JP7286463B2

JP7286463B2 - 制震装置

Info

Publication number: JP7286463B2
Application number: JP2019141097A
Authority: JP
Inventors: 大吾石井; 徹也半澤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2039-07-31
Also published as: JP2021025215A

Description

本発明は、制震装置に関する。

超高層建物の制震構造計画において、制震装置を設置できる箇所が限られている場合などに、設計上必要な性能を満足するために、制震装置の高耐力化が求められることがある。制震装置の高耐力化を図るために、複数の制震ダンパーが設けられた制震装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
複数の制震ダンパーが設けられた制震装置では、複数の制震ダンパーがシアリンク部材を介してＶ字形状に設置されていたり、複数の制震ダンパーが交差して設置されていたりする。

特開２０１４－２１４４９０号公報

しかしながら、複数の制震ダンパーがシアリンク部材を介してＶ字形状に設置された制震装置は、必要鋼材量が増加し、設置作業に手間がかかるとともに、コストがかかるという問題がある。
また、複数の制震ダンパーが交差して設置された制震装置では、交差する制震ダンパー間の干渉を避けるために、互いに交差する一方の制震ダンパーに貫通孔を設け、この貫通孔に他方の制震ダンパーを挿通させる必要がある。このため、複数の制震ダンパーが交差して設置された制震装置においても、設置作業に手間がかかるという問題がある。
さらに、いずれの場合においても、設置構面が大きく閉鎖されるため、出入口などの開口部の位置が規制されるなど設計の自由度がなくなるという問題もある。

そこで本発明は、複数の制震ダンパーを容易に設置することができるとともに、制震装置が設けられる構面における設計の自由度を高めることができる制震装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る制震装置は、相対変位可能な第１構造部と第２構造部との間に並列に配置される第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーと、前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとを連結する第３制震ダンパーと、を有し、前記第１制震ダンパーおよび前記第２制震ダンパーは、それぞれ前記第１構造部と前記第２構造部の第１方向の相対変位を減衰可能に構成され、前記第３制震ダンパーは、前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとの前記第１方向の相対変位を減衰可能に構成されていることを特徴とする。

本発明では、第１構造部と第２構造部との第１方向の相対変位を減衰可能な第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーが並列して設けられている。さらに、本発明では、第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとの間に第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとの第１方向の相対変位を減衰可能な第３制震ダンパーが設けられている。
これにより、制震装置における第１構造部と第２構造部の第１方向の相対変位の減衰力を増大させることができ、制震装置の高耐力化を図ることができる。
第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとは、並列に配置されていることにより、第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとが干渉することが無く、容易に設置することができる。第３制震ダンパーは、第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとの間に設けられていることにより、第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーと接合部以外で干渉することがなく、容易に設置することができる。
また、第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとは並列に設けられ、第３制震ダンパーは第１制震ダンパーと第２制震ダンパーとの間に設けられたコンパクトな形状であるため、制震装置が設置構面を大きく閉鎖することが無く、設計上の自由度を高めることができる。

また、本発明に係る制震装置では、前記第３制震ダンパーは、前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとの前記第１方向の相対変位が所定値以上となると、前記相対変位を減衰可能に構成されていてもよい。
このような構成とすることにより、第１構造部と第２構造部との相対変位が所定値となるまでは、第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーが、第１構造部と第２構造部との相対変位を減衰させる。第１構造部と第２構造部との相対変位が所定値以上となると、第１制震ダンパー、第２制震ダンパーおよび第３制震ダンパーが、第１構造部と第２構造部との相対変位を減衰させる。このため、所定のレベルまでの地震では、第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーを作用させ、それ以上のレベルの地震では、てすべての制震ダンパーを作用させて過度な相対変位を抑えることができる。

また、本発明に係る制震装置では、前記第１制震ダンパー、前記第２制震ダンパーおよび第３制震ダンパーは、摩擦ダンパーであってもよい。
このような構成とすることにより、制震装置を安価に設置することができる。

本発明によれば、複数の制震ダンパーを容易に設置することができるとともに、制震装置が設けられる構面における設計の自由度を高めることができる。

本発明の実施形態による制震装置の一例を示す正面図である。本発明の実施形態による制震装置のモデル図である。本発明の実施形態の変形例による制震装置の第３制震装置を示す正面図である。本発明の実施形態の変形例による制震装置の荷重変形関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態による制震装置について、図１－図４に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による制震装置１は、建物の柱１２，１３と梁１４，１５とによって囲まれる架構１１（設置構面）に配置されている。
架構１１の両側に位置する柱１２，１３のうちの架構１１の一方側に設けられた柱を第１柱１２とし、架構１１の他方側に設けられた柱を第２柱１３とする。架構の上側および下側に位置する梁１４，１５のうち、架構１１の下側に設けられた梁を第１梁１４とし、架構１１の上側に設けられた梁を第２梁１５とする。
第１梁１４および第２梁１５は、それぞれ一方の端部が第１柱１２に接合され、他方の端部が第２柱１３に接合されている。

制震装置１は、架構１１に並列に配置される第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３と、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との間に配置され、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とをそれぞれ連結する３つの第３制震ダンパー４と、を有している。
第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３は、ブレース型の摩擦ダンパーで構成されている。第１制震ダンパー２、第１柱１２側から第２柱１３側に向かって漸次上側に向かう斜め方向（第１方向、以下、第１斜め方向とする）に延びて、架構１１における対角となる２つの角部それぞれに接合されている。
第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３は、第１柱１２と第１梁１４との第１柱梁接合部１６（第１構造部）に設けられた第１ガセットプレート１６１、および第２柱１３と第２梁１５との第２柱梁接合部１７（第２構造部）に設けられた第２ガセットプレート１７１のそれぞれに接合されている。
本実施形態では、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３は、第１制震ダンパー２が第２制震ダンパー３よりも上側に配置されるように並列に配置されている。

第１制震ダンパー２は、第１軸材２１と、第２軸材２２と、を有し、第１軸材２１と第２軸材２２とが相対変位可能に接続されている。
第１軸材２１は、例えば、鋼管や形鋼などの長尺の部材で、軸線が第１斜め方向に延びる向きに設置される。
第１軸材２１は、一方の端部近傍が第１ガセットプレート１６１にボルト接合などによって剛接合され、他方の端部近傍が第２軸材２２と接続されている。第１軸材２１における他方の端部近傍を第１軸材接続部２３とする。

第２軸材２２は、例えば、鋼管や形鋼などの長尺の部材で、軸線が第１斜め方向に延びる向きに設置される。第２軸材２２は、第１軸材２１よりも短く形成されている。
第２軸材２２は、一方の端部側が第２ガセットプレート１７１にボルト接合などによって剛接合され、他方の端部側が第１軸材２１と接続されている。第２軸材２２における他方の端部近傍を第２軸材接続部２４とする。
第１軸材２１と第２軸材２２とは、同軸に配列されていて、第１軸材接続部２３と第２軸材接続部２４とが重なって配置されている。第１軸材２１と第２軸材２２とは、軸線方向（第１斜め方向）に相対変位可能に構成されている。

第１軸材接続部２３には、摩擦材２５が設けられている。第２軸材接続部２４には、摩擦材２５と当接する摺動部２６が設けられている。第１軸材接続部２３の摩擦材２５と第２軸材接続部２４の摺動部２６とは圧接されている。
第１制震ダンパー２は、第１軸材２１と第２軸材２２とが軸線方向に相対変位すると、摩擦材２５と摺動部２６との間に摩擦力が生じ、第１軸材２１と第２軸材２２との相対変位を減衰するように構成されている。
第１制震ダンパー２における第１軸材２１と第２軸材２２との接続部（摩擦材２５および摺動部２６が設けられている部分、以下、第１接続部２７とする）は、第１制震ダンパー２の上部側に設けられている。

第２制震ダンパー３は、第１制震ダンパー２と同様に構成され、第１制震ダンパー２とは、架構１１に設置される向きが異なっている。
第２制震ダンパー３は、第１軸材２１の一方の端部が第２ガセットプレート１７１に接合され、第２軸材２２の一方の端部が第１ガセットプレート１６１に接合されている。
第２制震ダンパー３における第１軸材２１と第２軸材２２との接続部（摩擦材２５および摺動部２６が設けられている部分、以下、第２接続部２８とする）は、第２制震ダンパー３の上部側に設けられている。
このため、第１接続部２７は、第２接続部２８よりも第１斜め方向に沿った斜め上方に間隔をあけて配置されている。
本実施形態では、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３それぞれの最大耐力を２ＭＮとしている。

第３制震ダンパー４は、間柱型の摩擦ダンパーで構成されている。第３制震ダンパー４は、第１制震ダンパー２の第１軸材２１と、第２制震ダンパー３の第１軸材２１との間に設けられている。
第３制震ダンパー４は、第１板材４１と、第２板材４２と、を有し、第１板材４１と第２板材４２とが相対変位可能に接続されている。

第１板材４１は、例えば、鋼板などの平板状の部材で、板面が長尺の長方形となっている。
第１板材４１において、板面の長辺が延びる方向を長手方向とし、板面の短辺が延びる方向を短手方向とする。
第１板材４１は、長手方向が第１斜め方向となる向きで、かつ板面が架構１１に沿った向きに設置される。
第１板材４１は、短手方向の一方側が第１制震ダンパー２の第１軸材２１にボルト接合などによって剛接合され、他方側が第２制震ダンパー３側に突出して、第２板材４２と接続されている。第１板材４１における短手方向の他方側の部分を第１板材接続部４３とする。

第２板材４２は、例えば、鋼板などの平板状の部材で、板面が長尺の長方形となっている。
第２板材４２において、板面の長辺が延びる方向を長手方向とし、板面の短辺が延びる方向を短手方向とする。
第２板材４２は、長手方向が第１斜め方向となる向きで、かつ板面が架構１１に沿った向きに設置される。
第２板材４２は、短手方向の一方側が第１制震ダンパー２の第１軸材２１にボルト接合などによって剛接合され、他方側が第１制震ダンパー２側に突出して、第１板材４１と接続されている。第２板材４２における短手方向の他方側の部分を第２板材接続部４４とする。
第１板材４１と第２板材４２とは、第１板材接続部４３と第２板材接続部４４とが平行に重なって配置されている。第１板材４１と第２板材４２とは、長手方向（第１斜め方向）に相対変位可能に構成されている。

第１板材接続部４３には、摩擦材４５が設けられている。第２板材接続部４４には、摩擦材４５と当接する摺動部４６が設けられている。第１板材接続部４３の摩擦材４５と第２板材接続部４４の摺動部４６とは圧接されている。第３制震ダンパー４は、第１板材４１と第２板材４２とが軸線方向に相対変位すると、摩擦材４５と摺動部４６との間に摩擦力が生じ、第１板材４１と第２板材４２との相対変位を減衰するように構成されている。
本実施形態の制震装置１には、第３制震ダンパー４が第１斜め方向に３つ並んで設けられている。３つの第３制震ダンパー４は、第１斜め方向における第１接続部２７と第２接続部２８との間となる位置に第１斜め方向に配列して設置されている。
本実施形態では、３つの第３制震ダンパー４それぞれの最大耐力を１ＭＮとしている。

本実施形態による制震装置１は、建物に層間変位が生じて、第１柱梁接合部１６と第２柱梁接合部１７とが第１斜め方向に相対変位すると、この相対変位に追従して第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３それぞれの第１軸材２１と第２軸材２２とが第１斜め方向（軸線方向）に相対変位する。
第１軸材２１と第２軸材２２とが第１斜め方向に相対変位することにより、摩擦材２５と摺動部２６との間に摩擦が生じ、第１軸材２１と第２軸材２２との相対変位を減衰させる。これにより、層間変位が減衰される。

第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とは、それぞれ第１軸材２１と第２軸材２２とが第１斜め方向に相対変位するが、異なる挙動となるため、第１制震ダンパー２の第１軸材２１と第２制震ダンパー３の第１軸材２１とが第１斜め方向に相対変位する。これにより、第３制震ダンパー４の第１板材４１と第２板材４２とが第１斜め方向に相対変位し、これにより、摩擦材４５と摺動部４６との間に摩擦が生じ、第１板材４１と第２板材４２との相対変位が減衰される。これにより、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との相対変位が減衰される。

本実施形態による制震装置１のモデルを図２に示す。本実施形態による制震装置１では、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とが第１斜め方向に相対変位しようとすると、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３の相対変位が第３制震ダンパー４に入力される。これにより、第３制震ダンパー４の第１板材４１と第２板材４２とが相対変位する。
上述しているが、第３制震ダンパー４の第１板材４１と第２板材４２とが第１斜め方向に相対変位することにより、摩擦材４５と摺動部４６との間に摩擦が生じ、第１板材４１と第２板材４２との相対変位を減衰させることができる。このため、制震装置１の最大耐力は、第１制震ダンパー２の最大耐力、第２制震ダンパー３の最大耐力、および３つの第３制震ダンパー４の最大耐力を合わせた値となり、７ＭＮとなる。

次に、上述した本実施形態による制震装置１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態による制震装置１では、建物の層間における第１斜め方向の相対変位を減衰可能な第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３が並列して設けられている。さらに本実施形態による制震装置１では、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との間に第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との第１斜め方向の相対変位を減衰可能な第３制震ダンパー４が設けられている。
これにより、制震装置１における層間変位（第１斜め方向の相対変位）の減衰力を増大させることができ、制震装置１の高耐力化を図ることができる。

第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とは、並列に配置されていることにより、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とが干渉することが無く、容易に設置することができる。第３制震ダンパー４は、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との間に設けられていることにより、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３と接合部以外で干渉することがなく、容易に設置することができる。
また、本実施形態による制震装置１では、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とは並列に設けられ、第３制震ダンパー４は第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との間に設けられたコンパクトな形状である。このため、制震装置１が架構１１を大きく閉鎖することが無く、設計上の自由度を高めることができる。

また、第１制震ダンパー２、第２制震ダンパー３および第３制震ダンパー４は、それぞれ摩擦ダンパーであるため、制震装置１を安価に設置することができる。

以上、本発明による制震装置１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、制震装置１は、第１柱梁接合部１６と、第２柱梁接合部１７との間に設けられているが、相対変位可能な２つの構造部（第１構造部、第２構造部）との間に設けられていればよい。例えば、２つの柱の間や、柱と梁との間、柱と床との間、梁と壁との間などに設けられていてもよい。

上記の実施形態による制震装置１では、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３とが第１斜め方向に相対変位すると、第３制震ダンパー４の第１板材４１と第２板材４２とが第１斜め方向に相対変位して、摩擦材２５と摺動部２６との間に摩擦が生じるように構成されている。
これに対し本発明では、制震装置は、第１制震ダンパー２と第２制震ダンパー３との第１斜め方向の相対変位が所定値以上、または所定値を超えた場合に、第３制震ダンパー４の第１板材４１と第２板材４２とが第１斜め方向に相対変位するように構成されていてもよい。

図３に示すように、このような制震装置１Ｂにおいて、例えば、第３制震ダンパー４Ｂの第１板材４１と第１制震ダンパー２の第１軸材２１とがボルト接合されている場合には、第３制震ダンパー４の第１板材４１および第１制震ダンパー２の第１軸材２１のいずれか一方または両方のボルト孔を第１斜め方向に延びる長孔とする。図３では、第３制震ダンパー４の第１板材４１のボルト孔４１１を長孔としている。
そして、ボルト４６は、長孔のボルト孔４１１に沿って変位可能に構成されている。
第３制震ダンパー４の第１板材４１と第１制震ダンパー２の第１軸材２１とが第１斜め方向に相対変位しても、ボルト４６が長孔のボルト孔４１１の端部に位置するまでは、第１制震ダンパー２の第１軸材２１の変位が第３制震ダンパー４の第１板材４１に伝達しない。

同様に、第３制震ダンパー４の第２板材４２および第２制震ダンパー３の第１軸材２１のいずれか一方または両方のボルト孔を第１斜め方向に延びる長孔とする。図３では、第３制震ダンパー４の第２板材４２のボルト孔４２１を長孔としている。
そして、第３制震ダンパー４の第２板材４２と第２制震ダンパー３の第１軸材２１とが第１斜め方向に相対変位しても、ボルト４６が長孔のボルト孔４２１の端部に位置するまでは、第２制震ダンパー３の第１軸材２１の変位が第３制震ダンパー４の第１板材４１に伝達しない。

このような制震装置１Ｂでは、層間変位（第１柱梁接合部１６と、第２柱１３と第２梁１５との接合部との相対変位）が所定値となるまでは（または所定値未満では）、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３が層間変位を減衰させる。層間変位が所定値以上となったら（また、所定値を超えたら）、第１制震ダンパー２、第２制震ダンパー３および第３制震ダンパー４が層間変位を減衰させる。これにより、制震装置１Ｂは、所定のレベルまでの地震では、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３を作用させ、それ以上のレベルの地震では、すべての制震ダンパーを作用させて過度な相対変位を抑えることができる剛性可変な制震装置とすることができる。

図４に、上記のような制震装置１Ｂの荷重変形関係のイメージを示す。図４は、制震装置１Ｂを建物構面内に設置した例であるが、この制震装置１Ｂを免震建物の免震層に設置すれば、極大地震時に建物が擁壁に衝突するような被害を抑えることができるという効果が得られる。

また、上記の実施形態では、第１制震ダンパー２、第２制震ダンパー３および第３制震ダンパー４は、摩擦ダンパーであるが、オイルダンパー、ボールねじ機構を利用した回転慣性質量ダンパー、粘弾性ダンパーなどを採用してもよい。
例えば、第１制震ダンパー２および第２制震ダンパー３に摺動部２６が明確なオイルダンパーや回転慣性質量ダンパーを採用し、第３制震ダンパー４に壁型の粘弾性ダンパーを採用してもよい。

１，１Ｂ制震装置
２第１制震ダンパー
３第２制震ダンパー
４第３制震ダンパー
１６第１柱梁接合部（第１構造部）
１７第２柱梁接合部（第２構造部）

Claims

相対変位可能な第１構造部と第２構造部との間に並列に配置される第１制震ダンパーおよび第２制震ダンパーと、
前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとを連結する第３制震ダンパーと、を有し、
前記第１制震ダンパーおよび前記第２制震ダンパーは、それぞれ前記第１構造部と前記第２構造部の第１方向の相対変位を減衰可能に構成され、
前記第３制震ダンパーは、前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとの前記第１方向の相対変位を減衰可能に構成されていることを特徴とする制震装置。
前記第３制震ダンパーは、前記第１制震ダンパーと前記第２制震ダンパーとの前記第１方向の相対変位が所定値以上となると、前記相対変位を減衰可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制震装置。
前記第１制震ダンパー、前記第２制震ダンパーおよび第３制震ダンパーは、摩擦ダンパーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の制震装置。