JP6429750B2 - 制振装置および制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築構造における制振装置および制振構造に関する。

建築構造は、地震の揺れなどにより外力が与えられた場合、構造の強さを以って当該外力に耐える耐震構造、地盤から主構造を隔離する免震構造、与えられた当該外力を低減する制振構造などを備えることにより、主構造自体の破壊を免れる。中でも、制振構造は、敷地条件や建築条件を問わず多くの建築構造に適用でき、費用対効果も高いことから、最近普及しつつある。また、制振構造は、地震の初期の揺れを利用して振動エネルギーを吸収するため、揺れのピーク時の揺れ幅が耐震構造より大幅に低減できると共に、揺れ時間も短くなるため、建築構造の安全性向上に寄与する。

従来から、建築構造に制振構造を付与する装置として、油圧ダンバー、粘性体、摩擦装置、金属製の装置などが知られている。たとえば、特許文献１は、油性ダンパーを用いた制振構造を、特許文献２は、摩擦装置を用いた制振構造を開示する。また、特許文献３に示すように、矩形構造の中に制振ブレース構造を備えた制振構造も知られている。しかし、これらの構造は、大掛かりな構造が必要となり施工コストが高くなるし、油圧ダンパーや粘性体では、速度依存性を有するため様々な地震の揺れに対して制振性能の安定性にバラツキが生じ、経年劣化を起こすためその制振性能を維持するためにはメンテナンスが必要となる。また、摩擦装置では、建築構造に応じた適切な圧力と安定的な摩擦係数を恒久的に維持することが困難である。

金属製の装置では、金属素材を繰り返し変形させることにかかるエネルギーを以って振動エネルギーを消耗させるので、上記の制振装置に比し制振性能が安定的で信頼性が高く、また耐久性もよい。たとえば、特許文献４は、減衰材料としての低降伏点鋼を柱梁構造の斜材（ブレース材）として使用することを開示する。しかし、このような制振構造では、斜材全体が塑性変形するので、大地震などによって斜材自体が座屈や切断してしまい、制振構造に致命的なダメージを与えることとなる。

また、特許文献５は、柱梁構造の斜材の中間に、柱梁の矩形構造と相似形を有する金属製のフレーム状の装置を挿入した制振構造を開示する。この制振構造は、矩形構造と、それに相似の剛性フレームと、矩形構造の隅部と剛性フレームの角部とを連結する斜材とからなり、矩形構造の寸法に対する剛性フレームの寸法の縮小率を、０．０２〜０．３としたことを特徴とする。

しかし、後述するように、この種の制振構造の剛性は、矩形構造の寸法に対するフレーム状装置の寸法の縮小率の３乗に反比例するから、フレーム状装置を小さくすればするほど剛性は高くなるが、あまり小さくすると、フレーム状装置の単位断面積当たりの負荷が大きくなり、また加工が難しくなると言う問題があった。また、大地震などでフレーム状装置が破断した場合、一気に制振性能を喪失することとなる恐れがあった。

特開平１１−０２２２３８号公報 米国特許５８１９４８４号公報 特開平１０−３１７７１１号公報 特開平１０−３０６６１５号公報 特開２０１０−０９５９０１号公報

そこで、本発明では、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよい制振装置および制振構造を提供する。そして、さらに本発明では、大きな揺れを受けても斜材自体を座屈させて破壊することがなく、制振装置の一部が破壊された場合であっても一気に制振性能を喪失することがなく、また剛性は高いが加工性がよい制振装置および制振構造を提供する。

上記課題を解決するために、矩形構造材を備える建築構造体を、矩形構造材の対角線上に配置される斜材を介して制振する制振装置であって、矩形構造材と相似形を有する外フレームと、矩形構造材と相似形を有し、各辺が外フレームの各辺より短くかつ平行または垂直をなす内フレームと、外フレームの対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在し、斜材と連結するための継手と、を備え、外フレームの各隅のみが、内フレームの角と結合され、内フレームの中心は外フレームの中心と一致し、内フレームの各角は、外フレームの対応する各隅と直線材を介して連結されていることを特徴とする制振装置が提供される。
これによれば、外フレームの隅と外フレームより小さい内フレームの角とを結合した本制振装置が、斜材軸線と一致する継手を介して斜材と連結されることで、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材自体を座屈させて破壊することがなく、また、外フレームと内フレームを組み合わすことで剛性は高いが加工性の良い制振装置を提供できると共に、矩形構造材に対する縮小率が異なる外フレームと内フレームを中心が一致するように組み合わせることにより、本制振装置は、外フレームの耐力と内フレームの耐力の和の耐力を備えると共に、異なる剛性と塑性域での異なる応力を兼ね備えるフレームを複数有して各フレームで亀裂や破断のような破壊が起こる変形量が異なることから、複数のフレームが一度に破壊されることがなく、一気に制振性能を喪失することがない制振装置を提供できる。また、大きさの大きい外フレームと剛性の高い内フレームを組み合わすことで、剛性は高いが加工性の良い制振装置を提供できる。

以上説明したように、本発明によれば、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよい制振装置および制振構造を提供できる。そして、さらに本発明によれば、大きな揺れを受けても、斜材自体を座屈させて破壊することがなく、制振装置の一部が破壊された場合であっても、一気に制振性能を喪失することがなく、また剛性は高いが加工性がよい制振装置および制振構造を提供できる。

本発明に係る第一実施例の制振装置の、（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）側面図、（Ｄ）斜視図。 本発明に係る第一実施例の制振装置を矩形構造材に取り付けた場合の正面図。 本発明に係る第一実施例の制振装置の、（Ａ）負荷時の正面図、（Ｂ）破断時の正面図。 本発明に係る第一実施例の制振装置の荷重変形曲線（水平変位−水平荷重）。 本発明に係る第一実施例の制振装置の、（Ａ）外フレームのみの正面図、（Ｂ）内フレームのみの正面図、（Ｃ）荷重変形曲線（層間変位角−水平荷重）。 本発明に係る第一実施例の制振装置の伸び側対角線変形−短縮側対角線変形図。 本発明に係る第二実施例の制振装置の、（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）側面図、（Ｄ）斜視図、（Ｅ）拡張継手の平面図。 本発明に係る第二実施例の制振装置を矩形構造材に取り付けた場合の正面図。 本発明に係る第二実施例の制振装置の、（Ａ）負荷時の正面図、（Ｂ）破断時の正面図。 本発明に係る第二実施例の制振装置の、（Ａ）鋼材の荷重変形曲線（水平変位−水平荷重）、（Ｂ）アルミニウムの荷重変形曲線（水平変位−水平荷重） 本発明に係る第二実施例の制振装置の伸び側対角線変形−短縮側対角線変形図。 本発明に係る第一実施例の制振装置と第二実施例の制振装置を組み合わせた場合（第三実施例）の制振装置の、（Ａ）正面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）側面図、（Ｄ）斜視図。 本発明に係る第一実施例の制振装置と第二実施例の制振装置を取り付けた場合（第三実施例）の制振構造の、（Ａ）正面図、（Ｂ）斜視図。 本発明に係る制振装置および制振構造における軸部の正面形状の模式図。（Ａ）制振装置の第一実施例の場合の模式図、（Ｂ）制振装置の第二実施例の場合の模式図、（Ｃ）制振装置の第一実施例の変形例の場合の模式図、（Ｄ）制振装置の第二実施例の変形例の場合の模式図、（Ｅ）制振構造の模式図（図では第一実施例の制振装置を使用）、（Ｆ）短縮側と伸び側の対角線変形の比較図。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
図１４を参照し、本発明について説明する。本図は、矩形構造材および制振装置を、矩形構造材における柱や梁などの各部および制振装置における外フレームや内フレームなどの各部における力の作用線である中心線で表現したものである。本明細書における「相似形」とは、矩形構造材の柱と梁および制振装置の外フレームや内フレームにおける力の作用線である中心線が相似形であることを言う。すなわち、矩形構造材および制振装置が相似形であるという場合、両者の各部の太さや厚さの概念を含まない。

本図（Ａ）に示す制振装置１０Ａは、１つの矩形の外フレーム１１Ａと、外フレーム１１Ａより小さく、外フレーム１１Ａと相似形を有する１つの内フレーム１２Ａと、外フレーム１１Ａの（図中一点鎖線で示す）対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ａとを備える。外フレーム１１Ａを構成する各辺（中心線）および内フレーム１２Ａを構成する各辺（中心線）は、互いに剛接または一体成型されており、外フレーム１１Ａおよび内フレーム１２Ａの各角は剛性がある。外フレーム１１Ａの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ａの角ＯＣＩと同一面内で間接的に結合されている。すなわち、外フレーム１１Ａの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ａの角ＯＣＩと直線材１４Ａを介して連結されている。本例では、外フレーム１１Ａの隅ＩＣＯと内フレーム１２Ａの角ＯＣＩを連結するのは直線を構成する直線材１４Ａであるが、これに限定されず、多少湾曲や蛇行する線材であってもよい。

内フレーム１２Ａと外フレーム１１Ａは同一面内にあり、内フレーム１２Ａの矩形を構成する各辺は、外フレーム１１Ａの矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。たとえば、内フレーム１２Ａの縦の辺は、外フレーム１１Ａの縦の辺とは平行であり、外フレーム１１Ａの横の辺とは垂直である。また、内フレーム１２Ａの横の辺は、外フレーム１１Ａの縦の辺とは垂直であり、外フレーム１１Ａの横の辺とは平行である。なお、外フレーム１１Ａより小さい内フレーム１２Ａは、対角線ＤＬ上に配置されて内フレーム１２Ａの対角を連結する斜材を有さない。

本図（Ａ）に示す制振装置１０Ａは、本図（Ｅ）に示すように、建築構造体（図示せず）の一部をなす制振構造１００に組み込まれる。制振構造１００は、柱１０２と梁１０３からなる矩形構造材１０１と、矩形構造材１０１の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４と、斜材１０４の中間において、継手１３Ａにより斜材１０４と連結された制振装置１０Ａとを備える。したがって、制振装置１０Ａは、矩形構造材１０１を備える建築構造体を、矩形構造材１０１の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４を介して制振する制振装置である。

「矩形構造材」とは、より一般的に言えば、構造物の一つの構面において一方向に延びる２条の構造材、およびこれらと直交する方向に延びる２条の構造材をいう。本発明を垂直壁の構面に適用するときには、本例のように、２条の柱および２条の梁とすることができる。本明細書では主要な適用例を垂直壁の構面としているが、発明の趣旨からはこれに限定されることはない。なお、制振構造１００を備える建築構造体は、すべて矩形構造材で構成されている必要はなく、トラス構造や壁式構造を含んでもいてもよい。また、建築構造体に備えられる矩形構造材は、すべてにおいて本制振装置を備えている必要はなく、一部において備えていてもよい。また、本明細書における建築構造体は、木造建築物、鉄骨構造物、鉄筋コンクリート構造物など、いずれの構造体であってもよい。

制振装置１０Ａは、柱１０２と梁１０３からなる矩形構造材１０１を所定の比率（α）で縮小した、当該矩形構造材１０１と相似形を有する外フレーム１１Ａを備える。図示例では、作図上の都合から、矩形構造材１０１に対する外フレーム１１Ａの寸法比がα＝０．２程度としているが、これに限定されるものではない。内フレーム１２Ａは、矩形構造材１０１をその所定の比率（α）よりさらに小さな比率（β）で縮小したフレームからなる。すなわち、内フレーム１２Ａの各辺は、外フレーム１１Ａの対応する各辺より短い辺からなる。

発明者の解析によると、外フレームまたは内フレームの剛性は、矩形構造材に対する外フレームまたは内フレームの縮小する比率の三乗に反比例することが分かっている。また、外フレームまたは内フレームの耐力は、矩形構造材に対する外フレームまたは内フレームの縮小する比率に反比例することが分かっている。そうすると、制振構造１００の剛性は、矩形構造材１０１の寸法に対する制振装置１０Ａの寸法の縮小率の三乗に反比例するので、より小さな比率（β）で縮小した内フレーム１２Ａの剛性により、より大きく影響を受けることとなる。

強度計算のシミュレーションを重ねた結果、内フレーム１２Ａのみを有する制振装置において、矩形構造材１０１に対する制振装置の内フレーム１２Ａの大きさの縮小率βとして最も好適な数値はβ＝０．０５である。縮小率βの上限値は、強度計算の結果からβ＝０．３である。縮小率βの下限値は０．０２としている。この下限値は理論的に導かれた数値というよりは実施上の制約に基づく。一般的な矩形構造材１０１の柱１０２の高さを３ｍ、梁１０３の長さを２ｍとし、これに縮小率０．０２を乗ずると、内フレーム１２Ａの大きさは、上下長さ６０ｍｍ、左右長さ４０ｍｍということになる。これよりも小さい大きさとなると、内フレーム１２Ａの単位断面積に生ずる負荷も大きくなるし、加工も難しくなるからである。

内フレーム１２Ａの左右長さ４０ｍｍである場合において、たとえば、内フレーム１２Ａの正面視の厚さを１０ｍｍ、変形するための遊びを考慮して、外フレーム１１Ａとの隙間を１０ｍｍとした場合、外フレーム１１Ａの左右長さ下限値は６０ｍｍとなり、相似形なので上下長さの下限値は９０ｍｍとなる。この場合の、矩形構造材１０１に対する外フレーム１１Ａの縮小率αは、α＝０．０３である。また、本例の場合、内フレーム１２Ａの大きさと外フレーム１１Ａの大きさとの間には、明確な相関関係はないが、実質的に外フレーム１１Ａの大きさは、実質的に最大で矩形構造材１０１の大きさの半分程度である。したがって、外フレーム１１Ａの縮小率αの上限値は、０．５とすることができる。そうすると、外フレーム１１Ａにおける矩形構造材を縮小した所定の比率とはα＝０．０３〜０．５であり、内フレーム１２Ａにおける矩形構造材を所定の比率（縮小率α）より小さな比率で縮小した比率とはβ＝０．０２〜０．３である。

本図（Ｅ）に示すように、制振構造１００は、自身の矩形中心Ｏ３と制振装置１０Ａの外フレーム１１Ａの矩形中心Ｏ１とが一致するように、制振装置１０Ａの各継手１３Ａと矩形構造材１０１の各隅ＩＣＳに対応する各斜材１０４と連結させることにより制振装置１０Ａを備える。すなわち、制振構造１００においては、制振装置１０Ａの外フレーム１１Ａの矩形中心Ｏ１は矩形構造材１０１の矩形中心Ｏ３と一致し、制振装置１０Ａの継手１３Ａは、矩形構造材１０１の各隅ＩＣＳに対応する斜材１０４と連結されている。矩形構造材１０１と相似形のフレーム状の制振装置１０Ａをこのように連結することで、制振構造１００は、制振装置１０Ａが正負の繰り返し変形を受けても元の形状に戻ることができるため、優れた制振性能を有することができる。

また、本図（Ｆ）に示すように、制振構造１００に組み込まれた制振装置１０Ａにおける伸び側対角線の変形（点線）と短縮側対角線の変形（実線）とでは、同じ層間変位では、短縮側対角線の変形の方が大きいことが発明者の考察・実験により分かっている（実験データは後述する）。なお、層間変位とは、下梁と上梁を層と捉え、制振構造の上梁に水平外力が与えられた場合の柱の傾き変位または下梁に対する上梁の水平移動変位を言う。圧縮側の対角線とは、矩形構造材に水平外力が与えられて平行四辺形になった場合に、短い対角線の方に配置され圧縮力を受ける斜材の方を示している。そうすると、圧縮側の斜材は、揺れの小さい間は圧縮力を受けても、揺れが大きくなり変形が大きくなるにつれて圧縮力が緩和されたり解消されたりするようになる。このような大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいという特性を活かすことで、制振装置１０Ａが組み込まれた制振構造１００においては、斜材が座屈して破壊されることがなくなる。

外フレーム１１Ａの隅ＩＣＯと外フレーム１１Ａより小さい内フレーム１２Ａの角ＯＣＩとを間接的に結合した制振装置１０Ａは、斜材軸線ＤＬと一致する継手１３Ａを介して斜材１０４と連結されることで、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材１０４自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、かかる制振装置１０Ａは、外フレーム１１Ａと内フレーム１２Ａを組み合わすことで、内フレーム１２Ａ’の剛性の影響を受けて剛性が高くなり、大きな外フレーム１１Ａ’の大きさで加工できるので加工性が良くなる。

また、制振構造１００は、矩形構造材１０１の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４と、斜材軸線ＤＬと一致する継手１３Ａを介して連結された制振装置１０Ａにより、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、本発明に係る制振装置および制振構造では、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよいことは言うまでも無い。

本図（Ａ）に示す制振装置１０Ａでは、さらに、内フレーム１２Ａの矩形中心Ｏ２は、外フレーム１１Ａの矩形中心Ｏ１と一致している。そうすると、外フレーム１１Ａの矩形中心Ｏ１、内フレーム１２Ａの矩形中心Ｏ２、および矩形構造材１０１の矩形中心Ｏ３は、制振構造１００においてすべて一致する。また、外フレーム１１Ａと内フレーム１２Ａを連結する直線材１４Ａは、外フレーム１１Ａおよび矩形構造材１０１の対角線ＤＬと同一軸上に配置される。その結果、直線材１４Ａは、対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ａとも同一軸線上に配置されるので、強固な制振装置１０Ａおよび制振構造１００を提供することができる。

この制振装置１０Ａは、矩形構造材１０１に対する縮小率が異なる外フレーム１１Ａと内フレーム１２Ａを矩形中心が一致するように組み合わせることにより、外フレーム１１Ａの耐力と内フレーム１２Ａの耐力の和の耐力を備えることができる。また、異なる剛性と塑性域での異なる応力を兼ね備えるフレームを複数有して各フレームで亀裂や破断のような破壊が起こる変形量が異なることから、制振装置１０Ａは、複数のフレームが一度に破壊されることがなく、一気に制振性能を喪失することがない。

本図（Ｃ）に示す制振装置１０Ｃは、上述した制振装置１０Ａにさらにもう一つ内フレームを備えたものである。すなわち、制振装置１０Ｃは、１つの矩形の外フレーム１１Ｃと、外フレーム１１Ｃより小さく、外フレーム１１Ｃと相似形を有する内フレーム１２Ｃ１と、内フレーム１２Ｃ１よりさらに小さく、内フレーム１２Ｃ１と相似形を有する内フレーム１２Ｃ２と、外フレーム１１Ｃの対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在する継手１３Ｃとを備える。

外フレーム１１Ｃの各隅は、内フレーム１２Ｃ１の角と同一面内で間接的に結合されていると共に、内フレーム１２Ｃ１の各隅は、内フレーム１２Ｃ２の角と同一面内で間接的に結合されている。すなわち、外フレーム１１Ｃの各隅は、内フレーム１２Ｃ１の角と直線材１４Ｃ１を介して連結され、内フレーム１２Ｃ１の各隅は、内フレーム１２Ｃ２の角と直線材１４Ｃ２を介して連結されている。

内フレーム１２Ｃ１と外フレーム１１Ｃは同一面内にあり、内フレーム１２Ｃ１の矩形を構成する各辺は、外フレーム１１Ｃの矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。また、内フレーム１２Ｃ２の矩形を構成する各辺は、内フレーム１２Ｃ１の矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。なお、内フレーム１２Ｃ２は、対角線上に配置されて内フレーム１２Ｃ２の対角を連結する斜材を有さない。

制振装置１０Ｃは、同様に、制振構造１００に組み込まれる。制振装置１０Ｃにおける外フレーム１１Ｃの所定の比率（縮小率α）は、上記制振装置１０Ａと同様の考え方で求めることができ、α＝０．０４〜０．５である。また、内フレーム１２Ｃ２の縮小率を上述の縮小率βとみなすことができるので、内フレーム１２Ｃ２の縮小率βは、β＝０．０２〜０．３である。内フレーム１２Ｃ１の縮小率は、外フレーム１１Ｃと内フレーム１２Ｃ２の中間であり、０．０３〜０．４である。

制振装置１０Ｃでは、外フレーム１１Ｃの隅と外フレーム１１Ｃより小さい内フレーム１２Ｃ１の角とを間接的に結合され、内フレーム１２Ｃ１の隅と内フレーム１２Ｃ１より小さい内フレーム１２Ｃ２の角とを間接的に結合される。かかる制振装置１０Ｃは、斜材軸線と一致する継手１３Ｃを介して斜材１０４と連結されることで、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材１０４自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、制振装置１０Ｃは、外フレーム１１Ｃと内フレーム１２Ｃ１と内フレーム１２Ｃ２を組み合わすことで剛性が高くなり加工性が良くなる。

制振装置１０Ｃでは、さらに、内フレーム１２Ｃ１の矩形中心Ｏ２１および内フレーム１２Ｃ２の矩形中心Ｏ２２は、外フレーム１１Ｃの矩形中心Ｏ１と一致している。また、外フレーム１１Ｃ、内フレーム１２Ｃ１および内フレーム１２Ｃ２を連結する直線材１４Ｃ１および直線材１４Ｃ２は、外フレーム１１Ｃおよび矩形構造材１０１の対角線と同一軸上に配置される。その結果、直線材１４Ｃ１および直線材１４Ｃ２は、対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在する継手１３Ｃとも同一軸線上に配置されるので、強固な制振装置１０Ｃを提供することができる。

この制振装置１０Ｃは、矩形構造材１０１に対する縮小率が異なる外フレーム１１Ｃと複数の内フレーム１２Ｃ１、１２Ｃ２を矩形中心が一致するように組み合わせることにより、外フレーム１１Ｃの耐力、内フレーム１２Ｃ１および内フレーム１２Ｃ２の耐力の和の耐力を備えることができる。また、制振装置１０Ｃは、異なる剛性と塑性域での異なる応力を兼ね備えるフレームを複数有して各フレームで亀裂や破断のような破壊が起こる変形量が異なることから、複数のフレームが一度に破壊されることがなく、一気に制振性能を喪失することがなくなる。

本図（Ｂ）に示す制振装置１０Ｂは、１つの矩形の外フレーム１１Ｂと、外フレーム１１Ｂより小さく、外フレーム１１Ｂと相似形を有し同じ大きさの４つの内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４と、外フレーム１１Ｂの（図中一点鎖線で示す）対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ｂとを備える。外フレーム１１Ｂを構成する各辺（中心線）および内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４を構成する各辺（中心線）は、互いに剛接または一体成型されており、外フレーム１１Ｂおよび内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の各角は剛性がある。外フレーム１１Ｂの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の１つの角ＯＣＩと直接的に結合されている。すなわち、外フレーム１１Ｂの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の１つの角ＯＣＩと一致している。

たとえば、外フレーム１１Ｂの左上の隅ＩＣＯは、外フレーム１１Ｂの内側であって左上に存する内フレーム１２Ｂ１の左上の角ＯＣＩと一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｂの右上の隅ＩＣＯは、外フレーム１１Ｂの内側であって右上に存する内フレーム１２Ｂ２の右上の角ＯＣＩと一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｂの左下の隅ＩＣＯは、外フレーム１１Ｂの内側であって左下に存する内フレーム１２Ｂ３の左下の角ＯＣＩと一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｂの右下の隅ＩＣＯは、外フレーム１１Ｂの内側であって右下に存する内フレーム１２Ｂ４の右下の角ＯＣＩと一致するように配置されている。

４つの内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４と外フレーム１１Ｂは同一面内にあり、それぞれの内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の矩形を構成する各辺は、外フレーム１１Ｂの矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。外フレーム１１Ｂの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の１つの角ＯＣＩと一致しているので、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の縦の辺と横の辺のそれぞれ１つずつは、外フレーム１１Ｂの縦の辺と横の辺に一致している。たとえば、内フレーム１２Ｂ１の左側の縦の辺は、外フレーム１１Ｂの左側の縦の辺と一致し、内フレーム１２Ｂ１の上側の横の辺は、外フレーム１１Ｂの上側の縦の辺と一致している。なお、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４は、対角線ＤＬ上に配置されて内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の対角を連結する斜材を有さない。

制振装置１０Ｂは、本図（Ｅ）に示した制振装置１０Ａと同様、建築構造体の一部をなす制振構造１００に組み込まれる。制振装置１０Ｂは、柱１０２と梁１０３からなる矩形構造材１０１を所定の比率（α）で縮小した、当該矩形構造材１０１と相似形を有する外フレーム１１Ｂを備える。内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４のそれぞれは、矩形構造材１０１をその所定の比率（α）よりさらに小さな比率（β）で縮小したフレームからなる。すなわち、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の各辺は、外フレーム１１Ｂの対応する各辺より短い辺からなる。

上述したように、制振構造１００の剛性は、矩形構造材１０１の寸法に対する制振装置１０Ｂの寸法の縮小率の三乗に反比例するので、より小さな比率（β）で縮小した内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の剛性により、より大きく影響を受けることとなる。また、制振装置１０Ａで説明したことと同様に、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の縮小率βの上限値は、強度計算の結果からβ＝０．３であり、下限値はβ＝０．０２である。そうすると、外フレーム１１Ｂの縮小率αは、本例の場合は、内部に縦横に２つずつ内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４が配置されるから、下限値は０．０４以上であり、上限値は０．６以上である。ただし、実質的に外フレーム１１Ａの大きさは、最大で矩形構造材１０１の大きさの半分程度であることが好ましい。

制振装置１０Ａにおいて本図（Ｅ）に示したことと同様に、制振構造１００は、自身の矩形中心Ｏ３と制振装置１０Ｂの外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１とが一致するように、制振装置１０Ｂの各継手１３Ｂと矩形構造材１０１の各隅ＩＣＳに対応する各斜材１０４と連結させることにより制振装置１０Ｂを備える。すなわち、制振構造１００においては、制振装置１０Ｂの外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１は矩形構造材１０１の矩形中心Ｏ３と一致し、制振装置１０Ｂの継手１３Ｂは、矩形構造材１０１の各隅ＩＣＳに対応する斜材１０４と連結されている。矩形構造材１０１と相似形のフレーム状の制振装置１０Ｂをこのように連結することで、制振構造１００は、制振装置１０Ｂが正負の繰り返し変形を受けても元の形状に戻ることができるため、優れた制振性能を有することができる。

また、制振装置１０Ａにおいて本図（Ｆ）に示したことと同様に、制振装置１０Ｂが組み込まれた制振構造１００においては、斜材が座屈して破壊されることがなくなる。外フレーム１１Ｂの隅ＩＣＯと外フレーム１１Ｂより小さい内フレーム１２Ｂの角ＯＣＩとを直接的に結合した制振装置１０Ｂは、斜材軸線ＤＬと一致する継手１３Ｂを介して斜材１０４と連結されることで、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材１０４自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、制振装置１０Ｂは、外フレーム１１Ｂと内フレーム１２Ｂを組み合わすことで剛性が高く加工性が良くなる。

また、制振構造１００は、矩形構造材１０１の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４と斜材軸線ＤＬと一致する継手１３Ｂを介して連結された制振装置１０Ｂにより、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、本発明に係る制振装置および制振構造では、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよいことは言うまでも無い。

制振装置１０Ｂでは、さらに、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の矩形中心Ｏ２１〜Ｏ２４は、外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１と一致していない。一方、外フレーム１１Ｂの各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の１つの角ＯＣＩと一致し、これらの複数の内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４は、外フレーム１１Ｂの内側に格子状に配置されている。すなわち、外フレーム１１Ｂの大きさは、内フレームの１つの大きさのちょうど２倍である。そうすると、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４における、外フレーム１１Ｂの縦の辺と横の辺に一致している辺とは別の縦の辺および横の辺は、隣接する内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の縦の辺および横の辺に一致している。

たとえば、内フレーム１２Ｂ１の右側の縦の辺は、隣接する内フレーム１２Ｂ２の左側の縦の辺と一致し、内フレーム１２Ｂ１の下側の横の辺は、隣接する内フレーム１２Ｂ３の上側の横の辺と一致している。内フレーム１２Ｂ１の右下の角、内フレーム１２Ｂ２の左下の角、内フレーム１２Ｂ３の右上の角、内フレーム１２Ｂ４の左上の角は一致している。外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１は、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の矩形中心Ｏ２１〜Ｏ２４の真ん中に位置する。外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の矩形中心Ｏ２１〜Ｏ２４は、すべて対角線ＤＬ上に配置される。外フレーム１１Ｂの矩形中心Ｏ１、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の矩形中心Ｏ２１〜Ｏ２４、および矩形構造材１０１の矩形中心Ｏ３は、すべて対角線ＤＬと同一軸上に配置されるので、強固な制振装置１０Ｂおよび制振構造１００を提供することができる。

この制振装置１０Ｂは、複数の内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４が外フレーム１１Ｂの内側に格子状に配置されることにより、内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４の耐力を備えるので高い剛性を有すると共に、外フレーム１１Ｂの大きさで製造できるので加工性がよい。また、制振装置１０Ｂは、多数の内フレームを有することで、一部の内フレームが破壊されても一気に制振性能を喪失することがなくなる。

本図（Ｄ）に示す制振装置１０Ｄは、上述した制振装置１０Ｂが４つの内フレーム１２Ｂ１〜１２Ｂ４を備えたものであったのに対し、１６個の内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６を備えるものである。すなわち、制振装置１０Ｄは、１つの矩形の外フレーム１１Ｄと、外フレーム１１Ｄより小さく、外フレーム１１Ｄと相似形を有し同じ大きさの１６個の内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６と、外フレーム１１Ｄの対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在する継手１３Ｄとを備える。なお、本図（Ｄ）における内フレームの符号は一部省略するが、左から右へ、上から下へ連番が付されているものとする。

外フレーム１１Ｄの各隅は、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の角と直接的に結合されている。すなわち、外フレーム１１Ｄの各隅は、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の１つの角と一致している。

たとえば、外フレーム１１Ｄの左上の隅は、外フレーム１１Ｄの内側であって最も左上に存する内フレーム１２Ｄ１の左上の角と一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｄの右上の隅は、外フレーム１１Ｄの内側であって最も右上に存する内フレーム１２Ｄ４の右上の角と一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｄの左下の隅は、外フレーム１１Ｄの内側であって最も左下に存する内フレーム１２Ｄ１３の左下の角と一致するように配置されている。また、外フレーム１１Ｄの右下の隅は、外フレーム１１Ｄの内側であって最も右下に存する内フレーム１２Ｄ１６の右下の角と一致するように配置されている。

１６個の内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６と外フレーム１１Ｄは同一面内にあり、それぞれの内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６の矩形を構成する各辺は、外フレーム１１Ｄの矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。外フレーム１１Ｄの各隅は、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の１つの角と一致しているので、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の縦の辺と横の辺のそれぞれ１つずつは、外フレーム１１Ｄの縦の辺と横の辺に一致している。たとえば、内フレーム１２Ｄ１の左側の縦の辺は、外フレーム１１Ｄの左側の縦の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ１の上側の横の辺は、外フレーム１１Ｄの上側の横の辺と一致している。なお、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６は、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６の対角を連結する斜材を有さない。

内フレーム１２Ｄ２の上側の横の辺は、外フレーム１１Ｄの上側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ２の左側の縦の辺は、内フレーム１２Ｄ１の右側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ３の上側の横の辺は、外フレーム１１Ｄの上側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ３の右側の縦の辺は、内フレーム１２Ｄ４の左側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ５の上側の横の辺は、内フレーム１２Ｄ１の下側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ５の左側の縦の辺は、外フレーム１１Ｄの左側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ６の上側の横の辺は、内フレーム１２Ｄ２の下側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ６の左側の縦の辺は、内フレーム１２Ｄ５の右側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ８の上側の横の辺は、内フレーム１２Ｄ４の下側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ８の右側の縦の辺は、外フレーム１１Ｄの右側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ７の上側の横の辺は、内フレーム１２Ｄ３の下側の横の辺と一致し、内フレーム１２Ｄ７の右側の縦の辺は、内フレーム１２Ｄ８の左側の縦の辺と一致する。内フレーム１２Ｄ９〜１２Ｄ１６の位置関係も同様である。

制振装置１０Ｄは、本図（Ｅ）に示した制振装置１０Ａと同様、制振構造１００に組み込まれる。制振装置１０Ｄにおける外フレーム１１Ｄの所定の比率（縮小率α）は、上記制振装置１０Ｂと同様の考え方で求めることができ、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６の縮小率βは、β＝０．０２〜０．３であり、外フレーム１１Ｄの大きさは、最大で矩形構造材１０１の大きさの半分程度であることが好ましいので、α＝０．０８〜０．５である。

外フレーム１１Ｄの隅と外フレーム１１Ｄより小さい内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の角とを直接的に結合した制振装置１０Ｄは、斜材軸線ＤＬと一致する継手１３Ｄを介して斜材１０４と連結されることで、大きな揺れを受けてもフレームの短縮側対角線の変形量が大きいので斜材１０４自体を座屈させて破壊することがなくなる。また、制振装置１０Ｄは、外フレーム１１Ｄと内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６を組み合わすことで剛性が高く加工性が良くなる。

制振装置１０Ｄでは、さらに、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６の矩形中心Ｏ２１〜Ｏ２１６は、外フレーム１１Ｄの矩形中心Ｏ１と一致しておらず、一方、外フレーム１１Ｄの各隅は、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ４、１２Ｄ１３、１２Ｄ１６の１つの角と一致し、１６個の内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６は、外フレーム１１Ｄの内側に格子状に配置されている。すなわち、外フレーム１１Ｄの大きさは、内フレームの１つの大きさのちょうど４倍である。そうすると、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６は、互いに重なることなくかつ隙間なく外フレーム１１Ｄの内側に格子状に配置される。

たとえば、外フレーム１１Ｄの矩形中心Ｏ１は、内フレーム１２Ｄ１の矩形中心Ｏ２１と内フレーム１２Ｄ１６の矩形中心Ｏ２１６の真ん中に位置し、また、内フレーム１２Ｄ６の矩形中心Ｏ２６と内フレーム１２Ｄ１１の矩形中心Ｏ２１１の真ん中に位置する。また、外フレーム１１Ｄの矩形中心Ｏ１、内フレーム１２Ｄ１、１２Ｄ６、１２Ｄ１１、１２Ｄ１６の矩形中心Ｏ２１、Ｏ２６、Ｏ２１１、Ｏ２１６は対角線ＤＬ上に配置され、すべて対角線ＤＬと同一軸上に配置されるので、強固な制振装置１０Ｄおよび制振構造１００を提供することができる。

この制振装置１０Ｄは、複数の内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６が外フレーム１１Ｄの内側に格子状に配置されることにより、内フレーム１２Ｄ１〜１２Ｄ１６の耐力を備えるので高い剛性を有すると共に、外フレーム１１Ｄの大きさで製造できるので加工性がよい。また、制振装置１０Ｄは、多数の内フレームを有することで、一部の内フレームが破壊されても一気に制振性能を喪失することがない。

＜第一実施例＞
図１および図２を参照し、本実施例における制振装置１０Ａ’および制振構造１００Ａ’を説明する。制振装置１０Ａ’は、各部の中心線で表現した図１４（Ａ）に示した制振装置１０Ａの実施物であり、制振構造１００Ａ’は、各部の中心線で表現した図１４（Ｅ）に示した制振構造１００の実施物である。

制振装置１０Ａ’は、１つの矩形の外フレーム１１Ａ’と、外フレーム１１Ａ’より小さく、外フレーム１１Ａ’と相似形を有する１つの内フレーム１２Ａ’と、外フレーム１１Ａ’の（図中一点鎖線で示す）対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ａ’とを備える。外フレーム１１Ａ’を構成する各辺１１Ａ’１、１１Ａ’２、１１Ａ’３、１１Ａ’４は、互いに一体成型されている。また、内フレーム１２Ａ’を構成する各辺１２Ａ’１、１２Ａ’２、１２Ａ’３、１２Ａ’４は、互いに一体成型されている。したがって、外フレーム１１Ａ’および内フレーム１２Ａ’の各角は剛性を有する。外フレーム１１Ａ’の各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ａ’の角ＯＣＩと同一面内で間接的に直線材１４Ａ’を介して一体成型により連結されている。

制振装置１０Ａ’の外フレーム１１Ａ’、直線材１４Ａ’、および内フレーム１２Ａ’は、いずれもスチール製であり、ダイカスト法などの鋳造法により一体成型で製造されている。ただし、製造方法については、これに限定されない。たとえば、外フレーム１１Ａ’の各辺１１Ａ’１、１１Ａ’２、１１Ａ’３、１１Ａ’４の互いが交差する角を剛接してもよい。外フレーム１１Ａ’を構成する各辺１１Ａ’１、１１Ａ’２、１１Ａ’３、１１Ａ’４の正面視の厚さ、内フレーム１２Ａ’を構成する各辺１２Ａ’１、１２Ａ’２、１２Ａ’３、１２Ａ’４の正面視の厚さ、および直線材１４Ａ’の正面視の厚さは、それぞれ約１０ｍｍである。なお、側面視の厚さは特に限定されないが、矩形構造材１０１Ａ’の側面視における厚さ以下であることが好ましい。

内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’２は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’２と、内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’４は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’４と、互いに平行をなし、これらの辺同士は、変形するための遊びを考慮して、約１０ｍｍの隙間を有して隔たっている。内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’１は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’１と、内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’３は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’３と、互いに平行をなし、これらの辺同士は、両フレームは互いに相似なので、約３８ｍｍの隙間を有して隔たっている。力の作用線である中心線における外フレーム１１Ａ’の縦の大きさは約２３０ｍｍであり、横の大きさは約９５ｍｍである。また、力の作用線である中心線における内フレーム１２Ａ’の縦の大きさは約１３２ｍｍであり、横の大きさは約５５ｍｍである。いずれの縦横比もおよそ２．４であり、互いに相似の矩形である。また、内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’１は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’２や辺１１Ａ’４と、内フレーム１２Ａ’の辺１２Ａ’３は外フレーム１１Ａ’の辺１１Ａ’２や辺１１Ａ’４とは、互いに垂直をなす。

継手１３Ａ’は、外フレーム１１Ａ’の各角ＯＣＯから一体成型されることにより延在しており、継手１３Ａ’と外フレーム１１Ａ’の角とは剛性を有して結合されている。継手１３Ａ’は、制振装置１０Ａ’を斜材１０４Ａ’と連結するための部分であり、外フレーム１１Ａ’の厚さとほぼ同じ厚さを有し、斜材１０４Ａ’と連結し易くするように平たく形成されると共に、斜材１０４Ａ’との強固な結合力を確保するために本実施例では３つのボルト穴を有する。本実施例の場合、継手１３Ａ’は、斜材１０４Ａ’とボルト止めされて連結される。連結の方法は、ボルト止めの他、溶接・ねじ止めなど確実に連結できるならば何でもよい。もっとも、制振装置１０Ａ’が地震などにより破壊されたときに容易に交換できるように、斜材１０４Ａ’に対して継手１３Ａ’を着脱自在な構造とすることが好ましい。

図１に示す制振装置１０Ａ’は、図２に示すように、制振構造１００Ａ’に組み込まれる。制振構造１００Ａ’は、柱１０２Ａ’と梁１０３Ａ’からなる矩形構造材１０１Ａ’と、矩形構造材１０１Ａ’の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４Ａ’と、斜材１０４Ａ’の中間において、継手１３Ａ’により斜材１０４Ａ’と連結された制振装置１０Ａ’とを備える。制振装置１０Ａ’は、柱１０２Ａ’と梁１０３Ａ’の縦横比が２．４であって外フレーム１１Ａ’と相似の矩形構造材１０１Ａ’に適用することができる。制振装置１０Ａ’は、上述したように最も好適なβは０．０５だから、柱１０２Ａ’が約２．６４ｍ、梁１０３Ａ’が約１．１ｍである矩形構造材１０１Ａ’に適用することが最も好適である。なお、斜材１０４Ａ’は、鉄筋、鋼管などの如く張力に耐え得る材料であれば足りる。

制振構造１００Ａ’は、自身の矩形中心と制振装置１０Ａ’の外フレーム１１Ａ’および内フレーム１２Ａ’の矩形中心とが一致するように、制振装置１０Ａ’の各継手１３Ａ’と矩形構造材１０１Ａ’の各隅に対応する各斜材１０４Ａ’と連結させることにより制振装置１０Ａ’を備える。矩形構造材１０１Ａ’と相似形のフレーム状の制振装置１０Ａ’をこのように連結することで、制振構造１００Ａ’は、制振装置１０Ａ’が正負の繰り返し変形を受けても元の形状に戻ることができるため、優れた制振性能を有することができる。また、外フレーム１１Ａ’と内フレーム１２Ａ’とを連結する直線材１４Ａ’は、外フレーム１１Ａ’および矩形構造材１０１Ａ’の対角線ＤＬと同一軸上に配置される。その結果、直線材１４Ａ’は、対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ａ’とも同一軸線上に配置されるので、強固な制振装置１０Ａ’および制振構造１００Ａ’を提供することができる。

図３は、破壊試験において、制振構造１００Ａ’に組み込まれた制振装置１０Ａ’に負荷を徐々に増加させた様子を示す。本図（Ａ）は、矩形構造材１０１Ａ’の上の梁１０３Ａ’に水平荷重を与えた時の制振装置１０Ａ’を正面視したもので、本図（Ｂ）は、何度か負荷を繰り返した結果破断した時の制振装置１０Ａ’を正面視したものである。本図（Ａ）に示すように、斜材１０４Ａ’と継手１３Ａ’を介して力が伝達されて、制振装置１０Ａ’における外フレーム１１Ａ’、内フレーム１２Ａ’および直線材１４Ａ’が塑性変形することにより、振動エネルギーを吸収する。制振構造１００Ａ’の特性に応じた変形量や変形回数を超えると、内フレーム１２Ａ’は、本図（Ｂ）に示すように破断などにより破壊される。通常、内フレーム１２Ａ’の方が破壊を生じる変形量が小さいので、内フレーム１２Ａ’の短い辺において最初に破壊が生じる。

図４は、矩形構造材１０１Ａ’に水平荷重を与えた場合の制振装置１０Ａ’の荷重変形曲線を示す。スチール製なので、後述するアルミニウム製に比し、塑性ひずみは小さい。破断直前の水平荷重とそれに対応する水平変位は、水平荷重が約１５ｋＮの時に水平変位が約６０ｍｍである。

ここで、本実施例の外フレーム１１Ａ’に相当する図５（Ａ）に示す単一のフレームのみからなる制振装置Ａと、本実施例の内フレーム１２Ａ’に相当する図５（Ｂ）に示す単一のフレームのみからなる制振装置Ｂと、本実施例の制振装置１０Ａ’とを比較検討する。なお、本図の場合、水平変位（層間変位）は層間変位角（ｒａｄ：ラジアン）で表す。これによると、外フレーム１１Ａ’に相当する単一のフレームのみからなる制振装置Ａにおけるある水平変位における荷重と内フレーム１２Ａ’に相当する単一のフレームのみからなる制振装置Ｂにおけるある水平変位における荷重の和は、いずれの水平変位においても、本実施例の制振装置１０Ａ’のある水平変位における荷重とほぼ等しいことが分かる。すなわち、制振装置１０Ａ’は、外フレーム１１Ａ’の耐力と内フレーム１２Ａ’の耐力の和の耐力を備えることが分かる。

そして、水平変位量が徐々に大きくなると、内フレーム１２Ａ’のみが先に破壊され、外フレーム１１Ａ’は破壊されずに残るため、制振装置１０Ａ’全体が、一気に制振性能を喪失することがない。すなわち、外フレーム１１Ａ’と内フレーム１２Ａ’という異なる剛性と塑性域での異なる応力を兼ね備える複数のフレームを有することで、複数のフレームが一度に破壊されることがなく、一気に制振性能を喪失することがない。

また、図６に示すように、制振構造１００Ａ’に組み込まれた制振装置１０Ａ’における伸び側対角線の変形と短縮側対角線の変形とでは、同じ層間変位では、短縮側対角線の変形の方が大きい。たとえば、層間変位が１／３０ラジアンにおいて、伸び側対角線の変位は２５ｍｍであるのに対して短縮側対角線の変位は約２８ｍｍである。そうすると、圧縮側の斜材は、揺れの小さい間は圧縮力を受けても、揺れが大きくなり変形が大きくなるにつれて圧縮力が緩和されたり解消されたりするようになる。したがって、制振装置１０Ａ’が組み込まれた制振構造１００Ａ’においては、斜材１０４Ａ’が座屈して破壊されることがなくなる。

制振装置１０Ａ’は、スチール製のフレーム状部材を主構造の斜材の中間に配置するものであるから、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよい。そして、制振装置１０Ａ’は、そのようなスチール製のフレーム状部材であり、大きさの異なる外フレーム１１Ａ’と内フレーム１２Ａ’を組み合わすことで耐力が増加し剛性が高く加工性が良くなる。

＜第二実施例＞
図７および図８を参照し、本実施例における制振装置１０Ｂ’および制振構造１００Ｂ’を説明する。なお、以下では、上記実施例と異なる点を中心に説明する。制振装置１０Ｂ’は、各部の中心線で表現した図１４（Ｂ）に示した制振装置１０Ｂの実施物である。

制振装置１０Ｂ’は、１つの矩形の外フレーム１１Ｂ’と、外フレーム１１Ｂ’より小さく、外フレーム１１Ｂ’と相似形を有する４つの内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４と、外フレーム１１Ｂ’の（図中一点鎖線で示す）対角線ＤＬ上に外方向に各角ＯＣＯからそれぞれ延在する継手１３Ｂ’とを備える。外フレーム１１Ｂ’を構成する各辺および内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４を構成する各辺は互いに一体成型されており、外フレーム１１Ｂ’および内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の各角は剛性を有する。外フレーム１１Ｂ’の各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の１つの角ＯＣＩと直接的に結合されている。すなわち、外フレーム１１Ｂ’の各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の１つの角ＯＣＩと一致している。

制振装置１０Ｂ’の外フレーム１１Ｂ’および内フレーム１２Ｂ’は、いずれもアルミニウム製であり、ダイカスト法などの鋳造法により一体成型で製造されている。ただし、製造方法については、これに限定されない。外フレーム１１Ｂ’を構成する各辺１１Ｂ’１、１１Ｂ’２、１１Ｂ’３、１１Ｂ’４の正面視の厚さ、内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４を構成する各辺の正面視の厚さは、それぞれ約１６ｍｍである。

内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の矩形を構成する各辺は、外フレーム１１Ｂ’の矩形を構成する各辺と平行または垂直をなす。外フレーム１１Ｂ’の各隅ＩＣＯは、内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の１つの角ＯＣＩと一致しているので、内フレーム１２Ｂ’１〜１２Ｂ’４の縦の辺と横の辺のそれぞれ１つずつは、外フレーム１１Ｂ’の縦の辺と横の辺に一致している。力の作用線である中心線における外フレーム１１Ｂ’の縦の大きさは約２３０ｍｍであり、横の大きさは約９５ｍｍである。また、力の作用線である中心線における内フレーム１２Ｂ’の縦横の大きさは、外フレーム１１Ｂ’の縦横の大きさの半分であり、互いに相似形の矩形である。

継手１３Ｂ’は、外フレーム１１Ｂ’の各角ＯＣＯから一体成型されることにより延在しており、継手１３Ｂ’と外フレーム１１Ｂ’の角とは剛性を有して結合されている。継手１３Ｂ’は、外フレーム１１Ｂ’の厚さとほぼ同じ厚さを有し、１つのボルト穴を有している。継手１３Ｂ’は、別部材として成型された拡張継手１５Ｂ’を介して、制振装置１０Ｂ’を斜材１０４Ｂ’と連結するための部分である。本実施例の場合、継手１３Ａ’は拡張継手１５Ｂ’とボルト止めされかつ拡張継手１５Ｂ’は斜材１０４Ａ’とボルト止めされて、制振装置１０Ｂ’は制振構造１００Ｂ’に連結される。本実施例では、拡張継手１５Ｂ’は、制振装置１０Ｂ’の継手１３Ｂ’を斜材１０４Ｂ’と連結するための独立した部材であり、外フレーム１１Ｂ’の側面視の厚さより薄く、斜材１０４Ｂ’と連結し易くするように平たく形成されると共に、斜材１０４Ｂ’との強固な結合力を確保するために３つのボルト穴を有する。

図７に示す制振装置１０Ｂ’は、図８に示すように、制振構造１００Ｂ’に組み込まれる。制振構造１００Ｂ’は、柱１０２Ｂ’と梁１０３Ｂ’からなる矩形構造材１０１Ｂ’と、矩形構造材１０１Ｂ’の対角線ＤＬ上に配置される斜材１０４Ｂ’と、斜材１０４Ｂ’の中間において、対角線ＤＬ上に配置される拡張継手１５Ｂ’および継手１３Ｂ’により斜材１０４Ｂ’と連結された制振装置１０Ｂ’とを備える。制振装置１０Ｂ’は、上記実施例と同様、柱１０２Ｂ’と梁１０３Ｂ’の縦横比が２．４であって外フレーム１１Ｂ’と相似の矩形構造材１０１Ｂ’に適用することができる。

制振構造１００Ｂ’は、自身の矩形中心Ｏ３と制振装置１０Ｂ’の外フレーム１１Ｂ’の矩形中心Ｏ１とが一致するように、制振装置１０Ｂ’の各継手１３Ｂ’／各拡張継手１５Ｂ’と矩形構造材１０１Ｂ’の各隅ＩＣＳに対応する各斜材１０４Ｂ’と連結させることにより制振装置１０Ｂ’を備える。矩形構造材１０１Ｂ’と相似形のフレーム状の制振装置１０Ｂ’をこのように連結することで、制振構造１００Ｂ’は、制振装置１０Ｂ’が正負の繰り返し変形を受けても元の形状に戻ることができるため、優れた制振性能を有することができる。

図９は、破壊試験において、制振構造１００Ｂ’に組み込まれた制振装置１０Ｂ’に負荷を徐々に増加させた様子を示す。本図（Ａ）は、矩形構造材１０１Ｂ’の上の梁１０３Ｂ’に水平荷重を与えた時の制振装置１０Ｂ’を正面視したもので、本図（Ｂ）は、何度か負荷を繰り返した結果破断した時の制振装置１０Ｂ’を正面視したものである。本図（Ａ）に示すように、斜材１０４Ｂ’と拡張継手１５Ｂ’／継手１３Ｂ’を介して力が伝達されて、制振装置１０Ｂ’における外フレーム１１Ｂ’および内フレーム１２Ｂ’が塑性変形することにより、振動エネルギーを吸収する。制振構造１００Ｂ’の特性に応じた変形量や変形回数を超えると、内フレーム１２Ｂ’は、本図（Ｂ）に示すように破断などにより破壊される。通常、内フレーム１２Ｂ’の方が破壊を生じる変形量が小さいので、内フレーム１２Ｂ’の短い辺において最初に破壊が生じる。

図１０（Ａ）は、矩形構造材１０１Ｂ’に水平荷重を与えた場合の、スチール製（鋼材）の制振装置１０Ｂ’の荷重変形曲線を、図１０（Ｂ）はアルミニウム製の制振装置１０Ｂ’の荷重変形曲線を示す。スチール製の制振装置１０Ｂ’における、破断直前の水平荷重とそれに対応する水平変位は、水平荷重が約１３ｋＮの時に水平変位が約６０ｍｍである。水平変位量が大きくなり、内フレーム１２Ｂ’の短い横の辺が先に破壊され、外フレーム１１Ｂ’は破壊されずに残るため、制振装置１０Ｂ’全体が、一気に制振性能を喪失することがない。アルミニウム製の制振装置１０Ｂ’は、スチール製に比して塑性ひずみは大きく、水平荷重が約２２ｋＮの時に水平変位が約９５ｍｍであっても、実験においては破断することがなかった。仮に、水平変位量がさらに大きくなっても、同様に、内フレーム１２Ｂ’の横の辺が先に破壊され、外フレーム１１Ｂ’は破壊されずに残るため、制振装置１０Ｂ’全体が、一気に制振性能を喪失することがない。

また、図１１に示すように、制振構造１００Ｂ’に組み込まれた制振装置１０Ｂ’における伸び側対角線の変形と短縮側対角線の変形とでは、同じ層間変位では、短縮側対角線の変形の方が大きい。たとえば、層間変位が１／３０ラジアンにおいて、伸び側対角線の変位は２３ｍｍであるのに対して短縮側対角線の変位は約２７ｍｍである。そうすると、圧縮側の斜材は、揺れの小さい間は圧縮力を受けても、揺れが大きくなり変形が大きくなるにつれて圧縮力が緩和されたり解消されたりするようになる。したがって、制振装置１０Ｂ’が組み込まれた制振構造１００Ｂ’においては、斜材１０４Ｂ’が座屈して破壊されることがなくなる。

制振装置１０Ｂ’は、金属製のフレーム状部材を主構造の斜材の中間に配置するものであるから、大掛かりな構造を必要せず施工コストが低廉であり、地震や建築構造の特性に拘わらず、制振性能が安定的で信頼性が高く、またメンテナンス不要で耐久性もよい。そして、制振装置１０Ｂ’は、そのような金属製のフレーム状部材であり、大きさの異なる外フレーム１１Ｂ’と内フレーム１２Ｂ’を組み合わすことで剛性が高く加工性が良くなる。

＜第三実施例＞
図１２および図１３を参照し、本実施例における制振装置１０Ｅ’および制振構造１００Ｅ’を説明する。本実施例の制振装置１０Ｅ’は、上述した第一実施例の制振装置１０Ａ’の変形例と第二実施例の制振装置１０Ｂ’を組み合わせた制振装置である。第一実施例の制振装置１０Ａ’の変形例は、制振装置１０Ａ’では継手１３Ａ’が連結し易くするように平たく形成されて複数のボルト穴を有しているが、制振装置１０Ｂ’と同様に外フレーム１１Ａ’の厚さとほぼ同じ厚さを有し、１つのボルト穴を有している。第一実施例の制振装置１０Ａ’の変形例は、継手以外は、制振装置１０Ａ’と同じである。したがって、以下では、第一実施例の制振装置１０Ａ’の変形例は、制振装置１０Ａ’として説明する。

制振装置１０Ｅ’は、第一実施例の制振装置１０Ａ’と第二実施例の制振装置１０Ｂ’とを矩形構造材１０１Ｅ’の厚さ方向に備えた制振装置である。矩形構造材１０１Ｅ’の厚さ方向とは、矩形構造材１０１Ｅ’を構成する柱１０２Ｅ’または梁１０３Ｅ’の側面視における厚さの方向（正面視における奥行き方向）を言う。本図に示すように、制振装置１０Ｅ’は、正面側に制振装置１０Ｂ’を、背面側に制振装置１０Ａ’を備える。制振装置１０Ｂ’の外フレームの大きさと、制振装置１０Ａ’の外フレームの大きさは同じである。ただし、これに限定されず、互いに異なった大きさの外フレームを有していてもよい。また、外フレームの対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在する継手１３Ｅ’の大きさ・形状も同じであり、制振装置１０Ｂ’の継手と同形である。なお、制振装置１０Ａ’の外フレームの矩形中心Ｏ１、制振装置１０Ｂ’の外フレームの矩形中心Ｏ１、および矩形構造材１０１Ｅ’の矩形中心Ｏ３はすべて一致していることが好ましい。

拡張継手１５Ｅ’は、制振装置１０Ｂ’と制振装置１０Ａ’の間に挟まれるようにして配置され、継手１３Ｅ’においてボルト止めされることで、一体として制振装置１０Ｅ’として機能する。拡張継手１５Ｅ’は、本実施例では、制振装置１０Ｂ’と制振装置１０Ａ’の外フレームに相当する部分を有すると共に、その外フレームに相当する部分の対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在している。もちろん、これに限定されず、外フレームに相当する部分を有さず、継手１３Ｅ’とボルト止めされる部分とそこから延在する部分から構成されてもよい。制振装置１０Ｅ’の側面視における厚さは、拡張継手１５Ｅ’の厚さを含めて、矩形構造材１０１Ｅ’の側面視における厚さ以下が好ましい。

この制振装置１０Ｅ’を含む制振構造１００Ｅ’は、制振装置１０Ｂ’と制振装置１０Ａ’という複数の特性を有する制振装置を備えることで、様々な地震の揺れに対応できる。また、制振構造１００Ｅ’は、各制振装置並びに各制振装置内のフレームにおいて、亀裂や破断のような破壊が起こる変形量が異なることから、一部が破壊された場合であっても一気に制振性能を喪失することがない。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、適用例、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

１００ 制振構造
１０１ 矩形構造材
１０２ 矩形構造材（柱）
１０３ 矩形構造材（梁）
１０４ 斜材
１０ 制振装置
１１ 外フレーム
１２ 内フレーム
１３ 継手
１４ 直線材
１５ 拡張継手
ＩＣＳ 矩形構造材の隅
ＩＣＯ 外フレームの隅
ＯＣＯ 外フレームの角
ＯＣＩ 内フレームの角
ＤＬ 対角線
Ｏ１ 外フレームの矩形中心
Ｏ２ 内フレームの矩形中心
Ｏ３ 矩形構造材の矩形中心

Claims (1)

1. 矩形構造材を備える建築構造体を、前記矩形構造材の対角線上に配置される斜材を介して制振する制振装置であって、
   前記矩形構造材と相似形を有する外フレームと、
   前記矩形構造材と相似形を有し、各辺が前記外フレームの各辺より短くかつ平行または垂直をなす内フレームと、
   前記外フレームの対角線上に外方向に各角からそれぞれ延在し、前記斜材と連結するための継手と、
   を備え、
   前記外フレームの各隅のみが、前記内フレームの角と結合され、
   前記内フレームの中心は前記外フレームの中心と一致し、前記内フレームの各角は、前記外フレームの対応する各隅と直線材を介して連結されていることを特徴とする、
   制振装置。

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