JP2009513898A5

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Publication number: JP2009513898A5
Application number: JP2008536887A
Authority: JP
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2009-08-06

Description

フォーク型ダンパ及び該ダンパの使用方法

本発明は、建築物、橋、及び他の構造体用制振システムに関する。特に本発明は、相対移動及び相対変形をうける構造体の２個の要素を相互連結し、構造体全体が荷重状態に置かれた時に、制振レベルを増加させる新形態ダンパに関する。新形態ダンパは、構造体システムの動荷重下で、変位、力、速度及び加速度の制御を促進する。

一般的な構造構成要素、例えば補強コンクリート耐震壁、構造用鋼材筋かい入りラーメン、構造用鋼材又は補強コンクリートモーメントラーメン又はそれらの組み合わせ等を使用する現代の建築物は、低い固有の制振特性を有する。この低い固有の制振に起因して、特に高層ビルは、動荷重によって生じさせられる過剰な振動に影響され易い。過剰な加速及びねじれ速度は、居住者に不快感をもたらし兼ねない一方、過剰な変位は、非構造要素及び構造要素を破損させ兼ねない。この理由により、これらの過剰な振動を制御すると共に、動荷重に対する建築物反応全体を減少させるために、付加的な制振源を供給すれば有利である。

この構造体における現用の変位、力、速度、及び加速度制御システムは、追加ダンパ及び振動吸収装置等の受動システム並びに能動システムからなる。
ヒステリシス、粘性、及び粘弾性ダンパ等の受動追加ダンパは、現在、一般的な筋かい入り構造体で使用されると共に、軸方向への変形下で作動させられる。これは、この一般的な筋かい入り形態下で、筋かい要素が大きな軸方向の変形を受ける幾つかの構造形態に制振を付加するのには効果的であるが、このダンパを作動させるために、水平方向への一次的変形モードが、一般的な筋かい要素の十分な軸方向への変形を生じさせない高層ビル等の他の構造システムでは、あまり効果的ではない。ダンパを作動させるのに十分な程度に変形量を増加させるために、変位量を増幅させるべく、トグル型筋かい又は鋏型筋かいを使用する特別な形態が用いられる。

同調質量ダンパ（ＴＭＤ）及び同調液体ダンパ（ＴＬＤ）等の振動吸収装置もまた、この構造体の撓み、力、速度、及び加速度を低減させるために使用される。これらは典型的には、その有効性を最大限にするために、建築物の最上階に装着される機械式振動システムからなる。これは、構成及び建築が高価であることに加えて、建築物内で最も貴重な不動産のいくつかを使用するという欠点を有する。これらはまた、限られた周波数範囲で作用する。

能動システムは、外部動力源、駆動力及び大規模ハードウェア及びソフトウェア制御システムを必要とする。その結果、能動システムは構成及び実施が高価であり、また電力事故又は制御システムの故障に影響されやすい。

本発明の目的は、既存のシステムの少なくとも１つの欠点を克服する新しい構造体用制振システムを提供することにある。特に本発明の目的は、制振システムが構造体に付加的な制振をもたらすことにある。

本発明は、一態様から、建築物等の壁などの水平耐荷重構造体の間に装着する制振システムを提供し、この制振システムは、互いに噛み合う平行板の組を含む。第１組は、一端が一方の壁に取り付けられると共に、その他端で第２組と協働するように適応させられる。第２組は同様に、第２の壁に取り付けるように適応させられる。エネルギ分散材料が、板の夫々の組の部材間に載置される。適当なエネルギ分散材料は当該技術分野において周知であると共に、裂けたり或いは恒久的に変形することなく、構造体に生じる水平方向の変形に耐える程度に十分な力を備える一方、水平方向への変形から吸収されたエネルギを分散させる能力を有する材料を含む。２個の壁が例えば強風で相対的に移動する時に、両方の直交方向への壁の面内相対変形は、板の互いに対する相対変位の結果として、板組の間のエネルギ分散材料の作用によって制振させられる。

それ故、本発明の一態様によれば、構造体に使用する制振システムであって、連結手段によって１個以上の第２組の板と連結される１個以上の第１組の板と、第１組の板は、構造体内で横方向への荷重に耐える第１耐荷重構造要素と係合する第１端部を有し、第２組の板は、構造体内で横方向への荷重に耐える第２耐荷重構造要素と係合する第２端部を有しており、第２耐荷重構造要素は、第１耐荷重構造要素に近接して配置され、第１組の板を第２組の板に連結させるのに効果的な連結手段を含み、この連結手段はエネルギ分散材料を含む。

好適には、２組の板は複数の実質的に平行且つ間隔があけられた板を含み、第１組の板は、第２組の板と互いにかみ合わされる。また好適には、板組は、構造体の特定高さで同じ平面内に配置される２個の異なる水平耐荷重要素（耐震壁、鋼材筋かい、又は柱）の対向する２つの端部に取り付けられる。水平耐荷重要素間の距離を受け入れるために、その長さ方向に伸長するべく、延長要素がダンパのいずれか又は両方の端部に使用されてもよい。

本発明の別の態様によれば、構造体の制振増加方法が提供され、上述したような少なくとも１個の制振システムを、構造体の２個の隣接する水平耐荷重構造要素の間に装着する工程を含む。

本発明の別の態様によれば、上述したような少なくとも１個の制振システムを含み、より多くの制振を伴う構造体が提供される。
本発明の別のまた更なる効果及び特徴は、添付の図面を参照して以下に詳述される。

本発明を以下により詳細に、一例としてのみ、添付の図面を参照して説明する。図面では、同じ符号は同じ要素を示す。
次に図１Ａ〜図１Ｅを参照すると、中高層ビル建築のための当該分野の現在の状態の例が示され、即ち補強コンクリート耐震壁１１４（図１Ａ）、構造用鋼材筋かい入りラーメン１２０（図１Ｂ）、構造用鋼材又は補強コンクリートモーメントラーメン１３０（図１Ｃ）、それらの組み合わせ１４０（図１Ｄ）、及び外方柱１５２（コンクリート、鉄鋼、または当業界で使用される他の材料からなる）と内方耐震壁１５６とを備えた構造体（図１Ｅ）が使用されている。建築物は風又は地震荷重を受けるので、有効な制振をもたらす
ことなく、連結梁（１１６，１２８，１３４，１４４，１５４）又は水平筋かい（１２６，１４８）が変形させられる。

図１Ａを参照すると、補強コンクリート耐震壁１１４を使用する構造体１１０は、耐震壁１１４の間の開口１１２に配置される連結梁１１６を有する。同様に、図１Ｂに示すように、鋼柱１２４及び筋かい１２６を使用する構造体１２０は、柱１２４の間の開口１２２に配置される鋼材連結梁１２８を有する。柱１３２及び開口１３６内の連結梁１３４のみからなる代替の鋼構造体１３０が、図１Ｃに示されている。図１Ｄに示す最後の構造体は、開口１４６によって隔離させられると共に、連結梁１４４によって連結されるコンクリート耐震壁１４２及び鋼柱１５０及び筋かい１４８を備えた組み合わせ構造体１４０である。図１Ｅに示される最終的な構造体１５０は、好ましくはコンクリート化鉄鋼よりなり、内方耐震壁１５６に対して連結梁１５４を介して連結されている。

図２Ａ〜図２Ｅにおいて、符号１０にて示す本発明の一実施形態における制振システム即ちダンパは、図１Ａ〜図１Ｅに示す構造体の１個以上の連結梁（１１６，１２８，１３４，１４４，１５４）又は水平筋かい要素（１２６，１４８）の別例である。この構成によれば、ダンパ１０は単に連結梁又は水平筋かいの代替となると共に、連結梁又は水平筋かいによって占有される面積内に嵌合するので、内部空間に損失がない。しかし、必要に応じてダンパ１０を構造体全体の高さに至るまで深く構成し、連結梁に代えることも可能です。これによって、建築物が強い風又は地震荷重を受けた時に、ダンパ１０が変形させられると共に、システムへ追加の制振をもたらす。

図３〜図５を種々参照すると、制振システム１０は、第１組の鋼板３１０からなり、第１組の鋼板３１０は、第２組の１個以上の同様の鋼板３１２と互いに噛み合うと共に、エネルギ分散材料の挿入層を介して第２組の鋼板３１２と連結される。エネルギ分散材料挿入層は、接着層、または他の接合手段によって鋼板と接着される。２組の板の連結端と反対側の端部は、端部を埋設することにより、又は端部を壁に確実にボルト締めすることにより、一対の隣接する水平耐荷重要素３３０、即ちコンクリート耐震壁と構造的に係合させられる。板３１０，３１２は建築物に必要な構造的結合性をもたらすと共に、水平耐荷重要素３３０の移動に追従するのに十分な程度の剛性を有することにより、水平耐荷重要素３３０の２つの端部間の異なる移動を倍加させて、次には２組の板３１０，３１２の間で、エネルギ分散材料３２０を剪断変形させる。図３は、５枚の板３１２に連結された４枚の板３１０からなる制振システムの構成の一例を開示する。４枚の板３１０は、エネルギ分散材料３２０の円板を介して、５枚の板３１２に連結される。エネルギ分散材料３２０が取り付けられた水平耐荷重要素３３０が水平方向の変形を受けた時に、剪断変形を受ける８層のエネルギ分散材料３２０がある。

使用されるエネルギ分散材料３２０は、高制振ゴム又は高制振粘弾性材料、又はエネルギを分散させる（変位依存型又は速度依存型）他の材料である。
図４は、本発明に係る制振システム１０の他の例を開示しており、第１組の４枚の板４１０を含む。第１組の４枚の板４１０は、図３のように、エネルギ分散材料４２の大きな矩形形状部分によって、第２組の５枚の板４１２に連結される。制振効果を最大限にするべく、使用される板の数、及びエネルギ分散材料の長さ、幅、厚み及び形状の変更が、制振システムを特定の用途に同調させるために用いられ得る。また図４は、制振システム１０を水平耐荷重要素４３０に固定するために、板４１２の一端に固定システム４１４を開示する。

図５は、制振システム１０の一形態を開示しており、ダンパ５１０のエネルギ分散部は別々に構成され、更に硬質の延長要素５２０に連結され、次には、後で例えば建築現場で、水平耐荷重要素５３０と構造的に係合されるように構成される。

図６Ａは、水平方向の変形を受ける構造体６１０を開示する。耐震壁６１４を連結する連結梁６１６は、制振システム１０と共に変形させられる。図６Ｂは変形した連結梁６１６を至近位置において示す。は耐震壁６１４が移動すると、同耐震壁は矢印Ａ−Ａにて示される量だけ回動し、これに対応して連結梁６１６は矢印６４２にて示す量だけ変形される。連結梁６１６の変形は耐震壁６１４の横方向への変位に起因する回動の効果によるものである。図６Ｃは同様に変形した制振システム１０を拡大して示す。剛性延伸要素６３０は変形することなく、横方向に変位する。エネルギー消散要素６３５のみが変形される。従って、回動に基づく変形が最小限に留まる。
それ故、本発明の好適な実施形態は、付加的な制振をもたらすべく、構成に拘わらず、２個以上の水平耐荷重構造要素の間で、両方の直交方向への面内相対変形を利用する。

上記実施形態は、現用の制振システムと比較して、相対的に安価な制振システムを提供する。
好適な実施形態は更に、制振システムが装備される建築構造物の建築及び構造形態への大きな変化をもたらすことなく装備され得、また簡単に構成されると共に通常の制振システムへの単純な置換をもたらす制振システムを提供する。

ここに説明する本発明の実施形態は、風荷重、地震荷重、及び突風荷重等の水平方向の荷重を受ける建築物に関する一方、限定的ではない他の構造物を含む本発明の他の有用な用途は、当該技術分野に属する者であれば理解できる。

これで、本発明の現在好適な実施形態の説明を終える。前述は例証を目的として提示されており、排他的であるものではなく、また本発明を開示される精確な形態に限定するものではない。上記の教示を鑑みて、多くの変形及び変更が可能であると共に、当該技術分野に属する者であれば理解できる。例えば、第１組及び第２組を構成する板は、鋼材から作られると説明されているが、建築物に必要な構造結合性をもたらすと共に、壁又は梁などの水平耐荷重要素の移動に追従するのに十分な剛性を有する材料、例えば他の金属及び合金、高強度樹脂補強複合物等が使用されてもよい。また、エネルギ分散材料は、多様な材料、例えば天然又は合成ゴム（ＳＢＲ，ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム等）から選択されてもよく、この選択は当該技術分野の技術内にある。本発明の範囲は、本記載によってではなく、以下の請求の範囲によって限定されるものである。

一般的な建築物において、連結された耐震壁を示す側面図。一般的な建築物において、構造用鋼筋かい入りラーメンを示す側面図。一般的な建築物において、構造用鋼材又は補強コンクリートモーメントラーメンを示す側面図。一般的な建築物において、水平耐荷重システム、構造用鋼材筋かい入りラーメン及び補強コンクリート耐震壁の組み合わせを示す側面図。一般的な建築物において、内方耐震壁に連結された外方構造用柱を示す側面図。高層ビルにおいて壁の間に連結されている２個の耐震壁を示す側面図。高層ビルにおいて筋かい入りラーメンの間に連結された構造用鋼材筋かい入りラーメンを示す側面図。高層ビルにおいて、開示耐モーメントラーメンの間に連結されている構造用鋼材又は補強コンクリートモーメントラーメンを示す側面図。高層ビルにおいて、鋼材筋かい入りラーメン及びコンクリート耐震壁の間に連結されている水平耐荷重システム、補強コンクリート耐震壁に連結された構造用鋼材筋かい入りラーメンの組み合わせを示す側面図。一般的な建築物において、内方耐震壁壁に連結された外方構造用柱を示す側面図。５個の鋼板に連結された４個の鋼板及びそれらの間に挟持された４層の高制振材料を含む本発明の一形態を示す一連の図（直交方向、断片、平面及び側面図）。２個の耐震壁の間にダンパが連結された、提案された固定システム及び連結域形態の一例を伴うエネルギ分散材料の代替形態を示す一対の図（直交方向及び平面図）。ダンパシステムを２個の耐震壁の間に連結されるように構成するために任意の延長部材が使用される発明の一実施形態を示す一対の図（直交方向及び平面図）。開示される本発明が壁の間に連結されて、変形をうける２個の耐震壁を示す図。図６Ａにおいて円にて囲んだ領域Ｂを示す拡大図。図６Ａにおいて円にて囲んだ領域Ｃを示す拡大図。

Claims

構造体に使用する制振システムであって、
前記構造体内において連結梁の代替をするように機能する構造要素を備え、同構造要素は
ａ）第１組の板と、該第１組の板は、該構造体内で横方向の荷重に耐える第１耐荷重構造要素に対して固定される第１端部を有することと、
ｂ）第２組の板と、該第２組の板は、該構造体内で横方向の荷重に耐える第２耐荷重構造要素に対して固定される第２端部を有しており、該第２対荷重構造要素は、前記第１対荷重構造要素に隣接して配置されていることと、
ｃ）前記第１組の板を前記第２組の板に連結する連結手段と、該連結手段はエネルギ分散材料よりなること
とを含むことを特徴とする制振システム。
前記板組の各々は、複数の実質的に平行且つ間隔があけられた板を含み、前記第１組の板は前記第２組の板と互いに噛み合うことを特徴とする請求項１に記載の制振システム。
前記第１組の板の各板は、該第１組の板の他の各板と付加的に連結されると共に、前記第２組の板の各板は、該第２組の板の他の各板と付加的に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制振システム。
前記第１端部は、前記第１耐荷重構造要素と連結する硬質延伸要素を含むことを特徴と
する請求項１乃至３に記載の制振システム。
前記構造要素は連結梁とほぼ等しい寸法に設定されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制振システム。
前記構造要素は連結梁より大きい寸法に設定されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制振システム。
構造体の制振を増加させる方法であって、
ａ）少なくとも１個の制振システムを、横方向の荷重に耐える第１耐荷重構造要素及び横方向の荷重に耐える第２耐荷重構造要素の間に挿入する工程と、該第２対荷重構造要素は、該第１耐荷重構造要素に隣接して配置されていることと、前記制振システムは前記第１耐荷重構造要素と第２耐荷重構造要素とを連結する連結梁の代替をすることと、
前記制振システムは、第１耐荷重構造要素に固定される第１端部を備えた第１組の板と、第２耐荷重構造要素に固定される第２端部を備えた第２組の板とを含み、該第１組の板はエネルギ分散材料によって、該第２組の板と連結させられる
ことを特徴とする方法。
前記挿入工程は、前記構造体の階毎に、少なくとも１個の制振システムを挿入する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
増加される制振を伴う構造体であって、
横方向の荷重に耐える第１耐荷重構造要素と、
前記第１耐荷重構造要素に隣接して配置され、かつ横方向の荷重に耐える第２耐荷重構造要素と、
前記第１耐荷重構造要素と、第２耐荷重構造要素との間に配置され、前記第１耐荷重構造要素と第２耐荷重構造要素とを連結する連結梁の代替をする少なくとも１個の制振システムとを含み、該システムは、
前記構造体内において、前記第１耐荷重構造要素に取付けられる第１端部を備えた第１組の板と、
前記構造体内において、前記第２耐荷重構造要素に取付けられる第２端部を備えた第２組の板と、
前記第１組の板を前記第２組の板に連結させるのに有効な連結手段とを含み、該連結手段はエネルギ分散材料からなる
ことを特徴とする構造体。
前記構造体は、該構造体の階毎に、少なくとも１個の前記制振システムを含むことを特徴とする請求項９に記載の構造体。
前記第１耐荷重構造要素は柱であり、第２耐荷重構造要素は耐震壁であることを特徴とする請求項９に記載の構造体。
前記第１耐荷重構造要素は第１の耐震壁であり、第２耐荷重構造要素は第２の耐震壁であることを特徴とする請求項９に記載の構造体。
前記第１耐荷重構造要素及び第２耐荷重構造要素は連結梁とほぼ等しい寸法に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
前記第１耐荷重構造要素及び第２耐荷重構造要素は連結梁より大きい寸法に設定されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の構造体。
前記制振システムの制振強度及び制振エネルギー分散能力は第１の組の板と個数の変化及び第２の組の板の個数の変化により調節されることを特徴とする請求項７に記載の方法。