JPH08277653A - 軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉛体の水平せん断変形による地震エネルギー
を吸収する鉛ダンパにおいて、鉛体に作用する上下方向
の応力変動を緩和し、鉛体の純せん断変形を確保するこ
と。 【構成】 構造物の一方側に鉛体を有する塑性変形部が
配され、構造物の他方側に上下動のみ許容される上下案
内機構部と、該上下動の軸方向変位に抗して付勢される
反力機構部とが配されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ. 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 この発明は、地震動等の強制振動力により相対的に変位
する構造物間、例えば、建物−基礎間、建物の層間、隣
接する建物棟間に介装され、構造物間の振動を鉛体のせ
ん断変形を利用して吸収する免震装置いわゆる鉛ダンパ
に関する。

【０００２】(2) 従来の技術 この種の鉛ダンパは一般に、円柱状をなす鉛体を主体と
し、この鉛体の上下に上下端板が一体的に固着され、か
つ、この上下端板を介して上下部構造に介装設置されて
なる。しかして、上下部構造が強制振動力を受けて振動
すると、該鉛ダンパの鉛体が水平方向に塑性変形を受
け、この塑性変形に伴うエネルギー吸収をもって構造物
の振動が吸収されるものである。しかしながら、この鉛
体の塑性変形において、鉛体の上下面は拘束されたもの
となっており、鉛体の鉛直高さは実質的に変化しないも
のであるので、これに伴い上下の軸方向（以下、単に
「上下方向」という）への伸び縮みが強制されることに
なる。この結果、鉛体の内部応力が高まり、水平変位を
阻害するばかりでなく、純せん断変形がなされず、ひい
てはこの断面変動に伴う破断に至るものである。すなわ
ち、上下方向の伸縮に伴う応力変動により、当初の純せ
ん断変形を仮定して設計された履歴特性曲線からずれを
生じ、所定の性能が得られないでいる。

【０００３】(3) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、この種
の鉛ダンパにおいて、上下方向への鉛体の応力の高まり
（変動）を抑え、鉛体の純せん断変形を保証し、これに
より長期にわたって当初の性能を保持し、しかも大きな
水平変形に対応することのできる鉛ダンパを得ることを
目的とする。本発明はこのため、鉛体の上下応力の高ま
り（変動）を回避する上下方向移動を許容する機構を組
み込んでこの目的を達成しようとするものである。

【０００４】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパは具体的には
次の構成を採る。すなわち、互いに面方向に変位する２
つの構造物間に介装される鉛ダンパにおいて、前記一方
の構造物側に固定され、前記面方向への変形を受ける鉛
体からなる塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他方
の構造物側の端部と該他方の構造物側との間に、面に直
交する軸方向への移動のみ許容される軸方向案内機構部
と、該軸方向変位に抗して付勢される反力機構部とが配
されてなる、ことを特徴とする。上記構成において、軸
方向案内機構部と反力機構部とは軸方向移動案内機構部
を構成する。本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ
は別な構成として、互いに面方向に変位する２つの構造
物間に介装される鉛ダンパにおいて、前記一方の構造物
側に固定され、前記面方向への変形を受ける鉛体からな
る塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他方の構造物
側の端部と該他方の構造物側との間に、横剛性の大きな
板ばねが面に直交する軸方向への変位のみ許容され、そ
の一端を該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部に固
設され、その他端を該他方の構造物側に固設されてな
る、ことを特徴とする。上記構成において、板ばねは軸
方向移動案内機構部を構成する。本鉛ダンパは縦置き・
横置きのいずれの配置態様を採ることができる。従っ
て、縦置きの態様においては軸方向は上下方向を採る。
また、面方向は一軸方向も含む。

【０００５】(2) 作用 地震力・その他の強制振動力が作用すると、２つの構造
物は互いに面方向に急激に相対変位する。本ダンパで
は、軸方向案内機構部により面方向移動が拘束されたも
のとなっているので、横剛性の小さな塑性変形部の鉛体
が面方向への変形を受ける。この鉛体の塑性変形により
地震エネルギーが吸収され、構造物間の変位加速度を減
衰させるとともに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。
この塑性変形部の鉛体の変形において、塑性変形に伴う
軸方向の変位は軸方向移動調整機構部により吸収される
とともに、その反力機構部により軸方向の変位に応じた
引き戻し力が発生し、この結果、塑性変形部の鉛体に過
大な引張り抵抗が作用せず、鉛体に作用する軸方向変形
応力が緩和される。

【０００６】(3) 実施例 本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの実施例を図
面に基づいて説明する。 （第１実施例）図１〜図３はその一実施例（第１実施
例）として縦置き態様の上下移動調整機構付き鉛ダンパ
Ｄを示す。図において、Ｇは建築構造物としての上部構
造、Ｂは該上部構造Ｇを支持する基礎としての下部構造
である。本鉛ダンパＤはこの上部構造Ｇと下部構造Ｂと
の間に介装され、上部構造Ｇに作用する振動を吸収する
機能を主体とするものであり、上部構造Ｇの荷重を支持
する機能はない。本実施例において、「上下」方向は本
発明の「軸」方向に相当する。

【０００７】本実施例の上下移動調整機構付き鉛ダンパ
Ｄは、鉛体を主体とする塑性変形部１と、該塑性変形部
１の下部に配される上下移動調整機構部２とからなり、
該上下移動調整機構部２は、上下案内機構部２Ａと反力
機構部２Ｂとを含む。

【０００８】以下、各部の細部の構成を説明する。塑性変形部１ 塑性変形部１は、鉛体４を上下の端板５，６をもって挟
着されるとともに、上部端板５に上部取付け板７が配さ
れてなる構成を採る。 （鉛体４）鉛体４は、本実施例では中実の鼓状をなす
が、円柱状を除外するものではない。該鉛体４は純鉛の
他に、鉛合金あるいは鉛とその他の物質との混合物を含
む。また、本実施例では鼓状体の外側は露出されたもの
となっているが、変形を阻害しない範囲内で被覆を施さ
れることを妨げるものではない。純鉛は、密度（g/cm³)
が１１．３６、融点が３２７．４℃を示し、機械的性質
としては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限１．６６Ｍ
Pa、引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、圧縮強さ４
９ＭPa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このように、純鉛は
展延性に富み、容易に塑性変形を受ける。鉛体は塑性変
形する際に振動エネルギーを吸収し、熱エネルギーとし
て放出するとともに、再結晶化する。従って、繰り返し
起こる塑性変形に対しても、そのエネルギー吸収性能は
変化しない。 （上下端板５，６及び上部取付け板７）上下端板５，６
は、鋼板製よりなり、鉛体４を一体的に固定保持する。
上部取付け板７は上部端板５に固設され、かつ、その上
面にはアンカー鋼棒８が植設され、上部構造Ｇ中に埋設
され、上部構造Ｇとの固定をなす。下部端板６は上下移
動機構部２に連動する。

【０００９】上下移動調整機構部２ 上下移動調整機構部２は、上下案内機構部２Ａと反力機
構部２Ｂとからなり、塑性変形部１に連動し、該塑性変
形部１の下面に水平状を保持して配される中間基板１０
と、下部構造Ｂに固定される下部取付け板１１とを介し
て塑性変形部１の下部に配される。 （上下案内機構部２Ａ）上下案内機構部２Ａは、中間基
板１０の下面より、塑性変形部１の鉛体４の軸心に合致
して垂設される円筒状のピストン体１３と、下部取付け
板１１上に立設され該ピストン体１３を摺動自在に嵌装
する円筒状のシリンダ体１４とからなる。ピストン体１
３とシリンダ体１４とは共に剛性を有し、両者は上下動
のみ許容して摺接する。これにより、ピストン体１３と
シリンダ体１４とは全水平方向において荷重が伝達さ
れ、上下方向には運動自由となる。

【００１０】（反力機構部２Ｂ）反力機構部２Ｂは、中
間基板１０の両端において、相平行して垂設される２枚
１組の上リブ１６と、この上リブ１６の延長上に下部取
付け板１１上に立設された２枚１組の下リブ１７と、こ
れらの上リブ１６と下リブ１７との間にピン１８を介し
て装着された複数の板ばね１９と、からなる。板ばね１
９はピン１８に挟着担持されてなり、上リブ１６の上下
動に対応して弾性変形する。下部取付け板１１には、そ
の所定箇所にボルト挿通孔２１が穿設され、その孔２１
に下部構造Ｂに植設されたアンカーボルト２２が挿通さ
れ、ナット２３をもって締め付けて固定される。

【００１１】図４は本上下移動調整機構付き鉛ダンパＤ
の設置の一例を示す。図において、Ｅは地盤であり、該
地盤Ｅ中に基礎杭Ｐが打設され、下部構造すなわち基礎
Ｂはこの基礎杭Ｐの頭部に固定される。Ｓは基礎Ｂ上に
設置された支承であり、上部構造すなわち建築物Ｇの荷
重は該支承Ｓを介して地盤Ｅに伝達される。本鉛ダンパ
Ｄはこの支承Ｓと併置される。

【００１２】（実施例の作用・効果）この実施例の上下
移動調整機構付き鉛ダンパＤの作用を説明する（図５参
照）。常時においては、本上下移動調整機構付き鉛ダン
パＤとは別に配された支承Ｓにより、上部構造Ｇの荷重
は下部構造Ｂに支持され、本鉛ダンパＤには荷重は作用
しない。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢な伸縮
変位に対しては、塑性変形部１の鉛体４はその水平変位
に追従する。また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対し
ては、塑性せん断変形部１の鉛体４は初期弾性により抵
抗し、水平方向の変位を阻止する。この温度差に基づく
水平変位に際し、本鉛ダンパＤの上下移動調整機構部２
の機能により上下移動が許容されたものとなっているの
で、塑性変形部１に過大な引張り抵抗が作用せず、鉛体
４の異常な変形が防止される。

【００１３】次に、地震力が作用したとき、強制振動力
Ｑに対して上下部構造Ｇ，Ｂが互いに水平方向に急激に
相対変位する。これに伴い、本鉛ダンパＤでは上下移動
調整機構部２の上下案内機構部２Ａにより水平方向移動
が拘束されたものとなっているので、横剛性の小さな塑
性変形部１の鉛体４が水平方向への変形を受ける。この
塑性変形部１の鉛体４の塑性変形により地震エネルギー
が吸収され、上部構造Ｇの変位加速度を減衰させるとと
もに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。

【００１４】図５に基づいてこの挙動を説明する。すな
わち、上部構造Ｇがイ方向へ変位すると、本鉛ダンパＤ
も全体的にせん断変形力を受け、塑性変形部１の鉛体４
はせん断力による塑性変形を受ける。この塑性変形部１
の鉛体４の変形において、当該塑性変形部１に連動する
上下移動調整機構部２では上下動が許容されているの
で、この塑性変形に伴う高さの変化分Δｈ＝ｈ１−ｈ２
が吸収される。この高さ分Δｈに伴い反力機構部２Ｂの
板ばね１９が変形を受け、引き戻し力を発生する。この
結果、塑性変形部１の鉛体４に過大な引張り抵抗が作用
せず、鉛体４に作用する上下変形応力が緩和され、塑性
変形部１の鉛体４は純せん断変形を受けることになる。
これにより、イ方向への変位が制動される。続いて、上
部構造Ｇはイ方向と逆方向に変位するが、同様に塑性変
形部１の鉛体４の純せん断塑性変形により地震エネルギ
ーを吸収し、この変位を制動する。この変位は周期性を
もって振動し、塑性変形部１のエネルギー吸収作用によ
り速やかに該振動を減衰させる。

【００１５】本実施例の鉛ダンパＤによれば、塑性変形
部１の鉛体４の塑性変形において、該鉛体４には上下変
形応力が緩和され、かつ純せん断変形を受け、一定容量
（断面）の鉛体について大きなエネルギー吸収能が得ら
れ、その結果、同一のエネルギー吸収能について従来の
ものよりも小型化が達成される。また、本鉛ダンパＤの
鉛体４は断面縮小に伴うエネルギー吸収特性の低下がな
く、設計仕様に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮
し、設計の標準化が達成される。

【００１６】（第２実施例）先の実施例では塑性変形部
１の下位に上下移動調整機構部２を配したが、これを逆
に配した態様を採っても実質的にその機能に変わりはな
い。図６は第２実施例の上下移動調整機構付き鉛ダンパ
Ｄ１を示し、先の第１実施例と同等の部材については同
一の符号が付されている。すなわち、この鉛ダンパＤ１
では、塑性変形部１の上部端板５に上下移動調整機構部
２の中間基板１０を介して上下移動調整機構部２が固定
され、そして、該上下移動機構部２のシリンダ体１４の
上端に配した上部取付け板７の上面に植設されたアンカ
ー鋼棒８を介して上部構造Ｇに固定される。また、塑性
変形部１の下端には下部取付け板１１が配され、この下
部取付け板１１を介して基礎Ｂのアンカーボルト２２に
固定される。

【００１７】（第３実施例）図７は本発明の更に他の実
施例（第３実施例）を示す。本上下移動調整機構付き鉛
ダンパＤ２も上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装され
るものであり、塑性変形部１は上部構造Ｇに固定され、
その構成は第１実施例に準じる。上下移動調整機構部２
は、板ばね２５と基台２６とからなり、基台２６はその
下フランジ２６ａを介して下部構造Ｂに固定される。板
ばね２５は長尺の平板状をなし、基台２６の上フランジ
２６ｂにその一端を固定され、その他端を塑性変形部１
の下部端板６に固定される。この板ばね２５は横剛性が
大きく、上下方向には弾性変形をなし、かつ変位に応じ
た復元力を生ずる。しかして、塑性変形部１の鉛体４の
せん断の変形に応じ、該鉛体４では上下方向の変形が生
ずるが、板ばね２５はその弾性をもって上下方向の変形
に追従するとともに、鉛体４の上下変形応力を緩和す
る。

【００１８】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更
が可能である。

【００１９】本鉛ダンパＤは図４に示す基礎と建物間へ
の適用例に限られるものではなく、建物層間あるいは建
物棟間へも適用されるものである。図８は本鉛ダンパＤ
の建物層間への適用例を示す。すなわち、図において、
Ｈは骨組構造を採る建物であって、Ｉは該建物Ｈ内に配
された壁体である。本鉛ダンパＤ，Ｄ１はこの建物と壁
体Ｉとの間に介装される。３０，３１はそれぞれ建物Ｈ
の梁材、柱材である。骨組構造の建物Ｈは固有周期が大
きく、強制振動力を受けて大きく振れ、層間では大きな
相対変位分が顕れる。一方、壁体Ｉは固有周期が小さ
く、かつ振動幅は小さい。地震動により、建物Ｈと壁体
Ｉとの間に生ずる相対変位は本鉛ダンパＤにより吸収さ
れる。

【００２０】図９は本鉛ダンパＤの建物棟間への適用例
を示す。すなわち、図において、Ｊ，Ｋは相隣れる建物
であって、それらの形状・高さよりそれぞれ振動特性
（固有周期、減衰性）が異なる。両建物Ｊ，Ｋ間には渡
り通路（図示せず）が設置される。しかして、これらの
両建物Ｊ，Ｋ間に、望ましくはこれらの建物の振動の腹
部において、腕部３３，３４が上下に交差して延設さ
れ、これらの間に本鉛ダンパＤが介装される。

【００２１】Ｃ. 発明の効果 本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパによれば、面
方向の強制振動力が作用したとき、塑性変形部の鉛体の
面方向変形に伴う軸方向移動分は軸方向移動調整機構部
によって逃がされ、かつ、その反力機構部により軸方向
移動分に相応して引き戻し力が発生するので、鉛体に作
用する軸方向変形応力が緩和され、純せん断塑性変形を
得ることができる。この結果、一定容量（断面）の鉛体
について大きなエネルギー吸収能が得られ、同一のエネ
ルギー吸収能について従来のものよりも小型化が達成さ
れる。また、本鉛ダンパの鉛体は断面縮小に伴うエネル
ギー吸収特性の低下がなく、設計仕様に伴う所期のエネ
ルギー吸収特性を発揮し、設計の標準化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの一
実施例（第１実施例）の一部断面正面図（図２のＩ方向
矢視図）。

【図２】図１のII線方向矢視図（左部分）及び中央断面
図（右部分）。

【図３】図１及び図２のIII-III 線断面図。

【図４】(a) 図は軸方向移動機構付き鉛ダンパの設置態
様を示す基礎部の縦断面図。(b) 図は(a) 図のIII-II断
面図。

【図５】塑性変形部における鉛体の動作図。

【図６】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの他
の実施例（第２実施例）の縦断面図。

【図７】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの更
に他の実施例（第３実施例）の縦断面図。

【図８】本発明の軸方向移動機構調整付き鉛ダンパの他
の適用例図。

【図９】本発明の軸方向移動機調整構付き鉛ダンパの更
に他の適用例図。

【符号の説明】

Ｄ，Ｄ１…軸方向（上下）移動調整機構付き鉛ダンパ、
Ｇ…上部構造、Ｂ…下部構造、Ｓ…支承、１…塑性変形
部、２…軸方向（上下）移動調整機構部、２Ａ…軸方向
（上下）案内機構部、２Ｂ…反力機構部、４…鉛体、１
９…板ばね

フロントページの続き (72)発明者 有田 友彦 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 宮川 信幸 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 下田 郁夫 神奈川県藤沢市桐原町８番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者 池永 雅良 神奈川県藤沢市桐原町８番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者 宮崎 充 神奈川県藤沢市桐原町８番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに面方向に変位する２つの構造物間に
   介装される鉛ダンパにおいて、 前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を
   受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、 該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部と該他方の構
   造物側との間に、面に直交する軸方向への移動のみ許容
   される軸方向案内機構部と、該軸方向変位に抗して付勢
   される反力機構部とが配されてなる、ことを特徴とする
   軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ。
2. 【請求項２】反力機構部は板ばねの弾性付勢による請求
   項１に記載の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ。
3. 【請求項３】互いに面方向に変位する２つの構造物間に
   介装される鉛ダンパにおいて、 前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を
   受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、 該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部と該他方の構
   造物側との間に、横剛性の大きな板ばねが面に直交する
   軸方向への変位のみ許容され、その一端を該塑性変形部
   の前記他方の構造物側の端部に固設され、その他端を該
   他方の構造物側に固設されてなる、ことを特徴とする軸
   方向移動調整機構付き鉛ダンパ。