JPH0411173A - 増幅機構付きダンパー装置及び該ダンパー装置を組み込んだ壁構造 - Google Patents

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】 イ０発明の目的 （産業上の利用分野〕 この発明は、地震・風圧等の強制振動力あるいは交通振
動を受けて振動する建築構造物に設置され、該振動を制
振するダンパー装置（振動減衰装置）に関し、更に詳し
くは、大地震による大きな眉間変位に対しては大きな減
衰能を有するが中小地震等の小さな層間変位に対しては
鈍感であるとされている鉛ダンパーの特性の改良と、そ
の改良されたダンパーの建築物への適用に関する。

［従来の技術］ ビルなどの建築構造物が地震などの強制振動力を受けて
振動して変形を生ずる場合、該変形は各階層が水平に移
動する剪断変形及び各階層が傾斜して移動する曲げ変形
に大別される。この地震などによって建築構造物に生ず
る剪断変形及び曲げ変形は、各階層の柱と梁とによって
区画される空間部を閉塞する壁に波及し、当該壁を損壊
させるという事態を招来する。

上述した点に鑑み、従来より、各階層の柱と梁とによっ
て区画される空間部に、例えば特公昭５８−３０４７０
号公報に示す鉛ダンパーを組み込んだ壁構造などが提案
されている。

しかしながら、鉛ダンパーの特性上、微小な変位に対し
ては鈍感であり、中小地震（数ガル−数十ガル）等によ
って惹起される建物の振動吸収にはあまり効果を発揮し
なかった。

すなわち、中小規模の地震が起きた時には該振動の殆ど
が建物に伝わり、振動を嫌う精密機器に悪影響を与える
ばかりでなく、振動の共振現象に伴う増幅作用を惹起す
るという弊害もある。

〔発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した点に鑑み、この種の鉛ダンパーを使用
する壁構造において、小さな眉間変位に対しても効果の
ある鉛ダンパーの改良、及びそのダンパーを組み込んだ
壁構造を提供することを目的とする。

口８発明の構成 （問題点を解決するための手段］ 本発明のダンパー装置は上記目的を達成するため、次の
技術的手段（構成）を採る。すなわち、その主たる構成
として、相対変位する構造物間に介装され、該変位を大
面積部の容積変化に変換する圧力感知部と、前記圧力感
知部の容積変化を連通通路部を介して伝達され、該容積
変化をその小面積部で拡大変位に変換する変位拡大部と
、前記変位拡大部の変位を連結棒を介して伝達され、該
連結体の変位に伴う密閉容器内に封入された鉛の塑性流
動によりエネルギーを吸収する鉛ダンパーと、からなる
ことを特徴とする。

この構成は、少なくとも一方向に変位する構造物間の減
衰に対応する。

両振り、すなわち周期的変位をする構造物間の減衰に対
しては、圧力感知部は少なくとも２つよりなり、往復動
する構造物間に逆位相関係に配されるとともに、それぞ
れの変位拡大部を鉛ダンパーを挟んで相対して配するよ
うにする。

更に、本発明は上記構成のダンパー装置を壁構造に組み
込んだものであり、建築構造物の柱と梁とによって区画
される空間部には前記柱及び梁と所定の間隙を存して壁
体が配されており、前記柱及び梁と壁体との間隙には、
大面積部を有する圧力感知部が設置され、前記圧力感知
部の容積変化を連通通路部を介して伝達され、該容積変
化をその小面積部で拡大変位に変換する変位拡大部と、
前記変位拡大部の変位を連結棒を介して伝達され、連結
棒の変位に伴う密閉容器内に封入された鉛の塑性流動に
よりエネルギーを吸収する鉛ダンパーとが、変位静止位
置に設置されてなる、ことを特徴とする。

〔作用］ このダンパー装置においては、構造物間の微小相対変位
は圧力感知部で容積変化に変換されて検知され、この変
位は変位拡大部で増幅され、鉛ダンパー内の抵抗部を移
動させる。

抵抗部は鉛ダンパー内の鉛を塑性変形させ、そのエネル
ギー消費により上記変位を制動し、速やかに減衰させる
。

このダンパー装置を組み込んだ壁構造においては、建築
構造物が強制振動力を受けて振動すると、柱及び梁と壁
体とが相対変位し、この相対変位を圧力感知部で検出し
、この変位を増幅し、鉛ダンパーで減衰させる。

多層階の建築構造物の振動は大きなエネルギーを有する
ものであるが、鉛ダンパーは大きなエネルギー消費をな
し、該建築構造物の振動を速やかムこ、減衰させる。

〔実施例〕

本発明の増幅機構付きダンパー装置の実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図〜第４図はその一実施例を示す。すなわち、第１
図はこの増幅機構付きダンパー装置を組み込んだ壁構造
の全体を示し、第２図〜第４図はその各部の詳細構造を
示す。

第１図及び第２図を参照して、１，２は多層階よりなる
建築構造物の柱及び梁であり、接柱１及び梁２によって
建築物の骨組体が構成される。各層において、２Ａは上
部梁、２Ｂは下部梁である。

柱ｌと梁２とによって空間部３が区画形成され、該空間
部３に剛性を保持し得るに足る所定の厚さを有する壁体
４が、その下部を下部梁２Ｂに固定され両側方及び上方
に間隙を存して実質的に閉塞して設置される。

すなわち、壁体４の下端部の両側には取付は板５が該壁
体４の下端面より突出して埋設固定され、この取付は板
５を挟着して下部梁２Ｂに溶接等によって固定されるア
ングル材６をボルト・ナツト７をもって締結される。こ
の固定態様は一例を示したに過ぎず、他の固定態様、例
えば、取付は板５を直接下部梁２Ｂに溶接をもって固定
する態様を採ることは自白である。

壁体４の下辺中央部には窓状に凹部８が開設される。

この凹部８内に、本ダンパー装置の一構成要素エネルギ
ー吸収部としての鉛ダンパー１０及び変位拡大部として
の２つの油圧シリンダ１１がともに下部梁２Ｂに固定し
て収容設置される。これらの鉛ダンパー１０と油圧シリ
ンダ１１とは共通の連結棒１２を介して連動させる。

また、壁体４の両側方の上位において、該壁体４と柱１
との間隙には、本ダンパー装置の他の構成要素の圧力感
知部としての圧カハソク１３が介装設置される。

この圧力へツク１３と前述した油圧シリンダ１１とは油
導通管１４を介して接続される。

以下、本実施例の増幅機構付きダンパー装置の詳細構造
を説明する。

第３図を参照して、鉛ダンパーＩＯは、円筒状をなし、
その両端部には貫通孔１６ａが形成されたケーシング１
６と、該ケーシング１６内に封入されたエネルギー吸収
体としての鉛１７と、該鉛１７中をケーシング１６の軸
方向に貫通して設置され、該ケーシング１６の軸方向に
移動する連結棒１２の抵抗杆部１２ａとからなる。抵抗
杆部１２ａには球状の抵抗球部１８が膨出状に形成され
ている。

エネルギー吸収体としての鉛Ｐは、溶融した状態（融点
３２７．５°Ｃ）でケーシング１６内に鋳込まれるもの
である。この使用される鉛Ｐとしては純粋鉛の他に、鉛
合金、あるいは鉛その他の物質との混合物を含む。

油圧シリンダ１１は鉛ダンパー１０を介して両側に配さ
れ、円筒状のシリンダチューブ２０と、該シリンダチュ
ーブ２０内に装入される連結棒１２のピストンロッド部
１２ｂとからなり、ピストンロッド部１２ｂの端部には
ピストン２１が形成される。ピストン２１はその側部を
もってシリンダチューブ２０の内壁面に摺接し、シリン
ダチューブ２０の内部空間を油圧室２２と大気室２３と
に区画する。すなわち、油圧室２２には作動油りが充填
されるとともに、端部に連通孔２４が開設され、該連通
孔２４を介して油導通管１４との油の流通をなす。また
、大気室２３には端部の大気孔２５を介して大気が導入
されている。

第４図は圧力バック１３の細部構造を示す。

図示されるように、該圧力バック１３は、内部に円形の
編状凹部２７が形成された絹状部材２８と、該絹状凹部
２７内に摺動自在に嵌挿される摺動部材２９とからなり
、絹状部材２８と摺動部材２９とで密閉された圧力室３
０を区画形成する。

該圧力室３０の横断面積をＡとする。鍋状部材２８の底
盤部及び側壁部にはこの圧力室３０に連通ずる連通路３
１　（３１ａ、　　３　ｌ　ｂ）が形成され、開口３２
をもって油導通管１４と接続される。しかして、圧力室
３０と油圧シリンダ１１の油圧室２２とは連通状態とな
る。

その他、図において、３３はシール用パツキンである。

油導通管１４は、耐圧性を有し、少くとも上部部分は可
撓性があることが好ましい。

本実施例の構成において留意されるべきことは、油圧シ
リンダ１１のピストン２１の受圧面積ａよりも圧力バッ
ク１３の摺動部材２９の受圧面積Ａが大きいことであり
、その比は増幅度となる。

また、各部材の配置に関し、圧力バック１３は変位のあ
られれる箇所に設置されることはいうまでもないが、鉛
ダンパー１０及び油圧シリンダ１１は本実施例のように
下部梁２Ｂへの固定に限らず、不動位置を保持しえれば
壁面内以外の任意の位置に設置が可能である。

このようにダンパー装置の組み込まれた壁体は層状構造
物の所定階層に設置される。すなわち、通常は振動の腹
になる箇所、例えば最上層に設定されるが、適宜の断層
箇所に設置されうろことは勿論である。

また、平面配置においては、通常は該壁体相互を直交状
に配する。

このように構成された本実施例の増幅機構付きダンパー
装置を組み込んだ壁構造は、地震動・風等の強制振動力
あるいは交通振動に対し次のように作動する。

構造物に上記の周期的強制振動力あるいは交通振動が作
用すると、該振動は柱１及び梁２に伝わり、多層構造物
の各層間に相対的変位が生しる。

すなわち、各層の上部梁２Ａ及び柱１の上部と下部梁２
Ｂとは互いにずれ、これらの間にずれ変位が生じる。

そして、壁体４は下部梁２Ｂに固定されたものとなって
いるので、該下部梁２Ｂと一体となって変位し、上記の
ずれ変位は上部梁２Ａ及び柱１の上部と壁体４との変位
となってあられれる。

今、壁体４が第１図に示すようにイ方向（図中右方向）
へ変位したとき、右方の間隙が挟まり、右方の圧カハソ
ク１３Ａは圧縮作用を受ける。これにより、圧力へツク
１３Ａ内の圧力室３０の容積は縮小され、その容積変化
分は油導通管１４を介して油圧シリンダ１１の油圧室２
２に伝幡され、ピストン２１に押圧力を与える。この押
圧力を受けて連結棒１２は変位させられるが、その変位
量には、圧力ハソク１３の変位量にの（Ａ／ａ）倍とな
って現われる。

連結棒１２の移動により、鉛ダンパー１０のケーシング
１６内の抵抗球部１８は鉛１７中を押し分けて該鉛１７
を塑性変形させる。この鉛１７の塑性変形によりエネル
ギーが消費され、連結棒１２の運動に制動を与える。

一方、壁体４の左方の間隙においては間隙距離が広がる
とともに圧力バンク１３Ｂは拡張作用を受け、圧力室３
０は膨張するが、この膨張作用に伴う油の吸引力は油導
通管１４を介して伝幡され、油圧シリンダ１１のピスト
ン２１を吸引変位させることとなる。　この吸引力は前
記した押圧力とともに連結棒１２の変位運動を促進させ
るものである。

次いで壁体４が逆方向（第１区口方向）に変位したとき
には、上述と逆の状態となり、連結棒１２は鉛１７中を
逆方向に移動し、そのエネルギー消費により連結棒１７
の動きは制動される。

上記の変位は周期的なものであって、かつ、鉛１７の塑
性変形に伴うエネルギー消費は極めて大きなものである
のでこの周期的運動は速やかに減衰され、結局、柱１と
壁体４との相対的変位は速やかに減衰される。

このように、本実施例の壁構造は柱１と壁体４との間に
小さな層間変位が生じたとしても接柱１と壁体１との間
に介装された圧力バック１３と該バック１３より油導通
管１４を介して連通されている油圧シリンダ１２との変
位増幅作用により鉛ダンパー１０への有感度の変位にま
で増大させ、該鉛ダンパー１０の大きな制動作用により
速やかに振動を減衰させることができる。

また、本壁構造に組み込まれる振動減衰装置Ｓは、圧力
感知部である圧力へツクと鉛ダンパーとを油導通管を介
して連通しているので、鉛ダンパー及び油圧シリンダは
壁面内以外の任意の位置に取付けが可能であり、壁面内
以外に取り付けることにより壁体の取り付け、鉛ダンパ
ーの取り付け、並びに鉛ダンパーのメンテナンス作業が
容易になる。

なお、本実施例では、それぞれ１つの圧力バック１３に
対して１つの油圧シリンダ１２を配したものであるが、
同位相を採る複数の圧力バック１３を１組として１個の
油圧シリンダ１２を共有する態様を採ることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である
。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包含
されるものである。

（Ａ）畝上の実施例では圧力バック１３は柱１と壁体４
との間に介装されているが、この配置を適宜位置に変え
ることができる。

第５図はその一例を示す。すなわち、壁体４の上部中央
に矩形状の凹部３５を凹設する一方、上部梁２Ａにこの
凹部３５に遊嵌されるリブ３６を固設し、このリブ３６
の両端面と凹部３５の両端面との間隙に２つの圧力ハン
グ１３を介装させてなる。

それぞれの圧カハンク１３から油導通管１４が取り出さ
れ、油圧シリンダ（図示せず）に接続されることは先の
実施例に準じる。

（Ｂ）鉛ダンパーに替えて、第６図に示すオリフィス型
の油圧ダンパー１ＯＡを使用することができる。

図において、３８は油圧ダンパー１０Ａのシリンダであ
り、このシリンダ３８内に油３９が満たされている。連
結棒１２Ａはこのシリンダ３８の軸方向に貫通するとと
もにピストン部４０を有し、このピストン部４０には小
孔４１が開設されてなる。連結棒１２Ａの移動に伴いピ
ストン４０はシリンダ３８内を左右動するが、油３９は
ピストン４０の小孔４１を通過する際に抵抗を受け、連
結棒１２Ａの動きを制御する。このオリフィス型油圧ダ
ンパーにおいては速度に比例する抵抗となるので、速度
が小さい、換言すれば変位が小さい場合には減衰能は殆
ど発揮できないものである。

この態様においても、微小変位に対して鈍感な油圧ダン
パーの特性の改善を図ることができる。

（Ｃ）　エネルギー吸収体として、鉛のほか、■錫、亜
鉛、アルミニウム、ナトリウム、銅などの金属、■鉛−
錫合金、亜鉛−アルミニウムー銅などの超塑性合金が使
用される。更に、鉛、あるいは上記■及び■の物質が選
ばれる場合は、これらの物質の２以上の組合わせも可能
である。

上記■及び■の物質をエネルギー吸収体として使用する
場合においては、これらの物質は船体と同じくその塑性
流動化に伴うエネルギー吸収により減衰がなされる。

ハ１発明の効果 本発明の増幅機構付きダンパー装置及び該装置を組み込
んだ壁構造によれば、構造物に生起する微小振動は増幅
機構により拡大されて鉛ダンパーに伝播されるので、中
小規模の地震動から大規模の地震動まで有効に振動を減
衰する。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の増幅機構付きダンパー装置及び該装置を
組み込んだ壁構造の実施例を示し、第１図はその一実施
例の本装置を組み込んだ壁構造を示す一部断面正面図、
第２図は第１図の■−汀線断面図、第３図は第１図の■
部拡大回、第４図は本装置の圧力ハングの内部構造を示
す図、第５図は圧力感知部の他の配置を示す図、第６図
はエネルギー減衰装置の他の態＃＃図である。 １・・・柱、２・・・梁、３・・・空間部、４・・・壁
体、１０・・・鉛ダンパー　１１・・・変位拡大部（油
圧シリンダ）、１２・・・連結棒、１３・・・圧力感知
部（圧力バック）、１４・・・油導通管、１６・・・密
閉容器、１７・・・鉛 特許出願人　　株式会社　竹中工務店 オイレス工業株式会社 代　理　人　　弁理士　池１）仁士

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対変位する構造物間に介装され、該変位を大面積
   部の容積変化に変換する圧力感知部と、前記圧力感知部
   の容積変化を連通通路部を介して伝達され、該容積変化
   をその小面積部で拡大変位に交換する変位拡大部と、 前記変位拡大部の変位を連結棒を介して伝達され、連結
   棒の変位に伴う密閉容器内に封入された鉛の塑性流動に
   よりエネルギーを吸収する鉛ダンパーと、 からなることを特徴とするダンパー装置。 ２）請求項１において、圧力感知部は少なくとも２つよ
   りなり、往復動する構造物間に逆位相関係に配されると
   ともに、それぞれの変位拡大部を鉛ダンパーを挟んで相
   対して配してなる、ことを特徴とするダンパー装置。 ３）鉛ダンパーに替えて油圧ダンパーを使用した請求項
   １又は２のいずれかに記載のダンパー装置。 ４）建築構造物の柱と梁とによって区画される空間部に
   は前記柱及び梁と所定の間隙を存して相対変位可能に壁
   体が配されており、 前記柱及び梁と壁体との間隙には、該変位を大面積部の
   容積変化に変換する圧力感知部が設置され、 前記圧力感知部の容積変化を連通通路部を介して伝達さ
   れ、該容積変化をその小面積部で拡大変位に変換する変
   位拡大部と、前記変位拡大部の変位を連結棒を介して伝
   達され、連結棒の変位に伴う密閉容器内に封入された鉛
   の塑性流動によりエネルギーを吸収する鉛ダンパーとが
   、不動位置に設置されてなる、 ことを特徴とするダンパー装置を組込んだ壁構造。