JPH01318627A

JPH01318627A - 摩擦による建築物の振動抑制方法

Info

Publication number: JPH01318627A
Application number: JP15138588A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamahara; 山原　浩
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1989-12-25
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JP2717143B2

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Ｊこの発明は、建築物の柱と梁とで構成される架構の内側
に摩擦ダンパーを配置することで、この建築物の地震動
等の揺れを抑制する摩擦による建築物の振動抑制方法に
関するものである。

「従来の技術及びその課題」近年、日本国内においても高層建築物が多数構築される
ようになっている。この場合、世界有数の地震国である
日本においては、大地震時において建築物の崩壊を防止
するといった耐震安全性の確保は勿論のこと、中小地震
等において建築物の揺れをできるだけ抑制する制置・免
震機能を建築物に持たせることで、居住者に与える心理
的不安感を緩和することが望まれている。

また、近年インテリジェントビルに代表されるように、
建築物内には電子計算機、ＯＡ機器、通信施設等の重要
機器が収納されることが多くなってきている。もし、こ
れらの重要機器が地震によって破壊されたならば、それ
による社会的影響は計り知れない大きいものがあるが、
これらの重要機器はそれ自体がすべて耐震設計されてい
るとは限らないため、建築物側で何等かの手段を講じて
おく必要がある。

この発明は前記事情に鑑みてなされたもので、建築物が
地震動等によって揺れた際にこれを効率良く抑制するこ
との可能な摩擦による建築物の振動抑制方法の提供を目
的としている。

「課題を解決するための手段」この発明は、建築物の柱と梁とで構成される架構内に交
叉されて配置されたブレースの交叉部に、複数枚の摩擦
板が相対的回動自在な状態で圧接されて構成される摩擦
ダンパーを配置し、建築物が振動した際に前記ブレース
に作用する軸力を用いて前記摩擦板を互いに回動させる
と共に、これら摩擦板間の摩擦力により建築物の振動を
抑制するような建築物の振動抑制方法を構成して、前記
課題を解決している。

［実施例Ｊ以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第３図は、この発明の第一実施例に適用さ
れる摩擦ダンパーを示す図である。これら図において、
符号１は柱、符号２は梁であり、いずれも鉄骨で形成さ
れている。そして、これら１対の柱１．１及び梁２．２
で構成される架構内側の対角線り上には、一対のブレー
ス３．３が交叉されて配置されていると共に、これらブ
レース３．３の交叉部には、摩擦ダンパー４が配置され
ている。

この摩擦ダンパー４は、第２図ないし第３図に示すよう
に、同軸上に配置された２枚の円板状の摩擦板５．５か
ら概略構成されている。摩擦板５の一方の面は、水平面
に形成された周縁部５ａと、この周縁部５ａよりも窪ん
で形成された中央部５ｂとから構成されている。摩擦板
５の細心にはこれを厚さ方向に貫通する貫通孔６が形成
されている。これら摩擦板５．５の外径は路間−とされ
、その周縁部５ａ、５ａを互いに接した状態で同軸上に
配置され、かつ、これらの貫通孔６．６にポルト７、ナ
ツト８が挿通、緊締されることで、相対的回動自在な状
態で互いに圧接されている。なお、これら摩擦板５．５
の回動をスムースにする目的で、ポルト７、ナツト８と
摩擦板５．５との間にはグリースが塗布されたり、ある
いは含油軸受材が介在されたりするが、他の周知手段を
用いても良いことは勿論である。

これら摩擦板５．５の相接する周縁部５ａ１５ａの少な
くとも一方の面には、第４図に示すように、その周方向
に間隔をおいて摩擦材９．９、・・・が貼付されている
。この摩擦材９には、例えば燐青銅、真鍮、カーボング
ラファイト、焼結材等を薄板状に形成したものが用いら
れるが、摩擦熱による焼き付は防止及び均質な摩擦力が
得られる材質であれば周知の材質から適宜選択されれば
良い。

あるいは、摩擦力を向上させる目的でブレーキライニン
グ材を用いても良いことは勿論である。まｔ；、摩擦材
９の貼付面積及び貼付間隔も任意であり、摩擦ダンパー
４により得ようとする摩擦力に応じて適宜選択されれば
良い。

前記ブレース３は、それぞれ２本の斜材１０、ｌＯに分
割構成されている。そして、摩擦ダンパー４は、これら
４本の斜材１０．１０．・・・を介して前記柱１．１及
び梁２．２に連結されている。

斜材１０は、その一端が柱・梁の接合部Ｃに取り付けら
れたガセットプレート１１にピン接合され、かつその他
端がいずれか一方の摩擦板５の外面、すなわち周縁部５
ａが形成されていない他方の面にポルト１２を介してピ
ン接合されている。このポルト１２と摩擦板５との間に
も、前述と同様に斜材１０と摩擦板５との間の相対的回
動をスムースにする手段が講じられている。ブレース３
を構成する２本の斜材１０，１０は、それぞれ同一の摩
擦板５に連結され、その取付位置は、摩擦板５の軸心を
挾んで前記対角線りから偏心した位置で、かつ、前記摩
擦材９を臨む位置より内側の位置とされている。

次に、前述の如き構成を用いて、この発明の第一実施例
である摩擦による建築物の振動抑制方法について説明す
る。

摩擦ダンパー４が取り付けられた建築物に地震力が作用
すると、柱１．１及び梁２．２で構成される架構に変形
が生じ、ブレース３を構成する斜材１０，１０にそれぞ
れ圧縮力又は引張力が作用する。例えば、第５図に示す
ように、斜材１Ｏ１１０に圧縮方向の軸力Ｐがそれぞれ
生じたとすると、斜材ｔｏ、１０の取付位置の偏心量を
ａとすれは、一対の斜材１０．１０によって２ａＰの偶
力が作用して摩擦板５が一方向に回転（図示例の場合は
右回り）する。地震時に前記架構が変形すると、斜材１
０．１０、・・・には引張・圧縮の軸力が交互に作用す
るから、２枚の摩擦板５．５はそれぞれ逆方向に回転す
る。そして、これら摩擦板５．５の回転により相接する
周縁部５ａ、５ａの面（摩擦材９．９表面）に摩擦力が
発生するため、建築物の振動エネルギーの一部がこの摩
擦力に抗して摩擦板５．５を回転させるエネルギーに消
費され、このエネルギーは摩擦材９．９での熱エネルギ
ーに変換されて吸収される。よって、この実施例の建築
物の振動抑制方法によれば、建築物の振動エネルギーを
摩擦ダンパー４における摩擦板５．５（摩擦材９．９）
の摩擦力で吸収することで、建築物の振動を抑制するこ
とができる。

ここで、摩擦板５への斜材１０，１０、・・・の取付位
置が摩擦材９．９、・・・の内側にあるので、摩擦板５
の軸心から摩擦材９までの距離をｒとすれば、斜材ｌＯ
１・・・の軸方向の移動は摩擦材９、・・・の面上にお
いてｒ　／　ａ倍に拡大され、これにより前述した摩擦
による工坏ルギーの吸収効率が向上する。すなわち、第
５図に示すように、一方の摩擦板５の回転角をθとすれ
ば、摩擦材９、・・・の面上の動きは２ｒθとなる。−
例として、ｒ／ａ＝２とし、斜材１０．１０が摩擦板５
の取付部においてそれぞれ１　ｃｍずつ変位したとすれ
ば、摩擦材９、・・・の相対すべり量は４ｃｍになる。

回転角θによって失われるエネルギーＥは、摩擦材９、
・・・に作用する圧力をＰ１摩擦係数をμどすれば、Ｅ＝２ｒθμＰとなる。すなわち、摩擦ダンパー４によって消費される
エネルギーは、回転角θと全圧力Ｐに比例する。この全
圧力Ｐは、摩擦板５．５を互いに連結するポルト６、ナ
ツト７の締付は力によって導入される圧力である。従っ
て、これら摩擦板５．５に所定の軸力が導入されるよう
に、ポルト６、ナツト７を締め付ける必要がある。実際
には、予め締付はトルクと軸力との較正試験を行い、所
定の締付はトルクによってボルト締めすることで、摩擦
板５．５に所定の軸力を導入する。しかし、この軸力を
正確に管理する必要がある場合には、例えば第１３図に
示すように、ポルト６と摩擦板５との間にスプリング１
３等の弾性部材を介在しておけば良い。

なお、第６図に、摩擦力Ｆ（−μＰ）とすべり量μθと
の履歴特性を示す。この履歴特性の面積が１サイクルに
よって失われるエネルギーに相当する。図に示すように
、摩擦ダンパー４は他のオイルダンパー等の粘性ダンパ
ーや鋼棒ダンパー等の履歴ダンパーに比較して履歴特性
の面積が広く、従ってエネルギー吸収能も大きいことが
特徴である。

次に、第７図ないし第９図は、この発明の第二実施例に
適用される摩擦ダンパーを示す図である。

なお、以下の説明において、前記第一実施例と同一の構
成要素については同一の符号を付し、その説明を省略す
る。第７図ないし第９図において、符号ｌは柱、符号２
は梁であり、いずれも鉄骨で形成されている。そして、
これら１対の柱１．１及び梁２．２で構成される架構内
側の対角線り上には、一対のブレース３．３が交叉され
て配置されていると共に、これらブレース３．３の交叉
部には摩擦ダンパー２０が配置されている。

この摩擦ダンパー２０は、第８図に示すように、平面視
長方形に形成された平板状の摩擦板２１．２１、・・・
がその両端部において交互に複数枚積層され、全体とし
て正方形状に形成されていると共に、これら摩擦板２１
，２１、・・・の両端部がそれぞれポルト２２、ナツト
２３により緊締されることで、相対的回動自在な状態で
互いに圧接された四辺形のリンク機構を構成している。

これら摩擦板２１，２１の相接する面のうち少なくとも
一方の面には、第９図に示すように平面視正方形の平板
状の摩擦材２４．２４、・・・が貼付されている。この
摩擦材２４には、例えば燐青銅、真鍮、カーボングラフ
ァイト、焼結材等を薄板状に形成したものが用いられる
が、摩擦熱による焼き付は防止及び均質な摩擦力が得ら
れる材質であれば周知の材質から適宜選択されれば良い
。あるいは、摩擦力を向上させる目的でブレーキライニ
ング材を用いても良いことは勿論である。また、摩擦材
２４の貼付面積も任意であり、摩擦ダンパー２０により
得ようとする摩擦力に応じて適宜選択されれば良い。

前記ブレース３は、それぞれ２本の斜材２５．２５に分
割構成されている。そして、摩擦ダンパー２０は、これ
ら４本の斜材２５．２５、・・・を介して前記柱１，１
及び梁２．２に連結されている。

斜材２５は、その一端が柱・梁の接合部Ｃに取り付けら
れたガセットプレート２６にピン接合され、かつその他
端が前記ポルト２２、ナツト２３を介して摩擦ダンパー
２０にピン接合されている。なお、これら斜材２５．２
５、・・・の回動をスムースにする目的で、ポルト２２
、ナツト２３と斜材２５、・・・との間にはグリースが
塗布されたり、あるいは含油軸受材が介在されたりする
が、他の周知手段を用いても良いことは勿論である。

次に、前述の如き構成を用いて、この発明の第二実施例
である摩擦による建築物の振動抑制方法について説明す
る。

摩擦ダンパー２０が取り付けられた建築物に地震力が作
用すると、柱１．１及び梁２．２で構成される架構に変
形が生じ、ブレース３を構成する斜材２５．２５にそれ
ぞれ圧縮力又は引張力が作用する。従って、第１Ｏ図に
示すように、摩擦ダンパー２０は全体として平行四辺形
状に変形する。

いま斜材２５、・・・に生ずる伸縮量をそれぞれａとす
ると、摩擦ダンパー２０の各隅（すなわち摩擦板２１の
各端部）はそれぞれ −Ｓ・２θ−２ｊａｎ’　− たけ回転する。そして、これら摩擦板２１．２１の回転
により相接する面（摩擦材２４．２４表面）に摩擦力が
発生するため、建築物の振動エネルギーの一部がこの摩
擦力に抗して摩擦板２１．２１を回転させるエネルギー
に消費され、このエネルギーは摩擦材２４．２４での熱
エネルギーに変換されて吸収される。よって、この実施
例の建築物の振動抑制方法によれば、建築物の振動エネ
ルギーヲ摩擦ダンパー２０における摩擦板２１．２１（
摩擦材２４．２４）の摩擦力で吸収することで、建築物
の振動を抑制することができる。

ここで、摩擦板２１、・・・の積層数をｎとすれば、摩
擦ダンパー２０の各隅における摩擦面の数もｎとなり、
従って摩擦面の総数は４ｎとなる。例えばｎ＝１６とし
た場合、摩擦面の総数は６４となり、従って各ポルト２
２、ナツト２３による締め付は力を１ｔとすれば摩擦ダ
ンパ−２０全体として６４を相当の摩擦力を得ることが
でき、これにより前述した摩擦によるエネルギーの吸収
効率が向上する。

第１１図に示すように、−辺がｂなる正方形の摩擦材２
４が角度θ回転したとき、摩擦面で失われるエネルギー
Ｅは、摩擦材２４、・・・に作用する圧力をＰ１摩擦係
数をμとすれば、となる。すなわち、摩擦ダンパー２０によって消費され
るエネルギーは、回転角θと全圧力Ｐに比例する。この
全圧力Ｐは、摩擦板２１．２１を互いに連結するポルト
２２、ナツト２３の締付は力によって導入される圧力で
ある。従って、これら摩擦板２１，２１に所定の軸力が
導入されるように、ポルト２２、ナツト２３を締め付け
る必要がある。実際には、予め締付はトルクと軸力との
較正試験を行い、所定の締付はトルクによってボルト締
めすることで、摩擦板２１．２１に所定の軸力を導入す
る。

なお、第１２図に、摩擦力Ｆと回転角θとの履歴特性を
示す。この履歴特性の面積が１サイクルによって失われ
るエネルギーに相当する。

なお、この発明の摩擦による建築物の振動抑制方法は、
その細部構成が前記実施例に限定されず、種々の変形例
が可能である。−例として、第一実施例における摩擦板
５．５の軸力の管理はスプリング１３等を用いていたが
、例えば油圧制御により建築物の揺れに応じて適宜軸力
を与えれば、建築物に地震等による大振幅の揺れが発生
した時のみ大軸力を与えれば良く、しかも揺れが止まる
寸前に軸力を弱めてやれば、摩擦板５．５同士がロック
する現象を抑えることができ大変好適である。

これは、第一実施例においても同様である。また、第二
実施例において、柱１．１の間隔が比較的狭い場合には
、前述の如く柱１，１及び梁２．２で構成される架構内
に摩擦ダンパー２０が一基取り付けられれば良いが、柱
１，１間隔が広くなった場合には、第１４図に示すよう
に互いに交叉するブレース３．３を複数組設けると共に
、これらにそれぞれ摩擦ダンパー２０．２０を設けるこ
とで、前記架構内に複数基取り付けることもできる。こ
れは、第二実施例においても同様である。

「発明の効果」以上詳細に説明したように、この発明によれば、建築物
の柱と梁とで構成される架構内に交叉されて配置された
ブレースの交叉部に、複数枚の摩擦板が相対的回動自在
な状態で圧接されて構成される摩擦ダンパーを配置し、
建築物が振動した際に前記ブレースに作用する軸力を用
いて前記摩擦板を互いに回動させると共に、これら摩擦
板間の摩擦力により建築物の振動を抑制するような建築
物の振動抑制方法を構成したので、建築物に地震力が作
用すると摩擦板の相接する面に摩擦力が発生するため、
建築物の振動エネルギーの一部が摩擦材での熱エネルギ
ーに変換されて吸収され、建築物の振動が抑制される。

しかも、この発明に用いられている摩擦ダンパーは、従
来用いられているオイルダンパー等の粘性ダンパーや鋼
棒ダンパー等の履歴ダンパーに比較して履歴特性の面積
か広く、従ってエネルギー吸収能も大きい。よって、こ
の発明によれば、建築物が地震動等によって揺れた際に
これを効率良く抑制することの可能な建築物の振動抑制
方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の第一実施例である摩擦
による建築物の振動抑制方法に用いられる摩擦ダンパー
全示す図であって、第１図は建築物に取り付けられた状
態を示す正面図、第２図は要部を拡大視した正面図、第
３図は第１図の■−■′線に沿う矢視断面図、第４図は
摩擦材の取付状態を示す正面図、第５図は摩擦ダンパー
に作用する力を説明するための図、第６図は摩擦ダンパ
ーの履歴特性を示す図、第７図ないし第８図はこの発明
の第二実施例である摩擦による建築物の振動抑制方法に
用いられる摩擦ダンパーを示す図であって、第７図は建
築物に取り付けられた状態を示す正面図、第８図は第８
図の■−■′線に沿う矢視断面図、第９図は摩擦材の取
付状態を示す正面図、第１０図は摩擦ダンパーの変形状
態を示す模式図、第１１図は摩擦ダンパーに作用する力
を説明するための図、第１２図は摩擦ダンパーの履歴特
性を示す図、第１３図はこの発明の第三実施例の摩擦に
よる建築物の振動抑制方法に用いられる摩擦ダンパーを
示す断面図、第１４図はこの発明の第四実施例である摩
擦による建築物の振動抑制方法に用いられる摩擦ダンパ
ーを示す断面図である。１・・・・・・柱、２・・・・・・梁、３・・・・・・
ブレース、４．２０・・・・・・摩擦ダンパー、５．２
１・・・・・・摩擦板。

Claims

【特許請求の範囲】

建築物の柱と梁とで構成される架構内に交叉されて配置
されたブレースの交叉部に、複数枚の摩擦板が相対的回
動自在な状態で圧接されて構成される摩擦ダンパーを配
置し、建築物が振動した際に前記ブレースに作用する軸
力を用いて前記摩擦板を互いに回動させると共に、これ
ら摩擦板間の摩擦力により建築物の振動を抑制する摩擦
による建築物の振動抑制方法。