JP2006241934A

JP2006241934A - ダンパー装置

Info

Publication number: JP2006241934A
Application number: JP2005062404A
Authority: JP
Inventors: Shokichi Gokan; 章吉後閑
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】軸力のみではなく、せん断力や曲げモーメントのエネルギーも吸収することができるダンパー装置を提供する。
【解決手段】摩擦ダンパー１０を、柱梁架構内の一の部位と連結された第１板材１１と、柱梁架構内の他の部位に取付けられ、第１板材１１と部分的に重なり合うように配置された第２板材１２と、第１板材１１と第２板材１２とが重なり合った部分に介装された摩擦材１３と、摩擦材１３と第１板材１１及び第２板材１２とを押圧する手段としての皿ばねユニット１４を備え、第１板材１１及び第２板材１２の少なくとも一方は、柱梁架構面内の任意の方向に変位可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明はダンパー装置に関し、特に建物架構の制振に用いるためのダンパー装置に関する。

ダンパー装置に用いられるダンパーは、エネルギーの吸収機構により摩擦ダンパーや粘弾性ダンパーなどに分類される。このうち、摩擦ダンパーは摩擦抵抗により振動エネルギーを吸収するものであり、大振幅の外力に対しては非常に効果よくエネルギーを吸収することができる。

例えば特許文献１には、このような摩擦ダンパーと粘弾性ダンパーとを直列に接続した構成のダンパー装置が開示されている。かかるダンパー装置によれば、小振幅の荷重に対しては、粘弾性ダンパーによってエネルギーを吸収し、大振幅の荷重に対しては、摩擦ダンパーによってエネルギーを吸収することで、小さな振幅から大きな振幅まで広範囲の振動荷重に対して制振効果を発揮することができる。
特開平９−２６８８０２号報

ところで、特許文献１のダンパー装置の構成からも分かるように、従来の摩擦ダンパーは一方向（軸方向）にのみ変位可能に構成され、この方向の力に対してのみエネルギー吸収効果を発揮する。そのため、建物の柱梁架構の制振を摩擦ダンパーで行う場合には、摩擦ダンパーに軸方向の力が掛かるように、例えば、ブレース状に取り付ける必要がある。

建築物の柱梁架構は風荷重や地震荷重などの水平外力を受けると、せん断変形及び曲げ変形が組み合わさった変形が生じる。そのため、柱梁架構にブレース状に取り付けられた摩擦ダンパーには、軸力のみならず、せん断力や曲げモーメントが作用する。しかし、摩擦ダンパーはせん断力や曲げモーメントのエネルギーを吸収することはできず、十分な制振効果を期待することができない。したがって、摩擦ダンパー及びそれを用いたダンパー装置に高い制振効果を持たせるためには、軸力のみではなく、せん断力及び曲げモーメントのエネルギーも吸収できる構成であることが望ましい。

そこで、本発明の目的は軸力のみではなく、せん断力や曲げモーメントのエネルギーも吸収することで高い制振効果を発揮することが可能なダンパー装置を提供することとする。

本発明のダンパー装置は、建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するためのダンパー装置であって、前記架構の一の部位に取付けられる第１の部材と、前記架構の他の部位に取付けられ、前記第１の部材と少なくとも部分的に重なり合うように、前記第１の部材に対して架構面内の任意の方向に相対変位可能に設けられた第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とが重なり合った部分に介装された摩擦材と、前記摩擦材と前記第１の部材及び前記第２の部材とを押圧させる押圧手段と、を備えることを特徴とする。

上記のダンパー装置によれば、軸方向応力のみではなく、せん断応力及び曲げモーメントに対しても、エネルギーを吸収することができるため、より高い制振効果を得られる。

また、本発明のダンパー装置は、建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するためのダンパー装置であって、架構内の一の部位に取付けられる第１の部材と、前記第１の部材と少なくとも部分的に重なり合うように、前記第１の部材に対して架構面内の任意の方向に相対変位可能に設けられた第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とが重なり合った部分に介装された摩擦材と、前記摩擦材と前記第１の部材及び前記第２の部材とを押圧させる押圧手段と、前記第２の部材と一体的に設けられた第３の部材と、架構内の他の部位に取付けられ前記第３の部材と少なくとも部分的に重なり合うように配置された第４の部材と、前記第３の部材と第４の部材とが重なり合った部分に介装された粘弾性体と、を備えることを特徴とする。

本発明のダンパー装置によれば、小振幅の振動エネルギーから大振幅の振動エネルギーまで、効率良くエネルギーを吸収することができ、より高い制振効果が得られる。

ダンパー装置にかかる軸力、せん断力及び曲げモーメントのエネルギーを吸収することができるため、地震荷重や風荷重等による柱梁架構に働くエネルギーを効率よく吸収し、制振効果を向上できる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明の第１実施形態のダンパー装置としての摩擦ダンパー１０が柱梁架構４０に取付けられた状態を示す正面図である。また、図２は、摩擦ダンパー１０の詳細構成を示す正面図であり、図２は、摩擦ダンパー１０の断面図である。
図１に示すように、摩擦ダンパー１０は建物の柱梁架構４０の柱４１の間に間柱状に設置されており、摩擦ダンパー１０の上端は上側の梁４２に設けられた束材４３に接続され、また、摩擦ダンパー１０の下端は下側の梁４４に設けられた束材４５に接続されている。

図１に示すように、本発明の摩擦ダンパー１０は、一端が柱梁架構内の上側の束材４３に取付けられた第１の部材としての第１板材１１と、一端が柱梁架構内の下側の束材４５に取付けられ、他端が第１板材１１と重なり合うように配置された第２の部材としての第２板材１２と、第１板材１１と第２板材１２とが重なり合った部分に介装された摩擦材１３と、第１板材１１及び第２板材１２と摩擦材１３とを押圧するための手段としての皿ばねユニット１４とを備える。

第１板材１１は、第２板材１２と重なり合った部分に、ボルト１６を挿通するためのルーズホール１８を備える。ルーズホール１８はボルト１６の径に比べて大径の円形状の孔である。

また、第２板材１２は、第１板材１１と重なり合った部分に、ボルト１６を挿通するための挿通孔１９を備えている。第２板材１２に備えられた挿通孔１９の径はボルト１６の径とほぼ等しく、ボルト１６を隙間無く挿通することができる。第１板材１１の表面及び裏面には、それぞれ摩擦材１３を介して第２板材１２が取付けられている。第２板材の挿通孔１９は、第１板材１１と第２板材１２を重ね合わせた時に、第１板材１１のルーズホール１８の中心と第２板材１２の挿通孔１９の中心がほぼ一致するように設けられている。

皿ばねユニット１４は、複数の皿ばね１５と、皿ばね１５に挿通されるボルト１６と、ボルト１６に取付けられるナット１７とで構成される。皿ばねユニット１４を組み付ける際は、第１板材１１と第２板材１２とを摩擦材１３を介して重ね合わせ、ボルト１６を第１板材１１のルーズホール１８と第２板材１２の挿通孔１９とを挿通させた後、ボルト１６の頭部を第２板材１２に当接させ、ボルト１６の軸部に複数枚の皿ばね１５を挿通してナット１７を締め付ける。これにより、皿ばね１５が圧縮され、この皿ばね１５の圧縮力により第１板材１１及び第２板材１２と摩擦材１３を押圧することで、摩擦力が確保される。

上記のように、第１板材１１に設けられたルーズホール１８の径がボルト１６の径に比べて大きいため、第１板材１１及び第２板材１２は架構面内の任意の向きに相対変位可能である。すなわち、第１板材１１及び第２板材１２は、架構面内方向の上下左右に相対変位することができ、また、この面内において互いに回転移動することもできる。

次に、上記の摩擦ダンパー１０の動作についてそれぞれ説明する。
上記のように、摩擦ダンパー１０の第１板材１１及び第２板材１２は柱梁架構４０の異なる部位に連結されているので、柱梁架構４０が変形すると、摩擦ダンパー１０にはせん断力（図中左右方向の力）、軸力（図中上下方向の力）、及び曲げモーメントが働く。そこで、摩擦ダンパー１０にせん断力、軸力、及び曲げモーメントが働いた場合について夫々説明する。

まず、図４に示すように、摩擦ダンパー１０にせん断力が働く場合には、摩擦ダンパー１０に働くせん断力が、摩擦材１３と第１板材１１及び第２板材１２との間の静止摩擦力を上回ると、第１板材１１と第２板材１２は水平方向に相対変位し、その際に摩擦材１３との間で生じる摩擦力によってエネルギーが吸収される。このように、摩擦ダンパー１０は一定以上のせん断力が働いた時に、せん断変形のエネルギーを吸収することができる。

また、図５に示すように、摩擦ダンパー１０に軸力が働く場合も、せん断力が働く場合と同様に、摩擦ダンパー１０に働く軸力が一定以上になると、第１板材１１と第２板材１２は軸方向に相対変位し、その際、摩擦材１３との間で生ずる摩擦力によってエネルギーが吸収される。

さらに、図６に示すように、摩擦ダンパー１０に曲げモーメントが働いた場合には、この曲げモーメントに応じた力が摩擦材１３と第１板材及び第２板材１２との間に作用する。この力が摩擦材１３と第１板材１１及び第２板材１２との間の静止摩擦力を超えると、第１板材１１及び第２板材１２は架構面内を相対的に回転移動し、その際、摩擦材１３との間で生ずる摩擦力によりエネルギーが吸収される。

建築物の柱梁架構４０が地震荷重や風荷重により水平力を受ける時、柱梁架構４０にはせん断変形及び曲げ変形が合わさった変形が生じ、それに応じて、柱梁架構４０に取り付けた摩擦ダンパー１０には、せん断力、軸力及び曲げモーメントが作用する。上記のように、本発明の摩擦ダンパー１０は、せん断力、軸力及び曲げモーメントの何れに対しても摩擦力によりエネルギーを吸収できるので、高い制振性能を得ることができる。

なお、第１板材１１及び第２板材１２の接合部において、摩擦材１３及び皿ばねユニット１４を設置する位置は上記の配置に限定されない。例えば、図７に示すように、第１板材１１及び第２板材１２の外縁近くにルーズホール１８、挿通孔１９、及び皿ばねユニット１４を配置することで、より大きい摩擦力が発生し、より大きい曲げモーメントのエネルギーも吸収できる。

（第２実施形態）
次に、本発明のダンパー装置の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態であるダンパー装置３０も前述の摩擦ダンパー１０と同様に、柱梁架構に間柱状に上下の梁の間に取付けられている。

図８は、本発明のダンパー装置３０の正面図であり、図９はダンパー装置３０の断面図である。図８及び図９に示すように、ダンパー装置３０は、上記第１実施形態の摩擦ダンパー１０と粘弾性ダンパー２０とを直列的に連結した構成を有している。摩擦ダンパー１０の第１板材１１は下方の梁４４側に連結され、第２板材１２は粘弾性ダンパー２０を介して上方の梁４２に連結される。粘弾性ダンパー２０は、第３の部材である第３板材２１と、第３板材２１の表裏面に部分的に重なり合うように配置された第４板材２２と、第３板材２１と第４板材２２との重なり合った部分に介装された粘弾性体２３とで構成されている。

なお本実施形態では、粘弾性ダンパー２０を上側に、摩擦ダンパー１０を下側に配置したが、摩擦ダンパー１０を上側に、粘弾性ダンパー２０を下側に配置する構成としてもよい。また、柱梁架構４０への取り付ける位置についても間柱状に限られず、ブレース状に取り付けても構わない。

本実施形態のダンパー装置３０によれば、摩擦ダンパー１０の摩擦力よりも小さな力に対しては粘弾性ダンパー２０の粘弾性体２３がせん断変形することで、振動エネルギーが吸収される。したがって、本実施形態によれば、風荷重などの小さな振動エネルギーから地震荷重などの大きな振動エネルギーまで広範囲の振動エネルギーに対して制振効果を得ることができる。

また、上記第１実施形態で述べたように、摩擦ダンパー１０は、せん断力、軸力、及び曲げモーメントの何れに対しても制振効果を発揮することができ、また、粘弾性ダンパー２０はその構成上、せん断力、軸力、及び曲げモーメントの何れに対しても粘弾性体２３がせん断変形することでエネルギーを吸収できる。したがって、本実施形態のダンパー装置３０によれば、軸力、せん断力、曲げモーメントの何れに対しても効果的にエネルギーを吸収して、より高い制振効果を得ることができる。

ダンパー装置が建築物の柱梁架構に取り付けられている様子を示す正面図である。本発明の摩擦ダンパーの正面図である。本発明の摩擦ダンパーの側面方向断面図である。摩擦ダンパーにせん断力が働いた時の第１板材と第２板材の接合部を示す図である。摩擦ダンパーに軸力が働いた時の第１板材と第２板材の接合部を示す図である。摩擦ダンパーに曲げモーメントが働いた時の第１板材と第２板材の接合部を示す図である。摩擦ダンパーの変形例を示す図である。本発明のダンパー装置の正面図である。本発明のダンパー装置の側面方向断面図である。

符号の説明

１０摩擦ダンパー１１第１板材
１２第２板材１３摩擦材
１４皿ばねユニット１５皿ばね
１６ボルト１７ナット
１８ルーズホール１９挿通孔
２０粘弾性ダンパー２１第３板材
２２第４板材２３粘弾性体
３０ダンパー装置４０柱梁架構
４１柱
４２，４４梁
４３、４５束材

Claims

建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するためのダンパー装置であって、
前記架構の一の部位に取付けられる第１の部材と、
前記架構の他の部位に取付けられ、前記第１の部材と少なくとも部分的に重なり合うように、前記第１の部材に対して架構面内の任意の方向に相対変位可能に設けられた第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材とが重なり合った部分に介装された摩擦材と、
前記摩擦材と前記第１の部材及び前記第２の部材とを押圧させる押圧手段と、を備えることを特徴とするダンパー装置。
建物の架構に生ずる振動エネルギーを吸収するためのダンパー装置であって、
架構内の一の部位に取付けられる第１の部材と、
前記第１の部材と少なくとも部分的に重なり合うように、前記第１の部材に対して架構面内の任意の方向に相対変位可能に設けられた第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材とが重なり合った部分に介装された摩擦材と、
前記摩擦材と前記第１の部材及び前記第２の部材とを押圧させる押圧手段と、
前記第２の部材と一体的に設けられた第３の部材と、
架構内の他の部位に取付けられ前記第３の部材と少なくとも部分的に重なり合うように配置された第４の部材と、
前記第３の部材と第４の部材とが重なり合った部分に介装された粘弾性体と、を備えることを特徴とするダンパー装置。
請求項１または２何れか一項に記載のダンパー装置において、前記摩擦材及び前記押圧手段を前記第１の部材及び第２の部材の重なった部分の外縁部に配置することを特徴とするダンパー装置。