JP3104846B2 - 構造物のダンパー機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上部構造物の振動
エネルギーを吸収する免震装置のダンパー機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】構造物の免震装置は、大きく分けて支承
とダンパーとの２つからなり、ダンパーは、地震時の大
きな変位を抑制したり、地震終了時に速やかに揺れを止
める働きをする。

【０００３】構造物の免震装置に用いるダンパーには、
弾塑性履歴エネルギーに期待する弾塑性ダンパー、地震
時の応答速度に依存した減衰エネルギーに期待する粘性
体ダンパーやオイルダンパー、摩擦エネルギーに期待す
る摩擦ダンパーなどが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらのダンパーは、
専ら構造物の免震に寄与する設備であるため、かかる免
震装置を組み込んだ場合の建築物のコストは、非免震の
ものより割高になることが多い。

【０００５】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、通常の建築設備と一部兼用することが可能な
構造物のダンパー機構を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る構造物のダンパー機構は請求項１に記
載したように、消火用の水源又は上水道の受水タンクと
兼用の容量可変型の流体槽を上部構造物の地下外壁を取
り囲むようにして側方地盤との間に複数配置するととも
に前記各流体槽を所定の連通手段で相互に連結してな
り、前記流体槽が前記上部構造物の水平移動に応答して
伸縮し容量が変化する際、容量が減少する側の流体槽内
の流体が前記連通手段を介して容量が増加する側の流体
槽へと流れ込むようになっているものである。

【０００７】また、本発明に係る構造物のダンパー機構
は、前記連通手段を連結管で構成したものである。

【０００８】

【０００９】本発明に係る構造物のダンパー機構におい
ては、容量可変型の流体槽が上部構造物の水平移動に応
答して伸縮し、該流体槽の容量が変化する。すなわち、
上部構造物の移動方向側では、上部構造物に押されて流
体槽が圧縮され、その容量が減少し、上部構造物が遠ざ
かる側では、逆に流体槽の容量が増大する。

【００１０】したがって、容量が減少する側の流体槽内
の流体は、連通手段を介して容量が増加する側の流体槽
へと流れ込み、その際の乱流形成等によって上部構造物
の振動エネルギーが吸収され、揺れが抑制される。

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る構造物のダン
パー機構の実施の形態について、添付図面を参照して説
明する。

【００１３】（第１実施形態）図１は、本実施形態に係
る構造物のダンパー機構を示した配置図である。同図で
わかるように、本実施形態に係る構造物のダンパー機構
１は、上部構造物２の地下外壁３を取り囲むようにして
側方地盤４との間に設置してある。ここで、上部構造物
２は、積層ゴム、滑り支承、ベアリング支承等の免震支
承５を介して杭６で支持してあり、上部構造物２に入力
する地震動のエネルギーが該免震支承５でカットされる
とともに、杭６の頭部に作用する曲げモーメントや水平
力も低減されるようになっている。

【００１４】ダンパー機構１は、流体槽７を上部構造物
２を取り囲むように複数配設してその内部に流体である
水を満たすとともに、各流体槽７を連通手段である連通
管８によって相互に連結してある。流体槽７は、密封性
を保持しつつその容量が変化する容量可変構造とし、例
えば、空気ポンプや流体ホースの接合部分に使われてい
るベローズ（蛇腹）構造を連通管８を配置した側壁部分
に採用すればよい。

【００１５】ここで、流体槽７と地下外壁３あるいは側
方地盤４との間には必要に応じて固化材等を充填し、隙
間が生じないようにするのがよい。なお、流体槽７は、
免震装置のダンパー機構のためだけに設置してもよい
が、消火槽、給水タンクなどと兼用するようにしてもよ
い。また、連通管８の内径や長さあるいは個数は、所望
の減衰性能が得られるように、上部構造物の重量、地震
速度などを考慮して適宜定めればよい。

【００１６】本実施形態に係る構造物のダンパー機構１
においては、地震によって上部構造物２が水平方向に振
動すると、該構造物２の地下外壁３が流体槽７を側方か
ら押し込むが、該流体槽７は、上部構造物２の水平振動
に応答して伸縮し、それらの容量が変化する。すなわ
ち、図２でよくわかるように、上部構造物２の移動方向
側では、上部構造物２に押されて流体槽７が縮み、その
容量が減少する。一方、上部構造物２が遠ざかる側で
は、流体槽７が膨らんでその容量が増大する。

【００１７】したがって、容量が減少する側の流体槽７
内の水が、連通管８を介して容量が増加する側の流体槽
７へと流れ込み、その際の乱流形成等によって上部構造
物２の振動エネルギーが吸収され、揺れが抑制される。

【００１８】なお、免震支承５として特にベアリングや
滑り支承を選択した場合には、上部構造物２に水平方向
の残留変形が生じることがあるが、かかる場合には、連
通管８内に設置した図示しないバルブを適宜開閉すると
ともに、同じく図示しないポンプを用いて容量の増加し
た流体槽７から容量の減少した流体槽７に水を戻すこと
によって、上部構造物２の側方に異なる大きさの圧力を
発生させ、該圧力差によって上部構造物２を元の位置に
戻すことができる。なお、かかる作業において必要に応
じて油圧ジャッキ等を併用することができる。

【００１９】以上説明したように、本実施形態に係る構
造物のダンパー機構によれば、容量可変型の流体槽が上
部構造物の水平振動に応答して伸縮する際、各流体槽内
に満たした水が連通管を介して移動し、そのときに生じ
る乱流等によって上部構造物の振動エネルギーが吸収さ
れて該構造物の揺れが速やかに抑制される。

【００２０】また、かかる流体槽を消火用の水源、上水
道の受水タンク等と兼用することができるので、免震設
備を含んだ全体の建築コストを低減することが可能とな
る。

【００２１】本実施形態では、杭基礎に適用した例を説
明したが、他の基礎形式にも適用できることは言うまで
もない。

【００２２】（第２実施形態）次に、第２実施形態につ
いて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部
品等については同一の番号を付してその説明を省略す
る。

【００２３】図３は、本実施形態に係る構造物のダンパ
ー機構を示した配置図である。同図でわかるように、本
実施形態に係る構造物のダンパー機構１１も上部構造物
２の地下外壁３を取り囲むようにして側方地盤４との間
に設置してある。

【００２４】ダンパー機構１１は、図４の全体斜視図で
よくわかるように、角形筒体１２を上部構造物２を取り
囲むように環状に形成してその内部に流体である水を満
たすとともに、上部構造物２のコーナーに対応する位置
にオリフィス１３を有する例えばベローズ構造の伸縮性
隔壁１４を配設してあり、隔壁１４で挟まれた内部空間
には、オリフィス１３で相互に連通された流体槽１５が
形成されている。すなわち、本実施形態では、隔壁１４
に形成されたオリフィス１３が、第１実施形態の連通管
に代わる連通手段となる。

【００２５】ここで、角形筒体１２は、伸縮性隔壁１４
の動きに追従できるよう、適宜伸縮自在に構成し、地下
外壁３あるいは側方地盤４との間には必要に応じて固化
材等を充填して隙間が生じないようにする。また、オリ
フィス１３の径や長さあるいは個数は、所望の減衰性能
が得られるように、上部構造物の重量、地震速度などを
考慮して適宜定める。なお、流体槽１５は、免震装置の
ダンパー機構のためだけに設置してもよいが、消火槽、
給水タンクなどと兼用するようにしてもよい。

【００２６】本実施形態に係る構造物のダンパー機構１
１においても第１実施形態と同様、地震によって上部構
造物２が水平方向に振動すると、該構造物２の地下外壁
３がダンパー機構１１を側方から押し込むが、伸縮性隔
壁１４は、上部構造物２の水平振動に応答して伸縮し、
各流体槽１５の容量が変化する。すなわち、図５でよく
わかるように、上部構造物２の移動方向側では、上部構
造物２に押されて伸縮性隔壁１４が縮み、該伸縮性隔壁
１４間の流体槽１５の容量が減少する。一方、上部構造
物２が遠ざかる側では、伸縮性隔壁１４が伸びて流体槽
１５の容量が増大する。

【００２７】したがって、容量が減少する側の流体槽１
５内の水が、隔壁１４に形成されたオリフィス１３を介
して容量が増加する側の流体槽１５へと流れ込み、その
際の乱流形成等によって上部構造物２の振動エネルギー
が吸収され、揺れが抑制される。

【００２８】以上説明したように、本実施形態に係る構
造物のダンパー機構によれば、伸縮性の隔壁が上部構造
物の水平振動に応答して伸縮する際、各流体槽内に満た
した水がオリフィスを介して移動し、そのときに生じる
乱流等によって上部構造物の振動エネルギーを吸収して
該構造物の揺れを速やかに止めることができる。

【００２９】また、かかる流体槽を消火用の水源、上水
道の受水タンク等と兼用することができるので、免震設
備を含んだ全体の建築コストを低減することが可能とな
る。

【００３０】（参考例） 次に、参考例について説明する。なお、第１実施形態あ
るいは第２実施形態と実質的に同一の部品等については
同一の番号を付してその説明を省略する。

【００３１】図６は、本参考例に係る構造物のダンパー
機構を示した配置図である。同図でわかるように、本参
考例に係る構造物のダンパー機構２１は、上部構造物２
の地下外壁３を取り囲むようにして側方地盤４との間に
設置された流体槽２２と、該流体槽２２内の水面下に配
置された流体ダンパー２３と、該流体ダンパー２３と地
下外壁３とを連結する連結機構としてのピストンロッド
２４とからなる。

【００３２】流体槽２２は、消火用の水源、上水道の受
水タンク等と兼用するのがよい。

【００３３】流体ダンパー２３は、図６(b) の拡大詳細
図でわかるように、シリンダ２５およびその中を往復動
するピストン２７とからなり、該ピストン２７にはオリ
フィス２６を形成してある。また、上述したピストンロ
ッド２４は、かかるピストン２７に連結され、流体槽２
２に設けた貫通孔２８を貫通した上で地下外壁３に連結
してある。なお、貫通孔２８の内面には、流体槽２２内
の水が漏洩しないように所定のシール２９を取り付けて
おくのがよい。

【００３４】本参考例に係る構造物のダンパー機構２１
においては、上部構造物２の水平移動がピストンロッド
２４を介して流体槽２２内に設置された流体ダンパー２
３のピストン２７へと伝達され、上部構造物２の水平運
動は、ピストン２７の往復動へと変換される。そして、
ピストン２７がシリンダ２５内に押し込まれてその中の
水がオリフィス２６を通って逃げ、その際の乱流形成等
によって上部構造物の振動エネルギーが吸収される。

【００３５】したがって、本参考例に係る構造物のダン
パー機構によれば、上述した実施形態と同様、流体ダン
パー２３において上部構造物２の振動エネルギーが吸収
され、該構造物の揺れを速やかに止めることができる。

【００３６】また、本参考例によれば、消火用の水源、
上水道の受水タンク等の建築設備と兼用することができ
るので、免震設備を含んだ全体の建築コストを低減する
ことが可能となる。

【００３７】本参考例では、ピストンロッド２４を流体
槽２２に貫通させた上で地下外壁３に連結したが、代わ
りに図７に示すような連結機構３１を用いて構成しても
よい。すなわち、本変形例では、連結機構３１の揺動ア
ーム３３の一端をピストンロッド２４に連結するととも
に、他端に連結されたロッド３２を地下外壁３に連結し
てある。

【００３８】かかる構成においても、上部構造物２の水
平運動が連結機構３１を介して流体ダンパー２３に往復
動として伝達され、該ダンパー２３においてエネルギー
吸収が行われるので、上述したと同様の効果が得られる
他、流体槽２２に孔開け等の加工を行う必要がなくなる
ので、通常の建築設備との兼用が行いやすくなるという
効果も得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る構造物
のダンパー機構によれば、通常の建築設備を一部利用し
ながら、上部構造物の振動を減衰させるダンパーとして
機能させることができる。

【００４０】

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る構造物のダンパー機構を示
した図であり、(a) は鉛直断面図、(b)はＡ―Ａ線に沿
う水平断面図。

【図２】第１実施形態の作用を示す説明図。

【図３】第２実施形態に係る構造物のダンパー機構を示
した図であり、(a) は鉛直断面図、(b)はＢ―Ｂ線に沿
う水平断面図。

【図４】同じく全体斜視図。

【図５】第２実施形態の作用を示す説明図。

【図６】参考例に係る構造物のダンパー機構を示した図
であり、(a) は鉛直断面図、(b)は拡大詳細図。

【図７】参考例の変形例に係る概念図。

【符号の説明】

１、１１、２１ ダンパー機構 ２ 上部構造物 ３ 上部構造物の地下外壁 ４ 側方地盤 ７ 流体槽 ８ 連通管（連通手段） １３ オリフィス（連通手段） １４ 隔壁 １５、２２ 流体槽 ２３ 流体ダンパー ２４ ピストンロッド（連結機構） ２５ シリンダ ２６ オリフィス ２７ ピストン ３１ 連結機構

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消火用の水源又は上水道の受水タンクと
   兼用の容量可変型の流体槽を上部構造物の地下外壁を取
   り囲むようにして側方地盤との間に複数配置するととも
   に前記各流体槽を所定の連通手段で相互に連結してな
   り、前記流体槽が前記上部構造物の水平移動に応答して
   伸縮し容量が変化する際、容量が減少する側の流体槽内
   の流体が前記連通手段を介して容量が増加する側の流体
   槽へと流れ込むようになっていることを特徴とする構造
   物のダンパー機構。
2. 【請求項２】 前記連通手段を連結管で構成した請求項
   １記載の構造物のダンパー機構。