JP4842594B2 - 構造物減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦ダンパーに関し、特に、免震層に設置される構造物減衰装置に関する。

従来より、構造物の減衰装置の一つとして、滑り材と摩擦材との間の摩擦面に作用する摩擦力を利用した摩擦ダンパーが知られている。摩擦ダンパーは、油圧機構を有するオイルダンパーに比べて単純な機構であるため、低コスト化が図れ、信頼性も高いという特長を有している。しかし、免震装置が設置された免震層の減衰装置として摩擦ダンパーを使用する場合、長い摺動距離（ストローク）を必要とするうえ、水平二方向に対して減衰効果を発揮できるものでなければならない。
そこで、特許文献１では、積層された押さえプレートを加圧保持する平面視リング状のフランジを備えた円筒状の保持フレームが下部構造物上に設置されるとともに、上部構造物の底面に直立状態に設置された主軸が保持フレームの平面視中央部に配置され、一端が主軸にピン支持された複数の帯板状の滑りプレートが主軸から放射状に延出して前記押さえプレート間に滑動可能に配置された摩擦ダンパーが開示されている。
特開２００２−１７４２９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された摩擦ダンパーは、複雑な機構を有しているため、製作に手間が掛かり、高コストにならざるを得ない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、単純な機構を有する低コストの免震建物用の構造物減衰装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る構造物減衰装置は、下部構造物と上部構造物とからなる構造物の減衰装置であって、下部構造物と上部構造物との間の免震層に設けられた積層ゴムと摩擦ダンパーとからなり、摩擦ダンパーは、一方向に延びる長尺の摺動部材と、摺動部材を摩擦材を介して締付けボルトで締め付けた状態で挟持する一対の挟持部材と、を備え、摺動部材には締付けボルトが通る長孔が長手方向に形成され、摺動部材と一対の挟持部材とが長手方向に相対的に移動可能に構成され、摩擦ダンパーの一端に位置する摺動部材と、他端に位置する挟持部材と、にはそれぞれ孔が設けられ、それら一端および他端の孔がそれぞれ上部構造物の底面および下部構造物の上面の面方向に直交する方向に突出する支持軸に挿通され、摩擦ダンパーの一端および他端のそれぞれが支持軸回りに回動可能に支持され、摩擦ダンパーは、下部構造物と上部構造物とが水平方向に向けて相対的に移動したときに、各両端が支持軸回りに回動しつつ、摺動部材が挟持部材に対して長手方向に摺動することを特徴とする。
本発明では、摩擦ダンパーの支点間距離が長くなると、曲げ剛性が低下するため、摩擦ダンパーは座屈しやすくなる。特に、免震層に設置される摩擦ダンパーのように、摺動距離（ストローク）が長くなる場合には、摩擦ダンパーが座屈しないように、摩擦ダンパーを座屈補剛する必要がある。これに対して、本発明では、摺動部材および一対の挟持部材をそれぞれ溝形鋼から構成しているので、溝形鋼のフランジ部が摺動部材および挟持部材の面外変形を拘束し、摩擦ダンパーに対する座屈補剛が不要となる。

本発明に係る構造物減衰装置では、単純な機構であるため製作も容易で、製作コストを低く抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に本摩擦ダンパーの平面図および側面図を、図２にその立断面図を示す。また、図３〜図５には主要構成部材の平面図を示す。
本摩擦ダンパー１は、溝形鋼からなる摺動部材２と、摺動部材２より断面寸法の小さな他の溝形鋼からなり、当該ウェブ部に摩擦材５が設置された一対の挟持部材３、４とを主要構成部材とし、摺動部２ｃとなる摺動部材２のウェブ部を両側から摩擦材５を介して一対の挟持部材３、４のウェブ部で挟み込み、締付けボルト６で締付けたものである。

図３に示すように、摺動部材２のウェブ部には、締付けボルト６が通る長孔２ａが長手方向に形成されており、摺動部材２と一対の挟持部材３、４は、締付けボルト６に締付けられた状態で、それぞれ長手方向に相対移動することができる。なお、地震時における免震層の変形に追従できるように、長孔２ａは長さ数十ｃｍ程度とされている。
また、摺動時の摩擦を低減するために、摺動部材２はフッ素樹脂塗装やアルミ溶射などの表面処理が施されている。

一方、挟持部材３のウェブ部には、一方の端部に、長手方向に所定の距離をあけて締付けボルト６用の孔３ａが二つ設けられている。また、当該箇所には、締付けボルト６用の孔３ａをそれぞれ囲むＨ形状の開口部１２ａが形成された矩形状の枠板１２が、摺動部材２と対向するウェブ面に溶接されている。そして、開口部１２ａ内には、摩擦材５が孔３ａの両側にそれぞれ嵌め込まれている。
摩擦材５としては、例えば、アラミド繊維などの有機繊維、ロックウールなどの無機繊維、銅系繊維などの金属繊維などと、フェノール樹脂などからなる結合材と、硫酸バリウムなどからなる充填材とを含む組成物を成形して硬化させたものを用いることができる。
なお、他方の挟持部材４も挟持部材３と同様の構成とされている。

図２に示すように、摺動部材２の摺動部２ｃは、摩擦材５を介して挟持部材３、４に挟持され、さらに挟持部材３、４のウェブ部の外側には、それぞれ加圧板１１、複数の皿ばね８…、板座金９、座金１０が順に重ね合わされ、それらを貫通する締付けボルト６にナット７が螺合されている。摺動部２ｃと摩擦材５との間の摩擦面は皿ばね８によって加圧され、締付けボルト６とナット７による締付け力を調整することで、摩擦面に作用する加圧力を調整することができる。
なお、挟持部材３、４の板厚が比較的薄いので、摩擦面に作用する面圧を均等にするため、挟持部材３、４と皿ばね８との間に加圧板１１を介装している。

また、皿ばね８を同じ向きに重ね合わせるのではなく、皿ばね８を上下逆向きに交互に重ね合わせているので、皿ばね８を重ね合わせるごとに、皿ばね８…の剛性が低下していく。例えば、１枚の皿ばね８の剛性を１とすると、皿ばね８を上下逆向きにｎ枚交互に重ね合わせると、皿ばね８…全体の剛性は１／ｎとなる。このようにすることで、締付けボルト６が磨耗しにくくなることに加え、所定の締付け力に対する締付け長さが長くなるので、締付け力の管理が容易となる。例えば、所定の締付け力に対する締付け長さが１ｍｍから５ｍｍとなることで、締付け力の微調整が容易となる。
なお、皿ばね８を同じ向きに重ね合わせて使用してもよい。

皿ばね８を加圧方向に重ね合わせた場合、特に皿ばね８を上下逆向きに交互に重ね合わせていく場合、皿ばね８に横ずれが発生するおそれがある。そこで、本摩擦ダンパー１では、皿ばね８と締付けボルト６との間の遊びをなくすために、リング状のガイド用座金１３（ずれ止め）を各皿ばね８の中央開口部に嵌め込んでいる。これにより、皿ばね８の横ずれが防止され、加圧ロスを防止することができる。

図６は、本摩擦ダンパーが構造物に設置されている状態を示したものである。
摩擦ダンパー１の一方の端部（摺動部材２の一方の端部）は、支持治具１６を介して上部構造物Ｕの底面にピン接合されるとともに、摩擦ダンパー１の他方の端部（挟持部材３、４の一方の端部）は、支持治具１６を介して下部構造物Ｌの上面にピン接合されている。このため、本摩擦ダンパー１は水平面内に自由に回動することができる。

図７は、ピン接合された部分（挟持部材３、４の一方の端部）の詳細を示したものである。挟持部材３、４端部のウェブ部には孔３ｂ、４ｂが設けられており、その孔３ｂ、４ｂに円筒部材１８が嵌め込まれている。なお、挟持部材３と挟持部材４の間隔Ｄ（＝摩擦材５の板厚＋摺動部２ｃの板厚＋摩擦材５の板厚）を確保するため、挟持部材３と挟持部材４の間にはスペーサー１５が介装されている。
支持治具１６は、鋼板の一方の面に支持軸１９を直立状態に固定したもので、支持軸１９が円筒部材１８を挿通し、円筒部材１８の端面に当接された座金２０の上からナット１７が螺合されている。従って、円筒部材１８は固定されているが、摩擦ダンパー１の端部は固定されず、支持軸１９回りに回動することができる。
また、円筒部材１８は、挟持部材３と挟持部材４の間隔Ｄより若干、長くなっている。このため、支持軸１９回りの回転が容易になるとともに、施工時に締付け力を加減することなく、容易に締付けることができる。また、地震あるいは施工誤差による鉛直面内の回転動作を吸収することができる。

図８は、免震建物の免震層に設置された摩擦ダンパーの変形状態を示したものである。
免震建物Ｈは、四隅を積層ゴムＢで支持された平屋建て構造物であり、摩擦ダンパー１が各積層ゴムＢ、Ｂ間に１台ずつ計四台設置されている。即ち、水平二方向にそれぞれ二台ずつ摩擦ダンパー１が設置されている。
免震建物Ｈに地震力が作用し、免震建物Ｈが水平方向に移動すると、各摩擦ダンパー１は水平面内に回動しつつ、摺動部材２が挟持部材３、４に対して長手方向に摺動し、摩擦ダンパー１に摩擦力が発生する。

さて、上記実施形態では、皿ばね８のずれ止めとしてリング状のガイド用座金１３を用いたが、他の方法でもよく、図９に他のずれ止めの一例を示す。この例では、一方の端面が加圧板１１もしくは板座金９に溶接された円筒状の外ガイド１４を用いている。皿ばね８を外ガイド１４内に積み重ねていくことで、皿ばね８の横方向の動きが外ガイド１４に拘束され、皿ばね８の横ずれを防止することができる。

また、上記実施形態では、摺動部材として溝形鋼を使用したが、図１０に示すような摺動部材を使用してもよい。
図１０（ａ）は、Ｈ形鋼を摺動部材２２とし、そのウェブ部を摺動部としている。一方、図１０（ｂ）は、溝形鋼を組み合わせてＨ形断面とし、フランジ部同士を溶接して形成した摺動部材３２である。いずれの場合も、溝形鋼を単独で用いる場合に比べて弱軸回りの断面二次モーメントが増加し、より座屈しにくくなる。

本実施形態による摩擦ダンパー１では、一対の挟持部材３、４が溝形鋼から構成され、摺動部材２、２２、３２が他の溝形鋼もしくはＨ形鋼から構成されているので、座屈しにくく大きな荷重を負担することができる。また、単純な機構であるため製作も容易で、製作コストを低く抑えることができる。
また、本実施形態による摩擦ダンパー１では、端部のウェブ部を貫通する円筒部材１８を支持軸１９が挿通する構成としているので、簡便にピン支持を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、締付けボルトによる締付け箇所は二箇所としたが、一箇所あるいは三箇所以上としてもよい。
また、上記の実施形態では、長孔は一列としたが、幅の広い溝形鋼あるいはＨ形鋼を使用する場合には、二列以上としてもよい。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明に係る摩擦ダンパーの一実施形態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は側面図である。 同、立断面図であり、（ａ）は締付け前の状態、（ｂ）は締付け後の状態を示している。 摺動部材の平面図である。 挟持部材の平面図である。 枠板の平面図である。 本発明に係る摩擦ダンパーが構造物に設置されている状態を示した側面図である。 支持部の側断面図である。 免震建物の免震層に設置された摩擦ダンパーの変形状態を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は側面図である。 他のずれ止めを有する摩擦ダンパーの立断面図であり、（ａ）は締付け前の状態、（ｂ）は締付け後の状態を示している。 他の断面形状を有する摺動部材を備えた摩擦ダンパーの立断面図であり、（ａ）はＨ形鋼を摺動部材とした場合、（ｂ）は溝形鋼をに組み合わせてＨ形断面とした摺動部材の場合を示している。

符号の説明

１ 摩擦ダンパー
２、２２、３２ 摺動部材
３、４ 挟持部材
５ 摩擦材
６ 締付けボルト
７、１７ ナット
８ 皿ばね
９ 板座金
１０、２０ 座金
１１ 加圧板
１２ 枠板
１３ ガイド用座金（ずれ止め）
１４ 外ガイド（ずれ止め）
１５ スペーサー
１６ 支持治具
１８ 円筒部材
１９ 支持軸
Ｕ 上部構造物
Ｌ 下部構造物
Ｈ 免震建物
Ｂ 積層ゴム

Claims (1)

1. 下部構造物と上部構造物とからなる構造物の減衰装置であって、
   前記下部構造物と前記上部構造物との間の免震層に設けられた積層ゴムと摩擦ダンパーとからなり、
   前記摩擦ダンパーは、一方向に延びる長尺の摺動部材と、該摺動部材を摩擦材を介して締付けボルトで締め付けた状態で挟持する一対の挟持部材と、を備え、前記摺動部材には前記締付けボルトが通る長孔が長手方向に形成され、前記摺動部材と一対の前記挟持部材とが長手方向に相対的に移動可能に構成され、
   前記摩擦ダンパーの一端に位置する前記摺動部材と、他端に位置する前記挟持部材と、にはそれぞれ孔が設けられ、それら一端および他端の孔がそれぞれ前記上部構造物の底面および前記下部構造物の上面の面方向に直交する方向に突出する支持軸に挿通され、摩擦ダンパーの一端および他端のそれぞれが前記支持軸回りに回動可能に支持され、
   前記摩擦ダンパーは、前記下部構造物と前記上部構造物とが水平方向に向けて相対的に移動したときに、各両端が前記支持軸回りに回動しつつ、前記摺動部材が前記挟持部材に対して長手方向に摺動することを特徴とする構造物減衰装置。

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