JP2006152739A - 免震ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】免震アイソレータと併用して地震発生時に建築物等に伝わる振動エネルギーを減少させる免震ダンパに係り、地震発生時に生ずる水平方向の揺れが繰り返されても屈曲部が垂れ下がることなく、長期間安定に振動エネルギー吸収性能を維持できるようにする。
【解決手段】免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる振動エネルギーを減少させる免震ダンパであって、該免震ダンパは鉛などの金属によって概略Ｕ字状に屈曲形成してなるダンパ本体を備え、そのダンパ本体の両端部の横断面積がＵ字状屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の大きさを有し、かつ上記屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さが両端部からそれぞれダンパ本体の長さの３分の１以上となるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は免震アイソレータと併用して地震発生時に建築物等に伝わる振動エネルギーを減少させる免震ダンパに関する。

従来、地震発生時に建築物を保護するために、建築物等の上部構造体と基礎側の下部構造体との間に、免震アイソレータと免震ダンパとからなる免震装置を介在させて建築物に伝播される振動エネルギーを減少させることは知られている。

上記の免震アイソレータとしては、一般にゴム等の弾性板と、鋼板等の剛性板とを上下方向に交互に順次積層したものが用いられている。また免震用ダンパとしては、一般に鉛等の金属で形成したものが多く用いられ、例えば下記特許文献１、２のようにダンパ本体を断面Ｕ字状に形成した免震ダンパが提案されている。

上記のようにダンパ本体を鉛などの金属により概略Ｕ字上に屈曲形成したものは、地震発生時に屈曲部が上下方向に大きく振れることなく、良好にエネルギー吸収性能を発揮することのできる。しかしならが、重力の影響により、地震発生時に生ずる水平方向の揺れが繰り返されると、屈曲部が徐々に垂れ下がって振動エネルギー吸収性能が低下する等のおそれがあった。

特開平２−１９４２３３号公報 特開２００４−１１２７３号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、地震発生時に生ずる水平方向の揺れが繰り返されても屈曲部が次第に垂れ下がることなく、長期間安定に振動エネルギー吸収性能を維持することのできる免震ダンパを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明による免震ダンパは以下の構成としたものである。即ち、免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる振動エネルギーを減少させる免震ダンパであって、該免震ダンパは鉛などの金属によって概略Ｕ字状に屈曲形成してなるダンパ本体を備え、そのダンパ本体の両端部の横断面積（ダンパ本体の長手方向と直角方向の断面積、以下同様）がＵ字状屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の大きさを有し、かつ上記屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さが両端部からそれぞれダンパ本体の長さの３分の１以上となるようにしたことを特徴とする。

上記のようにダンパ本体の両端部の横断面積がＵ字状屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の大きさを有し、かつ上記屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さが両端部からそれぞれダンパ本体の長さの３分の１以上となるようにしたことによって、地震発生時に重力による応力がダンパ本体両端部に集中するのが防止されると共に、Ｕ字状屈曲部の下方への変形が抑制されて該屈曲部が垂れ下がるのを防止することができる。

以下、本発明による免震ダンパを図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明による免震ダンパの一実施形態を示す斜視図、図２（ａ）はその免震ダンパの平面図、同図（ｂ）は側面図である。

本実施形態は、ダンパ本体１を鉛等の金属により図１のように側面略Ｕ字状に形成し、その両端部１１・１１の横断面積（例えば図２（ｂ）においてａ−ａ線で切断した図１における横断面積Ｓａ）がＵ字形屈曲部１２の中央部における横断面積（例えば図２（ｂ）においてｂ−ｂ線で切断した図１における横断面積Ｓｂ）の１．２倍以上となるようにしたもので、図の場合は両端部１１・１１の横断面積Ｓａは、屈曲部１２の中央部における横断面積Ｓｂのそれぞれ約３倍の大きさに形成されている。

また上記両端部１１，１１と屈曲部１２との間の中間部１３，１３は、本実施形態においては平面略Ｓ字状に屈曲形成すると共に、その中間部１３，１３の外面（対向面と反対側の面）は両端部１１，１１の外面に連続する平面に形成され、中間部１３，１３の内側（対向面）は両端部１１，１１側にいくに従って漸次厚みが増すようになだらかな凸曲面に形成されている。

上記の凸曲面は、その曲率半径を充分大きくすることで、屈曲部１２の厚さに対して１．２倍以上の厚さを有する部分が、より長くなるようにしたもので、本実施形態においては両端部１１，１１からそれぞれダンパ本体の長さ、すなわちダンパ本体１の一方の端部１１から屈曲部１２で折り返して他方の端部１１に至る長さの約３分の１以上が屈曲部１２の厚さの１．２倍以上に形成され、また本実施形態においてはダンパ本体１の幅（図２（ｂ）で画面と直角方向の寸法）も図２（ａ）のように屈曲部から両端部に行くに従って漸次幅広になるように形成されている。従って、ダンパ本体１の両端部１１・１１からそれぞれ３分の１以上の長さ部分の横断面積は、屈曲部１２の中央部における横断面積の１．２倍以上であり、しかも本実施形態におけるダンパ本体１の横断面積は、上記屈曲部１２から両端部１１，１１に行くに従って漸次大きくなるように形成されている。

上記ダンパ本体１の両端部１１・１１には取付板２が一体的に設けられ、その取付板２を介して上記ダンパ本体１の両端部１１・１１を図２（ｂ）のように建築物等の上部構造体Ｆ１と基礎側の下部構造体Ｆ２とに、それぞれボルト３等で取付けるもので、上記各取付板２には、それぞれボルト３等を挿通する取付穴２ａが設けられている。なお上記のようにダンパ本体１の両端部１１・１１に取付板２等が一体的に設けられるものにあっては、その取付板２等を含めた端部１１の横断面積が前記の条件を満たせばよい。

上記のようにして上下の構造体にダンパ本体１を取付けた状態で、地震等により例えば図２（ｂ）で左右方向に振動したとき、上下の構造体Ｆ１，Ｆ２およびダンパ本体１の両端部１１・１１には、互いに反対方向にずれるような力が作用し、ダンパ本体１の屈曲部１２は上下に振れるように湾曲する。これを繰り返すことによって従来は上記屈曲部１２が徐々に垂れ下がってくるという問題があったが、本発明においては前記のように両端部１１・１１およびその近傍の横断面積を大きくしたことによって以下の理由で上記の問題を解消することができる。

すなわち、重力による応力は、支点である両端部１１・１１が最も大きく、両端部から離れるほど小さくなるので、両端部近くの横断面積を大きくすることで、重力による応力が減少され変形されにくくなる。また、地震発生時の揺れにより、図２（ｂ）において上側の端部１１が下側の端部１１よりも右側に変位した場合、屈曲部１２が下方に変位するように変形し、逆に上側の端部が下側の端部よりも左側に変位すると屈曲部１２が上方に変位するように変形する。これらの変形が繰り返されるときに重力が加わると、下方への変形が増幅される重力による垂れが発生する。このような屈曲部の上下への変位をもたらす歪みは、主に端部からおよそ３分の１の長さの部分に集中している。従って、ダンパ本体１の両端部１１・１１およびその両端部からおよそ３分の１の長さの部分の横断面積を屈曲部の横断面積の１．２倍以上とすることで、垂れを小さくすることができるものである。

なお、上記ダンパ本体１の形状は、前記の条件、すなわちダンパ本体１の両端部１１，１１の横断面積がＵ字状屈曲部１２の横断面積の１．２倍以上の大きさを有し、かつＵ字状屈曲部の横断面積の１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さが両端部からそれぞれダンパ本体の長さの３分の１以上であるという条件を満たせば適宜変更可能である。

図３および図４はその一例を示すもので、図３はダンパ本体１の両端部１１，１１付近の中間部１３，１３の外面（中間部１３，１３の対向面と反対側の面）がやや内側に窪んだ凹曲面に形成したもので、他の構成は前記図１および図２とほぼ同様であり、また前記の条件を満たしている。また図４は中間部１３の外面を外側に突出する凸曲面に形成し、中間部１３の内面は凹曲面に形成したもので、その内面側の曲率を大きくすることで、両端部１１，１１およびその両端部からおよそ３分の１の長さの部分の横断面積を屈曲部１２の横断面積の１．２倍以上にするという条件を実現している。

なお上記図３および図４のいずれの免震ダンパも、ダンパ本体１の両端部１１，１１と屈曲部１２との間の中間部１３，１３の平面形状を、前記図２（ａ）に示すような略Ｓ字状に屈曲形成しているが図には省略した。また上記いずれの実施形態においても、ダンパ本体１の中間部１３，１３の平面形状を上記のような略Ｓ字状に屈曲形成したものに限らず、ほぼ直線状に形成したものでもよく、またダンパ本体１の端部１１や取付板２の形状も適宜変更可能である。

以下、本発明に基づく実施例と、それに対する比較例とによって、大変形応力解析にて本発明を検証した結果を示す。ただし、免震ダンパ本体の材料は純鉛とし、実測された材料特性を使用した。

〔実施例１〕
実施例１として、前記図１および図２に示した免震ダンパについて、図２（ａ）の面内水平方向に上部構造体Ｆ１として建物が５０ｍｍの振幅で揺れた場合を想定して、その揺れに対応した往復変位の解析を行った。すなわち、ダンパ本体１の下側の端部１１を固定した状態で、まず上側の端部１１を図２（ｂ）で水平方向右方向に５０ｍｍ変位させ、次いで上側の端部１１を左方向に元の位置を通過したのち更に５０ｍｍ左にずれるまで合わせて１００ｍｍ変位させ、次にまた右方向に１００ｍｍ変位させるという変形を繰り返した。そして最初の1往復で上側の端部１１が元の位置に戻ったときの屈曲部１２の下方への変位量と、２往復で上側の端部１１が元の位置に戻ったときの屈曲部１２の下方への変位量とを、それぞれ測定した。それらの結果を後に掲載する表１に示す。

〔実施例２〕
実施例２として前記図３に示した免震ダンパを用い、上記実施例１と同様の往復変位を加える解析を行った。図３に示す免震ダンパの形状が図１および図２の免震ダンパと異なるのは、前記のようにダンパ本体１の両端部付近の中間部１３，１３の外面がやや内側に窪んだ凹曲面を有する点のみであり、他は実施例１と同様で、ダンパ本体１の両端部の横断面積およびその両端部１１，１１からおよそ３分の１の長さの部分までの横断面積が屈曲部１２の横断面積の１．２倍以上に形成されている点で本発明の要件を満たすものの、上下端部付近の横断面積が、上記実施例１の場合より小さい。この免震ダンパについて実施例１と同様に屈曲部先端の下方への変位を表１に示す。

〔実施例３〕
実施例３では前記図４の免震ダンパについて解析を行った。図４の免震ダンパは上記のように中間部１３の外面は外側に突出する凸曲面に形成され、中間部１３の内面は凹曲面に形成されているが、内面側の曲率を大きくすることで、両端部１１，１１およびその両端部からおよそ３分の１の長さの部分の横断面積を屈曲部１２の横断面積の１．２倍以上にするという条件を満たしている。この免震ダンパについても上記実施例１および実施例２と同様の解析を実施した。その結果を同様に表１に示す。

〔比較例１〕
上記実施例１〜３に対する比較例１として図５に示す従来例の免震ダンパについて解析を行った。この免震ダンパのダンパ本体１の幅（図５で画面と直角方向の奥行き）は長手方向全長にわたって略一定に形成され、そのダンパ本体の両端部およびその極く近傍の横断面積は、屈曲部１２の横断面積の１．２倍以上に形成されているが、その１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さは、ダンパ本体１の一方の端部１１から屈曲部１２で折り返して他方の端部１１に至るダンパ本体全体の長さの１０分の１以下である。この免震ダンパについても上記実施例１〜３と同様の解析を行った結果を下記表１に示す。

上記の表からも明らかなように、比較例１では、半往復で５ｍｍ、１往復半で１５ｍｍの垂れがあるのに対し、本発明に基づく実施例１〜３では垂れが比較例１の３分の１以下、特に実施例１では比較例１の６分の１に減少しており、ダンパ本体を前記のように構成した本発明による免震ダンパによれば、地震発生時に生ずる屈曲部の垂れ下がりを簡単な構成により確実に防止できることが確認できた。

以上のように本発明による免震ダンパによれば、地震発生時に生ずる屈曲部の垂れ下がりを簡単・確実に防止できるので、耐久性および安定性のよい免震ダンパを安価に提供することが可能となり、免震ダンパの設計および選択の自由度が増大して産業上の利用可能性を高めることができる。

本発明による免震ダンパの一実施形態を示す斜視図。 （ａ）は上記免震ダンパの平面図、（ｂ）はその側面図。 本発明による免震ダンパの他の実施形態を示す側面図。 本発明による免震ダンパの更に他の実施形態を示す側面図。 従来の免震ダンパの一例を示す側面図。

符号の説明

１ ダンパ本体１
１１ 端部
１２ 屈曲部
１３ 中間部
２ 取付板
３ ボルト

Claims (1)

1. 免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる振動エネルギーを減少させる免震ダンパであって、該免震ダンパは鉛などの金属によって概略Ｕ字状に屈曲形成してなるダンパ本体を備え、そのダンパ本体の両端部の横断面積がＵ字状屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の大きさを有し、かつ上記屈曲部の中央部における横断面積の１．２倍以上の横断面積を有する部分の長さが両端部からそれぞれダンパ本体の長さの３分の１以上となるようにしたことを特徴とする免震ダンパ。

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