JPH08277654A - 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、鉛体に上下方向の応力変
動を無くし、鉛体の純せん断変形を確保すること。 【構成】 構造物の一方に鉛体を有する塑性変形部が配
され、構造物の他方に上下方向の移動を許容する上下案
内機構部が配されるとともに、塑性変形部の周りに構造
物間の変位に主たる追従をなすリンク機構部が配されて
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（以下単に「上下方
向」という）方向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、軸方向
移動を許容し、面方向の荷重を伝達する軸方向案内機構
部が配され、前記塑性変形部の両側において一軸方向の
変位を許容するリンクを有するリンク機構部が配されて
なる、ことを特徴とする。また、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、軸
方向移動を許容し、面方向の荷重を伝達する軸方向案内
機構部が配され、前記塑性変形部の四周において平面方
向の変位を許容するリンクを有するリンク機構部が配さ
れてなる、ことを特徴とする。上記構成において、軸方
向案内機構部とリンク機構部とは軸方向移動調整機構部
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案内機構部により吸収されるとと
もにリンク機構部により過大な変形が阻止され、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の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に連動す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、リンク機構部２Ａと上下案内機構
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、上部取付け板７を配する構成を採
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は長方形板よりなり、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、リンク機構部２Ａと上下案内
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の上部取付け板７と、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とを介して配される。

【００１０】リンク機構部２Ａ リンク機構部２Ａは、塑性変形部１の両側部において、
上部取付け板７と中間基板１０との間に配されたリンク
体をもって構成され、塑性変形部１の変形を調整する機
能を果す。もっと詳しくは、中間基板１０は上部取付け
板７と同形の長方形板をなし、かつ、同一位相を保つ。
また、中間基板１０の短辺部の縁部に、上下方向にピン
取付け用の上部支柱１２及び下部支柱１３がそれぞれ相
並んで配される。中間基板１０、支柱１２，１３には複
数のピン挿通孔１０ａ，１２ａ，１３ａがそれぞれ穿設
される。これらのピン挿通孔１０ａ，１２ａ，１３ａは
所定間隔をもって連続的に穿設される。そして、上部取
付け板７及び中間基板１０の短辺側の両側部において、
２つのリンク体１４が相平行して、ピン１５，１６をも
って枢着される。すなわち、リンク体１４にはピン挿通
孔１０ａ，１２ａ，１３ａに対応してピン挿通孔１４ａ
が穿設され、リンク体１４と上部取付け板７とは上部ピ
ン１５をもって枢着され、上部リンクを構成する。リン
ク体１４と中間基板１０、支柱１２，１３とは下部ピン
１６をもってピン挿通孔１０ａ，１２ａ，１３ａのいず
れかに枢着され、下部リンクを構成する。

【００１１】上部リンクと下部リンクをもって四節リン
クが構成され、下部ピン１６の取付け位置によりリンク
の実効長さが調整される。図３(a) は下部ピン１６を上
部支柱１２に取り付けた態様を示し、上部ピン１５と下
部ピン１６とは実効長Ｌを保つ。図３(b) は下部ピン１
６を下部支柱１３に取り付けた態様を示し、上部ピン１
５と下部ピン１６とは実効長２Ｌを保つ。この腕の長さ
により、同一の水平変位に対する塑性変形部１の鉛体４
の高さの変化分が決まる。すなわち、図３(a) の態様は
図３(b) の態様よりも同一水平変位に対して大きな高さ
の変化をもたらす。

【００１２】上下案内機構部２Ｂ 上下案内機構部２Ｂは、中間基板１０の下面より、塑性
変形部１の鉛体４の軸心に沿って垂設される円筒状のピ
ストン体１８と、下部取付け板１１上に立設されピスト
ン体１８を摺動自在に嵌装する円筒状のシリンダ体１９
とからなる。ピストン体１８とシリンダ体１９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１８とシリンダ体１９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。下部取付け板１１には、その所定箇所にボルト挿通
孔２０が穿設され、その孔２０に下部構造Ｂに植設され
たアンカーボルト２１が挿通され、ナット２２をもって
締め付けて固定される。

【００１３】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。

【００１４】（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はリンク機構部
２Ａとともにその水平変位に追従し、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
の上下案内機構部２Ｂ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。

【００１５】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の下位部では
上下移動調整機構部２の上下案内機構部２Ｂにより水平
方向移動が拘束されたものとなっており、また、本鉛ダ
ンパＤの上位部では水平方向が許容されているので、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。

【００１６】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。上部構造Ｇの変位
に対して、リンク機構部２Ａが主たる追従をなすので、
塑性変形部１の鉛体４の変形は、リンク機構部２Ａの変
位に拘束される。また、上下案内機構部２Ｂの上下動も
リンク機構部２Ｂの変位に拘束されているため、リンク
機構部２Ａの変位に伴う塑性変形部１の鉛体４の高さ方
向の変動分Δｈは、リンク機構部２Ａの下部リンクの高
さ方向変動に伴うピストン体１８の移動により吸収され
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。

【００１７】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。

【００１８】（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に中間基板１０が固設
され、該中間基板１０を介して上下移動調整機構部２の
上下案内機構部２Ｂが配される。そして、上下移動機構
部２のシリンダ体１９に上部取付け板７が固設され、ア
ンカー鋼棒８を介して上部構造Ｇに固定される。一方、
塑性変形部１の下部端板６には下部取付け板１１が固設
され、該下部取付け板１１を介して基礎Ｂのアンカーボ
ルト２１に固定される。

【００１９】（第３実施例）先の第１・第２実施例で
は、リンク機構部２Ａは一軸方向へ移動を許容する構造
を採ったが、全水平方向への変位を許容する構成を除外
するものではない。図７はその一態様を示し、リンク機
構部２Ａは塑性変形部１の周囲に配されるものであるこ
とは先のものと同様であり、リンク機構部２Ａにおける
棒状をなすリンク体２５はその上下端部が球軸頭２５
ａ，２５ｂをなし、上部取付け板７及び中間基板１０に
はこの球軸頭２５ａ，２５ｂを回転自在に保持する球面
軸受２６が固定される。

【００２０】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。

【００２１】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，Ｄ２，Ｄ３，
以下同様）はこの建物と壁体Ｉとの間に介装される。３
０，３１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。

【００２２】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。

【００２３】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
面変形に伴う軸方向移動分は軸方向案内機構部によって
逃がされ、かつ、そのリンク機構部により構造物間の変
位に対して主たる追従をなし、鉛体はこの追従に拘束さ
れ、結果として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）、中央断面図
（右部分）。

【図３】(a) 図はリンク機構部の一態様図。(b) 図はリ
ンク機構部の他の態様図。

【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IV-IV 線
断面図。

【図５】塑性変形部におけるリンク体及び鉛体の動作
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調整機構付き鉛ダンパの他
の適用例図。

【図９】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの更
に他の適用例図。

【符号の説明】

Ｄ，Ｄ１，Ｄ２…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…
リンク機構部、２Ｂ…軸方向（上下）案内機構部、４…
鉛体、１４、２５…リンク体

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【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、軸方向移動を許容し、面方向の荷重を
   伝達する軸方向案内機構部が配され、 前記塑性変形部の両側において一軸方向の変位を許容す
   るリンクを有するリンク機構部が配されてなる、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】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、軸方向移動を許容し、面方向の荷重を
   伝達する軸方向案内機構部が配され、 前記塑性変形部の四周において平面方向の変位を許容す
   るリンクを有するリンク機構部が配されてなる、ことを
   特徴とする軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ。