JP4780698B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、制振装置に関し、より詳しくは、柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設して成る制振装置に関する。

地震や風による建物の揺れを低減するための制振装置として、上側梁と、下側梁と、それら上側梁及び下側梁に接合した柱とで画成された柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設し、鉛直構面の変形に伴う上側梁と下側梁との間の水平方向の相対変位をダンパに伝達するようにした制振装置がある。この種の制振装置は、従来より数多く提案されており、その一例としては、特開２００４−２１８２０７号公報に記載されている制振装置などがある。同公報の制振装置は、ダンパの両端を鉛直構面の対角上に位置する２つの梁柱接合部に連結したものである。
特開２００４−２１８２０７号公報

従来のこの種の制振装置の別の例として、本出願人が既に設計した制振装置があり、それを図３に示した。図３において、制振装置５０はオイルダンパ５８を備えており、このオイルダンパ５８は、上側梁５２と、下側梁５４と、それら上側梁５２及び下側梁５４に接合した柱５６ａ、５６ｂとで画成された柱梁骨組の鉛直構面内に配設されている。制振装置５０は更に、鉛直構面の変形に伴う上側梁５２と下側梁５４との間の水平方向の相対変位をオイルダンパ５８に伝達するための連結構造体を備え、この連結構造体は、傾斜して延在する一対のブレース状部材６０ａ、６０ｂと、それらブレース状部材６０ａ、６０ｂの下端に固定接合された連結部材６２とで構成されている。一対のブレース状部材６０ａ、６０ｂの上端は、上側梁５２と柱５６ａ、５６ｂとの接合部に固定接合されている。オイルダンパ５８は、そのシリンダ側の端部が、下側梁５４に固定接合された支持部材６４に取付けられたブラケット６６にピン接合されており、また、そのピストンロッド側の端部が、連結部材６２に取付けられたブラケット６８にピン接合されている。

地震や風により建物に水平方向の剪断変形が生じたときには、鉛直構面の変形に伴う上側梁５２と下側梁５４との間の水平方向の相対変位（以下、「層間変形」という）が、ブレース状部材６０ａ、６０ｂと連結部材６２とから成る連結構造体を介してオイルダンパ５８に伝達される。オイルダンパ５８におけるシリンダに対するピストンの移動量は、層間変形と同程度の大きさとなり、より厳密には、オイルダンパ５８の反力によって生じる連結構造体の弾性変形の分だけ、層間変形より小さな大きさとなる。

オイルダンパ５８の減衰能力は、そのシリンダに対するピストンの移動量に応じた大きさになる。しかるに、図３に示した従来の制振装置５０では、そのシリンダに対するピストンの移動量が、層間変形と同程度の大きさとなり、従って、比較的小さな移動量にしかならない。そのため、大きな減衰能力を得ようとするならば、制振装置のダンパを大型のものとするか、或いは、多数の制振装置を建物に装備することが必要であり、いずれの場合も建物の計画上不利である。

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設して成る制振装置において、従来の制振装置を使用した場合と比べて、より小型のダンパを用いた制振装置によって、また、より少数の制振装置を建物に装備するだけで、十分な制振能力が確保できるようにすることにある。

かかる目的を達成するため、本発明に係る制振装置は、上側梁と、下側梁と、前記上側梁及び前記下側梁に接合した柱とで画成された柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設し、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を前記ダンパに伝達するようにした制振装置において、上端部が前記上側梁の側に固定接合され、下端部にピン接合部を有する連結構造体と、一端部が前記下側梁の側にピン接合され、他端部が前記ダンパの一端にピン接合され、中間部が前記連結構造体の前記ピン接合部にピン接合されたてこ部材とを備え、前記ダンパの他端が、前記下側梁の側にピン接合されており、以上によって、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅して前記ダンパに伝達するようにし、前記連結構造体が、上端が前記上側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、前記一対のブレース状部材の下端に固定接合され、前記ピン接合部を有する連結部材とを含んでおり、前記鉛直構面の変形に伴い前記上側梁と前記下側梁との間に水平方向の相対変位が発生したときに、前記連結構造体が弾性変形することによって、前記連結部材の前記ピン接合部が、前記てこ部材の中間部の前記ピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る制振装置は、上側梁と、下側梁と、前記上側梁及び前記下側梁に接合した柱とで画成された柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設し、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を前記ダンパに伝達するようにした制振装置において、下端部が前記下側梁の側に固定接合され、上端部にピン接合部を有する連結構造体と、一端部が前記上側梁の側にピン接合され、他端部が前記ダンパの一端にピン接合され、中間部が前記連結構造体の前記ピン接合部にピン接合されたてこ部材とを備え、前記ダンパの他端が、前記上側梁の側にピン接合されており、以上によって、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅して前記ダンパに伝達するようにし、前記連結構造体が、下端が前記下側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、前記一対のブレース状部材の上端に固定接合され、前記ピン接合部を有する連結部材とを含んでおり、前記鉛直構面の変形に伴い前記上側梁と前記下側梁との間に水平方向の相対変位が発生したときに、前記連結構造体が弾性変形することによって、前記連結部材の前記ピン接合部が、前記てこ部材の中間部の前記ピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようにしたことを特徴とする。

本発明に係る制振装置によれば、てこ部材を用いて、鉛直構面の変形に伴う上側梁と下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅してダンパに伝達するようにしたため、建物に作用する外力により発生した層間変形が増幅されてダンパに伝達される。そのため、従来の制振装置を使用した場合と比べて、より小型のダンパを用いた制振装置によって、また、より少数の制振装置を建物に装備するだけで、十分な制振能力が確保できるという効果が得られる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明して行く。図１は本発明の好適な実施の形態に係る制振装置を示した図であり、図２は図１の制振装置の動作状態を示した図である。

図１において、制振装置１０は、柱梁骨組を有する建物に地震や風などの外力が作用して生じた振動を吸収して抑制するための装置であり、上側梁１２と、下側梁１４と、それら上側梁１２及び下側梁１４に接合した柱１６ａ、１６ｂとで画成された柱梁骨組の鉛直構面内に、オイルダンパ１８を配設して成るものである。制振装置１０は更に、建物に外力が作用して鉛直構面が変形したときに、その鉛直構面の変形に伴う上側梁１２と下側梁１４との間の水平方向の相対変位（以下、「層間変形」という）を増幅してオイルダンパ１８に伝達するための、相対変位増幅伝達機構を備えており、この相対変位伝達機構もまた、鉛直構面内に配設されている。

図１に示したように、相対変位増幅伝達機構は、連結構造体２０と、てこ部材２２とを備えている。連結構造体２０は、その上端部が上側梁１２の側に固定接合されており、下端部にピン接合部を有する。てこ部材２２は、その一端部が下側梁１４の側にピン接合され、他端部がオイルダンパ１８の一端にピン接合され、中間部が連結構造体のピン接合部にピン接合されている。

更に詳しく説明すると、連結構造体２０は、一対のブレース状部材２４ａ、２４ｂと、それらブレース状部材２４ａ、２４ｂの下端に固定接合された連結部材２６とで構成されており、一対のブレース状部材２４ａ、２４ｂは、それらの上端が、上側梁１２と柱１６ａ、１６ｂとの接合部に固定接合され、傾斜して延在している。尚、ブレース状部材２４ａ、２４ｂの上端は、上側梁１２の側の任意の箇所に固定接合すればよく、例えば、上側梁１２に固定接合してもよく、また、上側梁１２と柱１６ａ、１６ｂとの接合部の近傍において柱１６ａ、１６ｂに固定接合してもよい。連結部材２６は、その一端にブラケット２８を備えており、このブラケット２８に設けられたピン接合部が、上述した連結構造体２０の下端部のピン接合部を構成している。

下側梁１４の上面には、ブラケット３０が固定接合されており、このブラケット３０に設けられたピン接合部に、てこ部材２２の下端部のピン接合部がピン接合されることによって、てこ部材２２の下端部が下側梁１４の側にピン接合されている。これにより、てこ部材２２は、その下端部のピン接合部を中心として鉛直構面内で揺動可能となっている。尚、ブラケット３０は、下側梁１４の側の任意の箇所に固定接合すればよく、例えば、下側梁１４と柱１６ａ、１６ｂとの接合部に固定接合してもよく、また、下側梁１４と柱１６ａ、１６ｂとの接合部の近傍において柱１６ａ、１６ｂに固定接合してもよい。

てこ部材２２の中間部のピン接合部は、連結構造体２０の下端部に取付けられたブラケット２８のピン接合部にピン接合されている。また、てこ部材２２の上端部のピン接合部は、オイルダンパ１８のピストンロッド側の端部にピン接合されている。てこ部材２２の上端部、下端部、及び中間部の夫々のピン接合点は一直線上に位置しており、下端部のピン接合点から上端部のピン接合点までの距離は、下端部のピン接合点から中間部のピン接合点までの距離のα倍（α＞１）であり、以上によって、この制振装置１０のてこ機構が構成されている。

下側梁１４の上面には更に、ブラケット３２が取付けられた支持部材３４が固定接合されている。このブラケット３２のピン接合部に、オイルダンパ１８のシリンダ側の端部がピン接合されており、これにより、オイルダンパ１８のシリンダ側の端部が、下側梁１４の側にピン接合されている。尚、ブラケット３２及び支持部材３４は、下側梁１４の側の任意の箇所に固定接合すればよく、例えば、下側梁１４と柱１６ａ、１６ｂとの接合部に固定接合してもよく、また、下側梁１４と柱１６ａ、１６ｂとの接合部の近傍において柱１６ａ、１６ｂに固定接合してもよい。以上によってオイルダンパ１８は、略々水平に延在する姿勢で鉛直構面内に取付けられている。

図２は、地震や風などの外力によって柱梁骨組に層間変形δが生じた場合の状況を示している。このとき、連結構造体２０の下端部と、下側梁１４との間には、水平方向の相対変位δ’が生じる。この相対変位δ’が、揺動するてこ部材２２によってα・δ’に増幅されて、オイルダンパ１８のピストンロッドに伝達される。同時に、連結構造体２０の下端部には、てこ部材２２から、オイルダンパ１８が発生する反力のα倍の大きさの水平方向の力が作用する。この水平方向の力により、連結構造体２０のブレース状部材２４ａ、２４ｂが弾性変形して撓むため、相対変位δ’は、層間変形δよりも、その弾性変形の分だけ小さくなる。また、てこ部材２２が揺動するときの、このてこ部材２２の中間部のピン接合点の揺動軌跡と、連結構造体２０の下端部のピン接合部の本来の（即ち、そのピン接合部が、てこ部材２２にピン結合されていなかったならばたどったはずの）移動軌跡との間には、僅かなずれが存在するが、この移動軌跡のずれもブレース状部材２４ａ、２４ｂの弾性変形によって吸収される。即ち、層間変形δが生じたときには、連結構造体２０のブレース状部材２４ａ、２４ｂが弾性変形することによって、連結部材２６の下端部のピン接合部が、てこ部材２２の中間部のピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようにしてある。

本発明は、以上に説明した実施の形態の上下を逆転させた形態として実施することも可能である。即ち、上述した実施の形態においては、相対変位増幅伝達機構を構成している連結構造体２０は、上端部が上側梁の側に固定接合され、下端部にピン接合部を有するものであった。また、同じくてこ部材２２は、一端部が下側梁の側にピン接合され、他端部がダンパの一端にピン接合され、中間部が連結構造体のピン接合部にピン接合されたものであった。また、ダンパ１８の他端が下側梁の側にピン接合されていた。更に、連結構造体は、上端が上側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、それら一対のブレース状部材の下端に固定接合され、ピン接合部を有する連結部材とから成っていた。そして、層間変形が発生したときには、連結構造体が弾性変形することによって、連結部材のピン接合部が、てこ部材の中間部のピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようになっていた。これに対して、以上の構成の上下を逆転させた形態とした場合には、相対変位増幅伝達機構の連結構造体は、下端部が下側梁の側に固定接合され、上端部にピン接合部を有するものとなる。また、てこ部材は、一端部が上側梁の側にピン接合され、他端部がダンパの一端にピン接合され、中間部が連結構造体のピン接合部にピン接合されたものとなる。また、ダンパの他端が上側梁の側にピン接合されたものとなる。更に、その場合の連結構造体は、下端が下側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、それら一対のブレース状部材の上端に固定接合された、ピン接合部を有する連結部材とから成るものとなる。そして、層間変形が発生したときには、連結構造体が弾性変形することによって、連結部材のピン接合部が、てこ部材の中間部の円弧状揺動軌跡に従って移動するものとなる。

また、上述した実施の形態においては、制振装置１０のダンパとしてオイルダンパ１８を使用していたが、オイルダンパ以外の各種ダンパを使用して上述した実施の形態と同様の構成の制振装置を構築することも可能である。ダンパの種類に応じててこ部材２２のαの値を適切に設定することにより、優れた制振性能を備えた制振装置を設計することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る制振装置によれば、建物に作用する外力により発生した層間変形が増幅されてダンパに伝達されるため、従来の制振装置を使用した場合と比べて、より小型のダンパを用いた制振装置によって、また、より少数の制振装置を建物に装備するだけで、十分な制振能力が確保できるという効果が得られる。

更に、外力による鉛直構面の変形に伴う上側梁と下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅してダンパに伝達する機構を、上側梁または下側梁に固定接合した連結構造体と、下側梁または上側梁にピン接合したてこ部材とで構成すれば、ダンパに伝達される上下の梁の間の相対変位の増幅度を実質的に一定とすることができ、それによって優れた制振性能が得られる。

本発明の好適な実施の形態に係る制振装置を示した図である。 図１の制振装置の動作状態を示した図である。 従来の制振装置を示した図である。

符号の説明

１０……制振装置、１２……上側梁、１４……下側梁、１６ａ……柱、１６ｂ……柱、１８……オイルダンパ、２０……連結構造体、２２……てこ部材、２４ａ……ブレース状部材、２４ｂ……ブレース状部材、２６……連結部材、２８……ブラケット、３０……ブラケット、３２……ブラケット、３４……支持部材。

Claims (2)

1. 上側梁と、下側梁と、前記上側梁及び前記下側梁に接合した柱とで画成された柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設し、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を前記ダンパに伝達するようにした制振装置において、
   上端部が前記上側梁の側に固定接合され、下端部にピン接合部を有する連結構造体と、
   一端部が前記下側梁の側にピン接合され、他端部が前記ダンパの一端にピン接合され、中間部が前記連結構造体の前記ピン接合部にピン接合されたてこ部材とを備え、
   前記ダンパの他端が、前記下側梁の側にピン接合されており、
   以上によって、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅して前記ダンパに伝達するようにし、
   前記連結構造体が、
   上端が前記上側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、
   前記一対のブレース状部材の下端に固定接合され、前記ピン接合部を有する連結部材とを含んでおり、
   前記鉛直構面の変形に伴い前記上側梁と前記下側梁との間に水平方向の相対変位が発生したときに、前記連結構造体が弾性変形することによって、前記連結部材の前記ピン接合部が、前記てこ部材の中間部の前記ピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようにした、
   ことを特徴とする制振装置。
2. 上側梁と、下側梁と、前記上側梁及び前記下側梁に接合した柱とで画成された柱梁骨組の鉛直構面内にダンパを配設し、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を前記ダンパに伝達するようにした制振装置において、
   下端部が前記下側梁の側に固定接合され、上端部にピン接合部を有する連結構造体と、
   一端部が前記上側梁の側にピン接合され、他端部が前記ダンパの一端にピン接合され、中間部が前記連結構造体の前記ピン接合部にピン接合されたてこ部材とを備え、
   前記ダンパの他端が、前記上側梁の側にピン接合されており、
   以上によって、前記鉛直構面の変形に伴う前記上側梁と前記下側梁との間の水平方向の相対変位を増幅して前記ダンパに伝達するようにし、
   前記連結構造体が、
   下端が前記下側梁の側に固定接合され、傾斜して延在する一対のブレース状部材と、
   前記一対のブレース状部材の上端に固定接合され、前記ピン接合部を有する連結部材とを含んでおり、
   前記鉛直構面の変形に伴い前記上側梁と前記下側梁との間に水平方向の相対変位が発生したときに、前記連結構造体が弾性変形することによって、前記連結部材の前記ピン接合部が、前記てこ部材の中間部の前記ピン接合部の円弧状揺動軌跡に従って移動するようにした、
   ことを特徴とする制振装置。

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