JP2016094989A - 振動吸収装置及び建物 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図りつつ設置コストを抑制することができる振動吸収装置及び建物を提供する。
【解決手段】建物において上下に対向する構造部材間に設けられる振動吸収装置１であって、上下一対のベース部材２と、下側ベース部材２Ａに固定される下段ガイド３と、下段ガイド３に案内される下段スライダ４と、下側ベース部材２Ａと下段スライダ４とを互いに摺動させる下段摺動板１１と、下段ガイド３と下段スライダ４との相対変位に伴ってエネルギー吸収する下段ダンパー５と、下段スライダ４に固定されるとともに上側ベースプレート２Ｂに対して移動可能に支持される上段ガイド６と、上段ガイド６に案内されるとともに上側ベースプレート２Ｂに固定される上段スライダ７と、下段スライダ４と上段スライダ７とを互いに摺動させる上段摺動板１２と、上段ガイド６と上段スライダ７との相対変位に伴ってエネルギー吸収する上段ダンパー８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、建物において上下に対向する構造部材間に設けられる振動吸収装置、及び、この振動吸収装置を備えた建物に関するものである。

従来、基礎などの下部構造と建物本体などの上部構造とを備えた建物において、地盤から下部構造に入力される地震動を上部構造へ伝達させないようにして、上部構造の振動を抑制して損傷を低減させるためのものとして、各種の免震構造あるいは免震装置が利用されている。このような免震装置の一例として、水平面内の二方向（Ｘ，Ｙ方向）に滑動又は転動することでスライド自在に設けられたスライダを備えたものであって、所謂、滑り支承や転がり支承と呼ばれる免震装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された免震装置は、建物における上側の構造部材としての土台と下側の構造部材としての基礎コンクリートとの間に設けられるものであって、土台と基礎とに上下一対の摺動部材が互いに直交する方向に延びて固定され、これらの摺動部材に亘ってそれぞれ摺動自在にスライダ（滑り子）が支持されている。従って、地震によって建物本体側の土台と地盤側の基礎とに水平方向の変位が生じる場合には、スライダが上下の摺動部材に沿って移動することによって水平変位を吸収し、地盤の地震動が建物本体に伝達されにくくなっている。

特開２０００−１９２６８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の免震装置は、スライダの移動によって水平変位を吸収することはできるものの、その水平変位を減衰させることができず、即ち、振動エネルギーを吸収することができない。このため、従来の免震装置では、地震や風などの外力の大きさに比例して生じる水平変位が大きくなってしまい、摺動部材の長さ寸法が大型化し、設置スペースを圧迫することになる。また、振動エネルギーを吸収するダンパー等を免震装置に加えて設置するとしても、設置スペースを圧迫するとともに、設置コストが増大してしまうという新たな問題が生じる。

本発明は、省スペース化を図りつつ設置コストを抑制することができる振動吸収装置及び建物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の振動吸収装置は、建物において上下に対向する構造部材間に設けられ、上側の構造部材からの鉛直荷重を下側の構造部材に伝達するとともに、上側の構造部材と下側の構造部材との間に生じる水平変位によってエネルギー吸収を行う振動吸収装置であって、前記上側及び下側の構造部材にそれぞれ固定される上下一対のベース部材と、前記上下一対のベース部材のうち一方のベース部材に固定される第一案内部材と、前記第一案内部材によって水平面内の第一方向に案内されて前記一方のベース部材に対して移動自在に支持される第一移動部材と、前記一方のベース部材と前記第一移動部材とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第一摺動手段と、前記第一移動部材と前記第一案内部材との相対変位に伴ってエネルギー吸収する第一減衰部材と、前記第一移動部材に固定されるとともに前記上下一対のベース部材のうち他方のベース部材に対して移動可能に支持される第二案内部材と、前記第二案内部材によって前記第一方向と交差する水平面内の第二方向に案内されるとともに前記他方のベース部材に固定される第二移動部材と、前記第一移動部材と前記第二移動部材とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第二摺動手段と、前記第二移動部材と前記第二案内部材との相対変位に伴ってエネルギー吸収する第二減衰部材と、を備えたことを特徴とする。

このような本発明の振動吸収装置によれば、第一案内部材によって第一方向に案内される第一移動部材が一方のベース部材に対して移動するとともに第一摺動手段によって摺動し、第二案内部材によって第二方向に案内される第二移動部材が第一移動部材に対して移動するとともに第二摺動手段によって摺動することで、上側の構造部材と下側の構造部材との間に生じる水平変位を吸収することができる。さらに、第一移動部材と第一案内部材との相対変位に伴って第一減衰部材がエネルギー吸収するとともに、第二移動部材と第二案内部材との相対変位に伴って第二減衰部材がエネルギー吸収することで、上側の構造部材と下側の構造部材との間に生じる水平変位によって振動エネルギーを吸収することができる。従って、上下の構造部材間に生じる水平変位を抑制することができるので、案内部材や移動部材、ベース部材が大型化することなく、設置スペースの省スペース化を図ることができる。さらに、別途のダンパー等を設置する必要がなくなることで、省スペース化を促進させることができるとともに、設置コストを抑制することができる。

この際、本発明の振動吸収装置では、前記第一案内部材は、前記第一移動部材を挟んで対向する一対の第一案内側面部を有して構成され、前記第一移動部材は、前記一対の第一案内側面部の各々に所定の間隔を介して対向する一対の第一移動側面部を有して構成され、前記第一減衰部材は、各一対の前記第一案内側面部と前記第一移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第一粘弾性体を有して構成され、前記第二案内部材は、前記第二移動部材を挟んで対向する一対の第二案内側面部を有して構成され、前記第二移動部材は、前記一対の第二案内側面部の各々に所定の間隔を介して対向する一対の第二移動側面部を有して構成され、前記第二減衰部材は、各一対の前記第二案内側面部と前記第二移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第二粘弾性体を有して構成されることが好ましい。

この構成によれば、第一減衰部材が各一対の第一案内側面部と第一移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第一粘弾性体を有して構成され、第二減衰部材が各一対の第二案内側面部と第二移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第二粘弾性体を有して構成されているので、大きな面積（体積）の第一粘弾性体及び第二粘弾性体を設置することができ、これらによるエネルギー吸収量を増大させることができる。また各粘弾性体が案内側面部と移動側面部との間に介装されているので、粘弾性体に鉛直荷重が作用しないことから、粘弾性体のクリープ変形を防止することができるとともに、地震や風等の建物に作用する水平外力に対して粘弾性体を有効にせん断変形させて振動エネルギーを吸収させることができる。

また、本発明の振動吸収装置では、前記一方のベース部材及び前記第一案内部材の少なくとも一方と、前記第一移動部材との間には、該第一移動部材の移動範囲を規制する第一規制手段が設けられ、前記第一案内部材及び前記第二案内部材の少なくとも一方と、前記第二移動部材との間には、該第二移動部材の移動範囲を規制する第二規制手段が設けられることが好ましい。

この構成によれば、第一移動部材の移動範囲が第一規制手段によって規制され、第二移動部材の移動範囲が第二規制手段によって規制されるので、第一移動部材及び第二移動部材の過度な移動を防止することができ、振動吸収装置が破損したり建物が不安定な状態になったりすることを抑制することができる。また、規制手段がベース部材や案内部材に設けられていることで、別途の規制部材を設ける必要がなくなり、部品点数や組立工数を削減することができ、設置コストをさらに抑制することができる。

さらに、本発明の振動吸収装置では、前記一方のベース部材及び前記第一案内部材の少なくとも一方と、前記第一移動部材との間には、該第一移動部材を初期位置に復帰させる第一復帰手段が設けられ、前記第一案内部材及び前記第二案内部材の少なくとも一方と、前記第二移動部材との間には、該第二移動部材を初期位置に復帰させる第二復帰手段が設けられることが好ましい。

この構成によれば、移動した第一移動部材を第一復帰手段によって初期位置に復帰させ、移動した第二移動部材を第二復帰手段によって初期位置に復帰させることで、振動吸収装置を初期の設置状態に戻すことができる。従って、建物における上下の構造部材間に生じる水平変位に伴い、振動吸収装置によって振動エネルギーを吸収して建物の揺れを抑制した後に、上下の構造部材間の残留変形が残らないようにして、建物の所定の機能を維持させることができる。

また、本発明の振動吸収装置では、前記上下一対のベース部材は、該一対のベース部材同士の平行状態を維持する平行維持手段によって連結されていることが好ましい。

この構成によれば、上下のベース部材同士の平行状態が平行維持手段によって維持されることで、第一移動部材及び第二移動部材を円滑に移動させることができ、第一減衰部材及び第二減衰部材によるエネルギー吸収性能を高めることができる。また、上下のベース部材同士の平行状態が維持されることで、各部材の傾きが防止でき、第一移動部材及び第二移動部材が移動する際の余計な応力の発生を抑制して、装置の破損を防ぐとともに耐久性を高めることができる。

一方、本発明の建物は、上側の構造部材としての建物本体と、下側の構造部材としての基礎と、を備え、前記建物本体と前記基礎との間に前記いずれかの振動吸収装置が設けられていることを特徴とする。

このような本発明の建物によれば、前述した振動吸収装置と同様に、建物本体と基礎との間に生じる水平変位を振動吸収装置によって吸収するとともに、その第一減衰部材及び第二減衰部材がエネルギー吸収することで、建物本体と基礎との間に生じる水平変位によって振動エネルギーを吸収することができ、地盤から基礎を通じて入力する地震動や、建物本体に作用する風に対し、建物本体の揺れを低減させて耐震、耐風性能を向上させることができる。

以上の本発明によれば、建物における上下の構造部材間に生じる水平変位を吸収するとともに、建物に対する外乱の入力エネルギーを減衰部材が吸収することで、地震や風、交通振動などの外乱に対する建物の揺れを抑制し、耐久性や居住性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る振動吸収装置を示す斜視図である。 前記振動吸収装置を示す分解斜視図である。 前記振動吸収装置を示す側面図である。 前記振動吸収装置を示す図３と直交する方向の側面図である。 前記振動吸収装置を示す縦断面図である。 前記振動吸収装置を示す図５と直交する方向の縦断面図である。 図３、４に矢視VII線で示す前記振動吸収装置の横断面図である。 図３、４に矢視VIII線で示す前記振動吸収装置の横断面図である。 図３、４に矢視IX線で示す前記振動吸収装置の横断面図である。 図３、４に矢視X線で示す前記振動吸収装置の横断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る振動吸収装置及び建物を、図１〜１０に基づいて説明する。本実施形態の振動吸収装置１は、例えば、戸建て住宅や小規模の集合住宅等の木造建物に適用されるものである。ここで、建物は、図１に示すように、地盤Ｇ上に構築される鉄筋コンクリート造の基礎（下側の構造部材）Ｆと、この基礎Ｆの上側に設けられる建物本体（上側の構造部材）Ｓと、を有して構成され、これらの基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に振動吸収装置１が設けられている。基礎Ｆは、基礎スラブＦ１と、この基礎スラブＦ１よりも下方に突出した基礎梁Ｆ２と、を有して形成されている。建物本体Ｓは、振動吸収装置１に支持される土台Ｓ１と、この土台Ｓ１の上に立設される柱（不図示）と、柱に接合される梁や壁、屋根等と、を有して構成されている。

振動吸収装置１は、建物本体Ｓからの鉛直荷重を基礎Ｆに伝達する、つまり建物本体Ｓを支持するとともに、建物本体Ｓと基礎Ｆとの間に生じる水平変位を吸収しつつ、この水平変位によってエネルギー吸収を行うものである。即ち、振動吸収装置１は、地盤Ｇから基礎Ｆを介して建物本体Ｓに地震動が入力しようとした際に、建物本体Ｓと基礎Ｆとの間に生じる水平変位によって振動エネルギーを吸収し、建物本体Ｓへの入力動を減じることで、建物本体Ｓの揺れを抑制する基礎制震装置として機能する。また、振動吸収装置１は、風荷重によって建物本体Ｓに揺れが生じた場合に、建物本体Ｓと基礎Ｆとの間に生じる水平変位によって振動エネルギーを吸収することで、建物本体Ｓの揺れを抑制する制振装置としても機能する。さらに、振動吸収装置１は、地盤Ｇから基礎Ｆを介して建物本体Ｓに入力する交通振動や工事等の振動エネルギーを吸収することで、建物本体Ｓの揺れを抑制する制振装置としても機能するようになっている。

振動吸収装置１は、図１、２に示すように、基礎Ｆ及び土台Ｓ１にそれぞれ固定される上下一対のベース部材としてのベースプレート２（一方のベース部材である下側ベースプレート２Ａ及び他方のベース部材である上側ベースプレート２Ｂ）と、下側ベースプレート２Ａに固定される第一案内部材としての下段ガイド３と、この下段ガイド３に案内される第一移動部材としての下段スライダ４と、下段ガイド３と下段スライダ４との間に介装される第一減衰部材としての下段ダンパー５と、下段スライダ４の上側に固定される第二案内部材としての上段ガイド６と、この上段ガイド６に案内される第二移動部材としての上段スライダ７と、上段ガイド６と上段スライダ７との間に介装される第二減衰部材としての上段ダンパー８と、を備えて構成されている。

さらに、振動吸収装置１は、図２に示すように、下側ベースプレート２Ａと下段スライダ４とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第一摺動手段としての下段摺動板１１と、下段スライダ４と上段スライダ７とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第二摺動手段としての上段摺動板１２と、下段ガイド３に固定されて下段スライダ４を初期位置に復帰させる第一復帰手段としての下段ばね１３と、上段ガイド６に固定されて上段スライダ７を初期位置に復帰させる第二復帰手段としての上段ばね１４と、下段スライダ４と上段ガイド６とを固定する下段固定板１５と、上段スライダ７と上側ベースプレート２Ｂとを固定する上段固定板１６と、を備えて構成されている。

下側ベースプレート２Ａは、平面矩形状の鋼板２１と、この鋼板２１の下面に固定された平面井桁状の脚部２２と、を有して構成されている。鋼板２１は、例えば、板厚寸法が６ｍｍであり、Ｘ方向の幅寸法及びＹ方向の奥行寸法がそれぞれ４５０ｍｍに設定されている。脚部２２は、例えば、板厚寸法が６ｍｍ、Ｚ方向の高さ寸法が４０ｍｍの鋼板を用い、この鋼板をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２列ずつ並べて構成されている。鋼板２１には、基礎梁Ｆ２に埋設されて立ち上がる８本のアンカーボルトＢを各々挿通させるための８個の第一挿通孔２３と、基礎梁Ｆ２に埋設されて立ち上がる４本のケーブルアンカーＣを各々挿通させるための４個の第二挿通孔２４と、が形成されている。

上側ベースプレート２Ｂは、平面矩形状の鋼板２５と、この鋼板２５の上面に固定されて土台Ｓ１を接合するための接合金物２６と、を有して構成されている。鋼板２５は、下側ベースプレート２Ａの鋼板２１と同様に、例えば、板厚寸法が６ｍｍであり、Ｘ方向の幅寸法及びＹ方向の奥行寸法がそれぞれ４５０ｍｍに設定されている。鋼板２５には、基礎梁Ｆ２から立ち上がる４本のケーブルアンカーＣを各々挿通させるための４個の挿通孔２７が形成されている。接合金物２６は、例えば、板厚寸法が１ｍｍ〜２ｍｍの鋼板を曲げ加工したＵ字形金物を４個用い、これらのＵ字形金物をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ２個ずつ並べて鋼板２５の上面に金属接着により固定されている。この接合金物２６は、立上壁を貫通するビスによって土台Ｓ１に固定され、これにより土台Ｓ１と上側ベースプレート２Ｂとが接合されるようになっている。

下段ガイド３は、Ｘ方向に対向する左右一対のガイド部材３Ａ，３Ｂで構成され、これら一対のガイド部材３Ａ，３Ｂが下側ベースプレート２Ａの上面に対し、それぞれ４本ずつのアンカーボルトＢと、各アンカーボルトＢに螺合するナットＮと、によって固定されている。ガイド部材３Ａ，３Ｂは、それぞれ上フランジ３１、下フランジ３２、及びウェブ３３を有した同一断面形状のチャンネル材から形成され、このチャンネル材としては、例えば、高さ寸法が１８０ｍｍ、幅寸法が７０ｍｍ、板厚寸法が４．５ｍｍの規格品が用いられ、Ｙ方向の長さ寸法が３５０ｍｍに設定されている。一対のガイド部材３Ａ，３Ｂは、各々のウェブ３３を背中合わせに対向させて設置され、これらのウェブ３３によって第一案内側面部が構成されている。

ガイド部材３Ａ，３Ｂの上フランジ３１は、長さ方向（Ｙ方向）両端部から所定長さが折り曲げられ、各々のウェブ３３同士が対向する内方に向かって延びて設けられ、これらの折り曲げられた部位によって規制片３４が構成されている。また、規制片３４以外の上フランジ３１、下フランジ３２、及びウェブ３３には、鋼板からなる２枚の補強リブ３５が溶接固定されている。さらに、規制片３４以外の上フランジ３１上面には、上段スライダ７を摺動させる摺動板３６が設けられている。下フランジ３２には、４本のアンカーボルトＢを各々挿通させるための４個の挿通孔３７が形成され、これらの挿通孔３７に挿通させたアンカーボルトＢにナットＮを締め付けることで、ガイド部材３Ａ，３Ｂが下側ベースプレート２Ａに固定されるとともに、下側ベースプレート２Ａが基礎Ｆに固定されるようになっている。

下段スライダ４は、上面部４１、下面部４２、及び左右の側面部（一対の第一移動側面部）４３を有した角型鋼管４Ａと、この角型鋼管４Ａの長手方向（Ｙ方向）両端部の開口を塞ぐ一対の端面板４４と、を有して構成されている。角型鋼管４Ａとしては、例えば、高さ寸法が１７５ｍｍ、幅寸法が１７５ｍｍ、板厚寸法が４．５ｍｍの規格品が用いられ、Ｙ方向の長さ寸法が３５０ｍｍに設定されている。端面板４４は、例えば、板厚寸法が４．５ｍｍの鋼板からなり、角型鋼管４Ａの内周面に溶接固定されている。即ち、下段スライダ４は、角型鋼管４Ａと一対の端面板４４とによって中空直方体状の箱型に形成されている。この下段スライダ４は、下側ベースプレート２Ａ上の下段摺動板１１に載置されることで、摺動可能に支持されている。さらに、左右の側面部４３とガイド部材３Ａ，３Ｂの各ウェブ３３とが所定間隔を有して対向して設けられることで、下段スライダ４は、下段ガイド３によってＹ方向に移動自在に案内されるようになっている。

下段ダンパー５は、弾性と粘性を有した第一粘弾性体としての粘弾性体５Ａ（ＶＥＭ：Visco-elastic Material）で構成され、板状又はシート状に形成されるとともに、下段スライダ４の左右に一対で設けられている。ここで、粘弾性体は、外力や振動によって変形することで内部発熱し、振動エネルギーを熱エネルギーに変換することによって、エネルギー吸収する減衰部材である。一対の下段ダンパー５は、それぞれ例えば、高さ寸法が１５５ｍｍ、厚さ寸法が１５ｍｍ、Ｙ方向の長さ寸法が３４０ｍｍに設定されている。各下段ダンパー５は、ガイド部材３Ａ，３Ｂの各ウェブ３３と下段スライダ４の左右の側面部４３とにそれぞれ接着され、これらの間に介装されている。従って、下段スライダ４がＹ方向に移動した際に、その左右の側面部４３とガイド部材３Ａ，３Ｂの各ウェブ３３との間に相対変位が生じると、この相対変位に伴って粘弾性体５Ａがせん断変形し、これによってエネルギー吸収が行われるようになっている。

上段ガイド６は、Ｙ方向に対向する左右一対のガイド部材６Ａ，６Ｂで構成され、これら一対のガイド部材６Ａ，６Ｂが下段スライダ４の上面部４１に対し、それぞれ金属接着又は溶接によって固定されている。ガイド部材６Ａ，６Ｂは、下段ガイド３のガイド部材３Ａ，３Ｂと同様に、それぞれ上フランジ６１、下フランジ６２、及びウェブ６３を有した同一断面形状のチャンネル材から形成され、このチャンネル材としては、例えば、高さ寸法が１８０ｍｍ、幅寸法が７０ｍｍ、板厚寸法が４．５ｍｍの規格品が用いられ、Ｘ方向の長さ寸法が３５０ｍｍに設定されている。一対のガイド部材６Ａ，６Ｂは、各々のウェブ６３を背中合わせに対向させて設置され、これらのウェブ６３によって第二案内側面部が構成されている。

ガイド部材６Ａ，６Ｂの上フランジ６１は、長さ方向（Ｘ方向）両端部から所定長さが折り曲げられ、各々のウェブ６３同士が対向する内方に向かって延びて設けられ、これらの折り曲げられた部位によって規制片６４が構成されている。また、規制片６４以外の上フランジ６１、下フランジ６２、及びウェブ６３には、鋼板からなる２枚の補強リブ６５が溶接固定されている。さらに、規制片６４以外の上フランジ６１上面には、上側ベースプレート２Ｂを摺動させる摺動板６６が設けられている。ガイド部材６Ａ，６Ｂの下フランジ６２は、下段スライダ４の上面部４１に金属接着又は溶接によって固定され、これによって上段ガイド６は、下段スライダ４の移動に伴ってＹ方向に移動するように構成されている。

上段スライダ７は、上面部７１、下面部７２、及び左右の側面部（一対の第二移動側面部）７３を有した角型鋼管７Ａと、この角型鋼管７Ａの長手方向（Ｘ方向）両端部の開口を塞ぐ一対の端面板７４と、を有して構成されている。角型鋼管７Ａとしては、下段スライダ４の角型鋼管４Ａと同様に、例えば、高さ寸法が１７５ｍｍ、幅寸法が１７５ｍｍ、板厚寸法が４．５ｍｍの規格品が用いられ、Ｘ方向の長さ寸法が３５０ｍｍに設定されている。端面板７４は、例えば、板厚寸法が４．５ｍｍの鋼板からなり、角型鋼管７Ａの内周面に溶接固定されている。この上段スライダ７は、下段スライダ４上の上段摺動板１２に載置されることで、摺動可能に支持されている。さらに、左右の側面部７３とガイド部材６Ａ，６Ｂの各ウェブ６３とが所定間隔を有して対向して設けられることで、上段スライダ７は、上段ガイド６によってＸ方向に移動自在に案内されるようになっている。

上段ダンパー８は、下段ダンパー５と同様に、弾性と粘性を有した第二粘弾性体としての粘弾性体８Ａで構成され、板状又はシート状に形成されるとともに、上段スライダ７の左右に一対で設けられている。一対の上段ダンパー８は、それぞれ例えば、高さ寸法が１５５ｍｍ、厚さ寸法が１５ｍｍ、Ｘ方向の長さ寸法が３４０ｍｍに設定されている。各上段ダンパー８は、ガイド部材６Ａ，６Ｂの各ウェブ６３と上段スライダ７の左右の側面部７３とにそれぞれ接着され、これらの間に介装されている。従って、上段スライダ７がＸ方向に移動した際に、その左右の側面部７３とガイド部材６Ａ，６Ｂの各ウェブ６３との間に相対変位が生じると、この相対変位に伴って粘弾性体８Ａがせん断変形し、これによってエネルギー吸収が行われるようになっている。

下段摺動板１１は、表面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂（フッ化炭素樹脂）の被膜が形成され、摩擦係数が小さく摺滑性に優れた鋼板で構成されている。この下段摺動板１１は、下側ベースプレート２Ａの上面に金属接着等によって固定され、その上側に下段スライダ４を載置することで、下側ベースプレート２Ａに対して下段スライダ４を摺動自在かつ鉛直荷重を伝達可能に支持するようになっている。上段摺動板１２は、下段摺動板１１と同様に摩擦係数が小さく摺滑性に優れた鋼板で構成され、下段スライダ４の上面部４１に金属接着等によって固定されている。上段摺動板１２は、その上側に上段スライダ７を載置することで、下段スライダ４に対して上段スライダ７を摺動自在かつ鉛直荷重を伝達可能に支持するようになっている。

下段ばね１３は、弾性域が大きいばね鋼などからなる鋼板や鋼棒を略Ｍ字状に曲げ加工して形成されるものであって、その両端部に設けられて下段ガイド３に固定される一対の固定部１３１と、一対の固定部１３１から延びて円弧状に曲がる一対の弧状部１３２と、これら一対の弧状部１３２と逆向きの円弧状に曲がり下段スライダ４に当接可能な当接部１３３と、を有して形成されている。この下段ばね１３は、図１０にも示すように、一対の固定部１３１がそれぞれガイド部材３Ａ，３Ｂのウェブ３３に金属接着や溶接によって固定され、当接部１３３を下段スライダ４の端面板４４に当接させて設けられている。このような下段ばね１３は、下段ガイド３及び下段スライダ４の長手方向（Ｙ方向）両端部に一対で設けられており、下段ガイド３に対して下段スライダ４が移動した際に、下段スライダ４によって当接部１３３が押圧されて一対の弧状部１３２が弾性変形し、その復元力によって当接部１３３が端面板４４を押圧することで、下段スライダ４を初期位置に復帰させるようになっている。

上段ばね１４は、下段ばね１３と同様の材料から、上段ガイド６に固定される一対の固定部１４１と、一対の弧状部１４２と、上段スライダ７に当接可能な当接部１４３と、を有して形成されている。この上段ばね１４は、図８にも示すように、一対の固定部１４１がそれぞれガイド部材６Ａ，６Ｂのウェブ６３に金属接着や溶接によって固定され、当接部１４３を上段スライダ７の端面板７４に当接させて設けられている。このような上段ばね１４は、上段ガイド６及び上段スライダ７の長手方向（Ｘ方向）両端部に一対で設けられており、上段ガイド６に対して上段スライダ７が移動した際に、上段スライダ７によって当接部１４３が押圧されて一対の弧状部１４２が弾性変形し、その復元力によって当接部１４３が端面板７４を押圧することで、上段スライダ７を初期位置に復帰させるようになっている。

下段固定板１５は、適宜な板厚寸法を有した鋼板などから形成され、下段スライダ４の上面部４１と、上段ガイド６におけるガイド部材６Ａ，６Ｂの下フランジ６２と、の間に介装され、これらに金属接着や溶接により固定されている。即ち、下段固定板１５は、上面部４１と下フランジ６２とを適宜な間隔だけ離隔させるスペーサーとして機能するとともに、下段スライダ４に対して上段ガイド６を固定する固定手段として機能するものである。上段固定板１６は、下段固定板１５と同様の材料から形成され、上段スライダ７の上面部７１と、上側ベースプレート２Ｂの下面と、の間に介装され、これらに金属接着や溶接により固定されている。即ち、上段固定板１６は、上面部７１と上側ベースプレート２Ｂとを適宜な間隔だけ離隔させるスペーサーとして機能するとともに、上側ベースプレート２Ｂに対して上段スライダ７を固定する固定手段として機能するものである。

また、図９にも示すように、下段ガイド３に対して下段スライダ４がＹ方向に移動した際に、上段摺動板１２は、下段スライダ４とともに移動し、下段ガイド３におけるガイド部材３Ａ，３Ｂの規制片３４に当接するようになっている。即ち、上段摺動板１２と規制片３４とによって、下段スライダ４の移動範囲を規制する第一規制手段が構成されている。一方、図７にも示すように、上段ガイド６に対して上段スライダ７が移動した際に、上段固定板１６は、上段スライダ７及び上側ベースプレート２Ｂとともに移動し、上段ガイド６におけるガイド部材６Ａ，６Ｂの規制片６４に当接するようになっている。即ち、上段固定板１６及び規制片６４によって、上段スライダ７の移動範囲を規制する第二規制手段が構成されている。このような下段スライダ４及び上段スライダ７の移動範囲としては、例えば、片方向に４０ｍｍに設定されている。

ケーブルアンカーＣは、その中間部分が複数の鋼線を撚った撚り線で構成され、可撓性を有して構成され、撚り線の下端部が長ナット（スリーブ）でアンカーボルトに接続され、このアンカーボルトが基礎Ｆに埋設されている。このケーブルアンカーＣは、図１に示すように、下側ベースプレート２Ａの鋼板２１対し、第二挿通孔２４に挿通されるとともに、表裏２個のナットによって移動不能に固定されている。さらに、ケーブルアンカーＣは、上側ベースプレート２Ｂの鋼板２５に対し、挿通孔２７に挿通されるとともに、表裏２個のナットによって移動不能に固定されている。このようにケーブルアンカーＣによって下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとが外周部の４箇所で連結されることで、下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの間隔が維持されるとともに、互いの平行状態が維持されるようになっている。即ち、ケーブルアンカーＣによって平行維持手段が構成されている。

このような本実施形態の振動吸収装置１の動作として、地震動が建物に作用した場合について説明する。地震の際に建物本体Ｓと地盤Ｇとが互いに異なる周期で振動すると、土台Ｓ１と基礎Ｆとの間に相対的な水平変位が生じる。この水平変位（応答変位）や、応答加速度、応答速度は、振動吸収装置１を含む地盤Ｇ、基礎Ｆ及び建物本体Ｓの連成系の振動特性に依存することになるが、ここでは、説明を簡明にするために、土台Ｓ１と基礎Ｆとの間にある水平変位が生じた場合における振動吸収装置１の動作について説明する。また、水平変位は、水平面内の二次元方向に生じるが、このような二次元方向の変位は、Ｘ方向及びＹ方向の各成分に分解可能であり、分解した各変位成分を以下ではＸ方向変位、Ｙ方向変位と称することがある。

先ず、土台Ｓ１と基礎Ｆとの間に生じるＸ方向変位に対し、振動吸収装置１は、図７、８に示すように、上段ガイド６と上段スライダ７とがＸ方向に相対変位し、これによってＸ方向変位を吸収する。この際、上段ガイド６は、下段固定板１５を介して下段スライダ４に固定され、この下段スライダ４が下段ガイド３及び下側ベースプレート２Ａに対してＸ方向に移動不能に支持されていることから、上段ガイド６は、Ｘ方向について基礎Ｆと一体に移動する。一方、上段スライダ７は、上段固定板１６を介して上側ベースプレート２Ｂに固定されていることから、Ｘ方向について土台Ｓ１と一体に移動する。さらに、上段スライダ７は、上段摺動板１２及び摺動板３６を介して下段スライダ４及び下段ガイド３に支持されていることから、下段スライダ４及び下段ガイド３に対してＸ方向に摺動する。

このようにＸ方向変位によって上段ガイド６と上段スライダ７とがＸ方向に相対変位すると、ガイド部材６Ａ，６Ｂの各ウェブ６３と上段スライダ７の左右の側面部７３との間に介装された上段ダンパー８にせん断力が作用し、粘弾性体８Ａにせん断変形が生じる。粘弾性体８Ａがせん断変形することにより、その変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体８Ａによって振動エネルギーが吸収される。この際、Ｘ方向変位によって下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの間に相対変位が生じることになるが、これらは互いに四隅のケーブルアンカーＣで連結されていることから、下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの平行状態が維持され、下段ガイド３や下段スライダ４の倒れや回転が防止できるようになっている。

また、図７に示すように、上段スライダ７が上段ガイド６に対してＸ方向の片側（右向き又は左向き）に４０ｍｍ移動した場合、上段固定板１６が規制片６４に当接し、上段スライダ７の移動が規制される。このように片側４０ｍｍを超える上段スライダ７の移動が規制されることで、大地震によって過大な水平変位が振動吸収装置１に生じることが防止されるようになっている。また、上段ガイド６に対して上段スライダ７が移動すると、図８に示すように、上段スライダ７の移動方向前方側の端面板７４が上段ばね１４の当接部１４３を押圧し、これによって一対の弧状部１４２が弾性変形する。このように弾性変形した上段ばね１４は、その復元力によって当接部１４３が端面板７４を押圧し、上段スライダ７を初期位置に向かって付勢する。従って、地震後において、上段スライダ７は初期位置に復帰する、即ち、基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に残留変形が生じないようになっている。

次に、土台Ｓ１と基礎Ｆとの間に生じるＹ方向変位に対し、振動吸収装置１は、図９、１０に示すように、下段ガイド３と下段スライダ４とがＹ方向に相対変位し、これによってＹ方向変位を吸収する。この際、下段ガイド３は、アンカーボルトＢによって下側ベースプレート２Ａに固定されていることから、基礎Ｆと一体に移動する。一方、下段スライダ４は、下段固定板１５を介して上段ガイド６に固定され、この上段ガイド６が上段スライダ７及び上側ベースプレート２Ｂに対してＹ方向に移動不能に支持されていることから、下段スライダ４は、Ｙ方向について土台Ｓ１と一体に移動する。さらに、下段スライダ４は、下段摺動板１１を介して下側ベースプレート２Ａに支持されていることから、下側ベースプレート２Ａに対してＹ方向に摺動する。

このようにＹ方向変位によって下段ガイド３と下段スライダ４とがＹ方向に相対変位すると、ガイド部材３Ａ，３Ｂの各ウェブ３３と下段スライダ４の左右の側面部４３との間に介装された下段ダンパー５にせん断力が作用し、粘弾性体５Ａにせん断変形が生じる。粘弾性体５Ａがせん断変形することにより、その変形速度に応じた減衰力が発揮され、粘弾性体５Ａによって振動エネルギーが吸収される。この際、Ｙ方向変位によって下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの間に相対変位が生じることになるが、これらは互いに四隅のケーブルアンカーＣで連結されていることから、下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの平行状態が維持され、上段ガイド６や上段スライダ７の倒れや回転が防止できるようになっている。

また、図９に示すように、下段スライダ４が下段ガイド３に対してＹ方向の片側（前向き又は後向き）に４０ｍｍ移動した場合、上段摺動板１２が規制片３４に当接し、下段スライダ４の移動が規制される。このように片側４０ｍｍを超える下段スライダ４の移動が規制されることで、大地震によって過大な水平変位が振動吸収装置１に生じることが防止されるようになっている。また、下段ガイド３に対して下段スライダ４が移動すると、図１０に示すように、下段スライダ４の移動方向前方側の端面板４４が下段ばね１３の当接部１３３を押圧し、これによって一対の弧状部１３２が弾性変形する。このように弾性変形した下段ばね１３は、その復元力によって当接部１３３が端面板４４を押圧し、下段スライダ４を初期位置に向かって付勢する。従って、地震後において、下段スライダ４は初期位置に復帰する、即ち、基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に残留変形が生じないようになっている。

以上のように、Ｘ方向変位及びＹ方向変位に対し、振動吸収装置１の上段スライダ７及び下段スライダ４がそれぞれ上段ガイド６及び下段ガイド３に対して移動することで、水平面内の二次元方向に生じる水平変位を振動吸収装置１によって吸収することができる。さらに、上段スライダ７及び下段スライダ４の移動に伴い、上段ダンパー８及び下段ダンパー５の粘弾性体５Ａ，８Ａがせん断変形して振動エネルギーを吸収することで、基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に生じる水平変位を抑制することができる。

以上のような本実施形態の振動吸収装置１によれば以下の効果が得られる。即ち、基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に生じる水平変位を抑制することができるので、上段ガイド６及び下段ガイド３や、上段スライダ７及び下段スライダ４、ベースプレート２が大型化することなく、設置スペースの省スペース化を図ることができる。さらに、上段ダンパー８及び下段ダンパー５の粘弾性体５Ａ，８Ａがエネルギー吸収することで、別途のダンパー等を設置する必要がなくなり、省スペース化を促進させることができるとともに、設置コストを抑制することができる。そして、上段ダンパー８及び下段ダンパー５の粘弾性体５Ａ，８Ａによって、地盤Ｇから基礎Ｆを通して建物本体Ｓに入力する地震動の入力エネルギーを減少させることができ、建物の揺れを低減させるとともに建物本体Ｓの損傷を抑制することができる。

下段ガイド３におけるガイド部材３Ａ，３Ｂの各ウェブ３３と下段スライダ４の左右の側面部４３との間に下段ダンパー５が介装され、上段ガイド６におけるガイド部材６Ａ，６Ｂの各ウェブ６３と上段スライダ７の左右の側面部７３との間に上段ダンパー８が介装されているので、各ダンパー５，８の粘弾性体５Ａ，８Ａの面積（体積）を大きくすることができ、これらによるエネルギー吸収量を増大させることができる。また各粘弾性体５Ａ，８Ａがウェブ３３，６３と側面部４３，７３との間に介装されているので、粘弾性体５Ａ，８Ａに鉛直荷重が作用しないことから、粘弾性体５Ａ，８Ａのクリープ変形を防止することができるとともに、建物に作用する水平外力に対して粘弾性体５Ａ，８Ａを有効にせん断変形させて振動エネルギーを吸収させることができる。

また、上段スライダ７の移動範囲が上段固定板１６と規制片６４との当接によって規制され、下段スライダ４の移動範囲が上段摺動板１２と規制片３４との当接によって規制されるので、上段スライダ７及び下段スライダ４の過度な移動を防止することができ、振動吸収装置１が破損したり建物が不安定な状態になったりすることを抑制することができる。また、規制片３４，６４がガイド部材３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂに一体に設けられていることで、別途の規制部材を設ける必要がなくなり、部品点数や組立工数を削減することができ、設置コストをさらに抑制することができる。

また、上段スライダ７及び下段スライダ４がそれぞれ上段ばね１４及び下段ばね１３によって初期位置に復帰することで、振動吸収装置１を初期の設置状態に戻すことができる。従って、建物における基礎Ｆと建物本体Ｓと間に生じる水平変位に伴い、振動吸収装置１によって振動エネルギーを吸収して建物の揺れを抑制した後に、基礎Ｆと建物本体Ｓとの間の残留変形が残らないようにして、建物の所定の機能を維持させることができる。

下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとが四隅のケーブルアンカーＣで連結され、これらのケーブルアンカーＣによって下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの平行状態が維持されることで、上段スライダ７及び下段スライダ４を円滑に移動させることができ、上段ダンパー８及び下段ダンパー５によるエネルギー吸収性能を高めることができる。また、下側ベースプレート２Ａと上側ベースプレート２Ｂとの平行状態が維持されることで、上段ガイド６、下段ガイド３、上段スライダ７及び下段スライダ４の傾きが防止でき、上段スライダ７及び下段スライダ４が移動する際の余計な応力の発生を抑制して、振動吸収装置１の破損を防ぐとともに耐久性を高めることができる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、前記実施形態では、振動吸収装置１が戸建て住宅や小規模の集合住宅等の木造建物に適用されるものとしたが、建物としては木造に限らず、鉄筋コンクリート造や、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造等であってもよい。また、本発明の振動吸収装置１は、住宅に限らず、事務所ビルや商業ビル、官公庁、学校、図書館、倉庫等、任意の用途の建物に適用可能である。さらに、本発明の振動吸収装置１は、新築の建物の施工時に設置されてもよいし、既存の建物に対して後から取り付けられてもよい。

また、前記実施形態では、上側の構造部材としての建物本体Ｓの土台Ｓ１と、下側の構造部材としての基礎Ｆと、の間に振動吸収装置１が設置される構成を例示したが、振動吸収装置の設置場所は基礎Ｆと建物本体Ｓとの間に限らず、杭と基礎との間や、建物本体における途中階など、任意の位置に設置されてもよい。また、前記実施形態では、一方のベース部材を下側ベースプレート２Ａとして基礎Ｆに固定し、他方のベース部材を上側ベースプレート２Ｂとして建物本体Ｓの土台Ｓ１に固定したが、一方のベース部材を上側の構造部材に固定し、他方のベース部材を下側の構造部材に固定してもよい。

また、前記実施形態では、第一案内部材及び第二案内部材として、それぞれ一対のチャンネル材からなるガイド部材３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂを有する構成としたが、各案内部材はチャンネル材から構成されるものに限らず、任意の断面形状を有した部材で構成されていてもよい。また、前記実施形態では、第一移動部材及び第二移動部材として、それぞれ角型鋼管４Ａ，７Ａを有する構成としたが、各移動部材は角型鋼管から構成されるものに限らず、任意の断面形状を有した部材で構成されていてもよい。また、前記実施形態では、第一摺動手段及び第二摺動手段として、下段摺動板１１及び上段摺動板１２を用いたが、これに限らず、各案内部材や各移動部材に表面処理を施し、その摩擦係数を小さくして摺滑性に優れたものとしてもよい。

また、前記実施形態では、第一減衰部材及び第二減衰部材として、粘弾性体５Ａ，８Ａを有した下段ダンパー５及び上段ダンパー８を採用したが、各減衰部材は粘弾性体を有したものに限らず、変形によって減衰力を発揮できるものであればよく、各減衰部材を構成する素材は特に限定されない。また、前記実施形態では、第一復帰手段及び第二復帰手段として、ばね鋼などを曲げ加工した下段ばね１３及び上段ばね１４を採用したが、各復帰手段はばね鋼から形成されるものに限らず、各移動部材を初期位置に復帰させる復元力を発揮できるものであればよく、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）など適宜な弾性部材を利用することができる。さらに、各復帰手段としては、ばね鋼と粘弾性体とを積層した複合材から構成されていてもよく、この場合には、各移動部材に対する復元力の発揮速度を抑え、各移動部材を緩やかに初期位置に復帰させることで、余計な振動の発生を抑制することができる。

１ 振動吸収装置
２ ベースプレート（ベース部材）
２Ａ 下側ベースプレート（一方のベース部材）
２Ｂ 上側ベースプレート（他方のベース部材）
３ 下段ガイド（第一案内部材）
４ 下段スライダ（第一移動部材）
５ 下段ダンパー（第一減衰部材）
５Ａ 粘弾性体（第一粘弾性体）
６ 上段ガイド（第二案内部材）
７ 上段スライダ（第二移動部材）
８ 上段ダンパー（第二減衰部材）
８Ａ 粘弾性体（第二粘弾性体）
１１ 下段摺動板（第一摺動手段）
１２ 上段摺動板（第二摺動手段、第一規制手段）
１３ 下段ばね（第一復帰手段）
１４ 上段ばね（第二復帰手段）
１６ 上段固定板（第二規制手段）
３３ ウェブ（第一案内側面部）
３４ 規制片（第一規制手段）
４３ 側面部（第一移動側面部）
６３ ウェブ（第二案内側面部）
６４ 規制片（第二規制手段）
７３ 側面部（第二移動側面部）
Ｃ ケーブルアンカー（平行維持手段）
Ｆ 基礎（下側の構造部材）
Ｓ 建物本体（上側の構造部材）

Claims (6)

1. 建物において上下に対向する構造部材間に設けられ、上側の構造部材からの鉛直荷重を下側の構造部材に伝達するとともに、上側の構造部材と下側の構造部材との間に生じる水平変位によってエネルギー吸収を行う振動吸収装置であって、
   前記上側及び下側の構造部材にそれぞれ固定される上下一対のベース部材と、
   前記上下一対のベース部材のうち一方のベース部材に固定される第一案内部材と、
   前記第一案内部材によって水平面内の第一方向に案内されて前記一方のベース部材に対して移動自在に支持される第一移動部材と、
   前記一方のベース部材と前記第一移動部材とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第一摺動手段と、
   前記第一移動部材と前記第一案内部材との相対変位に伴ってエネルギー吸収する第一減衰部材と、
   前記第一移動部材に固定されるとともに前記上下一対のベース部材のうち他方のベース部材に対して移動可能に支持される第二案内部材と、
   前記第二案内部材によって前記第一方向と交差する水平面内の第二方向に案内されるとともに前記他方のベース部材に固定される第二移動部材と、
   前記第一移動部材と前記第二移動部材とを互いに摺動させるとともに相互間に鉛直荷重を伝達させる第二摺動手段と、
   前記第二移動部材と前記第二案内部材との相対変位に伴ってエネルギー吸収する第二減衰部材と、
   を備えたことを特徴とする振動吸収装置。
2. 前記第一案内部材は、前記第一移動部材を挟んで対向する一対の第一案内側面部を有して構成され、
   前記第一移動部材は、前記一対の第一案内側面部の各々に所定の間隔を介して対向する一対の第一移動側面部を有して構成され、
   前記第一減衰部材は、各一対の前記第一案内側面部と前記第一移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第一粘弾性体を有して構成され、
   前記第二案内部材は、前記第二移動部材を挟んで対向する一対の第二案内側面部を有して構成され、
   前記第二移動部材は、前記一対の第二案内側面部の各々に所定の間隔を介して対向する一対の第二移動側面部を有して構成され、
   前記第二減衰部材は、各一対の前記第二案内側面部と前記第二移動側面部との間にそれぞれ介装される一対の第二粘弾性体を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の振動吸収装置。
3. 前記一方のベース部材及び前記第一案内部材の少なくとも一方と、前記第一移動部材との間には、該第一移動部材の移動範囲を規制する第一規制手段が設けられ、
   前記第一案内部材及び前記第二案内部材の少なくとも一方と、前記第二移動部材との間には、該第二移動部材の移動範囲を規制する第二規制手段が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動吸収装置。
4. 前記一方のベース部材及び前記第一案内部材の少なくとも一方と、前記第一移動部材との間には、該第一移動部材を初期位置に復帰させる第一復帰手段が設けられ、
   前記第一案内部材及び前記第二案内部材の少なくとも一方と、前記第二移動部材との間には、該第二移動部材を初期位置に復帰させる第二復帰手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動吸収装置。
5. 前記上下一対のベース部材は、該一対のベース部材同士の平行状態を維持する平行維持手段によって連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動吸収装置。
6. 上側の構造部材としての建物本体と、下側の構造部材としての基礎と、を備え、前記建物本体と前記基礎との間に請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動吸収装置が設けられていることを特徴とする建物。

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