JP3616889B2

JP3616889B2 - 制振ダンパー

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Publication number: JP3616889B2
Application number: JP32443596A
Authority: JP
Inventors: 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH10159379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル等に用いて好適な制振ダンパーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、近年、ビル等の建築物の躯体には高い耐震性が要求されており、このために制振性能や免震性能を得るための各種装置や構造が多種開発され、実用化されている。
【０００３】
このようなもののうち、特に、制振ダンパーを、躯体の壁、柱や梁の一部、あるいは屋上や基礎部分に組み込み、地震や強風等によって躯体に入力される振動エネルギーを吸収しようとする建築物の制振構造が多数提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の建築物の制振構造および制振ダンパーには、以下のような問題が存在する。
まず、従来の制振ダンパーは、前記したように建築物の内外に組み込むものが大多数であり、これらを組み込むためにスペースが必要となり、これが建築物の設計時に制約を受けることとなったり、また施工時に制振・免震装置を組み込むために別途手間がかかるという問題もある。
さらに、大地震等が発生して制振効果を発揮した後においては、制振ダンパーに変形や劣化が生じるものもあるが、このような場合、その性能を元通りに復帰させるには、制振ダンパーの一部または全部を交換する必要がある。しかし、制振ダンパーを組み込む場所によっては、交換が非常に困難あるいは不可能である場合もあり、地震発生後に速やかに建築物を使用することができないこともある。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、スペースを犠牲にすることなく、また施工時にも余計な手間がかからずに高い制振性能を得ることができ、さらには地震発生後に速やかに復旧を図ることのできる制振ダンパーを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、架構を構成する部材として組み込まれる制振ダンパーであって、一方の端部側で前記架構に固定される第１の構成材に、他方の端部側で前記架構に固定される第２の構成材と、前記第１の構成材に一体に連結された第３の構成材とが、少なくとも一層以上にわたって交互に積層され、かつ互いに向かい合う前記第１の構成材と前記第２の構成材との間、及び前記第２の構成材と前記第３の構成材との間には、それぞれそれらの面に沿った方向の相対変位を減衰する減衰部材としての粘弾性体が介装されてなり、前記第１の構成材は断面視ロ字状の鋼管からなり、前記第２の構成材は前記第１の構成材の各面の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第３の構成材は前記第２の構成材の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第１の構成材の隅部から外側に突出させたガセットプレートに前記第３の構成材の縁部に取り付けた接合プレートを重ね合わせてボルト締結することにより、それら第１の構成材と第３の構成材とを一体化するとともに第３の構成材を全体として断面視ロ字状に組み立て、前記第２の構成材の縁部に取り付けた接合プレートどうしを相互に重ね合わせてボルト締結することにより、これら第２の構成材を第１の構成材と第３の構成材の間において全体として断面視ロ字状に組み立ててなることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、架構を構成する部材として組み込まれる制振ダンパーであって、一方の端部側で前記架構に固定される第１の構成材に、他方の端部側で前記架構に固定される第２の構成材と、前記第１の構成材に一体に連結された第３の構成材とが、少なくとも一層以上にわたって交互に積層され、かつ互いに向かい合う前記第１の構成材と前記第２の構成材との間、及び前記第２の構成材と前記第３の構成材との間には、それぞれそれらの面に沿った方向の相対変位を減衰する減衰部材としての粘弾性体が介装されてなり、前記第１の構成材は断面視ロ字状の鋼管からなり、前記第２の構成材は前記第１の構成材の各面の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第３の構成材は前記第２の構成材の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第２の構成材には軸方向に長い長穴が形成されていて、該長穴内に前記第１の構成材と前記第３の構成材との間の間隔を保持する筒状のセパレータが設けられ、該セパレータ内に挿通されたボルトにより第１の構成材と第３の構成材とが一体に連結されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る制振ダンパーの第一および第二の実施の形態について、図１ないし図７を参照して説明する。
【００１１】
［第一の実施の形態］
図１に示すものは、ラーメン構造からなるビル等の建築物の一部を示すもので、符号１は本発明に係る制振ダンパーを適用した建築物の躯体（架構）、２は躯体１を構成する鉄骨造，鉄骨鉄筋コンクリート造，充填鋼管コンクリート造等からなる柱、３は互いに隣接する柱２，２間に架設されたＨ型鋼からなる鉄骨造の梁、４は、上方の梁３の中央部と下方の梁３および柱２の接合部との間に、いわゆるＫ型に架設されたブレースをそれぞれ示している。
【００１２】
各ブレース４は、その両端部が、躯体１に固定されたＨ型鋼からなる端部材５Ａ，５Ｂによって構成され、これら端部材５Ａ，５Ｂ間にこのブレース４の軸線方向の変位を減衰するためのブレースダンパー６が組み込まれている。
【００１３】
図２に示すように、ブレースダンパー６は、ダンパー本体（制振ダンパー）７と、このダンパー本体７をその両側の端部材５Ａ，５Ｂに接続するためのジョイント部材８Ａ，８Ｂとから構成されている。
【００１４】
図２ないし図４に示すように、ダンパー本体７の一番内側には、断面視ロ字状の内部鋼管（第１の構成材，鋼管）１０が配置されており、その各側面には、帯状の鋼板からなる中間プレート（第２の構成材）１１，外部プレート（第３の構成材）１２が、内側から外側に向けて順次積層されている。そして、内部鋼管１０と中間プレート１１との間、および中間プレート１１と外部プレート１２との間には、それぞれ粘弾性体（減衰部材）１４が介装されている。
【００１５】
この粘弾性体１４には、ゴムアスファルト系のゴム，高減衰ゴム，超塑性ゴム（エネルギーを吸収し熱に変換する塑性的性質と、大変形への追随性を与えるゴム弾性をともに備えている特殊配合のポリマー複合材；例えば株式会社ブリヂストン製）等、高い減衰性能を有したものが用いられている。
【００１６】
図３および図４（ａ）に示したように、内部鋼管１０の各隅部には、その長さ方向において所定間隔ごとに、各隅部から各側面に対して４５度の角度をなして放射状に延びるガセットプレート１６が隅肉溶接されて一体に設けられている。また、外部プレート１２には、その両側の各ガセットプレート１６に対応した位置に、接合プレート１７が、ガセットプレート１６に対応した角度で一体に設けられている。
そして、各ガセットプレート１６と、このガセットプレート１６を挟んで隣り合う二枚の外部プレート１２，１２の接合プレート１７，１７とが、高力ボルト（いわゆるＨＴＢ）１８によって一体に接合されている。これにより、内部鋼管１０と、その四側面に沿う外部プレート１２，１２，…とは一体に接合された構成となっている。
【００１７】
また、図３および図４（ｂ）に示したように、内部鋼管１０の四側面にそれぞれ配置されている各中間プレート１１の両側には、その長さ方向において所定間隔ごとに、接合プレート１９が中間プレート１１に対して４５度の角度をなすよう隅肉溶接されて一体に設けられている。そして、互いに隣接する中間プレート１１，１１は、接合プレート１９，１９どうしが高力ボルト２０によって一体に接合されている。これにより、４枚の中間プレート１１，１１，…は、全体として断面視ロ字状の箱形に一体化された形態となっている。なお、図２および図３に示したように、これら接合プレート１９は、前記内部鋼管１０のガセットプレート１６や外部プレート１２の接合プレート１７とは干渉しない位置に設けられている。
【００１８】
図２に示したように、上記各中間プレート１１は、内部鋼管１０よりもジョイント部材８Ｂ側に所定寸法突出するよう設けられている。
【００１９】
このようなダンパー本体７は、内部鋼管１０，中間プレート１１，外部プレート１２がそれぞれ鋼材からなり、これによって鋼材と粘弾性体１４とが交互に積層された積層ゴムと同様の形態をなしている。そして、ダンパー本体７は、内部鋼管１０，中間プレート１１，外部プレート１２間に介装された粘弾性体１４により、一体化された内部鋼管１０および外部プレート１２と、中間プレート１１との軸線方向の相対変位を減衰してダンパー効果を発揮する構成となっている。
【００２０】
上記ダンパー本体７は、前記ジョイント部材８Ａ，８Ｂを介して端部材５Ａ，５Ｂに接合されている。
図５に示すように、ジョイント部材８Ａは、例えばＨ型鋼材からなり、フランジ２１，２１には、両端部に放射状に延出するガセットプレート２２，２２が隅肉溶接されて設けられている。これらガセットプレート２２は、内部鋼管１０のガセットプレート１６，１６，…（図４（ａ）参照）と対応するようになっている。そして、図２に示したように、ジョイント部材８Ａのフランジ２１とガセットプレート２２とが、ダンパー本体７の内部鋼管１０とガセットプレート１６（図４（ａ）参照）とに突き合わせ溶接されている。
一方、ジョイント部材８Ｂは、ジョイント部材８Ａと同様の形状を有しており、各フランジ２３と、これに隅肉溶接されたガセットプレート２４とから形成されている。各ガセットプレート２４は、ダンパー本体７側に延出して、接合プレート１９，１９間に挟み込まれるようになっている。そして、このジョイント部材８Ｂは、各フランジ２３と、ダンパー本体７の互いに対向する２枚の中間プレート１１，１１とが突き合わせ溶接され、各ガセットプレート２４が、接合プレート１９，１９間に挟み込まれて高力ボルト２０で接合されている。
そして、これらのジョイント部材８Ａ，８Ｂは、端部材５Ａ，５Ｂに、それぞれジョイントプレート２５，２６と高力ボルト２７とによって接合されている。
【００２１】
これにより、ダンパー本体７は、一方の端部側で、外部プレート１２が一体化された内部鋼管１０がジョイント部材８Ａを介して端部材５Ａに接合され、他方の端部側で、中間プレート１１がジョイント部材８Ｂを介して端部材５Ｂに接合された構成となっている。
【００２２】
図１に示したように、上記のような構成からなるブレースダンパー６が組み込まれた建築物の躯体１においては、地震や強風等により躯体１に外力（振動）が入力され、躯体１の変形が生じてブレース４に軸線方向の圧縮力または引張力が作用すると、この力によって、端部材５Ａと５Ｂとが互いに接近または離間する方向の相対変位が生じる。これにより、図２に示したブレースダンパー６のダンパー本体７においては、内部鋼管１０およびこれに一体化された外部プレート１２と中間プレート１１とが軸線方向に相対変位し、これにともなって粘弾性体１４，１４がせん断変形しつつ変位エネルギーを吸収することによって前記相対変位が減衰される。このようにして、躯体１の振動がブレースダンパー６によって減衰されるようになっている。
【００２３】
上述した建築物の制振構造では、ラーメン構造の躯体１にブレースダンパー６が組み込まれ、このブレースダンパー６が、一方の端部側で端部材５Ａを介して躯体１に接合された内部鋼管１０の外側に、他方の端部側で端部材５Ｂを介して躯体１に接合された中間プレート１１と、ガセットプレート１６および接合プレート１７を介して内部鋼管１０に一体化された外部プレート１２とが順次積層され、これら内部鋼管１０，中間プレート１１，外部プレート１２との間にそれぞれ粘弾性体１４が介装された構成となっている。
このようなブレースダンパー６により、地震や風等により躯体１に生じる変位や振動を減衰することができ、躯体１の制振性能を高いものとすることができる。さらに、躯体１の制振性能を高めることによって、地震時の応答が小さくなるため、通常の鉄骨構造と比較して躯体１を構成する部材断面を小さくすることが可能となり、コストダウンに貢献することができる。
【００２４】
このとき、ブレースダンパー６には、粘弾性体１４が、内部鋼管１０と中間プレート１１との間と、中間プレート１１と外部プレート１２との間の、２層に設けられた構造となっているため、これを単層とする場合に比較して、ブレースダンパー６を大型化することなく減衰性能を２倍に向上させることができる。
【００２５】
また、ブレースダンパー６は、工場で製作することができ、現場での組立作業が不要であるため、躯体１の構築時においては、通常の鉄骨ブレースと同様の工程で組み込むことができ、手間を増やしたり工期の長期化を招くことなく高い制振性能を有した躯体１を構築することができる。
【００２６】
さらに、ブレースダンパー６を組み込んだ躯体１の外観上の形態は、一般的に用いられているブレース構造と同様であり、構造計画や建築計画上に特別な制約を受けることなく容易に本構造を適用することができる。
【００２７】
これに加えて、ブレースダンパー６は、躯体１に端部材５Ａ，５Ｂを介してボルト接合されているので交換が容易であり、メンテナンスを行う場合，大地震発生時にダンパー本体７を交換する必要が生じた場合，将来制振効果のより高い減衰材料が開発された場合等に、交換作業を容易かつ迅速に行うことができる。特に、大地震発生後等には、復旧を速やかに行うことが可能となる。
しかも、そのボルト接合には高力ボルト２７を用いるようにした。高力ボルト２７は、施工性が良く品質管理が容易であるので、上記効果はより顕著なものとなる。
【００２８】
また、ダンパー本体７には振動を減衰する減衰部材として粘弾性体１４が用いられている。粘弾性体１４は、粘性とともに弾性剛性を保持しており、地震応答時の残留変形は最大変形に比較して十分小さい。従って、地震発生後においても、躯体１に有害な残留変形を残さず、機能を維持することができる。また、粘弾性体１４を使用することで、微少変形や風荷重時にも制振性能を有効に発揮することができ、居住性をも向上させることができる。
【００２９】
このように粘弾性体１４が用いられたダンパー本体７自体は、従来の積層ゴムとほぼ同様の構造であり、組立に特殊な技術が要求されることもなく、製作を短工期でかつ低コストで行うことが可能となる。また、粘弾性体１４を用いたダンパー本体７は、定期点検の必要なオイルダンパーと異なって基本的にメンテナンスフリーであり、しかもダンパー本体７の組立を高力ボルト１８，２０によるボルト接合とすることで、メンテナンスの必要が発生した場合にも、これを容易に行うことができる。
【００３０】
さらに、ブレースダンパー６は、断面視ロ字状の内部鋼管１０だけでなく、中間プレート１１、外部プレート１２についてもそれぞれ断面視ロ字状に組まれた構成となっており、これによってブレースダンパー６が全体として箱形の閉鎖断面となっているので、座屈に対する抵抗を大きなものとすることができる。
【００３１】
［第二の実施の形態］
次に、本発明に係る制振ダンパーの第二の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態と共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
本第二の実施の形態における制振ダンパーは、後述するブレースダンパー６’のダンパー本体（制振ダンパー）３０を、図１に示したダンパー本体７に代えて設置するものであり、躯体１に、端部材５Ａ，５Ｂおよびジョイント部材８Ａ，８Ｂを介して組み込むという構成は共通である。
【００３３】
図６に示すように、ダンパー本体３０は、その一番内側に断面視ロ字状の内部鋼管１０が配置されており、その各側面には、帯状の鋼板からなる中間プレート（第２の構成材）３１，外部プレート（第３の構成材）３２が、内側から外側に向けて順次積層されている。そして、内部鋼管１０と中間プレート３１との間、および中間プレート３１と外部プレート３２との間には、それぞれ粘弾性体１４が介装されている。
【００３４】
図６および図７に示すように、内部鋼管１０と各外部プレート３２との間には、その長さ方向において所定間隔ごとに、所定長の筒状のセパレータ３４が設けられている。このセパレータ３４は、内部鋼管１０と外部プレート３２との間隔を所定間隔に維持するものである。そして、各セパレータ３４内にはボルト３５が挿通され、このボルト３５によって内部鋼管１０と外部プレート３２とが一体に連結されている。
一方、図７に示したように、中間プレート３１には、セパレータ３４に対応した位置に、ダンパー本体３０の長さ方向に所定長を有した長穴３６が形成されており、中間プレート３１と内部鋼管１０および外部プレート３２との相対移動が発生した場合に、セパレータ３４がダンパー本体３０の軸線方向に移動するのを許容するようになっている。
【００３５】
このようなダンパー本体３０を備えたブレースダンパー６’においては、前記第一の実施の形態において図２に示したダンパー本体７と同様、内部鋼管１０が端部材５Ａ側に接合され、中間プレート３１が前記中間プレート１１と同様に端部材５Ｂ側に接合された構成となっている。
【００３６】
上述したダンパー本体３０を備えたブレースダンパー６’を図１に示したブレースダンパー６に代えて躯体１に組み込むことにより、前記第一の実施の形態と同様の効果を奏することが可能となる。
【００３７】
なお、内部鋼管１０や中間プレート１１，３１、外部プレート１２，３２に制振鋼板を用いることによって、さらに制振性能を高めることも可能である。また、ダンパー本体７，３０には粘弾性体１４を２層に設ける構成としたが、これを２層以上に多層化する構成としても良く、それにより減衰性能をより向上させることが可能である。その場合には、第３の構成材である外部プレート１２，３２の外側に配設する構成材は、中間プレート１１，３１に一体に連結する第２の構成材とし、以後第３の構成材と第２の構成材とを交互に配設するようにする。
【００３８】
これ以外にも、内部鋼管１０と中間プレート１１，３１との間、中間プレート１１，３１と外部プレート１２，３２との間に、それらの軸線方向の相対変位を許容しつつ、これらの間隔を維持するガイドシューを設置するようにしてもよい。このガイドシューは、例えば、内部鋼管１０と中間プレート１１，３１、中間プレート１１，３１と外部プレート１２，３２の、それぞれいずれか一方の側に例えばテフロン（登録商標）等からなるガイドシューを取り付け、他方の側には当接させる。そして、このガイドシューを、内部鋼管１０と中間プレート１１，３１、中間プレート１１，３１と外部プレート１２，３２が軸線方向に相対移動するときには摺動させるようにする。これにより、内部鋼管１０と中間プレート１１，３１との間、中間プレート１１，３１と外部プレート１２，３２との間にそれぞれ介装されている粘弾性体１４に圧縮、引張、ねじり変形等が生じるのを防ぎ、せん断変形のみを生じさせて、その減衰機能を有効に発揮させることができる。
【００３９】
さらに、上述した第一および第二の実施の形態では、ブレースダンパー６，６’をＫ型のブレース設置形態で配置する構成としたが、これ以外にもノ型や偏心ノ型、偏心Ｋ型等、他のブレース設置形態で設けるようにしてもよい。
また、ダンパー本体７，３０を、ラーメン構造の躯体１に組み込む構成としたが、このようなダンパー本体７，３０は、その軸線方向の変位を有効に減衰する部材であるので、これ以外にも、トラス架構（架構）のラチス材や、各種形態の架構を構成する部材として組み込むことも可能であり、これによって各種架構の制振性能を高めることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制振ダンパーによれば、一方の端部側で架構に固定される第１の構成材に、他方の端部側で架構に固定される第２の構成材と、第１の構成材に一体化される第３の構成材とが、少なくとも一層以上にわたって交互に積層され、かつ互いに向かい合う第１の構成材と第２の構成材との間、及び第２の構成材と第３の構成材との間に減衰部材が介装された構成となっている。このような制振ダンパーを、ラーメン構造のブレースやトラス架構のラチス材として組み込むことによって、架構の制振性能を高めることができ、さらに通常の鉄骨構造と比較して架構を構成する部材断面を小さくすることが可能となり、コストダウンに貢献することができる。しかも、このような制振ダンパーは工場で製作することができるので、現場での手間を増やしたり工期の長期化を招くことなく高い制振性能を有した架構を構築することができる。
また、本発明の制振ダンパーは減衰部材として粘弾性体を使用する構成となっている。これにより、地震発生後においても、躯体に有害な残留変形を残さず、機能を維持することができる。また、粘弾性体を使用することで、微少変形や風荷重時にも制振性能を有効に発揮することができ、居住性を向上させることもできる。さらに、ブレースダンパー自体は、従来の積層ゴムとほぼ同様の構造となり、組立に特殊な技術が要求されることもなく、製作を短工期でかつ低コストで行うことが可能となる。また、メンテナンスの容易化を図ることもできる。
さらに、本発明の制振ダンパーは、第１の構成材が断面視ロ字状の鋼管からなり、第２の構成材および第３の構成材が第１の構成材の各面に配設された構成となっている。これによりブレースダンパーが全体として箱形の閉鎖断面となり、ブレース材として座屈に対する抵抗を大きなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制振ダンパーを適用した躯体の一例を示す立断面図である。
【図２】前記制振ダンパーの外観およびその一部の断面を示す図である。
【図３】同制振ダンパーのダンパー本体を示す斜視図である。
【図４】図２における断面図であって、（ａ）イーイ断面図、（ｂ）ローロ断面図である。
【図５】前記制振ダンパーを構成するジョイント部材を示す図であって、その軸線と直交する方向の断面図である。
【図６】本発明に係る制振ダンパーの他の一例を示す図であって、同制振ダンパーの軸線と直交する方向の断面図である。
【図７】同制振ダンパーの一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１躯体（架構）
２柱
３梁
６，６’ ブレースダンパー
７，３０ダンパー本体（制振ダンパー）
１０内部鋼管（第１の構成材，鋼管）
１１，３１中間プレート（第２の構成材）
１２，３２外部プレート（第３の構成材）
１６ガセットプレート
１７，１９接合プレート
３４セパレータ
３５ボルト
３６長穴
１４粘弾性体（減衰部材）

Claims

架構を構成する部材として組み込まれる制振ダンパーであって、
一方の端部側で前記架構に固定される第１の構成材に、他方の端部側で前記架構に固定される第２の構成材と、前記第１の構成材に一体に連結された第３の構成材とが、少なくとも一層以上にわたって交互に積層され、
かつ互いに向かい合う前記第１の構成材と前記第２の構成材との間、及び前記第２の構成材と前記第３の構成材との間には、それぞれそれらの面に沿った方向の相対変位を減衰する減衰部材としての粘弾性体が介装されてなり、
前記第１の構成材は断面視ロ字状の鋼管からなり、前記第２の構成材は前記第１の構成材の各面の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第３の構成材は前記第２の構成材の外側に配設される帯状の鋼板からなり、
前記第１の構成材の隅部から外側に突出させたガセットプレートに前記第３の構成材の縁部に取り付けた接合プレートを重ね合わせてボルト締結することにより、それら第１の構成材と第３の構成材とを一体化するとともに第３の構成材を全体として断面視ロ字状に組み立て、
前記第２の構成材の縁部に取り付けた接合プレートどうしを相互に重ね合わせてボルト締結することにより、これら第２の構成材を第１の構成材と第３の構成材の間において全体として断面視ロ字状に組み立ててなることを特徴とする制振ダンパー。
架構を構成する部材として組み込まれる制振ダンパーであって、
一方の端部側で前記架構に固定される第１の構成材に、他方の端部側で前記架構に固定される第２の構成材と、前記第１の構成材に一体に連結された第３の構成材とが、少なくとも一層以上にわたって交互に積層され、
かつ互いに向かい合う前記第１の構成材と前記第２の構成材との間、及び前記第２の構成材と前記第３の構成材との間には、それぞれそれらの面に沿った方向の相対変位を減衰する減衰部材としての粘弾性体が介装されてなり、
前記第１の構成材は断面視ロ字状の鋼管からなり、前記第２の構成材は前記第１の構成材の各面の外側に配設される帯状の鋼板からなり、前記第３の構成材は前記第２の構成材の外側に配設される帯状の鋼板からなり、
前記第２の構成材には軸方向に長い長穴が形成されていて、該長穴内に前記第１の構成材と前記第３の構成材との間の間隔を保持する筒状のセパレータが設けられ、該セパレータ内に挿通されたボルトにより第１の構成材と第３の構成材とが一体に連結されていることを特徴とする制振ダンパー。