JP2001164791A

JP2001164791A - 免震建築用ダンパ

Info

Publication number: JP2001164791A
Application number: JP34710299A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Minowa; 昌啓箕輪; Yoshitaka Muramatsu; 佳孝村松; Katsuhiro Teshirogi; 勝洋手代木; Seiji Ito; 政治伊藤
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【解決手段】免震建築用ダンパは、建築物の柱を支承
するアイソレータとともに、建築物の構造体とこの構造
体を支える基礎との間に配置される。上板１は構造物側
に固定され、下板２は基礎側に固定される。上板１と下
板２との間には、上板１と下板２に平行に配置された複
数の積層板３が設けられる。さらに、上板１と下板２と
の間および、各積層板３の間には、粘弾性ゴム層４が挟
み込まれる。【効果】アイソレータとともに大きな変形を許容し、
所定の減衰特性を持つと共に、耐久性や施工性に優れ、
小型化ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物の地震等に
よる振動エネルギを減衰させる目的で使用される免震建
築用ダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】地震対策のために、新築ビルやマンショ
ン、タワー等には様々な耐震構造が採用されている。ま
た、既存の建築物にも耐震構造を施すための追加工事が
広く進められている。地震の際に建築物が大きく横揺れ
をし、共振等によりこの横揺れが長く続くと、家具が倒
れたり建築物そのものが倒壊する危険性が高まる。そこ
で、この横揺れを緩和し、そのエネルギを吸収するため
に免震装置（アイソレータ）と振動減衰装置（ダンパ）
が使用される。

【０００３】アイソレータは、柔らかな水平ばね特性を
持つ積層ゴム支承体により構成される。このアイソレー
タは、建築物の構造体とこの構造体を支える基礎との間
に配置される。アイソレータは、支承した建築物の地震
による揺れの固有周期を長くして、揺れによる影響を低
減している。ダンパは、振動を始めた構造物の振動エネ
ルギーを吸収して揺れをおさめている。ダンパとしては
摩擦力を利用したもの、金属の塑性変形を利用したも
の、粘性流体の粘性抵抗を利用したもの等が実用化され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の技術には、次のような解決すべき課題があっ
た。従来のダンパのうち、摩擦ダンパは、摩擦面に与え
る面圧により滑り耐力を調整できる利点がある。しか
し、摩擦面の種類により振動数依存性を持つものや比較
的早期に焼き付きが生じることがあるという欠点を持
つ。また、安定した減衰性能を得るためには、著しい面
圧の変動が起きないようなやや複雑な機構としなければ
ならないという欠点がある。

【０００５】金属の塑性変形を利用したものとしては鋼
棒ダンパや鉛ダンパが知られている。これらの履歴性ダ
ンパに用いられる金属材料は建築材料としてよく知られ
ており力学特性や耐久性の面で信頼性が高い。しかし、
降状変形以前の小変形領域では、金属特有の弾性変形を
するために、減衰力が発生しない欠点がある。また、変
形の繰り返しにより耐力が次第に低下してきてしまう欠
点もある。更に、大変形の繰り返しにより破断してしま
う欠点がある。

【０００６】例えば鉛ダンパの場合、振幅２９cm、周期
３秒の繰り返し加振で変形方向によっては５０回程度で
破断するという実験結果が報告されている。また、鋼棒
ダンパの場合でも50kine（最大振幅約18cm）相当の加振
により、変形方向によっては約３０波で破断するという
実験結果が報告されている。

【０００７】粘性体の粘性抵抗を利用する粘性型ダンパ
としては、車両用のショックアブソーバーを大型化した
ような構造を持つオイルダンパと、高粘性材料のせん断
抵抗を利用する粘性体ダンパが知られている。これらの
粘性型ダンパは速度依存型の減衰機構を持ち、小振幅か
ら大振幅まで振幅に応じた減衰力が作用する効果があ
る。しかし、オイルダンパはその構造上、減衰効果を示
す方向が特定されているために設置個数が多くなってし
まい取り付け方法に工夫が必要とされるという欠点があ
る。また、製作に精密な加工を要求される欠点がある。
粘性体ダンパはオイルダンパに対して方向性を持たない
と言う利点を待つが、それ自身では形状保持のできない
粘性体を使用しているために、ダンパの構造が限定され
てしまうことや装置が大型化するという欠点がある。

【０００８】即ち、免震用のアイソレータに併設されて
数十ｃｍ以上もの変形を許容し、所定の減衰特性を持つ
と共に、耐久性、施工性、省スペース等の全てにおいて
優れたダンパの開発が望まれている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決
するため次の構成を採用する。〈構成１〉建築物の柱を支承するアイソレータととも
に、上記建築物の構造体とこの構造体を支える基礎との
間に配置され、上板が上記構造物側に固定され、下板が
上記基礎側に固定され、上記上板と下板との間にあっ
て、それぞれ上記上板と下板に平行に配置された複数の
積層板と、上記上板と下板と上記各積層板の間に挟み込
まれた粘弾性ゴムとから成ることを特徴とする免震建築
用ダンパ。

【００１０】〈構成２〉構成１に記載の免震建築用ダン
パにおいて、上板と下板と各積層板の間隔が、上板また
は下板に近いほど大きく、上板および下板に遠いほど小
さく選定されていることを特徴とする免震建築用ダン
パ。

【００１１】〈構成３〉構成１または２に記載の免震建
築用ダンパにおいて、上板と下板と各積層板は、これら
を垂直上方からみたときの形状がいずれもほぼ同一であ
って、上記粘弾性ゴムの断面積Ｓと上記粘弾性ゴムの総
厚さＤの比Ｓ／Ｄが、１００以上２０００以下の範囲で
あることを特徴とする免震建築用ダンパ。

【００１２】〈構成４〉構成１から３のうちのいずれか
１項に記載の免震建築用ダンパにおいて、上板と下板と
各積層板の間に挟み込まれた粘弾性ゴムは、剪断弾性率
の値が１ｋｇｆ／ｃｍ²以上〜５ｋｇｆ／ｃｍ²以下であ
ることを特徴とする免震建築用ダンパ。

【００１３】〈構成５〉構成１から３のうちのいずれか
１項に記載の免震建築用ダンパにおいて、上板と下板と
各積層板の間に挟み込まれた粘弾性ゴムは、等価減衰定
数の値が、免震建築用ダンパの使用振動周波数帯域であ
って、使用温度範囲において、０．２以上であることを
特徴とする免震建築用ダンパ。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
例を用いて説明する。図１は、本発明の免震建築用ダン
パの具体例を示す斜視図である。図の免震建築用ダンパ
は、従来のダンパ装置と同様に、図示しない建築物の柱
を支承するアイソレータとともに、建築物の構造体とこ
の構造体を支える基礎との間に配置されるものである。

【００１５】この免震建築用ダンパの上板１は上記構造
物側に固定され、下板２は上記基礎側に固定される。上
板１と下板２との間には、上板１と下板２に平行に配置
された複数の積層板３が設けられている。また、上板１
と下板２と各積層板３の間には、粘弾性ゴム層４が挟み
込まれている。なお、上板１と下板２と各積層板３と粘
弾性ゴム層４とは、相互に加硫接着等により強固に接着
され一体化されている。

【００１６】上板１と下板２と各積層板３とは、いずれ
も鋼板等の強度の高い板材から成る。また、図のよう
に、上板１と下板２と各積層板３は、いずれもその形状
が円盤状とされている。即ち、これらを垂直上方からみ
たときの形状はほぼ同一であり、軸対称となっている。
これは水平面から見て免震建築用ダンパに方向性が無い
ようにするためである。従って、この免震建築用ダンパ
は、いずれの方向の揺れに対してもほぼ等しい振動減衰
特性を備える。上記上板１や下板２や各積層板３の形状
が多角形であれば、図１に示したものとほぼ同等の振動
特性を得ることができる。また、形状を四角形にした場
合には若干方向性を持つが、同じ縦横比で粘弾性ゴム層
を最大の面積にすることができる。

【００１７】図２には、上記の免震建築用ダンパの変形
例を示し、（ａ）はその変形前の状態の側面図、（ｂ）
は変形後の状態の側面図である。図において、上板１は
構造物５側に固定され、下板２が基礎６側に固定されて
いる。この免震建築用ダンパの上板１と下板２と各積層
板３の間隔は、上板１または下板２に近いほど大きく、
上板１および下板２から遠いほど小さく選定されてい
る。地震等によって構造物５が揺れると、（ｂ）に示す
ように免震建築用ダンパが大きく傾斜するように変形す
る。このような構造にしたのは、上板１または下板２に
近い部分の粘弾性ゴム層４は、（ｂ）のように変形した
場合に、剪断方向の力に加えて、曲げによるストレスを
受け易く、厚みが薄いと上板１や下板２からの剥がれが
生じるおそれがあるからである。従って、段階的に粘弾
性ゴム層４に厚みの差をつけても良いし、上板１または
下板２に接している粘弾性ゴム層４のみを厚くしてもよ
い。

【００１８】いずれの例においても、上板１と下板２と
各積層板３とは、垂直方向に互いに所定の間隔を開けて
配置され、それぞれ粘弾性ゴム層４が、これらの間に挟
み込まれている。このように積層構造としたのは、免震
建築用ダンパの曲げに対する剛性を高めて、専ら剪断方
向に曲がって、水平方向の振動に対する振動減衰効果を
引き出すためである。

【００１９】粘弾性ゴム層４には、剪断弾性率の値が１
ｋｇｆ／ｃｍ²以上〜５ｋｇｆ／ｃｍ²以下、好ましくは
2ｋｇｆ／ｃｍ²以上〜4ｋｇｆ／ｃｍ²以下のものを使用
する。剪断弾性率の値がこの範囲に満たない場合、材料
そのものの形状保持が困難になり、免震建築用ダンパ全
体の形状が維持できず、必要十分な振動減衰効果が得ら
れない。一方、剪断弾性率の値がこの範囲以上の場合、
免震層全体の水平剛性が高くなり振動の固有周期が短く
なって、免震効果が薄れてしまう。さらに、免震建築用
ダンパ自体の変形能力が小さくなり、十分なダンパ機能
が得られない。こうした基準で粘弾性ゴム層４の特性を
選定するとよい。

【００２０】また、粘弾性ゴム層４の等価減衰定数の値
が、その使用振動周波数帯域であって、使用温度範囲に
おいて、０．２以上好ましくは０．３以上であるものを
選定する。等価減衰定数の値がこの範囲に満たない場
合、必要十分な振動減衰効果が得られないからである。
以上のような特性を持つ粘弾性ゴムとしては、例えば、
特願平第１０−１１７３６３号記載の制振材、特開平第
１１−１１７９９３号公報記載の高減衰ゴム組成物、特
開平第１１−９２５９７号公報記載の高減衰積層体用ゴ
ム組成物、特開平第１１−９２６７４号公報記載の高減
衰材料組成物、特開平第１１−９２６７５号公報記載の
高減衰材料組成物等を使用することができる。

【００２１】また、免震用のアイソレータと併用して振
動減衰効果を得る免震建築用ダンパとしては、水平方向
に１０ｃｍあるいはそれ以上の変形能力を有することが
要求される。このために、上記のように積層構造とする
とともに、粘弾性ゴムの断面積Ｓと粘弾性ゴムの総厚さ
Ｄの比Ｓ／Ｄが、１００以上２０００以下の範囲になる
ように選定する。総厚さというのは、積層板の厚さを除
いて、粘弾性ゴムの厚さだけを累積加算した実効的な厚
さのことである。Ｓ／Ｄがこの範囲より小さいと、免震
建築用ダンパ自体の変形能力が小さくなり、十分なダン
パ機能が得られない。逆にこの範囲より大きいと変形量
が大きくなりすぎ、しかも、大きな変形をしたとき粘弾
性ゴム層４が破断してしまうおそれがある。

【００２２】以上のように粘弾性ゴム層４の特性を選定
すれば、微小な振幅から大振幅まで対応可能な、速度依
存型の減衰特性を持つ、方向性の無いコンパクトな免震
建築用ダンパを得ることができる。また、上記の免震建
築用ダンパは、アイソレータの周囲に配置したり、ある
いは、筒状のアイソレータの軸部に同軸的に配置して使
用することもできる。

【００２３】

【実施例】以下に、具体的に上記の構造を採用して試作
した免震建築用ダンパの実施例を示す。図３は、実施例
と比較例の免震建築用ダンパの性能比較説明図である。
粘弾性ゴムとして、剪断弾性率と等価減衰定数が図のよ
うな特性を持つジエン系の材料を用いてダンパを設計し
た。剪断弾性率の値は、粘弾性ゴムの応力―歪み特性が
高歪みのときでも線形性を維持できる範囲とし、５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²を最大値とした。ダンパの構造は粘弾性ゴム
と鋼板を交互に積層したもので、粘弾性ゴムの直径が１
０００ｍｍ、一層あたりの厚さが２８ｍｍ、粘弾性ゴム
の積層数は７層である。このダンパの減衰係数と水平鋼
性の値は下式から算出できる。計算結果を図３中に示
す。図中の各値は下記の関係式に基づくものである。な
お、振動周波数ｆは０．２Ｈｚとして計算をした。

【００２４】ダンパの水平剛性Ｋｄ＝Ｇ・Ｓ／ｄＳ：断面積ｄ：総厚さＧ：粘弾性体のせん断弾性率ダンパの減衰係数Ｃｄ＝１／２πｆ・２ｈｅｑ・Ｋｄｆ：振動数ｈｅｑ：等価減衰定数免震層水平剛性（Ｋ）: Ｋ＝Ｋｓ＋ＫｄｔＫｓ：積層ゴムの水平剛性の和Ｋｄｔ：ダンパの水平剛性の和（＝Ｋｄ×設置個数）免震層減衰係数（Ｃ）：Ｃ＝ＣｄｔＣｄｔ：ダンパの減衰係数の和（＝Ｃｄ×設置個数）建物固有振動数（Ｆn）:Ｆｎ＝(１／２π)（Ｋ・ｇ／
Ｗ）^1/2 Ｗ：建物重量ｇ：重力加速度建物減衰定数（h）=C/Cc Ｃｃ：臨界減衰係数Ｃｃ＝２（Ｋ・Ｗ／ｇ）^1/2

【００２５】これらのダンパを用いて免震建物の試設計
を行った。建物の重量を６０００ｔｏｎ、積層ゴムとし
てゴム部直径８００ｍｍ（中心孔径４０ｍｍ）、ゴム一
層あたりの厚さ６．０ｍｍで２６層積層したものを８体
設置することとした。この時、積層ゴム一体あたりの面
圧は１５０ｋｇｆ／ｃｍ²となる。

【００２６】この免震建物に各実施例と比較例のダンパ
を適用した場合の免震層の水平鋼性、免震層減衰係数、
建物固有振動数、建物減衰定数の各特性値をそれぞれ算
出した。各特性値の計算式を下記に示す。このとき、免
震層の固有振動数は０．４Ｈｚ以下、かつ、減衰定数は
０．１５〜０．３０の範囲とならなければ免震建物とし
ての良好な効果は得られないと考えられる。また、ダン
パの設置個数は免震層の省スペース、施工性、コスト等
の観点から積層ゴムの設置個数と同等程度以下であるこ
とが望ましい。今回の場合、ダンパの設置個数は１２個
を上限とした。

【００２７】図より、実施例１〜７のダンパを用いた場
合には免震層の固有振動数は０．４Ｈｚ以下、かつ、減
衰定数は０．１５〜０．３０の範囲という条件を満たし
ており、免震建物として良好な効果を期待できることが
わかる。しかし、粘弾性ゴムのせん断弾性率と等価減衰
定数の値が小さい比較例１では、ダンパの設置個数が非
常に多くなりすぎると共に、建物の固有振動数も０．４
Ｈｚ以上になってしまう。剪断弾性率を比較例１のまま
にして等価減衰定数を大きくした比較例２では、ダンパ
１個あたりの減衰係数の値が小さい。故に、免震層に必
要な減衰を得るために実施例よりも多くのダンパを設置
しなければならないことがわかる。また、粘弾性ゴムの
せん断弾性率の値は実施例と同等であっても、等価減衰
定数の値が小さい比較例３〜４の場合では、ダンパ個数
が比較例１，２と同様に多くなってしまい、さらに、建
物の固有振動が０．４Ｈｚよりも大きくなってしまうこ
とから、良好な免震効果が得られ難くなってしまうこと
がわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の免震建築用ダンパの具体例を示す斜視
図である。

【図２】上記の免震建築用ダンパの変形例を示し、
（ａ）はその変形前の状態の側面図、（ｂ）は変形後の
状態の側面図である。

【図３】実施例と比較例の免震建築用ダンパの性能比較
説明図である。

【符号の説明】

１上板２下板３積層板４粘弾性ゴム層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者手代木勝洋神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者伊藤政治神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号昭和電線電纜株式会社内Ｆターム(参考） 3J048 AA01 AC05 BA08 BB03 DA01 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建築物の柱を支承するアイソレータとと
もに、前記建築物の構造体とこの構造体を支える基礎と
の間に配置され、上板が前記構造物側に固定され、下板が前記基礎側に固
定され、前記上板と下板との間にあって、それぞれ前記
上板と下板に平行に配置された複数の積層板と、前記上板と下板と前記各積層板の間に挟み込まれた粘弾
性ゴムとから成ることを特徴とする免震建築用ダンパ。
【請求項２】請求項１に記載の免震建築用ダンパにお
いて、上板と下板と各積層板の間隔が、上板または下板に近い
ほど大きく、上板および下板に遠いほど小さく選定され
ていることを特徴とする免震建築用ダンパ。
【請求項３】請求項１または２に記載の免震建築用ダ
ンパにおいて、上板と下板と各積層板は、これらを垂直上方からみたと
きの形状がいずれもほぼ同一であって、前記粘弾性ゴム
の断面積Ｓと前記粘弾性ゴムの総厚さＤの比Ｓ／Ｄが、
１００以上２０００以下の範囲であることを特徴とする
免震建築用ダンパ。
【請求項４】請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載の免震建築用ダンパにおいて、上板と下板と各積層板の間に挟み込まれた粘弾性ゴム
は、剪断弾性率の値が１ｋｇｆ／ｃｍ²以上〜５ｋｇｆ
／ｃｍ²以下であることを特徴とする免震建築用ダン
パ。
【請求項５】請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載の免震建築用ダンパにおいて、上板と下板と各積層板の間に挟み込まれた粘弾性ゴム
は、等価減衰定数の値が、免震建築用ダンパの使用振動
周波数帯域であって、使用温度範囲において、０．２以
上であることを特徴とする免震建築用ダンパ。