JPH01247666A

JPH01247666A - 減衰装置

Info

Publication number: JPH01247666A
Application number: JP7518488A
Authority: JP
Inventors: Isamu Abe; 安倍　勇; Susumu Otsuka; 大塚　将; Hiroshi Sugimoto; 博史杉本; Kunio Hayakawa; 邦夫早川
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1989-10-03
Also published as: JPH0477112B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、建築物とその基礎のような上部構造と下部
構造間に介設され、下部構造から上部構造に伝わる地震
エネルギーを減少させる免震装置等に用いる減衰装置に
関する。

〈従来の技術〉建物の耐震構造の一つとしては、第３図に示すように、
複数個の免震装置であるアイソレータ５１．５１を上部
構造５２と下部構造５３との間に挟み込み、上部構造５
２を支持するようにしたしのがある。このアイソレータ
５１はゴムの大きな鉛直載荷能力とゴムのせん断変形に
よる小さな水平バネ剛性を持っている。したがって、重
量物である上部構造を安定性良く支え、水平方向の動き
を弱いバネで規制したことになる。このように支持する
と、構造物の系全体の水平方向の振動周期を増大させ、
それを地震の最大エネルギー成分の周期よりも大きくす
る。したがって、地震発生時の地震からの人力に対する
建物の応答加速度を減少させることができる。

しかしながら、上記アイソレータ５１のみによって上部
構造５２を支持すると、アイソレータ５１の水平方向の
バネ力が小さいため次の問題が生じる。

第１の問題は、地震動の作用によって一旦上部構造５２
が振動し始めると、その振動振幅がアイソレータ５Ｉを
用いず直接下部構造５３に上部構造５２を支持させた場
合に比べて大きくなると共に、その揺れが静まるまで時
間がかかることである。すなわち物理的に安全が保障さ
れたとしても、居住者にとって心理的に不安な状態が長
く続くことになり、建築物の免震構造としては不適当で
ある。

第２の問題は、台風Ｑ風荷重等の横方向荷重が建物に加
イつった場合、その方向に上部構造５２が位置ずれする
おそれがあり、上部構造５２の安定性が保障されないこ
とである。

これらの問題点を解決するために、最近、建築物の上部
構造と下部構造との間に流体の粘性抵抗を利用した粘性
ダンパーからなる減衰装置を介在させ、その粘性抵抗で
もって振動エネルギーを吸収するようにしたものが提案
されている（たとえば実公昭５９−４１２１８号公報）
。

〈発明が解決しようとする課題〉ところで、上記従来の粘性ダンパーの設計において、そ
の可能な最大変位が、建築物に作用する地震のうち最大
の地震の振幅（変位的２５０ｍｍ）以上になるように設
計する。

一方、粘性剪断力Ｆは、Ｆ−η−・ＳＦ−粘性剪断力Ｓ−抵抗板剪断面積Ｖ−相対速度ｄ＝２面間の距離 η＝粘性係数と表わせ（第２図参照）、相対速度Ｖに比例する。

ところが、地震によって建築物が揺れるとき、その建物
によって固有振動数は一定であるから、振幅の大きい地
震の振動速度は、振幅の小さい地震のときのそれよりも
大きくなる。それ故、大きい地震に対応して粘性ダンパ
ーを設計すると、粘性係数の小さい粘性流体を用いるこ
とになるが、そのような粘性ダンパーでは最も多く発生
する振幅の小さい地震が発生したときには、相対速度が
小さいので、大きな粘性剪断力が得られず、すなわち、
振動エネルギを吸収することができず、建物は長時間揺
れることになる。居住者にとって心理的に不安になる。

そこで、この発明の目的は、小さい振幅の振動時にも、
大きな振幅の振動時にも振動エネルギを効果的に吸収し
て減衰機能を発揮できる減衰装置を提供することにある
。

〈課題を解決するための手段〉上記目的を達成するため、この発明の減衰装置は、一端
が上部構造に、他端が下部構造に取り付けられ、大きい
振幅の振動時に減衰能を育する粘性ダンパーと、一端が
上部構造に、他端が下部構造に取り付けられ、弾塑性材
料からなり、小さい振幅の揺動時に塑性変形により減衰
能を有する弾塑性ダンパーとを備えたことを特徴として
いる。

〈作用〉小さい地震により、上部構造が小さく振動したときには
、粘性ダンパーは相対速度が小さくて、粘性剪断力が小
さいからエネルギーを殆ど吸収し得ないが、弾塑性ダン
パーは塑性領域で変形するため、小さな振動エネルギー
はこの弾塑性ダンパーのヒステリンス効果により吸収さ
れる。したがって、振幅の小さい地震が発生しても、上
部構造の振動は極めて短時間に減衰し、居住者が地震の
発生後、その振動を感じなくなるまでの時間が極めて短
縮される。

一方、大きい地震により、上部構造が大きく振動したと
きには、粘性ダンパーにおける相対速度か大きくて粘性
抵抗が大きくなり、この粘性抵抗により、振動エネルギ
ーが吸収され、上部構造の振動は速やかに減衰される。

なお、このとき、弾塑性ダンパーは塑性破壊するが、こ
のような大きな振動を起こす地震は極めて少ないから実
用上問題はない。

〈実施例〉以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、ｌは上部構造Ｕと下部構ａＤとの間に
略水平に介設された粘性ダンパー、２１は上部構造Ｕと
下部構造りとの間に介設された弾塑性ダンパーである。

上記粘性ダンパーｌはシリンダー２内にビストン３を摺
動自在に嵌合し、このピストン３にオリフィス５を設け
ている。上記ピストン３から左右に突出するピストンロ
ッド６の一端はブラケット７に直交する２つのビンによ
って結合している。

このブラケット７は、上部構造Ｕに埋設された取り付は
板８を挿通するアンカーボルト９にナツト１０によって
固定している。一方、シリンダー２の左端部に固定した
クレビスＩＩはブラケット１２にピン結合している。こ
のブラケット１２は下部構造りに埋設された取り付は板
Ｉ３を挿通ずるアンカーボルト１４にナツトＩ５によっ
て固定している。上記シリンダー２内には粘性流体１４
を充填している。したがって、シリンダー２内のピスト
ン３の移動により粘性流体がオリフィス５を通ってピス
トン３の一方の側の室より他方の側の室に流動し、その
粘性抵抗によって下部構造りに対する上部構造Ｕの水平
振動に対して制動力を与えるようになっている。この粘
性抵抗の大きさはシリンダー２に対するピストン３の相
対速度の大きさによって決まるから、この制動力は振幅
の大きい地震に対して程大きな制動力を与えることにな
る。

一方、上記弾塑性ダンパー２１は鉛製の円柱状棒体２２
を備える。この棒体２２の上端部は上部構造Ｕに固定し
た保持筒２３に上部に隙間をあけるようにして挿入して
いる。上記保持筒２３は円筒部２３ａとフランジ部２３
ｂからなり、このフランジ部２３ｂを、上部構造Ｕに埋
設され取り付は板２４を挿通するアンカーボルト２５に
ナツト２６によって取り付けている。円筒部２３ａの先
端は末広がりになっており、棒体２２を挿入し易くして
いる。上記棒体２２の下部は保持筒２７に挿入している
。この保持筒２７は前述の保持筒２３と全く同一構造を
しており、下部構造りに埋設され取り付は板２９を挿通
するアンカーボルト３０にナツト２６によって固定して
いる。上記鉛製の棒体２２は塑性領域が大きくまた径が
太いから大きな外力に耐えるようになっている。

なお、図示しないが鋼板などの調性板と天然ゴムやネオ
プレンゴムなどの薄い弾性板とを交互に垂直方向に重ね
合わせてなるアイソレータを下部構造りと上部構造Ｕと
の間に介設している。

上記構成の減衰装置によれば、小さな振幅の地震に対し
ては、粘性ダンパーｌのピストン３のシリンダー２に対
する相対速度が小さいため殆ど粘性抵抗は発生しないが
、２弾塑性ダンパー２１の鉛製棒体２２が塑性変形し、
その塑性変形によるヒステリシス効果によって振動エネ
ルギが吸収される。したがって、振幅の小さい地震が発
生したときには弾塑性ダンパー２１の棒体２２の塑性変
形によるヒステリシス効果によって、速やかに上部構造
Ｕの振動の減衰が行なわれ、上部構造の揺れは速やかに
停止する。したがって、居住者に心理的不安感を与える
ことはない。また、上記鉛製の棒体２２は断面積が大き
く、かつ長さが短いため、小さな揺れに対して大きな制
動力を与える。

一方、大きな振幅を有する地震に対しては、粘性ダンパ
ー１のピストン３の移動速度が速くなるため、粘性ダン
パー！における粘性抵抗が大きくなって、上部構造Ｕの
振動に対して大きな制動力を与え、速やかに上部構造Ｕ
の振動の減衰が行なわれ、上部構造Ｕは速やかに停止す
る。なお、この大きな振幅の振動の場合は弾塑性ダンパ
ー２１の鉛製棒体２２は変形能が小さいため破壊する。

しかし、このような大きな振幅の地震が発生ずる頻度は
極めて少ないから、大きな地震が発生した場合にのみに
弾塑性ダンパー２１が破壊するようにしても実際上問題
はない。

上記実施例では弾塑性ダンパーとして鉛製の円柱状棒体
の塑性変形によって振動エネルギを吸収するようにした
が、弾塑性ダンパーは、鋼鉄をリング状に形成し、この
リングをプロペラの端縁形状をなすように、すなわち花
弁状に配置して、このリング状の鋼鉄製の棒の塑性変形
により全ての方向に均等に制動力を与えるようにしたも
のであってもよい。

〈発明の効果〉以上より明らかなように、この発明の減衰装置は、大き
な振幅の振動時に減衰能を有する粘性ダンパーと、弾塑
性材料からなり小さな振幅の振動時により塑性変形によ
り減衰能を存する弾塑性ダンパーとを備えているので、
小さい振幅の振動時にも、大きな振幅の振動時にも振動
エネルギを効果的に吸収して減衰機能を発揮でき、した
がって大きい地震に対しても小さい地震に対しても、速
やかに−Ｌ部構造を静止させろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の減衰装置の断面図、第２
図は粘性抵抗を説明する図、第３図は従来の免震装置の
断面図である。１・・粘性ダンパー、　　２・・・ンリンダー、３・・
ピストン、　　　　　５・・オリフィス、２１・・・弾
塑性ダンパー、Ｕ・・・上部構造、Ｄ・・・下部構造。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が上部構造に、他端が下部構造に取り付けら
れ、大きい振幅の振動時に減衰能を有する粘性ダンパー
と、一端が上部構造に、他端が下部構造に取り付けられ、弾
塑性材料からなり、小さい振幅の揺動時に塑性変形によ
り減衰能を有する弾塑性ダンパーとを備える減衰装置。