JP5944783B2 - 粘性ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、粘性ダンパに関し、特に、高層建築物等に用いられる粘性ダンパに関する。

高層建築物等では、居住性の改善を目的として粘性ダンパを設置することがある。この粘性ダンパを免震用として適用する場合には、粘性体の量が増大してコストが高騰するため、免震用弾塑性ダンパ又は摩擦ダンパと共に設置するのが一般的である。その際、風揺れや、小地震等の小変位の振動に対してのみ粘性ダンパを機能させるため、種々の工夫が施されている。

例えば、小規模の地震等の振動低減を目的とした粘性ダンパにせん断ピンを設け、大規模の地震が発生した際に、このせん断ピンが破断して粘性ダンパの機能を無効化することがなされている。しかし、この方法では、大規模の地震の度に破断したせん断ピンを交換する必要があった。

そこで、例えば、特許文献１及び２には、大規模の地震が生じた際に、せん断応力を受ける初期位置に位置する抵抗板を、せん断応力が受けない解除位置まで移動させる解除機構と、大規模の地震が止んだ際に、抵抗板を解除位置から初期位置へと戻す戻し機構とを備える粘性ダンパが記載されている。

特開２００４−１００３０８号公報 特開２００４−６０８２８号公報

しかし、上記特許文献に記載の粘性ダンパにおいては、解除機構や戻し機構の構成が複雑であるためコスト増に繋がると共に、保守管理に手間を要する面も否定できないため、改善の余地があった。

そこで、本発明は、簡単な構成で、所定の水平変位を超える振動を受けた場合に振動減衰機能を解除することができ、保守管理も容易な粘性ダンパを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、上部構造体と、下部構造体との間に介装される粘性ダンパであって、前記上部構造体に固定される上板と、前記下部構造体に固定される底板と、前記上板に連結機構を介して回転可能かつ上下移動可能に連結され、前記底板の中央部を初期位置として配置される抵抗板と、前記底板の中央部を挟んで両外側に配置され、前記底板の縁部に向かって、該底板の中央部よりも上方に傾斜するスペーサと、前記抵抗板と前記底板との間に配される粘性体とを備え、該粘性ダンパに所定の水平変位を超える振動が加えられた際には、前記抵抗板が前記初期位置から前記スペーサ上に移動することで、前記抵抗板が前記粘性体から受けるせん断応力が漸減して最終的に該せん断応力が前記抵抗板に作用しなくなり、前記振動が収まった際には、前記スペーサにより前記抵抗板が前記初期位置へ戻ることを特徴とする。

そして、本発明によれば、粘性ダンパに所定の水平変位を超える振動が加えられた際には、抵抗板がスペーサ上に乗り上げることで抵抗板と接触する粘性体の量が漸減し、これに伴い、粘性体から受けるせん断応力を漸減させることができ、最終的に振動減衰機能を解除することができる。一方、振動が止んだ際には、スペーサの傾斜によって抵抗板を初期位置へ戻すことができるため、簡単な構成で、保守管理も容易である。

上記粘性ダンパにおいて、前記スペーサを、前記底板の中央部より外側に放射状に複数配置することができ、二次元的に機能する粘性ダンパを提供することができる。

上記粘性ダンパは、前記底板の中央部と、前記スペーサとの間に複数配置され、前記底板の中央部の高さから該スぺーサに向かって下方に傾斜するテーパ部を備えることができる。これによって、所定の水平変位を超えない振動が加えられた際に、抵抗板が受けるせん断応力を増大させることができ、粘性ダンパの免震効果を向上させることができる。

上記粘性ダンパは、前記底板の縁部に立設される筒体を備えることができ、所定の水平変位を超えた振動が加えられた際に、抵抗板が底板上から脱落することを防止することができる。

上記粘性ダンパにおいて、前記連結機構を、前記上板又は前記抵抗板のいずれか一方に一端が固定される筒状部材と、前記上板又は前記抵抗板のいずれか他方に一端が固定され、前記筒状部材の他端を回転可能かつ上下移動可能に収容する二重管とで構成することができる。

また、前記連結機構を、前記上板又は前記抵抗板のいずれか一方に一端が固定されたピンと、前記上板又は前記抵抗板のいずれか他方に一端が固定され、他端に前記ピンを挿通させて回転可能かつ上下移動可能に支持する球面軸受を有する筒状部材とで構成することができる。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成で、所定の水平変位を超える振動を受けた場合に振動減衰機能を解除することができ、保守管理も容易な粘性ダンパを提供することができる。

本発明に係る粘性ダンパの第１の実施形態を示す図であって、（ａ）は粘性ダンパの断面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示す粘性ダンパの上板及び連結機構を除く筒体等を示す上面図である。 図１に示す粘性ダンパの動作を説明するための図であって、（ａ）は抵抗板が初期位置に位置する場合を、（ｂ）は抵抗板が初期位置から右方向に移動した場合を、（ｃ）は（ｂ）よりさらに右方向に移動した場合を各々示す。 （ａ）は従来の一般的な粘性ダンパの履歴曲線、（ｂ）は本発明に係る粘性ダンパの履歴曲線を示す。 本発明に係る粘性ダンパの第２の実施形態を示す断面図であって、図１（ａ）に対応する図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る粘性ダンパの第１の実施形態を示し、この粘性ダンパ１は、高層建築物等の上部構造体に固定される上板２と、下部構造体に固定される底板３と、底板３の縁部に立設される筒体４と、上板２に連結機構５を介して回転可能かつ上下移動可能に連結され、底板３の中央部３ａを初期位置として配置される抵抗板６と、抵抗板６と底板３との間に配される粘性体７等で構成される。

上板２は、平面視円形又は矩形状等に形成され、下面に後述する連結機構５を構成する筒状部材５ａが固定される。

底板３は、平面視矩形状に形成され、底板３上には、底板３の中央部３ａに放射状に配置され、筒体４の内壁に向かって下方に傾斜する複数のテーパ部８と、このテーパ部８と、筒体４の内壁との間に放射状に配置され、テーパ部８の頂部より高い頂部を有する複数のスペーサ９とが設けられる。粘性体７は、底板３上の筒体４で囲繞された領域内（図１（ｂ）でハッチングを施した領域）に、スペーサ９の頂部付近まで満たされている。

抵抗板６は、上面視円形に形成され、上面に連結機構５を構成する二重管５ｂが固定される。抵抗板６は、通常状態では、底板３の中央部３ａの初期位置に位置する。

連結機構５は、上端が上板２に固定された筒状部材５ａと、下端が抵抗板６に固定され、筒状部材５ａの下端を収容する二重管５ｂとを備え、この二重管５ｂと筒状部材５ａとが互いに固定されることなく、両者の間に間隙が介在することで、上板２と抵抗板６とは相対的に回動可能に構成される。尚、上板２に二重管５ｂを固定し、抵抗板６に筒状部材５ａを固定し、上記とは逆の位置関係にして連結機構５を構成することもできる。

次に、上記構成を有する粘性ダンパ１の動作について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。

地震等が発生する前の通常状態では、図１及び図２（ａ）に示すように、抵抗板６は上板２を介して上部構造体を支持し、初期位置である中央部３ａ上に位置する。

この状態で、風揺れや、小地震等の小変位の振動を受け、底板３が左方向に移動すると、図２（ｂ）に示すように、相対的に抵抗板６が右方向に移動する。この状態では、抵抗板６と粘性体７との間にせん断応力が生じ、小変位の振動が吸収される。

一方、図２（ａ）に示す状態で、大地震等の大変位の振動（所定の水平変位を超える振動）を受け、底板３が左方向に大きく移動すると、図２（ｂ）に示す状態を経て、図２（ｃ）に示すように、相対的に抵抗板６が右方向に大きく移動する。これにより、抵抗板６は、スペーサ９に乗り上げるように移動し、抵抗板６と粘性体７の接触面積が徐々に小さくなるため、両者間のせん断応力が漸減し、最終的に振動減衰機能を解除することができる。大変位の振動が止むと、スペーサ９の傾斜によって、抵抗板６が初期位置の中央部３ａ上へ戻る。

図３は、本発明に係る粘性ダンパ１と従来の一般的な粘性ダンパとで履歴曲線を比較したものである。図３（ａ）は従来の粘性ダンパの履歴曲線を、図３（ｂ）は本発明に係る粘性ダンパ１の履歴曲線を示す。横軸に抵抗板の原点からの変位を、縦軸に抵抗板と粘性体との間に発生したせん断応力を示す。

同図から判るように、本発明に係る粘性ダンパ１は、従来と同様のせん断応力を発生させながら、変位を大きくすることができ、せん断応力は変位の増加と共に漸減し、最終的に０となる。

以上のように、本実施の形態によれば、風揺れや、小地震等による小変位の振動を受けた場合には、抵抗板６と粘性体７との間にせん断応力が生じて小変位の振動を吸収し、大地震等の大変位の振動を受けた場合には、抵抗板６が粘性体７から受けるせん断応力を漸減させ、最終的に振動減衰機能を解除することができる。

次に、本発明に係る粘性ダンパの第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。

この粘性ダンパ１１は、図１に示す粘性ダンパ１の連結機構５とは異なる連結機構１２を備える。粘性ダンパ１１のその他の構成要素は、粘性ダンパ１と同様であるため、同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。

連結機構１２は、下端が抵抗板６に固定されるピン１２ａと、上端が上板２に固定され、下端に前記ピン１２ａを挿通し、抵抗板６を回転可能かつ上下移動可能に支持する球面軸受１２ｄを備える筒状部材１２ｃとで構成される。この連結機構１２によって、筒状部材１２ｃと球面軸受１２ｄとが相対的に回動することで、上板２と抵抗板６とは相対的に回動可能に構成され、かつ球面軸受１２ｄの内径孔の内周面と、当該孔に挿通するピン１２ａの外周面のクリアランスにより、上下移動可能に構成される。尚、上板２にピン１２ａを固定し、抵抗板６に球面軸受１２ｄを備える筒状部材１２ｃを固定し、上記とは逆の位置関係にして連結機構１２を構成することもできる。

この粘性ダンパ１１も、粘性ダンパ１と同様に動作し、抵抗板６と粘性体７との間で小地震等による小変位の振動を吸収し、大地震等の大変位の振動を受けた場合には、抵抗板６が粘性体７から受けるせん断応力を漸減させ、最終的に振動減衰機能を解除することができる。粘性ダンパ１１の履歴曲線も図３（ｂ）に示したものと同様である。

尚、上記実施の形態においては、テーパ部８とスペーサ９を放射状に複数設けたが、放射状ではなく、直線的に複数設けることで、一次元の粘性ダンパを構成することもできる。

１ 粘性ダンパ
２ 上板
３ 底板
３ａ 中央部
４ 筒体
５ 連結機構
５ａ 筒状部材
５ｂ 二重管
６ 抵抗板
７ 粘性体
８ テーパ部
９ スペーサ
１１ 粘性ダンパ
１２ 連結機構
１２ａ ピン
１２ｃ 筒状部材
１２ｄ 球面軸受

Claims (6)

1. 上部構造体と、下部構造体との間に介装される粘性ダンパであって、
   前記上部構造体に固定される上板と、
   前記下部構造体に固定される底板と、
   前記上板に連結機構を介して回転可能かつ上下移動可能に連結され、前記底板の中央部を初期位置として配置される抵抗板と、
   前記底板の中央部を挟んで両外側に配置され、前記底板の縁部に向かって、該底板の中央部よりも上方に傾斜するスペーサと、
   前記抵抗板と前記底板との間に配される粘性体とを備え、
   該粘性ダンパに所定の水平変位を超える振動が加えられた際には、前記抵抗板が前記初期位置から前記スペーサ上に移動することで、前記抵抗板が前記粘性体から受けるせん断応力が漸減して最終的に該せん断応力が前記抵抗板に作用しなくなり、
   前記振動が収まった際には、前記スペーサにより前記抵抗板が前記初期位置へ戻ることを特徴とする粘性ダンパ。
2. 前記スペーサは、前記底板の中央部より外側に放射状に複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の粘性ダンパ。
3. 前記底板の中央部と、前記スペーサとの間に複数配置され、前記底板の中央部の高さから該スぺーサに向かって下方に傾斜するテーパ部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の粘性ダンパ。
4. 前記底板の縁部に立設される筒体を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の粘性ダンパ。
5. 前記連結機構は、前記上板又は前記抵抗板のいずれか一方に一端が固定される筒状部材と、前記上板又は前記抵抗板のいずれか他方に一端が固定され、前記筒状部材の他端を回転可能かつ上下移動可能に収容する二重管とで構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粘性ダンパ。
6. 前記連結機構は、前記上板又は前記抵抗板のいずれか一方に一端が固定されたピンと、前記上板又は前記抵抗板のいずれか他方に一端が固定され、他端に前記ピンを回転可能かつ上下移動可能に支持する球面軸受を有する筒状部材とで構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粘性ダンパ。

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