JP2007247733A

JP2007247733A - ダンパーセット

Info

Publication number: JP2007247733A
Application number: JP2006070643A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sato; 孝典佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】本発明は、風用と地震用との双方のダンパーを備えたダンパーセットに関し、微振動と大振動との相違によるダンパーの切替を精度良く切り替えるようにすることが課題である。
【解決手段】ボルト用孔２ａにおいて所望のクリアランスδ１を有して抵抗無く摺動可能なボルト２と、低耐力ダンパー３とを連結部材４で並列に連結して一体にし、これらと高耐力ダンパー５とを直列に連結してなるダンパーセット１とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、微振動と大振動との両方に効果的に作用するとともに経済的なダンパーセットに関するものである。

従来、建物の制振装置として、風荷重などによる微振動と地震動による大振動との両方の振動に効果的に作用する制振装置が知られている。例えば、下層階は風荷重対応型ダンパーをルーズホール（長穴）のギャップを有して接合した架構とし、上層階は地震荷重対応型ダンパーを有する架構として、大変形する地震時にはギャップによって風荷重対応型ダンパーが保護（非破壊）されるよう工夫されている。しかしながら、風荷重対応型ダンパーと地震荷重対応型ダンパーが分離配置されているので高コストとなるし、また長穴は精度が悪く高コストとなる（特許文献１参照）。もう一つの例では、粘弾性ダンパーを滑り接合で繋ぎ、大変形する地震時には滑りを先行させて粘弾性ダンパーを保護している。しかしながら、切り替わりが曖昧で信頼性に欠ける（特許文献２参照）。
特開平０７−２７９４７８号公報特開２００４−３００９１２号公報

従来の制振装置では、高コストとなったり、微小振動と大振動との切り替わりが曖昧であり、前記バネや粘弾性ダンパの剛性を適宜に設定して、その設計上の設定により切り替わるようにされている。本発明に係るダンパーセットは、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係るダンパーセットの上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、ボルト用孔において所望のクリアランスを有して抵抗無く摺動可能なボルトと、低耐力ダンパーとを連結部材で並列に連結して一体にし、これらと高耐力ダンパーとを直列に連結してなることである。

前記低耐力ダンパーと、高耐力ダンパーとのうち、少なくとも一方が非鉄の摩擦材を金属製添え板で挟装してボルト軸力で締め付けられた摩擦ダンパーであること、；
少なくとも前記低耐力ダンパーが、粘弾性ダンパーまたはオイルダンパーであること、；
前記低耐力ダンパーと高耐力ダンパーとのうち、少なくとも一方が塑性金属による履歴ダンパーであること、；
を含むものである。

本発明のダンパーセットによれば、図１に示すように、風用の低耐力ダンパー（Ｋ１）と地震用の高耐力ダンパー（Ｋ２）とがあることで、建物に吹く強風による船酔いが防止され、大きな地震時には、摺動可能な複数個の前記ボルトによって、前記低耐力ダンパーから高耐力ダンパーへと所要の変形量によって精度良くジャンプして切り替わり、大きな振動エネルギーが吸収される。

前記ボルトは、安価で精度良く形成され、ボルト孔も高精度に形成されるので、地震等の大きな力が伝達されようとする場合には、ボルトがボルト孔の壁面に衝突して、確実に力が伝達され、低耐力ダンパーから高耐力ダンパーへ所定の変形後にジャンプする。

また、前記ボルトは複数個用意されているが、大きな力の支圧伝達が厳密にはボルトの線接触から面接触へと変形して、局部塑性変形が伴うので、前記複数個のボルトがボルト孔の壁面に同時に当たってせん断される同時性も確保される。よって、支圧伝達に複数個のボルトを調整して使用することで、いかなる大きさの地震力でも支圧伝達することが容易にできる。

本発明に係るダンパーセット１は、図１に示すように、ボルト用孔２ａにおいて所望のクリアランス（δ１）を有して抵抗無く摺動可能なボルト２と、低耐力ダンパー３とを連結部材４で並列に連結して一体にし、これらと高耐力ダンパー５とを直列に連結してなる。このダンパーセット１は、例えば、図１１、図１２に示すように、建物の柱梁架構の中のブレースや壁を介して、上下階の間に設置されるものである。

前記ダンパーセット１の荷重変形特性は、一例として図２に示すようになる。強風による揺れが生じる場合には、クリアランスδ１が±２ｍｍまでは１ｔｏｎｆの風用ダンパーである低耐力ダンパー３としてエネルギー吸収する。それ以上に変形しようとしても、ボルト２がボルト孔２ａの壁面に衝突する。高層ビルでは強風による緩やかな揺れが生じて、建物内部の人が船酔いするので、これを防止するために、前記強風の風圧による１装置当たり（５装置/階）の負担せん断力（Ｑ）は０．５ｔｏｎｆ〜３ｔｏｎｆ程度で、層間変位量が１ｍｍ〜３ｍｍであることから、前記低耐力ダンパー３を、振幅±２ｍｍの風用ダンパーとする。

そして、地震時には、振幅±２ｍｍでボルト２がボルト孔２ａに衝突して風用ダンパーである低耐力ダンパー３をジャンプする。その後は、最大設計変位を±４０ｍｍとすると、その±４０ｍｍ以内で２００ｔｏｎｆの地震用ダンパーである高耐力ダンパー５が地震エネルギーを吸収する。前記±４０ｍｍの振幅としたのは、例えば、超高層ビルで層間変位が１／１００以下なので、１層分を４０００ｍｍとした場合の変位である。

このように、微小振動と大振動とをエネルギー吸収するために二つのダンパーが用意され、その低耐力ダンパー３と高耐力ダンパー５との変換が、前記ボルト２とそのボルト孔２ａとの隙間（クリアランスδ１）によって精度良く行われるものである。

前記ダンパーの切替えを精度良くするために、本発明では複数本のボルト２とボルト孔２ａとで行うようにしたのは、前記隙間（クリアランスδ１）を、例えば、ＮＣ切削機等で安価で簡単に、且つ、高精度に孔開け加工ができるからである。

なお、前記クリアランスδ１を正確に保つために、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示すように、位置決め用のワッシャー６を介装させる場合がある。このワッシャー６は、芯合わせを行うものである。また、図３（Ｂ）に示す場合では、前記隙間にパラフィン等を充填しておいて、前記ワッシャー６の位置決めをする。そして、ボルト２がボルト孔２ａの壁に衝突する際には、前記パラフィンが潰れるようにするものであり、ワッシャー６の材料としては、合成樹脂、薄板金属板、ゴムなどである。

本発明のダンパーセット１は、図１１、図１２に示すように、建物の柱梁架構の中のブレースや壁を介して、上下階の間に設置されるものである。以下に、その実施例をいくつか示す。第１実施例に係るダンパーセット１の具体的な構成として、図４に示すように、非鉄の金属製板（例えば、Ａ１０５０Ｐ等のアルミニウム板、５ｍｍ厚）である摩擦材９を金属製の板材１０，添え板１０ｂで挟装し、上側の低耐力ダンパー３ではボルト２で締結し、板材１０ａに設けられたボルト孔２ａとの間でクリアランス（δ１）が確保されている。また、下側の高耐力ダンパー５では、ボルト１１，ナット１１ａとワッシャー１２とを挟んで締結されている。このワッシャー１２は、例えば、ゴムワッシャーである。これは、高耐力及び大変形が要求されるボルト１１の軸力安定材として用いられるものである。

前記下階の床７に固定して立設された板材１０と、添え板１０ｂに設けられたボルト孔１５は、ボルト２の直径と同じであって、ほぼ隙間無く孔開けされ、高力ボルトで一体化されている。また、上側の板材１０と添え板１０ｂのボルト孔１４も同様である。これらは、振動に対して一体となって移動するようにするためである。

前記ボルト１１が貫通する、板材１０ａに設けられたボルト孔１３は、水平方向に長い長孔となっていて、水平方向の±４０ｍｍの移動を確保している。この摩擦ダンパーの滑り面は、板材１０ａと摩擦材９との当接面である。

前記摩擦材９は、その材料として、アルミニウム板以外に、銅板、鉛板、真鍮板、チタン板、亜鉛板、ニッケル板、タリウム板、ステンレス板、銀板、金板、白金板、インジウム板、バリウム板、それらの合金板、それらのメッキ鋼板の非鉄金属、または、アルミナ板、ジルコニア板、チタニア板、酸化亜鉛板、ムライト板、窒化珪素板、窒化硼素板、窒化アルミニウム板、サイアロン板、炭化珪素板、炭化チタン板、ほう化物板、硫化物板それらの複合板のセラミックス板、レジン、樹脂などである。

第２実施例は、図５に示すように、前記第１実施例を簡潔にしたものである。この摩擦ダンパーの滑り面は、板材１０と摩擦材９との当接面である。なお、前記第１実施例における前記添え板１０ｂと摩擦材９とを、または、前記第２実施例における前記板材１０ａと摩擦材９とを、エポキシ樹脂接着や金属拡散接合，溶接、溶射等によって一体化させる場合がある。これは、複数の当接面がある場合に、その内の摩擦滑り面を特定させることで、力学的性状が安定するからである。

更に、異種金属の接触による電食を防止するために、接触面の周囲を粘着材やオイルでシールしたり、接触面をオイル塗布したりする場合がある。

第３実施例は、図６に示すように、低耐力ダンパー３を、粘弾性材３ａを使用した粘弾性ダンパーにしたものである。前記粘弾性材３ａを、例えば、スチレン系ゴム、ブチルゴム系、ジエン系、シリコン系、ウレタン系のものである。

この場合、微振動の時には、粘弾性ダンパーにおいて、上側部分がボルト１６と上側の板材１０と一体になり、下側の部分が下側の板材１０と一体になり、粘弾性材３ａの部分で水平に移動する。その粘性によりエネルギーが吸収される。地震の時には、下側の高耐力ダンパー５において、アルミニウム板等の摩擦板９と下側の板材１０との当接面で滑ることで、エネルギーが吸収される。

第４実施例は、図７に示すように、前記実施例と相違するのは、低耐力の低耐力ダンパー３を、オイルダンパーにしたものである。このオイルダンパーは、粘性液体のオリフィスの原理を利用したものであり、ピストンの押し引きを力としている。よって、ダンパーの調整が容易である。±２ｍｍ以下の振動に風用ダンパーとして使用され、それを超える振動には、高耐力ダンパー５が使用される。

第５実施例は、図８に示すように、低耐力ダンパー３と、高耐力ダンパー５との両方において、粘弾性材３ａと、これを挟装する板材１５と板材１７または添え板１０ｂと板材１７との粘性によってエネルギーを吸収する、粘弾性ダンパーとしたものである。上側の粘弾性材３ａの面積が小さいので、低耐力ダンパー３となり、下側が大きな面積なので高耐力ダンパー５となる。ボルト孔２ａとボルト１６とのクリアランスにより、風用と地震用とに分かれて、前記ボルト１６がボルト孔２ａの壁に衝突し、風用の低耐力ダンパー３からジャンプして、地震用の高耐力ダンパー５に切り替わるものである。

第６実施例及びその変形例は、図９と図１０とに示すように、低耐力ダンパー３と、高耐力ダンパー５とを、塑性金属の履歴ダンパーにしたものである。低耐力ダンパー３においては、塑性金属の添え板１０ｂにおける、中央部の細いくびれ部分１０ｃで、風ダンパーとして塑性変形してエネルギーが吸収される。ボルト１６とボルト孔２ａのクリアランスを超える変形の場合に、下側の高耐力ダンパー５が作用して、地震の振動エネルギーを吸収する。なお、塑性金属として、極低降伏点鋼などである。また、鉛ダンパーとすることもある。この実施例によれば、構造がコンパクトで簡易であり、組立コストも低減される。

本発明に係るダンパーセット１の概念を示すモデル図である。同本発明のダンパーセット１の荷重変位特性図である。ボルト２とボルト孔２ａとのクリアランスを示す断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）である。同ボルト２とボルト孔２ａとのクリアランスを示す断面図（Ａ）、平面図（Ｂ）である。本発明の第１実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明の第２実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明の第３実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明の第４実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明の第５実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明の第６実施例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。前記第６実施例の他の変形例に係る正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）とである。本発明に係るダンパーセット１の使用例であり、耐震壁に適用した場合の正面図（Ａ）と、側面図（Ｂ）とである。本発明に係るダンパーセット１の使用例であり、ブレース部材に適用した場合の正面図（Ａ）と、側面図（Ｂ）とである。

符号の説明

１ダンパーセット、
２ボルト、２ａボルト孔、
３低耐力ダンパー、３ａ粘弾性材、
４連結部材、
５高耐力ダンパー、
６ワッシャー、
７床、
８梁、
９摩擦材、
１０金属製の板材、１０ａ板材、
１０ｂ添え板、１０ｃくびれ部分、
１１ボルト、１１ａナット、
１２ワッシャー、
１３ボルト孔（長孔）、
１４ボルト孔、
１５ボルト孔、
１６ボルト、
１７板材。

Claims

ボルト用孔において所望のクリアランスを有して抵抗無く摺動可能なボルトと、低耐力ダンパーとを連結部材で並列に連結して一体にし、これらと高耐力ダンパーとを直列に連結してなること、
を特徴とするダンパーセット。
低耐力ダンパーと、高耐力ダンパーとのうち、少なくとも一方が非鉄の摩擦材を金属製添え板で挟装してボルト軸力で締め付けられた摩擦ダンパーであること、
を特徴とする請求項１に記載のダンパーセット。
少なくとも低耐力ダンパーが粘弾性ダンパーまたはオイルダンパーであること、
を特徴とする請求項１に記載のダンパーセット。
低耐力ダンパーと、高耐力ダンパーとのうち、少なくとも一方が塑性金属による履歴ダンパーであること、
を特徴とする請求項１に記載のダンパーセット。