JP5286432B2 - 制振装置及び制振建物 - Google Patents

Description

本発明は、地震や風や交通振動などによって生じる建物の揺れや機器の揺れを抑えるための制振装置、及びこれを備えた制振建物に関するものである。

従来、地震などによって発生する建物の揺れを低減する制振装置が知られている（特許文献１参照）。

従来、一般に使用されている制振装置は、対象とする地震の周期に合わせて機能するように設定されているので、周期の異なる地震に対しては充分にエネルギー吸収機能を働かせることができない。

一方、特許文献１に開示された制振装置では、対象とされた地震の規模よりも小さな揺れに対しても効果的に制振機能を働かせるために、振り子の原理によって制振部材の振動を増幅させてエネルギーを吸収させている。

特開２００６−１３２１８３号公報

しかしながら特許文献１の制振装置であっても、対象とする地震とそれより少し小さな揺れに対しては有効に制振機能を発揮できるが、中規模の地震と大規模の地震というように振動の規模が大きく異なるいずれの地震に対しても有効に制振機能を発揮できるのものとは言い難い。

そこで、本発明は、様々な規模や周期の地震に広く対応できる制振装置、及びこれを備えた制振建物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の制振装置は、対向する略平行な面の面方向の相対変位が許容された状態で間隔を置いて配置される一対の取付面部と、前記取付面部のそれぞれに対して、前記面方向の相対変位が拘束される拘束部を介して両側の端部が取り付けられる第１の制振部材と、前記取付面部のそれぞれに対して、一方の端部が前記面方向の相対変位が拘束されるとともに、他方の端部が前記面方向の相対変位が許容された状態で取り付けられる第２の制振部材とを備え、前記第２の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位が、前記第１の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位より大きくなるように設定される制振装置であって、前記第１の制振部材の両端に配置される前記拘束部は固定板とボルトとを有し、前記固定板の一端はその制振部材に接合され、他端は前記ボルトによって前記取付面部に固定されるとともに、前記第２の制振部材の一方の端部は前記拘束部と同様に一方の前記取付面部に固定され、他方の端部は前記面方向が長手方向となる長穴が形成された取付板の一端に接合され、かつ、その取付板の他端は前記長穴を通したボルトによって他方の前記取付面部に取り付けられることを特徴とする。

ここで、前記制振部材に加えて、前記第１及び前記第２の制振部材とは変形開始時点の前記取付面部間の相対変位が異なる制振部材を備えた構成とすることができる。

また、前記第１及び前記第２の制振部材が低降伏点鋼によって成形される構成とすることができる。

さらに、本発明の制振建物は、建物の基礎と一階間及び階層間の少なくとも一箇所に上記のいずれかに記載の制振装置を備えたことを特徴とする。

このように構成された本発明の制振装置は、少なくとも２つの制振部材を備えており、各制振部材の変形開始時点の取付面部間の相対変位が異なっている。

このため、中規模の地震に対しては第１の制振部材の制振機能によってエネルギーを吸収させ、大規模の地震に対しては第１及び第２の制振部材の制振機能によってエネルギーを吸収させるというように、規模や周期の異なる複数の地震に対して有効に制振機能を発揮させることができる。

また、第２の制振部材の一端を長穴を介して取付面部に取り付けるようにすれば、地震の揺れによって発生する取付面部間の相対変位が長穴の範囲内であれば第２の制振部材は変形せず、長穴の範囲を超えるような相対変位を発生させる大規模な地震時に第２の制振部材を作動させることができる。

このような構成であれば、地震の大きさに合わせて段階的にエネルギーを吸収させることが可能な制振装置を、簡単に製作することができる。

さらに、このように変形開始時点の異なる制振部材を３つ以上配置すれば、より多くの地震に対して幅広く制振機能を発揮させることができるようになる。

そして、このような制振装置を基礎と一階間や階層間に備えた制振建物であれば、様々な規模や周期の地震に対しても、効果的にエネルギーを吸収させて制振機能を発揮させることができる。

制振装置の構成を説明するための斜視図である。 ユニット建物の概略構成を模式的に説明する斜視図である。 フランジ間の相対変位が異なる４つの段階における制振装置の状態を説明する断面図である。 制振装置の荷重と変形量の履歴特性を示した図である。 本発明の実施例の制振装置の構成を説明する側面図である。 本発明の実施例の地震時の制振装置の状態を説明する側面図である。

図１は、制振装置１の構成を説明する斜視図であり、図２はこの制振装置１を配置した制振建物としてのユニット建物５の概略構成を説明する模式図である。

まず、ユニット建物５の構成から説明すると、このユニット建物５は、図２に示すような矩形箱形の建物ユニット５２を、上下左右に複数、隣接設置して構築される戸建て住宅などの建物である。すなわち、図２に示したユニット建物５は、基礎５１の上に１階部５３として４体の建物ユニット５２，・・・を並べ、その上に２階部５４として４体の建物ユニット５２，・・・を載置することで構築される。

そして、制振装置１は、基礎５１と１階部５３の床との間に４個、１階部５３の天井と２階部５４の床との間に４個、それぞれ配置されている。

この制振装置１は、図１に示すように、一対の取付面部として略平行に配置されるフランジ２Ａ，２Ｂと、そのフランジ２Ａ，２Ｂ間に配置される円筒形の第１の制振部材としての円筒制振材３と、フランジ２Ａの下面とフランジ２Ｂの上面にそれぞれ固着される拘束部としての保持リング３１，３１と、円筒制振材３の内部に配置される柱状の第２の制振部材としての柱状制振材４とから主に構成される。

これらのフランジ２Ａ，２Ｂは、上階側と下階側（基礎側）にそれぞれ取り付けられる板材で、地震時に作用する荷重によって内部で伸縮が起きないように剛性の高い一般構造用圧延鋼材（例えば降伏応力が215〜245N/mm²程度）などで形成されている。これらのフランジ２Ａ，２Ｂは、地震時に上階側と下階側（基礎側）がフランジ２Ａ，２Ｂの面方向に相対変位する位置に取り付けられるとともに、制振部材を除いてはフランジ２Ａ，２Ｂ間の相対変位を制限する部材は設けられておらず、面方向の相対変位の発生は許容されている。

また、保持リング３１は、フランジ２Ａ，２Ｂと同様に剛性の高い鋼材で環状に成形されており、その内周は円筒制振材３の外周と略同じ形状になっている。そして、この保持リング３１，３１は、溶接などによってフランジ２Ａの下面とフランジ２Ｂの上面の所定の位置に固着される。なお、フランジ２Ａ，２Ｂと保持リング３１，３１は、一体に成形することもできる。

また、円筒制振材３及び柱状制振材４は、降伏応力が80〜120N/mm²程度となる低降伏点鋼によって成形される。この２つの制振部材は、同じ材料を使用してもよいし、降伏応力が異なる材料を使用することもできる。

さらに、円筒制振材３は、フランジ２Ａ，２Ｂの間隔に合わせた高さに成形される。また円筒制振材３は、フランジ２Ａ，２Ｂに固着された保持リング３１，３１の内周にその端部をそれぞれ嵌合することによって組み付けられる。

そして、この保持リング３１，３１が円筒制振材３の外周を囲繞していることで、円筒制振材３の各フランジ２Ａ，２Ｂに対する面方向の相対変位が拘束される。

また、この円筒制振材３の略中心に配置される柱状制振材４は、円筒制振材３よりも短い長さに成形されており、上端が上側のフランジ２Ａの下面に固着されている。そして、この柱状制振材４の下端は、図３（ａ）に示すように、下側のフランジ２Ｂの上面から離隔しており、上側のフランジ２Ａから柱状制振材４が吊り下げられたような状態になっている。

なお、ここでは柱状制振材４の上端を上側のフランジ２Ａに固着させたが、柱状制振材４の下端を下側のフランジ２Ｂに固着させて、上端をフランジ２Ａの下面から離隔させてもよい。

また、円筒制振材３の内周面と柱状制振材４の外周面との間隔は、後述する作用に基づいて、円筒制振材３の内径や柱状制振材４の直径を変更することで、適宜、調整することができる。

次に、制振装置１の作用について説明する。

図３は、地震によって発生するフランジ２Ａ，２Ｂ間の相対変位の大きさによる制振装置１の各状態を４段階で示した断面図である。

図３（ａ）は、地震が発生していない平常時の状態を示している。この状態では、下側のフランジ２Ｂの真上に上側のフランジ２Ａが位置しており、フランジ２Ａ，２Ｂ間に相対変位は生じていない。そして、円筒制振材３及び柱状制振材４は変形しておらず、両方とも変形開始時点には至っていない。

図３（ｂ）は、小規模から中規模の地震が発生した状態を示している。この状態では、下側のフランジ２Ｂに対して上側のフランジ２Ａは右側に少しずれており、フランジ２Ａ，２Ｂ間に小さな相対変位が生じている。そして、円筒制振材３は保持リング３１，３１との境界で折れ曲がって変形しおり変形開始時点は過ぎているが、中心に吊り下げられた柱状制振材４は変形しておらず変形開始時点には至っていない。

続いて図３（ｃ）は、中規模から大規模の地震が発生した状態を示している。この状態では、下側のフランジ２Ｂに対して上側のフランジ２Ａは右側にずれており、フランジ２Ａ，２Ｂ間に相対変位が生じている。そして、円筒制振材３の変形は図３（ｂ）の状態よりも大きくなって、円筒制振材３の内周面に柱状制振材４の外周面が当接しており、これより少しでもフランジ２Ａ，２Ｂ間の相対変位が大きくなると柱状制振材４の変形が開始されるので、この状態が変形開始時点の直前といえる。

最後に図３（ｄ）は、大規模の地震が発生した状態を示している。この状態では、下側のフランジ２Ｂに対して上側のフランジ２Ａは右側に大きくずれており、フランジ２Ａ，２Ｂ間に大きな相対変位が生じている。そして、円筒制振材３の変形は更に大きくなって、円筒制振材３の内周面に当接した柱状制振材４にも変形が生じて変形開始時点を過ぎたことになる。

このような円筒制振材４と柱状制振材３の変形によって、どのように地震のエネルギーが吸収されるかを、制振装置１の荷重と変形量の履歴特性を示した図４を参照しながら説明する。

すなわち図４は、制振装置１の変形量とその変形量が発生するのに作用した荷重、言い換えると制振装置１の抵抗力との関係を示した曲線である。ここで、円筒制振材３の変形履歴に関しては実線の第１ループＳ１で示し、柱状制振材４の変形履歴に関しては破線の第２ループＳ２で示した。

そして、この菱形の第１ループＳ１に囲まれている面積が円筒制振材３で吸収されるエネルギーの大きさに相当し、第２ループＳ２で囲まれている面積が柱状制振材４で吸収されるエネルギーの大きさに相当する。

この図４を図３の各状態と合わせて説明すると、図３（ａ）から図３（ｃ）に至るまでは、円筒制振材３のみが変形して柱状制振材４は変形していないので、第１変形量Ｄ１以内でループを作って地震のエネルギーを吸収する。

続いて図３（ｃ）から図３（ｄ）では、円筒制振材３に加えて柱状制振材４も変形しているので、第２変形量Ｄ２までの間でループを作って、円筒制振材３と柱状制振材４の両方で地震のエネルギーを吸収する。

このように構成された制振装置１は、２つの制振部材（円筒制振材３と柱状制振材４）を備えており、各制振部材の変形開始時点のフランジ２Ａ，２Ｂ間の相対変位が異なっている。

このため、中規模の地震に対しては円筒制振材３の制振機能によってエネルギーを吸収させ、大規模の地震に対しては円筒制振材３及び柱状制振材４の制振機能によってエネルギーを吸収させるというように、規模や周期の異なる複数の地震に対して多段階で有効に制振機能を発揮させることができる。

また、円筒制振材３の内部に、上端がフランジ２Ａに固定され下端がフランジ２Ｂから離隔された柱状制振材４を配置し、円筒制振材３と柱状制振材４との間隔によって柱状制振材４の変形開始時点が調整される。

すなわち、円筒制振材３と柱状制振材４との間隔が広ければ、柱状制振材４の変形開始時点が遅くなり、間隔が狭ければ柱状制振材４の変形開始時点が早くなるので、どの段階の規模又は周期の地震から第２の制振部材を作動させるかを、間隔を調整するだけで容易に設定することができる。

また、一種類の制振部材（円筒制振材３）だけでは、対象とする地震の規模を超えると急激に建物の変形が大きくなってしまうおそれがあるが、変形開始時点が異なる別の制振部材（柱状制振材４）を備えることで、ユニット建物５に過大な変形が発生することを抑えることができる。

さらに、大規模な地震に対応できるように円筒制振材３と柱状制振材４を合わせたような一種類の制振部材を使用した場合は、中規模や小規模な地震で制振部材を充分に作動させることが難しいが、変形開始時点が異なる円筒制振材３と柱状制振材４とに分けることにより、中規模や小規模の地震に対しても制振部材を確実に作動させることができる。

このように、円筒制振材３と柱状制振材４の間隔を調整するだけで複数の地震に対応できるようにすれば、制振性能の調整を容易におこなうことができる。

さらに、このような制振装置１，・・・を基礎５１と一階部５３間や１階部５３と２階部５４間に配置するだけで、様々な規模や周期の地震に対しても、段階的に的確にエネルギーを吸収させて制振機能を充分に発揮可能なユニット建物５とすることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図５は、この実施例で説明する制振装置６の構成を説明する側面図である。

この制振装置６は、一対の取付面部として略平行に配置されるフランジ７Ａ，７Ｂと、そのフランジ７Ａ，７Ｂ間に配置される第１の制振部材としての制振板８と、その制振板８の両端に接合されて各フランジ７Ａ，７Ｂにそれぞれ固定するための拘束部８１，８１と、フランジ７Ａ，７Ｂ間に配置される第２の制振部材としての制振板９と、その制振板９の一端に接合される拘束部９１と他端に接合される変形許容部９２とから主に構成される。

このフランジ７Ａ，７Ｂには、それぞれ対向する略平行な対向面７１，７１と、その対向面７１，７１に略直交する側面７２，７２とがそれぞれ形成されており、例えば一般構造用圧延鋼材などの剛性の高い鋼材によって成形される。

また、制振板８，９は、前記実施の形態で説明したような低降伏点鋼によって成形される。この２つの制振板８，９は、同じ材料で成形してもよいし、降伏応力が異なる材料でそれぞれ成形することもできる。

さらに、拘束部８１は、一般構造用圧延鋼材などの剛性の高い鋼材によって成形される固定板８１ａと、その固定板８１ａをフランジ７Ａ，７Ｂに固定するためのボルト８１ｂ，８１ｂとを有している。

この固定板８１ａは、一端が制振板８の端部に溶接などによって接合されており、他端がフランジ７Ａ，７Ｂの側面７２，７２にボルト８１ｂ，・・・で摩擦接合されている。

また、第２の制振板９の一方の端部に接合される拘束部９１も、上記した拘束部８１と同様の構成であり、固定板９１ａとボルト９１ｂとを有している。

これに対して制振板９の他方の端部に接合される変形許容部９２は、長穴９２ｃが形成された取付板９２ａと、ボルト９２ｂとを有している。

この取付板９２ａに形成される長穴９２ｃ，９２ｃは、フランジ７Ｂの対向面７１の面方向と略平行する方向が長手方向となる略長方形の穴で、取付板９２ａの制振板９と接合する端部とは反対側の端部付近に設けられている。

そして、この長穴９２ｃ，９２ｃに通したボルト９２ｂ，９２ｂは、フランジ７Ｂの側面７２に固定される。

このように構成された制振装置６の図５の状態は、地震が発生していない平常時の状態を示している。この状態では、下側のフランジ７Ｂの真上に上側のフランジ７Ａが位置しており、フランジ７Ａ，７Ｂ間に相対変位は生じていない。そして、並行に配置された２枚の制振板８，９は、この状態では変形しておらず、両方とも変形開始時点には至っていない。また、変形許容部９２のボルト９２ｂ，９２ｂは、それぞれ長穴９２ｃ，９２ｃの略中央に位置している。

続いて、図６に示した状態は、小規模又は中規模の地震が発生した状態を示している。この状態では、下側のフランジ７Ｂに対して上側のフランジ７Ａは右側にずれており、フランジ７Ａ，７Ｂ間に相対変位が生じている。そして、第１の制振板８は変形しており変形開始時点は過ぎているが、第２の制振板９は長穴９２ｃ，９２ｃの範囲内で取付板９２ａが面方向に移動したことによって拘束部９１を固定した上側のフランジ７Ａとの間で相対変位が生じておらず、その拘束部９１に伴って移動した制振板９も変形せずに変形開始時点には至っていない。

そして、図６の状態よりもフランジ７Ａ，７Ｂ間の相対変位が大きくなると、長穴９２ｃ，９２ｃの範囲内での取付板９２ａのスライドはできなくなっているので、ボルト９２ｂ，９２ｂで取付板９２ａの移動が拘束されて制振板９の変形が開始されることになる。

次に、本実施例の制振装置６の作用について説明する。

このように構成された本実施例の制振装置６は、第２の制振板９の一端が、取付板９２ａに設けられた長穴９２ｃ，９２ｃを介してフランジ７Ｂの側面７２に取り付けられている。

このため、地震の揺れによってフランジ７Ａ，７Ｂ間に相対変位が発生しても、その相対変位が長穴９２ｃ，９２ｃの範囲内であれば第２の制振板９は変形せず、長穴９２ｃ，９２ｃの範囲を超えるような相対変位を発生させる大規模な地震時に第２の制振板９が変形して制振部材として作動する。

そして、このような構成であれば、地震の大きさに合わせて段階的にエネルギーを吸収させることが可能な制振装置６を、簡単に製作することができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を実施例により詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、取付面部としてフランジ７Ａ，７Ｂを利用したが、これに限定されるものではなく、建物の基礎５１面や床下面が剛性の高いものであればそのまま取付面部として利用することができる。

また、前記実施例では、制振部材として低降伏点鋼を使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、高減衰ゴム、粘弾性ゴムなどを制振部材として使用することもできる。さらに、第１の制振部材を高減衰ゴムとし、第２の制振部材を低降伏点鋼とするなど、異なる種類の制振部材を組み合わせることもできる。

また、前記実施例では、２つの制振部材を配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、変形開始時点の異なる制振部材を３つ以上配置することもできる。このように変形開始時点の異なる制振部材を多数配置することで、様々な規模又は周期の地震に対して幅広く制振機能を発揮させることができるようになる。

そして、基礎５１と１階部５３との間、及び１階部５３と２階部５４との間に制振装置１，・・・をそれぞれ配置したが、これに限定されるものではなく、例えば１階部５３と２階部５４との間にだけ制振装置１，・・・を配置してもよい。また、制振装置１，６を配置する位置又は個数は、所望する減衰効果が得られるように適宜、調整することができる。

また、前記実施例では拘束部８１，９１によって制振板８，９をフランジ７Ａ，７Ｂに固定したが、これに限定されるものではなく、制振板８，９の端面を、直接、フランジ７Ａ，７Ｂに接合することで拘束部としてもよい。

５ ユニット建物（制振建物）
５１ 基礎
５３ １階部
５４ ２階部
６ 制振装置
７Ａ，７Ｂ フランジ（取付面部）
８ 制振板（第１の制振部材）
８１ 拘束部
８１ａ 固定板
８１ｂ ボルト
９ 制振板（第２の制振部材）
９１ 拘束部
９１ａ 固定板
９１ｂ ボルト
９２ 変形許容部
９２ａ 取付板
９２ｂ ボルト
９２ｃ 長穴

Claims (5)

1. 対向する略平行な面の面方向の相対変位が許容された状態で間隔を置いて配置される一対の取付面部と、
   前記取付面部のそれぞれに対して、前記面方向の相対変位が拘束される拘束部を介して両側の端部が取り付けられる第１の制振部材と、
   前記取付面部のそれぞれに対して、一方の端部が前記面方向の相対変位が拘束されるとともに、他方の端部が前記面方向の相対変位が許容された状態で取り付けられる第２の制振部材とを備え、
   前記第２の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位が、前記第１の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位より大きくなるように設定される制振装置であって、
   前記一対の取付面部には、それぞれ対向する対向面とそれに略直交する側面とが形成されており、
   前記第１の制振部材の両端に配置される前記拘束部は固定板とボルトとを有し、前記固定板の一端はその制振部材に接合され、他端は前記ボルトによって前記側面に固定されるとともに、
   前記第２の制振部材の一方の端部は前記拘束部と同様に一方の前記側面に固定され、他方の端部は前記面方向が長手方向となる長穴が形成された取付板の一端に接合され、かつ、その取付板の他端は前記長穴を通したボルトによって他方の前記側面に取り付けられることを特徴とする制振装置。
2. 対向する略平行な面の面方向の相対変位が許容された状態で間隔を置いて配置される一対の取付面部と、
   前記取付面部のそれぞれに対して、前記面方向の相対変位が拘束される拘束部を介して両側の端部が取り付けられる第１の制振部材と、
   前記取付面部のそれぞれに対して、一方の端部が前記面方向の相対変位が拘束されるとともに、他方の端部が前記面方向の相対変位が許容された状態で取り付けられる第２の制振部材とを備え、
   前記第２の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位が、前記第１の制振部材の変形開始時点の前記取付面部間の相対変位より大きくなるように設定される制振装置であって、
   前記第１の制振部材の両端に配置される前記拘束部は固定板とボルトとを有し、前記固定板の一端はその制振部材の端部に溶接によって接合され、他端は前記ボルトによって前記取付面部に固定されるとともに、
   前記第２の制振部材の一方の端部は前記拘束部と同様に一方の前記取付面部に固定される前記固定板の端部に溶接によって接合され、他方の端部は前記面方向が長手方向となる長穴が形成された取付板の一端に溶接によって接合され、かつ、その取付板の他端は前記長穴を通したボルトによって他方の前記取付面部に取り付けられることを特徴とする制振装置。
3. 前記制振部材に加えて、前記第１及び前記第２の制振部材とは変形開始時点の前記取付面部間の相対変位が異なる制振部材を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制振装置。
4. 前記第１及び前記第２の制振部材が低降伏点鋼によって成形されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制振装置。
5. 建物の基礎と一階間及び階層間の少なくとも一箇所に請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制振装置を備えたことを特徴とする制振建物。