JP6745095B2 - 減衰装置の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、免震構造や制振構造における減衰装置の取付構造に関するものである。

従来から、オイルダンパーは、安定した減衰力が得られる減衰装置として免震建物や制振建物に広く利用されている。

ところで、上記オイルダンパーを減衰装置として用いる場合に、大地震を想定して減衰力が強いものを用いると、中小地震時における免震性能が低下してしまう。
このため、例えば下記特許文献１、２に見られるように、大地震時に、平常時よりも強い減衰力に切り替える減衰力可変ダンパーが開発されている。

特開２００２−３１０２２７号公報 特開２００９−０１９３８３号公報

しかしながら、このような減衰力可変ダンパーにあっては、減衰力を切り替える速度や変位を検出するために、別途検出手段が必要になるために、周辺装置が複雑になるとともに、オイルダンパーの内部に油圧回路などの減衰力可変機能を組み込む必要があるために内部構造が複雑化し、設備コストも嵩むという問題点があった。

特に、床免震、機器免震、ラック免震あるいは住宅免震等の軽量構造物における小規模な免震化においては、中小地震時における免震性能の向上と大地震時における被害低減の両方に加えて、さらに減衰装置の小型化や簡易化が要求されるために、現状では上記減衰力可変ダンパーを用いることが容易ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、別途検出手段等を用いることなく、簡易な構造によって小地震時に高い免震性能を保持し、かつ中地震以上においては搭載物の被害を防ぎながら変位抑制機能を発揮して衝突リスクを低減させることができる減衰装置の取付構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、水平方向に配置されて一端部がギャップ機構を介して下部構造に連結され、他端部が上部構造に連結される減衰装置の取付構造において、上記減衰装置の取付構造の上記一端部を、上記下部構造側に設けたストッパー間において相対変位自在に設けるとともに、上記一端部と上記下部構造との間に、予め設定された抵抗力以下の水平力に対しては上記一端部と上記下部構造とを一体化し、かつ上記抵抗力を超える上記水平力が作用した際に上記一端部と上記下部構造との上記相対変位を許容する減衰装置の取付構造を備え、上記下部構造と上記上部構造とに取り付けられる免震装置であって、前記上部構造に取り付けられた減衰装置と、前記下部構造に取り付けられた前記ギャップ機構と、前記減衰装置及び前記ギャップ機構を連結する取付ボルトとを備えており、前記取付ボルト及び前記減衰装置が一体となって前記取付構造を構成し、前記一端部は前記取付ボルトであり、かつ、前記他端部は前記減衰装置であり、当該取付ボルトは、前記減衰装置及び前記ギャップ機構に挿入されており、前記減衰装置には取付部が形成されており、当該取付部には前記取付ボルトが挿入されており、前記ギャップ機構は、金物とプレートとを有しており、前記金物は前記下部構造に固定されており、前記金物には前記ストッパー間である長穴が形成されており、前記取付ボルトは前記長穴に挿通されており、前記取付ボルトは前記プレートに挿入されており、前記取付ボルトの挿入方向において、前記長穴は前記プレートと前記取付部との間に配置されており、地震時において、前記プレートが前記金物表面を摺動することに伴い、当該プレートの摺動方向において前記取付ボルトが前記長穴内部を移動することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プレートは外プレートであり、前記ギャップ機構は内プレートと可動駒とをさらに備え、前記取付ボルトは前記内プレートに挿入されており、当該内プレートは、前記取付ボルトの挿入方向において、前記長穴と前記取付部との間に配置されており、前記可動駒は前記長穴の内部に配置されており、前記可動駒は前記取付ボルトの外周に取り付けられていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記金物はコ字状に形成されており、前記長穴は第一の長穴であり、前記金物には第二の長穴が形成されており、前記外プレートは第一外プレートであり、前記内プレートは第一内プレートであり、前記ギャップ機構は、第二外プレート、第二内プレート及びナットをさらに備え、前記取付ボルトは、前記第二外プレート及び前記第二内プレートに挿入されており、前記取付ボルトは、前記第二の長穴に挿通されており、前記挿入方向において、前記第二の長穴は前記第二外プレートと前記第二内プレートとの間に配置され、前記第二内プレートは、前記挿入方向において前記第二の長穴と前記取付部との間に配置されていることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、上記抵抗力を中小地震時に減衰装置と下部構造との間に生じさせたい水平力の大きさに設定しておくことにより、平常時（例えば地震動レベルで０．２Ｇａｌ以下）においては減衰装置と下部構造とを一体化させて、微振動により生じる上部構造の小振幅の揺れに対してギャップ部分のガタ付きにより局部的に発生する振動を防止することができる。

また、中小地震時（例えば地震動レベルで０．２Ｇａｌ以上）に上記抵抗力を超える水平力が作用した際には、上記減衰装置が下部構造に設けたストッパー間において相対変位自在になることにより、免震装置による高い免震効果を発揮させることができる。この際に、上記抵抗力として例えば摩擦力を用いれば、上記相対変位時に生じる摩擦力の履歴減衰効果によってエネルギー吸収性能を付与することができる。

そして、中地震以上（例えば地震動レベルで２０Ｇａｌ以上）の大きな地震が生じて上記相対変位量が大きくなった場合には、減衰装置の一端部がストッパーに当接してそれ以上の移動が阻止されるために、減衰装置が作動して強い減衰力を発揮するとともに、上記ストッパーによる変位抑制機能によって周辺構造物との衝突リスクを回避することが可能になる。

この際に、上記ギャップ部分を、減衰装置の一端部と下部構造との間に設けているために、減衰装置による減衰力が変化する時の衝撃力によって生じる振動が上部構造側に直接伝達することを防止することができる。

この結果、小地震時には弱い減衰力によって高い免震性能を発揮させ、かつ中地震以上においては強い減衰力に切り替わることにより搭載物の被害を防ぎながら変位抑制機能を発揮して衝突リスクを低減させることができる。

しかも、従来の減衰力可変ダンパーのように別途検出手段等を用いることなく、簡易な構造によって実現することができるために、床免震や機器免震等の軽量構造物における小規模な免震化にも、好適な減衰装置として用いることが可能になる。

本発明に係る減衰装置の取付構造の一実施形態を示す正面図である。 図１の要部を拡大した平面図である。 図２のＡ−Ａ線視断面図である。 実施例１における相対変位と減衰力との関係を示すグラフである。 実施例２における相対変位と減衰力との関係を示すグラフである。 実施例３における相対変位と減衰力との関係を示すグラフである。 実施例４における相対変位と減衰力との関係を示すグラフである。

図１〜図３は、本発明に係る減衰装置の取付構造を、床免震や機器免震等の軽量免震構造物の免震層に減衰装置として配置されるオイルダンパーの取付構造に適用した一実施形態を示すものである。
図１に示すように、この軽量免震構造物においては、下部構造（躯体床、免震基礎等）１上に、上部構造（床、機器、ラック、住宅等）２が剛すべり支承（またはリニアガイド）３および復元機構を兼用する積層ゴム支承４によって支持されている。

そして、下部構造１と上部構造２との間に形成された免震層に、減衰装置としてオイルダンパー（減衰装置）５が設けられている。
このオイルダンパー５は、水平方向に配置されるとともに、一端部５ａがギャップ機構６を介して下部構造１に一体形成された反力ブロック１ａに連結され、他端部５ｂが上部構造２の下部に連結されている。

図２および図３は、上記ギャップ機構６を示すもので、図中符号１０は、反力ブロック１ａに固定された金物である。この金物１０は、平面視コ字状に形成された板状部材で、対向辺１１を反力ブロック１ａからオイルダンパー５側に突出させて固定されている。そして、これら対向辺１１には、それぞれ水平方向に延在する長穴１２が穿設されている。

また、対向辺１１の両面には、それぞれ長穴１２を間に挟むようにしてリング状の外プレート１３および内プレート１４が配置されている。他方、オイルダンパー５の一端部５ａには、円筒状の取付部１５が設けられている。

そして、取付ボルト１６が、一方の対向辺１１の外プレート１３および内プレート１４から上記オイルダンパー５の取付部１５内に挿入され、さらに他方の対向辺１１の内プレート１４および外プレート１３に通されて外方に延出したネジ部にナット１７が螺合されている。

なお、図中符号１８は、取付ボルト１６が挿入されて外プレート１３と内プレート１４との間に介装された可動駒であり、符号１９は、同様に取付ボルト１６が挿入されて内プレート１４と取付部１５との間に介装された隙間調整用ワッシャである。

これにより、オイルダンパー５の一端部５ａに一体化された取付ボルト１６は、長穴１２の両端部（ストッパー）間において下部構造１に対して相対変位自在に設けられている。そして、長穴１２の両端部には、取付ボルト１６の外周に設けられた可動駒１９との衝突を緩和させるためのゴム等の弾性材からなる緩衝材２０が取り付けられている。

さらに、このギャップ機構６においては、取付ボルト１６のナット１７が締め込まれて当該取付ボルト１６に軸力が加えられることにより、主として外プレート１３と金物１０の対向辺１１の外面との間に初期摩擦力（抵抗力）が付与されており、平常時（例えば地震動レベルで０．２Ｇａｌ以下）には、外プレート１３と対向辺１１との間には摺動（すべり）は生じない。

ここで、ナット１７の締め付け力を調整することにより、上記初期摩擦力（抵抗力）は、想定される中小地震時（例えば地震動レベルで０．２Ｇａｌ以上）にオイルダンパー５と下部構造１との間に生じる水平力を超える水平力が作用した際に、内外プレート１３、１４と対向辺１１との間に摺動（すべり）が生じる大きさに設定されている。

また、長穴１２の長さ寸法は、稼働駒１９と長穴１２の端部との間のギャップ長さｄが、想定される中地震（例えば地震動レベルで２０Ｇａｌ程度）にオイルダンパー５と下部構造１との間に生じる相対変位の片振幅となるように設定されている。

さらに、このオイルダンパー５の取付構造においては、当該オイルダンパー５の本体部分が、上部構造２側から吊り部材２１によって保持されている。

以上の構成からなるオイルダンパー５の取付構造によれば、ナット１７の締め付け量を調整して、ギャップ機構６における内外プレート１３、１４と対向辺１１との間の摩擦力を小地震時にオイルダンパー５と下部構造１との間に生じさせたい水平力の大きさに設定しておくことにより、平常時においてはオイルダンパー５と下部構造１とを一体化して、微振動により生じる上部構造２の小振幅の揺れに対してギャップ機構６のガタ付きにより局部的に発生する振動を防止することができる。

また、小地震時に上記摩擦力を超える水平力が作用した際には、内外プレート１３、１４と金物１０の対向辺１１の外面との間に摺動が生じて、取付ボルト１６が長穴１２内において相対変位自在になることにより、剛すべり支承（またはリニアガイド）３および積層ゴム支承４による高い免震効果を発揮させることができるとともに、上記相対変位時に生じる摩擦力の履歴減衰効果によってエネルギー吸収性能を付与することができる。

そして、中地震以上の大きな地震が生じて上記相対変位量が大きくなった場合には、取付ボルト１６の稼働駒１９が長穴１２の端部に設けられた緩衝材２０に当接してそれ以上の移動が阻止されるために、オイルダンパー５が作動して強い減衰力を発揮するとともに、長穴１２による変位抑制機能によって周辺構造物との衝突リスクを回避することが可能になる。

このように、上記ギャップ機構６によれば、片振幅ａが稼働駒１９と長穴１２の端部との間のギャップ長さｄを超える中地震以上の地震が発生した際に、片振幅δ（＝２×ｄ−ａ）の範囲においては低減衰力となり、当該片振幅δを超える範囲においては、高減衰力に切り替えわる。

この結果、従来の減衰力可変ダンパーのように別途検出手段等を用いることなく、簡易な構造によって小地震時には高い免震性能を発揮させ、かつ中地震以上においては搭載物の被害を防ぎながら変位抑制機能を発揮して衝突リスクを低減させることができる。

また、ギャップ機構６を、オイルダンパー５と下部構造１との間に設けているために、オイルダンパー５が作動する時の衝撃力によって生じる振動が上部構造２側に直接伝達することを防止することができる。加えて、長穴１２の端部に緩衝材２０を介装しているために、オイルダンパー５が作動する時に発生する上記衝撃力を緩和させることができる。

加えて、オイルダンパー５の本体部分を、上部構造２側から吊り部材２１によって保持しているために、ギャップ機構６に作用するオイルダンパー５の重量の分担分を軽減して上記摩擦力の調整精度を高めることが可能になる。
これにより、特に床免震や機器免震等の軽量構造物における小規模な免震化に用いた場合に、顕著な効果を奏する。

本発明の効果を検証するために、オイルダンパー５として、減衰係数が15N・s／cmであるオイルダンパーを用いるとともに、ギャップ機構６における抵抗力（摩擦力）、ギャップ変位ｄおよび加振波の種類および振幅ａ（ｍｍ）を変化させた下記実施例１〜４について、それぞれ変位および減衰力の関係を解析によって求めた。

（実施例１）
加振：振幅ａ＝６０ｍｍの正弦波
ギャップ機構６の抵抗力（摩擦力）：５Ｎ
ギャップ変位：ｄ＝５０ｍｍ

（実施例２）
加振：振幅ａ＝１００ｍｍの正弦波
ギャップ機構６の抵抗力（摩擦力）：２５Ｎ
ギャップ変位：ｄ＝６０ｍｍ

（実施例３）
加振：振幅ａ＝９０ｍｍの正弦波
ギャップ機構６の抵抗力（摩擦力）：５Ｎ
ギャップ変位：ｄ＝７０ｍｍ

（実施例４）
加振：最大振幅ａ＝９０ｍｍの地震応答波
ギャップ機構６の抵抗力（摩擦力）：５Ｎ
ギャップ変位：ｄ＝７０ｍｍ

図４〜図７は、それぞれ上記実施例１〜４の解析結果を示すものである。
図４に示す実施例１においては、片振幅δ（＝２×ｄ−ａ）＝２×５０−６０＝±４０ｍｍの範囲においては低減衰力となり、これを超える範囲においては高減衰力に切り替わる。また、図５に示す実施例２においては、片振幅δ＝２×６０−１００＝±２０ｍｍの範囲においては低減衰力となり、これを超える範囲においては高減衰力に切り替わる。

さらに、図６に示す実施例３においては、片振幅δ＝２×７０−９０＝±５０ｍｍの範囲においては低減衰力となり、これを超える範囲においては高減衰力に切り替わる。また、図７に示す実施例４においては、片振幅δ＝２×７０−９０＝±５０ｍｍの範囲においては低減衰力となり、これを超える範囲においては高減衰力に切り替わる。

このように、上記構成からなるオイルダンパー５の取付構造によれば、長穴１２の長さ寸法によってギャップ変位ｄを設定するとともに、取付ボルト１６に対するナット１７の締め付け力を調整して抵抗力（摩擦力）を適宜値に設定することにより、容易に小地震時には弱い減衰力とし、中地震以上においては強い減衰力に切り替えることができる。

なお、上記実施形態においては、ストッパーとして対向辺１１に設けた長穴１２を用いた場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、大きな地震が生じて上下部構造間の相対変位量が大きくなった場合に、減衰装置の一端部が当接してそれ以上の移動を阻止する機能を有するものであれば、様々な形態を採用することが可能である。

１ 下部構造
２ 上部構造
５ オイルダンパー（減衰装置）
５ａ 一端部
５ｂ 他端部
６ ギャップ機構
１２ 長穴（ストッパー）
２０ 緩衝材
２１ 吊り部材

Claims (3)

1. 水平方向に配置されて一端部がギャップ機構を介して下部構造に連結され、他端部が上部構造に連結される減衰装置の取付構造において、上記減衰装置の取付構造の上記一端部を、上記下部構造側に設けたストッパー間において相対変位自在に設けるとともに、上記一端部と上記下部構造との間に、予め設定された抵抗力以下の水平力に対しては上記一端部と上記下部構造とを一体化し、かつ上記抵抗力を超える上記水平力が作用した際に上記一端部と上記下部構造との上記相対変位を許容する減衰装置の取付構造を備え、
   上記下部構造と上記上部構造とに取り付けられる免震装置であって、
   前記上部構造に取り付けられた減衰装置と、
   前記下部構造に取り付けられた前記ギャップ機構と、
   前記減衰装置及び前記ギャップ機構を連結する取付ボルトとを備えており、
   前記取付ボルト及び前記減衰装置が一体となって前記取付構造を構成し、
   前記一端部は前記取付ボルトであり、かつ、前記他端部は前記減衰装置であり、
   当該取付ボルトは、前記減衰装置及び前記ギャップ機構に挿入されており、
   前記減衰装置には取付部が形成されており、
   当該取付部には前記取付ボルトが挿入されており、
   前記ギャップ機構は、金物とプレートとを有しており、
   前記金物は前記下部構造に固定されており、
   前記金物には前記ストッパー間である長穴が形成されており、
   前記取付ボルトは前記長穴に挿通されており、
   前記取付ボルトは前記プレートに挿入されており、
   前記取付ボルトの挿入方向において、前記長穴は前記プレートと前記取付部との間に配置されており、
   地震時において、前記プレートが前記金物表面を摺動することに伴い、当該プレートの摺動方向において前記取付ボルトが前記長穴内部を移動することを特徴とする免震装置。
2. 前記プレートは外プレートであり、
   前記ギャップ機構は内プレートと可動駒とをさらに備え、
   前記取付ボルトは前記内プレートに挿入されており、
   当該内プレートは、前記取付ボルトの挿入方向において、前記長穴と前記取付部との間に配置されており、
   前記可動駒は前記長穴の内部に配置されており、
   前記可動駒は前記取付ボルトの外周に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
3. 前記金物はコ字状に形成されており、
   前記長穴は第一の長穴であり、
   前記金物には第二の長穴が形成されており、
   前記外プレートは第一外プレートであり、
   前記内プレートは第一内プレートであり、
   前記ギャップ機構は、第二外プレート、第二内プレート及びナットをさらに備え、
   前記取付ボルトは、前記第二外プレート及び前記第二内プレートに挿入されており、
   前記取付ボルトは、前記第二の長穴に挿通されており、
   前記挿入方向において、前記第二の長穴は前記第二外プレートと前記第二内プレートとの間に配置され、
   前記第二内プレートは、前記挿入方向において前記第二の長穴と前記取付部との間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の免震装置。

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