JPH08277652A

JPH08277652A - 軸方向移動機構付き鉛ダンパ

Info

Publication number: JPH08277652A
Application number: JP10488795A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yamada; 俊一山田; Yasuo Takenaka; 康夫竹中; Tomohiko Arita; 友彦有田; Nobuyuki Miyagawa; 信幸宮川; Ikuo Shimoda; 郁夫下田; Masayoshi Ikenaga; 雅良池永; Mitsuru Miyazaki; 充宮崎
Original assignee: Kajima Corp; Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】鉛体の水平せん断変形による地震エネルギー
を吸収する鉛ダンパにおいて、鉛体に上下方向の応力変
動を無くし、鉛体の純せん断変形を確保すること。【構成】構造物の一方に鉛体を有する塑性変形部が配
され、構造物の他方にピストン体とシリンダ体との摺動
をもって上下方向の移動を許容する上下移動機構部が配
されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ. 発明の目的 (1) 産業上の利用分野この発明は、地震動等の強制振動力により相対的に変位
する構造物間、例えば、建物−基礎間、建物の層間、隣
接する建物棟間に介装され、構造物間の振動を鉛体のせ
ん断変形を利用して吸収する鉛ダンパに関する。

【０００２】(2) 従来の技術この種の鉛ダンパは一般に、円柱状をなす鉛体を主体と
し、この鉛体の上下に上下端板が一体的に固着され、か
つ、この上下端板を介して上下部構造に介装設置されて
なる。しかして、上下部構造が強制振動力を受けて振動
すると、該鉛ダンパの鉛体が水平方向に塑性変形を受
け、この塑性変形に伴うエネルギー吸収をもって構造物
の振動が吸収されるものである。しかしながら、この鉛
体の塑性変形において、鉛体の上下面は拘束されたもの
となっており、鉛体の鉛直高さは実質的に変化しないも
のであるので、これに伴い上下の軸方向（以下、単に
「上下方向」という）への伸び縮みが強制されることに
なる。この結果、鉛体の内部応力が高まり、水平変位を
阻害するばかりでなく、純せん断変形がなされず、ひい
てはこの断面変動に伴う破断に至るものである。すなわ
ち、上下方向の伸縮に伴う応力変動により、当初の純せ
ん断変形を仮定して設計された履歴特性曲線からずれを
生じ、所定の性能が得られないものである。

【０００３】(3) 発明が解決しようとする問題点本発明は上記実情に鑑みなされたものであって、この種
の鉛ダンパにおいて、上下方向への鉛体の応力の高まり
（変動）を抑え、鉛体の純せん断変形を保証し、これに
より長期にわたって当初の性能を保持し、しかも大きな
水平変形に対応することのできる鉛ダンパを得ることを
目的とする。本発明はこのため、鉛体の上下応力の高ま
り（変動）を回避する上下移動を許容する機構を組み込
んでこの目的を達成しようとするものである。

【０００４】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパは具体的には次の
構成を採る。すなわち、互いに面方向に変位する２つの
構造物間に介装される鉛ダンパにおいて、前記一方の構
造物側に固定され、前記面方向への変形を受ける鉛体か
らなる塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他方の構
造物側の端部において、該他方の構造物側に向けてピス
トン体が突設され、前記他方の構造物側に固定され、前
記ピストン体をその内孔内に収容し、面に直交する軸方
向への移動のみ許容して拘束するシリンダ体を有する、
ことを特徴とする。更にまた、互いに面方向に変位する
２つの構造物間に介装される鉛ダンパにおいて、前記一
方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を受ける
鉛体からなる塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他
方の構造物側の端部において、該他方の構造物側に向け
て内孔を有するシリンダ体が突設され、前記他方の構造
物側に固定され、前記シリンダ体の内孔に嵌挿されて前
記シリンダ体を面に直交する軸方向への移動のみ許容し
て拘束するピストン体を有する、ことを特徴とする。上
記構成において、ピストン体とシリンダ体とは軸方向移
動機構部を構成する。本鉛ダンパは縦置き・横置きのい
ずれの態様も採ることができる。従って、縦置きの態様
においては軸方向は上下方向を採る。また、面方向は一
軸方向も含む。

【０００５】(2) 作用地震力・その他の強制振動力が作用すると、２つの構造
物が互いに面方向に急激に相対変位する。本ダンパで
は、ピストン体とシリンダ体とからなる軸方向移動機構
部では面方向移動が拘束されたものとなっているので、
横剛性の小さな塑性変形部の鉛体が面方向への変形を受
ける。この鉛体の塑性変形により地震エネルギーが吸収
され、構造物間の変位加速度を減衰させるとともに相対
変位を抑制し、減衰作用をなす。この塑性変形部の鉛体
の変形において、当該塑性変形部に連設する軸方向移動
機構部では軸方向移動が許容されているので、鉛体の軸
変形応力を与えない。

【０００６】(3) 実施例本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの実施例を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１及び図２はその一実施例（第１実施
例）として縦置き態様の上下移動機構付き鉛ダンパＤを
示す。図において、Ｇは建築構造物としての上部構造、
Ｂは該上部構造Ｇを支持する基礎としての下部構造であ
る。本鉛ダンパＤはこの上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間
に介装され、上部構造Ｇに作用する振動を吸収する機能
を主体とするものであり、上部構造Ｇの荷重を支持する
機能はない。本実施例において、「上下」方向は本発明
の「軸」方向に相当する。

【０００７】本実施例の上下移動装置付き鉛ダンパＤ
は、鉛体を主体とする塑性変形部１と、該塑性変形部１
の上部に配される上下移動機構部２とからなる。

【０００８】以下、各部の細部の構成を説明する。塑性変形部１塑性変形部１は、鉛体４を上下の端板５，６をもって挟
着する構成を採る。（鉛体４）鉛体４は、本実施例では中実の鼓状をなす
が、円柱状を除外するものではない。該鉛体４は純鉛の
他に、鉛合金あるいは鉛とその他の物質との混合物を含
む。また、本実施例では鼓状体の外側は露出されたもの
となっているが、変形を阻害しない範囲内で被覆を施さ
れることを妨げるものではない。純鉛は、密度（g/cm³)
が１１．３６、融点が３２７．４℃を示し、機械的性質
としては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限１．６６Ｍ
Pa、引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、圧縮強さ４
９ＭPa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このように、純鉛は
展延性に富み、容易に塑性変形を受ける。鉛体は塑性変
形する際に振動エネルギーを吸収し、熱エネルギーとし
て放出するとともに、再結晶化する。従って、繰り返し
起こる塑性変形に対しても、そのエネルギー吸収性能は
変化しない。（上下端板５，６）上下端板５，６は、鋼板製よりな
り、鉛体４を一体的に固定保持する。上部端板５は上下
移動機構部２に連動し、そのピストン体１１との固定に
供される。下部端板６は、円周方向に所定間隔をもって
穿設されたボルト挿通孔７をもって、下部構造Ｂとの固
定をなす。すなわち、該ボルト挿通孔７に下部構造Ｂに
植設されたアンカーボルト８が挿通され、ナット９をも
って締め付けて固定される。

【０００９】上下移動機構部２上下移動機構部２は、塑性変形部１の上部端板５上に固
設された円筒状のピストン体１１と、該ピストン体１１
を所定の間隔をもって上下移動自在に収容する円筒状の
シリンダ体１２と、これらのピストン体１１とシリンダ
体１２との間隙に設置され該間隙を保持するボール状の
転動子１３とからなり、シリンダ体１２は上部構造Ｇに
固定される。（ピストン体１１）ピストン体１１は、本体が剛性の大
きな円筒体からなり、塑性変形部１の上部端板５上に固
定され、その外側には耐摩耗性の円筒状の支圧体１４が
被嵌される。支圧体１４の下端には外方へ延設される鍔
１４ａが形成される。ピストン体１１の本体が充分に高
い剛性を有する場合には該支圧体１４は省略されうる。（シリンダ体１２）シリンダ体１２は、その円孔内にピ
ストン体１１並びに転動子１３を収容するとともに、そ
の円孔の内周にピストン体１１と同様の耐摩耗性の円筒
状をなす支圧体１５が嵌挿される。この支圧体１５もシ
リンダ体１２の本体が高い剛性を示す場合には省略され
うる。シリンダ体１１の上面にはアンカー鋼棒１７が固
設され、上部構造Ｇ中に埋設され、上部構造Ｇとの固定
をなす。（転動子１３）転動子１３は高い剛性を示す鋼球よりな
り、ピストン体１１とシリンダ体１２との間隙に所要数
設置される。すなわち、転動子１３は上下方向並びに円
周方向に適宜のスペーサ１８（１８ａ，１８ｂ）を介し
て転動自在に所定間隔をもって配される。下部にある転
動子１３はピストン体１１の鍔１４ａに支持される。転
動子１３はピストン体１１とシリンダ体１２との支圧体
１４，１５に常時接する。この転動子１３により、ピス
トン体１１とシリンダ体１２とは全水平方向において荷
重が伝達され、上下方向には運動自由となる。

【００１０】図３は本上下移動機構付き鉛ダンパＤの設
置の一例を示す。図において、Ｅは地盤であり、該地盤
Ｅ中に基礎杭Ｐが打設され、下部構造すなわち基礎Ｂは
この基礎杭Ｐの頭部に固定される。Ｓは基礎Ｂ上に設置
された支承であり、上部構造すなわち建築物Ｇの荷重は
該支承Ｓを介して地盤Ｅに伝達される。本鉛ダンパＤは
この支承Ｓと併置される。

【００１１】（実施例の作用・効果）この実施例の上下
移動機構付き鉛ダンパＤの作用を説明する（図４参
照）。常時においては、本上下移動機構付き鉛ダンパＤ
とは別に配された支承Ｓにより、上部構造Ｇの荷重は下
部構造Ｂに支持され、本鉛ダンパＤには荷重は作用しな
い。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢な伸縮変位
に対しては、塑性変形部１の鉛体４はその水平変位に追
従し、また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対しては、
塑性変形部１の鉛体４は初期弾性により抵抗し、水平方
向の変位を阻止する。この温度差に基づく水平変位に際
し、本鉛ダンパＤの上下移動機構部２の機能により上下
移動が許容されたものとなっているので、塑性変形部１
に引張り抵抗が作用せず、鉛体４の異常な変形が防止さ
れる。

【００１２】次に、地震力が作用したとき、強制振動力
Ｑに対して上下部構造Ｇ，Ｂが互いに水平方向に急激に
相対変位する。これに伴い、本鉛ダンパＤでは上下移動
機構部２で水平方向移動が拘束されたものとなっている
ので、横剛性の小さな塑性変形部１の鉛体４が水平方向
への変形を受ける。この塑性変形部１の鉛体４の塑性変
形により地震エネルギーが吸収され、上部構造Ｇの変位
加速度を減衰させるとともに相対変位を抑制し、減衰作
用をなす。

【００１３】図４に基づいてこの挙動を説明する。すな
わち、上部構造Ｇがイ方向へ変位すると、本鉛ダンパＤ
も全体的にせん断変形力を受け、塑性変形部１の鉛体４
はせん断力による塑性変形を受ける。この塑性変形部１
の鉛体４の変形において、当該塑性変形部１に連動する
上下移動機構部２では上下動が許容されているので、こ
の塑性変形に伴う高さの変化分Δｈ＝ｈ１−ｈ２が吸収
される。この結果、塑性変形部１に引張り抵抗が作用せ
ず、鉛体４に上下変形応力が作用せず、塑性変形部１の
鉛体４は純せん断変形を受けることになる。これによ
り、イ方向への変位が制動される。続いて、上部構造Ｇ
はイ方向と逆方向に変位するが、同様に塑性変形部１の
鉛体４の純せん断塑性変形により地震エネルギーを吸収
し、この変位を制動する。この変位は周期性をもって振
動し、塑性変形部１のエネルギー吸収作用により速やか
に該振動は減衰される。

【００１４】本実施例の鉛ダンパＤによれば、塑性変形
部１の鉛体４の塑性変形において、該鉛体４には上下変
形応力が作用せず、かつ純せん断変形を受け、一定容量
（断面）の鉛体について大きなエネルギー吸収能が得ら
れ、その結果、同一のエネルギー吸収能について従来の
ものよりも小型化が達成される。また、本鉛ダンパＤの
鉛体４は断面縮小に伴うエネルギー吸収特性の低下がな
く、設計仕様に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮
し、設計の標準化が達成される。

【００１５】（第２実施例）先の実施例では塑性変形部
１の上位に上下移動機構部２を配したが、これを逆に配
した態様を採っても実質的にその機能に変わりはない。
図５は第２実施例の上下移動機構付き鉛ダンパＤ１を示
し、先の第１実施例と同等の部材については同一の符号
が付されている。すなわち、この鉛ダンパＤ１では、塑
性変形部１の下部端板６に上下移動機構部２のピストン
体１１が固設され、また、転動子１３はシリンダ体１２
の支圧体１５の鍔１５ａに支持される。この鍔１５ａは
格別必要なものではなく、また、他の部材・素材をもっ
て代替されうる。そして、上下移動機構部２のシリンダ
体１２の底板を介して基礎Ｂのアンカーボルト８に固定
され、塑性変形部１の上部端板５の上面に植設されたア
ンカー鋼棒１７を介して上部構造Ｇに固定される。な
お、２０は防塵用カバーであって、塑性変形部１の下部
端板６の周縁に固設され、上下移動機構部２の上面を覆
う。

【００１６】（第３実施例）図６は本発明の上下移動機
構付き鉛ダンパの他の実施例（第３実施例）を示す。本
鉛ダンパＤ２は、その塑性変形部１は先の第１・第２実
施例に準じるが、上下移動機構部２において断面が矩形
とされ、ピストン体１１とシリンダ体１２とに介装され
る転動子１３はローラが採用される。本鉛ダンパＤ２に
よれば、転動子１３はローラ状を採ることにより、その
接点を大きく採ることができ、ボール状に比べて個数を
減少させることができる。

【００１７】（第４実施例）図７は本発明の上下移動機
構付き鉛ダンパの更に他の実施例（第４実施例）を示
す。この鉛ダンパＤ３は、上下移動機構部２において、
ピストン体１１とシリンダ体１２とは滑り接触をなす。
すなわち、シリンダ体１２の内周にすべり軸受体２２が
嵌装され、ピストン体１１の外周と滑り接触をなす。す
べり軸受体２２は、例えば、銅合金あるは鋳鉄等の基材
の表面に固体潤滑材２３を埋め込んだ構成を採る。

【００１８】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。以上の実施例では、いずれも、上下移動機構部２に
おいてピストン体１１が塑性変形部１に連動し、シリン
ダ体１２が他の構造物に固定される態様を採るものであ
るが、これを逆にし、シリンダ体１２を塑性変形部１に
連動させ、ピストン体１１を他の構造物に固定する態様
を採ることができる。図８はこの態様の一例（第１態
様）を示し、第１実施例（図１）の変形態様を採る。す
なわち、塑性変形部１の上位に上下移動機構部２が配さ
れ、上下移動機構部２は円形をなし、ボール状の転動子
１３を介する。第２態様：第２実施例（図５）の変形を採り、上下移動
機構部２の上位に塑性変形部１が配され、上下移動機構
部２は円形をなし、ボール状の転動子１３を介する。第３態様：第３実施例（図６）の変形を採り、塑性変形
部１の上位に上下移動機構部２が配され、上下移動機構
部２は矩形をなし、ローラ状の転動子１３を介する。第４態様：第４実施例（図７）の変形を採り、塑性変形
部１の上位に上下移動機構部２が配され、上下移動機構
部２のピストン体とシリンダ体とはすべり面をもって接
する。図例では上下移動機構部２は１つの塑性変形部１に
付き単数であるが、複数の上下移動機構部２を配しても
よい。

【００１９】本鉛ダンパＤは図３に示す基礎と建物間へ
の適用例に限られるものではなく、建物層間あるいは建
物棟間へも適用されるものである。図９は本鉛ダンパＤ
の建物層間への適用例を示す。すなわち、図において、
Ｈは骨組構造を採る建物であって、Ｉは該建物Ｈ内に配
された壁体である。本鉛ダンパＤ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，
以下同様）はこの建物と壁体Ｉとの間に介装される。３
０，３１はそれぞれ建物Ｈの梁材、柱材である。骨組構
造の建物Ｈは固有周期が大きく、強制振動力を受けて大
きく振れ、層間では大きな相対変位分が顕れる。一方、
壁体Ｉは固有周期が小さく、かつ振動幅は小さい。地震
動により、建物Ｈと壁体Ｉとの間に生ずる相対変位は本
鉛ダンパＤにより吸収される。

【００２０】図１０は本鉛ダンパＤの建物棟間への適用
例を示す。すなわち、図において、Ｊ，Ｋは相隣れる建
物であって、それらの形状・高さよりそれぞれ振動特性
（固有周期、減衰性）が異なる。両建物Ｊ，Ｋ間には渡
り通路（図示せず）が設置される。しかして、これらの
両建物Ｊ，Ｋ間に、望ましくはこれらの建物の振動の腹
部において、腕部３３，３４が上下に交差して延設さ
れ、これらの間に本鉛ダンパＤが介装される。

【００２１】Ｃ. 発明の効果本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパによれば、面方向
の強制振動力が作用したとき、塑性変形部の鉛体の面方
向変形に伴う軸方向移動分は軸方向移動機構部によって
逃がされるので、鉛体に軸方向の変形応力が生ぜず、純
せん断塑性変形を得ることができる。この結果、一定容
量（断面）の鉛体について大きなエネルギー吸収能が得
られ、同一のエネルギー吸収能について従来のものより
も小型化が達成される。また、本鉛ダンパの鉛体は断面
縮小に伴うエネルギー吸収特性の低下がなく、設計仕様
に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮し、設計の標準
化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの一実施
例（第１実施例）の縦断面図（図２のＩ−Ｉ線断面
図）。

【図２】図１のII−II線断面平面図。

【図３】(a) 図は軸方向移動機構付き鉛ダンパの設置態
様を示す基礎部の縦断面図。(b) 図は(a) 図のIII-III
線断面図。

【図４】塑性変形部における鉛体の動作図。

【図５】本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの他の実
施例（第２実施例）の縦断面図。

【図６】(a) 図は本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパ
の更に他の実施例（第３実施例）の縦断面図。(b) 図は
(a) 図のVI-VI 線断面図。

【図７】(a) 図は本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパ
の更に他の実施例（第４実施例）の縦断面図。(b) 図は
(a) のVII-VII 線断面図。

【図８】本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの変形態
様の縦断面図。

【図９】本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの他の適
用例図。

【図１０】本発明の軸方向移動機構付き鉛ダンパの更に
他の適用例図。

【符号の説明】

Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…軸方向（上下）移動機構
付き鉛ダンパ、Ｇ…上部構造、Ｂ…下部構造、Ｓ…支
承、１…塑性変形部、２…軸方向（上下）移動機構部、
４…鉛体、１１…ピストン体、１２…シリンダ体、１３
…転動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有田友彦東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者宮川信幸東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者下田郁夫神奈川県藤沢市桐原町８番地オイレス工業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者池永雅良神奈川県藤沢市桐原町８番地オイレス工業株式会社藤沢事業場内 (72)発明者宮崎充神奈川県藤沢市桐原町８番地オイレス工業株式会社藤沢事業場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに面方向に変位する２つの構造物間に
介装される鉛ダンパにおいて、前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を
受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部において、該
他方の構造物側に向けてピストン体が突設され、前記他方の構造物側に固定され、前記ピストン体をその
内孔内に収容し、面に直交する軸方向への移動のみ許容
して拘束するシリンダ体を有する、ことを特徴とする軸
方向移動機構付き鉛ダンパ。
【請求項２】互いに面方向に変位する２つの構造物間に
介装される鉛ダンパにおいて、前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を
受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部において、該
他方の構造物側に向けて内孔を有するシリンダ体が突設
され、前記他方の構造物側に固定され、前記シリンダ体の内孔
に嵌挿されて前記シリンダ体を面に直交する軸方向への
移動のみ許容して拘束するピストン体を有する、ことを
特徴とする軸方向移動機構付き鉛ダンパ。
【請求項３】ピストン体とシリンダ体とは転動子を介し
て軸方向移動自在である請求項１又は２に記載の軸方向
移動機構付き鉛ダンパ。
【請求項４】ピストン体とシリンダ体とは直接的に相接
して摺動自在である請求項１又は２に記載の軸方向移動
機構付き鉛ダンパ。
【請求項５】ピストン体は単数である請求項１又は２に
記載の軸方向移動機構付き鉛ダンパ。
【請求項６】ピストン体は複数である請求項１又は２に
記載の軸方向移動機構付き鉛ダンパ。