JP2006234049A - 免震構造物の粘性体ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】水平二次元方向および上下を含む三次元方向に自在性を有して有効に機能する、免震構造物の粘性体ダンパーを提供する。
【解決手段】複数の第１抵抗板を下向きに備えた抵抗板部材と、各第１抵抗板との間に平行に組合わされる複数の第１固定板を備え、粘性体を収容した第１粘性体容器と、第１粘性体容器の下向きに、第１抵抗板と直交する方向に配置された複数の第２抵抗板と、各第２抵抗板３との間に平行に組合わされた複数の第２固定板を備え、粘性体を収容した第２粘性体容器との組合せから構成されている。免震構造物の免震層を形成する下側の構造面上へ第２粘性体容器が固定され、上側の構造面下へ抵抗板部材が固定され、抵抗板部材と第１粘性体容器とは第１抵抗板の板面と直交する方向の相対移動が拘束され、第１粘性体容器と第２粘性体容器とは第２抵抗板の板面と直交する方向の相対移動が相互に拘束されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、粘性体を使用したエネルギー吸収ダンパー、特にコンパクト構造で高能力を発揮する櫛形タイプであって、しかも水平二次元方向および上下を含む三次元方向に自在性を有して有効に機能する、免震構造物の粘性体ダンパーの技術分野に属する。

免震構造物の建築には、長期鉛直荷重の支持手段として、復元力を有する積層ゴム支承が多く使用され、振幅を抑制する手段として減衰性能を発揮するエネルギー吸収ダンパ−が併用されている。そうしたエネルギー吸収ダンパーの中で、粘性体ダンパーは幅広い振幅領域で減衰性能を発揮し、また、水平二次元方向に等しく減衰性能を発揮する特長が評価されている。
しかし、通常の粘性体ダンパーは、免震層の変形に伴って抵抗板が水平移動するため、粘性体容器に大きなクリアランスが必要であり、大型化を避けられないという難点がある（例えば特開平１０−４６８７０号公報の図５を参照）。粘性体ダンパーの大型化は、高価になることはもとより、設置スペースの確保が困難という問題を招いている。しかも免震層が上下方向に変形すると、抵抗板と粘性体容器の底面との隙間、いわゆる粘性隙間が変化してエネルギー吸収性能（減衰機能）が変化するという微妙な問題があり、免震層への設置態様が技術的に難しい面もある。

そこで最近では、粘性体ダンパーの上記問題点を解決し適用範囲を拡大する目的で、下記の特許文献１に開示されたように抵抗板を縦向き（又は垂直）に配置した縦型ないし壁型と呼ばれる粘性体ダンパーが開発されている。更には特許文献２に開示されたように、複数枚の抵抗板を縦向きに平行に配置して構成した櫛形構造の粘性体ダンパーも開発されている。
或いは特許文献３に開示されたように、抵抗板を上下方向に複数枚平行に配置した多層式又は重層式の粘性体ダンパーも開発されている。

特公平５−２２０２６号公報 特開平１０−１０２８２０号公報 特開平１０−４６８６９号公報

上記の特許文献１に開示された壁型の粘性体ダンパーは、構造物の壁体代用として設置することで広い面積を利用できるので、能力的には優れたものとなる。しかし、抵抗板と直角方向（面外方向）の地震（及び揺れ）に対しては殆ど機能しないばかりか、そうした面外方向の変形を許容する取り付け構造又は機構を工夫しなければならない。そして、少なくとも水平２軸方向にダンパー機能を働く配置で複数個設置しなければならないので、面倒であり高価にもなる。
上記の特許文献２に開示された櫛形構造の粘性体ダンパーにも全く同様な問題点が認められる。

上記の特許文献３に開示された多層式又は重層式の粘性体ダンパーは、通常の粘性体ダンパー（例えば特開平１０−４６８７０号公報の図５を参照）のエネルギー吸収能力が増大する構成である点は評価できるものの、免震層の変形にしたがい抵抗板が水平移動するため粘性体容器に大きなクリアランスが必要であり、大型化を避けられないという難点の解決にはなっていない。

本発明の目的は、エネルギー吸収性能に高い能力を発揮する割に小型でコンパクトな構造であり、しかも水平二次元方向のみならず上下方向を含む三次元方向に自在性を有して有効に機能し、使い勝手の良い、免震構造物の粘性体ダンパーを提供することである。

上述した従来技術の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免震構造物の粘性体ダンパーは、
一定の間隔をあけて同一方向へ平行に配置された複数の第１抵抗板１ａ…を下向きに備えた抵抗板部材１と、
前記の各第１抵抗板１ａとの間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされる複数の第１固定板２ａ…を、前記第１抵抗板１ａの一定大きさの移動ストロークＳを許容する長さで一体的構造に備え、粘性体を収容した第１粘性体容器２と、
前記第１粘性体容器２の下面から下向きに、前記第１抵抗板１ａと直交する方向に一定の間隔をあけて平行に配置された複数の第２抵抗板３…と、
前記の各第２抵抗板３との間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされた複数の第２固定板４ａ…を、前記第２抵抗板３の一定大きさの移動ストロークＳを許容する長さで一体的構造に備え、粘性体を収容した第２粘性体容器４との組合せから成り、
免震構造物の免震層６を形成する下側の構造面６ａ上へ前記第２粘性体容器４が固定され、同じ免震層６を形成する上側の構造面６ｂ下へ前記の抵抗板部材１が固定され、前記抵抗板部材１と第１粘性体容器２とは第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動が相互に拘束され、前記第１粘性体容器２と第２粘性体容器４とは第２抵抗板３の板面と直交する方向の相対移動が相互に拘束されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した免震構造物の粘性体ダンパーにおいて、
抵抗板部材１と第１粘性体容器２とを第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段は、両者における第１抵抗板１ａと平行な配置の金属板１０、２０同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで前記第１抵抗板１ａの板面と同一方向にのみ滑る構成で行われ、
また、第１粘性体容器２と第２粘性体容器４とを第２抵抗板３の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段は、第２抵抗板３と平行な配置の金属板２０、４０同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで前記第２抵抗板３の板面と同一方向にのみ滑る構成で行われていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した免震構造物の粘性体ダンパーにおいて、
第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との相対移動を許容しつつ第１粘性体容器２の重量を第２粘性体容器４で支持する構成として、第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との水平な接触面８がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで滑る構成とされていると共に前記接触面８の摩擦抵抗力が、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載した免震構造物の粘性体ダンパーにおいて、
抵抗板部材１と第１粘性体容器２との相対移動を許容しつつ免震層６の上部構造鉛直荷重を下部構造へ伝達する構成として、抵抗板部材１と第１粘性体容器２との水平な接触面８、および第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との水平な接触面８がそれぞれメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで滑る構成とされていると共に前記接触面８の摩擦抵抗力が、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定されていることを特徴とする。

請求項１〜４に記載した発明に係る免震構造物の粘性体ダンパーは、粘性体を収容した二つの粘性体容器２、４を上下に直交する配置で組み合わせて構成されるから、水平な二次元方向に、と言うよりも水平３６０°全方向に減衰機能を等しく発揮して、高いエネルギー吸収能力を期待できる。その上、免震層６の変形に伴う抵抗板１ａ、３の水平移動に必要十分なクリアランスＳを確保することが容易で、スペースの無駄が無く、その分だけ小型にコンパクトな構造を実現できる。

また、免震層６が上下方向に変形しても、抵抗板部材１の第１抵抗板１ａが、その直下に位置する第１粘性体容器２に対する進入深さが変化する程度で、第１抵抗板２ａとの間の粘性隙間にさしたる変化を生じないので、エネルギー吸収能力（減衰機能）にはさして影響がない。つまり、上下方向変位に対する自由度があり、要するに三次元方向に自在性がある。

その上、抵抗板部材１と第１粘性体容器２との間、及び第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との間の相対移動を許容しつつ、それぞれの水平な接触面８をメタルタッチとして、又は摩擦制御材８を挟んで摩擦力の大きさを適正に調節して滑る構成として、前記接触面８の摩擦抵抗力が、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定できるので、風荷重や交通振動等による免震構造物の無用な揺れを防止でき、ひいては免震構造物の居住性を向上できる。

一定の間隔をあけて同一方向へ平行に配置された複数の第１抵抗板１ａ…を下向きに備えた抵抗板部材１と、前記の各第１抵抗板１ａとの間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされる複数の第１固定板２ａ…を、前記第１抵抗板１ａの一定大きさの移動ストロークＳを許容する長さで一体的構造に備え、粘性体を収容した第１粘性体容器２と、前記第１粘性体容器２の下面から下向きに、前記第１抵抗板１ａと直交する方向に一定の間隔をあけて平行に配置された複数の第２抵抗板３…と、前記の各第２抵抗板３との間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされた複数の第２固定板４ａ…を、前記第２抵抗板３の一定大きさの移動ストロークＳを許容する長さで一体的構造に備えており、粘性体を収容した第２粘性体容器４との組合せで構成する。
免震構造物の免震層６を形成する下側の構造面６ａの上へ前記第２粘性体容器４を固定し、同じ免震層６を形成する上側の構造面６ｂ下へ前記の抵抗板部材１を固定する。前記抵抗板部材１と第１粘性体容器２とは第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束し、前記第１粘性体容器２と第２粘性体容器４とは第２抵抗板３の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する。

抵抗板部材１と第１粘性体容器２とを第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段として、両者における第１抵抗板１ａと平行な配置の金属板１０、２０同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで前記第１抵抗板１ａの板面と同一方向にのみ滑る構成で行う。第１粘性体容器２と第２粘性体容器４とを第２抵抗板３の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段として、第２抵抗板３と平行な配置の金属板２０、４０同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで前記第２抵抗板３の板面と同一方向にのみ滑る構成で行う。

抵抗板部材１と第１粘性体容器２との間、および（又は）第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との間の相対移動を許容しつつ各々の水平な接触面８がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで滑る構成すると共に前記接触面８の摩擦抵抗力を、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定する。

次に、本発明を、図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る免震構造物の粘性体ダンパーの各構成要素を分解状態で分かりやすく示し、図２と図３は、免震構造物の免震層６へ設置した使用状態を示す。
ちなみに、図２と図３は、免震構造物の鉛直荷重は免震層６において完全に縁が切られ、第１粘性体容器２が第２粘性体容器４の上に載って支持された構成の実施例を示している。
本発明の粘性体ダンパーは、後述する粘性隙間の適正な確保に必要な一定大きさの間隔をあけて同一方向へ平行に配置された複数の第１抵抗板１ａ…を下向きに備えた抵抗板部材１と、前記の各第１抵抗板１ａとの間に適切な大きさの粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされる複数の第１固定板２ａ…を、前記第１抵抗板１ａが免震層６の変形に従い移動するのに必要十分な大きさの移動ストロークＳ（例えば６０ｃｍ位）を許容する長さで一体的構造に備え、シリコンオイルやポリプロピレン等の高分子粘性体を所定の液面レベルまで収容した第１粘性体容器２と、前記第１粘性体容器２の下面から下向きに、前記第１抵抗板１ａと直交する方向にやはり粘性隙間の適正な確保に必要な一定大きさの間隔をあけて平行に配置された複数の第２抵抗板３…と、前記の各第２抵抗板３との間に適切な大きさの粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされる複数の第２固定板４ａ…を、前記第２抵抗板３が免震層６の変形にしたがって移動する移動ストロークＳ（例えば６０ｃｍ位）を許容する長さで一体的構造に備え、やはりシリコンオイルやポリプロピレン等の高分子粘性体を所定の液面レベルまで収容した第２粘性体容器４との組合せで構成されている。

本発明の粘性体ダンパーは、免震構造物の免震層６を形成する下側の構造面６ａの上へ上記の第２粘性体容器４が載置され、そのフランジ部に設けたボルト孔４１へ通したボルト４２で固定される。一方、同じ免震層６を形成する上側の構造面６ｂの下面へ上記の抵抗板部材１が当てがわれ、そのボルト孔１１へ通したボルト１２で固定して設置される。そして、上記抵抗板部材１の第１抵抗板１ａが互い違いの配置で第１固定板２ａの間へ挿入される。また、第１粘性体容器２の下面から下向きに配置された第２抵抗板３…が、第２粘性体容器４の第２固定板４ａと互い違いの配置でそれぞれ挿入され、その上で、図２Ｂに示すように、上記第２粘性体容器４の上へ第１粘性体容器２が積み重ねる形に設置され支持されている。

その場合に、第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との相対移動を許容しつつ、第１粘性体容器２の重量を第２粘性体容器４で支持する構成として、第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との水平な接触面８がメタルタッチとして、又はゴムシート若しくはテフロン（登録商標）シートの如き摩擦制御材７を挟んで一定大きさの摩擦力で滑動する構成とされる。即ち、前記接触面８の摩擦抵抗力の大きさは、地震等による免震層６の変形時に、接触面８が、ひいては第２抵抗板３が応答性良く滑り、粘性抵抗によるエネルギー吸収機能を必要十分に発揮させる。しかし、微弱な風荷重や交通振動の場合には免震構造物の有害な揺れを防ぎ居住性を高めるトリガー機能を発揮する大きさに設定される。

次に、上記抵抗板部材１と第１粘性体容器２とは、第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束し合う構成で組み合わされる。また、上記第１粘性体容器２と第２粘性体容器４とは、第２抵抗板３の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束し合う構成で組み合わせて設置される。
要するに、地震等に伴う免震層６の変形とその方向性に対応して、抵抗板部材１と第１粘性体容器２との間、及び第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との間の相対移動によりエネルギー吸収を行うメカニズムを確立し、その上でやはり軽微な風荷重や交通振動などに応答して免震構造物に無用の揺れが発生することを防ぎ、居住性を悪化させることのないトリガー機能を発揮させるためである。

上記した抵抗板部材１と第１粘性体容器２とが、第１抵抗板１ａの板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束し合う手段としては、図３Ｂが分かりやすいように、両者間においてそれぞれ最も外側に位置する、第１抵抗板１ａと平行な鋼板１０と２０の垂直な接触面が直接に接触するメタルタッチとして、又はゴムシート若しくはテフロン（登録商標）シートの如き摩擦制御材７を挟んで一定大きさの摩擦力で滑動する構成とされる。同様に第１粘性体容器２と第２粘性体容器４との間の相対移動を相互に拘束する手段としても、それぞれの最も外側に位置する、第２抵抗板３と平行な鋼板３０と４０の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで一定大きさの摩擦力で滑動する構成とされる。

図２と図３は、図示の便宜上、免震層６の間へ本発明の粘性体ダンパーが１基設置された構成を示すが、この限りではない。既往技術で知られている通り、免震構造物の鉛直荷重を支持する免震ゴム支承や滑り支承などと組み合わせて複数設置される。その場合、免震層６を形成する柱の直下位置に免震ゴム支承等が設置され、本発明の粘性体ダンパーは、免震層を形成する地盤又は基礎版とスラブの間に設置される。

図４に示す実施例２は、粘性体ダンパーの構成自体は上記実施例１と同じであるが、その使用状態として、抵抗板部材１の外側鋼板１０と、第１粘性体容器２の外側鋼板２０との垂直な接触面が直接に接触するメタルタッチとして、又はゴムシート若しくはテフロン（登録商標）シートの如き摩擦制御材７を挟んで一定大きさの摩擦力で滑動する構成とされている上に、同鋼板１０と２０の水平な接触面８もメタルタッチとして、又は摩擦制御材７を挟んで一定大きさの摩擦力で滑動する構成とされている。

つまり、本実施例の場合は、粘性体ダンパー自体が免震構造物における免震層６より上方の上部構造鉛直荷重の一部を負担して、下部構造へ伝達する構成で実施されている。鉛直荷重は抵抗板部材１からその水平接触面８を介して第１粘性体容器２へ、そして、その水平接触面８を経て第２粘性体容器４から下部構造へと伝達される。

以上に本発明を図示した実施例に基いて説明したが、もちろん、本発明の技術的思想は上記実施例の限りではない。本発明の要旨、技術的思想を逸脱しない範囲で、当業者が通常行う設計変更ないし応用変形を含めて、多様に実施することができる。例えば図示した第１抵抗板１ａおよび第２抵抗板３の枚数、およびこれに対応する第１固定板２ａおよび第２固定板４ａの枚数などは、要求される粘性エネルギー吸収性能に応じて設計し実施される。

本発明の粘性体ダンパーの構成要素を分解して示した斜視図である。 Ａ、Ｂは本発明の粘性体ダンパーの使用状態を示す正面図とその垂直断面図である。 Ａ、Ｂは本発明の粘性体ダンパーの使用状態を示す側面図とその垂直断面図である。 本発明の粘性体ダンパーの異なる使用状態を示した垂直断面図である。

符号の説明

１ａ 第１抵抗板
１ 抵抗板部材
２ａ 第１固定板
２ 第１粘性体容器
３ 第２抵抗板
４ａ 第２固定板
４ 第２粘性体容器
６ 免震層
６ａ 下側の構造面
６ｂ 上側の構造面
７ 摩擦制御材
８ 水平な接触面

Claims (4)

1. 一定の間隔をあけて同一方向へ平行に配置された複数の第１抵抗板を下向きに備えた抵抗板部材と、
   前記の各第１抵抗板との間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされる複数の第１固定板を、前記第１抵抗板の一定大きさの移動ストロークを許容する長さで一体的構造に備え、粘性体を収容した第１粘性体容器と、
   前記第１粘性体容器の下面から下向きに、前記第１抵抗板と直交する方向に一定の間隔をあけて平行に配置された複数の第２抵抗板と、
   前記の各第２抵抗板との間に一定の粘性隙間をあけて互い違いの配置でそれぞれ平行に組合わされた複数の第２固定板を、前記第２抵抗板の一定大きさの移動ストロークを許容する長さで一体的構造に備え、粘性体を収容した第２粘性体容器との組合せから成り、
   免震構造物の免震層を形成する下側の構造面上へ前記第２粘性体容器が固定され、同じ免震層を形成する上側の構造面下へ前記の抵抗板部材が固定され、前記抵抗板部材と第１粘性体容器とは第１抵抗板の板面と直交する方向の相対移動が相互に拘束され、前記第１粘性体容器と第２粘性体容器とは第２抵抗板の板面と直交する方向の相対移動が相互に拘束されることを特徴とする、免震構造物の粘性体ダンパー。
2. 抵抗板部材と第１粘性体容器とを第１抵抗板の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段は、両者における第１抵抗板と平行な配置の金属板同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材を挟んで前記第１抵抗板の板面と同一方向にのみ滑る構成で行われ、
   また、第１粘性体容器と第２粘性体容器とを第２抵抗板の板面と直交する方向の相対移動を相互に拘束する手段は、第２抵抗板と平行な配置の金属板同士の垂直な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材を挟んで前記第２抵抗板の板面と同一方向にのみ滑る構成で行われていることを特徴とする、請求項１に記載した免震構造物の粘性体ダンパー。
3. 第１粘性体容器と第２粘性体容器との相対移動を許容しつつ第１粘性体容器の重量を第２粘性体容器で支持する構成として、第１粘性体容器と第２粘性体容器との水平な接触面がメタルタッチとして、又は摩擦制御材を挟んで滑る構成とされていると共に前記接触面の摩擦抵抗力が、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した免震構造物の粘性体ダンパー。
4. 抵抗板部材と第１粘性体容器との相対移動を許容しつつ免震層の上部構造鉛直荷重を下部構造へ伝達する構成として、抵抗板部材と第１粘性体容器との水平な接触面、および第１粘性体容器と第２粘性体容器との水平な接触面がそれぞれメタルタッチとして、又は摩擦制御材を挟んで滑る構成とされていると共に前記接触面の摩擦抵抗力が、免震構造物の風荷重等による揺れを防ぐトリガー機能を発揮する大きさに設定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した免震構造物の粘性体ダンパー。

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