JP2005083526A

JP2005083526A - 制振ダンパー

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Publication number: JP2005083526A
Application number: JP2003318187A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sato; 孝典佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】建物に用いられる制振ダンパーに関し、制振ダンパー用の室内スペースを少なくするとともに、簡易な構造にして大きなエネルギーを吸収できるようにすることが課題である。
【解決手段】基板から突出された平板状の減衰部１０と、該減衰部の両脇で前記基板から突出された平板状の支持部１３との組合わせで成るダンパーであって、前記減衰部１０の先端部において表裏面に直交する方向に荷重が作用し当該減衰部が曲げ変形すると、該減衰部の側壁面１０ａがその基部１１から先端１２側へ順次に前記両脇にある支持部１３の所望の曲率面に形成された側壁面１３ａに当接して減衰作用される、鋼材、鉛系合金、アルミニウムの金属製ダンパーが少なくとも１つ設けられてなる制振ダンパー１とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物やその他構造物一般に使用される履歴型ダンパーに関するものある。

従来、地震や強風等に対する建物の応答性を低減する方法として、建物の要所に履歴型ダンパーを設置する方法が一般によく知られている。履歴型ダンパーの代表的なものとしては、鋼材ダンパーがある。一般的な鋼材ダンパーは、低降伏点鋼を圧縮引張のブレース材とし、それを座屈防止する構成になっている。

特開平５−８６７４４号公報

しかしながら、低降伏点鋼は特殊鋼であり、発注してから納入されるまでの納期が長く、また価格も高価である。そこで、安価かつ入手容易な材料を用いて、力学的に安定した構造にして、効果的に構造物を減衰させることが出来る履歴型ダンパーを考案する。

本発明の制振ダンパーの要旨は、基板から突出された平板状の減衰部と、該減衰部の両脇で前記基板から突出された平板状の支持部との組合わせで成るダンパーであって、
前記減衰部の先端部において表裏面に直交する方向に荷重が作用し当該減衰部が曲げ変形すると、該減衰部の側壁面がその基部から先端側へ順次に前記両脇にある支持部の所望の曲率面に形成された側壁面に当接して減衰作用される、鋼材、鉛系合金、アルミニウムの金属製ダンパーが少なくとも１つ設けられてなることである。

本発明に係る制振ダンパーの要旨は、免震構造の基礎部と基礎梁とにおいて、向き合った端面に開口した孔部が対向配置にして設けられ、該孔部の開口部に所望の曲率面を有するラッパ状支持部が各々対向して設けられ、前記孔部に前記基礎部側で一端部が固定された棒材が挿通されていることである。

本発明に係る制振ダンパーは、ブレース型、せん断型のいずれにも対応可能で、エネルギー吸収容量も1ton程度から400ton程度まで容易に設計できる。さらには構成が簡単で、低降伏点鋼を使用する必要がないので、安価かつ入手容易で製造できると言う優れた効果を奏するものである。

本発明に係る制振ダンパーを、安価かつ入手容易な材料を用いて、力学的に安定した構造にして、且つ、効果的に減衰作用させるようにすることで、目的を実現する。

本発明に係る制振ダンパー１は、図１に示すように、基板１４と、該基板１４から突出された平板状の減衰部１０と、該減衰部１０の両脇で前記基板１４から突出された平板状の支持部１３との組合わせで成る、鋼材、鉛系合金、アルミニウムのいずれか一つで形成される金属製ダンパーである。

この制振ダンパー１の減衰作用は、前記減衰部１０の先端部において表裏面に直交する方向に荷重が作用し、当該減衰部１０が曲げ変形すると、該減衰部１０の側壁面１０ａがその基部１１から先端１２側へ順次に前記両脇にある支持部１３の所望の曲率面に形成された側壁面１３ａに当接して、減衰作用されるものである。

符号１０ｂは取付用の貫通孔で丸孔や長孔となっており、また、符号１４ａは減衰部１０と支持部１３とを基板１４に固着するための溶接部であり、ｒ1は曲率半径を示している。前記金属板１４の外形状に沿った板取りには、レーザー切断加工により精密切断を行うものである。

そして、図２に示すように、前記基板１４に、減衰部１０と支持部１３とを、荷重作用方向に沿って列設した、制振ダンパー１とする場合がある。

前記支持部１３の側壁面１３ａにおける所望の曲率φ１は、図３乃至図４に示すように、減衰部１０の先端１２に作用する荷重Ｑによる、減衰部１０の断面のモーメントＭと曲率φとの関係から、所望の曲率を設定する。

例えば、最大モーメントを生じる断面の減衰部１０の最外縁ひずみ（損傷）をε１に制御しようとするためには、支持部１３の曲率面である側壁面１３ａの曲率をφ１＝２×ε１／Ｂに設定する。なお、Ｂは減衰部１０の当該断面の幅寸法であり、ε１は当該断面の最外縁のひずみである。

このように、当該断面が曲率φ１に達すると、減衰部１０と支持部１３の接点は順次上へずれて行く。図３でいうと、荷重Ｑが増えていくと、接点は順次Ｌ１、Ｌ２と上へずれて行く。荷重はＱ＝Ｍｐ／（ｈ-Ｌ）である。

ここで、ｈは片持ち梁となる減衰部１０の高さ、Ｌは接点の高さ、Ｍｐは接点高さの断面が曲率φ１のときのモーメント耐力である。もし、Ｍｐが一定値なら、荷重Ｑは接点移動にともなって、図４の点線に示すように、急激に増加しダンパーとしては好ましくない履歴となる。したがって、その接点移動量に応じてモーメント耐力Ｍｐを低下させて、荷重Ｑをバイリニアとなるようにする。

モーメント耐力は、Ｍｐ＝ｔ×Ｂ２／４×σｙで算出される。ここで、ｔは板厚であり、σｙは鋼材の降伏点強度である。したがって、モーメント耐力Ｍｐを低下させるには、断面の幅寸法Ｂを順次小さくして調整する。更に、前記曲率φ１は、一つの設定値に限らず、例えば、異なる曲率で順次連続するように繋いだ曲面形状にすることもできる。

このような制振ダンパー１の実施例としては、例えば、図５乃至図７に示すように、Ｈ型と溝型の鋼材２０，２１に組み込んだブレース型ダンパーがある。前記Ｈ型鋼材２０のウエブ２０ａの両面側に、前記減衰部１０と支持部１３からなる制振ダンパー１を長手方向に複数個連なった状態で、ウエブ２０ａのフランジ側端に溶接等で固着されている。

さらに、前記減衰部１０と同じ板厚の座屈防止板２４を挟んで、ウエブ２０ａのフランジ側他端に同様に固着されている。それらの先端部に貫通孔１０ｂを設け、ウエブ２０ａの両端から向かい合う２つの減衰部１０と、それと同一位置のウエブ２０ａ裏面の２つの減衰部１０と、前記同様の座屈防止板２４を挟んで、両面から貫通孔２１ａを設けた溝型鋼材２１を、それらを1本のボルト２２で挿通し、ナット２３で締結されている。

このようなボルト２２で挿通された減衰部１０と支持部１３等の組み合せが長手方向に複数個連なっている。なお、ウエブ２０ａにおける複数のボルト２２の挿通位置には長手方向に全ボルト２２に亘る長孔２０ｂが設けられて、ウエブ２０ａとボルト２２は力の伝達を無くしている。

したがって、構造物の一端から溝型鋼材２１に入った力は、ボルト２２を通じて、先端部の貫通孔１０ｂを介して減衰部１０へ伝わり、当該減衰部１０に曲げ変形を与えながら、ウエブ２０ａのフランジ側端を介して、Ｈ型鋼材２０を経て構造物の他端へ伝わる。

前記減衰部１０が曲げ変形する際に履歴エネルギーを吸収し、それらの面外座屈しようとするのを座屈防止板２４が阻止する。また、減衰部１０の先端部の貫通孔１０ｂは長孔とし、荷重方向と直交する方向に逃げを取る場合もある。

図８に示すように、柱１５と梁１６とに囲まれたＲＣ壁（耐震壁）１７ａ，１７ｂの水平方向の荷重（地震力等）に対して、前記制振ダンパー１を適用したものである。符号１８は、隙間を示している。前記ＲＣ壁１７ａ，１７ｂに水平の地震力が作用すると、前記制振ダンパー１により効率的にエネルギーが吸収される。

図９に示すように、建物の中央部に諸機能を集中させたセンターコア方式の建物２５において、コア部分２５ａと周囲部分との連結部に上下方向に制振ダンパー１を適用したものである。特に、高層建築の曲げ変形による上下方向のせん断ずれを利用して、エネルギー吸収しようとするものである。コア部分２５ａに対して制振ダンパー１の設置個数をどの程度設けるかは、設計的事項であり、この制振ダンパー１は小型でも、各々が大きな減衰性能を発揮するので、図９（Ａ）に示すように、上下階に置いては、２〜３階分を飛ばして設置することができる。

図１０に示すように、免震構造において、基礎部２６と基礎梁２７とにおいて、向き合った端面２６ａ，２７ａに開口した孔部２６ｂ，２７ｂが対向配置にして設けられている。そして、該孔部２６ｂ，２７ｂの開口部に所望の曲率面を有するラッパ状支持部２８が各々対向して設けられ、前記対向配置にされた前記両孔部２６ｂ，２７ｂに、前記基礎部２６側で一端部２９ａが固定された鋼棒２９が挿通されている。なお、この鋼棒２９は、鋼管、充填鋼管コンクリート、アルミ棒、鉛棒でも差し支えない。

前記ラッパ状支持部２８の曲率面の曲率φは、前記各実施例と同様に、地震時における水平力に対して、履歴特性からどの程度、前記鋼棒２９を塑性変形させてエネルギーを吸収させるかにより、設定されるものである。地震等の振動があると、鋼棒２９が変形されて前記ラッパ状支持部２８の曲率面に当接して、支点が順次移動して歪み（損傷）が制御され、振動エネルギーを効率的に吸収するものである。

このようにして、本発明に係る制振ダンパーにより、ブレース型、せん断型（ＲＣ構造の壁梁間、コアウォール間）、間柱型、ラッパ型において、従来の鋼材ダンパーに比較して小さな変形（0.2mm程度）からエネルギー吸収するとともに、安価かつ入手容易な材料を用いて、力学的に安定した構造にして、効果的に構造物を減衰させることが出来る。

制振ダンパー１の斜視図である。制振ダンパー１における、減衰部と支持部とを複数個に列設した例の正面図である。支持部１３の曲率面である側壁面１３ａにより、荷重により変形した減衰部１０の支点の位置が変化して、剛性が高まる様子を示す説明図である。制振ダンパー１の、荷重Ｑによる曲率φとモーメントＭとの関係を示す説明図（Ａ）、荷重Ｑとひずみδとの関係を示す説明図（Ｂ）である。実施例１の斜視図である。同実施例１の分解斜視図である。同実施例１の断面図である。実施例２の斜視図である。実施例３の正面図（Ａ）、一部拡大詳細図（Ｂ）、平面図（Ｃ）である。実施例４の一部拡大詳細図である。

符号の説明

１制振ダンパー、
１０減衰部、１０ａ側壁面、１０ｂ貫通孔、
１１基部、
１２先端、
１３支持部、１３ａ側壁面、
１４基板、１４ａ溶接部、
１５柱、
１６梁、
１７ａ，１７ｂＲＣ壁（耐震壁）、
２０Ｈ型鋼材、２０ａウエブ、２０ｂ長孔、
２１溝型鋼材、
２２ボルト、
２３ナット、
２５建物、２５ａコア部分、
２６基礎部、２６ａ端面、２６ｂ孔部、
２７基礎梁、２７ａ端面、２７ｂ孔部、
２８ラッパ状支持部、
２９鋼棒、２９ａ一端部。

Claims

基板から突出された平板状の減衰部と、該減衰部の両脇で前記基板から突出された平板状の支持部との組合わせで成るダンパーであって、
前記減衰部の先端部において表裏面に直交する方向に荷重が作用し当該減衰部が曲げ変形すると、該減衰部の側壁面がその基部から先端側へ順次に前記両脇にある支持部の所望の曲率面に形成された側壁面に当接して減衰作用される、鋼材、鉛系合金、アルミニウムの金属製ダンパーが少なくとも１つ設けられてなること、
を特徴とする制振ダンパー。
免震構造の基礎部と基礎梁とにおいて、向き合った端面に開口した孔部が対向配置にして設けられ、該孔部の開口部に所望の曲率面を有するラッパ状支持部が各々対向して設けられ、前記対向配置にされた両孔部に前記基礎部側で一端部が固定された棒材が挿通されていること、
を特徴とする制振ダンパー。