JP2009002118A - Friction damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建築構造物の揺れを低減する摩擦ダンパーに関する。 The present invention relates to a friction damper that reduces shaking of a building structure.
地震等による建築構造物の揺れを低減するため、建築構造物の梁又はブレースに摩擦ダンパーが設けられている。摩擦ダンパーは、相対変位する2部材の一方の部材に滑り板を設け、当該滑り板と他方の部材の接触面で発生する摩擦力によって揺れを減衰させる機構となっている。 In order to reduce shaking of a building structure due to an earthquake or the like, a friction damper is provided on a beam or brace of the building structure. The friction damper has a mechanism in which a sliding plate is provided on one of two members that are relatively displaced, and the vibration is attenuated by a frictional force generated on a contact surface between the sliding plate and the other member.
ここで、摩擦ダンパーの一例として、振動により相対変位する2部材にそれぞれ第1圧接板、第2圧接板を設け、第1圧接板と第2圧接板の間に摩擦板及び滑動板を設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。 Here, as an example of the friction damper, a member in which a first pressure contact plate and a second pressure contact plate are provided on two members that are relatively displaced by vibration, and a friction plate and a sliding plate are provided between the first pressure contact plate and the second pressure contact plate. Yes (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の摩擦ダンパーは、摩擦板が樹脂等で構成され、滑動板がステンレス又はチタンからなる金属で構成されている。そして、第2圧接板と摩擦板の間の摩擦係数を、第1圧接板と滑動板の間の摩擦係数よりも大きくすることで、摩擦板の接着固定を不要としている。 In the friction damper of Patent Document 1, the friction plate is made of resin or the like, and the sliding plate is made of metal made of stainless steel or titanium. Then, by making the friction coefficient between the second pressure contact plate and the friction plate larger than the friction coefficient between the first pressure contact plate and the sliding plate, the adhesion and fixation of the friction plate is made unnecessary.
しかし、特許文献1の摩擦ダンパーは、ステンレス又はチタンの熱伝導率が小さいために滑動板の熱が逃げにくく、相手材である摩擦板の温度が急激に上昇してダンパー特性が変化しやすい状態となっていた。
本発明は、滑り材の熱を逃がすことができる摩擦ダンパーを得ることを目的とする。 An object of this invention is to obtain the friction damper which can release the heat | fever of a sliding material.
本発明の請求項1に係る摩擦ダンパーは、一の建築構造体に取り付けられる板材と、前記板材に固定された滑り材と、前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、80W/m・K・秒以上の相手板材と、を備えたことを特徴としている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a friction damper, comprising: a plate member attached to one building structure; a sliding member fixed to the plate member; and abutting against the sliding member, relative to the one building structure. It is attached to another moving building structure and has a mating plate material having a thermal conductivity of 80 W / m · K · second or more.
上記構成によれば、相手板材として、熱伝導率が80W/m・K・秒以上(一般的にSUS304のステンレス板の5倍以上)の素材を用いることで、滑り材と相手板材の間の摩擦面に発生する熱が、速やかに摩擦面外部に逃げる。 According to the above configuration, by using a material having a thermal conductivity of 80 W / m · K · second or more (generally, five times or more of a stainless steel plate of SUS304) as the mating plate material, between the sliding material and the mating plate material. Heat generated on the friction surface quickly escapes to the outside of the friction surface.
このため、滑り材が熱で変質することがなく、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。 For this reason, the sliding material is not altered by heat, the frictional force does not decrease for a short time earthquake response, and the sliding material melts or breaks for a long time earthquake response. Since there is no, the damping effect of the friction damper can be maintained.
本発明の請求項2に係る摩擦ダンパーは、前記相手板材の厚さが、一の建築構造体と他の建築構造体が相対移動している経過時間による前記相手板材の熱拡散を考慮して定められることを特徴としている。 In the friction damper according to claim 2 of the present invention, the thickness of the mating plate material takes into account the thermal diffusion of the mating plate material due to the elapsed time in which one building structure and the other building structure are moving relative to each other. It is characterized by being defined.
上記構成によれば、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなるようにその厚さを定めることにより、相手板材を最適な板厚とすることができる。 According to the above configuration, the mating plate material can be set to an optimum plate thickness by determining the thickness so that the degree of local thermal diffusion is sufficiently larger than the average degree of thermal diffusion. .
本発明の請求項3に係る摩擦ダンパーは、前記滑り材が、厚さが1mm以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されていることを特徴としている。 The friction damper according to claim 3 of the present invention is characterized in that the sliding material is made of a fluorine resin or a phenol resin having a thickness of 1 mm or less, and a backing material made of a back metal is mounted. Yes.
上記構成によれば、滑り材が、厚さが1mm以下のフッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成され、バックメタルで構成される裏打ち材が装着されているので、熱拡散させることで変質しにくくすることができる。このため、短時間の地震応答に対しては、滑り材の摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。 According to the above configuration, the sliding material is made of fluorine resin or phenolic resin having a thickness of 1 mm or less, and the backing material made of the back metal is mounted. be able to. For this reason, the frictional force of the sliding material does not decrease for a short time earthquake response, and the sliding material does not melt or break for a long time earthquake response. The vibration control effect can be maintained.
本発明の請求項4に係る摩擦ダンパーは、前記板材に溝部が形成され、該溝部に前記滑り材を嵌合したことを特徴としている。 A friction damper according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that a groove is formed in the plate material, and the sliding material is fitted in the groove.
上記構成によれば、溝部に滑り材が嵌合すると、滑り材側面と溝部側面の接触部分の支圧によって摩擦力が伝達される。摩擦面下面と板材平面の接触部分は摩擦による熱が主として伝達されるので、熱による接着剤の変質や、ビス止め部での温度応力の発生などによる応力集中が起こりにくい。このため、滑り材への局部的な応力集中を緩和させることができる。 According to the above configuration, when the sliding material is fitted into the groove portion, the frictional force is transmitted by the support pressure of the contact portion between the sliding material side surface and the groove portion side surface. Since heat due to friction is mainly transmitted to the contact portion between the lower surface of the friction surface and the plate material plane, stress concentration due to heat deterioration of the adhesive or generation of temperature stress at the screwing portion hardly occurs. For this reason, local stress concentration on the sliding material can be reduced.
本発明の請求項5に係る摩擦ダンパーは、両面に前記滑り材を固定した前記板材を上下に複数枚設け、上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴としている。 A friction damper according to claim 5 of the present invention is provided with a plurality of plate members each having the sliding material fixed on both sides thereof, and the mating plate material is interposed between the sliding materials fixed to the plate materials arranged above and below. The mating plate is inserted and brought into contact with the sliding material, and the mating plate material in contact with the uppermost sliding material and the mating plate material in contact with the lowermost sliding material are provided.
上記構成によれば、板材、滑り材、相手板材を複数積層し、多段の摩擦面を形成することにより、1段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパーをコンパクト化でき、一の建築構造体と二の建築構造体の隙間が狭くても摩擦ダンパーを設置可能となる。 According to the above configuration, the friction area per stage can be reduced by stacking a plurality of plate materials, sliding materials, and mating plate materials to form a multi-stage friction surface. Thereby, the friction damper can be made compact, and the friction damper can be installed even if the gap between the one building structure and the second building structure is narrow.
本発明は、上記構成としたので、滑り材の熱を逃がすことができ、滑り材が溶融したり破壊したりすることがなくなり、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。 Since the present invention is configured as described above, the heat of the sliding material can be released, the sliding material is not melted or broken, and the vibration damping effect of the friction damper can be maintained.
本発明の摩擦ダンパーの第1実施形態を図面に基づき説明する。 A friction damper according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1aに示すように、地盤108上に、高層の建物100が構築されている。
As shown in FIG. 1 a, a high-
建物100は、地盤108の鉛直方向にコンクリート等で構成される図示しない杭が形成され、この杭上に、複数の柱からなる柱部102と、複数の梁104が組み上げられ固定されることで構築される。
In the
また、建物100の一部の階層には、揺れ等に対する補強部としてトラス構造部106が設けられている。
In addition, a
図1bに示すように、トラス構造部106は、略水平方向に延設された上弦材110と、上弦材110の下方で上弦材110と平行に配設された下弦材112と、上弦材110の両端部から下弦材112の略中央部へ向けて配設された斜材114と、上弦材110の略中央部に一端が固定され、他端が下弦材112の略中央部に固定された柱材116と、で構成されている。
As shown in FIG. 1 b, the
上弦材110、下弦材112、斜材114、及び柱材116は、それぞれ図示しないボルト及びナットにより締結されている。
The
上弦材110の一端は、柱部102の側面から外方向へ突設された接続板118に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。また、下弦材112の一端は、接続板118の下方側で柱部102の側面から外方向へ突設された接続板120に、図示しないボルト及びナットにより締結されている。
One end of the
ここで、下弦材112の一部には、摩擦力を発生させて建物100(図1a参照)の制震を行う摩擦ダンパー10が設けられている。
Here, a part of the
図2a及び図2bに示すように、摩擦ダンパー10は、主に、鋼板からなる板材12と、板材12に取り付けられた滑り材14と、板材12と相対移動して滑り材14との間で摩擦力を発生させる相手板16、18と、で構成されている。
As shown in FIGS. 2a and 2b, the
板材12の一方端は、前述の接続板120(図1参照)の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板20、22で挟持されている。
One end of the
押え板20、接続板120、板材12、及び押え板22には、押え板20の上面から押え板22の下面へ貫通する貫通孔24、25が形成されている。この貫通孔24、25に、ボルト30が挿通され、ナット32で締結されることで、接続板120に板材12の一方端が固定されている。
The
板材12の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成された板状の滑り材14が、板材12の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
On the upper surface and the lower surface from the substantially central portion of the
滑り材14は、板材12に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材14の裏側にバックメタルで構成されるライナー(裏打ち材)を貼り付けて、このライナーを板材12に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材14への局部的な応力集中を緩和させることができる。
The
各滑り材14の上面又は下面には、板材12を挟んで所定距離離間して平行に配置された一対の相手板16、18の下面又は上面が当接されている。
The lower surface or upper surface of a pair of
相手板16、18の一方端から略中央部までは、滑り材14に当接している。また、相手板16、18の他方端は、前述の下弦材112(図1参照)の一部を構成するとともに中央部近傍に設けられた接続板122の上面、下面に当接され、接続板122を挟持している。
From the one end of the
相手板16、接続板122、及び相手板18には、相手板16の上面から相手板18の下面へ貫通する貫通孔40、41が形成されている。この貫通孔40、41に、ボルト34が挿通され、ナット36で締結されることで、接続板122に相手板16及び相手板18の一方端が固定されている。
In the
以上の構成により、板材12及び滑り材14が一体となって移動し、相手板16、18が滑り材14の上面又は下面を摺擦移動して、板材12と相手板16、18が相対移動可能となっている。
With the above configuration, the
相手板16、18は、熱伝導率(λ)が80W/m・K・秒以上で、厚さ(t)が1.9cmの鉄板で構成されている。相手板16、18は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
The
ここで、相手板16、18の材質及び板厚tの選択について説明する。
Here, selection of the material of the
相手板16、18の板厚tは、経過時間による当該相手板16、18の局部的な熱拡散を考慮して定められる。
The plate thickness t of the
摩擦ダンパー10の地震挙動時の温度上昇は、摩擦ダンパー10全体の熱容量による蓄熱と、温度上昇を評価する相手板16、18の局部的な熱容量による蓄熱と、経過時間による摩擦ダンパー10全体の平均的な熱拡散と、経過時間による相手板16、18の局部的な熱拡散と、に支配され、(1)式の回帰式で表現できる。
The temperature rise during the earthquake behavior of the
ここで、ΔK:温度上昇(K)、W:発生熱量(J)、τ:経過時間(sec)、Q:摩擦ダンパーの熱容量(J/K)、λ:相手板の熱伝導率(W/m・K)、t:温度上昇を評価する相手板の板厚(m)、Q´1:温度上昇を評価する板材の熱容量(J/K)、α1〜α4:回帰係数である。
Here, ΔK: temperature rise (K), W: generated heat (J), τ: elapsed time (sec), Q: heat capacity of friction damper (J / K), λ: thermal conductivity (W / m · K), t: plate thickness (m) of the counterpart plate for evaluating the temperature rise, Q′1: heat capacity (J / K) of the plate material for evaluating the temperature rise, α1 to α4: regression coefficient.
なお、(1)式は、滑り材14の材質形状を与条件として、相手板16、18及び摩擦ダンパー10全体のサイズを定めるための回帰式なので、滑り材14をパラメータとしていない。滑り材14の材質形状構成ごとに(1)式の回帰係数を定めることになる。
Since the equation (1) is a regression equation for determining the sizes of the
(1)式の右辺第1項は、時間経過と共に熱が拡散する状況を、第2項は、時間経過に加え評価対象部分の板厚と熱伝導率により局部的な熱が拡散する状況を、第3項及び第4項は、局部および全体の熱容量によって定常的に熱が蓄積される状況を表現している。 The first term on the right side of equation (1) shows the situation where heat diffuses over time, and the second term shows the situation where local heat diffuses due to the plate thickness and thermal conductivity of the evaluation target part in addition to the passage of time. The 3rd term and the 4th term express the situation where heat is constantly accumulated by the local and the whole heat capacity.
摩擦ダンパー10について、長時間の地震応答を考慮した繰返し試験によって得られた発生熱量の時刻履歴と、相手板16、18の材質をパラメータとした解析結果に基づくと、例えば以下のような回帰係数の例が得られる。
For the
なお、温度上昇の評価点は、滑り材14に接する相手板16、18表面の中央点であり、その点の温度は、接している滑り材14の温度であると見なせる。回帰の際には、短時間の地震応答に対する性能安定を設計対象とする経過時間40秒(10サイクル)における温度上昇と、長時間の地震応答に対する健全性を設計対象とする経過時間300秒(75サイクル)における温度上昇とを対象とした。
The evaluation point of the temperature rise is the center point of the surface of the
滑り材14を厚さ1mmのフッ素系樹脂(バックメタルの厚さ1mm)として、さらに、Qとしてダンパー全体の熱容量を用いたとき、α1=27.05、α2=6.660、α3=0.01188、α4=0.3950と求められる。
When the sliding
一方、Qとして相手板16、18の熱容量の合計を用いたとき、α1=11.90、α2=3.525、α3=0.01150、α4=0.1997と求められる。
On the other hand, when the total heat capacity of the
ここで、相関係数は、それぞれ0.935、0.939となり、ほぼ同等であるので、Qとして、ダンパー全体の熱容量を用いることにする。 Here, the correlation coefficients are 0.935 and 0.939, respectively, which are almost equal, so the heat capacity of the entire damper is used as Q.
(1)式の回帰式の構成から、摩擦ダンパー10の温度上昇の抑制に効果がある要因として、摩擦ダンパー10全体の熱容量Qを向上させること(第1項、第2項、第4項)、温度上昇を評価する板材12の熱容量Q´1を向上させること(第3項)、温度上昇を評価する板材12の局部的な熱拡散を促すこと(第2項)が挙げられる。
From the configuration of the regression equation (1), the heat capacity Q of the
摩擦ダンパー10全体の熱容量Qは(2)式で表現される。
The heat capacity Q of the
ここで、Ci:i部分の材料の比熱容量(J/kg・K)、ρi:i部分の材料の密度(kg/m3)、Vi:i部分の体積(m3)である。
Here, Ci: specific heat capacity (J / kg · K) of the material of the i portion, ρi: density of the material of the i portion (kg / m 3 ), and Vi: volume of the i portion (m 3 ).
主な金属材料の比熱容量と密度を表1に示す。 Table 1 shows specific heat capacities and densities of main metal materials.
比熱容量と密度の積は、アルミニウムが他の金属材料に比べやや小さいことを除けば、材料による違いは殆ど無い。また、摩擦ダンパー10全体または相手板16、18のサイズ(体積)を著しく大きくすることはできない。このため、摩擦ダンパー10全体又は相手板16、18の熱容量を向上させることによる摩擦ダンパー10の温度上昇の抑制は困難である((1)式の第1項、第4項に相当)。
The product of specific heat capacity and density is almost the same as the material except that aluminum is slightly smaller than other metal materials. Further, the size (volume) of the
一方、板材12の熱容量Q´1による摩擦ダンパー10の温度上昇抑制効果については、式の形式から、定常的な熱の蓄積を表すものであり、地震応答の時間経過に伴う温度上昇を抑制する項ではないことが分かる((1)式の第3項に相当)。
On the other hand, the effect of suppressing the temperature rise of the
従って、地震応答の時間経過に伴う摩擦ダンパー10の温度上昇を抑制するためには、温度上昇を評価する板材12の局部的な熱拡散を促すことが有効であることになる((1)式の第2項に相当)。
Therefore, in order to suppress the temperature rise of the
ここで、主な金属材料の熱伝導率λを表2に示す。 Here, Table 2 shows the thermal conductivity λ of main metal materials.
材料によって熱伝導率は大きく異なる。相手板16、18としてよく使われるステンレスに対して、鉄は約5倍、銅は20倍以上の数値であり、材料の違いが有意な差となることが分かる。
The thermal conductivity varies greatly depending on the material. Compared to stainless steel often used as the
λおよびtに適当な値を代入して、(1)式の第2項の係数を求めると表3のようになる。なお、表3のλは表2の数値を工学的に丸めた値である。 By substituting appropriate values for λ and t, the coefficient of the second term of equation (1) is obtained as shown in Table 3. Note that λ in Table 3 is a value obtained by engineering the numerical values in Table 2 in engineering.
前述のように、平均的な熱拡散に関わる第1項の係数は27.05/τであるので、80W/m・K程度以上の熱伝導率λを有する材料を用い、板厚tを適切に選ぶことで、(1)式の第2項の係数を、第1項に比べて十分小さくできる。すなわち、相手板16、18の局所的な熱の集中が速やかに緩和され、平均的な熱拡散の状態に近づけることができる。
As described above, since the coefficient of the first term related to the average thermal diffusion is 27.05 / τ, a material having a thermal conductivity λ of about 80 W / m · K or more is used, and the thickness t is appropriately set. The coefficient of the second term in the equation (1) can be made sufficiently smaller than that of the first term. That is, the local heat concentration of the
摩擦ダンパー10の滑り材14として代表的に用いられる樹脂系滑り材について、温度上昇クライテリアの設定例を表4に示す。(1)式の回帰式に基づいて、温度上昇のクライテリアを満たすように相手板16、18の材質や板厚を定めればよい。
Table 4 shows an example of setting the temperature rise criteria for a resin-based sliding material typically used as the sliding
なお、表5に、樹脂の厚さを1mmとしたときの熱伝導率λ、板厚t、経過時間τ、各熱容量、発生熱量W、温度上昇ΔKの値を示す。また、表6に、樹脂の厚さを2mmとしたときの熱伝導率λ、板厚t、経過時間τ、各熱容量、発生熱量W、温度上昇ΔKの値を示す。
Table 5 shows the values of thermal conductivity λ, plate thickness t, elapsed time τ, heat capacity, generated heat W, and temperature rise ΔK when the resin thickness is 1 mm. Table 6 shows the values of thermal conductivity λ, plate thickness t, elapsed time τ, heat capacity, generated heat W, and temperature rise ΔK when the resin thickness is 2 mm.
樹脂の厚さを1mmより大きくすると、特に板厚が小さなときに温度上昇の値が大きくなるので、樹脂の厚さは1mm以下とすることが望ましい。 When the thickness of the resin is larger than 1 mm, the value of the temperature rise becomes large especially when the plate thickness is small. Therefore, the thickness of the resin is desirably 1 mm or less.
次に、本発明の第1実施形態の作用について説明する。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.
図3は、板材12と相手板16、18の相対移動の状態を示したものである。なお、図3では、説明の都合上、相手板16、18側を基準(固定)として、板材12の移動量を示している。
FIG. 3 shows a state of relative movement between the
図3aに示すように、建物100(図1参照)に地震等の揺れが生じていない場合は、板材12及び相手板16、18は静止している。
As shown in FIG. 3a, when the building 100 (see FIG. 1) is not shaken by an earthquake or the like, the
続いて、図3bに示すように、地震等の揺れが生じて、板材12が相手板16、18に対して矢印−X方向へ距離d1で相対移動すると、滑り材14は、板材12と一体で矢印−X方向へ移動する。このため、滑り材14と相手板16、18との界面(摩擦面)で摩擦力が発生する。
Subsequently, as shown in FIG. 3 b, when a shaking such as an earthquake occurs and the
この摩擦力をF1とすると、揺れの振動エネルギーは、F1×d1に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。 When this frictional force is F1, the vibration energy of shaking is attenuated by an energy corresponding to F1 × d1.
続いて、図3cに示すように、板材12が相手板16、18に対して矢印+X方向へd1の位置から距離d2で相対移動すると、滑り材14は、板材12と一体で矢印+X方向へ移動する。このため、滑り材14と相手板16、18との界面で摩擦力が発生する。
Subsequently, as shown in FIG. 3c, when the
この摩擦力は、大きさが概略F1に等しく向きが逆な力となる。これをF2とすると、揺れの振動エネルギーは、F2×d2に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。 This frictional force is a force whose magnitude is approximately equal to F1 and opposite in direction. Assuming that this is F2, the vibration energy of the vibration is attenuated by the energy corresponding to F2 × d2.
このように、滑り材14と相手板16、18との摩擦面で発生する摩擦力F1又はF2により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物100の制震が行われる。
Thus, the vibrational energy of the vibration is gradually attenuated by the frictional force F1 or F2 generated on the friction surface between the sliding
ここで、滑り材14と相手板16、18との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材14又は相手板16、18が発熱する。
Here, when a frictional force is generated on the friction surface between the sliding
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材14の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材14が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
When the frictional force is large, the attenuation amount of the vibration energy increases, but on the other hand, the heat generation amount of the sliding
しかし、本実施形態では、相手板16、18として、熱伝導率が80W/m・K・秒以上で、厚さ1.9cmの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材14と相手板16、18の間の摩擦面に発生する熱が、相手板16、18及び接続板122を介して、建物100の躯体へ速やかに放散する。
However, in this embodiment, the
このため、滑り材14が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材14が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー10の制震効果を維持できる。
For this reason, the sliding
さらに、滑り材14が、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂で構成されており、熱で変質しにくくなっているので、摩擦ダンパーの制震効果を維持できる。
Furthermore, since the sliding
次に、本発明の摩擦ダンパーの第2実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第1実施形態と基本的に同一のものには、前記第1実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。 Next, a second embodiment of the friction damper of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the same elements as those in the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
図4aは、多段構造の摩擦ダンパー50の断面を示している。摩擦ダンパー50は、前述の建物100の下弦材112(図1参照)の一部に設けられている。
FIG. 4 a shows a cross section of a
図4aに示すように、摩擦ダンパー50は、主に、鋼板からなる板材52、54、56と、板材52、54、56に取り付けられた滑り材55と、板材52、54、56と相対移動して滑り材55との間で摩擦力を発生させる相手板58、60、62、64と、で構成されている。
As shown in FIG. 4a, the
板材54の一方端は、前述の接続板120の先端部と共に、鋼板からなる一対の押え板129、131で挟持されている。押え板129、接続板120、及び押え板131は、押え板129の上面から押え板131の下面へ貫通する貫通孔135、136が形成されている。この貫通孔135、136に、ボルト133が挿通され、ナット134で締結されることで、接続板120に押え板129、131が固定されている。
One end of the
また、押え板129、131は、鋼板からなる一対の押え板66、68で挟持されている。さらに、押え板66、68は、板材52、56で挟持されている。
The
ここで、板材52、押え板66、押え板129、板材54、押え板131、押え板68、及び板材56には、板材52の上面から板材56の下面へ貫通する貫通孔70、71が形成されている。この貫通孔70、71に、ボルト72が挿通され、ナット74で締結されることで、接続板120に板材52、54、56の一方端が固定されている。
Here, the
板材52、54、56の略中央部から他方端までの上面及び下面には、フッ素系樹脂又はフェノール樹脂を基材とする積層型の樹脂で構成された板状の滑り材55が、板材52、54、56の上面及び下面に沿って所定間隔で複数箇所に貼り付けられている。
On the upper surface and the lower surface of the
滑り材55は、板材52、54、56に接着剤で貼り付けられているかビス止めされているが、滑り材55の裏側にバックメタルで構成されるライナー(裏打ち材)を貼り付けて、このライナーを板材52、54、56に切削した溝部に嵌合した上で貼り付けるかビス止めするようにしてもよい。このようにすることで、滑り材55への局部的な応力集中を緩和させることができる。
The sliding
各滑り材55の上面又は下面には、板材52、54、56を挟んで所定距離離間して平行に配置された相手板58、60、62、64の下面又は上面が当接されている。
The lower surface or upper surface of the
相手板58、60、62、64の一方端から略中央部までは、滑り材55に当接している。また、相手板60、62の他方端は、前述の接続板122の上面、下面に当接され、接続板122を挟持している。
From one end of the
相手板60、62は、鋼板からなる一対の押え板78、80で挟持されている。さらに、押え板78、80は、板材58、64で挟持されている。
The
ここで、相手板58、押え板78、相手板60、接続板122、相手板62、押え板80、及び相手板64には、相手板58の上面から相手板64の下面へ貫通する貫通孔76、77が形成されている。この貫通孔76、77に、ボルト82が挿通され、ナット84で締結されることで、接続板122に相手板58、60、62、及び64の他方端が固定されている。
Here, the
以上の構成により、多段に形成された板材52、54、56及び滑り材55が一体となって移動し、相手板58、60、62、64が滑り材55の上面又は下面を摺擦移動して、板材52、54、56と相手板58、60、62、64が相対移動可能となっている。
With the above configuration, the
相手板58、60、62、64は、熱伝導率(λ)が80W/m・K・秒以上で、厚さ(t)が1.9cmの鉄板で構成されている。相手板58、60、62、64は、アルミニウム、黄銅、銅であってもよい。
The
次に、本発明の第2実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described.
図4a〜図4cは、板材52、54、56と相手板58、60、62、64の相対移動の状態を示している。なお、説明の都合上、相手板58、60、62、64側を基準(固定)として、板材52、54、56の移動量を示している。
4a to 4c show a state of relative movement between the
図4aに示すように、建物100(図1参照)に地震等の揺れが生じていない場合は、板材52、54、56及び相手板58、60、62、64は静止している。
As shown in FIG. 4a, when the building 100 (see FIG. 1) is not shaken such as an earthquake, the
続いて、図4bに示すように、地震等の揺れが生じて、板材52、54、56が相手板58、60、62、64に対して矢印−X方向へ距離d3で相対移動すると、滑り材55は、板材52、54、56と一体で矢印−X方向へ移動する。このため、滑り材55と相手板58、60、62、64との界面(摩擦面)で摩擦力が発生する。
Subsequently, as shown in FIG. 4b, when a vibration such as an earthquake occurs and the
この摩擦力をF3とすると、揺れの振動エネルギーは、F3×d3に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。 When this frictional force is F3, the vibration energy of shaking is attenuated by an energy corresponding to F3 × d3.
続いて、図4cに示すように、板材52、54、56が相手板58、60、62、64に対して矢印+X方向へd3の位置から距離d4で移動すると、滑り材55は、板材52、54、56と一体で矢印+X方向へ移動する。このため、滑り材55と相手板58、60、62、64との界面で摩擦力が発生する。
Subsequently, as shown in FIG. 4 c, when the
この摩擦力は大きさが概略F3に等しく向きが逆な力となる。これをF4とすると、揺れの振動エネルギーは、F4×d4に相当するエネルギー分だけ減衰することになる。 This friction force is a force having a magnitude approximately equal to F3 and opposite in direction. If this is F4, the vibration energy of the vibration will be attenuated by the energy corresponding to F4 × d4.
このように、滑り材55と相手板58、60、62、64との摩擦面で発生する摩擦力F3又はF4により、揺れの振動エネルギーが徐々に減衰し、建物100の制震が行われる。
Thus, the vibrational energy of the vibration is gradually attenuated by the frictional force F3 or F4 generated on the friction surface between the sliding
ここで、滑り材55と相手板58、60、62、64との摩擦面で摩擦力が発生するとき、摩擦エネルギーにより、滑り材55又は相手板58、60、62、64が発熱する。
Here, when a frictional force is generated on the friction surface between the sliding
摩擦力が大きいと、振動エネルギーの減衰量が大きくなるが、一方で、滑り材55の発熱量は増加する。この発熱量があまりに大きいと、滑り材55が、溶融して破壊されやすくなったり、変質して摩擦面の摩擦力が低下するなどして、制震効果が十分に得られなくなる。
When the frictional force is large, the attenuation amount of the vibration energy increases, but on the other hand, the heat generation amount of the sliding
しかし、本実施形態では、相手板58、60、62、64として、熱伝導率が80W/m・K・秒で、厚さ1.9cmの鉄板を用いており、局部的な熱拡散の程度が平均的な熱拡散の程度に比して十分大きくなっている。これにより、滑り材55と相手板58、60、62、64の間の摩擦面に発生する熱が、相手板58、60、62、64及び接続板122を介して、建物100の躯体へ速やかに放散する。
However, in this embodiment, an iron plate having a thermal conductivity of 80 W / m · K · sec and a thickness of 1.9 cm is used as the
このため、滑り材55が熱で変質することがない。また、短時間の地震応答に対しては摩擦力が低下せず、長時間の地震応答に対しては滑り材55が溶融したり破壊したりすることがないので、摩擦ダンパー50の制震効果を維持できる。
For this reason, the sliding
さらに、板材52、54、56、滑り材55、相手板58、60、62、64を複数積層して、多段の摩擦面を形成しているので、1段当りの摩擦面積を小さくすることができる。これにより、摩擦ダンパー50をコンパクト化でき、接続板120と接続板122の隙間が狭くても、建物100に摩擦ダンパー50を設置可能となる。
Furthermore, since the multi-stage friction surface is formed by laminating a plurality of the
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to said embodiment.
摩擦ダンパー10、50は、板材と滑り材の間の摩擦面を地面と略垂直となるように配置するだけでなく、略平行になるように配置してもよい。 The friction dampers 10 and 50 may be disposed not only so that the friction surface between the plate member and the sliding member is substantially perpendicular to the ground but also substantially parallel.
また、摩擦ダンパー10、50は、建物100の梁部104に設けてもよい。
Further, the
板材及び相手板は、1枚、3枚、4枚だけでなく、複数枚で適宜枚数選択できる。また、板材及び相手板の厚さは、同一であってもよく、片方が厚くてもよい。 The number of plate members and mating plates can be selected as appropriate from a single sheet, three sheets, and four sheets, as well as a plurality of sheets. Moreover, the thickness of a board | plate material and the other party board may be the same, and one side may be thick.
滑り材は、板材の移動方向に沿って3箇所設けるだけでなく、1箇所で面積の広いものを取り付けてもよく、また、2箇所以上の複数個所で取り付けてもよい。 The sliding material is not only provided at three locations along the moving direction of the plate material, but a sliding material having a large area may be attached at one location, or may be attached at two or more locations.
10 摩擦ダンパー(摩擦ダンパー)
12 板材(板材)
14 滑り材(滑り材)
16 相手板(相手板材)
18 相手板(相手板材)
50 摩擦ダンパー(摩擦ダンパー)
52 板材(板材)
54 板材(板材)
55 滑り材(滑り材)
56 板材(板材)
58 相手板(相手板材)
60 相手板(相手板材)
62 相手板(相手板材)
64 相手板(相手板材)
100 建物
120 接続板(一の建築構造体)
122 接続板(他の建築構造体)
10 Friction damper (friction damper)
12 Plate material (plate material)
14 Sliding material (sliding material)
16 Mating plate (mating plate material)
18 Mating plate (Mating plate material)
50 Friction damper (Friction damper)
52 Plate (Plate)
54 Plate material (plate material)
55 Sliding material (sliding material)
56 Plate (Plate)
58 Mating plate (Mating plate material)
60 Mating plate (mating plate material)
62 Mating plate (mating plate material)
64 Mating plate (Mating plate material)
122 Connection board (other building structures)
Claims (5)
前記板材に固定された滑り材と、
前記滑り材に当接させて、前記一の建築構造体と相対移動する他の建築構造体に取り付けられ、熱伝導率が、80W/m・K・秒以上の相手板材と、
を備えたことを特徴とする摩擦ダンパー。 A plate attached to a single building structure;
A sliding material fixed to the plate,
Abutting against the sliding material, attached to another building structure that moves relative to the one building structure, a mating plate material having a thermal conductivity of 80 W / m · K · sec or more,
A friction damper, characterized by comprising:
上下に配置された前記板材に固定された前記滑り材の間へ前記相手板材を挿入して前記滑り材に当接させると共に、最上部の前記滑り材に当接する前記相手板材と最下部の前記滑り材に当接する前記相手板材とを設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の摩擦ダンパー。
Provide a plurality of the plate material that fixed the sliding material on both sides up and down,
The mating plate material is inserted between the sliding materials fixed to the plate materials arranged above and below to be brought into contact with the sliding material, and the mating plate material in contact with the uppermost sliding material and the lowermost plate material The friction damper according to any one of claims 1 to 4, wherein the mating plate material that abuts against a sliding material is provided.
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