JP2756996B2 - 高力ボルト応用の制震用ダンパー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、プレキャストコンクリート（以下PCaと
略す）耐震壁、または鉄骨ブレース入りPCa版、または
外装PCa耐震版あるいは耐震梁又は耐震柱などの制振機
構として使用される高力ボルト応用の制震用ダンパー
（エネルギー吸収ダンパー、摩擦ダンパー）に関する。

【従来の技術】

従来、建物の横揺れを制御し、建物の耐震、耐風性能
を向上させるために用いられるPCa耐震壁又は鉄骨ブレ
ース入りPCa版などの制震機構としては、主に第12図に
示したピストンシリンダ型の鉛ダンパーが知られ使用さ
れている。これはシリンダａ内の前後２箇所にすべり軸
受ｂ、ｃを設置し、これら２個の軸受ｂ、ｃにて２点支
持されたピストンロッドｄが軸方向へ所望大きさのスト
ロークで往復移動自在に設置されている。ピストンロッ
ドｄの中間部に形成された所謂そろばん玉形状のピスト
ンｅが、前後２箇所のすべり軸受ｂ、ｃの間に設置され
た鉛スリーブｆの内径面に食い込み同鉛スリーブｆの内
径面を弾塑性的に変形させながら移動する構成とされて
いる。 この鉛ダンパーは、地震力が導入される一方の構造
（耐震）要素にピストンロッドｄを結合し、他方の構造
要素にシリンダａの基端部ｇをピン締結した形で設置し
使用される。したがって、地震荷重に対しては、第13図
に荷重変形線図を示したように、ピストンｅと鉛スリー
ブｆとの関係において、入力（荷重）が鉛の弾塑性耐力
に達するまでは鉛スリーブｆがピストンｅを拘束し、ピ
ストンロッドｄの変位（架溝の変形）はほとんど発生せ
ず荷重だけが上昇する。前記入力（荷重）が鉛固有の弾
塑性耐力に達した途端に、鉛スリーブｆが変形しピスト
ンｅはほぼ一定荷重のまま移動（変位）する。入力（荷
重）が鉛の弾塑性耐力よりも低下すると、再び鉛スリー
ブｆがピストンｅを拘束して移動（変位）を止め、荷重
の低下のみが進行する。このような現象（動作）は地震
入力の向きが正反対の負荷に対してもほとんど同じであ
る。かくして、この鉛ダンパーはほぼ長方形で大きなヒ
ステリシスループ（エネルギー吸収ループ）を描き（第
13図）、エネルギー吸収能力が大であり、制震機構とし
て優れた作用を奏する。

【本発明が解決しようとする課題】

上述した鉛ダンパーは、制震機構として優れた制震作
用を奏することは検証されている。しかし、何分にも一
台が数10万円と云う程高価なものである。したがって、
一つの耐震建物で非常にたくさんの個数が必要とされる
制震機構として上記鉛ダンパーを使用すると費用負担が
大きすぎ、一般の建築物にはとても使用できないので問
題視されている。 その上、上記ピストンシリンダ型の鉛ダンパーは、例
えば耐震壁の壁厚とシリンダ外径との関係などにおいて
納まり上の問題がある。また、ピストンロッドｄ及びシ
リンダ基端部ｇをそれぞれ地震力が作用する耐震構造要
素に対してどのような態様で組み入れるか、の点でも使
用上の適用範囲や意匠的外観に問題があり、解決すべき
課題となっている。 従って、本発明の目的は、従来の鉛ダンパーにとって
代わる新規な構想に基ずく新しい安価な制震用ダンパー
を提供することである。

【課題を解決するための手段】

上記従来技術の課題を解決するための手段として、こ
の発明に係る高力ボルト応用の制震用ダンパーは、第11
図Ａ、Ｂに示したように、地震力等の荷重が導入される
少なくとも一対以上のダンパープレート１と２を交互の
配置で重ね合わせ、これらを高力ボルト３及びナット４
で締結し、所定大きさの荷重でダンパープレート１、２
間にすべりが発生する構成とすること、及び中間に挟ま
れたダンパープレート２のボルト孔をすべり方向に長い
長孔６に形成し、この長孔６の中に鉛又は硬質合成樹脂
等の摩擦材16を注入したことをそれぞれ特徴とする。

【作用】 本発明の制震用ダンパー10は、第一には、ダンパープ
レート１、２の摩擦面の摩擦力とすべりを利用して一種
の摩擦ダンパーの作用を奏する。即ち、一対のダンパー
プレート１、２には、高力ボルト３及びナット４の締結
力に基いて摩擦面（すべり面）に所定大きさの垂直力が
付与され、摩擦面の摩擦係数との積で決まる大きさの摩
擦力が設定される。この摩擦力が当該制震用ダンパー10
の耐力の大きさとして設定されており、一対のダンパー
プレート１、２に負荷された地震力（荷重）の大きさが
前記摩擦力より以下であると、当該制震用ダンパー10は
耐震壁又はその外周架構の剛性、耐力を十分に発揮せし
め、それらの抵抗で変形を生じない。従って、微弱震動
で建物がぐらぐら横揺れする不快感は生じない。 ととろが、一対のダンパープレート１、２に負荷され
た地震入力の大きさが前記摩擦力の大きさに達すると、
摩擦面にすべりが発生して地震エネルギーの吸収が行な
われる。地震入力の向きが正反対である負の荷重に対し
ても全く同じ作用であり、くり返し荷重に対して安定し
た略長方形の大きなヒステリシスループ（エネルギー吸
収ループ）を描く（第３図）。従って、地震エネルギー
の吸収能力（制震作用）が大きい。そして、耐震壁やそ
の外周架構に過大な荷重が負荷されるのを防ぎ、もって
それらの破壊を未然に防止するのである。つまり、耐
力、剛性のコントロールを容易に可能とする。 第二には、サンドイッチ状に挟まれた中間のダンパー
プレート２のボルト孔を長孔６に形成し、この長孔６の
中に高力ボルト３との関係で一定大きさの摩擦力を発生
する鉛又は軟質合成樹脂等の摩擦材16を注入しているの
で、この摩擦材16により発生する摩擦力を加算した大き
さの摩擦力が、最終的にこの制震用ダンパーとしての耐
力、剛性として高精度に設定されるのである。

【実施例】

次に、図面に示した本発明の実施例を説明する。 まず第１図は、この発明に係る高力ボルト応用の制震
用ダンパーを説明するための基本的なモデルを示したも
ので、地震力（又は風荷重）が導入される一対のダンパ
ープレート（平鋼プレート）１と２が重ね合わせられ、
高力ボルト３及びナット４により所定大きさのトルクで
締結されている。前記高力ボルト３及びナット４の締結
力は一対のダンパープレート１、２の摩擦面５に垂直力
として付与され、この摩擦面５の摩擦係数と前記垂直力
との積で算定される大きさの摩擦力が、当該制震用ダン
パー10の耐力の大きさとして設定されている。 したがって、一対のダンパープレート１、２に導入さ
れた地震力等の荷重が前記摩擦面５の設定摩擦力より以
下であると、摩擦面５にすべりは一切発生せず、当該一
対のダンパープレート１、２と結合された耐震構造要素
の耐力、剛性を十分に発揮せしめ変形を生じさせない。
ところが、荷重が前記摩擦面５の設定摩擦力の大きさに
達すると、摩擦面５にすべりが発生し、当該一対のダン
パープレート１、２と結合された耐震構造要素に変形が
発生し、この変形及び摩擦面５のすべり摩擦（摩擦熱）
などにより地震エネルギーが吸収、消費される。このよ
うにある大きさ以上の地震力（くり返し荷重）に対して
一対のダンパープレート１、２にすべりを予定している
が故に、各々のボルト孔は少なくとも一方（又は両方で
も可）がすべり量に必要十分な長さの長孔６に形成され
ている。 ところで、この制震用ダンパー10における一対のダン
パープレート１、２の摩擦面５の荷重とすべり量との関
係は、高力ボルト３とナット４の締結力が一定の大きさ
であることを条件とすると、同摩擦面５の処理方法の相
違が第２図の結果をもたらす。 特性曲線イはペンキ塗装処理をした場合を示し、同ロ
は黒皮処理の場合を示し、同ハはサンダー研磨処理直後
の場合を示している。また、第２図中の特性曲線ニは摩
擦面５がショットブラスト処理直後の場合を示し、同ホ
は赤さび発生状態の場合を示している。要するに、摩擦
面５の処理方法が違えば、摩擦面５のすべり荷重の大き
さがかなり大きく相違し、制震用ダンパー10の耐力決定
に重要な因子となることが明らかである。入力荷重が摩
擦面５の摩擦力以下である場合にはすべりが発生せず、
摩擦力に達すると確実に一定大きさの荷重ですべりが発
生する点ではいずれも全く同じ挙動を呈する。この事実
は摩擦面５の処理方法の選択によっても第３図に示した
ように制震機構として理想的で面積の大きい安定な略長
方形のヒステリシスループ（エネルギー吸収ループ）を
保持した制震用ダンパー10を構成できることが明らかで
ある。要するに、この制震用ダンパー10の耐力は、高力
ボルト３とナット４との締結力を一定の大きさとするこ
と、及び一対のダンパープレート１、２の摩擦面５の処
理をペンキ塗装処理とするか、ショットブラスト処理の
直後又は赤さび発生状態とするか又はシリコン系塗料の
塗布や金属溶射等の処理をすることによって耐力を明快
に設定できるのである。 このような制震用ダンパー10の用途としては、例えば
第４図ａに示したように、PCa耐震壁11と柱７、梁８の
ラーメン架構との取り合い部に第５図のような態様で適
用される。このPCa耐震壁11の下縁は下位の梁８に固着
（定着）され、上縁及び両側縁は上位の梁８及び左右の
柱７、７との間に若干の隙間をあけて自由縁となり、上
縁と上位の梁８とが制震用ダンパー10で連結されてい
る。 第５図に示した制震用ダンパー10は、一方のダンパー
プレート１を梁８のフランジ底面に溶接で固着し、他方
のダンパープレート２はアンカー９を使用するなどして
PCa耐震壁６に定着し一体化している。この一対のダン
パープレート１、２が高力ボルト３とナット４で締結さ
れ、例えば設計上の短期許容力の約半分（８トンぐら
い）の水平力（地震力又は風荷重）で摩擦面がすべるよ
うに摩擦力が設定されている。 この制震用ダンパー10は、第４図ｂに示した鉄骨ブレ
ース入りPCa耐力壁11の鉄骨ブレース12にも同様に適用
される。即ち、第６図に詳示したように鉄骨ブレース12
は耐震用ダンパーの設置箇所で分断し、各々の鉄骨ウェ
ブ部を重ね合わせ高力ボルト３及びナットで締結し、も
って制震用ダンパー10による接合が行われている。 この制震用ダンパー10は、第４図ｃに示した耐震用間
柱14又は耐震梁８にも同様に適用される。具体的には第
７図に示したように、一般の高力ボルトによるジョイン
トと同様、梁８、８同士のジョイント部のウェブ及びフ
ランジにガゼットプレート15を当てがい高力ボルト３及
びナットで締結し、もって制震用ダンパーによる接合が
行なわれている。 第８図に示した制震用ダンパー10のモデルは、地震力
等の荷重が導入される一対のダンパープレート１、２が
相互の摩擦面に挟み材13を介して重ね合わせられ、高力
ボルト３とナット４とにより所定大きさのトルクで締結
されている。つまり、第８図のモデルでは、挟み材13の
材質又は構成態様により耐力が設定されている。挟み材
13は、制震用ダンパー10の入力荷重に対する摩擦力の大
きさの設定、及びくり返し荷重に対するすべりの安定性
に寄与する。その他にもすべり時の金属音の低減や防
止、あるいは摩擦熱量の低減、摩耗の防止など種々な目
的をもって挟み材13が使用される。従って、挟み材13
は、個々の目的別に、又は全目的の綜合的効果をねらっ
て種々な材質、構成態様とされる。ちなみに、第９図に
示した挟み材13は、柔軟な鉛又はゴムのシート13aは表
面を薄鋼板13bで被覆して補強した構成とされている。 次に、第10図に示した制震用ダンパー10のモデルは、
基本的な考え方は第１図、第８図のモデルと共通する
が、対をなすダンパープレートのうち２枚を一組とする
一方のダンパープレート１、１により他方の一枚のダン
パープレート２をサンドイッチ状に挟むと共に相互の摩
擦面に挟み材13を介在せしめ、高力ボルト３及びナット
４で締結した構成を特徴としている。これは要するに、
一対をなすダンパープレート１と２は、第１図又は第８
図に示した１枚ずつの構成とするほか、用途又は耐震性
能要求に応じて一対以上の複数枚を交互の配置で重ね合
わせた構成で実施することを示したモデルであり、実は
これが本発明の基礎となっている。第10図に示した制震
用ダンパー10の用途も、第４図ａ〜ｃに示したPCa耐震
壁などに第５図〜第７図に詳示した例と同様な態様で適
用される。 以上の技術的思想をそれぞれ全て踏まえた本発明の実
施例を、第11図Ａ、Ｂに示している。この高力ボルト応
用の制震用ダンパーは、上記第10図の実施例と同様に、
対をなすダンパープレートのうち２枚を一組みとするダ
ンパープレート１、１により他方の１枚のダンパープレ
ート２をサンドイッチ状に挟むと共にこれらを高力ボル
ト３及びナット４で合一に締結した構成を特徴としてい
る。勿論、用途又は耐震性能の要求に応じて、一対以上
複数枚のダンパープレートを交互の配置で重ね合わせた
構成で実施することも行われる。その上で、中間に挟ま
れたダンパープレート２のボルト孔はすべり方向に長い
長孔６に形成され（第11図Ｂ）、この長孔６の中には高
力ボルト３との相対関係で一定大きさの摩擦力を発生す
る鉛又は軟質合成樹脂等の摩擦材16を注入した構成で前
記した高力ボルト３による締結が行われている。要する
に、本発明によれば、上記第１図、第８図、第10図のモ
デルに基いて説明したダンパープレート相互の摩擦面に
設定される摩擦力を基礎として、更に長孔６に注入した
摩擦材16の粘弾性又は塑性変形に起因する一定大きさの
摩擦力が加算されて、最終的なダンパー耐力及び剛性が
高精度に設定されるものである。

【本発明が奏する効果】

この発明に係る高力ボルト応用の制震用ダンパー10
は、一対以上の数のダンパープレート１、２と高力ボル
ト３及びナット４並びに摩擦材16との組合せで非常に安
価に簡単に実施できる。しかも寸法、形状ともに実施態
様の自由度が大であり、PCa耐震壁11や鉄骨ブレース入
りPCa耐震壁のブレース又は耐震梁８や耐震柱14などへ
制震機構として実施するにあたり、相手の構造、形態に
応じた適用ができるので極めて実用的である。 また、この制震用ダンパー10の耐力は、第１には高力
ボルト３とナット４による締結トルクの大きさで一義的
に決められるダンパープレート相互間の摩擦力の大き
さ、第２には摩擦材16に起因する摩擦力が加味された結
果として設定され、設計、製作が容易で、精度、品質上
のバラツキがほとんどないものが得られる。しかもエネ
ルギー吸収ループの大きい制震作用を期待できるので、
建物の耐震、耐風性能の信頼性向上に寄与するところ大
である。 その上、この制震用ダンパー10は、柱14や梁８の接合
部（高力ボルトジョイント）の兼ねる形でも実施できる
便利さもあり、施工性に優れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基礎となる制震用ダンパーのモデル
を一部破断して示した正面図、第２図は摩擦面の処理の
種類による荷重とすべり量の関係を示した特性図、第３
図は前記第１図のモデルのヒステリシスループ（エネル
ギー吸収ループ）を示したグラフ、第４図ａ、ｂ、ｃは
本発明の制震用ダンパーの適用例を簡単に示した正面
図、第５図〜第７図は同じく制震用ダンパーの適用例を
具体的に示した正面図、第８図と第10図はやはり制震用
ダンパーの異なるモデルを示した正面図、第９図は挟み
材の断面図である。第11図Ａは本発明の実施例である制
震用ダンパーを示した断面図、第11図Ｂは第11図Ａの11
−11線矢視の平面図である。第12図は従来の制震用ダン
パーを示した断面図、第13図は従来の制震用ダンパーの
ヒステリシスループを示したグラフである。

【符号の説明】

１、２……ダンパープレート ３……高力ボルト ４……ナット 16……摩擦材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地震力が導入される少なくとも一対以上の
   ダンパープレートが交互の配置で重ね合わせられ、これ
   らが高力ボルト及びナットで締結され、所定大きさの荷
   重でダンパープレート間にすべりが発生する構成とされ
   ていること、 中間に挟まれているダンパープレートのボルト孔がすべ
   り方向に長い長孔に形成され、この長孔中に鉛又は軟質
   合成樹脂等の摩擦材が注入されていることを特徴とする
   高力ボルト応用の制震用ダンパー。