JP2006225864A - 複合型ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 構造の簡略化を図ることができ、部品の加工や組立を容易に行うことができて、製造工程を低減させることができるとともに、製造コストを低減させることができる複合型ダンパを提供すること。
【解決手段】 中央部に塑性部７ｈが設けられた一本の芯材７と、内部に少なくとも芯材７の中央部および他端部７ｅを収容するように構成された一対の補剛部材８，８とを備え、架構に低荷重かつ微小振幅の外力が加わった場合、振動エネルギーが芯材７の外表面と補剛部材８，８の内表面との間で摩擦エネルギーに変換され、架構に大荷重かつ大振幅の外力が加わった場合、芯材７と補剛部材８，８との間の相対移動距離が所定距離に達した後、これら芯材７と補剛部材８，８との相対移動が拘束手段８ｇ，２１により拘束され、塑性部７ｈが塑性変形させられることにより、振動エネルギーが吸収されて、架構の振動応答が減衰されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物の架構の構面内にブレースとして設置されるとともに、風外力（低荷重かつ微小振幅）および地震外力（大荷重かつ大振幅）の双方を吸収するダンパとしても機能する複合型ダンパに関するものである。

ブレースとしても機能する複合型ダンパとしては、大振幅用ダンパーと小振幅用ダンパーとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２８０７２７号公報

上述した特許文献１に開示されている発明においては、小振幅用ダンパーとして弾塑性ダンパーや粘弾性ダンパー等が用いられている。しかしながら、これらダンパーは構造が複雑で、部品の加工や組立が容易ではなく、製造工程が増加するとともに、製造コストが嵩んでしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構造の簡略化を図ることができ、部品の加工や組立を容易に行うことができて、製造工程を低減させることができるとともに、製造コストを低減させることができる複合型ダンパを提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による複合型ダンパは、建物の架構の構面内にブレースとして設置されるとともに、建物の振動エネルギーを吸収するダンパとしても機能する複合型ダンパであって、前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端部が前記架構の一部分に接合されるとともに、中央部に塑性部が設けられた一本の芯材と、一端部が前記架構の他の部分に接合されるとともに、内部に少なくとも前記芯材の中央部および他端部を収容するように構成された一対の補剛部材とを備え、前記架構に低荷重かつ微小振幅の外力が加わった場合、前記振動エネルギーが前記芯材の外表面と前記補剛部材の内表面との間で摩擦エネルギーに変換され、前記架構に大荷重かつ大振幅の外力が加わった場合、前記芯材と前記補剛部材との間の相対移動距離が所定距離に達した後、これら芯材と補剛部材との相対移動が拘束手段により拘束され、前記塑性部が塑性変形させられることにより、前記振動エネルギーが吸収されて、前記架構の振動応答が減衰されることを特徴とする。
このような複合型ダンパによれば、建物の架構に加わる外力が低荷重かつ微小振幅の場合には、架構の振動エネルギーが芯材と補剛部材との間で摩擦エネルギーに変換されて、架構の振動応答が減衰されることとなる。
また、建物の架構に加わる外力が大荷重かつ大振幅の場合には、芯材と補剛部材との間の相対移動が、所定距離に達するまでは架構の振動エネルギーが芯材と補剛部材との間で摩擦エネルギーに変換され、芯材と補剛部材との間の相対移動が、所定距離を越えようとすると芯材と補剛部材との間の相対移動が拘束され、架構を構成する柱および梁に比較して降伏応力度の低い芯材の塑性部が架構に先行して降伏し、塑性変形を生じることにより、架構の振動エネルギーが吸収されて、架構の振動応答が減衰されることとなる

本発明による複合型ダンパは、前記芯材の外表面および／または前記補剛部材の内表面に、安定した摩擦係数を得るための表面処理が施されていることを特徴とする。
このような複合型ダンパによれば、芯材と補剛部材との間の摺動がより安定したものとなり、安定した履歴特性を発揮させることができるとともに、信頼性を向上させることができる。

本発明による複合型ダンパは、前記拘束手段が緩衝部材を備えているとともに、前記芯材と前記補剛部材との間の相対移動距離が所定距離に達した際、前記芯材と前記補剛部材との衝突による衝撃力が吸収されるようになっていることを特徴とする。
このような複合型ダンパによれば、芯材と補剛部材との間の衝撃力が大幅に低減され、安定した履歴特性を発揮させることができるとともに、信頼性を向上させることができる。

本発明による複合型ダンパによれば、構造の簡略化を図ることができ、部品の加工や組立を容易に行うことができて、製造工程を低減させることができるとともに、製造コストを低減させることができるという効果を奏する。

以下、本発明による複合型ダンパの一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図７は、建物の架構１の構面２内に設置された複合型ダンパ３，３の外観を示す図である。図７に示すように、複合型ダンパ３，３は、架構１を構成する柱４，４と梁５，５によって囲まれた開口部６内において、例えば、一対のブレースとして、略ハ字状に設置されている。

図１、図３および図７に示すように、複合型ダンパ３は、一本の芯材７と、この芯材７の表面７ａおよび裏面７ｂに配置された一対の補剛部材８，８とを主たる要素として構成されたものである。
芯材７は、例えば、極軟鋼によって形成された平面視略矩形を呈する板状部材であり、その降伏応力度は、通常の鉄骨もしくは鉄筋コンクリート等により形成された柱４，４および梁５，５に比較して小さいものとなっている。
芯材７の一端部７ｃには、表面（外表面）７ａおよび裏面（外表面）７ｂと直交する方向に沿って延びるフランジ７ｄが設けられている。これら一端部７ｃおよびフランジ７ｄはそれぞれ、開口部６の上縁の略中央に設けられて上側の梁５の下面に固定された、十字型のガセットプレート（架構の一部分）９に、連結部材９ａおよび高力ボルト９ｂを介して結合されている。
一方、芯材７の他端部７ｅには、丸孔７ｆおよび長孔７ｇが設けられている。丸孔７ｆは、芯材７の中央部寄りに、芯材７の長さ方向に沿って二列、各列二つずつの計四つ設けられていて、ストッパ（拘束手段）２１の軸部が貫通するようになっている。また、長孔７ｇは、丸孔７ｆから他端側に少し離間した位置に二列、各列一つずつの計二つ設けられていて、高力ボルト２２の軸部が貫通するとともに、この高力ボルト２２の軸部が長孔７ｇに沿って移動できるようになっている。
芯材７の長さ方向における中央部には、芯材７の端部７ｃ，７ｅよりもその幅寸法（図において上下方向の長さ）が小さくなるように切り欠かれた塑性部（降伏部）７ｈが設けられている。

補剛部材８は、断面視コ字形を呈する溝形鋼からなり、図３の各断面を示す図４に示すように、その内表面が芯材７の表面７ａまたは裏面７ｂとそれぞれ当接するように（面接触するように）、芯材７の両側にそれぞれ一つずつ配置されている。
補剛部材８の一端部８ａには、フランジ７ｄと同じ方向に延びるフランジ８ｂが設けられている。これら一端部８ａおよびフランジ８ｂはそれぞれ、開口部６の下隅に配置されて柱４および下側の梁５に固定された、Ｈ型のガセットプレート（架構の他の部分）１０に、連結部材１０ａおよび高力ボルト１０ｂを介して結合されている。また、補剛部材８の一端部８ａには、長孔８ｃおよび丸孔８ｄが設けられている。長孔８ｃは、芯材７の丸孔７ｆに対応して計四つ設けられており、ストッパ２１の軸部が貫通するとともに、この軸部が長孔８ｃに沿って移動できるようになっている。丸孔８ｄは、芯材７の長孔７ｇに対応して設けられており、高力ボルト２２の軸部が貫通するようになっている。
一方、補剛部材８の他端部８ｅには、フランジ７ｄを受け入れるための凹所８ｆが設けられており、フランジ７ｄがこの凹所８ｆ内を長手方向に移動できるようになっている。
また、補剛部材８の外表面には長手方向に沿って一本、長手方向と直交する方向に沿って三本の補強リブ８ｇが設けられている。長手方向と直交する方向に沿って設けられた三本の補強リブ８ｇのうち、ストッパ２１とストッパ２１との間に位置するように設けられた補強リブ（拘束手段）８ｇの両側面には、例えば、ゴム、発泡剤、軟鋼などから作られた衝撃緩衝用のクッション材（緩衝部材）１１が設けられている。

ストッパ２１は、芯材７の丸孔７ｆおよび補剛部材８の長孔８ｃを貫通する軸部と、この軸部の両端に設けられた頭部とを有するものであり、芯材７が補剛部材８に対して移動すると、芯材７と同じ方向に同じ距離だけ移動するようになっている。
高力ボルト２２は、芯材７の長孔７ｇおよび補剛部材８の丸孔８ｄを貫通する軸部と、この軸部の一端に設けられた頭部とを有するものであり、軸部の他端に設けられたねじ部にナット２３が締結されることにより芯材７と補剛部材８，８とを結合するものである。高力ボルト２２とナット２３との締め付け力を調整することにより、芯材７と補剛部材８との間の摩擦力、特に、高力ボルト２２とナット２３の近傍に位置する芯材７の他端部７ｅの表面７ａおよび裏面７ｂと補剛部材８の一端部８ａの内表面との摩擦力を調整することができるようになっている。また、摩擦力が発生する部分には、安定した摩擦係数を得ることができる表面処理（例えば、青銅を主体に錫、鉛に加え黒鉛を粉体の状態で混合したものを表面に散布し、焼結させた後、圧延しさらに二次焼結させる）が施されている。
補剛部材８と補剛部材８とは、二枚の板状部材１２によっても結合されており、これにより補剛部材８，８の剛性が高められているとともに、芯材７および補剛部材８，８の摩擦面（摺動面）が汚れてしまうのを防止し、安定した履歴特性が長期間維持されるようになっている。

このように構成された複合型ダンパ３に、風外力等により低荷重かつ微小振幅の力が加わった場合には、架構１の振動エネルギーが芯材７と補剛部材８との摩擦エネルギーに変換されて、架構１の振動応答が減衰されることとなる。このときの履歴状態を図５に示す。
また、地震外力等により大荷重かつ大振幅の力が加わった場合、図２に示すように、ストッパ２１がクッション材１１に当接するまでは架構１の振動エネルギーが芯材７と補剛部材８との摩擦エネルギーに変換され、それ以上大きな力が加わった場合には、架構１を構成する柱４，４および梁５，５に比較して降伏応力度の低い芯材７の塑性部７ｈが架構１に先行して降伏し、塑性変形を生じることにより、架構１の振動エネルギーが吸収され、架構１の振動応答が減衰されることとなる。このときの履歴状態を図６に示す。

上述したように、本発明による複合型ダンパ３は、一本の芯材７と、一対の補剛部材８，８とを主たる要素として構成されており、その構成の簡略化を図ることができて、部品の加工を容易なものとすることができるので、製造工程を低減させることができるとともに、製造コストを低減させることができる。
また、本発明による複合型ダンパ３は、一本の芯材７と、一対の補剛部材８，８とを主たる要素として構成されているので、容易に組み立てることができて、組立作業あるいは取付作業に要する時間を短縮することができる。
さらに、芯材７と補剛部材８，８との間の摩擦力の調整は、高力ボルト２２およびナット２３の締付力を変えるだけで容易に行うことができるので、取付時の調整やメンテナンス時の調整をより簡略化することができる。
さらにまた、取り付け後も必要があれば現場で容易に取り外して分解することができるので、メンテナンス性を向上させることができるとともに信頼性を向上させることができる。
さらにまた、芯材７と補剛部材８との間において摩擦力が発生する部分には、安定した摩擦係数を得ることができる表面処理が施されているので、摺動をより安定したものとすることができて、安定した履歴特性を発揮させることができるとともに、信頼性を向上させることができる。
さらにまた、芯材７と補剛部材８との衝突、より詳しくは芯材７とともに移動するストッパ２１と補剛部材８に取り付けられたクッション材１１との衝突による衝撃力が、クッション材１１により吸収されるようになっているので、芯材７と補剛部材８との間の衝撃力が大幅に低減され、安定した履歴特性を発揮させることができるとともに、信頼性を向上させることができる。

本発明による複合型ダンパの一実施形態を示す概略全体斜視図である。 図１に示す複合型ダンパの要部正面図であり、（ａ）は複合型ダンパに外力が加わり、ガセットプレートとガセットプレートとが近づく方向に移動して、ストッパがリブの一側面に位置するクッション材に当接した状態を示しており、（ｂ）は、複合型ダンパに外力が加わり、ガセットプレートとガセットプレートとが離れる方向に移動して、ストッパがリブの他側面に位置するクッション材に当接した状態を示している。 本発明による複合型ダンパを架構に取り付けた状態を示す概念図である。 図３に示す複合型ダンパの各部断面図であり、（ａ）はａ−ａ矢視断面図、（ｂ）はｂ−ｂ矢視断面図、（ｃ）はｃ−ｃ矢視断面図、（ｄ）はｄ−ｄ矢視断面図、（ｅ）はｅ−ｅ矢視断面図である。 本発明による複合型ダンパが、低荷重かつ微小振幅の力に対して有する履歴特性を示す図表である。 本発明による複合型ダンパが、大荷重かつ大振幅の力に対して有する履歴特性を示す図表である。 本発明による複合型ダンパが架構内に設置された状態を示す正面図である。

符号の説明

１ 架構
２ 構面
３ 複合型ダンパ
７ 芯材
７ｃ 一端部
７ｅ 他端部
７ｈ 塑性部
８ 補剛部材
８ａ 一端部
８ｅ 他端部
８ｇ 補強リブ（拘束手段）
９ ガセットプレート（架構の一部）
１０ ガセットプレート（架構の他の部分）
１１ クッション材（緩衝部材）
２１ ストッパ（拘束手段）

Claims (3)

1. 建物の架構の構面内にブレースとして設置されるとともに、建物の振動エネルギーを吸収するダンパとしても機能する複合型ダンパであって、
   前記架構に比較して降伏応力度の小さい材料によって形成されるとともに、一端部が前記架構の一部分に接合されるとともに、中央部に塑性部が設けられた一本の芯材と、
   一端部が前記架構の他の部分に接合されるとともに、内部に少なくとも前記芯材の中央部および他端部を収容するように構成された一対の補剛部材とを備え、
   前記架構に低荷重かつ微小振幅の外力が加わった場合、前記振動エネルギーが前記芯材の外表面と前記補剛部材の内表面との間で摩擦エネルギーに変換され、
   前記架構に大荷重かつ大振幅の外力が加わった場合、前記芯材と前記補剛部材との間の相対移動距離が所定距離に達した後、これら芯材と補剛部材との相対移動が拘束手段により拘束され、前記塑性部が塑性変形させられることにより、前記振動エネルギーが吸収されて、前記架構の振動応答が減衰されることを特徴とする複合型ダンパ。
2. 前記芯材の外表面および／または前記補剛部材の内表面に、安定した摩擦係数を得るための表面処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の複合型ダンパ。
3. 前記拘束手段が緩衝部材を備えているとともに、前記芯材と前記補剛部材との間の相対移動距離が所定距離に達した際、前記芯材と前記補剛部材との衝突による衝撃力が吸収されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合型ダンパ。

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