JP2023099943A

JP2023099943A - ダンパー

Info

Publication number: JP2023099943A
Application number: JP2022000228A
Authority: JP
Inventors: 智裕飯田; Tomohiro Iida; 厚周花井; Atsuchika Hanai; 雄太黒川; Yuta Kurokawa; 卓嗣安並; Takatsugu Yasunami; 泰彦井上; Yasuhiko Inoue; 雅史山本; Masafumi Yamamoto; 孝行曽根; Takayuki Sone; 琢也鈴木; Takuya Suzuki; 貴博木下; Takahiro Kinoshita; 達本村; Susumu Motomura
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2022-01-04
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2023-07-14

Abstract

【課題】ダンパーの大型化を抑制しつつ安定した減衰力を得る【解決手段】ダンパー１００は、同一面上に間隔をあけて端面１１２が平行に配置された二つの支持部材１１０と、支持部材１１０の端面１１２から同一面上にアーチ状に延びて設けられたアーチ状部１２０の頂部１２２同士がつながった変形部１１８と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ダンパーに関する。

特許文献１には、構造物に取り付けられて振動エネルギーを吸収する制震ダンパに関する技術が開示されている。この先行技術では、制震ダンパの板状の本体には、柱部が形成されている。この本体の面内方向における柱部の危険断面位置と、面内方向に垂直な方向の面外方向における柱部の危険断面位置と、が異なっている。そして、面外方向の危険断面位置は、柱部の基部であり、面内方向の危険断面位置は、柱部の基部から、柱部の中央部側にずれた位置となることを特徴としている。

特許文献２には、鋼材などの弾塑性材の変形に伴うヒステリシスを活用して地震エネルギーを吸収する履歴ダンパに関する技術が開示されている。この先行技術では、平板状の履歴ダンパは、くの字状のエネルギー吸収子をスリットを介して複数本並列し、各エネルギー吸収子の両端部を対向する支持板に架設してある。エネルギー吸収子は、その板幅をくの字の頂部に向かって徐々に狭く形成し、頂部の両側にくびれ部を備えることを特徴としている。

特許文献３には、極軟鋼あるいは鉛等の低降伏応力度金属で構成される振動エネルギー吸収ダンパの改良に関する技術が開示されている。この先行技術では、振動エネルギー吸収ダンパは、構造用鋼よりも降伏応力度が低い低降伏応力度金属で形成されている。２列に配列された２つの保持部と、両端が上記２つの保持部に連結された屈曲した板状の連結部を備えている。そして、連結部の凹側の縁の最奥の位置が凸側の縁の保持部との接続点よりも凸側にあることを特徴としている。

特許文献４には、建造物に施工された間柱と間柱に設置された制震装置とから形成された制震構造物に関する技術が開示されている。

特開２０１７－２５６７４号公報特開２０１０－１１６９７３号公報特開平１０－１２１７７２号公報特開２０１９－２７１９５号公報

例えば、高層建物等では、地震時の水平力を減衰させるダンパーが用いられることがある。しかし、ダンパーに安定して減衰力を負担させる目的からダンパーが大型化する傾向がある。ダンパーが大型化すると、例えば、スパン割、扉や設備配管など他の建築要素との干渉などの影響により、配置位置が限定されること等が問題となる場合がある。

本発明は、上記事実を鑑み、ダンパーの大型化を抑制しつつ安定した減衰力を得ることが目的である。

第一態様は、同一面上に間隔をあけて端面が平行に配置された二つの支持部材と、前記支持部材の前記端面から前記同一面上にアーチ状に延びて設けられたアーチ状部の頂部同士がつながった変形部と、を備えたダンパー。

第一態様のダンパーでは、変形部が引き延ばされることによる曲げ変形によりエネルギーを吸収する。このとき、ストラットの片側が引張場となり、圧縮側の横座屈が抑制されるので、安定した減衰力が得られる。したがって、ダンパーの大型化を抑制しつつ安定した減衰力が得られる。

第二態様は、前記アーチ状部は、半円形状である、第一態様に記載のダンパーである。

第二態様のダンパーでは、アーチ状部は半円形状であるので、例えば、多角形と比較して滑らかな形状となり、滑らかな履歴特性となる。

第三態様は、前記アーチ状部の根本部が、他の部位よりも拡幅されている、第一態様又は第二態様に記載のダンパーである。

第三態様のダンパーでは、前記変形部の根本部が、他の部位よりも拡幅されているので、根本部の塑性ひずみが抑制される。

本発明によれば、ダンパーの大型化を抑制しつつ安定した減衰力を得ることができる。

一実施形態のダンパーの正面図である。ダンパーを間柱に設置した状態の立面図である。ダンパーの履歴特性を数値解析した結果を示すグラフである。第一使用例の立面図である。第二使用例の断面図である。第三使用例の断面図である。第四使用例における（Ａ）は（Ｂ）の７Ａ－７Ａ線の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の７Ｂ－７Ｂ線の断面図であり、（Ｃ）はダンパーの取付部位の拡大平面図である。ダンパーが変形した状態の正面図である。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態のダンパーについて説明する。なお、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向をＺ方向として、矢印Ｚで示す。

［構造］
先ず、本実施形態のダンパーの構造及びこのダンパーを用いた間柱について説明する。

図１に示すように、ダンパー１００は、二つの支持部材１１０と、二つの支持部材１１０の間に設けられた変形部１１８と、を有して構成されている。本実施形態の二つの支持部材１１０は、矩形の板状とされ、同一面上に間隔をあけて端面１１２が平行に配置されている。なお、支持部材１１０の端面１１２に沿った方向は、Ｘ方向である。また、支持部材１１０には、面外方向（Ｙ方向）に貫通する貫通孔１１４が複数形成されている。

変形部１１８は、二つの支持部材１１０の端面１１２から同一面上に上下方向且つ反対方向に凸となるようにアーチ状に延びたアーチ状部１２０が設けられている。これら二つのアーチ状部１２０は、頂部１２２同士がつながっている。本実施形態における二つのアーチ状部１２０は、半径が同じ半円形状であり、上下対称であるが、これに限定されるものではない。

変形部１１８のアーチ状部１２０の根本部１２４は、他の部位よりもＸ方向に拡幅されている。また、本実施形態では、変形部１１８のアーチ状部１２０の板厚（Ｙ方向の厚み）は、幅（半円の径方向の幅）よりも小さい。また、本実施形態のダンパー１００は、鋼板をレーザーで切り出して作っているが、これに限定されるものではない。

図２に示すように、ダンパー１００（図１も参照）は、制振建物である建物１０に設置されている。ダンパー１００は、構造体の一例としての上側梁１２と下側梁１４との間に設けられた間柱２０に設けられ、制振ダンパーとして機能する。具体的には、間柱２０を構成する上側間柱２２と下側間柱２４との間に設けられている。また、ダンパー１００は、横方向（Ｘ方向）に並んで設置されている。

本実施形態では、上側間柱２２の下端部及び下側間柱２４の上端部に形成されたスリットに、ダンパー１００の支持部材１１０を差し込み、貫通孔１１４（図１参照）にボルト３０を挿通してボルト締結することで、ダンパー１００が上側間柱２２及び下側間柱２４に接合されている。なお、上側間柱２２の下端部及び下側間柱２４と、ダンパー１００との接合構造は、一例であって、これに限定されるものではない。本実施形態では、上側梁１２及び下側梁１４の梁方向がＸ方向である。また、上側間柱２２及び下側間柱２４の面外方向がＹ方向である。

なお、本実施形態では、上側梁１２及び下側梁１４は鉄骨材で構成され、上側間柱２２及び下側間柱２４は、木質材、具体的には、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber（直交集成板））で構成されているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、鉄骨造の上側梁１２及び下側梁１４と、木質の上側間柱２２及び下側間柱２４とは、ボルト７２及び引きボルト７０によって接合されているが、これに限定されるものではない。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

地震時に図２に示す上側梁１２と下側梁１４との水平方向（間柱２０の面内方向の水平方向（Ｘ方向））の相対移動に伴ってダンパー１００の変形部１８が変形する。図８は、ダンパー１００の変形部１１８の変形前の形状を二点鎖線で示し、変形した状態の形状を実線で示している。なお、図８では、上側梁１２（上側間柱２２）が下側梁１４（下側間柱２４）に対して相対的に図の右方向に水平移動した状態を図示している。

図８に示すように、ダンパー１００の変形部１１８のアーチ状部１２０が引き延ばされることによる曲げ変形によりエネルギーを吸収する。このとき、変形部１８には、対角方向にストラットＳ１及びストラットＳ２が形成される。

上側の支持部材１１０（図２の上側梁１２及び上側間柱２２）が下側の支持部材１１０（図２の下側梁１４及び下側間柱２４）との水平方向の相対移動量が大きく、変形部１１８の変形量が大きい場合でも、一方のストラットＳ１が引張場となり、他方のストラットＳ２が圧縮側となることで、圧縮側の変形部１１８の面外方向の横座屈が抑制される。したがって、ダンパー１００に安定した減衰力が発生し、図２に示す上側梁１２と下側梁１４との相対移動が減衰され、建物１０の揺れが減衰する。

また、図１に示すように、本実施形態のダンパー１００では、変形部１１８のアーチ状部１２０が半円形状であるので、例えば、アーチ状部１２０が多角形の場合と比較し、滑らかな形状となり、滑らかな履歴特性（後述する図３参照）となる。

更に、本実施形態のダンパー１００では、変形部１１８のアーチ状部１２０の根本部１２４が、他の部位よりも拡幅されているので、大変形時での根本部１２４の塑性ひずみが抑制される。

ここで、本実施形態のダンパー１００の履歴特性について説明する。

図３のグラフは、本実施形態のダンパー１００の履歴特性を数値解析した結果を示している。前述したように、図８に示す一方のストラットＳ１が引張場となり、他方のストラットＳ２が圧縮側となることで、圧縮側の変形部１１８の面外方向の横座屈が抑制されることで、安定した減衰力が得られていることが判る。

具体的には、図３の履歴特性の実線Ｒ１が本実施形態のダンパー１００の特性であり、一点鎖線Ｒ２が座屈した場合の特性である。比較例のＲ２は、変形が進むにつれて耐力が下がる不安定な履歴特性になっている。よって、Ｒ１及びＲ２を比較すると判るように、大変形時、図３のグラフでは３０ｍｍ－４０ｍｍにおける減衰力がＲ１の方が大きくなっている。つまり、ダンパー１００は、大型化することなく、安定した減衰力が得られることが判る。

［他の使用例］
次に、本実施形態のダンパー１００の他の使用例を説明する。

（第一使用例）
図４に示す第一使用例では、ダンパー１００は、構造体の一例としての上側梁１３と床スラブ１５との間に設けられた間柱２１と上側梁１３との間に設けられ、制振ダンパーとして機能する。

なお、本実施形態では、上側梁１３及び床スラブ１５は鉄筋コンクリートで構成され、間柱２１は、木質材、具体的には、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber（直交集成板））で構成されているが、これに限定されるものではない。また、ダンパー１００は、横方向（Ｘ方向）へ並んで設置されている。更に、本使用例では、ダンパー１００とダンパー１００との間に配管５０が設けられている。

なお、本使用例では、ダンパー１００の上側の支持部材１１０は上側梁１３に設けられた取付プレート１７にボルト締結され、下側の支持部材１１０は間柱２１の上端部に形成されたスリットに差し込まれボルト締結されることで、ダンパー１００が上側梁１３及び間柱２１に固定されているが、これに限定されるものではない。

本変形例でも地震時に上側梁１３と床スラブ１５との水平方向（間柱２１の面内方向の水平方向（Ｘ方向））の相対移動に伴ってダンパー１００の変形部１１８が変形することで、安定した減衰力が得られ、建物の揺れが減衰する。

また、ダンパー１００は、大型化することなく、安定した減衰力が得られる。よって、ダンパー１００とダンパー１００との間隔をあけて、その間に配管５０を設けることができる。

（第二使用例）
図５に示す第二使用例では、スラブ２１２を支持する鉄骨梁２１０と、スラブ２１３を支持する鉄骨梁２１１と、の間にダンパー１００が設けられている。スラブ２１２とスラブ２１３との間には、エクスパンションジョイントやグレーチング等の連結部２００が設けられている。本使用例では、ダンパー１００は、支持部材１１０の端面１１２が上下方向（Ｚ方向）で、アーチ状部１２０が水平方向に凸となるように設けられている。よって、本使用例では、ダンパー１００は、支持部材１１０の上下方向（Ｚ方向）の相対移動に対して、減衰力を発揮する。

本変形例では、鉄骨梁２１０と鉄骨梁２１１とが上下方向に相対移動すると、ダンパー１００の変形部１１８が変形してエネルギーを吸収することで、鉄骨梁２１０と鉄骨梁２１１との上下方向の相対移動が減衰する。

（第三使用例）
図６に示す第三使用例では、建物３００は、下部構造部３１０と上部構造部３２０と有している。下部構造部３１０には図示されていない底部に免震装置が設置され、上部構造部３２０は図示されていない免震装置に支持されている。ダンパー１００は、下部構造部３１０の外周部から延びる片持梁形式のスラブ（犬走り）３１２と、スラブ３１２の下方の上部構造部３２０の外周上端部３２２と、の間に設けられている。

本変形例でも地震時に免震装置に支持された上部構造部３２０が、下部構造部３１０に対して水平方向に相対移動すると、ダンパー１００の変形部１１８が変形することで、上部構造部３２０の揺れが減衰する。

（第４使用例）
図７に示す第三使用例は、集合住宅４００の住宅部４０２と、住宅部４０２の内部の吹抜部４１０に設けられた平面視矩形状の機械式のタワー駐車場４２０と、の間にダンパー１００が設けられている。なお、図７（Ｂ）では、ダンパー１００を判り易くするため実際とは異なる向きで図示しているが、実際は図７（Ａ）のダンパー１００の向きで設置されている。また、図７は断面図であるが、断面を表すハッチングを省略している。

図７（Ａ）に示すように、ダンパー１００は、吹抜部４１０の壁面に設けられたプレート４１２に支持部材１１０がボルト締結されている。また、図７（Ｃ）に示すように、プレート４１２のボルト孔４１４は、長孔になっている。なお、ボルト孔４１４は、端面１１２に沿った方向と直交する方向を長手方向とする長孔である。

本使用例では、地震時に、例えば、住宅部４０２とタワー駐車場４２０とがＹ方向に相対移動した場合、タワー駐車場の４２０のＸ方向の両側に設けられたダンパー１００の変形部１１８がＹ方向に変形することで、エネルギーが吸収され制振する。なお、このときＹ方向の両側に設けられたダンパー１００は、長孔のボルト孔４１４に沿ってＹ方向に相対移動する。

同様に、住宅部４０２とタワー駐車場４２０とがＸ方向に相対移動した場合、タワー駐車場の４２０のＹ方向の両側に設けられたダンパー１００の変形部１１８がＸ方向に変形することで、エネルギーが吸収され制振する。このときＸ方向の両側に設けられたダンパー１００は、長孔のボルト孔４１４に沿ってＹ方向に相対移動する。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態及び他の使用例では、ダンパー１００は横一列に並んでいたが、これに限定されるものではない。例えば、ダンパー１００を上下方向に並べてもよい。言い換えると、ダンパー１００を多段に配置してもよい。

また、例えば、上記実施形態のダンパー１００は、鋼板をレーザーで切り出して作っているが、これに限定されるものではない。ダンパー１００はダイキャストであってもよい。また、複数の部材を製造して溶接して一体化してもよい。例えば、支持部材１１０と変形部１１８とを別々に製造して溶接して一体化してもよい。また、二つのアーチ状部１２０を製造し、頂部１２２同士を溶接してもよい。或いは、頂部１２２同士は、溶接でなくボルト締結であってもよい。また、アーチ状部１２０は、丸棒を曲げて製造してもよい。また、アーチ状部１２０の断面は矩形でなく、真円や楕円であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、ダンパー１００の変形部１１８は、半径が同じ半円形状のアーチ状部１２０の頂部１２２同士が繋がって形状であったが、これに限定されるものではない。例えば、変形部は半径が異なる半円状のアーチ状部の頂部同士が繋がった形状であってもよい。或いは、アーチ状部は、楕円形や二次曲線状等の円弧状であってもよいし、多角形状であってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。複数の実施形態及び変形例等は、適宜、組み合わされて実施可能である。

１００ダンパー
１１０支持部材
１１２端面
１１８変形部
１２０アーチ状部
１２２頂部
１２４根本部

Claims

同一面上に間隔をあけて端面が平行に配置された二つの支持部材と、
前記支持部材の前記端面から前記同一面上にアーチ状に延びて設けられたアーチ状部の頂部同士がつながった変形部と、
を備えたダンパー。
前記アーチ状部は、半円形状である、
請求項１に記載のダンパー。
前記アーチ状部の根本部が、他の部位よりも拡幅されている、
請求項１又は請求項２に記載のダンパー。