JP4950913B2 - 制震ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨構造などの骨組を補強するとともに、併せて地震時等に当該構造物に生じる振動を低減する制震ダンパに係り、特にシート状の粘弾性を用いた制震ダンパに関するものである。

近年、各種の構造物において、その居住性を向上させ、かつ地震時における安全性を確保するために、構造骨組内に各種の制振部材を組み込み、地震や強風等に起因する構造物の揺れを低減させる制振構造が採用されている。

このような制振構造に用いられる制振部材の一種として、粘弾性体を用いた制震ダンパが知られている。
図３および図４は、従来の上記制震ダンパを示すもので、図中符号１が構造物の骨組の一端部側に接続される外側部材であり、符号２が上記骨組の他端部側に接続される内側部材である。

ここで、外側部材１は、３枚の平板１ａが基端部に介装されたスペーサ１ｂによって一定間隔をおいて一体化されたものであり、内側部材２は、２枚の平板２ａが基端部に介装されたスペーサ２ｂによって一定間隔をおいて一体化されるとともに、各平板２ａが外側部材１の平板１ａ間に配置されたものである。そして、上記制震ダンパは、これら平板１ａ、２ａ間に、シート状の粘弾性体３がその両面を上記平板１ａ、２ａに密着させた状態で介装されることにより構成されている。

上記構成からなる制震ダンパによれば、地震時等における振動により構造物の骨組に変形が生じた際に、図４に示すように、外側部材１と内側部材２との間に生じる相対変位を、粘弾性体３のせん断変形によってそのエネルギーを吸収することにより、上記構造物の揺れを低減させることができる。加えて、上記制震ダンパにあっては、粘弾性体が速度に比例した減衰力を発揮するために、風等に起因する微小振幅の揺れから、大地震時における大振幅の揺れまで、安定した制振効果を発揮するという利点もある。

ところで、従来の上記制震ダンパは、平板１ａ、２ａを複数層に組み立てて、当該平板１ａ、２ａ間に粘弾性体３を介装した構造であるために、軸力に対する座屈強度を高めるため、縦横比が大きくなったり、あるいは別途補強部材が必要になったりするとともに、外観が積層板状をなしているために、意匠性に劣るという問題点があった。

もっとも、従来の上記制震ダンパは、一般に柱梁架構内のブレース等として壁内に配設され、仕上げ材等によって隠されるために、その意匠性については問題とされていなかった。しかしながら、近年においては、上記制震ダンパを構造物間や広いスペース内に露出するブレース材や横架材としての用途も開発されつつあり、これに伴って外観が人目に曝されることになることから、その意匠性についても改良が望まれている。

一方、下記特許文献１においては、構造物の骨組みの一方の部位に取り付けられる管体内に、上記骨組みの他方の部位に取り付けられる帯板鋼板からなる内側筋かい構成材を挿入し、この内側筋かい構成材の全周面に粘弾性体を一体に固着するとともに、当該粘弾性体と管体の内周面との間に、モルタルまたはセメント等のセメント系硬化剤を充填した制震ダンパが提案されている。
特許第２５８３８０１号公報

上記構成からなる制震ダンパによれば、内側筋かい構成材や粘弾性体が、管体内に収納されているために、図３および図４に示した従来の制震ダンパよりも意匠性に優れるという効果が得られる。

しかしながら、当該制震ダンパにあっては、これを製造するに際して、先ず内側筋かい構成体の全周面に粘弾性体を固着し、ついで上記粘弾性体が固着された内側筋かい構成体を管体内に挿入して、これらの間にセメント系硬化剤を充填・固化させた場合には、粘弾性体とセメント系硬化剤とを強固に固着・一体化することが難しいという問題点がある。

特に、上記粘弾性体として、せん断変形によるエネルギー吸収性能が高いシート状の粘弾性体を用いた場合には、当該シート状の粘弾性体は、固着すべき部材の表面に、所定の押圧力で一定時間押さえ付けておかないと充分な固着性能が得られないものであるために、上記セメント系硬化剤と上記シート状の粘弾性体との充分な固着性能を期待することができないという問題点がある。

また、上記制震ダンパの他の製造方法として、予め管体内に、中央部を除いてセメント系硬化剤を充填・固化させ、当該中央部に形成された空間に内側筋かい構成体を挿入して、これら内側筋かい構成体とセメント系硬化剤との間に、流動性を有する粘弾性体を流し込む方法も考えられるが、一定寸法の隙間精度を確保することが困難であるとともに、充填性確保など製作上の課題が多く、また流動性を有する粘弾性体に限定されてしまうという問題点がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、座屈強度が高く、かつ高い制震効果を発揮することができるとともに、意匠性にも優れる制震ダンパを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、構造物の骨組みの一方の部位に取り付けられて軸力が作用する内側部材と、上記骨組みの他方の部位に取り付けられて軸力が作用する外側部材と、これら内側部材および外側部材の間に介装された粘弾性体とを備えた制震ダンパにおいて、上記内側部材は、多角形の管状部を有し、上記外側部材は、上記管状部の外周面毎に独立して対向配置された複数の帯板と、これら内側部材および帯板を外面側から覆う管体と、この管体の内面に沿って注入固化されることにより上記管体および上記帯板を一体化させる充填材とを有し、上記粘弾性体は、シート状の粘弾性体であって、上記管状部の外周面と上記帯板との間に、両面を当該外周面と帯板とに密着させて介装されていることを特徴とするものである。

ここで、上記粘弾性体としては、アクリル系、シリコン系、ジエン系、アスファルト系等の粘弾性を有する各種の高分子材料をシート状に加工したものを使用することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、隣接する上記帯板間に、当該帯板間からの上記充填材の漏れを防ぐ止水板が配設され、これら帯板および止水板と上記管体との間に形成される環状の空間に上記充填材が注入固化されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記管状部が、断面方形であり、かつ上記外側部材の管体が、断面円形であることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明においては、内側部材の管状部の外周面と、外側部材の帯板の内面との間にシート状の粘弾性体を貼り付けて、上記帯板側から一定の圧力で押し付けることにより、上記シート状の粘弾性体の両面を管状部と帯板とに強固に固着させることができる。そして、上記シート状の粘弾性体が介装された管状部および帯板を、外側部材の管体内に挿入して、この管体の内面に沿ってモルタル等の充填材を注入固化させて上記管体および上記帯板を一体化させることにより、容易に製造することができる。

この結果、地震時等に構造物の骨組みの一方の部位に取り付けられた内側部材と、上記骨組みの他方の部位に取り付けられた外側部材とに、相反する軸力が作用して、内側部材の管状部と外側部材の帯板との間に相対変位が生じた場合に、せん断変形によるエネルギー吸収性能に優れるシート状の粘弾性体によって、効果的に上記構造物の揺れを低減させることができる。

特に、本発明においては、内側部材の管状部が多角形の管状をなしているために、全ての外周面にシート状の粘弾性体を固着させることにより、コンパクトな設計によって、帯板鋼板からなる内側筋かい構成材を用いた上記特許文献１に記載の制震ダンパよりもシート状の粘弾性体の固着面積を広く確保することができ、よって一段と高い制震効果を得ることが可能になる。

また、上記内側部材等は、外側部材の管体内に収納されているために、意匠性に優れるとともに、内側部材および外側部材が管状に形成されているために、高い座屈強度を得ることができる。特に、上記充填材としてモルタル等のセメント系材料を用いた場合には、より一層外側部材の座屈強度を高めることができる。

なお、地震時等において、内側部材と外側部材との間に、相対変位を生じさせる必要があるために、充填材と内側部材の管状部とを離間させる必要がある。このため、例えば請求項２に記載の発明のように、予め隣接する帯板間に、当該帯板間からの上記充填材の漏れを防ぐ止水板を配設することにより外側部材の管体内を筒状に仕切り、これら帯板および止水板と上記管体との間に形成される環状の空間に上記充填材を注入するようにすれば、より組み立て作業が容易になる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記内側部材の管状部として、汎用の角形鋼管を用いることができ、かつ上記外側部材の管体として、汎用の鋼管を用いることができるために、経済性にも優れる。

図１および図２は、本発明に係る制震ダンパの一実施形態を示すもので、この制震ダンパは、内側部材１０、外側部材１１および粘弾性体シート（シート状の粘弾性体）１２とから概略構成されたものである。
この内側部材１０は、一端部に構造物の骨組みの一方の部位に取り付けるための取付部材１３が形成されるとともに、当該取付部１３から他端側に向けて角形鋼管からなる断面方形の管状部１４が設けられている。

他方、外側部材１１は、４枚の帯板１５、管体１６およびモルタル（充填材）１７によって概略構成されたものであり、他端部には上記骨組みの他方の部位に取り付けるための取付部１８が形成されている。
ここで、４枚の帯板１５は、幅寸法が内側部材１０の管状部１４の外周面１４ａの幅寸法と略等しくなるように形成されており、４つの外周面１４ａに、各々独立して対向するように配置されている。そして、各帯板１５と管状部１４の外周面１４ａとの間に、粘弾性体シート１２が介装されている。

また、隣接する帯板１５間には、当該帯板１５間の空間を塞ぐ止水板１９が設けられている。この結果、帯板１５および止水板１９によって断面八角形状の筒状の壁が形成されている。また、各帯板１５の外面には、アンカープレート２０が接合されている。そして、これら帯板１５および止水板１９を、間隔をおいて覆うようにして管体１６が配設されている。

この管体１６は、鋼管によって構成された断面円形のもので、内面にはアンカーボルト（図示を略す。）等が植設されている。
そして、この外側部材１１は、管体１６と帯板１５および止水板１９との間に、モルタル１７が充填・硬化されることにより、一体化されている。ここで、モルタル１７は、止水板１９によって内側部材１０の管状部１４とは離間された状態で形成されている。

上記構成からなる制震ダンパを組み立てる場合には、先ず内側部材１０の管状部１４の各々の外周面１４ａと外側部材の帯板１５の内面との間に粘弾性体シート１２を挟み込み、次いで外側部材の帯板１５側から所定の押圧力で一定時間押し付けることにより、粘弾性体シート１２の両面をそれぞれ上記外周面１４ａと帯板１５とに固着する。

そして次に、粘弾性体シート１２が固着された管状部１４および帯板１５等を、外側部材１１の管体１６内に挿入して、この管体１６と帯板１５および止水板１９との間にモルタル１７を注入硬化させることにより、管体１６および帯板１５を一体化させる。

このように、上記制震ダンパによれば、粘弾性体シート１２の両面を、確実に内側部材１０の管状部１４と外側部材１１の帯板１２とに強固に固着させることができるとともに、極めて容易に製造することができる。

この結果、地震時等に構造物の骨組みの一方の部位に取り付けられた内側部材１０と、上記骨組みの他方の部位に取り付けられた外側部材１１とに、相反する軸力が作用して、管状部１４と帯板１５との間に相対変位が生じた場合に、せん断変形によるエネルギー吸収性能に優れる粘弾性体シート１２によって、効果的に上記構造物の揺れを低減させることができる。

特に、内側部材１０の管状部１４が４つの外周面１４ａを有しているために、全ての外周面１４ａに粘弾性体シート１２を固着させることにより、管状部１４と帯板１５との間の粘弾性体シート１２に、広いせん断面積を確保することができ、よって高い制震効果を得ることができる。

さらに、内側部材１０等が外側部材１１の管体１６内に収納されているために、意匠性に優れるとともに、内側部材１０の管状部１４および外側部材１１の管体１６がいずれも管状に形成され、かつ管体１６の内面にはモルタル１７が一体化されているために、コンパクトであっても高い座屈強度を得ることができる。

加えて、隣接する帯板１５間に、当該帯板１５間からのモルタル１７の漏れを防ぐ止水板１９を配設することにより外側部材１１の管体１６内を断面八角形の筒状に仕切り、これら帯板１５および止水板１９と管体１６との間に形成される環状の空間に、モルタル１７を注入して硬化させているために、組み立て作業が容易になるとともに、確実に外側部材１１と内側部材１０の管状部１４とを離間させることができる。

なお、上記実施の形態においては、内側部材１０の管状部１４として角形鋼管を用い、外側部材１１の管体１６として鋼管を用いた場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、管状部１４として断面六角形や八角形等の各種多角形状の管状部材を用いることができ、他方管体１６としても角形鋼管等の各種の多角形状の管状部材を用いることが可能である。

本発明に係る制震ダンパの一実施形態を示す横断面図である。 図１の縦断面図である。 従来の粘弾性体を用いた制震ダンパを示す縦断面図である。 図３の制震ダンパに軸力が作用した際の粘弾性体の変形状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 内側部材
１１ 外側部材
１２ 粘弾性体シート（シート状の粘弾性体）
１４ 管状部
１４ａ 外周面
１５ 帯板
１６ 管体
１７ モルタル（充填材）
１９ 止水板

Claims (3)

1. 構造物の骨組みの一方の部位に取り付けられて軸力が作用する内側部材と、上記骨組みの他方の部位に取り付けられて軸力が作用する外側部材と、これら内側部材および外側部材の間に介装された粘弾性体とを備えた制震ダンパにおいて、
   上記内側部材は、多角形の管状部を有し、
   上記外側部材は、上記管状部の外周面毎に独立して対向配置された複数の帯板と、これら内側部材および帯板を外面側から覆う管体と、この管体の内面に沿って注入固化されることにより上記管体および上記帯板を一体化させる充填材とを有し、
   上記粘弾性体は、シート状の粘弾性体であって、上記管状部の外周面と上記帯板との間に、両面を当該外周面と帯板とに密着させて介装されていることを特徴とする制震ダンパ。
2. 隣接する上記帯板間に、当該帯板間からの上記充填材の漏れを防ぐ止水板が配設され、これら帯板および止水板と上記管体との間に形成される環状の空間に上記充填材が注入固化されていることを特徴とする請求項１に記載の制震ダンパ。
3. 上記管状部は、断面方形であり、かつ上記外側部材の管体は、断面円形であることを特徴とする請求項１または２に記載の制震ダンパ。

Images