(57)【要約】【課題】高粘度流体を充填した箱状壁体内で抵抗板を移動させて振動減衰を行う構成において、流体の流動を適切に制御できる機構を設けることで、安定した制振機能を実現する。【解決手段】高粘度流体３が充填された箱状壁体４内に上階の躯体に固定した平板状の抵抗板６を挿入し、抵抗板６が流体３中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁１において、箱状壁体４内の上部に、抵抗板６の水平変位に伴う高粘度流体３の液面の上下動を制御する水平抑止板１０を設け、かつ、水平抑止板１０に抵抗板６が挿通できる中央部開口１１を開設し、この開口部１１において、抵抗板６は水平移動により水平抑止板１０と干渉しないように断面が縮小しており、水平抑止板１０の上側に上部流体溜り８を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の上部に上部流体溜りを設けると共に、箱状壁体の上部開口の部位に高粘度流体の上下動を制御する水平抑止板を設け、かつ、水平抑止板は前記抵抗板が挿通できる中央部開口を有し、抵抗板は前記中央部開口での水平移動により水平抑止板と干渉しないように断面が縮小していることを特徴とする振動抑制する粘性壁。
【請求項２】
高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の両側壁と抵抗板との間に中間側壁を設け、その両端部と箱の両端壁との間に間隙を形成し、前記抵抗板の水平移動により押し引きされる高粘度流体を、抵抗板と中間側壁の間でのせん断変形を伴う流動と、中間側壁と箱状壁体の間での流体移動に分離し、中間側壁の周囲を交互に反対向きに流動できる構成としたことを特徴とする振動抑制する粘性壁。
【請求項３】
高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の上部に上部流体溜りを設けると共に、箱状壁体の上部開口の部位に高粘度流体の上下動を制御する水平抑止板を設け、かつ、水平抑止板は前記抵抗板が挿通できる中央部開口を有し、抵抗板は前記中央部開口での水平移動により水平抑止板と干渉しないように断面が縮小しており、さらに、前記箱状壁体の両側壁と抵抗板との間に中間側壁を設け、その両端部と箱の両端壁との間に間隙を形成し、前記抵抗板の水平移動により押し引きされる高粘度流体を、抵抗板と中間側壁の間でのせん断変形を伴う流動と、中間側壁と箱状壁体の間での流体移動に分離し、中間側壁の周囲を交互に反対向きに流動できる構成としたことを特徴とする振動抑制する粘性壁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建築分野での振動技術であって、建築構造物に地震動や風荷重が作用して振動が発生したとき抵抗板を高粘度流体中で水平移動させ、該抵抗板と流体との面抵抗によりその振動を抑制する粘性壁（制振ダンパー）であって、特に、高粘度流体を制御する構造を具備した制振用粘性壁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
箱状壁体の空間部に高粘度流体を充填し、前記高粘度流体中に抵抗板を建て込むとともに、この抵抗板を上階の梁、床などの躯体に固定し、この梁を介して伝達される建築構造物の振動エネルギーを抵抗板の受ける高粘度流体の流速抵抗と面抵抗よって減衰させるようにした制振用粘性壁（制振ダンパー）は種々提案されている。
【０００３】
この制振ダンパーにおいては改良すべき次の問題点がある。すなわち、大規模地震や大風荷重によって抵抗板が高粘度流体中を水平移動するに伴い流体が抵抗板の端部で押し引きされて流体の液面が隆起、減退し、これに伴い抵抗板の水平移動方向後部の端面と高粘度流体との間に剥離が発生し、そこに空気が巻き込まれる現象が知られている。この巻き込まれた空気が奥深く進入し、さらに抵抗板が水平移動を繰り返すことでその空気が前記抵抗板の両側面に進入する。これにより抵抗板と高粘度流体との粘性抵抗を減殺し、振動減衰機能を大幅に劣化させるおそれがある。
【０００４】
前記の問題を解決する従来技術として、特開平５−８６７４４号（特許文献１）や特開２００１−１３２２６５号（特許文献２）が知られている。
【０００５】
▲１▼特開平５−８６７４４号に開示の技術は、箱状壁体の上部の前方と後方に大容積の左右流体溜りを予め設けておき、抵抗板により押し付けられた流体や抵抗板の移動に伴う流体液面低下を、流体溜りで緩和させる技術である。▲２▼特開２００１−１３２２６５号に開示の技術は、抵抗板の移動に伴う流体への影響をなるべく小さくするために、抵抗板の前後の木庭形状を流線型にしたり、空気溜りを有する突起物を設けたり、抵抗板移動による流体移動が生じないように伸縮継手を設けた技術である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−８６７４４号公報
【特許文献１】
特開２００１−１３２２６５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、箱状壁体の中で抵抗板が水平移動すると、充填されている粘性流体が極めて高粘度のため、抵抗板の前方では流体の隆起が発生し始める。また、振幅が大きくなるにつれて抵抗板の後方で空隙が発生し、引き続き抵抗板が振動すると充填流体内に空気が混入し始めたり、流体の溢れる現象が生じる。前記▲１▼、▲２▼に開示の従来技術では、前記の問題を完全には解決できなかった。
【０００８】
本発明者は、前記の問題点について研究した結果、流体の液面に接して水平抑止板を設けることで、抵抗板の水平移動により液面が隆起、減退するのを制御でき、これにより流体内に空気が巻き込まれるのを有効に防止できるとの知見を得た。また、抵抗板両側と箱体側壁との間に中間側壁を設けて、抵抗板の水平移動により生じる流体をせん断変形を伴う流動と、単なる流体移動に分離することで安定した粘性抵抗と履歴特性が得られるとの知見を得た。
【０００９】
本発明は前記の知見に基づいて提案するもので、高粘度流体の液面の隆起、減退による空気巻き込みと、これに起因する制振機能に低下の問題を解決すると共に、安定した粘性抵抗と履歴特性が得られる粘性壁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００１１】
第１の発明は、高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の上部に上部流体溜りを設けると共に、箱状壁体の上部開口の部位に高粘度流体の上下動を制御する水平抑止板を設け、かつ、水平抑止板は前記抵抗板が挿通できる中央部開口を有し、抵抗板は前記中央部開口での水平移動により水平抑止板と干渉しないように断面が縮小していることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の両側壁と抵抗板との間に中間側壁を設け、その両端部と箱の両端壁との間に間隙を形成し、前記抵抗板の水平移動により押し引きされる高粘度流体を、抵抗板と中間側壁の間でのせん断変形を伴う流動と、中間側壁と箱状壁体の間での流体移動に分離し、中間側壁の周囲を交互に反対向きに流動できる構成としたことを特徴とする。
【００１３】
第３の発明は、高粘度流体が充填された箱状壁体内にその上部開口を通して上階の躯体に固定した抵抗板を挿入し、抵抗板が前記流体中を水平移動することにより発生する粘性抵抗で建築構造物の振動を抑制する粘性壁において、前記箱状壁体の上部に上部流体溜りを設けると共に、箱状壁体の上部開口の部位に高粘度流体の上下動を制御する水平抑止板を設け、かつ、水平抑止板は前記抵抗板が挿通できる中央部開口を有し、抵抗板は前記中央部開口での水平移動により水平抑止板と干渉しないように断面が縮小しており、さらに、前記箱状壁体の両側壁と抵抗板との間に中間側壁を設け、その両端部と箱の両端壁との間に間隙を形成し、前記抵抗板の水平移動により押し引きされる高粘度流体を、抵抗板と中間側壁の間でのせん断変形を伴う流動と、中間側壁と箱状壁体の間での流体移動に分離し、中間側壁の周囲を交互に反対向きに流動できる構成としたことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
第１の発明によると、抵抗板の水平移動による流体の液面の隆起、減退が水平抑止板よって抑止され、該抵抗板前後での流体の隆起、減退に伴う空気混入が緩和され、しかも、抵抗板は水平抑止板と干渉しないように断面が縮小されているので円滑に水平変位でき、確実な振動抑制作用が実現される。
【００１５】
第２の発明によると、抵抗板と箱状壁体の間に中間側壁を設けることで、抵抗板の移動により抵抗板と側壁との間の流体を、抵抗板と中間側壁間のせん断変形を伴う流動と、中間側壁と箱体側壁間で流体移動というように流体変形を分離することができ、これにより安定した粘性抵抗および履歴性状が得られるようになった。第３発明によると、第１、第２発明の相乗作用で一層効率的な制振作用が発揮される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００１７】
図１〜図３は、実施形態１を示し、図１（ａ）は粘性壁の正面図、（ｂ）は側面図、図２（ａ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図である。
【００１８】
各図において、粘性壁１は、上部開口５を有すると共に、内部に扁平な（溝状の）空間部２を有し、この空間部２に高粘度流体３が充填された箱状壁体４と、上部開口５から挿入挿入される抵抗板６とから構成される。
【００１９】
箱状壁体４の下端４ｃは下階の梁または床等の躯体に一体的に固定され、また抵抗板６の上端６ａは上階の梁または床等の躯体に一体的に固定されて、上階と下階の応力伝達は、抵抗板６と高粘度流体３を介して行われる。
【００２０】
箱状壁体４は、図３に示すコーナ部材７を介して両側壁４ａと箱の両端壁４ｂを組立てて内部に扁平な空間部２を形成するとともに、上部開口５を設ける。さらに箱状壁体４の上部を外側に張り出して底板部８ａと囲い壁部８ｂとからなる上部流体溜り８が形成さている。上部流体溜り８は空間部２より幅広く構成され、上部開口５を介して空間部２と連続して構成されている。コーナ部材７は溶接またはボルト接合とすることができる。
【００２１】
また、箱状壁体４の上部開口５を閉じるように実施形態１の主要素である水平抑止板１０が設けられている。この水平抑止板１０には、抵抗板６を挿通するための中央部開口１１が開設されている。このように箱状壁体４の上部開口５は水平抑止板１０で閉じられ、中央部開口１１を介してのみ箱内空間部２と上部流体溜り８は連通している。前記箱状壁体４の空間部２には、上部流体溜り８の部位にまで高粘度流体３が充填される。なお図示例では、水平抑止板１０は、上部流体溜り８の底板部８ａと一体に設けた例を示す。すなわち、箱状壁体４の上部開口５を閉じるように底板部８ａを内側に張出すことにより水平抑止板１０を構成している。
【００２２】
抵抗板６は、水平抑止板１０の中央部開口１１を介して箱状壁体４の空間部２に水平移動可能に挿入される。抵抗板６は上下方向全長を広い幅寸法に設けると中央部開口１１を挿通させることができない。このため本発明では、抵抗板６の上下方向のほぼ中間高さの部位、つまり、水平抑止板１０の高さ部位において、抵抗板６の両側を中間部寄りに所定寸法切欠き、この切欠き部１２を介してくびれ部１３を形成する。くびれ部１３の幅寸法Ｌ１は、水平抑止板１０の中央部開口１１の長さ寸法Ｌよりも小さくこの差分を介して抵抗板６は水平変位できる。また、抵抗板６の両端と箱の両端壁４ｂの間にもＬ２の間隙が形成されている。
【００２３】
本発明の粘性壁１において、上階の躯体を介して伝達される建築構造物の振動エネルギーは水平移動する抵抗板６の受ける高粘度流体３の流速抵抗と面抵抗によって吸収される。この際、高粘度流体３にも流速が生じ、抵抗板６の繰り返し反対方向の水平移動に伴って押し引きされ、せん断変形する高粘度流体３の流体液面には、隆起と減退が生じ、しかもその隆起は、抵抗板６の移動方向先端部で大きいが、水平抑止板１０を設けたことによって、前記流体液面が隆起する流動が制限されるので隆起・減退現象を回避でき、液面上に空気の層がないので液面が減退するとき空気が巻き込まれる現象が発生せず、抵抗板６の水平移動方向後端面と高粘度流体３との間に剥離が発生しない。したがって、空気の巻き込みによる振動減衰機能の大幅な劣化を回避できる。
【００２４】
なお、水平抑止板１０の中央部開口１１と抵抗板６のくびれ部１３との間には、該抵抗板６の水平移動を許容する間隙があり、この間隙から流体３が盛り上がる現象が生じるが、中央部開口１１は、流体の激しい上動が起きる抵抗板６の移動方向先端部から離れているためその量は僅かである。しかも、溢れ出た僅かの流体３は上部流体溜り８で円滑に受けられ、再び前記中央部開口１１の間隙から空間部２内に戻される。
【００２５】
図４〜図７は、実施形態２を示し、図４（ａ）は粘性壁の正面図、（ｂ）は側面図、図５（ａ）は図４のＧ−Ｇ断面図、（ｂ）は図４のＦ−Ｆ断面図、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図４のＨ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図、Ｊ−Ｊ断面図、図７は、高粘度流体の流側分布を示す説明図である。
【００２６】
実施形態２では、箱状壁体４の両側壁４ａと抵抗板６の間の左右の各空間部２に中間側壁１４を複数のスペーサ１８を介してそれぞれ１枚設け、かつ、中間側壁１４の両端部１４ａと箱の両端壁４ｂとの間には間隙部１５を形成し、抵抗板６と中間側壁１４の間に流体のせん断変形を伴う流路スペース１６を形成し、中間側壁１４と箱の両側壁４ａとの間を逆流回避スペース１７を形成している。他の構成は実施形態１と同じである。
【００２７】
実施形態２の高粘度流体の流速分布を示す図７及び、比較例として従来の流速分布を示す図８によって、実施形態２の作用を説明する。
【００２８】
図８のように、箱体内の高粘度流体３が充填された空間部２に中間側壁がない場合は、抵抗板６の水平移動によりせん断変形を伴う流動と、抵抗板移動方向先端部分の抵抗板移動に伴う体積変化分の流体移動が同時に生じ、それぞれが逆流となってぶつかり合い、このため粘性抵抗および履歴性状が不安定となる。図８において、Ｔは抵抗板６の板厚、ｔは空間部２の幅、ｄは抵抗板６の移動先端と箱の端壁との間隙である。
【００２９】
これに対し図７のように、箱体内の高粘度流体３が充填された空間部２に中間側壁１４を設けると、抵抗板６の水平移動によるせん断変形を伴う流動は、抵抗板６と中間側壁１４の間の流路スペース１６を流れる。また、抵抗板から離れた側において抵抗板移動方向先端部分の抵抗板移動に伴う体積変化分の流体移動は、中間側壁１４と箱の両側壁４ａとの間の逆流回避スペース１７での流れとなる。さらにいえば、抵抗板６の反対方向の水平移動によりつれて流れる高粘度流体３は、中間側壁１４の回りのループ状の経路を右方向と左方向に整流されて流れ、安定な流動が実現されるものである。
【００３０】
このように中間側壁１４を設けたことで、流体変形を分離することができ、これにより高粘度流体３の安定した粘性抵抗および履歴性状が得られるようになる。図７において、抵抗板６と中間側壁１４の間の流路スペース１６の間隔Ｓ１と、中間側壁１４と箱の両側壁４ａとの間の逆流回避スペース１７の間隔Ｓ２は、Ｓ２＞Ｓ１に設けるのが好ましい。
【００３１】
本発明は、各実施形態で示した構成を適宜設計変更して実施してよく、例えば、水平抑止板１０を配置の高さを変えて複数設け、そのうちの一部の水平抑止板１０は高粘度流体３中に没するように設けてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
第１の発明によると次の効果がある。通常では、抵抗板の水平移動に伴い抵抗板前後の流体液面が隆起、減退するが、本発明は、箱状壁体の上部に高粘度流体の液面と接して水平抑止板を取付けたことで流体の上下移動が抑止され、これにより抵抗板前後での流体の隆起や液面減退に伴う空気混入が緩和され、制振機能の低下の問題を解消できる。また、抵抗板は水平変形により水平抑止板と干渉しないように断面を縮小することで、円滑な水平変位を確保できる。
【００３３】
第２の発明によると、次の効果がある。従来は抵抗板の移動により抵抗板と箱体側壁との間の流体は、せん断変形を伴う流動と抵抗板移動に伴う体積変化分の流体移動が同時に生じていたが、本発明では、抵抗板と中間側壁間でせん断変形を伴う流動、中間側壁と側壁間で流体移動というように流体変形を分離することができ、これにより安定した粘性抵抗および履歴性状が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施形態１に係る粘性壁の正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】（ａ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図である。
【図４】（ａ）は実施形態２に係る粘性壁の正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】（ａ）は図４のＧ−Ｇ断面図、（ｂ）は図４のＦ−Ｆ断面図
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図４のＨ−Ｈ断面図、Ｉ−Ｉ断面図、Ｊ−Ｊ断面図である。
【図７】（ａ）は、実施形態２の高粘度流体の流速分布を示す説明図、（ｂ）は、流速分布分解図である。
【図８】実施形態２の比較例として、従来の高粘度流体の流速分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１  粘性壁
２  空間部
３  高粘度流体
４  箱状壁体
４ａ  箱体側壁
４ｂ  箱体端壁
４ｃ  箱体下部
５  上部開口
６  抵抗板
７  コーナ部材
８  上部流体溜り
１０  水平抑止板
１１  中央部開口
１２  切欠き部
１３  くびれ部
１４  中間側壁
１５  間隙部
１６  流路スペース
１７  逆流回避スペース
１８  スペーサ
【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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