JP2012067806A - 接合部の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小さな振動も大きな振動も抑制することが可能な接合部の制振構造を提供する。
【解決手段】相対移動自在に重ねられた第１部材及び第２部材と、第１部材及び第２部材に圧接力を付勢する第１圧接力付勢部材と、を備えて接合された第１接合部と、相対移動自在に重ねられた第２部材及び第３部材と、第２部材及び第３部材に圧接力を付勢する第２圧接力付勢部材と、を備えて接合された第２接合部と、を有し、前記第１接合部は、第１部材及び第２部材との相対移動量を規制する移動量規制部を有し、第１部材と第２部材とが振動により相対移動するときに第１接合部にて発生する摩擦力により、振動のエネルギーが吸収され、第２部材と第３部材とが振動により相対移動するときに第２接合部にて発生する摩擦力により、振動のエネルギーが吸収され、第１接合部にて発生する摩擦力は、第２接合部にて発生する摩擦力より小さく、振動による第１接合部の相対移動が移動量規制部にて規制されたときに第２接合部が相対移動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、相対変位可能な２つの部材の接合部の制振構造に関する。

相対移動可能な２つの部材の接合部にて振動を減衰する制振構造としては、例えば摩擦ダンパーが知られている。この摩擦ダンパーは、たとえば、建物架構において水平方向に相対移動する階床間に設けられる間柱などに備えられており、前記相対移動に伴って摺動する圧接板同士の摩擦力により、前記相対移動を抑制するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３５２１１３号

しかしながら、建物に入力される振動は、地震のような振幅の大きな振動ばかりでなく、例えば風などにより小さく振動する場合もある。このため、例えば、地震等による大きな振動にて最適な制振効果が発揮されるように摩擦ダンパーが調整されていると、風などの小さな振動を抑制することができない。また、風などの小さな振動にて最適な制振効果が発揮されるように摩擦ダンパーが調整されていると、地震等による大きな振動を抑制するためには、対策を追加する必要があるという課題がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、小さな振動も大きな振動も抑制することが可能な接合部の制振構造を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の接合部の制振構造は、相対移動自在に重ねられた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材に圧接力を付勢する第１圧接力付勢部材と、を備えて接合された第１接合部と、相対移動自在に重ねられた前記第２部材及び第３部材と、前記第２部材及び前記第３部材に圧接力を付勢する第２圧接力付勢部材と、を備えて接合された第２接合部と、を有し、前記第１接合部は、前記第１部材及び前記第２部材との相対移動量を規制する移動量規制部を有し、前記第１部材と前記第２部材とが振動により相対移動するときに前記第１接合部にて発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、前記第２部材と前記第３部材とが振動により相対移動するときに前記第２接合部にて発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、前記第１接合部にて発生する前記摩擦力は、前記第２接合部にて発生する前記摩擦力より小さく、前記振動による前記第１接合部の相対移動が前記移動量規制部にて規制されたときに前記第２接合部にて相対移動することを特徴とする接合部の制振構造である。

このような接合部の制振構造によれば、第１部材と第２部材とが相対移動自在に重ねられた第１接合部にて発生する摩擦力は、第２部材と第３部材とが相対移動自在に重ねられた第２接合部にて発生する摩擦力より小さいので、第１接合部は第２接合部より小さな力にて相対移動して振動エネルギーを吸収し、第２接合部は第１接合部より大きな力にて相対移動して振動エネルギーを吸収する。また、振動による第１接合部の相対移動が移動量規制部にて規制されたとき、即ち、第１接合部にて相対移動可能な移動量より大きく相対移動する場合には、第２接合部にて相対移動するので、第１接合部にて許容される移動量より大きく相対移動する場合には、第１接合部より大きな摩擦力を発生する第２接合部位にて振動エネルギーを吸収させることが可能である。このため、第１接合部では相対移動量が小さな振動のエネルギーを吸収して、小さな振動を抑制するとともに、第２接合部では相対移動量が大きな振動のエネルギーを吸収して大きな振動を制振することが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１接合部にて許容される相対移動量は、前記第２接合部にて許容される相対移動量より小さいことが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、小さな振動のエネルギーを吸収する第１接合部にて許容される相対移動量が、第２接合部にて許容される相対移動量より小さいので、振動エネルギーが大きく、相対移動量が大きな振動が入力された際には、より早く第１接合部より大きな摩擦力が発生する第２接合部にて振動エネルギーを吸収させることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１圧接力付勢部材は、重ねられた前記第１部材及び前記第２部材とともに貫通されたボルトにて圧縮されており、前記第２圧接力付勢部材は、重ねられた前記第２部材及び前記第３部材とともに貫通されたボルトにて圧縮されており、前記振動により前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力は、前記第１接合部における相対移動量が前記許容される相対移動量を超えたときに前記第１接合部の前記ボルトを介して前記第２接合部に伝達されることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、振動が入力されると、まず第１接合部にて第１部材と第２部材との間にて相対移動するとともにエネルギーが吸収される。そして、入力された振動が第１接合部の許容される相対移動量を超えたときには、第１接合部のボルトを介して、第２接合部に振動により第２部材と第３部材とが相対移動する力が伝達される。即ち、入力された振動が第１接合部にて許容される相対移動力を超える場合には、その振動が第２接合部に伝達されて、第２接合部にて振動エネルギーが吸収される。このため、第１接合部と第２接合部との制御手段を備えることなく、小さな振動は第１接合部にて、大きな振動は第２接合部にてそれぞれ吸収することが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１部材及び前記第３部材は、端部同士が互いに間隔を隔てて対向しており、前記第２部材は、前記第１部材と前記第３部材との間に架け渡されていることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第２部材は、端部同士が互いに間隔を隔てて対向している第１部材と第３部材との間に架け渡されているので、第１部材と第２部材とが相対移動して摩擦量が発生する部位と、第３部材と第２部材とが相対移動して摩擦力が発生する部位とを同一平面上にて配置することが可能である。このため、摩擦力が作用したときに、第１部材、第２部材、第３部材にねじれが生じ難いので、より効率良く振動を抑制することが可能である。また、第１部材と第３部材は、第２部材に対して同じ側に配置されるので、第１部材と第３部材とが第２部材に対して反対側に配置される場合より、重なり方向の厚みを小さくすることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１接合部の前記ボルトは、パイプ材に挿通されて設けられ、前記振動により前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力は、前記パイプ材を介して前記第２接合部に伝達されることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第２部材と第３部材とが相対移動する力は、パイプ材を介して第１部材から第２部材へと伝達されるので、ボルトをパイプ材により保護するとともに、ボルトを圧接力の付与のみに特化させて使用できて、その健全性を高く維持可能となる。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１部材は、前記第１接合部にて前記パイプ材が貫通される第１貫通孔を有し、前記第３部材は、前記第１貫通孔より前記相対移動方向の幅が広い第２貫通孔を有し、前記振動により前記第１接合部にて前記パイプが前記第１貫通孔と係合することにより、前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力が前記第２部材に伝達されることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第２部材と第３部材とが相対移動する力は、第1接合部にて第１部材と第２部材とが相対移動した際に許容される相対移動量を超えた際に第１貫通孔がパイプ材に当接されてパイプ材が移動することにより、パイプ材と共に第２部材が移動される。このとき、第２部材と第３部材とが相対移動する力がパイプ材と第１貫通孔との係合を介して第２部材に伝達されるので、ボルトに剪断力が作用することは殆どなく、ボルトを圧接力の付与のみに特化させて使用できて、その健全性をより高く維持可能となる。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１部材と前記第２部材とのうちの一方、及び、前記第２部材と前記第３部材とのうちの一方に設けられた滑り板と、前記第１部材と前記第２部材とのうちの他方、及び、前記第２部材と前記第３部材とのうちの他方に設けられ、前記第１部材と前記第２部材、及び、前記第２部材と前記第３部材が相対移動したときに前記滑り板と摺動して前記摩擦力が生じる摩擦板と、を有していることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第１部材と第２部材とのうちの一方、及び、前記第２部材と前記第３部材とのうちの一方に、設けられた滑り板と、第１部材と第２部材とのうちの他方、及び、第２部材と第３部材とのうちの他方に設けられ、第１部材と第２部材、及び、第２部材と第３部材が相対移動したときに滑り板と摺動して摩擦力が生じる摩擦板と、を有しているので、第１接合部及び第２接合部がそれぞれ相対移動した際に安定した摩擦力を生じさせて制振することが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１圧接力付勢部材及び前記第２圧接力付勢部材は皿ばねであり、前記第１接合部にて付勢する前記圧接力、及び、前記第２接合部にて付勢する前記圧接力は、前記皿ばねにより調整されることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第１圧接力付勢部材及び第２圧接力付勢部材は、圧縮方向の変形量に対して、荷重の変動がほぼ一定となる非線形ばね領域を備えた皿ばねなので、安定した圧接力を発生させることが可能である。特に、本接合部の制振構造では、第１圧接力付勢部材と第２圧接力付勢部材とにより付勢する圧接力を違えるために、安定した付勢力が得られる皿ばねを使用している。また、皿ばねは複数枚を重ねて使用することが可能なので、重ねる皿ばねの数を相違させることにより圧接力を容易に調整することが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第２部材は、前記第１部材及び前記第３部材を挟んで両側に設けられていることが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第１部材及び第３部材を第２部材にて両側から挟むことにより、第２部材を第１部材及び第３部材に対して安定した状態にて相対移動させて安定した摩擦力を発生させることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１部材及び前記第３部材に重ねられた第２部材は、前記相対移動の方向に沿って複数設けられており、前記複数の第２部材の各々と前記第１部材とが前記第１接合部を成し、前記複数の第２部材の各々と前記第３部材とが前記第２接合部を成すことが望ましい。
このような接合部の制振構造によれば、第１部材と第３部材との間には、複数の第２部材が架け渡されており、複数の第２部材の各々と第１部材とが第１接合部をなし、複数の第２部材の各々と前記第３部材とが前記第２接合部をなすので、各々の第２部材に設けられた第１接合部と第２接合部とを独立させて機能させることが可能である。具体的には、１つの第２部材に複数の第１接合部又は第２接合部が設けられていたとしても、単一の第１部材又は単一の第３部材の間では、いずれかの第１接合部の相対移動にて、その他の第１接合部における相対移動が規制されてしまう虞がある。このため、複数の第２部材を第１部材と第３部材との間に架け渡して、各々第１接合部と第２接合部を有する構成を有することにより、より効果的に振動を制振することが可能である。

本発明によれば、小さな振動を抑制するとともに、大きな振動も抑制することが可能な接合部の制振構造を提供することが可能である。

本発明に係る接合部の制振構造を建物の間柱に組み込んだ状態の一例を示す斜視図である。 本実施形態の摩擦ダンパーユニットを正面から見た模式図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。 摩擦ダンパーユニットの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである 風荷重による下摩擦ダンパーの動作を説明するための断面図である。 地震による摩擦ダンパーユニットの動作を説明するための断面図である。

以下、本実施形態の接合部の制振構造の一例について図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る接合部の制振構造を建物の間柱に組み込んだ状態の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態の摩擦ダンパーユニットを正面から見た模式図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、図５は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

本発明の接合部の制振構造は、多層階ビルディング等の上階層と下階層との間に設けられる柱、梁、ブレース及び間柱などがボルトで接合されたボルト接合部にて、水平方向の相対移動を制振する摩擦ダンパーをなしている。

本実施形態では、図１に示すように、摩擦ダンパー２０、３０を間柱１０に組み込んだ形態を例に挙げて説明する。
間柱１０は、上階層３と下階層５との間にて上下を架け渡し方向として配置されている。また、間柱１０は、その長手方向たる前記架け渡し方向の略中央の位置において分断されており、分断された端部を利用して摩擦ダンパー２０、３０を形成しつつ接合されている。

具体的には、図１〜図５に示すように、間柱１０が上下方向に間隔を隔てるように分断されて、第１部材としての間柱下部１１と、第３部材としての間柱上部１２とをなしている。

間柱下部１１と間柱上部１２とは、間柱下部１１の上端部１１ｃと間柱上部１２の下端部１２ｃとが、所定方向としての上下方向に互いに間隔を隔てて対向している。間柱下部１１と間柱上部１２との、表裏面側にはそれぞれ、間柱下部１１と間柱上部１２とに架け渡された第２部材としての対をなす２枚のスプライスプレート２１が、相対移動方向に沿って３対並べて設けられている。３対のスプライスプレート２１と間柱下部１１及び間柱上部１２との接合部がそれぞれ摩擦ダンパー２０、３０を構成している。即ち、間柱下部１１と間柱上部１２とに架け渡された、一対のスプライスプレート２１と間柱下部１１及び間柱上部１２との２つの接合部にて摩擦ダンパー２０、３０が構成された摩擦ダンパーユニット２５が３セット設けられている。以下、間柱上部１２とスプライスプレート２１との接合部にて形成されている摩擦ダンパーを上摩擦ダンパー２０とし、間柱下部１１とスプライスプレート２１との接合部にて形成されている摩擦ダンパーを下摩擦ダンパー３０として説明する。ここで、下摩擦ダンパー３０が第１接合部に相当し、上摩擦ダンパー２０が第２接合部に相当する。

３セットの摩擦ダンパーユニット２５は、いずれも同じ構成なので、ここでは１つの摩擦ダンパーユニット２５について説明する。

摩擦ダンパーユニット２５は、対をなすスプライスプレート２１が、上下方向と交差する方向にて間柱下部１１と間柱上部１２を挟んで互いに対向するとともに、間柱下部１１と間柱上部１２との間に架け渡されている。即ち、上摩擦ダンパー２０側では、２枚のスプライスプレート２１と、その間に介在された間柱上部１２とが重なっている。

また、間柱上部１２と各スプライスプレート２１との間には、間柱上部１２側に滑り板としての滑動板２６が固定され、スプライスプレート２１側に摩擦板２８が固定されている。ここで、摩擦板２８には、有機系摩擦材や無機系摩擦材を使用し得る。有機系摩擦材は、熱硬化型樹脂を結合材として、アラミド繊維，ガラス繊維，ビニロン繊維，カーボンファイバー，アスベストなどの繊維材料と、カシューダスト，鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とからなる複合摩擦材料で形成される。上記熱硬化型樹脂としては、フェノール樹脂，メラミン樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂，ＤＦＫ樹脂，グアナミン樹脂，エポキシ樹脂，キシレン樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレーン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などがある。一方、滑動板２６は上述したステンレスやチタンなどの耐食性を有する材料によって形成される。

間柱上部１２と滑動板２６とには、相対移動方向に長い長孔１２ａ、２６ａが設けられている。また、２枚のスプライスプレート２１と摩擦板２８とには、円形状の丸孔２１ａ、２８ａが設けられている。ここで、間柱上部１２に設けられた長孔１２ａが第２貫通孔に相当する。

２枚のスプライスプレート２１、間柱上部１２、２対の滑動板２６及び摩擦板２８に設けられた長孔１２ａ、２６ａ又は丸孔２１ａ、２８ａには高力ボルト１６が貫通されている。

高力ボルト１６は、対をなすスプライスプレート２１のうちの一方のスプライスプレート２１の、間柱上部１２と反対側に設けられ複数の皿ばねが重ねられた皿ばね積層体８を貫通するとともにナット１８が螺合されている。このとき、高力ボルト１６の頭部１６ａと他方のスプライスプレート２１との間、一方のスプライスプレート２１と皿ばね積層体８との間、皿ばね積層体８とナット１８との間にはそれぞれ座金４５が介在されている。また、皿ばね積層体８と高力ボルト１６との間には、皿ばね積層体８の内周側に入り込み各皿ばねの位置を規制するブッシュ４６が設けられている。

皿ばね積層体８は、高力ボルト１６にナット１８が螺合されて締め込まれて圧縮されることにより、２枚のスプライスプレート２１の間に圧接力を付勢する第２圧接力付勢部材である。２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とは皿ばね積層体８による圧接力が付勢されつつ水平方向に相対移動可能に構成され、２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とが相対移動したときには、摩擦板２８と滑動板２６とが摺動して摩擦力が生じるように構成されている。

下摩擦ダンパー３０側では、２枚のスプライスプレート２１と、その間に介在された間柱下部１１とが重なっている。

また、間柱下部１１と各スプライスプレート２１との間には、間柱下部１１側に滑動板２６が固定され、スプライスプレート２１側に摩擦板２８が固定されている。２枚のスプライスプレート２１、間柱下部１１、２対の滑動板２６及び摩擦板２８には、丸孔１１ｂ、２１ｂ、２６ｂ、２８ｂが設けられており、丸孔１１ｂ、２１ｂ、２６ｂ、２８ｂには、パイプ材としての鋼製の丸パイプ１７に、管軸方向に挿通された高力ボルト１６が貫通されている。ここで、間柱１１に設けられている丸孔１１ｂが第１貫通孔に相当する。そして、２枚のスプライスプレート２１及び摩擦板２８の丸孔２１ｂ、２８ｂの孔径は、貫通される丸パイプ１７との間の隙間がほぼ零になるように設定されており、また、間柱下部１１及び滑動板２６の孔径は、丸パイプ１７との間に隙間Ｓが形成されるように設定されている。なお、この隙間Ｓは、柱梁架構に風荷重が作用した際に想定される間柱下部１１と間柱上部１２との間の相対移動量を考慮して決定され、例えば当該相対移動量の想定値と同値又はこれよりもやや大きめの値に設定されている。

ここで、より望ましくは高力ボルト１６と丸パイプ１７との間に隙間を設けると良く、より望ましくは、当該隙間の大きさを、設計で想定する限界状態（例えば、弾性限界）まで変形状態の丸パイプ１７において当該丸パイプ１７の内周面と高力ボルト１６とが当接しないようなサイズにすると良い。そして、このように設定すれば、対を成すスプライスプレート２１を摺動させるための外力は、専ら丸パイプ１７のみに作用して高力ボルト１６には作用しないので、高力ボルト１６の健全性を高い状態に維持可能となる。

高力ボルト１６は、一方のスプライスプレート２１の、間柱下部１１と反対側に設けられ複数の皿ばねが重ねられた皿ばね積層体８を貫通するとともにナット１８が螺合されている。このとき、高力ボルト１６の頭部１６ａと他方のスプライスプレート２１との間、一方のスプライスプレート２１と皿ばね積層体８との間、皿ばね積層体８とナット１８との間にはそれぞれ座金４５が介在されている。また、皿ばね積層体８と高力ボルト１６との間には、皿ばね積層体８の内周側に入り込み各皿ばねの位置を規制するブッシュ４６が設けられている。

皿ばね積層体８は、高力ボルト１６にナット１８が螺合されて締め込まれることにより圧縮され、２枚のスプライスプレート２１の間に圧接力を付勢する第１圧接力付勢部材である。２枚のスプライスプレート２１と間柱下部１１とは皿ばね積層体８による圧接力が付勢されつつ水平方向に相対移動可能に構成され、２枚のスプライスプレート２１と間柱下部１１とが相対移動したときには、摩擦板２８と滑動板２６とが摺動して摩擦力が生じるように構成されている。このとき、間柱下部１１側に設けられた皿ばね積層体８の付勢力による圧接力は、間柱上部１２側に設けられた皿ばね積層体８の付勢力による圧接力より小さく設定されている。即ち、本実施形態では、皿ばね積層体８の付勢力による圧接力を上摩擦ダンパー２０と下摩擦ダンパー３０とで相違させることにより、同一の摩擦板２８と滑動板２６とを用いても、第１接合部にて発生する摩擦力を第２接合部にて発生する摩擦力より小さくしている。

具体的には、上摩擦ダンパー２０は、地震等の大きな外力が作用する振動により間柱上部１２とスプライスプレート２１とが相対移動し、下摩擦ダンパー３０は、風荷重のような小さな外力が作用する振動であっても相対移動するように設定されている。上摩擦ダンパー２０の圧接力と下摩擦ダンパー３０の圧接力の違いは、例えば、上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０が備える皿ばね積層体８を構成する皿ばねの枚数を違えることにより調整している。即ち、上摩擦ダンパー２０の皿ばね積層体８の方が、下摩擦ダンパー３０の皿ばね積層体８より多くの皿ばねが重ねられて構成されている。

このような上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０を有する摩擦ダンパーユニット２５が間柱１０に設けられた建物は、風荷重の作用下においては、入力される外力が小さいので、２枚のスプライスプレート２１と間柱下部１１との相対移動量も小さくなる。また、上述したように、丸パイプ１７と間柱下部１１の丸孔１１ｂとの間の隙間Ｓは、風荷重の作用下にて想定される２枚のスプライスプレート２１と間柱下部１１との相対移動量よりも大きく設定されている。よって、柱梁架構が振動しても、丸パイプ１７に対して間柱下部１１が隙間Ｓの範囲内で相対移動するのみであって間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面が丸パイプ１７に当接係合することは無く、もって、間柱下部１１から丸パイプ１７へと相対移動方向の力が作用することも無い。このとき、地震等の大きな外力が作用する振動にて相体移動するように設定された上摩擦ダンパー２０では、間柱上部１２とスプライスプレート２１とが相対移動しない。その結果、間柱下部１１のみが２枚のスプライスプレート２１に対して摺動するのみで、２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とは摺動しない状態が作り出される。つまり、風荷重のような小さな外力による振動に対しては、下摩擦ダンパー３０にて小さな摩擦力が発生し、これにより、下摩擦ダンパー３０は、風荷重による小さな外力による振動を、それに対応する大きさの小さな摩擦力によって効果的に減衰することができる。

他方、地震時においては、その外力も大きいので、２枚のスプライスプレート２１と間柱下部１１との相対移動量は、丸パイプ１７と丸孔１１ｂとの間の隙間Ｓよりも大きくなる。このため、当該相対移動に伴い、間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面は丸パイプ１７と当接係合することになる。すると、この当接係合による外力は丸パイプ１７内において剪断力の形態を経た後に、丸パイプ１７の２枚のスプライスプレート２１の丸孔２１ｂの内周面との当接係合を通じて間柱下部１１からスプライスプレート２１へと伝達され、当該伝達された外力は２枚のスプライスプレート２１を間柱上部１２に対して相対移動させるべく作用する。これにより、２枚のスプライスプレート２１は、間柱上部１２に対して摺動する。その結果、相対移動量の大きい振動、すなわち大きな外力の振動に対しては、上摩擦ダンパー２０にて大きな摩擦力が発生することになり、これにより、上摩擦ダンパー２０は、地震時の大きな外力による振動を、それに対応する大きさの大きな摩擦力によって効果的に減衰することができる。ここで、２枚のスプライスプレート２１の丸孔２１ｂが、振動による第１接合部である下摩擦ダンパー３０の相対移動を規制する移動量規制部に相当する。

図６は、この摩擦ダンパーユニットの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。このグラフは、相対移動方向に所定の振幅δ１又は振幅δ２で強制加振して得られるグラフであり、横軸には、相対移動方向の相対変位量δを示し、縦軸には、上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０が発生する摩擦力の総和を示している。なお、振幅δ１は地震時の想定振幅量であり、振幅δ２は風荷重作用下の想定振幅量である。図７は、風荷重による下摩擦ダンパーの動作を説明するための断面図である。

図６中、四角形ＡＢＣＤは、風荷重の作用下において、上述したように下摩擦ダンパー３０のみが摺動して上摩擦ダンパー２０が作用しない状態の振動エネルギー吸収履歴特性を示している。即ち、Ｅ点は、図７（ａ）に示す状態であり、下摩擦ダンパー３０に外力が作用していない状態を示している。Ａ点は、図７（ｂ）に示す状態であり、風荷重が作用し２枚のスプライスプレート２１に対し間柱下部１１が所定方向に相対移動して相対変位量δが最大δ２となった状態を示している。Ｂ点は、２枚のスプライスプレート２１に対する間柱下部１１の相対移動の方向が反転した直後の状態を示している。Ｃ点は、図７（ｃ）に示す状態であり、相対移動方向が反転した後に２枚のスプライスプレート２１に対する間柱下部１１の相対変位量δが最大−δ２となった状態を示している。Ｄ点は、２枚のスプライスプレート２１に対する間柱下部１１の相対移動方向が再び反転した直後の状態を示している。その後、上摩擦ダンパー２０は、Ａ点の状態に戻る。即ち、風荷重下では、このようなサイクルが繰り返される。

他方、地震時には、下摩擦ダンパー３０だけでなく上摩擦ダンパー２０も作用するので、振動の減衰力としては、下摩擦ダンパー３０と上摩擦ダンパー２０にて発生する摩擦力の総和が作用する。下摩擦ダンパー３０と上摩擦ダンパー２０にて発生する摩擦力の総和は、図６中の多角形ＦＧＨＩＪＫＬＭにおいて線分ＭＦ及び線分ＩＪで示すように、風荷重作用下の場合より大きくなっている。

図８は、地震による摩擦ダンパーユニットの動作を説明するための断面図である。
摩擦ダンパーユニット２５に、地震による振動が作用すると、まず、圧接力が小さな下摩擦ダンパー３０にて間柱下部１１と２枚のスプライスプレート２１とが間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面が丸パイプ１７に当接係合するまで相対移動する。ここまでは、風荷重下の場合と同じであり、図６に示すＡ点の状態、即ち、図７（ｂ）の状態である。その後、地震による外力は風荷重より大きいので、そのまま同じ方向に相対移動する。このとき、丸パイプ１７が間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面により相対移動方向に付勢されることにより、丸パイプ１７とともに移動する２枚のスプライスプレート２１が間柱上部１２に対して相対移動し上摩擦ダンパー２０にて摩擦力が発生する。

Ａ´点は、丸パイプ１７が間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面により相対移動方向に付勢され始めた直後の状態を示しており、Ｆ点は、図８（ａ）に示す状態であり、地震による外力が作用し間柱上部１２に対して２枚のスプライスプレート２１が所定方向に相対移動して相対変位量δが最大δ１となった状態を示している。

Ｇ点は、間柱上部１２に対して２枚のスプライスプレート２１の相対移動方向が反転した直後の状態を示している。地震による相対移動の方向が反転した際には、圧接力が小さな下摩擦ダンパー３０が先に作用する。すなわち、まず、丸パイプ１７に対して間柱下部１１が丸孔１１ｂと丸パイプ１７との隙間Ｓだけ相対移動する。Ｈ点は、図８（ｂ）に示す状態であり、相対移動方向が反転した後、下摩擦ダンパー３０が作用した状態を示している。

その後、地震の外力により、そのまま反転した方向と同じ方向に相対移動し続ける。このとき、丸パイプ１７が間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面により、線分Ａ´Ｆの状態と反対方向に付勢されることにより、丸パイプ１７とともに移動する２枚のスプライスプレート２１が間柱上部１２に対して相対移動し上摩擦ダンパー２０にて摩擦力が発生する。

Ｉ点は、相対同方向が反転し下摩擦ダンパー３０が作用し、上摩擦ダンパー２０が作用し始めた直後の状態を示している。Ｊ点は、図８（ｃ）に示す状態であり、地震による外力による相対移動の方向が反転した後、間柱上部１２に対して２枚のスプライスプレート２１の相対変位量δが最大―δ１となった状態を示している。Ｋ点は、２枚のスプライスプレート２１に対する間柱上部１２の相対移動方向が再び反転した直後の状態を示している。

２枚のスプライスプレート２１に対する間柱上部１２の相対移動方向が再び反転した直後は、Ｇ点と同様に、圧接力が小さな下摩擦ダンパー３０が先に作用する。すなわち、まず、丸パイプ１７に対して間柱下部１１が丸孔１１ｂと丸パイプ１７との隙間Ｓだけ相対移動する。Ｌ点は、図８（ｄ）に示す状態であり、相対移動方向が再び反転した後、下摩擦ダンパー３０が作用した状態を示している。

その後、地震の外力により、そのまま同じ方向に相対移動し続ける。このとき、丸パイプ１７が間柱下部１１の丸孔１１ｂの内周面により、線分Ａ´Ｆの状態と同じ方向に付勢されることにより、丸パイプ１７とともに移動する２枚のスプライスプレート２１が間柱上部１２に対して相対移動し上摩擦ダンパー２０にて摩擦力が発生する。

Ｍ点は、相対同方向が反転して下摩擦ダンパー３０が作用した後、上摩擦ダンパー２０が作用し始めた直後の状態を示している。その後、上摩擦ダンパー２０はＦ点の状態に戻る。即ち、地震による外力が作用した場合には、このようなサイクルが繰り返される。

本実施形態の間柱１０には、上記の摩擦ダンパーユニット２５が、３セット、相対移動方向に沿って並べて設けられているので、各々個別に機能して、風荷重及び地震による振動を減衰させることが可能である。

本実施形態の接合部の制振構造によれば、間柱下部１１と２枚のスプライスプレート２１とが相対移動自在に重ねられた下接合部である下摩擦ダンパー３０にて付勢している皿ばね積層体８の圧接力を、２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とが相対移動自在に重ねられた第２接合部である上摩擦ダンパー２０にて付勢している皿ばね積層体８の圧接力より小さくすることにより、第１接合部にて発生する摩擦力を第２接合部にて発生する摩擦力より小さくしたので、下摩擦ダンパー３０は上摩擦ダンパー２０より小さな力にて相対移動して振動エネルギーを吸収する。

また、下摩擦ダンパー３０は上摩擦ダンパー２０より許容される相対移動量が小さいので、相対移動量が小さな場合に振動エネルギーを吸収する。また、振動エネルギーが大きく振幅の大きな振動が入力された場合には、上摩擦ダンパー２０にて２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とが相対移動して、振動を抑制する。このため、下摩擦ダンパー３０では相対移動量が小さな振動のエネルギーを吸収して小さな振動を抑制するとともに上摩擦ダンパー２０では相対移動量が大きな振動のエネルギーを吸収して大きな振動を制振することが可能である。

より具体的には、摩擦ダンパーユニット２５が設けられた建物等に振動が入力されると、まず下摩擦ダンパー３０にて間柱下部１１と２枚のスプライスプレート２１との間にて相対移動するとともにエネルギーが吸収される。そして、入力された振動による相対移動量が、下摩擦ダンパー３０の許容される相対移動量である丸パイプ１７と丸孔１１ｂとの隙間Ｓを超えたときには、下摩擦ダンパー３０を構成する丸パイプ１７を介して、上摩擦ダンパー２０に、２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とが相対移動する力が伝達される。即ち、入力された振動が下摩擦ダンパー３０にて許容される相対移動力を超える場合には、その振動が上摩擦ダンパー２０に伝達されて、上摩擦ダンパー２０にて振動エネルギーが吸収される。このため、下摩擦ダンパー３０と上摩擦ダンパー２０との制御手段を備えることなく、小さな振動は下摩擦ダンパー３０にて、大きな振動は上摩擦ダンパー２０にてそれぞれ振動エネルギーを吸収することが可能である。

また、２枚のスプライスプレート２１と間柱上部１２とが相対移動するための力は、丸パイプ１７を介して間柱下部１１から２枚のスプライスプレート２１へと伝達されるので、丸パイプ１７に挿通されている高力ボルト１６が相対移動時に生じる剪断力を受けることを防止するとともに、高力ボルト１６を圧接力の付与のみに特化させて使用できて、その健全性を高く維持可能となる。このとき、間柱下部１１及び間柱上部１２を２枚のスプライスプレート２１にて両側から挟むことにより、２枚のスプライスプレート２１を間柱下部１１及び間柱上部１２に対して安定した状態にて相対移動させて安定した摩擦力を発生させることが可能である。

また、間柱下部１１と間柱上部１２とに設けられた滑動板２６と、２枚のスプライスプレート２１に設けられ、間柱下部１１及び間柱上部１２に対し相対移動したときに滑動板２６と摺動して摩擦力が生じる摩擦板２８と、を有しているので、上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０にてそれぞれ相対移動したときに安定した摩擦力を生じさせて制振することが可能である。

また、上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０に、圧縮方向の変形量に対して、荷重の変動がほぼ一定となる非線形ばね領域を備えた皿ばね積層体８を用いたので、より安定した圧接力を発生させることが可能である。このため、本接合部の制振構造では、上摩擦ダンパー２０と下摩擦ダンパー３０とにおいて、発生する摩擦力を違えるために、安定した圧接力が得られる皿ばね積層体８を使用している。また、皿ばね積層体８は、重ねる皿ばねの数を相違させることにより圧接力を相違させ、容易に摩擦力を調整することが可能である。

本実施形態の接合部の制振構造では、間柱下部１１と間柱上部１２との間には、複数の対を成すスプライスプレート２１が架け渡されており、複数の対を成すスプライスプレート２１の各々と間柱下部１１とを有する下摩擦ダンパー３０を構成し、複数の対を成すスプライスプレート２１の各々と間柱上部１２とを有する上摩擦ダンパー２０を構成するので、各々の対を成すスプライスプレート２１に設けられた上摩擦ダンパー２０と下摩擦ダンパー３０とを独立させて機能させることが可能である。具体的には、単一のスプライスプレート２１に複数の上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０が設けられていたとしても、各摩擦ダンパー２０、３０における丸孔１１ｂと丸パイプ１７との配置及び長孔１２ａとボルト１６との配置が、各摩擦ダンパー２０、３０にて相違していると、いずれかの摩擦ダンパー２０、３０のみに相対移動が生じた後には、他の摩擦ダンパー２０、３０において適切な相対移動が発生せず、摩擦力が適正に発生しない虞がある。ところが、本実施形態では、摩擦ダンパーユニット２５をスプライスプレート２１ごとに備えたので、各摩擦ダンパー２０、３０が個別に機能するため、各々の摩擦ダンパー２０、３０の減衰力を確実に作用させることが可能である。

上記実施形態では、下摩擦ダンパー３０が、高力ボルト１６が挿通される丸パイプ１７を備えている例について説明したが、丸パイプ１７は必ずしも設けなくても良い。

上記実施形態においては、間柱下部１１と間柱上部１２とに対をなすスプライスプレートが架け渡された例について説明したが、間柱下部１１と間柱上部１２等の２つの部材間に架け渡されるスプライスプレートは、２つの部材のいずれか一方の面のみの１枚であっても構わない。このとき、２つの部材をスプライスプレートの互いに異なる側に配置しても構わない。また、間柱に摩擦ダンパーユニットを３セット備えた例について説明したが、設けられる摩擦ダンパーユニットの数は３セットに限らない。

また、上記実施形態では摩擦ダンパーユニット２５を間柱１０に設けた例について説明したが、間柱に限らず、例えばブレース等であっても構わない。摩擦ダンパーユニットをブレースに備える場合には、架け渡し方向と相対移動方向とが同一となるため、地震等の大きな力にて相対移動する摩擦ダンパーに設けられる長孔は相対移動方向に沿って形成される。

上記実施形態においては、上摩擦ダンパー２０と下摩擦ダンパー３０とにおいて、発生する摩擦力を違えるために、上摩擦ダンパー２０及び下摩擦ダンパー３０が備える皿ばね積層体８による圧接力を相違させる例について説明したが、これに限るものではない。例えば、上摩擦ダンパー２０が備えている滑動板と摩擦板との間の摩擦係数と、下摩擦ダンパー３０が備えている滑動板と摩擦板との間の摩擦係数とを相違させても良い。

また、上記実施形態においては、圧接力付勢部材として皿ばね積層体８を用いた例について説明したが、これに限るものではなく、例えばコイルバネや板バネ等、圧縮されて圧接力を付勢可能な部材であれば構わない。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

３ 上階層、５ 下階層、８ 皿ばね積層体、１０ 間柱、
１１ 間柱下部（第１部材）、１１ｂ 丸孔、１１ｃ 上端部、
１２ 間柱上部（第３部材）、１２ａ 長孔、１２ｃ 下端部、
１６ ボルト、１６ａ 頭部、１７ 丸パイプ、 １８ ナット、
２０ 上摩擦ダンパー（第２接合部）、２１ スプライスプレート(第２部材)、
２１ａ 丸孔、２１ｂ 丸孔、２５ 摩擦ダンパーユニット、２６ 滑動板、
２８ 摩擦板、３０ 下摩擦ダンパー（第１接合部）、４５ 座金、
４６ ブッシュ

Claims (10)

1. 相対移動自在に重ねられた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材に圧接力を付勢する第１圧接力付勢部材と、を備えて接合された第１接合部と、
   相対移動自在に重ねられた前記第２部材及び第３部材と、前記第２部材及び前記第３部材に圧接力を付勢する第２圧接力付勢部材と、を備えて接合された第２接合部と、
   を有し、
   前記第１接合部は、前記第１部材及び前記第２部材との相対移動量を規制する移動量規制部を有し、
   前記第１部材と前記第２部材とが振動により相対移動するときに前記第１接合部にて発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、
   前記第２部材と前記第３部材とが振動により相対移動するときに前記第２接合部にて発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、
   前記第１接合部にて発生する前記摩擦力は、前記第２接合部にて発生する前記摩擦力より小さく、前記振動による前記第１接合部の相対移動が前記移動量規制部にて規制されたときに前記第２接合部にて相対移動することを特徴とする接合部の制振構造。
2. 請求項１に記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１接合部にて許容される相対移動量は、前記第２接合部にて許容される相対移動量より小さいことを特徴とする接合部の制振構造。
3. 請求項２に記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１圧接力付勢部材は、重ねられた前記第１部材及び前記第２部材とともに貫通されたボルトにて圧縮されており、
   前記第２圧接力付勢部材は、重ねられた前記第２部材及び前記第３部材とともに貫通されたボルトにて圧縮されており、
   前記振動により前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力は、前記第１接合部における相対移動量が前記許容される相対移動量を超えたときに前記第１接合部の前記ボルトを介して前記第２接合部に伝達されることを特徴する接合部の制振構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１部材及び前記第３部材は、端部同士が互いに間隔を隔てて対向しており、
   前記第２部材は、前記第１部材と前記第３部材との間に架け渡されていることを特徴する接合部の制振構造。
5. 請求項３または請求項４に記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１接合部の前記ボルトは、パイプ材に挿通されて設けられ、
   前記振動により前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力は、前記パイプ材を介して前記第２接合部に伝達されることを特徴する接合部の制振構造。
6. 請求項５に記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１部材は、前記第１接合部にて前記パイプ材が貫通される第１貫通孔を有し、
   前記第３部材は、前記第１貫通孔より前記相対移動方向の幅が広い第２貫通孔を有し、
   前記振動により前記第１接合部にて前記パイプ材が前記第１貫通孔と係合することにより、前記第２部材と前記第３部材とが相対移動する力が前記第２部材に伝達されることを特徴とする接合部の制振構造。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１部材と前記第２部材とのうちの一方、及び、前記第２部材と前記第３部材とのうちの一方に設けられた滑り板と、
   前記第１部材と前記第２部材とのうちの他方、及び、前記第２部材と前記第３部材とのうちの他方に設けられ、前記第１部材と前記第２部材、及び、前記第２部材と前記第３部材が相対移動したときに前記滑り板と摺動して前記摩擦力が生じる摩擦板と、
   を有していることを特徴する接合部の制振構造。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１圧接力付勢部材及び前記第２圧接力付勢部材は皿ばねであり、
   前記第１接合部にて付勢する前記圧接力、及び、前記第２接合部にて付勢する前記圧接力は、前記皿ばねにより調整されることを特徴とする接合部の制振構造。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記第２部材は、前記第１部材及び前記第３部材を挟んで両側に設けられていることを特徴とする接合部の制振構造。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
    前記第１部材及び前記第３部材に重ねられた第２部材は、前記相対移動の方向に沿って複数設けられており、
    前記複数の第２部材の各々と前記第１部材とが前記第１接合部を成し、前記複数の第２部材の各々と前記第３部材とが前記第２接合部を成すことを特徴する接合部の制振構造。