JP6000099B2 - 免制振構造 - Google Patents

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本発明は、免震層に減衰効果を発揮するオイルダンパーを介装した免制振構造に関するものである。
周知のように、免震層にオイルダンパーを配置した場合には、地震時に上記オイルダンパーが免震層の上下部間に生じる相対速度に応じた減衰力を発生することにより良好な免震効果を発揮するとともに、安定した減衰力によって当該振動を減衰させる効果も得ることができる。
ところで、上記オイルダンパーに、主として免震効果を期待する場合には、免震性能を高めるために、長ストローク対応のものが求められる傾向にある。
しかしながら、オイルダンパーは、構造上、ストローク長が限界に達すると負荷荷重が急激に増大し、破損して減衰機能を失う危険性がある。このため、免震建物や機器免震装置の設計においては、レベル2の地震に対する免震変位を考慮して、免震変位が両振幅において100cm以上と大きいオイルダンパーを必要とする場合がある。この結果、当該オイルダンパーとして、大荷重かつ長ストロークに対応可能なものを特別に製作する必要があり、高コスト化を招くという問題点があった。
一方、レベル2を超える想定外の地震に対しては、被免震部分が周囲部分に衝突するおそれが生じる。このため、可変減衰ダンパーを用いて、レベル2相当の変位を上回る変位が生じた際に、減衰力を増大させて周囲部分への衝突を回避させたり、あるいは衝突時の衝撃を低減させたりする技術も知られている。
ところが、このような可変減衰ダンパーを用いる場合には、オイルダンパーの内部に減衰力の切り替え機構を設ける必要があり、構造が複雑化して一層の高コスト化を招き、現実的には実施することが難しいという問題点があった。
なお、下記特許文献1には、類似の技術として、免震層にオイルダンパーと摩擦ダンパーとを直列的に配置した制振ダンパーが開示されている。
特開平9−268802号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、汎用のオイルダンパーによって長ストロークを実現することができ、よって高い免震性能を得ることができるとともに、所定レベル以上の変位が生じた際には可変減衰効果も発揮することができる免制振構造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、請求項1に記載の本発明に係る免制振構造は、機器類と建物床との間に形成された免震層に、減衰係数が異なる2本のオイルダンパーを水平かつ直列に配置し、上記建物床側に、上記機器類側に固定した上記オイルダンパーよりも減衰係数が大きい上記オイルダンパーを固定するとともに、主として低レベルの地震動に対して作用する上記減衰係数が小さい上記オイルダンパーに、当該オイルダンパーの出力軸の移動を有効ストロークに達する前の位置において阻止するストローク制限機構を設けて被免震部分が周囲部分に衝突するのを回避する免制振構造であって、
上記ストローク制限機構は、上記免震層の上下部間における地震時相対変位が所定値を超えると、上記減衰係数が小さい上記オイルダンパーのストロークが限度となって付加荷重が大きくなることにより、上記減衰係数が大きい上記オイルダンパーが作用して減衰力を増大させることを特徴とするものである。
請求項1に記載の発明によれば、免震層に複数本のオイルダンパーを直列に配置しているために、各々のオイルダンパーのストロークが小さいものであっても、全体として長ストロークを実現することができ、よって所望とする高い免震性能を発揮させることができる。しかも、各々のオイルダンパーとして、汎用のものを用いることができるために高コスト化を招くことがなく、経済性にも優れる。
また、低レベルの地震動に対しては、主として減衰係数が小さいオイルダンパーが作用し、次いで地震動レベルが高くなって免震層の上下部間における相対変位が所定値を超えると、上記オイルダンパーのストロークが限度となって付加荷重が大きくなることにより、当該オイルダンパーよりも減衰係数が大きなオイルダンパーが作用する。これにより、減衰力を増大させる可変減衰効果を発揮して、周囲部分への衝突の回避や衝撃の低減化を図ることができる。
この際に、減衰係数が小さいオイルダンパーに、その出力軸の移動を所定位置において阻止するストローク制限機構を設けているために、免震層の上下部間における相対変位が大きくなった場合にも、上記オイルダンパーの出力軸が構造上の限度に達する前に、ストローク制限機構によって出力軸の変位を阻止し、他のオイルダンパーを作用させて上記減衰力を増大させることにより、減衰係数が小さいオイルダンパーの破損による減衰機能の喪失を未然に防止することができる。
(a)は本発明の第1の実施形態を示す概略構成図であり、(b)はその変形例を示すものである。 減衰力−変位特性を示すグラフで、(a)は減衰係数が同じ2本のオイルダンパーを用いた場合、(b)は減衰係数が異なる2本のオイルダンパーを用いた場合である。 (a)は本発明の第2の実施形態を示す概略構成図であり、(b)はその変形例を示すものである。 (a)は本発明の第3の実施形態を示す概略構成図であり、(b)はその変形例を示すものである。 減衰力−変位特性を示すグラフで、(a)はオイルダンパーの連結部が原点位置にある場合、(b)は上記原点位置が50mmズレていた場合である。
(第1の実施形態)
図1(a)および(b)は、本発明に係る免制振構造の第1の実施形態およびその変形例を示すもので、図中符号1が機器類であり、符号2が床である。
そして、これら機器類1および床2の間に免震層3が形成されるとともに、この免震層3に、2本のオイルダンパー4、5が介装されている。
ここで、オイルダンパー4、5は、各々シリンダーケーシング4a、5a内にピストン4b、5bが移動自在に設けられるとともに、オイル6、7が充填されたもので、オイルダンパー5として、オイルダンパー4よりも減衰係数が大きいものが選択されている。
そして、図1(a)に示す本実施形態においては、両オイルダンパー4、5におけるピストン4b、5bの出力軸4c、5c同士が、互いの軸線を一致させた状態で結合部8において一体的に連結されている。また、オイルダンパー4のシリンダーケーシング4a側が機器類1に固定されるとともに、オイルダンパー5のシリンダーケーシング5a側が床2に固定されている。
これに対して、図1(b)に示す変形例においては、両オイルダンパー4、5におけるシリンダーケーシング4a、5a同士が、互いの軸線を一致させた状態で結合部9において一体的に連結されている。また、オイルダンパー4のピストン4bの出力軸4cが機器類1に固定されるとともに、オイルダンパー5のピストン5bの出力軸5cが床2に固定されている。
以上の構成からなる免制振構造によれば、免震層3に2本のオイルダンパー4、5を直列に配置しているために、全体として長ストロークを実現することができる。すなわち、オイルダンパー5の減衰係数(C5)が、オイルダンパー4の減衰係数(C4)に対して、C5=(1+ε)C4、(ε>0)であるときに、2本のオイルダンパー4、5を直列に連結して得られた複合ダンパーの変位(d)は、下式で表される。
d=2d4{1−(ε/2(1+ε))}
ここで、d4は、オイルダンパー4の有効ストロークである。
このように、各々のオイルダンパー4、5の有効ストロークが小さいものであっても、長ストロークによる高い免震性能を発揮させることが可能になる。しかも、各々のオイルダンパーとして、汎用のものを用いることができるために高コスト化を招くことがなく、経済性にも優れる。
また、図2(a)に示すように、減衰係数が等しい2本のオイルダンパーを直列に連結した場合には、機器類1と床2との間の相対変位が大きくなった場合においても、減衰力を増大させることができない。
これに対して、上記実施形態においては、オイルダンパー5として、オイルダンパー4よりも減衰係数が大きいものを選択しているために、図2(b)に示すように、低レベルの地震動に対しては、主として減衰係数C4が小さいオイルダンパー4が作用し、地震動レベルが高くなって免震層3の上下部間における相対変位が所定値を超えると、オイルダンパー4のストロークが限度となって付加荷重が大きくなることにより、オイルダンパー4よりも減衰係数C5が大きなオイルダンパー5が作用する。この結果、減衰力を増大させる可変減衰効果を発揮して、周囲部分への衝突の回避や衝撃の低減化を図ることができる。
(第2の実施形態)
図3(a)および(b)は、本発明に係る免制振構造の第2の実施形態およびその変形例を示すもので、図1(a)および(b)に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態の免制振構造が、第1の実施形態と相違する点は、減衰係数が小さいオイルダンパー4に、このオイルダンパー4の出力軸4cの移動を有効ストロークに達する前の所定位置において阻止するストローク制限機構を設けたことにある。
すなわち、図3(a)においては、オイルダンパー4のシリンダーケーシング4a内に、ピストン4bがシリンダーケーシング4aの端部に衝突する前に、ピストン4bの移動を阻止するストッパ(ストローク制限機構)10a、10bが設けられている。
また、図3(b)に示す変形例においては、連結部9にストッパーアーム11が一体的に立設されるとともに、機器類1の下面には、オイルダンパー4のピストン4bがシリンダーケーシング4aの端部に衝突する前に、ストッパーアーム11を係止して出力軸4cの移動を阻止するストッパ(ストローク制限機構)12a、12bが設けられている。
上記構成からなる免制振構造によれば、第1の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。加えて、減衰係数が小さいオイルダンパー4に、その出力軸4cの移動を有効ストロークに達する前の所定位置において阻止するストローク制限機構10a、10b、12a、12bを設けているために、機器類1と床2との間の変位が大きくなった場合にも、構造上の限度に達する前に出力軸4cの変位を阻止することにより、他方のオイルダンパー5を作用させて減衰力を増大させることができる。この結果、減衰係数が小さいオイルダンパー4の破損による減衰機能の喪失を未然に防止することができるという効果が得られる。
(第3の実施形態)
図4(a)および(b)は、本発明に係る免制振構造の第3の実施形態およびその変形例を示すもので、同様に、図1(a)および(b)に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してある。
この免制振構造においては、地震終了時に、2本のオイルダンパー4、5の連結部8、9を平常時における原点位置に復帰させるための復元バネ(付勢部材)13が、連結部8とシリンダーケーシング4a、5aとの間(図4(a))あるいは、連結部9と出力軸4c、5cとの間に設けられている。
この結果、上記構成からなる免制振構造によれば、第1に示した免制振構造が奏する作用効果に加えて、常に安定的な減衰力を発揮させることができるという効果が得られる。
すなわち、図5(a)に示すように、地震が終了した際に、オイルダンパーの片振れ等によって互いの連結部が原点位置から例えば50mmズレた位置にあると、次の地震時に減衰係数が切り替わった際に、オイルダンパーの減衰増大部分における復元力特性が正負(往復)において非対称となってしまう。
これに対して、第3の実施形態に示した免制振構造によれば、地震終了時にオイルダンパーの連結部を、平常時における原点位置に復帰させる復元バネ13を設けているために、図5(b)に示すように、減衰増大部分においても安定的な減衰力を発揮させることができる。
なお、上記第1〜第3の実施形態においては、いずれも免震層3に、減衰係数が異なる2本のオイルダンパー4、5を直列に配置した場合について説明したが、これに限るものではなく、3本以上のオイルダンパーを直列に連結した配置としてもよい。
1 機器類
2 床
3 免震層
4、5 オイルダンパー
4a、5a シリンダーケーシング
4b、5b ピストン
4c、5c 出力軸
8、9 連結部
10a、10b、12a、12b ストッパ(ストローク制限機構)
11 ストッパーアーム
13 復元バネ(付勢部材)

Claims (1)

  1. 機器類と建物床との間に形成された免震層に、減衰係数が異なる2本のオイルダンパーを水平かつ直列に配置し、上記建物床側に、上記機器類側に固定した上記オイルダンパーよりも減衰係数が大きい上記オイルダンパーを固定するとともに、主として低レベルの地震動に対して作用する上記減衰係数が小さい上記オイルダンパーに、当該オイルダンパーの出力軸の移動を有効ストロークに達する前の位置において阻止するストローク制限機構を設けて被免震部分が周囲部分に衝突するのを回避する免制振構造であって、
    上記ストローク制限機構は、上記免震層の上下部間における地震時相対変位が所定値を超えると、上記減衰係数が小さい上記オイルダンパーのストロークが限度となって付加荷重が大きくなることにより、上記減衰係数が大きい上記オイルダンパーが作用して減衰力を増大させることを特徴とする免制振構造。
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