JP2002242479A - 複合型ダンパーおよび同ダンパーを設置した免震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小地震から大地震まで効率的に減衰効果を発
揮することができる複合型ダンパー、及び同ダンパーを
設置した免震構造を提供する。 【解決手段】 変形依存型の金属ダンパー４と、水平な
可動抵抗板６と同抵抗板が浸漬される粘性体７を収容し
た粘性体容器８とから成る速度依存型の粘性体ダンパー
９との組み合わせから成り、前記金属ダンパー４の上端
部は上階の構造体へ固定され、該金属ダンパーの下端部
は前記粘性体ダンパー９の可動抵抗板６を支持した支持
部材５と接合され、前記粘性体容器８は下階の構造体へ
固定され、前記可動抵抗板６は前記粘性体容器８の底面
に対して適正な間隔をあけて配置され、前記粘性体ダン
パー９の粘性体容器８の側壁に対する前記可動抵抗板６
の水平方向のクリアランスは、前記可動抵抗板６が、中
地震程度以下の震動エネルギーに伴う層間変形により当
該粘性体容器８の側壁へ衝突する長さとされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、構造物の層間に
形成された免震層に設置されるダンパーおよび同ダンパ
ーを設置した免震構造の技術分野に属し、更に云えば、
金属ダンパーと粘性体ダンパーとの組み合わせから成る
複合型ダンパーおよび同ダンパーを設置した免震構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の層間に形成された免震層に設置
されるダンパーは、特公平６−６３３８０号公報、特許
第２７０３０７１号公報ほかに多数開示され実施されて
いるが、主として、鉛や鋼等による弾塑性変形時のエネ
ルギー吸収を利用した変形依存型の金属ダンパーと、流
動抵抗を利用した速度依存型のオイルダンパーや粘性体
ダンパーとに大別される。

【０００３】前記粘性体ダンパーには、積層ゴム等の免
震装置により水平移動自在に支持された上階の構造体
（免震建物）の下面に下向きの支持部材が設置され、該
支持部材の下部に水平な可動抵抗板が設置され、当該可
動抵抗板は、下階の構造体（基礎）に設置した粘性体容
器内に収容された粘性体の中に浸漬され、且つ前記容器
の底面との間に粘性せん断抵抗を発生するに適正な間隔
をあけて配置されて成る粘性体ダンパーが広く知られて
いるところである。なお、前記粘性体としては、シリコ
ンオイルやブタン系高分子材料等の高分子粘性体が好適
に使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記変形依存型の金属
ダンパーは、該金属ダンパーが立ち上がり剛性を有して
おり、その復元力特性はバイリニアー型となる。そのた
め、前記金属ダンパーを設置した免震構造は、年に数回
あるような小地震時には小変形のため免震層の剛性は硬
く免震周期に至らない場合が多い。よって、免震建物は
免震作用を働かず、特に建物上階に居住する人々は地震
の揺れを敏感に感じてしまい、免震構造でありながら免
震の利点を享受し得ないという問題があった。

【０００５】一方、上記粘性体ダンパーを含む速度依存
型のダンパーは、減衰力が速度に依存する。よって、当
該粘性体ダンパーを設置した免震構造は、小地震時でも
免震機能を発揮し易く、前記したような問題はない。そ
の反面、大地震時、特に低速度で大変形するような地震
が発生した場合には、減衰効果は低減する。この欠点を
補うには、ダンパーを大容量化する必要があり、そうす
ると設置場所が拘束されたりコストが嵩むという問題が
あった。

【０００６】したがって、本発明の目的は、比較的小地
震が発生した場合には粘性体ダンパーのみのソフトな減
衰力を発生させ、大地震が発生した場合には当該粘性体
ダンパーのソフトな減衰力から金属ダンパーのハードな
減衰力に移行した減衰力を発生させる構成とすることに
より、小地震から大地震まで広範囲にわたって効率的に
減衰効果を発揮することができる複合型ダンパー、及び
同ダンパーを設置した免震構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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複合
型ダンパーは、構造物の層間に形成された免震層に設置
されるダンパーにおいて、鉛や鋼等による変形依存型の
金属ダンパーと、水平な可動抵抗板と同抵抗板が浸漬さ
れる粘性体を収容した粘性体容器とから成る速度依存型
の粘性体ダンパーとの組み合わせから成り、前記金属ダ
ンパーの上端部は上階の構造体へ固定され、該金属ダン
パーの下端部は前記粘性体ダンパーの可動抵抗板を支持
した支持部材と接合され、前記粘性体容器は下階の構造
体へ固定されていること、前記可動抵抗板は前記粘性体
容器の底面に対して粘性せん断抵抗を発生するに適正な
間隔をあけて配置されていること、前記粘性体ダンパー
の粘性体容器の側壁に対する前記可動抵抗板の水平方向
のクリアランスは、前記可動抵抗板が、中地震程度以下
の震動エネルギーに伴う層間変形により当該粘性体容器
の側壁へ衝突する長さとされていることを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１に記載し
た複合型ダンパーにおいて、可動抵抗板の上方に、同可
動抵抗板の鉛直方向への変形を防止する水平な変形防止
板が、同可動抵抗板と適正な隙間を確保するスペーサー
を介して粘性体容器の側壁に設置されていることを特徴
とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載した複合型ダンパーにおいて、支持部材は、金属ダ
ンパーと接合された受け軸と、可動抵抗板を支持する板
取付け軸とを、すべり軸受けにより鉛直方向に滑動自在
に接続した構成であることを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか一に記載した複合型ダンパーにおいて、粘性体ダ
ンパーの粘性体容器の側壁に対する可動抵抗板の水平方
向のクリアランスは１０ｃｍ程度の長さとされているこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか一に記載した複合型ダンパーにおいて、粘性体容
器の側壁には、可動抵抗板が衝突したときの衝撃を和ら
げる衝撃緩衝材が設けられていることを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載した複合型ダンパーを設置
した免震構造は、構造物の層間に形成された免震層に、
免震装置とダンパーを設置して構成される免震構造にお
いて、前記ダンパーは、鉛や鋼等による変形依存型の金
属ダンパーと、水平な可動抵抗板と同抵抗板が浸漬され
る粘性体を収容した粘性体容器とから成る速度依存型の
粘性体ダンパーとの組み合わせから成る複合型ダンパー
であり、前記金属ダンパーの上端部は上階の構造体へ固
定され、該金属ダンパーの下端部は前記粘性体ダンパー
の可動抵抗板を支持した支持部材と接合され、前記粘性
体容器は下階の構造体へ固定されていること、前記可動
抵抗板は前記粘性体容器の底面に対して粘性せん断抵抗
を発生するに適正な間隔をあけて配置されていること、
前記粘性体ダンパーの粘性体容器の側壁に対する前記可
動抵抗板の水平方向のクリアランスは、前記可動抵抗板
が、中地震程度以下の震動エネルギーに伴う層間変形に
より当該粘性体容器の側壁へ衝突する長さとされている
こと、前記上階の構造体の上部に質量型の制震装置が設
置されていることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施形態、及び実施例】図１〜図３は、請求項
１に記載した発明に係る複合型ダンパーの実施形態を示
している。この複合型ダンパーは、構造物の層間に形成
された免震層３に設置されるダンパーにおいて、鉛や鋼
等による変形依存型の金属ダンパー４と、水平な可動抵
抗板６と同抵抗板６が浸漬される粘性体７を収容した粘
性体容器８とから成る速度依存型の粘性体ダンパー９と
の組み合わせから成り、前記金属ダンパー４の上端部は
上階の構造体１へ固定され、該金属ダンパー４の下端部
は前記粘性体ダンパー９の可動抵抗板６を支持した支持
部材５と接合され、前記粘性体容器８は下階の構造体２
へ固定されていること、前記可動抵抗板６は前記粘性体
容器８の底面に対して粘性せん断抵抗を発生するに適正
な間隔ｄをあけて配置されていること、前記粘性体ダン
パー９の粘性体容器８の側壁に対する前記可動抵抗板６
の水平方向のクリアランスＣは、前記可動抵抗板６が、
中地震程度以下の震動エネルギーに伴う層間変形により
当該粘性体容器８の側壁へ衝突する長さとされている
（請求項１記載の発明）。

【００１４】なお、図示例の複合型ダンパーは、基礎
（下階の構造体）２と建物（上階の構造体）１との間に
形成された免震層に設置して実施しているが中間層でも
実施できる。

【００１５】前記複合型ダンパーに係る粘性体ダンパー
９は、前記支持部材５と、その支持部材５に支持された
円盤状の可動抵抗板６と、該可動抵抗板６を浸漬するべ
く下階の構造体２にアンカーボルト２０により設置され
た粘性体容器８と、その中に収容された粘性体７とで構
成されている。

【００１６】本実施形態では、前記支持部材５は、受け
軸５ａと可動抵抗板６を支持する板取付け軸５ｂとで構
成されている。前記受け軸５ａの上面には円形のベース
プレート１５が当接され溶接等により接合されている。
前記板取付け軸５ｂは、該軸５ｂ及び可動抵抗板６に働
く浮力と平衡状態を保って粘性体７の中に一定の高さに
位置するものとされ、前記受け軸５ａに対し、すべり軸
受け（図示省略）により鉛直方向へは滑動自在で、水平
力の伝達は可能に接続されている（請求項３記載の発
明）。

【００１７】前記支持部材５の板取付け軸５ｂの最下部
に設置された円盤状の可動抵抗板６と粘性体容器９との
間は、粘性せん断抵抗が働くように、約数ｍｍ程度の微
少間隔ｄが確保されている。

【００１８】また、本実施形態では、前記可動抵抗板６
の上方に、同可動抵抗板６の鉛直方向への変形を防止す
る水平な変形防止板１６が、同可動抵抗板６と適正な隙
間を確保するスペーサー１９を介して粘性体容器８の側
壁に設置されている（請求項２記載の発明）。この変形
防止板１６は、前記スペーサー１９を利用して前記粘性
体容器８の底面とで前記可動抵抗板６を狭持する形態で
実施され、該可動抵抗板６の鉛直方向への変形を防止す
ることに寄与する。なお、前記防止板１６と可動抵抗板
６の隙間内の粘性体も同時に粘性抵抗を発生する。

【００１９】前記変形防止板１６は、吸収する震動エネ
ルギーを増大させるべく、可動抵抗板６との間にラップ
部を有すると共に粘性せん断抵抗を発生し得る間隔（約
数ｍｍ程度）をあけて略水平に設けることが好ましい。
図示例の変形防止板１６はドーナツ状であり、前記可動
抵抗板６との間において、中立位置で数１０ｍｍの長さ
のラップ部分を有して実施している。

【００２０】更に、本実施形態では、粘性体容器８の側
壁に沿って、粘性体容器８や可動抵抗板６の破損を防止
するべく、可動抵抗板６が衝突したときの衝撃を和らげ
る衝撃緩衝材１７が設けられている（請求項５記載の発
明）。

【００２１】図示例の粘性体ダンパー９の粘性体容器８
の側壁に対する可動抵抗板６の水平方向のクリアランス
Ｃは１０ｃｍ程度の長さが好ましい（請求項４記載の発
明）。このクリアランスＣは、ひいては上階の構造体
（免震建物）１の免震クリアランスに反映されるので、
１０ｃｍ程度の短いクリアランスＣは敷地に余裕のない
都会地域の免震構造に実施するに際し、非常に有益であ
る。ちなみに、図中の符号１８はリブプレートを示して
いる。

【００２２】前記複合型ダンパーに係る金属ダンパー４
は格別新規なものではない。本実施形態では金属ダンパ
ー４として鉛製ダンパー４が使用されているが勿論これ
に限定されず、鋼製ダンパーでも実施できる。前記鉛製
ダンパー４は、鉛柱体であって、図示例のとおり、中間
部をくの字形に湾曲させた形状で実施されている。前記
鉛製ダンパー４の上端部は、その上面に方形状のベース
プレート１０が溶接等により接合され、該ベースプレー
ト１０の四隅位置に４本のアンカーボルト１１を通して
上階の構造体１へ固定されている。

【００２３】前記鉛製ダンパー４の下端部は、その下面
に扇形状のベースプレート１２（図３参照）が溶接等に
より接合され、該ベースプレート１２の四隅位置に４本
のボルト１３を通して円形の台座１４と該台座１４と同
大、同形状の前記ベースプレート１５とをサンドイッチ
状に締結する。よって、当該金属ダンパー４と粘性体ダ
ンパー９は、水平力を確実に伝達することができるので
ある。

【００２４】なお、前記台座１４とベースプレート１５
は溶接等により接合しておいても良い。また、前記ベー
スプレート１０、１２に対する鉛製（金属）ダンパー４
の接合方法は溶接に限定されない。当該鉛製ダンパー４
の接合部位の形状に応じて例えば、図５Ａ、Ｂに示した
ように、溶接とボルト２３を利用して接合することもで
きる。また、ボルトのみでも接合して実施することがで
きる。因みに図中の符号２４は、鉛製ダンパー端部の補
強固定金物を示している。更に、前記鉛製ダンパー４
は、図３に示したように、前記台座１４にバランス良く
４体設置して実施されているがこれに限定されない。前
記粘性体ダンパー９の容量や構造設計上発生する震動エ
ネルギーの大きさに応じた数で実施される。

【００２５】したがって、上記構成の複合型ダンパーに
よれば、小地震から中地震程度の震動エネルギーに伴う
層間変形が発生した場合には、前記粘性体ダンパー９に
係る可動抵抗板６が前記クリアランスＣ（約１０ｃｍ）
の範囲内で水平移動し、該可動抵抗板６の下面と粘性体
容器８の底面との間隔ｄに粘性せん断抵抗力が生じる。
また、当該可動抵抗板６とラップする前記固定板１６と
の間にも粘性せん断抵抗力が作用する。よって、これら
粘性せん断抵抗力の総和により、震動エネルギーに伴う
層間変形を効果的に減衰させることができる。一方、金
属ダンパー４へは震動エネルギーは伝達せず、よって金
属ダンパー４に係る減衰力は一切発生しない。

【００２６】また、前記可動抵抗板６を支持する板取付
け軸５ｂは、上階の構造物１側の受け軸５ａに対し滑動
自在な構成とされているので、地震による上階の構造体
１の上下震動やクリープ変形が直接、可動抵抗板６に伝
達されず、前記固定板１６と可動抵抗板６と粘性体容器
８の底面とが形成する各隙間を恒久的に一定に保つの
で、減衰作用が常時一定に保持される。

【００２７】中地震以上から大地震程度の震動エネルギ
ーに伴う層間変形が発生した場合には、前記可動抵抗板
６の水平移動が前記クリアランスＣ内に納まらず、前記
粘性体容器８の内壁に設けられた衝撃緩衝材１７へ衝突
し、当該可動抵抗板６と連動する金属ダンパー４へ震動
エネルギーが伝達する。よって、金属ダンパー４のハー
ドな減衰力が発生するので前記粘性体ダンパー９のソフ
トな減衰力から金属ダンパー４のハードな減衰力に移行
するため層間変形を効果的に減衰させることができる。

【００２８】図４は、前記複合型ダンパーを設置した免
震構造を示している。即ち、構造物の層間に形成された
免震層３に、免震装置２１とダンパーを設置して構成さ
れる免震構造において、前記ダンパーは、鉛や鋼等によ
る変形依存型の金属ダンパー４と、水平な可動抵抗板６
と同抵抗板６が浸漬される粘性体７を収容した粘性体容
器８とから成る速度依存型の粘性体ダンパー９との組み
合わせから成る複合型ダンパーであり、前記金属ダンパ
ー４の上端部は上階の構造体１へ固定され、該金属ダン
パー４の下端部は前記粘性体ダンパー９の可動抵抗板６
を支持した支持部材５と接合され、前記粘性体容器８は
下階の構造体２へ固定されていること、前記可動抵抗板
６は前記粘性体容器８の底面に対して粘性せん断抵抗を
発生するに適正な間隔ｄをあけて配置されていること、
前記粘性体ダンパー９の粘性体容器８の側壁に対する前
記可動抵抗板６の水平方向のクリアランスＣは、前記可
動抵抗板６が、中地震程度以下の震動エネルギーに伴う
層間変形により当該粘性体容器８の側壁へ衝突する長さ
とされていること、前記上階の構造体１の上部に質量型
の制震装置２２が設置されていることを特徴とする（請
求項６記載の発明）。

【００２９】前記免震装置２１は、積層ゴム支承を使用
して実施しているがこれに限定されず、滑り支承や転が
り支承を使用して実施することも勿論できる。

【００３０】一般に、上階の構造体（免震建物）１の応
答加速度分布は同等又は建物上部で増加する。したがっ
て、前記免震構造は、上階の構造体１の上部（屋上階）
に質量型の制震装置２２を設置しているので前記増加分
を低減でき、前記複合型ダンパーの減衰力を有効に発揮
させることに寄与する。

【００３１】以上に実施形態を図面に基づいて説明した
が、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その
技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に
行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むこと
を念のために言及する。例えば、前記可動抵抗板６と粘
性体容器８等の形状は円形に限定されず、もちろん方形
状でも実施することができる。

【００３２】

【本発明の奏する効果】請求項１〜６に記載した発明に
よれば、比較的小地震が発生した場合には粘性体ダンパ
ーのみのソフトな減衰力を発生させ、大地震が発生した
場合にはソフトな当該粘性体ダンパーの減衰力からハー
ドな金属ダンパーの減衰力に移行した減衰力を発生させ
る構成とすることにより、小地震から大地震まで広範囲
にわたって効率的に減衰効果を発揮することができる複
合型ダンパー、及び同複合型ダンパーを設置した免震構
造を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合型ダンパーを示した立面図で
ある。

【図２】図１のａ−ａ線矢視断面図である。

【図３】図１のｂ−ｂ線矢視断面図である。

【図４】本発明に係る複合型ダンパーを設置した免震構
造の実施形態を示した立面図である。

【図５】Ａ、Ｂは、ベースプレートに対する金属ダンパ
ーの接合方法の異なる実施形態を示した立面図である。

【符号の説明】

１ 上階の構造体 ２ 下階の構造体 ３ 免震層 ４ 金属ダンパー ５ 支持部材 ６ 可動抵抗板 ７ 粘性体 ８ 粘性体容器 ９ 粘性体ダンパー １０ ベースプレート １１ アンカーボルト １２ ベースプレート １３ ボルト １４ 台座 １５ ベースプレート １６ 変形防止板 １７ 衝撃緩衝材 １８ リブプレート １９ スペーサー ２０ アンカーボルト ２１ 免震装置 ２２ 制震装置 ２３ ボルト ２４ 補強固定金物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 充 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 芝崎 良美 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 津司 優子 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中工務店東京本店内 Ｆターム(参考） 3J048 AA03 AC05 AD12 BC07 BE04 BE12 DA01 EA38

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の層間に形成された免震層に設置さ
   れるダンパーにおいて、 鉛や鋼等による変形依存型の金属ダンパーと、水平な可
   動抵抗板と同抵抗板が浸漬される粘性体を収容した粘性
   体容器とから成る速度依存型の粘性体ダンパーとの組み
   合わせから成り、 前記金属ダンパーの上端部は上階の構造体へ固定され、
   該金属ダンパーの下端部は前記粘性体ダンパーの可動抵
   抗板を支持した支持部材と接合され、前記粘性体容器は
   下階の構造体へ固定されていること、 前記可動抵抗板は前記粘性体容器の底面に対して粘性せ
   ん断抵抗を発生するに適正な間隔をあけて配置されてい
   ること、 前記粘性体ダンパーの粘性体容器の側壁に対する前記可
   動抵抗板の水平方向のクリアランスは、前記可動抵抗板
   が、中地震程度以下の震動エネルギーに伴う層間変形に
   より当該粘性体容器の側壁へ衝突する長さとされている
   ことを特徴とする、複合型ダンパー。
2. 【請求項２】可動抵抗板の上方に、同可動抵抗板の鉛直
   方向への変形を防止する水平な変形防止板が、同可動抵
   抗板と適正な隙間を確保するスペーサーを介して粘性体
   容器の側壁に設置されていることを特徴とする、請求項
   １に記載した複合型ダンパー。
3. 【請求項３】支持部材は、金属ダンパーと接合された受
   け軸と、可動抵抗板を支持する板取付け軸とを、すべり
   軸受けにより鉛直方向に滑動自在に接続した構成である
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載した複合型ダ
   ンパー。
4. 【請求項４】粘性体ダンパーの粘性体容器の側壁に対す
   る可動抵抗板の水平方向のクリアランスは１０ｃｍ程度
   の長さとされていることを特徴とする、請求項１〜３の
   いずれか一に記載した複合型ダンパー。
5. 【請求項５】粘性体容器の側壁には、可動抵抗板が衝突
   したときの衝撃を和らげる衝撃緩衝材が設けられている
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載し
   た複合型ダンパー。
6. 【請求項６】構造物の層間に形成された免震層に、免震
   装置とダンパーを設置して構成される免震構造におい
   て、 前記ダンパーは、鉛や鋼等による変形依存型の金属ダン
   パーと、水平な可動抵抗板と同抵抗板が浸漬される粘性
   体を収容した粘性体容器とから成る速度依存型の粘性体
   ダンパーとの組み合わせから成る複合型ダンパーであ
   り、 前記金属ダンパーの上端部は上階の構造体へ固定され、
   該金属ダンパーの下端部は前記粘性体ダンパーの可動抵
   抗板を支持した支持部材と接合され、前記粘性体容器は
   下階の構造体へ固定されていること、 前記可動抵抗板は前記粘性体容器の底面に対して粘性せ
   ん断抵抗を発生するに適正な間隔をあけて配置されてい
   ること、 前記粘性体ダンパーの粘性体容器の側壁に対する前記可
   動抵抗板の水平方向のクリアランスは、前記可動抵抗板
   が、中地震程度以下の震動エネルギーに伴う層間変形に
   より当該粘性体容器の側壁へ衝突する長さとされている
   こと、 前記上階の構造体の上部に質量型の制震装置が設置され
   ていることを特徴とする、複合型ダンパーを設置した免
   震構造。