき、必要な減衰性能を維持可能となる。特に、予め粘弾性ダンパー１の外管２と内管３とに取付金具７，１０を固定してあるので、現場での作業が簡略化し、施工性も良好となる。よって、コンパクト化と併せてコストダウンも期待できる。

特にここでは、ガセットプレート２３，２３の互いの対向面に、横断面コ字状の一対の接合金具２６，２６を、間にフレーム面と平行な所定の隙間が形成されるように配置して、接合金具２６，２６によって内管取付金具１０を挟ませるようにしたことで、柱２１に使用されるＣ型鋼の開口部を避けてガセットプレート２３，２３を配置できる。よって、柱２１をＨ鋼等の大梁に取り付けるための空間（ボルト止め等のための作業領域）を確保でき、作業性や施工性を損なうことがない。
さらに、外管取付金具７や接合金具２６を、横断面コ字状の一対の金具を、開放側が互いに外向きとなる背中合わせで配置したものとしているので、金具の断面積を狭いフレーム厚み内でも大きく確保でき、接合部の信頼性が高まる。
加えて、中間金具となるガセットプレート２４を、粘弾性ダンパー１の軸方向で粘弾性ダンパー１側から柱２１側へ行くに従って幅が徐々に広くなる一対の接合部２４ａ，２４ａを上下軸対称に形成した板状体としたことで、柱２１との接合側の幅が広く確保される一方、中桟２５が接合される側が三角形状にえぐれるように切除される。よって、粘弾性ダンパー１の軸方向における強度を維持しつつ軽量化も可能となる。

なお、上記形態では、柱にＣ型鋼を用いた軸組フレームに本発明の取付構造を適用しているが、他の型鋼を用いた軸組フレームであっても同様に本発明の採用は可能である。例えば図６に示す軸組フレーム４０は、角形パイプを用いた一対の柱４１，４１間に粘弾性ダンパー１，１をＫブレース状に架設させたもので、間仕切り壁に用いられる。
この軸組フレーム４０では、図３の軸組フレーム２０のように大梁への取付作業性を考慮する必要がないため、図７に示すように、ガセットプレート２３，２３をフレームの厚み方向で図３よりも狭い間隔で柱４１に溶接して、ガセットプレート２３，２３の間に内管３の内管取付金具１０を差し込んで直接高力ボルト２８，２８で接合している。外管２側の取付は図３の形態と同じである。
この変更例によれば、内管３側にガセットプレート２３と内管取付金具１０とを接合する接合金具２６，２６が不要となるので、図３の形態よりも部品点数が削減されてよりコスト面で有利となる。

一方、粘弾性ダンパーは、横断面矩形状の管体に限らず、横断面円形等の他の断面形状の管体を使用しても差し支えない。また、外管は一対の金具同士をリベット接合や溶接によって形成してもよいし、内管のように一つの管体で形成しても良い。さらに粘弾性体も管体間の全面に限らず、一部で接着させるようにすることもできる。
加えて、外管取付金具や内管取付金具と粘弾性ダンパー側への固定も溶接に限らず、高力ボルトや通常のボルト、リベット等の他の固定手段を用いることができる。

そして、外管側の外管取付金具や内管側の接合金具も、横断面コ字状に限定するものではなく、台形状や平板状、角形パイプ等、適宜採用可能である。
同様に、挟持金具及び中間金具も平板状のプレートに限らず、強度が必要な場合は両端を折り返した横断面コ字状としたり、扁平な角形パイプを用いたりする等、適宜変更して差し支えない。
また、外管取付金具及び内管取付金具と軸組フレーム側への固定も、高力ボルトに限らず、本数を増やしたり複数列で緊締したりすることで通常のボルトに代える等、適宜設計変更できる。なお、接合金具の省略が可能であることは図６の変更例からも明らかである。

粘弾性ダンパーの説明図（上が平面、下が側面を夫々示す）である。 粘弾性ダンパーの拡大横断面図である。 軸組フレームの正面図である。 柱の上下端での粘弾性ダンパーの取付構造を示す説明図である。 柱の中間部での粘弾性ダンパーの取付構造を示す説明図で、（Ａ）がダンパー長手方向の断面、（Ｂ）が短手方向の断面を夫々示す。 軸組フレームの変更例を示す正面図である。 図６における柱の上下端での粘弾性ダンパーの取付構造を示す説明図である。

符号の説明

１・・粘弾性ダンパー、２・・外管、３・・内管、４・・粘弾性体、７・・外管取付金具、１０・・内管取付金具、２０，４０・・軸組フレーム、２１，４１・・柱、２２・・横架材、２３，２４・・ガセットプレート、２６・・接合金具、２８，３０・・高力ボルト。

Claims (4)

1. 外管と、その外管に同軸で部分的に遊挿される内管と、両管の重合部間にあって前記両管との対向面が夫々接着される粘弾性体とからなり、前記外管と内管との相反する軸方向への動作により前記粘弾性体を剪断変形させて減衰作用を生じさせる粘弾性ダンパーを、柱と横架材とで形成される軸組フレーム内でＫ状に架設するためのブレース型粘弾性ダンパーの取付構造であって、
   前記粘弾性ダンパーにおける前記外管側の端部に、一対の外管取付金具を、間に所定の隙間が形成される状態で差し込み固定する一方、前記内管側の端部に、板状の内管取付金具を固定して、
   前記軸組フレームにおける一方の柱の上下端側では、フレームの厚み方向で所定間隔をおいて一対の挟持金具を夫々フレーム面と平行に固定する一方、他方の柱の中間部位には、フレーム面と平行に中間金具を固定して、
   前記粘弾性ダンパーを、前記外管取付金具で前記中間金具を挟ませて両者を高力ボルトで接合する一方、前記内管取付金具を前記挟持金具で直接或いは間接的に挟ませて両者を高力ボルトで接合することで、前記軸組フレーム内でＫ状に架設させることを特徴とするブレース型粘弾性ダンパーの取付構造。
2. 外管取付金具は、横断面コ字状の一対の金具を、開放側が互いに外向きとなる背中合わせで配置したものである請求項１に記載のブレース型粘弾性ダンパーの取付構造。
3. 挟持金具の互いの対向面に、横断面コ字状の一対の接合金具を、間にフレーム面と平行な所定の隙間が形成されるように配置して、前記接合金具によって内管取付金具を挟ませるようにした請求項１又は２に記載のブレース型粘弾性ダンパーの取付構造。
4. 中間金具を、粘弾性ダンパーの軸方向で前記粘弾性ダンパー側から柱側へ行くに従って幅が徐々に広くなる一対の接合部を上下軸対称に形成した板状体とした請求項１乃至３の何れかに記載のブレース型粘弾性ダンパーの取付構造。
   

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