JP2007046722A - 制振装置、制振構造建物、免震装置及び連棟制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】変形差が大きい部位でも使用可能であり、設計の自由度が高く、経済的に有利な制振装置を提供する。
【解決手段】 建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するための制振装置１０は、架構の一の部位に取り付けられた第１板材１１と、架構の他の部位に取り付けられた第２板材１２と、第１板材１１及び第２板材１２と部分的に重なり合うように設けられた中継板材１３と、第１板材１１及び第２板材１２と中継板材１３との重なり合う部分に介装された粘弾性体１４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物架構の制振を行ううえで好適な制振装置及びそれを用いた制振構造建物、免震装置及び連棟制振構造に関する。

従来より、地震や風に対する振動を低減するために、粘弾性体のせん断変形に伴うエネルギー吸収を利用した制振装置が用いられている。粘弾性体を用いた制振装置は、例えば特許文献１に記載されているように、少なくとも一部が互いに重なり合った鋼板と、鋼板が重なり合う部分に介在する粘弾性体とを備えた構成が一般的である。かかる構成では、粘弾性体の厚みと面積を適宜設定することにより、設計者は意図する弾性と粘性を制振装置に持たせることができる。
特開２００１―２０５５７号公報

しかしながら、上記のような制振装置に用いられる粘弾性体は、厚すぎるとせん断変形ではなく曲げ変形を生じてしまうため、一般に厚さが２５ｍｍ以上の粘弾性体は用いることが難しい。さらに、粘弾性体は厚さの３００％程度以上のせん断変形に追随できないので、制振装置は７５ｍｍ程度以上の大変形には追随することができない。そのため、粘弾性体を用いた制振装置は、例えば、建物同士の変形差を利用して制振する連棟制振構造や、変形差の大きい免震構造建物の振動減衰機構などの、大変形を生じる部位に設置することが困難であり、大変形を生じる部位に取り付けられる制振装置には、粘性ダンパーや履歴ダンパーが用いられており、コスト高の原因となっていた。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、変形差が大きい部位に低コストで設置することができる制振装置を提供することである。

本発明の制振装置は、建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するための制振装置であって、前記架構の一の部位に取り付けられた第１の部材と、前記架構の他の部位に取り付けられた第２の部材と、前記第１の部材及び前記第２の部材のそれぞれと部分的に重なり合うように設けられた中継部材と、前記第１の部材及び前記第２の部材と前記中継部材との重なり合う部分にそれぞれ介装された粘弾性体とを備えることを特徴とする。

前記中継部材は、複数の板材と、一以上の粘弾性体とを備え、前記板材は、隣接する他の板材と部分的に重なり合うように設けられており、前記粘弾性体は、前記板材同士が重なり合う部分に介装されていてもよい。また、上記の制振装置において、前記中継部材は前記第１及び第２の部材に関して対称に配置されていてもよい。また、当該制振装置を面外方向両側から挟みこんで面外変形を拘束する手段を備えることが望ましい。さらに、本発明の制振装置は、建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するための制振装置であって、２以上の粘弾性ダンパーを直列に接続したことを特徴とする制振装置であってもよい。

以上の制振装置によれば、粘弾性体の数や配置を適宜調整することで、装置全体の厚み、長さ、最大変形を適宜変更できる。このため、粘弾性体を有する制振装置を大変形に対する追随性能が必要とされる部位に設置できる。
また、本発明は、以上の制振装置を備えたことを特徴とする制振構造建物、免震装置、及び、連棟制振構造を含むものとする。

本発明の制振装置によれば、粘弾性体の数や配置を変更することで、装置全体の厚み、長さ、変形追随性能を適宜に設定できるため、設計の自由度が向上する。また、大変形に対する変形追随性能が必要とされる免震装置の減衰デバイスや連棟制振構造に粘弾性体を用いることができるため、コストの削減が可能となる。

以下、本発明の制振装置の一実施形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態の制振装置を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の制振装置１０は、柱梁架構（図示せず）の一の部位に取り付けられた鋼材からなる第１板材１１と、柱梁架構の他の部位に取り付けられた鋼材からなる第２板材１２と、第１板材及び第２板材１２の表裏面側に、それらと重なり合うように設けられた鋼材からなる２枚の中継板材１３と、第１板材１１及び第２板材１２と中継板材１３との重なり合う部分に夫々介装された粘弾性体１４とを備える。

風や地震動などにより柱梁架構が変形すると、それに応じて第１板材１１及び第２板材１２が相対的に変位し、粘弾性体１４にせん断変形が生じる。かかる粘弾性体のせん断変形によって振動エネルギーが吸収されることにより、柱梁架構を制振することができる。

以下、本実施形態の制振装置１０が、使用する粘弾性体の変形性能、厚さ及び装置の仕事量を同一とした場合に、従来の制振装置と比較して大変形に対する優れた追随性能を有することを説明する。
従来の制振装置２０は、図２に示すように、柱梁架構の一の部位に接続された第１板材２１と、柱梁架構の他の部位に接続され、第１板材２１と部分的に重なり合うように設けられた第２板材２２と、第１板材２１と第２板材２２との間に介装された粘弾性体２４とにより構成される。ここで、この制振装置２０に用いられている粘弾性体２４の断面積を２Ａ、最大変形をδとすると、制振装置２０の各粘弾性体２４に最大変形δを生じさせる荷重は、Ｋ×２Ａ×δ＝２Ｐ（Ｐ＝ＫδＡ、Ｋは粘弾性体の弾性係数）であるため、制振装置２０の負担することができる最大荷重は２×２Ｐ＝４Ｐとなる。したがって、制振装置２０が負担する仕事量は４Ｐ×δ＝４δＰとなる。

また、変形追随性能を向上するために、図３に示すように、制振装置３０を、第１板材３１及び第２板材３２の間に、複数の粘弾性体３４と中継板材３３とを複数層重ね合わせた構成とすることがある。この制振装置３０に用いられている粘弾性体３４は、制振装置２０に用いられているものと同一の厚み及び変形性能を有するものであり、最大変形はδとなる。断面積をＡとすると、最大変形時の荷重はＫ×Ａ×δ＝Ｐであるため、制振装置２０全体の最大変形は４×δ＝４δ、仕事量はＰ×４δ＝４δＰとなる。このように、制振装置３０によれば、装置全体としての最大変形を大きくすることができる。しかし、制振装置３０全体の厚みが大きくなるため、建築計画上、制約を受けてしまったり、制振装置３０に曲げ応力が生じて、座屈してしまったりすることがある。

これに対し、図１に示す本実施形態の制振装置１０に用いられている粘弾性体１４が、上記の制振装置２０、３０に用いられている粘弾性体２４、３４と同一の変形性能及び厚さを有するとしたとき、最大変形も同じくδとなる。この場合、各粘弾性体１４の断面積をＡとすると、制振装置１０の各粘弾性体１４に作用する最大変形時の荷重は、Ｋ×Ａ×δ＝Ｐ（Ｐ＝ＫδＡ）である。このため、制振装置１０の負担する最大変形時の荷重は２×Ｐ＝２Ｐとなる。制振装置１０が負担する仕事量は、各粘弾性体１４が負担する仕事量の合計である４×Ｐ×δ＝４δＰとなり、従来の制振装置２０の負担する仕事量と等しい。そして、制振装置１０全体の変形量は、粘弾性体１４が直列に接続されているため、各粘弾性体１４の変形量の合計である２δとなる。

従来の制振装置２０と本実施形態の制振装置１０とを比較すると、本実施形態の制振装置１０は、最大荷重負担時に従来の制振装置２０の２倍の変形が可能である。このように、本実施形態の制振装置１０によれば、各粘弾性体１４の厚さや変形性能が同一であっても、より大きな変形に対して追随することができる。さらに、本実施形態の制振装置１０と、複数の粘弾性体３４を重ね合わせた制振装置３０と比較すると、制振装置３０全体としての厚みを薄くすることができ、建築計画上の自由度が増すとともに、曲げ応力により制振装置３０に過度な応力が作用するのを防止することができる。

また、本発明の制振装置は、図４に示す制振装置４０のように、粘弾性体の数や配置を変化させることにより、装置全体の最大変形や厚みを調整することも可能である。同図に示すように、粘弾性体４４及び中継板材４３の数や配置を変更することにより、制振装置４０全体の厚み、長さ、最大変形を調整することができるので、設計の自由度が向上する。

なお、エネルギー吸収を大きくするために粘弾性体の数を増やすと、制振装置が厚くなるため、粘弾性体が曲げ荷重が作用し、制振装置が面外方向に座屈を生じやすくなる。このような場合には、図５に示すように、最も外側の中継板材５３を面外方向の両側から挟み込んで面外変形を拘束する手段として皿ばねユニット５６を設けるとよい。同図に示すように、皿ばねユニット５６は、皿ばね５７と、皿ばね５７に挿通されるボルト５８と、ボルト５８の先端に取り付けられるナット５９とで構成される。皿ばねユニット５６は、複数の中継板材５３の間に、板材同士の間隔を一定に保つように皿ばね５７を挟み込み、ボルト５８を板材の挿通口に挿通し、ナット５９で締め付けることにより取り付けられている。

図５に示す構成によれば、粘弾性体５４に曲げ荷重が作用しても、皿ばねユニット５６が中継板材５３の面外方向の変形を拘束するため、制振装置５０の座屈を防止することができる。

さらに、制振装置５０の伸縮に応じて相対変位する中継板材５３を貫通してボルト５８が設けられる場合には、図６に示すように、相対変位する一方の中継部材５３に変形方向に延びるルーズホール５５を設ければよい。このルーズホール５５は、ボルト５８の径に比べて大きく、制振装置５０の変形方向（図６中左右方向）に延びるように設けられている。かかる構成により、制振装置５０が変形した場合にも、皿ばねユニット５６がルーズホール５５に沿って移動するので、皿ばねユニット５６が制振装置５０の変形を妨げることはない。

本実施形態の制振装置によれば以下の効果が得られる。
粘弾性体の数や配置を適宜調整することで大変形に追随することができるため、大変形が生じる部位にも制振装置を設けることができる。また、粘弾性体を複数重ねて変形追随性能を向上する方法に比べて、装置全体の厚さを薄くすることができるため、設計の自由度が増す。また、変形の大きい部位に設置する制振装置として従来用いられていた粘性ダンパーや履歴型ダンパーに代えて、粘弾性体を用いた本実施形態の制振装置を用いることができるため、粘性と剛性の両方を制振対象に与えて効率的な制振効果を得ることが可能となる。さらに、皿ばねユニットを設けることにより、板材の面外方向への変形を抑えることができ、制振装置の座屈を抑止することができる。

また、本実施形態の制振装置は優れた変形追随性能を有するので、変形差の大きい免震建物の振動減衰デバイスや、２棟以上の建物を連結してその変形差を利用して制振を行う連棟制振構造の制振装置として適用することができる。

なお、本実施形態では、押圧手段として皿ばねユニットを用いたが、これに限らず、制振装置を面外方向両側から挟み込んで面外変形を拘束できれば他の構成としてもよい。

本実施形態の制振装置を示す断面図である。 荷重が作用している状態の従来の制振装置を示す図である。 第１板材と第２板材との間に粘弾性体と中継板材を複数層重ね合わせた制振装置を示す図である。 中継板及び粘弾性体の数及び配置を変更した制振装置を示す断面図である。 皿ばねユニットを備えた制振装置を示す断面図である。 ボルトの挿通口をルーズホールとした制振装置を示す断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０ 制振装置
１１、２１、３１、５１ 第１板材
１２、２２、３２、５２ 第２板材
１３、３３、４３、５３ 中継板材
１４、２４、３４、４４、５４ 粘弾性体
５５ ルーズホール
５６ 皿ばねユニット
５７ 皿ばね
５８ ボルト
５９ ナット

Claims (10)

1. 建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するための制振装置であって、
   前記架構の一の部位に取り付けられた第１の部材と、
   前記架構の他の部位に取り付けられた第２の部材と、
   前記第１の部材及び前記第２の部材のそれぞれと部分的に重なり合うように設けられた中継部材と、
   前記第１の部材及び前記第２の部材と前記中継部材との重なり合う部分にそれぞれ介装された粘弾性体とを備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記中継部材は、複数の板材と、一以上の粘弾性体とを備え、
   前記板材は、隣接する他の板材と部分的に重なり合うように設けられており、
   前記粘弾性体は、前記板材同士が重なり合う部分に介装されていることを特徴とする請求項１記載の制振装置。
3. 前記中継部材は前記第１及び第２の部材に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項２記載の制振装置。
4. 当該制振装置を面外方向両側から挟みこんで面外変形を拘束する手段を備えることを特徴とする請求項２又は３記載の制振装置。
5. 建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するための制振装置であって、二以上の粘弾性ダンパーを直列に接続したことを特徴とする制振装置。
6. 請求項１から５の何れか記載の制振装置を備えたことを特徴とする制振構造物。
7. 請求項１から５の何れか記載の制振装置を振動減衰デバイスとして備えたことを特徴とする免震構造物。
8. 請求項１から５の何れか記載の制振装置を振動減衰デバイスとして用いることを特徴とする免震方法。
9. 複数の構造物を請求項１から５の何れか記載の制振装置を介して連結してなることを特徴とする連棟制振構造。
10. 複数の構造物を請求項１から５の何れか記載の制振装置を介して連結することを特徴とする連棟制振方法。