JP5846606B2 - 制震ダンパ - Google Patents
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Description
しかし、特許文献2に記載の制振間柱10は、断面がH型形状であるため剪断型ダンパとしての塑性変形能力が小さいうえ、大地震の際に弾性体16の厚み以上の軸方向の変形が生じた際には簡単に座屈してしまいそれ以上の振動エネルギーの吸収ができなくなるという問題があった(特許文献2の図1等参照)。
しかし、特許文献2に記載の制振間柱10と同様に、特許文献3に記載の制震装置10は、剪断型ダンパとしての塑性変形能力が小さいうえ、大地震の際にクリアランス38以上の軸方向の変形が生じた際には簡単に座屈してしまいそれ以上の振動エネルギーの吸収ができなくなるという問題があった(特許文献3の図1等参照)。
また、従来間柱に設置するしかできなかったパネルダンパを、マンションなどの建物の南面バルコニーや北面の共用廊下などに面した独立柱に設置して、屋外(外部)に露出するように取り付けることができるようになる。このため、万が一、大地震でパネルダンパが変形してそれ以上の振動エネルギーの吸収ができなくなった場合でも簡単にパネルダンパを交換するだけで建物の使用を続けることができ低コストであるうえ、既存の建物にパネルダンパを設置する改修工事等も容易であり、テナントや居住者が建物を使用したまま制震補強の改修工事等を行うことが可能である。
また、地震時に建物に作用する水平力だけを確実にパネルダンパに伝達して吸収することができ、建物の架構に損傷を及ぼす水平方向の横揺れを効果的に抑えることができる。
また、パネルダンパの塑性変形能力が高く振動エネルギーの吸収量が大きいため、地震が繰り返し起きても原則パネルダンパの交換などのメンテナンス等が不要である。また、大地震が起きた場合であっても、凹レンズ形状の歪み具合を目視することでパネルダンパの交換の必要性の有無を判断することができる。
先ず、図1を用いて、本発明の一実施の形態に係る制震建物について説明する。
本発明の実施の形態に係る制震建物Mは、RC造のマンション(共同住宅)であり、南面バルコニーの先端にあたる手摺に沿ってH型鋼からなる独立柱Cが複数立設され、それらを互いに繋ぐようにH型鋼からなる大梁Gが架け渡されて、フレーム状の制震補強用の架構Fが構築されている。そして、独立柱Cの階高の丁度半分辺りとなる中間部に後述の制震ダンパDが外部に露出するように取り付けられており、この架構Fに入力される地震の振動エネルギーを制震ダンパDが吸収することにより、制震建物M全体の揺れが抑えられる構造となっている。
また、架構Fの構成要素としてH型鋼を例示して説明したが、角型鋼やRC造やSRC造の構成要素でもよく、所望の剛性を有し、後述の制震ダンパを取り付けることができる構造であればよい。
次に、図2〜図6を用いて、本発明の一実施の形態である実施例1に係る制震ダンパについて説明する。
制震ダンパD1は、図2に示すように、柱に掛かる軸力を支持する軸力支持機構S1と、この軸力支持機構S1を挟んで水平方向に左右一対設けられた、パネル形状のダンパである実施例1に係るパネルダンパP1と、から主に構成され、独立柱Cの制震ダンパD1より上方となる上部柱C1の下端プレートC10と、制震ダンパD1より下方となる下部柱C2の上端プレートC20と、の間に取り付けられ、軸力支持機構S1により独立柱Cに上下方向に掛かる圧縮・引張力(軸力)を支持して、上部柱C1、下部柱C2、間において軸力を伝達するとともに、パネルダンパP1により独立柱Cに水平方向に掛かる剪断力(水平力)を吸収して地震の際の建物の揺れを抑える機能を有している。
実施例1に係るパネルダンパP1は、図2、3に示すように、低降伏点鋼、好ましくは、降伏点が100N/mm2程度あるいは225N/mm2程度の極軟鉄からなる平板の中央部に、鉛直断面の外形線が円弧を描くように中央に行くに従って薄くなる凹レンズ状の窪みP10が形成された凹レンズ型剪断パネルダンパであり、上部柱C1の下端プレートC10と下部柱C2の上端プレートC20との間に、L型アングルなどを介してハイテンションボルトなどで止め付けられている。
勿論、パネルダンパP1は、下端プレートC10と上端プレートC20との間に固定されていればよく、溶接などで固着されていても構わないが、ハイテンションボルトなどの乾式・機械式の固定方法の方が、溶接工などの特殊作業員を必要とせず、取付作業が雨など天候に左右され難く、かつ万が一、大地震があった場合も交換が容易であり、低コストで工期が短くて済むため好ましい。
従って、パネルダンパP1は、地震時の振動エネルギーの吸収能力が非常に高いものとなっている。
本実施例に係る軸力支持機構S1は、図2、図4、図5に示すように、下端プレートC10に下方に向け立設された普通鋼からなる中鋼板プレートS10と、この中鋼板プレートS10を挟むように上端プレートC20に上方に向け立設された2枚一組の普通鋼からなる外鋼板プレートS11と、中鋼板プレートS10に形成された水平方向に長い長方形の長穴S12に嵌め込まれた正方形状の普通鋼板からなるスライド片S13と、から主に構成され、これらが外鋼板プレートS11及びスライド片S13それぞれに穿設された貫通孔で一本の軸S14により軸止め固定(軸着)されている。
また、下端プレートC10と中鋼板プレートS10、上端プレートC20と外鋼板プレートS11との接合は、独立柱Cの柱材を製作する際に工場等で溶接することにより接合されているが、ボルトやリベット等で機械的に接合しても構わない。
また、ブレス型のダンパやシャーリンク型のダンパのように斜材を取り付ける必要がなく、窓や扉などの開口部を遮ることがないため、制震ダンパD1が眺望や出入りの障害とならない。
また、軸力支持に問題がないように配置すれば、軸力支持機構S1とパネルダンパP1とが一つずつの場合も可能である。
そして、パネルダンパP1は、環境温度変化(外気温など)による性能変化が少なく、南側バルコニーへの設置による制震効果も通年を通して同等の性能を発揮する。
実施例1に係る制震ダンパD1との相違点は、弾塑性ダンパタイプの凹レンズ型のパネルダンパP1が、粘弾性ダンパタイプのパネルダンパP2となっているだけであるので、主にパネルダンパP2について説明し、軸力支持機構などのその他の同一構成は、同一符号を付して説明を省略する。
なお、この粘弾性体P22は、高分子材料(プラスチック、スチレン系エラストマ、アクリル系樹脂、高減衰ゴム等)が好適であり、粘性と弾性の両方の性質を示す物体から成形されたシート状(板状)の部材であればよい。
このため、マンションなどの建物の南面バルコニーや北面の共用廊下などに面した独立柱CにパネルダンパP2を設置して、パネルダンパP2が屋外(外部)に露出するように取り付けることができるようになり、既存の建物にパネルダンパP2を設置する改修工事等も容易であるうえ、テナントや居住者が建物を使用したまま制震補強の改修工事等を行うことが可能である。
また、ブレス型のダンパやシャーリンク型のダンパのように斜材を取り付ける必要がなく、窓や扉などの開口部を遮ることがないため、制震ダンパD2が眺望や出入りの障害とならない。
実施例1に係る制震ダンパD1との相違点は、弾塑性ダンパタイプの凹レンズ型のパネルダンパP1が、摩擦ダンパタイプのパネルダンパP3となっているだけであるので、主にパネルダンパP3について説明し、軸力支持機構などのその他の同一構成は、同一符号を付して説明を省略する。
このように、パネルダンパP3は、皿バネP32が潰されることにより発生する圧縮力により、中鋼板プレートP30と外鋼板プレートP31とが相対的に水平移動する際において、中鋼板プレートP30と皿バネP32との間に移動方向と反対方向の摩擦力を発生させ、この摩擦力で中鋼板プレートP30と外鋼板プレートP31との水平移動を減衰して独立柱Cに掛かる剪断力を吸収する仕組みとなった摩擦ダンパタイプのパネルダンパである。
なお、皿バネP32は、非線形弾性の性質を有するため、経年劣化によりボルトの締付力が弛緩した場合でも圧縮力はあまり小さくならないため、発生させる摩擦力も経時においてあまり変化せず、結果的に、パネルダンパP3の耐久性が高くなっている。
このため、マンションなどの建物の南面バルコニーや北面の共用廊下などに面した独立柱CにパネルダンパP3を設置して、パネルダンパP3が屋外(外部)に露出するように取り付けることができるようになり、既存の建物にパネルダンパP3を設置する改修工事等も容易であるうえ、テナントや居住者が建物を使用したまま制震補強の改修工事等を行うことが可能である。
また、ブレス型のダンパやシャーリンク型のダンパのように斜材を取り付ける必要がなく、窓や扉などの開口部を遮ることがないため、制震ダンパD3が眺望や出入りの障害とならない。
そして、パネルダンパP3は、環境温度変化(外気温など)による性能変化が少なく、南側バルコニーへの設置による制震効果も通年を通して同等の性能を発揮する。
次に、図1等を用いて、本発明の実施の形態に係る制震建物の生産方法について説明する。
前述の制震建物Mを、既存のRC造のマンションに架構F及び制震ダンパDを後から追加して構築する場合、即ち、制震補強の改修工事により架構F及び制震ダンパDを設置する場合で説明する。
ただし、前述の制震建物Mを新築工事で建設する場合も本発明を適用可能なことは云うまでもない。
このパネルダンパP1〜P3を設置する工程は、軸力支持機構S1を設置する工程と同時期に行っても構わない。
また、既存建物と架構Fの接続には、既存建物の梁から架構Fへ接続用の水平伝達部材(増設スラブや水平トラス等)を介して接続してもよい。
また、仕上げ工事が必要な壁等が連接されていない独立柱Cに制震ダンパDを露出した状態で設置するので、壁材などの仕上げ・化粧工事の撤去や新設工事が低減され、工期が短くて済むためコストを低減することができる。それに加え、大地震後も目視により制震ダンパの交換の必要性の有無を判断することができる。
また、制震建物もRC造のマンションに限られず、S造、SRC造など独立柱を設置可能な間取りの建物であれば本発明を適用することができる。
C 独立柱
D(D1,D1’D2,D3) 制震ダンパ
S1 軸力支持機構
S10 中鋼板プレート(プレート)
S11 外鋼板プレート(プレート)
P1,P2,P3 パネルダンパ
P10 (凹レンズ形状の)窪み
P11 フィレット(入り隅部をR加工した部分)
Claims (6)
- パネル形状のパネルダンパを有し、このパネルダンパで地震時に建物の架構に入力される振動エネルギーを吸収することで建物の揺れを抑える制震ダンパにおいて、
構造計算上長期軸力を算定する柱の中間部における上部柱の下端プレートと下部柱の上端プレートとの間に、柱に掛かる軸力を支持する軸力支持機構と、前記パネルダンパとが設置され、
前記パネルダンパと軸力支持機構は、その一方が水平方向に左右一対となり、他方がその対となった一方の間に配置され、
前記パネルダンパは、低降伏点鋼からなる平板の中央部に鉛直断面の外形線が円孤を描くように中央に行くに従って厚さが薄くなる凹レンズ状の窪みが形成された凹レンズ型の形状からなり、
前記軸力支持機構は、前記上部柱の下端プレートに下向きに伸びて取り付けられた第1のプレートと、前記下部柱の上端プレートに上向きに伸びて取り付けられた第2のプレートとを有し、これら第2のプレートと第1のプレートが、水平方向に摺動自在に止め付けられることで前記柱に掛かる軸力を支持するようになっていることを特徴とする制震ダンパ。 - 前記軸力支持機構は、第1のプレートが中プレートからなり、第2のプレートが中プレートを挟むように一対配置された外プレートからなり、中プレートに形成された水平方向に長い長方形の長穴にスライド自在に嵌め込まれたスライド片を有し、このスライド片と外プレートがそれぞれに穿設した貫通孔に軸を挿通して止め付けられている請求項1に記載の制震ダンパ。
- 前記軸力支持機構は、前記パネルダンパを挟んで水平方向に左右一対設けられている請求項1又は2に記載の制震ダンパ。
- 前記パネルダンパは、前記軸力支持機構を挟んで水平方向に左右一対設けられている請求項1又は2に記載の制震ダンパ。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の制震ダンパを有することを特徴とする制震建物。
- 地震時に建物の架構に入力される振動エネルギーを制震ダンパに吸収させて建物の揺れを抑える制震建物の生産方法において、建物の階高の全高に亘る壁が連接されていない中間部が露出した独立柱を立設する工程と、該独立柱の露出した中間部に請求項1ないし4のいずれかに記載の制震ダンパを設置する工程を有することを特徴とする制震建物の生産方法。
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