(57)【要約】【課題】制振効果を維持しつつ制振構造の小型化を図る。【解決手段】上下階の梁１２，１４にリンク支持部材１６，１８が固定され、リンク支持部材１６，１８間にリンク２０が設けられる。リンク２０は、連結材２２と摩擦材２４とを備え、連結材２２は摩擦材２４の一端と、リンク支持部材１６，１８との間に回転可能に連結されている。そして、締付けボルト２６，２８が締付けられることで、連結材２２、摩擦材２４、およびリンク支持部材１６，１８の間に締付け力が付与される。摩擦材２４に代えて、捩れ材１０６の捩り変形によりエネルギー吸収を行う構成としてもよい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の架構の異なる２箇所の間にエネルギー吸収部を介在させた制振構造であって、前記エネルギー吸収部は、前記架構の変形に応じて回動する回動部材と、該回動部材の回動に応じてモーメントを発生するモーメント発生部とを備え、該モーメント発生部が発生したモーメントに応じて、前記架構に入力された振動エネルギーを吸収するよう構成されていることを特徴とする制振構造。
【請求項２】
請求項１記載の制振構造において、前記エネルギー吸収部を、前記架構に取り付けた一対の支持部材の間に介在させたことを特徴とする制振構造。
【請求項３】
請求項１記載の制振構造において、前記回動部材は前記架構に対して回転可能に支持されており、前記モーメント発生部は前記回動部材の当該支持部に設けられていることを特徴とする制振構造。
【請求項４】
請求項２記載の制振構造において、前記回動部材は前記架構または前記支持部材に対して回転可能に支持されており、前記モーメント発生部は前記回動部材の当該支持部に設けられていることを特徴とする制振構造。
【請求項５】
請求項３または４記載の制振構造において、前記回動部材は互いに回転可能に連結された複数の要素部材からなり、前記モーメント発生部は前記要素部材間の連結部にも設けられていることを特徴とする制振構造。
【請求項６】
請求項１乃至５のうち何れか１項記載の制振構造において、前記モーメント発生部は、前記回動部材の回動に伴う摩擦力によって摩擦抵抗モーメントを発生することを特徴とする制振構造。
【請求項７】
請求項１乃至５のうち何れか１項記載の制振構造において、前記モーメント発生部は、前記回動部材の回動に応じて弾塑性的に捩り変形することにより捩りモーメントを発生することを特徴とする制振構造。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち何れか１項記載の制振構造が組み込まれた柱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物の架構に取り付けた支持部材の間にエネルギー吸収部を介在させた制振構造に関する。また、本発明は制振構造を組み込んだ柱にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、構造物の架構面に制振装置を設け、この制振装置により地震時の振動エネルギーを吸収するようにした制振構造が知られている。図１３は、このような従来の制振構造の一例を表す正面図であり、また、図１４は、図１３の直線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。図１３および図１４において、制振構造３００は、構造物の或る階の梁３０２と、１階下の梁３０４との間に設けられている。梁３０２および３０４には、夫々、リンク支持部材３０６および３０８が固定されている。リンク支持部材３０６とリンク支持部材３０８との間には、それらを両側面から挟むように設けられた２枚の摩擦板３１０が接続されている。摩擦板３１０は、一方のリンク支持部材（図１３，図１４の例では下側のリンク支持部材３０８）に締付けボルト３１２により固定されている。また、摩擦板３１０には、水平方向に延びる長穴３１０ａが形成されており、この長穴３１０ａおよびリンク支持部材３０６を貫通して締付けボルト３１４が締め込まれている。締付けボルト３１４には皿ばね３１６が装着されており、摩擦板３１０とリンク支持部材３０６には皿ばね３１６が発生するばね力に応じた締付け力が付与されている。
【０００３】
かかる構成によれば、地震の発生時に、上下階の梁３０２，３０４が水平方向に相対変位すると、それに伴って、摩擦板３１０とリンク支持部材３０６との間にも水平方向の相対変位が生ずる。その際、上記のように摩擦板３１０とリンク支持部材３０６に締付け力が付与されていることで、摩擦板３１０とリンク支持部材３０６との間に水平方向の摩擦力が発生する。かかる摩擦力により振動エネルギーが吸収され、制振効果が得られることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、上記従来の制振構造３００における力学状態を表す図である。図１５に示すように、摩擦板３１０とリンク支持部材３０６との間に生ずる水平方向の摩擦力をＦとすると、リンク支持部材３０６，３０８の各部には、摩擦力Ｆの作用部位からの距離に応じたモーメントＭが作用する。そして、リンク支持部材３０６，３０８の梁３０２，３０４への取付部において最大モーメントＭ１＝Ｆ・Ｌ（Ｌは摩擦力の発生部から梁３０２，３０４への取付部までの距離に応じた値）が作用する。このため、リンク支持部材３０６，３０８の強度を確保するために必要な断面せいＤは梁３０２への取付部に近づくほど大きくなり、断面せいＤを均一にする場合には、最大モーメントＭ１に対応した最大せいＤ１に合わせることが必要となる。また、梁３０２，３０４にも最大モーメントＭ１が作用するが、この最大モーメントＭ１に対して梁３０２，３０４の強度が不足する場合には、梁３０２，３０４の補強も必要になる。
【０００５】
このように、従来の制振構造３００では、リンク支持部材３０６，３０８および梁３０２，３０４に大きなモーメントが作用することに起因して、制振構造の大型化を招いてしまう。このため、上記図１５に示されるように、架構面の多くの部位を制振構造３００が塞ぐこととなり、開口部を設ける位置が制約されるなど、意匠上の自由度が小さくなってしまう。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、制振効果を維持しつつ制振構造の小型化を図れるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、構造物の架構の異なる２箇所の間にエネルギー吸収部を介在させた制振構造であって、前記エネルギー吸収部は、前記架構の変形に応じて回動する回動部材と、該回動部材の回動に応じてモーメントを発生するモーメント発生部とを備え、該モーメント発生部が発生したモーメントに応じて、前記架構に入力された振動エネルギーを吸収するよう構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、エネルギー吸収部はモーメント発生部がモーメントを発生することにより振動エネルギーを吸収する。このため、従来のように、せん断力によってエネルギー吸収を行う構成に比べて、架構に作用するモーメントを小さくできる。なお、「架構の異なる２箇所」とは、例えば、梁と梁、柱と柱、若しくは、梁と柱等を意味する。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の制振構造において、前記エネルギー吸収部を、前記架構に取り付けた一対の支持部材の間に介在させたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、エネルギー吸収部はモーメント発生部がモーメントを発生することにより振動エネルギーを吸収する。したがって、支持部材の各部位に作用するモーメントの、モーメント発生部からの距離に対する依存性は小さくなる。すなわち、支持部材の各部には、モーメント発生部が発生したモーメントにほぼ等しいモーメントが作用することとなる。このため、支持部材および支持部材の架構への取付部に大きなモーメントが作用することを防止でき、その結果、制振構造の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載された発明は、請求項１記載の制振構造において、前記回動部材は前記架構に対して回転可能に支持されており、前記モーメント発生部は前記回動部材の当該支持部に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載された発明は、請求項２記載の制振構造において、前記回動部材は前記架構または前記支持部材に対して回転可能に支持されており、前記モーメント発生部は前記回動部材の当該支持部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載された発明は、請求項３または４記載の制振構造において、前記回動部材は互いに回転可能に連結された複数の要素部材からなり、前記モーメント発生部は前記要素部材間の連結部にも設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項記載の制振構造において、前記モーメント発生部は、前記回動部材の回動に伴う摩擦力によって摩擦抵抗モーメントを発生することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載された発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項記載の制振構造において、前記モーメント発生部は、前記回動部材の回動に応じて弾塑性的に捩り変形することにより捩りモーメントを発生することを特徴とする。
【００１６】
また、上述の如く、本発明の制振構造によれば小型化を図れるので、請求項８に記載する如く、請求項１乃至７のうち何れか１項記載の制振構造を柱に組み込むことが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態である制振構造１０の正面図であり、図２は、図１の直線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。図１および図２に示す如く、制振構造１０は、構造物の或る階の梁１２と、１階下の梁１４との間に設けられている。梁１２および１４には、夫々、リンク支持部材１６および１８が固定されている。リンク支持部材１６とリンク支持部材１８との間にはリンク２０が設けられている。
【００１８】
リンク２０は、連結材２２と摩擦材２４とを備えている。連結材２２は摩擦材２４の一端にピン結合されている。そして、締付けボルト２６，２８が締付けられることで、摩擦材２４およびリンク支持部材１６，１８の間に締付け力が付与されている。
【００１９】
上記の構成によれば、地震の発生時に、上下階の梁１２，１４が水平方向に相対変位すると、リンク支持部材１６，１８の間にも水平方向の相対変位が生ずる。かかるリンク支持部材１６，１８の相対変位に応じて、連結材２２はリンク支持部材１６，１８に対して回動する。この場合、上記したように、摩擦材２４には締付け力が付与されているので、摩擦材２４の回動に伴って、リンク支持部材１６，１８と摩擦板２４との間に回転方向の摩擦力Ｆが作用する。したがって、摩擦材２４が等価半径ｒの円環形状である場合、リンク２０にはＭｔ＝Ｆ・ｒの摩擦抵抗モーメントが発生する。かかる摩擦抵抗モーメントＭｔによって地震動に伴う振動エネルギーが吸収されることにより、制振効果が得られる。なお、摩擦材２４の形状は円環形状に限らず三角形や四角形等、その他の形状であってもよく、その場合にも等価的な半径をｒとすれば、Ｍｔ＝Ｆ・ｒなる摩擦抵抗モーメントが発生することとなる。
【００２０】
図３は、本実施形態の制振構造１０における力学状態を表す図である。本実施形態の制振構造１０では、リンク２０には摩擦抵抗モーメントＭｔが生じる。また、リンク支持部材１６，１８には、▲１▼摩擦抵抗モーメントＭｔと、▲２▼連結材２２に生じる軸力の水平方向成分によるモーメントとが生じる。したがって、連結材５４に生じるモーメントは▲１▼と▲２▼の和となるが、▲２▼の値は十分に小さいので、上記した従来形式の制振構造３００のリンク支持部材３０６，３０８に生じる最大モーメントＭ１＝Ｆ・Ｌに比べれば、その値は十分に小さい。したがって、本実施形態の制振構造１０では、上記図１５〜図１５に示す従来の制振構造１００に比べて、リンク支持部材１６，１８およびそれらの梁１２，１４への取付部に作用するモーメントが十分に小さくなるので、リンク支持部材１６，１８の強度を確保するのに必要な断面せいＤ２を小さく抑えることができ、また、梁１２，１４を補強することも不要となる。
【００２１】
また、本実施形態において、リンク２０でのエネルギー吸収量が大きいほど制振効果は高くなり、そのエネルギー吸収量は摩擦抵抗モーメントＭｔと、摩擦材２４の回動角θとの積に比例する。そして、梁１２，１４の相対変位量に対する摩擦材２４の回動角θは、上下の摩擦材２４間の距離（図３に示すｈ）が小さいほど大きくなる。したがって、上記距離ｈが小さくなるように制振構造１０の寸法を設計することで、十分に高い制振効果を得ることができる。
【００２２】
このように、本実施形態によれば、制振構造１０の小型化を図りつつ、摩擦抵抗モーメントＭｔによるエネルギー吸収によって高い制振効果を得ることが可能となっている。
【００２３】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００２４】
図４は、本発明の第２実施形態である制振構造５０の正面図であり、図５は図４の直線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。図４および図５に示すように、リンク支持部材１６および１８の間にはリンク５２が設けられている。リンク５２は、連結材５４と摩擦材２４とを備えている。連結材５４は、リンク支持部材１８と摩擦材２４との間に回転可能に連結されている。そして、締付けボルト２８が締付けられることで、摩擦材２４およびリンク支持部材１８の間に締付け力が付与されている。一方、連結材５４はリンク支持部材１８に回転可能に連結されているが、本実施形態ではリンク支持部材１６との連結部には摩擦材２４は設けられていない。
【００２５】
上記の構成によれば、地震時に梁１２，１４間に水平方向の相対変位が生ずると、リンク支持部材１８と連結材５４との連結部に設けられた摩擦材２４によって摩擦抵抗モーメントＭｔが発生し、この摩擦抵抗モーメントＭｔにより振動エネルギーが吸収される。そして、本実施形態でも、リンク支持部材１６，１８には多少のせん断力が生じるが、その値は上記した従来形式のリンク支持部材３０６，３０８に生じるせん断力に比べて非常に小さくなるので、従来形式に比べて制振構造５０の小型化を図ることができる。
【００２６】
図６は、本発明の第３実施形態である制振構造７０の平面図であり、図７は図６の直線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。図６および図７に示すように、リンク支持部材１６および１８の間にはリンク７２が設けられている。リンク７２は、連結材７４および７６と、摩擦材２４とを備えている。連結材７４と連結材７６とは摩擦材２４を介して回転可能に連結されている。また、上側の連結材７４はリンク支持部材１６と、また、下側の連結材７６はリンク支持部材１６と、それぞれ摩擦材２４を介して回転可能に連結されている。そして、これらの各連結部において摩擦材２４とリンク支持部材１６および１８とが、また、中央部において摩擦材２４どうしが、各締付ボルトで締付けられることで締付け力を付与されている。
【００２７】
上記の構成によれば、地震時に梁１２，１４間に水平方向の相対変位が生ずると、連結材７４，７６が互いに回動し、また、リンク支持部材１６，１８に対して回動する。かかる回動に伴って、各連結部に設けられた摩擦材２４により摩擦抵抗モーメントＭｔが発生し、この摩擦抵抗モーメントＭｔにより振動エネルギーが吸収されることで制振効果が得られる。
【００２８】
本実施形態でも、上記第１および第２実施形態と同様に、リンク支持部材１６，１８に生じるせん断力は、上記した従来形式のリンク支持部材３０６，３０８に生じるせん断力に比べて小さく、したがって、リンク支持部材１６，１８に作用するモーメントも摩擦抵抗モーメントＭｔにほぼ等しい小さな値となる。このため、制振構造７０の小型化を図りつつ、高い制振効果を得ることが可能となっている。
【００２９】
なお、上記第１〜第３実施形態では、梁１２および１４が鉛直方向に相対変位した場合にも、リンク支持部材１６，１８が回動し、かかる回動によって摩擦抵抗モーメントＭｔが発生する。このため、本実施形態によれば、梁１２および１４が鉛直方向に相対変位するような振動に対しても、制振効果を得ることが可能となっている。
【００３０】
また、上記第１〜第３実施形態では、摩擦材２４とリンク支持部材１６，１８の間、もしくは、摩擦材２４どうしの間で摩擦抵抗モーメントＭｔを発生させる構成とした。かかる構成によれば、摩擦材２４の半径ｒ（すなわち、摩擦が生ずる領域の半径）が正確に求まるから、締付けボルトによる締付け力および摩擦材２４とリンク支持部材１６，１８および連結材２２，５４，７４，７６との間の摩擦係数がわかれば、発生する摩擦抵抗モーメントＭｔの値も精度良く推定できる。
【００３１】
図８は、本発明の第４実施形態である制振構造１００の正面図であり、図９は図８の直線ＩＸＩ−ＩＸに沿った断面図である。図８および図９に示すように、リンク支持部材１６および１８の間にはリンク１０２が設けられている。リンク１０２は、連結材１０４と捩れ材１０６とを備えている。捩れ材１０６は弾塑性的な捩り変形挙動を示す例えば円盤状の部材であり、リンク支持部材１６および１８の両側面に固定されている。連結材１０４はこれらの捩れ材１０６を両側から挟むように、捩れ材１０６に固定されている。なお、捩れ材１０６の形状は円盤状に限らず、三角形や四角形等の他の形状を用いることもできる。
【００３２】
上記の構成によれば、地震の発生時に、梁１２，１４が水平方向に相対変位すると、連結材１０４がリンク支持部材１６，１８に対して回動する。かかる回動に伴って、捩れ材１０６に弾塑性的な捩り変形が生ずることにより振動エネルギーが吸収される。本実施形態でも上記第１実施形態と同様に、リンク支持部材１６，１８に生ずるせん断力は小さくなる。したがって、リンク支持部材１６，１８に生ずるモーメントも、捩れ材１０６に生ずる捩りモーメントにほぼ等しい小さな値となり、これにより、制振構造１００の小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
図１０は、本発明の第５実施形態を示す正面図である。本実施形態では、制振構造を２００を構造物の柱２０２，２０４に組み込んでいる。制振構造２００は、上記何れかの実施形態の制振構造と同様の構成を有している。上述のように、上記各実施形態の制振構造では、リンク支持部材１６，１８の断面せいを小さくして小型化を図れることから、図１０に示すように制振構造を柱内部に設けることができるのである。なお、図１０では、説明の便宜上、図中左側の柱２０２が鋼管柱２０２ａにより構成された柱であり、右側の柱２０４がＨ型鋼２０４ａにより構成された柱であるものとしている。
【００３４】
図１１は、図１０の直線ＸＩ−ＸＩに沿った柱２０２の断面図である。同図に示すように、制振構造２００は、柱２０２を構成する鋼管２０２ａの内部に配設されている。
【００３５】
図１２は、図１０の直線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った柱２０４の断面図である。同図に示すように、制振構造２００は、柱２０４を構成するＨ型鋼２０４ａのフランジ間に配設されている。
【００３６】
このように制振構造を柱内部に設けることにより、柱と梁で囲まれた架構面には制振構造が現れないことになる。このため、架構面の任意の位置に開口部を設けることができるなど、意匠上の自由度が格段に向上する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制振効果を維持しつつ制振構造の小型化を図ることができる。このため、制振構造を備える構造物の意匠上の自由度を高くすることができる。また、制振構造の小型化が図れることで、制振構造を柱に組み込むことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である制振構造の正面図である。
【図２】図１に示す制振構造の断面図である。
【図３】本実施形態の制振構造における力学状態を表す図である。
【図４】本発明の第２実施形態である制振構造の正面図である。
【図５】図４に示す制振構造の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態である制振構造の正面図である。
【図７】図６に示す制振構造の断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態である制振構造の正面図である。
【図９】図８に示す制振構造の断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態である制振構造の正面図である。
【図１１】図１０の直線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。
【図１２】図１０の直線ＸＩＩＶ−ＸＩＩＶに沿った断面図である。
【図１３】従来の制振構造を表す正面図である。
【図１４】図１３の断面図である。
【図１５】従来の制振構造における力学状態を示す図である。
【符号の説明】
１０，５０，７０，１００，２００　制振構造
１２，１４　梁
１６，１８　リンク支持部材（支持部材）
２０，５２，７２，１０２　リンク
２２，５４，７４，７６，１０４　連結材（回動部材）
２４　摩擦材
２６，２８　締付けボルト
１０６　捩れ材
２０２，２０４　柱
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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