(57)【要約】【課題】この発明は、建造物の制震構造の原理や仕組み、さらには、地震等の揺れを抑制・減衰する様子を顧客等に伝えるための制震構造体験装置に関する。【解決手段】この発明の制震構造体験装置１は、振動台２上面に載置固定され、且つ、略垂直方向に互いに略平行に立設され弾性を有する柱体３間の下端部に横架された底部床板４と、該底部床板４と所定間隔をあけた上方に前記柱体３間に横架された上部床板５とを具備する家屋模型６に、振動装置が発生する振動を吸収するためのダンパー７が設けられた制震構造体験装置１であって、ダンパー７が、図４に示すように、底部床板４上面に開口部８が上方に向くようにして設けられた箱体９と、該箱体９内部に設けられた抵抗体１０と、上部床板５に一端側が取付けられ、他端側が箱体９内部の抵抗体１０内に埋没する芯部材１１とを具備している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震を想定した揺れを再現する振動装置を内部に具備する振動台上面に載置固定され、且つ、略垂直方向に互いに略平行に立設され弾性を有する柱体間の下端部に横架された底部床板と、該底部床板と所定間隔をあけた上方に前記柱体間に横架された上部床板とを具備する家屋模型に、前記振動装置が発生する振動を吸収するためのダンパーが設けられた制震構造体験装置であって、
前記ダンパーが、前記底部床板上面に開口部が上方に向くようにして設けられた箱体と、
該箱体内部に設けられた抵抗体と、
前記上部床板に一端側が取付けられ、他端側が前記箱体内部の抵抗体内に埋没する芯部材とを具備することを特徴とする制震構造体験装置。
【請求項２】
前記抵抗体が、複数の小片から形成されることを特徴とする請求項１記載の制震構造体験装置。
【請求項３】
前記小片が合成樹脂からなることを特徴とする請求項２記載の制震構造体験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建造物の制震構造の原理や仕組み、さらには、地震等の揺れを抑制・減衰する様子を顧客等に伝えるための制震構造体験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本に建てられている建造物は、日本の風土上、地震が頻繁に起こることを考慮して、地震の揺れに対する対策が施されている。そのような建築法としては、以下のようなものが考案されている。
【０００３】
例えば、図１０に示すように、柱１０１と梁１０２との間に形成される空間部分をブレース１０３で補強することによって、地震の揺れに耐え得る耐震構造１０４が挙げられる。しかし、このような耐震構造１０４においては、前述のように補強をすることで、１階等の低層階は地震の揺れに耐えることができるものの、揺れ幅は地上からの距離に略比例して大きくなる。そのため、高層の建造物においては、地震の揺れに耐えることができないと共に、低層の建造物においても、揺れが大きく、家具が倒れたり、窓ガラスが割れる等して、建造物内部の人が負傷する可能性があり、また、その揺れにより建造物内部の人が転倒し負傷する可能性がある。
【０００４】
そして、図１１に示すように、基礎部分１０５とその上部の建物部分１０６との間に免震装置１０７、すなわち、地震の揺れを吸収するための積層ゴムや、柱の真下に設置されたすべり材がＰＴＦＥ等で表面処理を施された鋼板の上を滑る、滑り支承等を介在させることで、地震の揺れが建物部分１０６に伝わらないようにする免震構造１０８が挙げられる。しかし、このような免震構造１０８においては、上述したような構造を施工するための費用が高く、経済上の問題がある。さらに、地震の際には、建物部分１０６が地震の揺れ方向に若干動くため、その周囲に約数１０センチ程度の余分な空間が必要となったり、また、免震装置１０７が正確に稼動するかどうかの定期点検が必要になる等の問題が生じる。
【０００５】
そのため、上述した耐震構造や免震構造の問題点を解決すべく、制震構造が考案されている。すなわち制震構造とは、例えば、図１２に示すように、中柱２０１と、外柱２０２と、横架材２０３とから構成される軸組フレーム２０４内に、複数の辺材２０５から構成されるやぐらフレーム２０６と、該やぐらフレーム２０６と横架材２０３との間に粘弾性ダンパー２０７が設けられたものである。そして粘弾性ダンパー２０７は、芯プレート２０８が、外プレート２０９内部の粘弾性体にその両側面を挟持されている。これにより、地震による建造物自体の揺れを抑制することができると共に、これらを建造物に設置する際には、上述の免震構造と比較して費用もかからないことから注目されている。（例えば特許文献１）
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８２２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ダンパー等を用いた、例えば上述のような、制震構造を建造物に取入れる際には、顧客に対して該制震構造の原理や仕組みを説明する機会が多く存在し、また、会社における新人研修等においても制震構造の原理や仕組みを新入社員に十分に理解させる必要があった。しかし、制震構造の原理や仕組みを実物を見ただけでは到底理解することはできず、また、原理や仕組みを理解することができたとしても、地震の揺れを該制震構造がどのように抑制し、また、減衰していくのかということを、イメージすることは困難であった。さらに、原寸大の建造物の模型を作成し、地震発生装置にて該建造物を揺らす等の大掛かりな実験をその説明の度に行うわけにいかず、顧客等に制震構造の説明を行うのが困難であった。
【０００８】
この発明は上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、大掛かりな設備を必要とせず、また、大掛かりな実験を行うことなく、顧客等に対して建造物に取付けられた制震構造の原理や仕組み、さらには地震の揺れを減衰、または抑制する様子を容易に理解させることのできる制震構造体験装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の制震構造体験装置は、地震を想定した揺れを再現する振動装置を内部に具備する振動台上面に載置固定され、且つ、略垂直方向に互いに略平行に立設され弾性を有する柱体間の下端部に横架された底部床板と、該底部床板と所定間隔をあけた上方に前記柱体間に横架された上部床板とを具備する家屋模型に、前記振動装置が発生する振動を吸収するためのダンパーが設けられた制震構造体験装置であって、前記ダンパーが、前記底部床板上面に開口部が上方に向くようにして設けられた箱体と、該箱体内部に設けられた抵抗体と、前記上部床板に一端側が取付けられ、他端側が前記箱体内部の抵抗体内に埋没する芯部材とを具備することを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の制震構造体験装置は、前記抵抗体が、複数の小片から形成されることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の制震構造体験装置は、前記小片が合成樹脂からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の制震構造体験装置によれば、家屋模型にダンパーが設けられており、該ダンパーが、底部床板上面に開口部が上方に向くようにして設けられた箱体と、該箱体内部に設けられた抵抗体と、上部床板に一端側が取付けられ、他端側が箱体内部の抵抗体内に埋没する芯部材とを具備している。そのため、振動装置が発生する振動が振動台上面を振動させ、さらに、家屋模型を振動させた際に、ダンパーが該振動を吸収し、家屋模型の振動が抑制される。そのため、実際の構造からは、理解することが困難である制震構造の原理や仕組み、さらには該制震構造が振動を抑制・減衰する様子を、大掛かりな実験を行わずとも顧客等が容易に理解することができる。
【００１３】
請求項２記載の制震構造体験装置によれば、抵抗体が、複数の小片から形成されてるので、家屋模型の振動が抑制・減衰される様子が、視覚的により一層理解しやすくなる。
【００１４】
請求項３記載の制震構造体験装置によれば、抵抗体が合成樹脂からなるので、例えば、ゲルや粘性流体等と比較して取扱いが容易であり、また、装置本体のメンテナンスも容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明における制震構造体験装置の最良の実施形態について、以下に説明する。この実施形態の制震構造体験装置１は、図２に示すように、地震を想定した揺れを再現する振動装置を内部に具備する振動台２上面に載置固定され、且つ、略垂直方向に互いに略平行に立設され弾性を有する柱体３間の下端部に横架された底部床板４と、該底部床板４と所定間隔をあけた上方に前記柱体３間に横架された上部床板５とを具備する家屋模型６に、振動装置が発生する振動を吸収するためのダンパー７が設けられた制震構造体験装置１であって、ダンパー７が、図４に示すように、底部床板４上面に開口部８が上方に向くようにして設けられた箱体９と、該箱体９内部に設けられた抵抗体１０と、上部床板５に一端側が取付けられ、他端側が箱体９内部の抵抗体１０内に埋没する芯部材１１とを具備している。そして、必要に応じて、抵抗体１０が合成樹脂から形成されている。
【００１６】
前記振動台２は、地震の揺れを再現する振動装置（不図示）を内部に具備している。そして、振動装置は、振動台２の上面のみを略水平方向に振動させるものであり、実際の地震における横揺れを想定した揺れを再現するものである。また、これらの機構は、例えば、モーターの主軸に設けられた偏心輪の偏心回転運動等によって振動を発生させるもの（不図示）であるが、これらの機構は特に限定されるものではなく、周知の技術を適宜選択して用いることができる。そして、振動台２の前側面には、図１に示すように、操作部１２が設けられており、該操作部１２には、振動装置の電源を入切可能とする主電源１３と、該振動装置の振動の強弱を調節可能とするつまみ１４とを具備している。また、操作部１２には、図１に示すように、操作方法や、制震構造体験装置１の目的等が記載された説明パネル１５が適宜設けられていてもよい。そして、振動装置を作動させ、振動台２の上面が振動している際には、振動台２本体も若干振動するため、該振動台２が床面と接する箇所には、これらの振動が床面に伝わらないように、例えばゴム製の防振板を設けたり、図１に示すように、ゴム製の足部１６等が設けられていることが好ましい。
【００１７】
前記家屋模型６は、図２に示すように、略垂直方向に互いに略平行に立設され、且つ、弾性を有する柱体３間の下端部に横架された底部床板４と、該底部床板４と所定間隔をあけた上方に前記柱体３間に横架された上部床板５とを具備している。そして、柱体３は、振動台２の上面が振動した際に、肉厚方向に変形可能となるように薄板状に形成され、図１に示すように、該振動台２の上面の振動方向と略垂直方向に幅広となるように立設されている。さらに、柱体３は、振動台２の上面が振動する際には、図２に示すように、該振動方向に撓むが、これらの撓みに対して塑性変形しないような、合成樹脂材料等が用いられる。しかし、これらの材料は、上述のような撓みに耐え得るものであれば、特に限定されるものではなく、金属製であってもよい。また、本実施形態においては、図１に示すように、家屋模型６を形成する際には、４本の柱体３が用いられているが、これらの本数は、他の部材を支持し、振動装置が発生する振動に耐え得るものであれば適宜変更することができる。
【００１８】
前記底部床板４は、図４に示すように、略矩形に形成された板状の部材であって、４本の柱体３の下端部に、図３に示すように、該底部床板４の両側面がネジ１７ａにより該柱体３と固定されている。また、底部床板４は、本実施形態のように、軽量で成形性の容易な合成樹脂等から形成されていることが好ましいが、金属製の部材を用いてもよい。そして、底部床板４は、図２示すように、固定部材１８を介して振動台２の上面とネジ１７ｂにより固定されており、また、固定部材１８と底部床板４とは、接着剤やネジ止め、さらには、該固定部材１８と該底部床板４とが一体となって成形される等して、連結されている。
【００１９】
前記上部床板５は、図１に示すように、底部床板４と同様の材料で略矩形に形成された部材であって、図３に示すように、底部床板４と所定間隔をあけた上方に、該上部床板５の両側面が支持部材１９を介して柱体３と固定されている。そして、支持部材１９は、図５に示すように、上部床板５の側面に取付けられた凸状部材１９ａと、該凸状部材１９ａと嵌合するように形成された凹状部材１９ｂと、該凸状部材１９ａと該凹状部材１９ｂとに形成された軸孔１９ｃに挿通される軸部１９ｄとを具備している。そして、凸状部材１９ａと上部床板５の側面とは接着剤等で取付けられており、また、該凸状部材１９ａと凹状部材１９ｂとは、それぞれに設けられた軸孔１９ｃに軸部１９ｄが挿通されることで連結され、さらに、凹状部材１９ｂと柱体３とは、該凹状部材１９ｂに形成されたネジ孔１９ｅを用いて、ネジ１７ｃで固定されている。このようにして、支持部材１９を介して上部床板５と柱体３とが回動自在に連結されることによって、図２に示すように、振動装置が発生する振動により、家屋模型６が略水平方向に揺れる際には、柱体３に固定された上部床板５が家屋模型６全体の揺れを制限することがないので、ダンパー７が吸収する揺れを正確に視認することができる。
【００２０】
さらに、柱体３の上端部には、図２に示すように、切妻屋根形状に形成された屋根部材２０が、上部床板５と所定間隔をあけた上方に、該屋根部材２０の両側面が該柱体３とネジ１７ｄで固定されている。また、屋根部材２０の形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、その他の例えば陸屋根や片流れ屋根等であってもよい。
【００２１】
前記ダンパー７は、底部床板４上面に開口部８が上を向くように設けられた箱体９と、該箱体９内部に設けられた抵抗体１０と、上部床板５に一端側が取付けられ、他端側が前記抵抗体１０内に埋没する芯部材１１とを具備している。そして、箱体９は略直方体に形成されると共に、図４に示すように、該箱体９の底部には開口部８の面積よりも若干大きく形成された底板２１が設けられており、該底板２１を介して底部床板４とネジ１７ｅにより固定されている。また、箱体９は内部の抵抗体１０や芯部材１１の様子が外部から視認することができるように、透明な合成樹脂等から形成されていることが好ましい。そして、振動台２の上面が振動した際に、芯部材１１の両側面と、箱体９の内側面とが接触しないように、振動方向に長尺に形成されている。
【００２２】
前記抵抗体１０は、図４に示すように、箱体９内部に設けられており、これらは本実施形態においては、米粒程度の大きさの略球状の合成樹脂からなる多数の小片が用いられている。そして、抵抗体１０は、ゲルや粘性流体等などの芯部材１１の動きに対して、抵抗を与えるものであれば特に限定されるものではなく適宜選択することができるが、外見上の振動の抑制や減衰の程度や、メンテナンス等を考慮すると本実施形態のように、合成樹脂等の小片を使用することが好ましい。さらに、小片の形状も、本実施形態のものに限定されるものではなく、例えば楕円体や直方体等その他の形状であってもよい。また、抵抗体１０を合成樹脂とすることで、特別な加工を施すことなく、例えばポリプロピレンのペレット等をそのまま使用することも可能であるが、その他にガラス製のビーズ等を使用することも可能である。そして、抵抗体１０は、図４に示すように、芯部材１１の下端部が、例えば１〜３ｃｍ程度埋没するように設けられており、また、箱体９の開口部８付近にまで抵抗体１０が設けられている場合には、振動台２の上面の振動により、抵抗体１０が箱体９外部に飛出す可能性があるため、該開口部８から抵抗体１０の最上面までは、例えば少なくとも１ｃｍ程度の間隔を設けてあることが好ましい。また、本実施形態においては、透明の箱体９に対して、透明の抵抗体１０を使用した際には、該抵抗体１０の存在を外部から視認しずらいので、例えば、水色や薄いピンク等に着色している。
【００２３】
前記芯部材１１は、図４に示すように、振動台２の上面の振動方向に幅広に形成された板状の部材であって、本実施形態のように真鍮や、アルミニウム等の金属を始めとして、その他合成樹脂等から形成することができる。また、芯部材１１の上端には該芯部材１１と垂直方向に固定板部２２が設けられている。そして、固定板部２２の略中央から垂直下方に伸びる芯部材１１は、上部床板５を上下方向に貫通するように形成された貫通孔２３に挿通されると共に、該固定板部２２が該上部床板５の上面にネジ１７ｆで固定されている。また、芯部材１１の上部床板５への取付方法は、上述のように該上部床板５に貫通孔２３を設けずに、固定板部２２を該上部床板５の下面に直接取付けてもよい。また、芯部材１１の下端部は、上述したように、抵抗体１０に例えば１〜３ｃｍ程度埋没している。さらに、芯部材１１は箱体９と非接触となるように上部床板５に固定されると共に、振動台２上面が振動した際にも、芯部材１１の振動方向の両側面と箱体９の内側面とが接触しないように、該芯部材１１の幅方向の長さは、箱体９の幅方向の長さよりも小さく形成されている。また、図４に示す芯部材１１の振動方向の両側面の面積は、家屋模型６の揺れが抑制される程度に応じて適宜変更することができ、該芯部材１１の形状も、本実施形態のような板状の部材ではなく、例えば球体等その他の形状であってもよい。
【００２４】
以上のようにして、制震構造体験装置１が構成されており、さらに、本実施形態においては、図１に示すように、該制震構造体験装置１と比較対象となる、耐震構造体験装置２４と、免震構造体験装置２５と、参照構造体２６とが、該制震構造体験装置１と共に振動台２上に配置されている。
【００２５】
耐震構造体験装置２４は、図７に示すように、制震構造体験装置１に用いられるものと同様の構成を具備する家屋模型６において、柱体３が、底部床板４と上部床板５との間に振動方向に形成する面、及び、柱体３が、該上面床板５と屋根部材２０との間に振動方向に形成する面に、対角線上にブレース２７が設けられている。また、ブレース２７は、本実施形態においては、伸縮性を有する材料から形成されているが、これらは伸縮性を有しない材料を用いてもよく、適宜選択することができる。
【００２６】
免震構造体験装置２５は、図８に示すように、制震構造体験装置１に用いられるものと同様の構成を具備する家屋模型６において、固定部材１８と、底部床板４との間に、免震部材２８を具備している。そして、免震部材２８は、回転ローラー２８ａを具備し、振動台２の上面の振動方向と同方向に摺動可能となっており、また、該免震部材２８から上方の家屋模型６が滑り落ちることのないような構造となっている（不図示）。
【００２７】
参照構造体２６は、図９に示すように、制震構造体験装置１に用いられるものと同様の構成を具備する家屋模型６と同様であって、該参照構造体２６は、地震対策がなされていない建造物を想定し、上述したような、制震構造体験装置１、耐震構造体験装置２４、及び免震構造体験装置２５等の地震対策がなされた構造との比較のために用いられる。
【００２８】
以上のように構成された、本実施形態に係る制震構造体験装置１の使用方法を以下に説明する。
【００２９】
図１に示す振動台２の操作部１２の主電源１３を入れ、適宜つまみ１４を回転させ、家屋模型６の固有振動と一致するように振動台２上面の振動の強さを調節する。これにより、図２に示すように、制震構造体験装置１の家屋模型６において、該家屋模型６の底部床板４に、振動台２上面の振動が伝わるが、ダンパー７の抵抗体１０によって該振動が吸収される。そのため、図９に示すように、激しく揺れる参照構造体２６と比較して、家屋模型６の揺れが抑制・減衰されていることを容易に視認することができる。さらに、図６に示すように、家屋模型６の背面に、該家屋模型６の揺れの程度の確認を容易にするために、その表面に目盛り２９が刻まれた目盛板３０が設けられていてもよい。また、図１に示すように、制震構造体験装置１の周囲に配置された耐震構造体験装置２４においては、図７に示すように、家屋模型６の底部床板４に、振動台２上面の振動が伝わるが、ブレース２７が該振動を抑制するため、図９に示す参照構造体２６と比較して、家屋模型６の揺れが若干抑制されていることを容易に視認することができる。また、制震構造体験装置１の周囲に配置された免震構造体験装置２５においては、図８に示すように、家屋模型６の底部床板４に、振動台２上面の振動が伝わるが、免震部材２８を具備するため、該免震部材２８の上方の家屋模型６に該振動がほとんど伝わることがないので、図９に示す参照構造体２６と比較して、家屋模型６の揺れが抑制されていることを容易に視認することができる。
【００３０】
さらに、各体験装置を互いに比較することで、制震構造、耐震構造、及び免震構造が地震の際にどのようにその揺れを抑制・減衰しているかを容易に比較することができると共に、視覚を通じて、建造物に用いられる制震構造を始めとした、これらの構造の原理や仕組みを理解することができる。また、図１に示す各体験装置等の配置は、本実施形態に限定されるものではなく適宜変更することができ、また、制震構造体験装置１の周囲に配置される体験装置も、上述したものを始めその他の地震対策が施された体験装置であってもよく、適宜選択することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る制震構造体験装置１は、本実施形態のように顧客等に説明する状況だけでなく、物理学の実験等においても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る制震構造体験装置とその他の体験装置の全体斜視図
【図２】本実施形態に係る制震構造体験装置の正面図
【図３】本実施形態に係るダンパーの拡大正面図
【図４】本実施形態に係るダンパーの拡大斜視図
【図５】本実施形態に係る支持部材の拡大斜視図
【図６】他の実施形態に係る制震構造体験装置の正面図
【図７】本実施形態に係る耐震構造体験装置の正面図
【図８】本実施形態に係る免震構造体験装置の正面図
【図９】本実施形態に係る参照構造体の正面図
【図１０】従来の耐震構造を示す概略図
【図１１】従来の免震構造を示す概略図
【図１２】従来の制震構造に使用される部材の拡大図
【符号の説明】
【００３３】
１      制震構造体験装置
２      振動台
３      柱体
４      底部床板
５      上部床板
６      家屋模型
７      ダンパー
８      開口部
９      箱体
１０    抵抗体
１１    芯部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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