(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震発生時の水平加振方向に曲げ変形する板バネを摩擦的に複数枚重ね合わせ、その上下端それぞれを建築物の上部構造および下部構造に取り付け、さらに重ね合わせた板バネの周囲を上下に複数積層される締め付け枠により囲繞したことを特徴とする建築物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビルなどの建築物に適用する制振装置に関し、摩擦型ダンパーに分類されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築物の耐震安全性、経済性や居住性の向上などを目的として、建物の揺れを積極的に低減する制振構造の開発が多く行われている。
【０００３】
制振構造には、コンピュータなどを用いることなく構造体に減衰機能を有するダンパーを設置して制御するパッシブ型制振構造がある。このパッシブ型制振構造には、従来、鋼棒などのダンパー材を構造物よりも早期に降伏させることにより、その履歴ループによって振動のエネルギーを吸収する履歴型ダンパー、粘弾性体などをブレースや壁に組み込んで減衰させる粘弾性ダンパーがある。履歴型ダンパーは、ダンパー材を降伏させるため、地震後には取り替えが必要となり、また粘弾性体等は、振動数および温度の影響を大きく受けるため、その性能に差が生じる欠点がある。その点、摩擦型ダンパーは、振動数や温度の影響が小さく、ダンパー材を降伏させないため取り替えの必要がないことが大きな特徴である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、摩擦型ダンパーは、その摩擦面での摩擦力の調整が困難であること、設定された抵抗力（変形）が作用するまで効果が発揮できないこと、摩擦が静摩擦から動摩擦へ移行するときに振動および騒音が発生することなどの問題があった。
【０００５】
本発明では上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは従来の摩擦型ダンパーの特徴である振動数や温度などの影響が少ないことに加え、比較的小さな変形から大変形時まで安定した履歴吸収を有する制振装置を提供するものである。
【０００６】
また、摩擦面が静摩擦から動摩擦へ移行するときの振動や騒音などの発生を低減することも創作課題とした。
【０００７】
さらに、バネの枚数、厚みを調整することで履歴吸収エネルギー量を比較的調整しやすくすることも本発明の目的の一つである。
【０００８】
さらにまた、従来の摩擦型ダンパーでは自己復元力を有しないため、残留変形が大きいが、本発明ではこれにも着目し、自己復元力を有する板バネを使用して、地震後の残留変形を可及的小さくすることも目的の一つである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明では、地震発生時の水平加振方向に曲げ変形する板バネを摩擦的に複数枚重ね合わせ、その上下端それぞれを建築物の上部構造および下部構造に取り付けるという手段を用いた。この手段によれば、板バネの変形能力および復元能力と、板バネ間の摩擦力によって減衰機能を得ることができる。また、減衰性能は板バネの枚数、厚み、長さ、材質を変更することによって調整することができる。板バネは自己復元能力を有するため、地震後の残留変形が小さい。
【００１０】
また、板バネの周囲を上下に複数積層される締め付け枠により囲繞した。この手段によれば、板バネ間の摩擦力が一定に保持されるため、地震発生時にも板バネ間に不用意な隙間ができず、安定した減衰機能を得ることができる。
【００１１】
また、締め付け枠は上下に複数分割・積層されているため、締め付け枠は板バネの変形に追従する。よって、板バネの変形を阻害することなく、締め付け枠による摩擦力の一定保持を実現できるから、減衰機能をより安定させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１、図２は本発明の一実施形態に係る制振装置を示したもので、図中、１は建築物の上部構造、２は建築物の下部構造、３は上部構造１と下部構造２の間に適用した本発明の制振装置である。上部構造１および下部構造２は例えば梁が該当する。
【００１３】
制振装置３は、板バネ４を複数枚（本実施形態では６枚）密着して重ね合わせてなる曲げ摩擦型ダンパー部５と、この曲げ摩擦型ダンパー部５を下部構造２に固定する下部固定治具６と、曲げ摩擦型ダンパー部５の頭部を自由端の状態で挟み込む上部取り付け治具７と、曲げ摩擦型ダンパー部５の周囲を囲繞する締め付け枠８と、曲げ摩擦型ダンパー部５と締め付け枠８との間に介装されたゴムなどの弾性体枠９とからなる。
【００１４】
曲げ摩擦型ダンパー部５は平鋼板などの板バネ４を、摩擦面を弱軸方向に曲げが発生するように重ねてなり、下部を下部固定治具６によって固定端とし、上部を上部取り付け治具７によって自由端とすることで、層間変形量を板バネ４の曲げ変形に変換する機構としている。なお、本発明においては、曲げ摩擦型ダンパー部の上下部とも自由端とすることがある。この場合も、曲げ摩擦型ダンパーの後述する作用効果が得られるからである。また、下部のみを自由端、あるいは上下部とも固定端とした場合であっても、後述する作用効果が得られる場合は、本発明の技術的範囲に属することはもちろんである。
【００１５】
また、締め付け枠８および弾性体枠９は、板バネ４の密着度を調整し、常に一定の摩擦力を得ようとするものである。つまり、地震発生時の曲げ摩擦型ダンパー部５の変形に伴い、板バネ間に隙間が空くなど、板バネ同士の密着度が大小することがあるが、これでは摩擦力による振動吸収作用および減衰機能を効果的に得ることができない。そこで本発明では、締め付け枠８および弾性体枠９によって曲げ摩擦型ダンパー部５を外周から締め付け、地震による変形時でも板バネ同士を密着させ、常に板バネ間に摩擦面を形成するようにしたものである。
【００１６】
ここで締め付け枠８および弾性体枠９は、上下に複数分割した構造として、曲げ摩擦型ダンパー部５の変形に追従するように構成している。この構造によれば曲げ摩擦型ダンパー部５の変形に追従できるばかりでなく、上下に積層された締め付け枠８および弾性体枠９の各ユニット間にも摩擦面が形成され、この摩擦面によっても振動吸収作用を得ることができる。
【００１７】
なお、締め付け枠８は曲げ摩擦型ダンパー部５を一定の力で締め付けるための剛性を有する材料から形成する一方、弾性体枠９はゴムなどの弾性体から形成することで、弾性体枠９を常に曲げ摩擦型ダンパー部５と締め付け枠８に密着させることができ、締め付け枠８の機能を最大限に発揮するものである。ただし、弾性体枠９は不用意に大きく変形しない適度な剛性および硬度を有することが必要である。また、弾性体枠９は省略することが可能である。少なくとも締め付け枠８を具備すれば、曲げ摩擦型ダンパー５の摩擦力を一定とすることができるからである。
【００１８】
図３は地震発生時の本発明制振装置の動きを示したもので、同図に示すように、地震発生時には曲げ摩擦型ダンパー部５が頭部を自由端として片持ち梁状に湾曲変形する。そして、このとき地震によって建築物に作用した振動は、曲げ摩擦型ダンパー部５の変形能力および復元能力と、当該変形時に発生する板バネ４同士の摩擦力によって効果的に減衰される。
【００１９】
図４は本発明に係る制振装置の動的水平加振実験の結果を示したもので、このグラフから明らかなように、本制振装置によれば小さな変形から大きな変形時まで安定したバイリニア型の履歴曲線（荷重−変形曲線）を有することが判る。または等価粘性減衰定数は３０％程度と大きな減衰性を示している。さらに履歴曲線は比較的滑らかであり不要な振動が発生してないことも大きな利点である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制振装置によれば、重ね合わせた板バネの摩擦面の摩擦力によって減衰を得るものであるから、上述した目的を全て達成すると同時に、構造が極めて簡単であり、その摩擦面に用いる材料も比較的安価に入手できるという構造的・経済的利益が大きい。また、履歴ダンパーなどのように地震後に性能が劣化することが少なく、残留変形が小さいなど、耐久性にも優れる。さらに、粘弾性ダンパーと比較すれば温度に依存する部分が極めて小さいので、あらゆる環境での適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る制振装置の正面視断面を示した模式図
【図２】同、側面視断面を示した模式図
【図３】同、地震発生時の変形態様を示した正面視断面の模式図
【図４】本発明の動的水平加振実験の結果を示したグラフ
【符号の説明】
１  建築物の上部構造
２  同、下部構造
３  本発明の制振装置
４  板バネ
５  曲げ摩擦型ダンパー
６  下部固定治具
７  上部取り付け治具
８  締め付け枠
９  弾性体枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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