JPH01278639A - 減衰機構および減衰機構を有する建造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、建築物とその基礎のような上部構造と下部
構造間に介在され、下部構造から上部構造に伝わる地震
エネルギーを減少させる免震装置用の減衰機構および減
衰機構を有する建造物に関する。

〈従来の技術〉 建物の耐震構造の一つとしては、第８図に示すように、
複数個の免震装置であるアイソレータ５１．５１を上部
構造５２と下部構造５３との間に挟み込み、上部構造５
２を支持するようにしたものがある。このアイソレータ
５１はゴムの大きな鉛直載荷能力とゴムのせん断変形に
よる小さな水平バネ剛性を持っている。したかって、重
量物である上部構造を安定性良く支え、水平方向の動き
を弱いバネで規制したことになる。このように支持する
と、構造物の系全体の水平方向の振動周期を増大させ、
それを地震の最大エネルギー成分の周期よりら大きくす
る。したがって、地震発生時の地震からの入力に対する
建物の応答加速度を減少させることができる。

しかしながら、上記アイソレータ５１のみによって上部
構造５２を支持すると、アイソレータ５Ｉの水平方向の
バネ力が小さいため次の問題が生じ第１の問題は、地震
動の作用によって一旦上部構造５２か振動し始めると、
その振動振幅がアイソレータ５１を用いず直接下部構ａ
５３に上部構造５２を支持させた場合に比べて大きくな
ると共に、その揺れが静まるまで時間がかかることであ
る。すなわち物理的に安全が保障されたとしてら、居住
者にとって心理的に不安な状態が長く続くことになり、
建築物の免震構造としては不適当である。

第２の問題は、台風の風荷重等の横方向荷重が建物に加
わった場合、その方向に上部構造５２が位置ずれするお
それがあり、ｋ、部構造５２の安定性が保障されないこ
とである。

これらの問題点を解決するために、最近、建築物の上部
構造と下部構造との間にヒステリシス特性を持っている
弾塑性部材からなる減衰機構を介在させ、そのヒステリ
シス特性でもって振動エネルギーを吸収させるように１
．たらのが提案されている（特開昭６０−２５８３４３
号公報）。

ところで、上記の弾塑性部材からなる減衰機構の設計に
おいて、その可能な最大変形量が、建築物に作用する地
震のうち最大の地震の振幅（変形量的２５０　ａｓ）以
上になるように設計する。これがため、最も多く発生す
る振幅（変形量約１０＋ａ＋以下）の小さい地震が発生
したときには、減衰機構は、弾性変形の範囲で変形する
にとどまり、ヒステリシス特性を発揮して振動エネルギ
ーを吸収することができない。そのため、振幅の小さい
地震が発生したとき、建築物は長時間揺れる。居住者は
心理的に不安になる。

そこで、鉛の剪断変形によって小さな振幅の振動エネル
ギーを吸収する第９．１０図に示すような剪断エネルギ
ー吸収装置が特公昭６１−１７９８４号に開示されてい
る。しかし、この剪断エネルギー吸収装置は取付用の二
つの板部材６１，６２を有し、これらの板部材６１．６
２は鉛製吸収体６３に比して剛直なもので、この板部材
６１゜６２と鉛製吸収体６３とは剛直に結合している。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、このような鉛製吸収体６３の上Ｆの板部材６
１．６２に相反する方向の水平力Ｆ、Ｆが作用したとき
、鉛製吸収体６３には水平力の作用する面方部６３ａ、
６３ａには引張力が、後方部６３ｂには圧縮力が作用す
ることになる。そのため鉛製吸収体６３の両端が引張や
圧縮によって破壊しないようにっつみ形にしてその両端
の断面積を広くし、すなイっち、鉛の中央部における剪
断変形のみによってエネルギーを吸収できるようにして
いる。このため、このような構造では鉛製吸収体６３と
板部材６１．６２を剛結するための加工が必要であると
共Ｉこ、鉛製吸収体６３自体をっつみ形にする等して両
端部に特別な加工を必要とする問題がある。

また、第１Ｏ図からもわかるように、このような鉛製吸
収体６３の作用高さＨは板部材間の距離ではなく、鉛の
両端部の広い断面部分を除外したもので、その分だけ全
体寸法が高くなるのである。

また、その分重くなる。この高さＨを極く小さくして加
工することはできなく、さらに、その寸法を自在にする
ことができないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、鉛等からなる弾塑性部材の
両端を簡単にかつ安価な構造で効果的に拘束することに
よって、弾塑性部材の両端部に特別な加工を施したり、
特別な形状にする必要がなく、また、高さを低く、重量
を軽減できる減衰機構を提供することにある。

また、この発明の目的は、上記減衰機構を効果的に組み
合わせることによって、免震機能を発揮できる建造物を
提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の減衰機構は、下部
構造に固定される定着プレートに筒体を固定してなる第
１取付部材と、上部構造の底部に固定される定着プレー
トに筒体を固定してなる第２取付部材と、上記第１．第
２取付部材の筒体に各端部が夫々摺動自在にかつ密に嵌
合された弾塑性部材とを備えることを特徴としている。

また、この発明の建造物は、対向する第１．第２取付部
材の筒体の端面間寸法が異なる複数の上記減衰機構を上
部構造の底部と下部構造との間に互いに適宜間隔をあけ
て配設し、かつ、上記上部構造の底部と下部構造との間
に水平動可能で鉛直荷重を支持するアイソレータを配設
したことを特徴としている。

〈作用〉 上記減衰機構によれば、弾塑性部材の各端部は第１５第
２取付部材の筒体に摺動自在かつ密に嵌合されて、下部
構造および上部構造に連結される。

そして、上部構造と下部構造の間における水平振動に対
して弾塑性部材の筒体内に入っている部分は変形せず、
筒体から露出している部分は剪断歪みをし、そのうちの
塑性剪断歪みによって水平方向の振動エネルギーは吸収
される。

このように弾塑性部材の両端部は第１．４２取付部材の
筒体によって周囲が拘束されて上、下部構造に連結され
るため、弾塑性部材の両端部は特別な加工を必要とせず
、また、従来の如く両端部をつつみ形に拡大して強化す
る必要もなくなる。

したがって、この減衰機構においては弾塑性部材の重量
が軽減でき、また筒体の寸法を短くすることによって、
弾塑性部材の高さも低くすることができる。

また、この減衰Ｉａ横によれば、弾塑性部材の剪断歪み
を行なう部分、すなわち第１．第２取付部材の筒体から
露出する部分の寸法を大きくすれば、変形量と耐力との
関係を示す骨格曲線が第４図から第５図に示すように変
化する。すなわち、第１゜第２取付部材の対向する筒体
の端面間の間隙を大きくした場合には、大きな振幅の水
平振動に対して小さな振幅の水平振動に対してよりもよ
り効果的に振動エネルギーを吸収することができるが、
対向する筒体の端面間の間隙を小さくした場合には、大
きな振幅の水平振動よりも小さな振幅の水平振動に対し
てより効果的に振動エネルギーを吸収できる。すなわち
、小さな振幅の水平振動に対しては第１．第２取付部材
の対向する筒体の端面間の距離を小さくした方が効果的
であり、大きな振幅の水平振動に対しては対向する筒体
の端面間の距離を大きくした方が効果的である。したが
って、第１．第２取付部材の対向する筒体の端面間の寸
法が様々な減衰機構を用いることによって、大きな振幅
の水平振動から小さな振幅の水平振動にわたる広範囲な
振動に対して振動エネルギーを吸収することが可能にな
る。

また、この発明の建造物では上部構造は下部構造によっ
てアイソレータによって支持され、上部構造は下部構造
の水平方向の振動に対しては基本的には遮断され、上部
構造が下部構造に対して水平方向に振動した場合には、
減衰機構によってそれが減衰される。この減衰機構は弾
塑性部材の剪断歪みエネルギーによって水平振動を吸収
するものであるが、この減衰機構は複数個用いられ、か
っこの減衰機構の第１．第２取付部材の筒体の端面間の
寸法が種々異なっているから、端面間の寸法が小さい減
衰機構により、小さな振幅の水平振動が効果的に吸収さ
れ、また筒体の端面間の寸法か大きい減衰機構によって
、大きな振幅の水平振動が効果的に吸収される。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、■よ地盤２に抗３によって固定された
下部構造としての基礎であり、５は上部構造としての建
築物、５１．５１ｉよ第８図に示す従来のアイソレータ
と全く同じ構造の互いに適宜朋隔をあけて配置した複数
のアイソレータ、６゜６′は互いに適宜間隔をあけて基
礎ｌと建築物５との間に配置した複数の減衰機構である
。

上記減衰機構６は第２図に示すような構造をしている。

ベース板１１はアンカーボルト１２によって基礎Ｉに固
定しており、このベース板！Ｉ上にフランジ状の定着プ
レート！６と円筒状の筒体１７からなる第１取付部材１
８を設置している。第１取付部材１８の定着プレートＩ
６はボルト１１によってベース板１１に固定している。

第２取付部材２０は第１取付部材１８と全く同じ構造を
しており、筒体２１と定着プレート２２からなり、この
定着プレート２２をボルト２３によってベース板１３に
固定している。このベース板１３は建築物５の底部にア
ンカーポル）１４によって固定している。上記第１．第
２取付部材１８，２０の筒体１７．２１には円柱状の弾
塑性部材としての鉛製円柱部材２５の各端部を密にかつ
摺動自在に嵌合している。上記鉛製円柱部材２５の上端
部とベース板１３との間に一定の間隙がおいている。

第２図に示す減衰機構６と第３図に示す減衰機構６°は
基本的に同じ構造をしているが、第２図の第１．第２取
付部材１８．２０の筒体１１．２１の端面間の距離は鉛
製円柱部材２５の直径りの８分の７にしているのに対し
て、第３図の第１．第２取付部材２８．３０の筒体２７
．３１の端面間の距離は第２図に示すものよりも短くし
、両筒体２７．３１の端面間の距離が円柱部材２５の直
径りの４０分の１にしている点のみが異なる。

このように対向する筒体の端面間の寸法が異なる複数の
減衰機構６，６°を基礎と建物との間に互いに適宜間隔
をあけて配置している。

次に、第２図と第３図に示す減衰機構６，６゛の特性を
第４図と第５図を参照して説明する。第４図は第２図の
両筒体１７．２１の端面間の距離を（７／８）・Ｄにし
たものの変形量と耐力との関係を示す図であり、第５図
は第３図の両筒体２７゜３１の端面間距離を（＋／４０
）・Ｄにしたものの変形量と耐力の関係を示す図である
。

第４図の骨格曲線において耐力は弾性領域を越えると変
形量が鉛製円柱部材２５の直径り程度になるまで上向き
の放物線状に増大し、それからその放物線に沿って減少
する。したがって、第２図に示す減衰機構６に振幅が鉛
製円柱部材２５の直径りの１６分の１、すなわち（１／
ｌ　６）・Ｄの水平振幅の振動を与えると、鉛製円柱部
材２５の変形量耐力特性はループＬ１６を描き、■サイ
クルにつきループＬ１６の内側の面積分のエネルギーを
吸収する。また、（１／４）・Ｄの水平振幅を与えると
鉛製円柱部材２５はループＬ４に沿った変形を行ない、
このループＬ４内の面積だけのエネルギーを１サイクル
につき吸収する。したがって、この第２図に示す減衰機
構６においては、直径り程度の変形量を行なう振幅に対
してまでエネルギーの吸収量が増大することが分かる。

一方、第５図の骨格曲線から分るように、第３図の減衰
機構６゛は振幅の小さい水平振動に対してはループＬ１
６°に示すように第４図に示す減衰機構６よりもより大
きなエネルギーを吸収することが分かる。これは筒体の
端面間−の距離が小さいものは小さな変形量に対して剪
断力が大きくなるからである。

以上の分析結果から分かるように、振幅の小さい水平振
動に対しては、筒体の端面間の距離が小さい第３図に示
すような減衰機Ｗｔ６°によって振動エネルギーを吸収
するのが効果的であり、一方、変形量の大きい水平振動
に対しては端面間の距離が大きい第２図に示すような減
衰機構６によって振動エネルギーを吸収するのが効果的
である。

尚、第４図から分かるように、筒体の端面間の距離が大
きいときでも変形量がＤを超えるとエネルギーの吸収能
が下降し、筒体の端面間の距離を１．５１）よりも大き
くすると、エネルギー吸収能が極度に小さくなる。これ
は弾性領域内の曲げ変形が主となるからだと考えられる
。なお、第１゜第２取付部材の筒体の端面間の寸法を円
柱部材の直径りの１．５倍、すなわち１．５Ｄにすると
、水平振動に対して弾性曲げ変形が主となりエネルギー
を殆ど吸収することができなかった。

第１図に示す建造物は筒体の端面間の距離が異なる複数
の減衰機構６，６°を互いに適宜間隔で配置し、またア
イソレータ５１，５１を互いに適宜間隔で配置している
。建築物５は基礎１に対してアイソレータ５１によって
基本的に遮断され、建築物５が基礎１に対して揺れ始め
た場合、大きな振幅の水平振動に対しては対向する筒体
の端面間の距離の大きい減衰機構６によって振動エネル
ギーを効果的に吸収して建築物５を速やかに静止させ、
一方、小さな振幅の水平振動に対しては対向する筒体の
端面間の距離の小さい減衰機構６°によって振動エネル
ギーを効果的に吸収し、建築物５を速やかに静止させる
ことができる。また、上記減衰機構６．６′においては
、弾塑性部材２５は第１．第２取付部材の筒体によって
両端部が拘束されているので、鉛製円柱部材２５の両端
部には特別な加工を必要とせず、また特別な形状にする
必要もない。したがって、構造が簡単、安価になる。ま
た、従来のように鉛製の弾塑性部材をつつみ形にする必
要がなく、筒体の長さを短くすることによって減衰機構
の高さを低くすることも可能であり、また、重量も軽減
することができる。

第６図に示す減衰機構６”は、第２．第３図に示す減衰
機構６．６′とは第１．第２取付部材３８゜４０の端部
の内壁面の形状が奥に行くほど縮小するような曲面に形
成したことのみが異なるものである。すなわち、第７図
に示すように、第１取付部材３８の筒体３７の端部の内
壁は端から奥に向かって縮小する曲面３９によって形成
し、また第２取付部材４０の筒体４Ｉの内壁は端から奥
に向かって縮小する曲面４２によって形成している。

この曲面３９．４２の半径方向の寸法は第７図に示すよ
うにＸにしている。第１．第２取付部材３８．４０の筒
体３７と４夏の端面間の寸法はＳにしている。こうする
ことによって、鉛製円柱部材２５の筒体３７．４１に接
触していない部分は変形の小さいときが最も大きく、変
形が大きくなるにつれて、鉛製円柱部材２５の筒体３７
．４１の曲面３９．４２に接触する部分が大きくなり、
水平方向の変形が最も大きくなったときは、曲面３９゜
４２の先端に接触し、鉛製円柱部材２５の露出部分は最
小離間寸法Ｓと同じになる。したがって、この鉛製円柱
部材２５の変形特性は水平方向の変形量の小さいときは
露出部分が大きいため、第４図に示す骨格曲線に沿った
形であり、変形量が大きくなった場合は第５図に示す骨
格曲線に沿った特性を示すことになる。−見、この特性
は所望のものとは逆のようであるが、この最小離間寸法
Ｓを小さくすることによって、第５図において耐力の大
きい変形量の領域において鉛製円柱部材２５が曲面３９
．４２の最先端に接触するようにすればよい。そうする
ことによって、水平振動の振幅がある値以上大きくなる
と第４図の特性から第５図の特性に移行し、急激にエネ
ルギー吸収能が大きくなる。これは、変形量が大きくな
るにつれて鉛製円柱部材２５が筒体３８．４０の曲面３
９．４２によって拘束される部分が大きくなり、つまり
離間寸法が小さくなり、その骨格曲線のヒステリシス特
性でエネルギーを吸収すると考えれば理解できることで
ある。

このように第６図に示す筒体３７．４１の内壁面の曲面
が種々異なる複数の減衰機構６°を組み合わせて上部構
造と下部構造間に配置すれば、第１図に示された実施例
と同様に大きな振幅から小さな振幅にわたる広範囲な振
幅の水平振動に対してエネルギーを効果的に吸収するこ
とができる。

上記実施例では筒体は円筒形の形状にしたが筒体は円筒
に限らず角筒を用いてもよい。また、弾塑性部材として
鉛製の円柱部材を用いたが、鉛製の円筒部材を用いても
よく、また塑性変形能を持つものであれば鉛に限らない
ことは勿論である。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の減衰機構は、弾塑
性部材の各端部を、定着プレートと筒体とからなる第１
取付部材の筒体と、定着プレートと筒体とからなる第２
取付部材の筒体とに夫々摺動自在かつ密に嵌合して、上
記弾塑性部材の両端を筒体で拘束しているので、従来の
如き弾塑性部材の両端部に特別な加工を施したり、それ
らを補強するためにつつみ形にしたりする必要がなく、
構造が安価かつ簡単にでき、重量を軽減することができ
、また筒体の寸法を低くすることによって、全体寸法を
低くできる。

また、この発明の建造物は、対向する筒体の端面間の寸
法が異なる複数の上記減衰機構を上部構造の底部と下部
構造との間に互いに適宜間隔をあけて配置すると共に、
上記上部構造の底部と下部構造との間に水平動可能で鉛
直荷重を支持するアイソレータを配置しているので、下
部構造の振動をその上部構造への伝達を遮断できると共
に、上部構造が振動しても筒体の端面間の異なる複数の
減衰機構によって、大きな振幅の水平振動から小さな振
幅の水平振動にわたる広範囲な振動に対して効果的に振
動エネルギーを吸収して、上部構造が振動しても速やか
に停止させることができる。

また、この発明の建造物は、第１．第２取付部材の筒体
のうち少なくとも一方の筒体の開口側端部の内壁が開口
端から奥に向かって縮小する曲面に形成されている複数
の減衰機構を上部構造と下部構造の間に配置しているの
で、種々の振幅の水平振動に対して効果的に振動エネル
ギーを吸収して上部構造を速やかに静止させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の建造物の断面図、第２図
、第３図、第６図はこの発明の各実施例の減衰機構の半
断面図、第４図、第５図は夫々この発明の減衰機構の特
性図、第７図は第６図の要部の拡大図、第８図は従来の
建造物の断面図、第９図、第１０図は従来の剪断エネル
ギー吸収装置の斜視図である。 ！・・・基礎、５・・・建築物、６．６゛・・・減衰機
構、＋　８．２８．３８・・・第１取付部材、２０．３
０．４０・・・第２取付部材、１７．２１，２７，３１
，３７．４１・・・筒体、１６．２２・・・定着プレー
ト、２５・・・鉛製円柱部材。 第１図 第８図 第２図 第３図 第６図 第７図 第９図 （Ｑ）　　　　　　　　（ｂ） 第１０図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部構造に固定される定着プレートに筒体を固定
   してなる第１取付部材と、 上部構造の底部に固定される定着プレートに筒体を固定
   してなる第２取付部材と、 上記第１、第２取付部材の筒体に各端部が夫々摺動自在
   にかつ密に嵌合された弾塑性部材とを備える減衰機構。
2. （２）上記特許請求の範囲第１項に記載の減衰機構にお
   いて、 上記第１、第２取付部材の筒体のうち少なくとも一方の
   筒体の開口側端部の内壁が開口端から奥に向かって縮小
   する曲面に形成されている減衰機構。
3. （３）上記特許請求の範囲第１項に記載の減衰機構にお
   いて、 上記第１取付部材の筒体の端面と第２取付部材の筒体の
   端面との間の寸法が上記弾塑性部材の直径以下である減
   衰機構。
4. （４）対向する第１、第２取付部材の筒体の端面間寸法
   が異なる複数の上記特許請求の範囲第１項に記載の減衰
   機構を上部構造の底部と下部構造との間に互いに適宜間
   隔をあけて配設し、かつ、上記上部構造の底部と下部構
   造との間に水平動可能で鉛直荷重を支持するアイソレー
   タを配設した建造物。
5. （５）筒体の開口側端部の内壁の曲面が互いに異なる複
   数の上記特許請求の範囲第２項に記載の減衰機構を上部
   構造の底部と下部構造との間に互いに適宜間隔をあけて
   配設し、かつ、上記上部構造の底部と下部構造との間に
   水平動可能で鉛直荷重を支持するアイソレータを配設し
   た建造物。