JPH1018418A - 建築物の制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとが互いに並
列関係に配置されるため、振動が別経路を介して伝播さ
れることになり、粘性ダンパーによる微小振動の減衰効
果が十分に得られない場合もある。 【解決手段】 柱部材１０，１０…および梁部材１２，
１２…によって構築した矩形状の主架構１４の一組の対
角部分１４ａ，１４ｂに、直線状のブレース１６の両端
部をピン接合Ａ，Ｂする。ブレース１６に摩擦ダンパー
１８と粘性ダンパー２０とを直列に組込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物の制振構
造、とりわけ、主架構が柱部材と梁部材とにより矩形状
に構成される建築物の制振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の建築物の制振構造としては、例
えば実開平４−１１１８７０号公報（Int.Cl. E04H 9/0
2 ）に開示されたものがある。これは図４に示すよう
に、主架構を構成する隣接する柱部材１，１と天井相当
部分の梁２との両交差部分からＶ字状のブレース３を垂
設し、このブレース３下端と前記両柱部材１，１との間
に鉛押し出しダンパーとして構成される弾塑性ダンパー
４，４を設けると共に、ブレース３下端と水平材６との
間に粘性剪断ダンパーとして構成される粘性ダンパー５
を設けるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記弾塑性ダンパー
４，４は、これが降伏することによって振動エネルギー
が吸収される構造となっており、この弾塑性ダンパー
４，４では大きな振動の減衰に有効となる。しかしなが
ら、前記弾塑性ダンパー４，４は、これが塑性化するま
での比較的小さな振動に対しては制振効果が得られない
こと、当該ダンパー４，４が塑性化すると高い制振効果
が得られるが、入力振動終了後に主架構と弾塑性ダンパ
ー４，４の双方に変形や応力が残留することなどの問題
がある。

【０００４】一方、前記粘性ダンパー５は粘性流体が移
動するときの減衰抵抗によって振動を減衰できるように
なっており、小さな振動から振動減衰の効果が期待でき
る。この粘性ダンパー５に関しては非常に高い粘性減衰
係数を有する高減衰力オイルダンパーなどが提案され実
用化に向けて開発が進められているが、粘性ダンパー５
としてこのような高性能なものを用いる場合、大振動の
入力時にこの粘性ダンパー５から主架構に伝達される高
い減衰力に対応するため、ダンパー５と主架構の接続部
や主架構自体に補強などを施したり、ダンパー５の粘性
減衰特性に非線形性を持たせてダンパー５からの入力を
制限するなどの配慮が必要となる。

【０００５】そして、かかる従来の建築物の制振構造に
あっては、ブレース３下端に設けられる弾塑性ダンパー
４，４と粘性ダンパー５とは互いに並列関係に配置され
るようになっている。このため、柱部材１、１と梁２と
からなる主架構に入力された振動は常に前記弾塑性ダン
パー４，４と前記粘性ダンパー５とに独立して入力され
ることになる。このため、建築物に微小振動が入力され
た場合には、粘性ダンパー５で微小振動を効果的に吸収
したとしても、別経路を介して弾塑性ダンパー４，４に
振動が伝達されてしまうため、この弾塑性ダンパー４，
４によって振動が伝播されてしまう。このため、前記弾
塑性ダンパー４，４と粘性ダンパー５とを併設したにも
かかわらず、粘性ダンパー５による微小振動の減衰効果
が十分に得られない場合もあるという課題があった。

【０００６】そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑み
て、建築物に小さな振動および大きな振動のいずれが入
力された場合にも効果的に振動を減衰することができる
建築物の制振構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の建築物の制振構造の第１の構成は、水平方
向および上下方向に適宜間隔を隔てて配置された柱部材
と梁部材とによって矩形状の主架構が構成された建築物
において、この矩形状の主架構の一組の対角部分または
この対角部分近傍に両端部をピン接合してブレースを設
け、このブレースに摩擦ダンパーと粘性ダンパーとを直
列に組込むことにより構成する。

【０００８】また、本発明の建築物の制振構造の第２の
構成は、水平方向および上下方向に適宜間隔を隔てて配
置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架構が構
成された建築物において、この矩形状の主架構の一組の
対角部分またはこの対角部分近傍に両端部をピン接合し
てブレースを設け、このブレースに弾塑性ダンパーと粘
性ダンパーとを直列に組込むことにより構成する。

【０００９】更に、本発明の建築物の制振構造の第３の
構成は、水平方向および上下方向に適宜間隔を隔てて配
置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架構が構
成された建築物において、この矩形状の主架構の一組の
対角部分またはこの対角部分近傍それぞれに一対のブレ
ースの各一端をピン結合するとともに、これらブレース
の他端どうしを互いにピン結合し、このピン結合部分を
直列に配置した弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを介し
て前記主架構の他の１つの角部部分に接続することによ
り構成する。

【００１０】以上の構成により本発明の第１の構成にあ
っては、建築物に振動が入力されると矩形状の主架構が
変形し、この変形による変位は、主架構の一組の対角部
分またはこの対角部分近傍に両端部がピン接合されたブ
レースに入力され、この変位がこのブレースに組込まれ
た摩擦ダンパーおよび粘性ダンパーに入力される。この
とき摩擦ダンパーと粘性ダンパーとは直列に配置されて
いるので、建築物に入力された振動は前記摩擦ダンパー
と前記粘性ダンパーとの相関性をもって減衰される。即
ち、建築物に小さな振動が入力された場合には、粘性ダ
ンパーが作用して振動減衰し、大きな振動が入力された
場合には、摩擦ダンパーと粘性ダンパーとがそれぞれの
特長を発揮して振動減衰するため、建築物に入力される
振動の大小にかかわらず効果的に振動減衰することがで
きる。

【００１１】また、本発明の第２の構成にあっては、建
築物に入力された振動で変形される主架構の変位は、主
架構の一組の対角部分またはこの対角部分近傍に両端部
がピン接合されたブレースに入力され、この変位がこの
ブレースに組込まれた弾塑性ダンパーおよび粘性ダンパ
ーに入力される。このとき弾塑性ダンパーと粘性ダンパ
ーとは直列に配置されているので、建築物に入力された
振動は前記弾塑性ダンパーと前記粘性ダンパーとの相関
性をもって減衰され、小さな振動に対しては粘性ダンパ
ーが作用して振動減衰し、大きな振動に対しては弾塑性
ダンパーと粘性ダンパーとがそれぞれの特長を発揮して
振動減衰することができるため、建築物に入力される振
動の大小にかかわらず効果的に振動減衰することができ
る。また、大きな振動入力により前記弾塑性ダンパーに
残留変形や残留応力が生じてこれを交換する際にも、こ
の弾塑性ダンパーと直列配置されている粘性ダンパーが
変形吸収機能を備えていることにより、新たな弾塑性ダ
ンパーの取付け時に粘性ダンパーで融通を利かせること
ができて、この弾塑性ダンパーの交換作業が著しく容易
になる。更に、弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを直列
配置したことにより、主架構に弾塑性ダンパーの降伏耐
力以上の荷重が入力されるのを防止でき、主架構の設計
を簡単化することができる。

【００１２】更に、本発明の第３の構成あっては、矩形
状の主架構の一組の対角部分またはこの対角部分近傍そ
れぞれに、一対のブレースの各一端をピン結合すると共
に、これらブレースの他端どうしを互いにピン結合し、
このピン結合部分を直列に配置した弾塑性ダンパーと粘
性ダンパーとを介して前記主架構の他の１つの角部部分
に接続したので、建築物に振動が入力されて主架構が変
形されると、この変形で生じた変位は一対のブレースを
介して前記弾塑性ダンパーおよび粘性ダンパーに入力さ
れる。このとき弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとは直列
に配置されているので、建築物に入力された振動は前記
弾塑性ダンパーと前記粘性ダンパーとの相関性をもって
減衰され、小さな振動に対しては粘性ダンパーが作用し
て振動減衰し、大きな振動に対しては弾塑性ダンパーと
粘性ダンパーとがそれぞれの特長を発揮して振動減衰
し、振動の大小にかかわらず効果的に振動減衰すること
ができる。また、大きな振動入力により前記弾塑性ダン
パーに残留変形や残留応力が生じてこれを交換する際に
も、この弾塑性ダンパーと直列配置されている粘性ダン
パーが変形吸収機能を備えていることにより、この弾塑
性ダンパーの交換作業が著しく容易になる。更に、弾塑
性ダンパーと粘性ダンパーとを直列配置したことによ
り、主架構に弾塑性ダンパーの降伏耐力以上の荷重が入
力されるのを防止して、主架構の設計を簡単化すること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかる建
築物の制振構造の第１実施形態を示す概略構成図であ
る。

【００１４】即ち、本実施形態の制振構造が適用される
建築物は図１に示すように、それぞれ適宜間隔をもって
配置される柱部材１０，１０…および梁部材１２，１２
…によってラーメン構造となる主架構１４が矩形状に構
築されている。尚、同図はラーメン構造によって門形フ
レームとして構成される１つの主架構１４を便宜上示し
てある。

【００１５】矩形状に形成された前記主架構１４に対
し、一組の対角部分１４ａ，１４ｂにブレース１６の両
端部をピン接合Ａ，Ｂしてある。前記ブレース１６には
摩擦ダンパー１８と粘性ダンパー２０とが直列に組込ま
れる。本実施形態では前記ブレース１６は、２分割の分
割ブレース１６ａ，１６ｂを互いに剛結して一直線状に
形成されている。

【００１６】前記摩擦ダンパー１８…は、例えば重ね合
わせた２枚の鋼板をこれらに形成したルーズホールに装
着したボルト・ナットで締結し、これら鋼板がルーズホ
ールで互いに相対移動する際に板面間に発生する摩擦で
振動エネルギーを吸収するようになっている。

【００１７】一方、前記粘性ダンパー２０は粘性流体の
移動で振動減衰するので、小さな振動から減衰力を発生
するが、この粘性ダンパー２０には高い減衰係数を付与
して大きな振動領域まで減衰効果が発揮されるように設
定される。

【００１８】以上の構成により本実施形態の建築物の制
振構造にあっては、建築物に地震等による振動力が入力
されると、矩形状の主架構１４は地震発生時等に生ずる
水平方向の荷重によって変形される。即ち、ラーメン構
造を構成する主架構１４では四隅の角部の剛結状態を保
持しつつ柱部材１０，１０…および梁部材１２，１２…
がたわみ変形される。そして、このような前記主架構１
４の変形は対角部分１４ａ，１４ｂ間を結ぶブレース１
６に入力され、この入力により摩擦ダンパー１８および
粘性ダンパー２０が作動する。前記摩擦ダンパー１８と
前記粘性ダンパー２０とは直列に配置されているので、
建築物に入力された振動力は、これら摩擦ダンパー１８
と粘性ダンパー２０との双方に作用し、両者の相関性を
もって振動減衰することができる。

【００１９】従って、主架構１４に小さな振動が入力さ
れた場合には、粘性ダンパー２２が作用して振動が減衰
される一方、大きな振動が入力された場合には、摩擦ダ
ンパー１８と粘性ダンパー２０とが同時に作用して振動
が減衰されることになる。このため、主架構１４に入力
される振動の大小にかかわらず摩擦ダンパー１８および
粘性ダンパー２０によって効果的に振動減衰することが
できる。

【００２０】図２は本発明の第２実施形態を示し、前記
第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複す
る説明を省略して述べる。尚、同図は概略構成図であ
る。

【００２１】即ち、この実施形態にあっては前記第１実
施形態と同様に、柱部材１０，１０…および梁部材１
２，１２…によってラーメン構造となる主架構１４が矩
形状に構築され、この主架構１４の一組の対角部分１４
ａ，１４ｂにブレース１６の両端部をピン接合Ａ，Ｂし
てある。前記ブレース１６は２分割された分割ブレース
１６ａと１６ｂそれぞれに粘性ダンパー２０，２０を介
装すると共に、分割ブレース１６ａと１６ｂとの間に弾
塑性ダンパー２２を介装し、これら粘性ダンパー２０，
２０と弾塑性ダンパー２２とを直列に配置してある。

【００２２】この実施形態にあっても前記粘性ダンパー
２０，２０は高い減衰係数を付与して大きな振動領域ま
で減衰効果が発揮されるように設定する。一方、前記弾
塑性ダンパー２２は降伏する時の塑性吸収エネルギーで
振動を減衰するようになっており、このときの降伏耐力
が大きいことから大きな振動に対して減衰力を発生す
る。前記弾塑性ダンパー２２は筒状シリンダ２２ａの両
端にディスク状の降伏板２２ｂ，２２ｃを取付けて構成
され、これら降伏板２２ｂ，２２ｃの中心部に前記分割
ブレース１６ｂ，１６ｃをピン接合するようになってい
る。

【００２３】従って、この実施形態の建築物の制振構造
にあっては、地震等の振動力の入力により主架構１４が
たわみ変形されると、このときの変形がブレース１６を
介して互いに直列配置された粘性ダンパー２０，２０と
弾塑性ダンパー２２に入力される。従って、建築物に入
力された振動力は粘性ダンパー２０，２０と弾塑性ダン
パー２２との双方に作用し、これら粘性ダンパー２０，
２０および弾塑性ダンパー２２両者の相関性をもって振
動減衰することができる。

【００２４】従って、主架構１４に入力される小さな振
動に対しては粘性ダンパー２０，２０が作用して振動が
減衰される一方、大きな振動に対しては弾塑性ダンパー
２２の降伏板２２ｂ，２２ｃが降伏してエネルギー吸収
し、この弾塑性ダンパー２２と前記粘性ダンパー２０，
２０とが同時に作用して振動が減衰されることになる。
このため、主架構１４に入力される振動の大小にかかわ
らず粘性ダンパー２０，２０および弾塑性ダンパー２２
によって効果的に振動減衰することができる。

【００２５】また、前記粘性ダンパー２０，２０と弾塑
性ダンパー２２とが直列配置されていることにより、主
架構１４には前記弾塑性ダンパー２２の降伏耐力以上の
荷重が入力されるのが防止される。この点を詳述する
と、例えば上述した高い粘性減衰係数のエネルギー吸収
能に優れた粘性ダンパーを単独で用いると、層間応答速
度が大きくなるにつれて減衰力が非常に大きくなり、主
架構に損傷を及ぼすおそれがある。従って、このような
高性能粘性ダンパーを組込む場合には、主架構に対して
損傷に対する対策を施す必要がある。ここに、降伏する
ことによってエネルギー吸収を行う弾塑性ダンパー２２
を採用し、この弾塑性ダンパー２２と前記粘性ダンパー
２０，２０とを直列配置することで、主架構１４には弾
塑性ダンパー２２の降伏耐力以上の荷重が入力されない
ことから、この主架構１４の設計を著しく簡単化するこ
とができる。

【００２６】更に、本実施形態では前記主架構１４に大
きな振動が入力されて前記弾塑性ダンパー２２に残留変
形や残留応力が生じた場合に、この弾塑性ダンパー２２
を交換する必要があるが、この弾塑性ダンパー２２の交
換時には、この弾塑性ダンパー２２と前記粘性ダンパー
２０，２０との両者が直列配置されていることにより、
弾塑性ダンパー２２の交換作業が容易になる。即ち、直
列配置された前記粘性ダンパー２０，２０が変形吸収機
能を備えていることにより、この粘性ダンパー２０，２
０の当該機能で弾塑性ダンパー２２の残留変形分を吸収
して、新たな弾塑性ダンパー２２の取付けを容易にする
ことができる。

【００２７】以上の説明をまとめると、中小の振動入
力に対しては、主に粘性ダンパー２０，２０によって振
動吸収効果が得られる。大きな振動入力に対しては、
小振幅時には主に粘性ダンパー２０，２０が働き、大振
幅時には粘性ダンパー２０，２０と弾塑性ダンパー２２
の両方が働いて振動吸収効果を発揮する。弾塑性ダン
パー２２の降伏耐力を適当に設定することにより、粘性
ダンパー２０，２０および弾塑性ダンパー２２からなる
ダンパー系と主架構１４との接続部や主架構１４自体に
伝達される減衰力が過大とならないように容易に制御で
きる。振動入力終了時に主架構１４とダンパー系の双
方に応力が残留しない。このため、仮に弾塑性ダンパー
２２を交換する必要が生じても交換が容易である。

【００２８】図３は本発明の第３実施形態を示し、前記
各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する
説明を省略して述べる。尚、同図は概略構成図である。

【００２９】即ち、この実施形態にあっては前記各実施
形態と同様に構成された主架構１４の一組の対角部分１
４ａ，１４ｂそれぞれに、一対のブレース２４，２４ａ
の各一端をピン結合するとともに、これらブレース２
４，２４ａの他端どうしを互いにピン結合Ｃする。そし
て、前記ピン結合Ｃ部分を直列に配置した弾塑性ダンパ
ー２６と粘性ダンパー２０とを介して前記主架構１４の
他の１つの角部部分１４ｃに接続することにより構成す
る。

【００３０】従って、この実施形態にあっても地震等の
振動力の入力により主架構１４がたわみ変形されると、
このときの変形がブレース２４，２４ａを介して互いに
直列配置された弾塑性ダンパー２６と粘性ダンパー２０
に入力され、これら弾塑性ダンパー２６と粘性ダンパー
２０両者の相関性をもって振動減衰する。そして、主架
構１４に入力される小さな振動に対しては粘性ダンパー
２０で振動減衰する一方、大きな振動に対しては弾塑性
ダンパー２６が降伏し、この弾塑性ダンパー２６と粘性
ダンパー２０とが同時に作用して振動減衰する。

【００３１】また、弾塑性ダンパー２６と粘性ダンパー
２０とが直列配置されていることにより、主架構１４に
弾塑性ダンパー２６の降伏耐力以上の荷重が入力される
のが防止されることから、この主架構１４の設計を著し
く簡単化できると共に、弾塑性ダンパー２６の交換時
に、粘性ダンパー２０の変形吸収機能により新たな弾塑
性ダンパー２６の取付けを容易にすることができる。

【００３２】ところで、前記各実施形態にあっては主架
構の一組の対角部分１４ａ，１４ｂにブレース１６，２
４，２４ａをピン結合Ａ，Ｂした場合を開示したが、こ
れに限ることなくこれらピン結合Ａ，Ｂする箇所は、前
記対角部分１４ａ，１４ｂの近傍に配置してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
示す建築物の制振構造にあっては、矩形状の主架構の一
組の対角部分またはこの対角部分近傍に両端部をピン接
合したブレースに、摩擦ダンパーと粘性ダンパーとを直
列に組込んだので、建築物に入力された振動を前記摩擦
ダンパーと前記粘性ダンパーとの相関性をもって減衰す
ることができる。即ち、建築物に小さな振動が入力され
た場合には、粘性ダンパーが作用して振動減衰し、大き
な振動が入力された場合には、摩擦ダンパーと粘性ダン
パーとがそれぞれの特長を発揮して振動減衰することが
できるため、建築物に入力される振動の大小にかかわら
ず効果的に振動減衰することができる。

【００３４】また、本発明の請求項２に示す建築物の制
振構造にあっては、矩形状の主架構の一組の対角部分ま
たはこの対角部分近傍に両端部をピン接合したブレース
に、弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを直列に組込んだ
ので、建築物に入力された振動を前記弾塑性ダンパーと
前記粘性ダンパーとの相関性をもって減衰でき、小さな
振動に対しては粘性ダンパーが作用して振動減衰し、大
きな振動に対しては弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとが
それぞれの特長を発揮して振動減衰することができて、
建築物に入力される振動の大小にかかわらず効果的に振
動減衰することができる。また、大きな振動入力により
前記弾塑性ダンパーに残留変形や残留応力が生じてこれ
を交換する際にも、この弾塑性ダンパーと直列配置され
ている粘性ダンパーの変形吸収機能により、新たな弾塑
性ダンパーの交換作業が著しく容易になる。更に、弾塑
性ダンパーと粘性ダンパーとを直列配置したことによ
り、主架構に弾塑性ダンパーの降伏耐力以上の荷重が入
力されるのを防止でき、主架構の設計を簡単化すること
ができる。

【００３５】更に、本発明の請求項３に示す建築物の制
振構造にあっては、矩形状の主架構の一組の対角部分ま
たはこの対角部分近傍それぞれに、一対のブレースの各
一端をピン結合すると共に、これらブレースの他端どう
しを互いにピン結合し、このピン結合部分を直列に配置
した弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを介して前記主架
構の他の１つの角部部分に接続したので、前記請求項２
の構成と同様に建築物に入力される振動の大小にかかわ
らず効果的に振動減衰することができる。また、大きな
振動入力により前記弾塑性ダンパーに残留変形や残留応
力が生じてこれを交換する際にも、この弾塑性ダンパー
と直列配置されている粘性ダンパーが変形吸収機能を備
えていることにより、この弾塑性ダンパーの交換作業が
著しく容易になる。更に、弾塑性ダンパーと粘性ダンパ
ーとを直列配置したことにより、主架構に弾塑性ダンパ
ーの降伏耐力以上の荷重が入力されるのを防止して、主
架構の設計を簡単化することができるという各種優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる建築物の制振構造の第１実施形
態を示す概略構成図である。

【図２】本発明にかかる建築物の制振構造の第２実施形
態を示す概略構成図である。

【図３】本発明にかかる建築物の制振構造の第３実施形
態を示す概略構成図である。

【図４】従来の制振構造を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ 柱部材 １２ 梁部材 １４ 主架構 １４ａ，１４ｂ 対角部分 １６ ブレース １６ａ，１６ｂ 分割ブレース １８ 摩擦ダンパー ２０ 粘性ダンパー ２２ 弾塑性ダンパー ２４，２４ａ ブレース ２６ 弾塑性ダンパー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向および上下方向に適宜間隔を隔
   てて配置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架
   構が構成された建築物において、この矩形状の主架構の
   一組の対角部分またはこの対角部分近傍に両端部をピン
   接合してブレースを設け、このブレースに摩擦ダンパー
   と粘性ダンパーとを直列に組込んだことを特徴とする建
   築物の制振構造。
2. 【請求項２】 水平方向および上下方向に適宜間隔を隔
   てて配置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架
   構が構成された建築物において、この矩形状の主架構の
   一組の対角部分またはこの対角部分近傍に両端部をピン
   接合してブレースを設け、このブレースに弾塑性ダンパ
   ーと粘性ダンパーとを直列に組込んだことを特徴とする
   建築物の制振構造。
3. 【請求項３】 水平方向および上下方向に適宜間隔を隔
   てて配置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架
   構が構成された建築物において、この矩形状の主架構の
   一組の対角部分またはこの対角部分近傍それぞれに一対
   のブレースの各一端をピン結合するとともに、これらブ
   レースの他端どうしを互いにピン結合し、このピン結合
   部分を直列に配置した弾塑性ダンパーと粘性ダンパーと
   を介して前記主架構の他の１つの角部部分に接続したこ
   とを特徴とする建築物の制振構造。