JP5793414B2 - 制振装置 - Google Patents

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本発明は構造物の振動エネルギを吸収する制振装置に関する。
従来の制振装置としては、構造物の壁部の内部に設置するものと、構造物の外壁に設置するものとがある。また、住宅の壁部の内部に収納するタイプの制振装置は、耐震改修の場合には工事が大掛かりになるため、特許文献1に示されるような住宅の外壁に取り付けられる制振装置が要望されている。
特許文献1の制振装置は、構造物の上梁に固定される上部伝達部材と下梁に固定される下部伝達部材とが構造物の壁面(梁や柱)に結合され、且つ上部伝達部材と下部伝達部材との間に油圧ダンパを配置して、上部伝達部材と下部伝達部材との相対変位に伴う油圧ダンパの伸縮動作によって振動エネルギを吸収する構成である。
特開2003−314082号公報
しかしながら、上記特許文献1に示す技術は、上部伝達部材、下部伝達部材を上梁、下梁の壁面側の側面(構造物の壁面に対して平行となる面)のみに固定する構成であるため、外壁と上部伝達部材、下部伝達部材との結合強度を高めるには、数多くの強固なネジ又はボルト等の締結部材を用いなければならず、設置現場での作業性に問題があった。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した制振装置の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
本発明は、構造物の壁面の外側に設けられ、前記構造物の上梁の水平方向の振動が入力される上部伝達部材と、
前記壁面の外側に設けられ、前記構造物の下梁の水平方向の振動が入力される下部伝達部材と、
前記上部伝達部材と前記下部伝達部材との間の振動による相対変位を減衰するダンパと、
前記上梁の壁面側の側面に固定される上部スペーサと、
前記下梁の壁面側の側面に固定される下部スペーサと、
前記上部スペーサの下面に当接する上部水平部と前記上部スペーサの壁面側の側面に締結される上部垂直部と有し、前記上部伝達部材を前記上梁に取り付ける上部取付部材と、
前記下部スペーサの上面に当接する下部水平部と前記下部スペーサの壁面側の側面に締結される下部垂直部とを有し、前記下部伝達部材を前記下梁に取り付ける下部取付部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、現場作業性のよい制振装置を提供することができる。
本発明による制振装置の一実施例を示す斜視図である。 上部取付部材の取付状態を示す斜視図である。 上部取付部材を示す斜視図である。 下部取付部材の取付状態を示す斜視図である。 下部取付部材を示す斜視図である。 上部取付部材の構成を示す平面図である。 上部取付部材の構成を示す正面図である。 上部取付部材の構成を示す側面図である。 制振装置が取り付けられる外壁の施工例を示す図である。 外壁面に制振装置を取り付けた状態を示す正面図である。 外壁面に制振装置を取り付けた状態を示す側面図である。 外壁面にカバー用フレームを取り付けた状態を示す正面図である。 外壁面にカバー用フレームを取り付けた状態を示す側面図である。 カバー用フレームにカバー部材を取り付けた状態を示す正面図である。 カバー用フレームにカバー部材を取り付けた状態を示す側面図である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
〔制振装置の構成〕
図1は本発明による制振装置の一実施例を示す斜視図である。図1に示されるように、制振装置10は、構造物の基礎に固定された下梁14と、2階床を支持するように横架された上梁18と、下梁14と上梁18の間に固定された一対の柱20で形成された壁面空間の外壁側の外側に取り付けられている。なお、1階の壁面に制振装置10を設ける場合の下梁14は1階床を支持する土台であり、2階の壁面に設ける場合は、1階の上梁が2階の下梁となる。
制振装置10が取り付けられる構造物としては、例えば、新築または既に建設された木造住宅又は木造建築物などである。ただし、軽量鉄骨住宅にも用いることは可能である。
下梁14及び上梁18及び各柱20の正面(外壁面側)には、図5に示すような外壁(図1において構造が分かりやすくするため図示を省略する)が形成されており、制振装置10は、外壁の外側に沿うように下梁14及び上梁18に直接取り付けられる。既存の構造物の場合、内部に家具や電化製品が設置されているので、内壁の内側に制振装置10を取り付けることは可能であるが、外壁側に設けられる。また、昨今の窓の多い家では、窓のない壁面空間内には、筋交いが設けられていることが殆どで有り、設置できる場所に制約があるが、本構成の制振装置10では、壁面空間の外側に設けるものであるので、筋交いが設けられた壁面にも制振装置を設けることが可能となる。さらに、耐震改修においては、外壁または内壁を取り除く必要があるため、設置工事の工数がかかるが、本構成の制振装置10では、最小限の壁を取り除くのみで、既存の構造物の外壁の外側のスペースに容易に施工することができる。なお、新築の場合は、壁面空間と制振装置10との間の外壁は省略することができる。
制振装置10は、上部伝達部材24と、下部伝達部材26と、油圧ダンパ28と、上部取付部材30と、下部取付部材32と、上部スペーサ34と、下部スペーサ36とから構成されている。上部取付部材30は、上部伝達部材24の上端を上梁18の外壁面側の側面に固定するための金具である。下部取付部材32は、下部伝達部材26の下端を外壁面側の下梁14の側面に固定するための金具である。
上部スペーサ34は、上梁18の外壁側の側面(被取付け部)に釘や木螺子等の締結部材54及び/または接着剤により締結可能であり、上部取付部材30を外壁面の外側から容易に固定できるように外壁の側面に突出した状態に取り付けられる。また、上部スペーサ34は、木材や構造用合板を所定寸法の板状に切断したものであり、厚さ寸法(図中Y方向寸法)が上部取付部材30を取り付け可能な寸法とされている。
下部スペーサ36は、下梁14の外壁側の側面(被取付け部)に釘や木螺子等の締結部材54及び/または接着剤により締結可能であり、下部取付部材32を外壁面の外側から容易に固定できるように外壁の側面に突出した状態に取り付けられる。また、下部スペーサ36は、木材や構造用合板を所定寸法の板状に切断したものであり、厚さ寸法(図中Y方向寸法)が下部取付部材32を取り付け可能な寸法とされている。
上部伝達部材24は、構造用合板等で構成され、その上端は、木ねじまたはボルト等の複数の締結部材50により上部取付部材30に締結される。また、上部伝達部材24は、上部取付部材30を介して上梁18の外壁面側の側面(被取付け部)に固定された上部スペーサ34に締結される。
下部伝達部材26は、構造用合板等で構成され、その下端には、木ねじまたはボルト等の複数の締結部材50により下部取付部材32に締結される。また、下部伝達部材26は、下部取付部材32を介して下梁14の外壁面側の側面(被取付け部)に固定された下部スペーサ36に締結される。
上部スペーサ34及び下部スペーサ36は、上梁18、下梁14の外壁面側の側面に固定されるため、水平方向の厚さを変更することにより上部伝達部材24及び下部伝達部材26の取付位置を任意の位置に調整することが可能になる。また、上部スペーサ34、下部スペーサ36の厚さ寸法は、例えば上梁18の外壁面側の側面及び下梁14の外壁面側の側面に取り付けられる外壁の厚さに応じて選択される。これにより、上部伝達部材24、下部伝達部材26、油圧ダンパ28は、取付位置が外壁面の外側に位置することなり、構造物の外壁面に接触することなく、制振動作することが可能になる。
尚、外壁面60の厚さは、各建物によって異なるため、設置現場において、上部スペーサ34、下部スペーサ36の厚さを選択できるように予め厚さの異なるものを複数種用意することで対応できる。
油圧ダンパ28は、上部伝達部材24の下端と下部伝達部材26の上端との間に介在するように取り付けられている。油圧ダンパ28は、作動油が充填されたシリンダ42と、シリンダ42内を摺動するピストン(図示せず)と、ピストンに結合されたピストンロッド44とからなる。なお、油圧ダンパは耐久性が高く、恒久的に利用するには最も優れるが、粘弾性ダンパや摩擦ダンパ、極軟鋼からなるダンパを用いても良い。
シリンダ42の端部は、下部伝達部材26の上端に締結部材52により締結されたブラケット46に連結される。また、反対側のピストンロッド44の端部は、上部伝達部材24の下端に締結部材52により締結されたブラケット48に連結される。
上記のように構成された制振装置10では、例えば、地震により水平方向の振動が構造物に入力されると、上梁18、下梁14を介して振動が伝達される上部伝達部材24と下部伝達部材26との間で水平方向の相対変位(例えば、図1において、X方向の変位)が生じる。これにより、上部伝達部材24と下部伝達部材26との間に介在する油圧ダンパ28は、シリンダ42内をピストンが摺動して、ピストンに設けた減衰バルブによって減衰力発生して振動を減衰させる。
また、油圧ダンパ28は、シリンダ42及びピストンロッド44がX方向に延在する向きに取り付けられているため、上部伝達部材24及び下部伝達部材26のX方向の相対変位により伸縮して伸び動作または圧縮動作を行う。そのため、油圧ダンパ28は、シリンダ42に対するピストンロッド44の摺動動作により減衰力を発生して振動エネルギを吸収する。
〔上部取付部材30及び下部取付部材32の取り付け構造及び構成〕
図2Aは上部取付部材30の取付状態を示す斜視図である。図2Bは上部取付部材30を示す斜視図である。図2A、図2Bに示されるように、上部取付部材30は、鉄などの金属材により形成されており、上部伝達部材24の上端に締結される第1締結部30Aと、上部スペーサ34の外壁面側の側面に固定された一対の第2締結部30Bと、第1締結部30Aと第2締結部30Bとの間を結合する複数の結合部30Cとを有する。
第1締結部30Aは、上部伝達部材24の上端側面に締結部材50により締結され、一対の第2締結部30Bは、上部スペーサ34の外壁面側の側面に締結部材56により締結される。各結合部30Cは、垂直方向に延在する向きに設けられ、例えば溶接により上部が第1締結部30Aの端部に結合され、下部が第2締結部30Bの背面に結合されると共に、上下方向の荷重に対する強度が高められている。
図3Aは下部取付部材32の取付状態を示す斜視図である。図3Bは下部取付部材32を示す斜視図である。図3A、図3Bに示されるように、下部取付部材32は、鉄などの金属材により形成されており、下部伝達部材26の下端に締結される第1締結部32Aと、上梁18の側面に固定された上部スペーサ34に締結される一対の第2締結部32Bと、第1締結部30Aと第2締結部30Bとの間を結合する複数の結合部32Cとを有する。
第1締結部32Aは、下部伝達部材26の下端側面に締結部材50により締結され、一対の第2締結部32Bは、下部スペーサ36の外壁面側の側面に締結部材56により締結される。各結合部34は、垂直方向に延在する向きに設けられ、例えば溶接により上部が第1締結部32Aに結合され、下部が第2締結部32Bに結合されると共に、上下方向の荷重に対する強度が高められている。
図4Aは上部取付部材30の構成を示す平面図である。図4Bは上部取付部材30の構成を示す正面図である。図4Cは上部取付部材30の構成を示す側面図である。ここで、上部取付部材30、下部取付部材32の構成は、上下対称であるので、図4A〜図4Cを参照して上部取付部材30の構成について説明し、下部取付部材32の説明は省略する。
第1締結部30A及び第2締結部30Bは、断面がL字状に形成されており、夫々垂直部30A1、水平部30A2及び上部垂直部30B1、上部水平部30B2を有する。そして、第1締結部30A、第2締結部30Bは、水平部30A2と水平部30B2とが互いに重ね合わせた状態で溶接により結合され、且つ長手方向の両端には第1結合部30C1が溶接により結合され、第2締結部30Bの垂直部30B1と第1締結部30Aの水平部30A2との間には第2結合部30C2が溶接により結合される。
このように、上部取付部材30は、第1締結部30A、第2締結部30Bが第1締結部30C1、第2締結部30C2により一体化されている。
また、垂直部30A1、30B1には、釘または木ねじ等の締結部材を挿通させるための複数の小孔30D、30Eが設けられている。
図2Aに示されるように、第1締結部30Aは、水平部30A2が上部伝達部材24の上端面に当接した状態で垂直部30A1が上部伝達部材24の外壁面側の側面に締結される。また、第2締結部30Bは水平部30B2が上部スペーサ34の下端面に当接した状態で垂直部30B1が上部スペーサ34の壁面側の側面に締結される。
〔制振装置10の施工方法〕
ここでは、既に建設された住宅の外壁面に制振装置10を取り付ける改築の場合の施工方法について説明する。尚、下部伝達部材24、上部伝達部材26には、工場において上部取付部材30、下部取付部材32が既に取り付けられている。また、下部伝達部材24または上部伝達部材26の何れか一方には、油圧ダンパ28の一端が連結されている。
〔施工方法の手順1〕
図5は制振装置10が取り付けられる外壁面の施工例を示す図である。図5に示されるように、制振装置10の施工の手順1では、先ず外壁面60に上部開口62、下部開口64を設ける。上部開口62は、上梁18に対向(露出)するように形成し、さらに、上梁18の下側に第1締結部30Aの水平部30A2が挿入可能な位置まで開口している。また、下部開口64は下梁14に対向(露出)するように形成し、さらに、下梁14の上側に第1締結部32Aの水平部32A2が挿入可能な位置まで開口している。下梁14は、建物のコンクリート製の基礎15に埋込みボルトなどにより固定されている。
各開口62、64の横幅寸法LBは、上部スペーサ34、下部スペーサ36及び上部取付部材30、下部取付部材32の横幅寸法(水平方向の長さ)より若干長く設定される。
また、各開口62、64の縦幅寸法LHは、上部スペーサ34、下部スペーサ36の縦幅寸法(垂直方向の長さ)に下梁14の上面に当接する第1締結部30A、32Aの水平部30A2、32A2の厚さを加算した寸法より若干長く設定される。尚、各開口62、64の縦幅寸法LHを上記のように設定することにより、上梁18の下面側、下梁14の上面側に第1締結部30A、32Aの水平部30A2、32A2を挿入するための隙間が形成される。
このように、外壁面60には、上部スペーサ34、下部スペーサ36及び上部取付部材30、下部取付部材32を取り付けられる寸法形状を有する開口62、64を設ければ良いので、外壁面60に対する加工(工事)に時間がかからず、作業性が改善されている。すなわち、本発明によれば、外壁面60の削除面積を少なくすることができ、設置工事の作業性もよく、外壁面60からの雨漏りの可能性も少なくできる。
〔施工方法の手順2〕
図6Aは外壁面60に制振装置10を取り付けた状態を示す正面図である。図6Bは外壁面60に制振装置10を取り付けた状態を示す側面図である。図6A、図6Bに示されるように、制振装置10の施工方法の手順2では、上部スペーサ34、下部スペーサ36を上記開口62、64に挿入し、上部スペーサ34、下部スペーサ36を上梁18、下梁14の外壁面側の側面に締結部材54及び/または接着剤により固定する。
次に下部伝達部材26の下端に締結された下部取付部材32の下部水平部32B2、32B2を下部開口64と下梁14の上面との隙間に挿入する。このとき、下部取付部材32の下部水平部32B2は、下梁14の外壁面側の側面に固定された下部スペーサ36の上端面に当接し、且つ下部取付部材32の下部垂直部32B1は、下部スペーサ36の外壁面側の側面に固定された側面に当接した状態に保持される。この保持状態において、下部取付部材32の下部垂直部32B2を下部スペーサ36の側面に締結部材56により締結する。
これにより、下部伝達部材26は、下部取付部材32を介して下部スペーサ36に固定される。そして、上部伝達部材24も同様に上部取付部材30を介して上部スペーサ34に固定する。この保持状態において、上部取付部材30の上部垂直部30B2を上部スペーサ34の壁面側の側面に締結部材56により締結する。
このとき、上部取付部材30の上部水平部30B2は、上部スペーサ34の上端面に当接し、上部取付部材30の上部水平部30B2は、上部スペーサ34の上端面に当接している。従って、上部取付部材30の上部垂直部30B1、下部取付部材32の下部垂直部32B1は、上部スペーサ34、下部スペーサ36の外壁面側の側面に当接された状態で強固に固定される。
そのため、上部取付部材30及び下部取付部材32による上部伝達部材24及び下部伝達部材26に対する上下方向の支持強度がより高められているので、垂直部30B1、32B1を下部スペーサ34及び上部スペーサ36に締結するための締結部材56の数を減らして設置作業の作業性が高められる。
また、本実施の形態では、水平部30B2、32B2に釘等の締結部材を設けなくとも十分な効果が得られるので、開口62、64の縦幅寸法LHを小さくすることができる。しかし、新築物件においては、締結部材を設けてさらに強度を高めても良い。
この後、油圧ダンパ28のシリンダ42またはピストンロッド44のうちまだ連結されていない方の端部を下部伝達部材26または上部伝達部材24に固定されたブラケット46または48に連結する。
また、制振動作時に油圧ダンパ28が減衰力を発生させる際、上部伝達部材24、下部伝達部材26を垂直方向に対して水平方向に傾けるような回動力が発生するが、上部取付部材24の上部水平部30B2、下部取付部材32の下部水平部32B2は、上部スペーサ34の下面、下部スペーサ36の上面に当接しているため、上部伝達部材24、下部伝達部材26の回動が抑制され、制振動作が安定的に行える。
さらに、上部取付部材30の垂直部30A1の左右両端に断面がコ字状に形成された上部カバー支持部70を締結し、下部取付部材32の下部垂直部32B1に断面がコ字状に形成された下部カバー支持部72を締結する。上部カバー支持部70及び下部カバー支持部材72は、上側が開放となる向きに取り付けられる。
〔施工方法の手順3〕
図7Aは外壁面60にカバー用フレームを取り付けた状態を示す正面図である。図7Bは外壁面60にカバー用フレームを取り付けた状態を示す側面図である。図7A、図7Bに示されるように、手順3では、上部カバー支持部70及び下部カバー支持部材72にカバー用フレーム80を取り付ける。カバー用フレーム80は、左右の縦フレーム82,84と、縦フレーム82,84の上端間を連結する横フレーム86と、縦フレーム82,84間に格子状に横架された複数の押さえ部材88とを有する。
縦フレーム82,84は、下端部が下部カバー支持部材72のコ字状溝に嵌合された状態で支持され、且つ上端部近傍が上部カバー支持部70の左右の突出部分に締結される。また、押さえ部材88は、下部伝達部材24、上部伝達部材26、油圧ダンパ28のY方向の動きを抑制するための規制部材である。
〔施工方法の手順4〕
図8Aはカバー用フレーム80にカバー部材を取り付けた状態を示す正面図である。図8Bはカバー用フレーム80にカバー部材を取り付けた状態を示す側面図である。図8A、図8Bに示されるように、手順4では、カバー用フレーム80の周囲にカバー部材90を取り付ける。カバー部材90は、カバー用フレーム80の正面を覆う正面カバー92と、縦フレーム82,84と外壁面60との間を覆う側面カバー94,96と、横フレーム86の上面を覆う上部カバー98と、カバー用フレーム80の底部を覆う下部カバー99とを有する。
カバー部材90は、カバー用フレーム80の左右の縦フレーム82,84及び横フレーム86に結合されることで、カバー用フレーム80の正面及び左右側面及び上下面を覆うように取り付けられる。
また、カバー部材90は、防塵・防水構造であり、内部に収納された制振装置10を塵埃及び風雨から保護すると共に、外壁面60の開口62、64から雨水が浸入することを防止する。
尚、上記説明では、既存の建物の外壁面60に制振装置10を設置する改築工事について説明した、本発明は新築の住宅に設置する場合にも適用できるのは勿論である。
また、本発明の制振装置は、建物の外壁面に限らず、建物内部の壁面に設置する場合にも適用できるのは勿論である。
また、本発明の制振装置は、壁面に形成する開口62、64が比較的小さくて済むので、の壁面の材質に制限されず、例えばトタン、木造、コンクリートでも設置することが可能である。
本実施例においては、先行文献の構造にあっては、水平方向の振動が入力された場合、上部伝達部材及び下部伝達部材が水平方向に相対変位すると共に、油圧ダンパにより連結された上部伝達部材及び下部伝達部材が上梁及び下梁に対して傾くように回動させようとする力を受けるため、上部伝達部材及び下部伝達部材が上梁及び下梁から浮き上がらないように締結部材による締結強度を高くするため、設置作業に手間がかかるという問題があった。しかし、本実施の形態にあっては、上部取付部材30の上部水平部30B2が上部スペーサ34の下面に当接し、下部取付部材32の下部水平部32B2が下部スペーサ36の上面に当接するため、上部伝達部材24と下部伝達部材26との相対変位をダンパ28により減衰する際の上部伝達部材24及び下部伝達部材26を回動させようとする力を抑制でき、その分上部取付部材30、下部取付部材32を上部スペーサ34、下部スペーサ36に締結する締結部材を減らして現場の設置作業の作業性を改善できる。さらに、外壁面60に必要な開口62、64の開口面積も上部及び下部スペーサ34、36と上部及び下部水平部30B2、32B2を挿入する分の最小限の開口面積で設置可能であるので、施行時間が最小限で有り、施行途中での柱や梁の外部露出も最小限にでき、耐震改修の作業性に優れた構造である。また、外壁面60に設ける開口62、64の開口面積が小さいので、断熱性、耐風雨性も殆ど下げることなく、施行可能である。
10 制振装置
14 下梁
18 上梁
20 柱
24 上部伝達部材
26 下部伝達部材
28 油圧ダンパ
30 上部取付部材
30A、32A 第1締結部
30A1、30B1、32A1、32B1 垂直部
30A2、30B2、32A2、32B2 水平部
30B、32B 第2締結部
30C、32C 結合部
30C1 第1締結部
30C2 第2締結部
30D、30E 小孔
32 下部取付部材
34 上部スペーサ
36 下部スペーサ
42 シリンダ
44 ピストンロッド
46、48 ブラケット
50、52、54、56 締結部材
60 外壁面
62 上部開口
64 下部開口
70 上部カバー支持部材
72 下部カバー支持部材
80 カバー用フレーム
82,84 縦フレーム
86 横フレーム
88 押さえ部材
90 カバー部材
92 正面カバー
94,96 側面カバー
98 上部カバー
99 下部カバー

Claims (2)

  1. 構造物の壁面の外側に設けられ、前記構造物の上梁の水平方向の振動が入力される上部伝達部材と、
    前記壁面の外側に設けられ、前記構造物の下梁の水平方向の振動が入力される下部伝達部材と、
    前記上部伝達部材と前記下部伝達部材との間の振動による相対変位を減衰するダンパと、
    前記上梁の壁面側の側面に固定される上部スペーサと、
    前記下梁の壁面側の側面に固定される下部スペーサと、
    前記上部スペーサの下面に当接する上部水平部と前記上部スペーサの壁面側の側面に締結される上部垂直部と有し、前記上部伝達部材を前記上梁に取り付ける上部取付部材と、
    前記下部スペーサの上面に当接する下部水平部と前記下部スペーサの壁面側の側面に締結される下部垂直部とを有し、前記下部伝達部材を前記下梁に取り付ける下部取付部材と、を備えたことを特徴とする制振装置。
  2. 構造物の外壁面には、前記上梁に対向する位置に上部開口と、前記下梁に対向する位置に下部開口とが形成され、
    前記上部スペーサは前記上部開口から前記上梁の壁面側の側面に取り付けられ、
    前記上部スペーサは前記下部開口から前記下梁の壁面側の側面に取り付けられたことを特徴とする請求項1に記載の制振装置。
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