JP3870997B2

JP3870997B2 - ブレースダンパ

Info

Publication number: JP3870997B2
Application number: JP34943497A
Authority: JP
Inventors: 亮松野; 純二橋本; 龍也願海
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11182089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明はブレースダンパに係り、特に微小振動から地震による振動まで減衰させるように構成されたブレースダンパに関する。
【従来の技術】
【０００３】
ビル等の構造物の耐震性を高める手段として、柱や梁等の骨組み間に骨組を塑性変形させようとするエネルギを吸収するため、骨組みの対角位置に装架されるブレースにダンパを取り付けて大地震の振動エネルギを吸収して骨組みを制振させる制振構造の開発が進められている。
【０００４】
このような制振構造に用いられる従来のブレースダンパとしては、例えば実開平７−２３１０８号公報に開示された構成のものがある。この公報に記載されたものは、ダンパがブレースとして取り付けられており、ダンパのシリンダの端部が骨組みの角部に連結され、シリンダ内を往復動するピストンに結合されたピストンロッドの端部が骨組みの対角位置に形成された角部に連結されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように構造物の骨組みに取り付けられるブレースダンパは、ピストン・シリンダ機構を有する油圧ダンパの減衰力により地震による大きな振動エネルギを吸収することができるように構成されている。一方、トラック等の車両が通行する道路の近傍では、地震よりも小さい振動が頻繁に伝搬する。
【０００６】
ところが、油圧ダンパよりなるブレースダンパは、交通振動等のような小さい振動が入力された場合、油の圧縮性の範囲内で油圧ダンパのピストンが変位するだけなので、減衰力が発生せず、微小な振動を減衰させることが難しかった。
すなわち、ブレースダンパは、地震のときの大きな振動エネルギを吸収できるように設定されているので、比較的小さい地震あるいは車両の通行による交通振動が発生した場合、このような小さい振動を吸収することができないといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決したブレースダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
【０００９】
本発明は、柱と梁とにより形成された空間内に取り付けられ、粘性抵抗により減衰力を発生させるブレースダンパにおいて、シリンダと該シリンダの一端から突出するピストンロッドとを備えた油圧ダンパと、該油圧ダンパのシリンダ外周に固定されるブラケットと、該ブラケットに固定され前記シリンダの一端から離間した位置において前記ピストンロッドと摺動する摩擦部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、本発明によれば、油圧ダンパのシリンダ外周に固定されるブラケットに固定された摩擦部材がシリンダの一端から離間した位置においてピストンロッドと摺動するため、例えばピストン動作が微小で粘性抵抗による減衰力が発生しない程度の小さな振動でも摩擦力を発生させて微小な外部振動を抑えることができ、例えば交通振動等のような小さい振動が入力されても制振することができる。さらに、ピストンロッドがストロークする位置の外で摩擦部材がピストンロッドに摩擦力を付与することができるので、油圧ダンパの油により摩擦力の変化が生じにくいという効果も奏します。
【００１１】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になるブレースダンパの一実施例が取り付けられた構造物の概略構成図である。
構造物１は、鉄骨を組み合わせた１階骨組み２の上に鉄骨を組み合わせた２階骨組み３を積み重ねた鉄骨構造であり、１階骨組み２の柱４（４₁〜４₃）は基礎５（５₁〜５₃）に固定され、１階骨組み２の梁６は柱４（４₁〜４₃）の上端間を横架するように締結されている。そして、２階骨組み３の柱７（７₁〜７₃）は梁６に締結され、２階骨組み３の梁８は柱７（７₁〜７₃）の上端間を横架するように締結されている。尚、図１において、外壁パネルや内壁パネルや天井板等は省略してある。
【００１２】
１階骨組み２の対角線上には、ブレースダンパ９，１０が取り付けられている。このブレースダンパ９は、１階骨組み２の柱４₁と梁６とにより形成された第１の角部１１と、柱４₂と基礎５₂とにより形成された第２の角部１２との間に装架されている。また、ブレースダンパ１０は、１階骨組み２の柱４₂と基礎５₂とにより形成された第３の角部１３と、柱４₃と梁６とにより形成された第４の角部１４との間に装架されている。
【００１３】
ブレースダンパ９，１０は、異なる対角方向に延在するように取り付けられているので、例えばＡ方向の変位が１階骨組み２に加えられると、ブレースダンパ９には圧縮荷重が作用し、ブレースダンパ１０には引っ張り荷重が作用する。そして、Ｂ方向の変位が１階骨組み２に加えられると、ブレースダンパ９には引っ張り荷重が作用し、ブレースダンパ１０には圧縮荷重が作用する。
【００１４】
このように、ブレースダンパ９，１０は、交互に圧縮荷重または引っ張り荷重を吸収して１階骨組み２の振動を減衰して１階骨組み２の上部に設けられた２階骨組み３に伝搬した振動が増幅することを防止する。
【００１５】
ここで、上記ブレースダンパ９，１０の構成について説明する。尚、ブレースダンパ９と１０とは、同一構成であるので、以下ブレースダンパ９の構成について説明する。
【００１６】
ブレースダンパ９は、第１ブレース１５と、油圧ダンパ１６と、第２ブレース１７とからなる。第１ブレース１５の上端は第１の角部１１に締結され、第２ブレース１７の下端は第２の角部１２とに締結される。
【００１７】
図２は油圧ダンパ１６を示す正面図である。
図２に示されるように、油圧ダンパ１６は、シリンダ１８と、シリンダ１８内を摺動するピストン１９と、ピストン１９に結合されたピストンロッド２０とからなる。シリンダ１８内には、所定の粘性抵抗を発生させるための油が充填されており、シリンダ１８の端部には、第１ブレース１５が連結される連結部１８ａが設けられている。また、ピストン１９は、シリンダ１８の内部に摺動する際に粘性抵抗を発生させるための弁部（図示せず）が設けられている。
【００１８】
尚、この弁部は、ピストン１９が一方向に摺動したときのみ開弁して油の抵抗により減衰力を発生させる弁である。また、ピストン１９は往復動するため、ピストン１９には一方向用の弁と、逆方向用の弁とが設けられている。ピストンロッド２０は、一端がピストン１９に一体的に結合され、他端に第２ブレース１７が連結される連結部２０ａが設けられている。
【００１９】
図３は油圧ダンパ１６のブラケットを示す図である。
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、２１はシリンダ１８の外周に固定されるブラケットであり、後述する摩擦部材を保持するためのものである。ブラケット２１は、円筒状のシリンダ１８の外周に嵌合するように半円形状に形成された嵌合部２１ａと、嵌合部２１ａの両側から横方向に突出する締結部２１ｂ，２１ｃとからなる。尚、締結部２１ｂ，２１ｃには、ボルト挿入孔２１ｄが設けられている。
【００２０】
そして、上記のように構成された一対のブラケット２１は、互いに対向する向きで双方の締結部２１ｂ，２１ｃ同志が後述するようにボルト、ナットにより締結されると共に、嵌合部２１ａがシリンダ１８の外周に当接する。また、一対のブラケット２１は、軸方向の全長のうち半分がシリンダ１８の外周を挟持する挟持部分となり、シリンダ１８の外周から外れた他の部分がピストンロッド２０の外周を覆うように延在する。
【００２１】
図４は摩擦部材２２の構成を示す図である。
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、摩擦部材２２は、半円形の中心部にピストンロッド２０の外周に対応した円弧状凹部２２ａが形成されている。そのため、一対の摩擦部材２２が突き合わされると、円弧状凹部２２ａ同志が連続した円形となって一対の摩擦部材２２はドーナツ状となる。
【００２２】
また、摩擦部材２２は、例えば自動車用のブレーキパッド等を加工したもので、上記ブラケット２１の嵌合部２１ａ内周面に接着される。また、摩擦部材２２は、円弧状凹部２２ａの曲率半径がピストンロッド２０の外径と一致するため、ピストンロッド２０に対する摺動面積が確保されている。
【００２３】
一対の摩擦部材２２は、外周が一対のブラケット２１の嵌合部２１ａに嵌合し、内周がピストンロッド２０に嵌合した状態となるように取り付けられる。そのため、ブラケット２１の嵌合部２１ａとピストンロッド２０との間には、摩擦部材２２が介在した状態に組み付けられる。
【００２４】
図５は油圧ダンパ１６にブラケット２１及び摩擦部材２２を取り付けた状態を示す図である。
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、一対のブラケット２１は、互いに対向する向きで双方の締結部２１ｂ，２１ｃのボルト挿入孔２１ｄにボルト２３を挿通させてナット２４を締め付けることにより、締結部２１ｂ，２１ｃ同志が締結されると共に、嵌合部２１ａがシリンダ１８の外周を挟持する。これと同時に、一対のブラケット２１は、ピストンロッド２０の外周に嵌合された一対の摩擦部材２２の外周を挟持する。
【００２５】
これにより、一対の摩擦部材２２の円弧状凹部２２ａがピストンロッド２０の外周に圧着される。そのため、ピストンロッド２０に対する摩擦部材２２の摩擦力は、ボルト２３とナット２４との締め付け具合によって所定の大きさに調整される。
【００２６】
尚、摩擦部材２２は、シリンダ１８の端面から離間した位置、すなわちピストンロッド２０のストローク外の位置に保持される。これにより、シリンダ１８内で油が付着した部分が摩擦部材２２まで達することがないので、ピストンロッド２０に対する摩擦部材２２による摩擦力を一定とすることができる。
【００２７】
このように、一対の摩擦部材２２がピストンロッド２０の外周に圧着されると、油圧ダンパ１６は摩擦部材２２とピストンロッド２０との摩擦による減衰力が得られる摩擦併用型ダンパとなる。従って、油圧ダンパ１６では、シリンダ１８とピストン１９との相対変位によりピストン１９に設けられた弁部が油の粘性抵抗による第１の減衰力発生部となり、摩擦部材２２が摩擦力による第２の減衰力発生部となる。
【００２８】
従って、地震による大きな振動エネルギが伝搬されたときは、ピストン１９がシリンダ１８内を摺動するため、油の粘性抵抗による減衰力が発生して振動エネルギを減衰することができる。また、ピストン１９の摺動動作と共に、摩擦部材２２がピストンロッド２０の外周を摺動して摩擦力を減衰力として発生させる。
【００２９】
また、例えば車両の通行による交通振動のような微小な振動が伝搬された場合は、ピストン１９が微小変位するものの油の圧縮性等により油による減衰力が殆ど発生しない。しかしながら、ピストン１９と共にピストンロッド２０が微小変位すると、摩擦部材２２とピストンロッド２０との摩擦による減衰力がピストンロッド２０に付与される。これにより、交通振動のような微小な振動も良好に減衰されて住宅が交通振動により振動することが防止される。
【００３０】
次に、本発明の変形例１について説明する。
図６は変形例１のブラケットの構成を示す図である。
図６（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ブラケット２１は、半円形状に形成された嵌合部２１ａの端部に四角形の取付部２１ｅが設けられている。この取付部２１ｅには、取付ボルトが挿通される孔２１ｆが貫通している。
【００３１】
図７は変形例１のブロックの構成を示す図である。
図７（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ブロック２５は、取付部２１ｅの内周に嵌合するように半円形状に形成されている。また、ブロック２５には、雌ねじが形成されたネジ孔２５ａが取付部２１ｅの孔２１ｆに対応する位置に設けられている。
【００３２】
図８は変形例１の摩擦部材の構成を示す図である。
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、摩擦部材２６は、直方体形状に形成され、下面側にピストンロッド２０の外周に対応した円弧状凹部２６ａが形成されている。また、摩擦部材２６の上面は、ブロック２５の下面に接着される。図９は油圧ダンパ１６にブラケット２１及びブロック２５、摩擦部材２６を取り付けた状態を示す図である。
【００３３】
また、締結部２１ｂ，２１ｃ同志がボルト２３とナット２４との締め付けにより締結されると共に、摩擦部材２６の円弧状凹部２６ａがピストンロッド２０の外周に圧着される。そのため、ピストンロッド２０に対する摩擦部材２６の摩擦力は、ボルト２３とナット２４との締め付け具合によって所定の大きさに調整される。
【００３４】
このように、一対の摩擦部材２６がピストンロッド２０の外周に圧着されると、油圧ダンパ１６は摩擦部材２６とピストンロッド２０との摩擦による減衰力が得られる摩擦併用型ダンパとなる。従って、油圧ダンパ１６では、シリンダ１８とピストン１９との相対変位によりピストン１９に設けられた弁部が油の粘性抵抗による第１の減衰力発生部となり、摩擦部材２６が摩擦力による第２の減衰力発生部となる。
【００３５】
また、例えば車両の通行による交通振動のような微小な振動が伝搬された場合は、摩擦部材２６とピストンロッド２０との摩擦による減衰力がピストンロッド２０に付与される。これにより、交通振動のような微小な振動も良好に減衰されて住宅が交通振動により振動することが防止される。
【００３６】
図１０は変形例２の構成を示す図である。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、変形例２では、摩擦部材２６をコイルばね３０のばね力によりピストンロッド２０の外周に圧着される構成となっている。すなわち、ブラケット２１の取付部２１ｅには、ばね力調整用のボルト２８が螺入されている。ボルト２８は、ばね受け２９を介してコイルばね３０を押圧してコイルばね３０の圧縮代を変更することにより摩擦部材２６への押圧力を任意の値に調整することができる。また、コイルばね３０と摩擦部材２６との間にも、ばね受け３１が介在している。
【００３７】
そのため、例えば車両の通行による交通振動のような微小な振動が伝搬された場合は、コイルばね３０により押圧された摩擦部材２６とピストンロッド２０との摩擦による減衰力がピストンロッド２０に付与される。これにより、交通振動のような微小な振動も良好に減衰されて住宅が交通振動により振動することが防止される。
【００３８】
このように、摩擦部材２６は、コイルばね３０のばね力によりピストンロッド２０の外周に圧着される構成であるので、ピストンロッド２０の摺動により円弧状凹部２６ａが摩耗してもピストンロッド２０への圧着力が維持される。そのため、摩擦部材２６を長期間使用することが可能となり、これにより面倒な交換作業が不要となるので、メンテナンスが簡略化される。
【００３９】
尚、上記実施例では、一般住宅の壁に埋め込まれるブレースダンパを一例として挙げたが、これに限らず、一般住宅以外の構造物（例えば、ビル、倉庫、タワー、橋梁等）の振動を制振するのにも適用できるのは勿論である。
【発明の効果】
【００４０】
上述の如く、本発明によれば、油圧ダンパのシリンダ外周に固定されるブラケットに固定された摩擦部材がシリンダの一端から離間した位置においてピストンロッドと摺動するため、例えばピストン動作が微小で粘性抵抗による減衰力が発生しない程度の小さな振動でも摩擦力を発生させて微小な外部振動を抑えることができる。また、大幅な改造をせずに摩擦力を発生させることができるので、製造コストが安価となり、比較的簡単な構成で交通振動等のような小さい振動が入力されても制振することができる。従って、比較的頻繁に発生する小地震の振動エネルギも吸収できるので、住人の安心感をより高めることができる。また、大地震だけでなく振幅の小さい小地震や交通振動の振動エネルギも効果的に吸収して地震の大きさに係わらず構造物の振動を制振することができる。さらに、ピストンロッドがストロークする位置の外で摩擦部材がピストンロッドに摩擦力を付与することができるので、油圧ダンパの油により摩擦力の変化が生じにくいという効果も奏します。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるブレースダンパの一実施例が取り付けられた構造物の概略構成図である。
【図２】油圧ダンパ１６を示す正面図である。
【図３】油圧ダンパ１６のブラケットを示す図である。
【図４】摩擦部材２２の構成を示す図である。
【図５】油圧ダンパ１６にブラケット２１及び摩擦部材２２を取り付けた状態を示す図である。
【図６】変形例１のブラケットの構成を示す図である。
【図７】変形例１のブロックの構成を示す図である。
【図８】変形例１の摩擦部材の構成を示す図である。
【図９】油圧ダンパ１６にブラケット２１及びブロック２５、摩擦部材２６を取り付けた状態を示す図である。
【図１０】変形例２の構成を示す図である。
【符号の説明】
１構造物
２１階骨組み
３２階骨組み
４（４₁〜４₃）柱
５（５₁〜５₃）基礎
６，８梁
９，１０ブレースダンパ
１５第１ブレース
１６，３７，５１，６１油圧ダンパ
１７第２ブレース
１８，４８，５２，６２シリンダ
１９，５３，６３ピストン
２０，５４，６４ピストンロッド
２１ブラケット
２２，２６，４４，５６，６６摩擦部材
２５ブロック
２８ばね力調整用ボルト
３０コイルばね
３５ブレースダンパ
３６第１ブレース
３８第２ブレース
３９ピストンロッド
４０支持部
４１中空部

Claims

柱と梁とにより形成された空間内に取り付けられ、粘性抵抗により減衰力を発生させるブレースダンパにおいて、
シリンダと該シリンダの一端から突出するピストンロッドとを備えた油圧ダンパと、該油圧ダンパのシリンダ外周に固定されるブラケットと、該ブラケットに固定され前記シリンダの一端から離間した位置において前記ピストンロッドと摺動する摩擦部材とを備えたことを特徴とするブレースダンパ。