(57)【要約】  【課題】  フレーム内にダンパー一体型ブレースを架設した耐震架構において、ダンパーに振幅が１mm以下の微小振動から0.1mm程度の超微小振動まで有効にエネルギ吸収能力を発揮させる。  【解決手段】  フレーム３に固定されたガセットプレート４に、ダンパー一体型ブレース５の端部に一体化したブラケット６に対向するプレート７をその面外変形を拘束した状態で固定すると共に、ブラケット６をプレート７に引張ボルト接合する。またはフレーム３に固定されたガセットプレート11を貫通し、ブラケット６に一体化するピン12と、ピン12の回りに一体化する軸受け13と、軸受け13を任意の軸の回りに回転自在に保持する前記ガセットプレート11から微小振動吸収装置10を構成し、ガセットプレート11によってダンパー一体型ブレース５の架設状態で軸受け13の任意の軸の回りの回転を拘束する。【選択図】      図１
2005126947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と梁、もしくは桁から構成されるフレーム内に、ブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部をフレームに連結した耐震架構において、フレームに固定されたガセットプレートに、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに対向するプレートをその面外変形を拘束した状態で固定すると共に、前記ブラケットをプレートに引張ボルト接合し、環境振動源から伝播し、フレームに生ずる微小振動をダンパー一体型ブレースのダンパーに伝達可能としてある耐震架構における微小振動吸収構造。
【請求項２】
柱と梁、もしくは桁から構成されるフレーム内に、ブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部をフレームに連結した耐震架構において、環境振動源から伝播し、フレームに生ずる微小振動をダンパー一体型ブレースのダンパーに伝達し、吸収させる吸収装置であり、フレームに固定されたガセットプレートを貫通し、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに一体化するピンと、ピンの回りに一体化する軸受けと、ダンパー一体型ブレースの架設が完了する前の状態で軸受けを任意の軸の回りに回転自在に保持する前記ガセットプレートと、ピンと軸受けとの間の隙間を調整する調整部材から構成され、ダンパー一体型ブレースの架設が完了した時点で調整部材が軸受けの任意の軸の回りの回転を拘束している耐震架構における微小振動吸収装置。
【請求項３】
ガセットプレートは軸受けを収納する中空部と、軸受けを包囲した形で軸受けを保持する保持部と、中空部からガセットプレートの外周までに連続するスリットを持ち、ダンパー一体型ブレースの架設が完了した時点で調整部材から、保持部の、スリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受け、保持部の内周面が軸受けに密着している請求項２記載の耐震架構における微小振動吸収装置。
【請求項４】
調整部材はねじであり、保持部の、スリットを挟んだ両側の部分にねじ孔が形成され、両ねじ孔に調整部材が螺入してガセットプレートがスリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受けている請求項３記載の耐震架構における微小振動吸収装置。
【請求項５】
柱と梁、もしくは桁から構成され、外周部の外周フレームが梁間方向と桁行方向にそれぞれ少なくとも４支点を有するフレームにおいて、前記外周フレームの内、梁間方向の中間部の柱間と桁行方向の中間部の柱間を除く隅角部の柱間に、ブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いて前記外周フレームに連結してある微小振動吸収装置を用いた耐震架構。
【請求項６】
柱と梁、もしくは桁から構成されるフレームの２方向の構面の内、一方の構面の最下層を除く層の柱間と、他方の構面の柱間にブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いてフレームに連結してある微小振動吸収装置を用いた耐震架構。
【請求項７】
ダンパー一体型ブレースをフレームの２層以上に亘って架設し、ダンパー一体型ブレースの両端部を梁、もしくは桁に連結してある請求項５、もしくは請求項６記載の微小振動吸収装置を用いた耐震架構。
【請求項８】
ダンパーはピストンの両側にオイルが充満した油圧室を持つ油圧シリンダと、油圧シリンダ内を往復動する前記ピストン及びピストンロッドを有するオイルダンパーであり、油圧シリンダの、ピストンが往復する区間の内径はそれ以外の区間の内径より大きい請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いた耐震架構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は並列する柱と柱間に架設される梁、もしくは桁から構成されるフレームに生ずる微小振動を吸収する耐震架構における微小振動吸収構造及び微小振動吸収装置並びに微小振動吸収装置を用いた耐震架構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
並列する柱と柱間に架設される梁、もしくは桁から構成されるフレーム内に、ブレース本体にオイルダンパー等のダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設した耐震架構では、ダンパーは地震動に伴ってフレームに生ずる相対変位量に対応したエネルギ吸収能力を発揮することから、振幅が数10mm以上の振動に対して有効に機能するものの、交通振動や公害振動等、日常的に経験することの多い環境振動の内、振幅が１mm以下、特に0.1mm程度以下の微小振動に対してはフレームに生ずる相対変位量がダンパーに伝達されにくいため、ダンパーにエネルギ吸収能力を有効に発揮させることが難しい。
【０００３】
耐震要素としてフレームに架設されるブレースは少なくともフレームに生ずる面内変形に追従できるように架設される必要があるため、ブレースの端部はフレームに固定されたガセットプレートにフレームの構面に直交する方向の水平軸の回りに回転自在に連結されるが、ガセットプレートとブレースを相対回転変形可能にする上で、ブレース端部とガセットプレートとの間の連結部分に隙間を設けることになるため、微小振動はこのブレース端部とガセットプレートとの間の連結部分において遮断され、ダンパーまで伝達されることがない。
【０００４】
微小振動に対しては微小な相対変位の発生時点から減衰力を発生し得る粘弾性ダンパーや摩擦ダンパーを用いる方法があるが（特許文献１、特許文献２参照）、オイルダンパー以外のダンパーを用いた場合にもブレースの端部が回転自在に連結されていれば、上記のように隙間によって結果的にブレースとフレームとの連結部分において微小振動が遮断され、ブレースまで伝達されることがないことから、特許文献１ではパネルユニットを支持する間柱を梁に、パネルユニットを間柱にそれぞれ剛に接合し、特許文献２ではブレースの端部を梁、または間柱に剛に接合している。
【特許文献１】特開平7-331923号公報（図２）
【特許文献２】特開平11-141174号公報（図４、図５、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、いずれの方法も梁に直接、もしくは間柱を介して間接的に接続されたパネルユニット間やブレース間にダンパーを介在させており、梁に直接ブレースを接合する場合でも、互いに分離したブレース材間にダンパーを跨って設置しているため、フレームの微小振動が直接ダンパーに伝達されない状態となっている。
【０００６】
特に梁に接合された間柱からダンパーまでにはブレース、ダンパー取付部、プレートの３部材が介在するため、介在部材数だけ微小振動が伝達しにくくなる上、板状のダンパー取付部とプレートを重ねてボルト接合により接続していることで、ダンパー取付部とプレートが微小振動によって剛性の小さい板厚方向に振動し易く、振幅が１mm以下の微小振動、特に0.1mm程度以下の振幅の超微小振動に対してはダンパーが振動を吸収するように有効に機能するとは言い難い。
【０００７】
更に梁間に鉛直荷重の支持要素としての柱ではなく、ブレースと共に耐震要素を構成する間柱を介在させる場合、間柱の曲げ剛性は水平力に対し、梁に比べて小さいことから、間柱が曲げ変形を生じ易いため、微小振動成分がこの間柱の変形によって消失し、吸収に至らないことが考えられる。この場合、何らかの対策により振動エネルギを吸収することができなければ、フレームの剛性を高めることなり、単に振動をフレーム内で伝播させるだけになってしまう。
【０００８】
また特許文献２では梁と間柱からなるフレームの構面内にダンパー付きのブレースをくの字形に架設しているが、相対的に剛性の小さい間柱を含むフレームは面外変形し易いため、面外変形によってダンパーによる減衰が損失し、振動吸収効果が発揮されにくいことが想像される。
【０００９】
この発明は振幅が１mm以下の微小振動から0.001mm程度の超微小振動まで有効にエネルギ吸収能力を発揮させる振動吸収構造と振動吸収装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１ではフレームに固定されたガセットプレートに、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに対向するプレートをその面外変形を拘束した状態で固定すると共に、前記ブラケットをプレートに引張ボルト接合することにより、フレームからダンパーまでの距離を短縮する、もしくは介在部材数を削減すると共に、板厚方向に剛性の小さいプレートの変形をガセットプレートとブラケットによって防止し、フレームに生ずる微小振動をダンパー一体型ブレースのダンパーに伝達可能とする。
【００１１】
ガセットプレートはフレームを構成する柱や梁、もしくは桁、または柱と梁等との隅角部に溶接やボルト、埋設等によりフレームに直接、または間接的に固定され、プレートはガセットプレートの面に直交する面をなして溶接される等によりブラケットに対向し、面外変形を拘束された状態でガセットプレートに接合される。
【００１２】
ブラケットはプレートに対向し、両者を貫通するボルトにより引張接合され、プレートに重なって引張接合されることで、プレートを挟んでブラケットの反対側に位置するガセットプレートと共にプレートの面外変形を拘束する働きをするため、微小振動によってプレートが変形することが防止され、フレームに生ずる微小振動がブレースに伝達されなくなる要因がなくなるため、ガセットプレートとプレート及びブラケットを通じてフレームに生ずる微小振動がダンパーに伝達可能となる。
【００１３】
ダンパーに伝達された微小振動はダンパーに相対変位を生じさせ、ダンパーは相対変位量や相対速度量に応じた減衰力を発生する。例えばダンパーがオリフィス式のオイルダンパーである場合、微小振動によってピストンロッドがシリンダに対して相対移動することにより、ダンパーはピストンロッドの移動速度Ｖの２乗に比例した減衰力Ｆを発生する（Ｆ∝Ｖ2）。減衰力がピストンロッドの移動速度の２乗に比例することから、フレームに生ずる微小振動が上記のようにガセットプレートとプレートを通じてピストンロッドに伝達されることで、微小振動をダンパーによって確実に減衰させることが可能になる。
【００１４】
オイルダンパーの場合、振幅が0.001mm〜１mmの範囲内の微小振動に対してはオイル内に混入している気泡の圧縮性やピストンとシリンダ間のパッキンの摩擦力等により純粋なオイルによる粘性減衰が発生しない可能性が指摘されているが、減衰力Ｆはピストンの面積（受圧面積）Ａの３乗に比例することから（Ｆ∝Ａ3）、気泡を少なくするか、またはパッキンによる摩擦力を大きくしたり、小さくしたりすることの他、請求項７に記載のようにピストンの面積を拡大することで、ピストンが0.001mm〜１mmという超微小振動に対しても効果的に機能し、振動を減衰させることが可能である。
【００１５】
請求項２ではフレームに固定されたガセットプレートを貫通し、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに一体化するピンと、ピンの回りに一体化する軸受けと、ダンパー一体型ブレースの架設が完了する前の状態で軸受けをガセットプレートに対して任意の軸の回りに回転自在に保持する前記ガセットプレート、ピンと軸受けとの間の隙間を調整する調整部材から微小振動吸収装置を構成し、ガセットプレートによってダンパー一体型ブレースの架設が完了した時点で調整部材によって軸受けの任意の軸の回りの回転を拘束することにより、軸受けとガセットプレート間の空隙の発生を一切なくし、フレームに生ずる微小振動をダンパー一体型ブレースのダンパーに伝達可能とする。
【００１６】
この場合、軸受けがガセットプレートによって拘束される前、すなわちダンパー一体型ブレースの架設が完了する前には任意の軸の回りに回転自在にガセットプレートに保持されながらも、ダンパー一体型ブレースの架設が完了した状態ではガセットプレートが軸受けの任意の軸の回りの回転を拘束することで、ガセットプレートとブラケットが完全に固定され、両者間に微小振動が伝達できなくなる要因となる空隙がない状態となるため、フレームに生ずる微小振動がダンパーに伝達可能となる。
【００１７】
この場合も、ダンパーに伝達された微小振動はダンパーに相対変位を生じさせ、ダンパーは相対変位量等に応じた減衰力を発生し、オイルダンパーの場合にはピストンロッドの移動速度の２乗とピストンの面積Ａの３乗に比例した減衰力Ｆを発生するため（Ｆ∝Ｖ2・Ａ3）、ガセットプレートと軸受けを通じて微小振動がピストンロッドに伝達されることにより、ピストンが微小振動を確実に拾い、効果的に減衰させることが可能である。
【００１８】
請求項２ではダンパー一体型ブレースの架設が完了する前には軸受けが任意の軸の回りに回転自在にガセットプレートに保持されていることで、ダンパー一体型ブレースの架設時に軸受けの回転を利用してダンパー一体型ブレースの位置調整や角度調整等の調整が行えるため、ダンパー一体型ブレースに製作誤差や施工誤差を残すことなく、ダンパー一体型ブレースを架設することができる利点がある。
【００１９】
請求項２の場合、ガセットプレートは例えば請求項３に記載のように軸受けを収納する中空部と、軸受けを包囲した形で軸受けを保持する保持部と、中空部からガセットプレートの外周までに連続するスリットを持ち、ダンパー一体型ブレースの架設が完了した時点で調整部材から保持部の、スリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受け、保持部の内周面が軸受けに密着することにより軸受けの任意の軸の回りの回転を拘束する。保持部の内周面が軸受けに密着し、軸受けが任意の軸の回りの回転を拘束されることで、ピンを介して軸受けに一体化しているブラケットがガセットプレートに完全に密着し、固定された状態となる。
【００２０】
請求項３ではガセットプレートが、スリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受ける方法、すなわち調整部材の形態は問われず、スリットを挟む方向にガセットプレートの外周から圧縮力を加えることもできるが、請求項４に記載のように調整部材としてねじを用い、保持部の、スリットを挟んだ両側の部分にねじ孔を形成し、両ねじ孔に調整部材を螺入させることにより単純な方法で保持部の内周面を軸受けに密着させることができる。
【００２１】
請求項４ではスリットを挟んだ両側の部分のねじ孔に調整部材であるねじが螺入することによりガセットプレートはスリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに圧縮力を受けるため、保持部を軸受けに完全に密着させ、保持部と軸受けとの間の隙間をなくすことができる。
【００２２】
柱と梁、もしくは桁から構成され、外周部の外周フレームが梁間方向と桁行方向にそれぞれ少なくとも４支点（３スパン）を有するフレームにおいては、請求項５に記載のように外周フレームの内、梁間方向の中間部の柱間と桁行方向の中間部の柱間を除く隅角部の柱間に、ブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いて前記外周フレームに連結することが、耐震架構を高減衰構造化させる上で有効であることが後述するように実験的に確認されている。
【００２３】
この場合、後述のようにブレースを外周フレームの平面上の隅角部にのみ２方向に配置し、隅角部以外の柱間にブレースを配置しなくとも、梁間方向（Ｘ方向）、桁行方向（Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）共、応答加速度が低減されるため、ダンパー一体型ブレースのダンパーを効率的に機能させることが可能になる。
【００２４】
また駅舎のように２方向の構面の内、列車が走行する方向に直交する方向の構面の最下層の柱間にブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設することができないフレームにおいては、請求項６に記載のように列車走行方向に直交する方向の構面である一方の構面の最下層を除く層の柱間と、他方の構面の柱間にブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いてフレームに連結することになる。
【００２５】
この場合、一方の構面の最下層の柱間にはダンパー一体型ブレースが不在になるものの、それより上の層の柱間と、他方の構面の柱間にダンパー一体型ブレースを配置し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いてフレームに連結することで、列車振動を効果的に低減できることが後述するように実験的に確認されている。
【００２６】
請求項５、もしくは請求項６において請求項７に記載のようにダンパー一体型ブレースをフレームの２層以上に亘って架設し、ダンパー一体型ブレースの両端部を梁、もしくは桁に連結すれば、耐震架構の変形時のブレースの両端間に生ずる変形量が１層に亘って架設した場合より増大するため、振動の吸収効率が向上する上、ブレースの架設本数を半減できる利点がある。
【００２７】
また請求項５乃至請求項７のいずれかにおいて、請求項８に記載のようにダンパーとしてピストンの両側にオイルが充満した油圧室を持つ油圧シリンダと、油圧シリンダ内を往復動する前記ピストン及びピストンロッドを有するオイルダンパーを使用し、油圧シリンダの、ピストンが往復する区間の内径をそれ以外の区間の内径より大きくすることにより、油圧シリンダの内径が全長に亘って一定の場合よりピストンの面積（受圧面積）を拡大することができるため、ダンパーの発生する減衰力を増大させることが可能になる。
【００２８】
前記の通り、ダンパーの減衰力Ｆはピストンの面積（受圧面積）Ａの３乗に比例するため（Ｆ∝Ａ3）、ピストンの面積の僅かな拡大によっても減衰力Ｆが格段に増大する。例えば図29に示すように内径R1が90mmの油圧シリンダにおいて、ピストンが往復する区間以外の区間の内径R1を90mmにしたまま、ピストンが往復する区間の内径R2を100mmにした場合、ピストンの面積は油圧シリンダの内径が90mmで一定の場合の約1.23倍（502/452）になり、減衰力は約1.88倍（(502/452)3）となり、約２倍近くの減衰力を発生させることが可能になる。ピストン面積の拡大により減衰係数も面積の３乗に比例して増大し、感度がよくなるため、ピストンは超微小振動の発生時から減衰力を発生させることになる。
【００２９】
減衰力が格段に増大することで、請求項８では効率的なダンパーの配置によって耐震架構を高減衰構造化させた上で、ダンパーの減衰力を大幅に増大させることができるため、環境振動源から伝播し、フレームに発生する0.001mm〜１mmという超微小振動に対しても耐震架構全体で効果的に減衰させることが可能である。
【００３０】
減衰力の増大はピストン面積を拡大することによって可能になるが、単純なピストン面積の拡大は油圧シリンダの内径及び外径を拡大することになり、油圧シリンダの規模を拡大することになる。これに対し、請求項８では油圧シリンダの外径と軸方向の一部の区間を除く区間の内径を拡大することなく、ピストンが往復する区間の内径のみを拡大するため、油圧シリンダの規模を拡大する必要がない。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１ではフレームに固定されたガセットプレートに、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに対向するプレートをその面外変形を拘束した状態で固定すると共に、ブラケットをプレートに引張ボルト接合することで、ブラケットによってプレートを挟んでブラケットの反対側に位置するガセットプレートと共にプレートの面外変形を拘束するため、微小振動によってプレートが変形することが防止され、フレームに生ずる微小振動が伝達しない要因を解消することができる。
【００３２】
この結果、フレームに生ずる微小振動をガセットプレートとプレート及びブラケットを通じてダンパーに伝達させ、ダンパーに相対変位量、もしくは相対速度量に応じた減衰力を発生させることができる。
【００３３】
ダンパーがオイルダンパーである場合にも、微小振動によってピストンロッドがシリンダに対して相対移動し、ピストンロッドの移動速度の２乗に比例した減衰力を発生するため、フレームに生ずる微小振動がガセットプレートとプレートを通じてピストンロッドに伝達されることにより微小振動をダンパーによって確実に減衰させることが可能である。
【００３４】
またオイルダンパーの減衰力はピストンの面積の３乗に比例するため、ピストンの面積を拡大することで減衰力を損失させることなく伝達させることが可能であり、気泡の混入を減少させる等によりピストンが微小振動を拾い、減衰力を効率的に伝達することが可能である。ダンパーのみによって振動を吸収させ、振動の伝播を抑制させようとすると、たとえ減衰力を大きくできたとしても取付部が不安定であれば、減衰力を伝達させることができず、振動を吸収することもできない。
【００３５】
請求項２〜請求項４ではフレームに固定されたガセットプレートを貫通し、ダンパー一体型ブレースの端部に一体化したブラケットに一体化するピンと、ピンの回りに一体化する軸受けと、ダンパー一体型ブレースの架設が完了する前の状態で軸受けをガセットプレートに対して任意の軸の回りに回転自在に保持するガセットプレートと、ピンと軸受けとの間の隙間を調整する調整部材から微小振動吸収装置を構成し、ガセットプレートによってダンパー一体型ブレースの架設が完了した時点で調整部材によって軸受けの任意の軸の回りの回転を拘束し、ガセットプレートとブラケットが完全に固定された状態とすることで、ガセットプレートとブラケット間に微小振動が減衰する要因となる空隙がない状態とするため、フレームに生ずる微小振動をダンパーに伝達させることができる。
【００３６】
この場合も、ダンパーに伝達された微小振動はダンパーに相対変位を生じさせ、ダンパーは相対変位量等に応じた減衰力を発生し、オイルダンパーの場合にはピストンロッドの移動速度の２乗とピストンの面積の３乗に比例した減衰力を発生するため、ガセットプレートと軸受けを通じて微小振動がピストンロッドに伝達されることによりピストンが確実に微小振動を拾い、効果的に減衰させることが可能である。
【００３７】
請求項２〜請求項４ではダンパー一体型ブレースの架設が完了する前には軸受けが任意の軸の回りに回転自在にガセットプレートに保持されていることで、ダンパー一体型ブレースの架設時に軸受けの回転を利用してダンパー一体型ブレースの位置調整や角度調整等の調整が行えるため、ダンパー一体型ブレースに製作誤差や施工誤差を残すことなく、ダンパー一体型ブレースを架設することができる。
【００３８】
請求項４では保持部の、スリットを挟んだ両側の部分にねじ孔を形成し、両ねじ孔に調整部材であるねじを螺入させることで、ガセットプレートにスリットを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに圧縮力を与えるため、保持部を軸受けに完全に密着させ、保持部と軸受けとの間の隙間をなくすことができる。
【００３９】
請求項５では柱と梁、もしくは桁から構成され、外周部の外周フレームが梁間方向と桁行方向にそれぞれ少なくとも４支点を有するフレームにおいて、外周フレームの内、梁間方向の中間部の柱間と桁行方向の中間部の柱間を除く柱間に、ブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いて前記外周フレームに連結することで、梁間方向（Ｘ方向）、桁行方向（Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）共、応答加速度が低減されるため、ダンパー一体型ブレースのダンパーを効率的に機能させ、耐震架構を高減衰構造化させることができる。
【００４０】
請求項６では２方向の構面の内、一方の構面の最下層を除く層の柱間と、他方の構面の柱間にブレース本体にダンパーを組み込んだダンパー一体型ブレースを架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置を用いてフレームに連結することで、少なくとも鉛直方向の振動を効果的に低減できるため、駅舎等のように２方向の構面の内、一方の構面の最下層の柱間を開放せざるを得ないフレームにおいても振動低減効果を発揮させることができる。
【００４１】
請求項７では請求項５、もしくは請求項６において、ダンパー一体型ブレースをフレームの２層以上に亘って架設し、ダンパー一体型ブレースの両端部を梁、もしくは桁に連結するため、耐震架構の変形時のブレースの両端間に生ずる変形量を１層に亘って架設した場合より増大させることができ、振動の吸収効率を向上させることができる上、ブレースの架設本数を半減させることができる。
【００４２】
請求項８では請求項５乃至請求項７のいずれかにおいて、ダンパーとしてオイルダンパーを使用し、油圧シリンダの、ピストンが往復する区間の内径をそれ以外の区間の内径より大きくすることで、油圧シリンダの内径が全長に亘って一定の場合よりピストンの面積（受圧面積）を拡大することができるため、ダンパーの発生する減衰力を増大させることが可能になる。
【００４３】
この結果、請求項８では効率的なダンパーの配置によって耐震架構を高減衰構造化させた上で、ダンパーの減衰力を大幅に増大させることができることで、環境振動源から伝播し、フレームに発生する0.001mm〜１mmという超微小振動に対しても耐震架構全体で効果的に減衰させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
請求項１に記載の発明は図４に示すように並列する柱１，１と柱１，１間に架設される梁２、もしくは桁（以下梁２等）から構成されるフレーム３内に、ブレース本体51にダンパー52を組み込んだダンパー一体型ブレース（以下ブレース）５を架設し、その両端部をフレーム３に連結した耐震架構において、フレーム３に固定されたガセットプレート４に、ブレース５の端部に一体化したブラケット６に対向するプレート７を固定すると共に、ブラケット６をプレート７に引張ボルト接合することにより、フレーム３に生ずる微小振動をブレース５のダンパー52に伝達可能としたものである。
【００４５】
請求項１、及び後述の請求項２に記載の発明は建物の架構や橋梁等、並列する柱１，１と梁２等を有する建築構造物と土木構造物の架構全般に適用され、構造物は既存であるか新設であるかを問わず、またフレーム３は鉄骨造であるか鉄筋コンクリート造であるか等、構造種別を問わない。
【００４６】
ブレース５は互いに軸方向に相対移動自在なブレース本体51，51と、一方のブレース本体51に内蔵、もしくは接続されるダンパー52からなり、ブレース本体51，51がその両端間に作用する引張力と圧縮力によって相対移動するときにダンパー52が減衰力を発生することにより架構の揺れを抑制する。ダンパー52には粘性流体を用いたオイルダンパーの他、摩擦ダンパー等、ブレース本体51，51の軸方向の相対変形等によって減衰力を発生する形式のダンパーが使用される。
【００４７】
ガセットプレート４は図１に示すようにフレーム３の構面と平行な面をなして柱１、もしくは梁２等、または柱１と梁２等の双方にフレーム３の構造種別に応じて溶接やボルト、または埋設等の手段により固定される。ボルト接合する場合には図２に示すようにガセットプレート４に、その面に垂直な面をなして溶接されたベースプレート41において柱１や梁２等に固定される。
【００４８】
また例えば柱１と梁２等が鉄骨造の既存構造物であり、柱１や梁２等が鋼管のような閉鎖断面材である場合で、ボルトによる接合が行えない場合、または残留応力発生の問題から溶接が行えない場合には、図２に示すようにベースプレート41と柱１や梁２等のフランジを貫通して両者に一体化する打込み型の鋲８が使用される。
【００４９】
請求項２におけるガセットプレート11のフレーム３への固定例である図５に示すようにフレーム３が鉄筋コンクリート造の場合には、ガセットプレート４は後述のガセットプレート11と同様に定着部材15やバンドプレート16を介してフレーム３に固定される場合もある。
【００５０】
プレート７はガセットプレート４の面に直交する面をなし、且つブラケット６に平行な面をなした状態でガセットプレート４に溶接等により接合され、ガセットプレート４の面に直交する面をなすことでガセットプレート４によって面外変形が拘束される。プレート７にはガセットプレート４による拘束効果を補うために必要によりリブプレート71が溶接される。
【００５１】
ブラケット６はプレート７に対向して密着し、両者を貫通するボルト９によって引張接合されることにより、ガセットプレート４と共にプレート７の面外変形を拘束した状態でガセットプレート４に剛に接合される。図面ではブラケット６によるプレート７の補剛効果を増すためと、ブラケット６自身に変形を発生させないために、ブラケット６に板厚の大きさプレートを使用している。
【００５２】
フレーム３に生ずる微小振動はガセットプレート４とプレート７、及びブラケット６を通じてダンパー52に伝達される。ここで、プレート７はガセットプレート４とブラケット６によって変形に対して拘束され、ブラケット６は振動では変形しない厚肉のプレートであるため、プレート７やブラケット６が変形することはなく、微小振動がプレート７やブラケット６において伝達しなくなることはない。
【００５３】
ブラケット６がガセットプレート４に剛に接合されることで、ブレース５の端部はフレーム３に対して回転不可能な状態になるが、風荷重や地震によりフレーム３に面内変形や面外変形を生ずる程度の振動が発生したときにはブレース５自体の曲げ変形とブレース本体51，51間の軸方向の相対移動によってフレーム３の変形に追従し、ダンパー52によって振動エネルギを吸収することになる。
【００５４】
請求項２に記載の発明は柱１と梁２等から構成されるフレーム３内に、前記したブレース５を架設し、その両端部をフレーム３に連結した耐震架構において、フレーム３に生ずる微小振動をブレース５のダンパー52に伝達し、吸収させる微小振動吸収装置10である。
【００５５】
微小振動吸収装置10は図３，図５に示すようにフレーム３に固定されたガセットプレート11を貫通し、ブレース５の端部に一体化したブラケット６に一体化するピン12と、ピン12の回りに一体化する軸受け13と、ブレース５の架設が完了する前の状態で軸受け13を任意の軸の回りに回転自在に保持する前記のガセットプレート11と、ピンと軸受けとの間の隙間を調整する調整部材14から構成され、ガセットプレート11がブレース５の架設が完了した時点で調整部材14が軸受け13の任意の軸の回りの回転を拘束することによりブラケット６をガセットプレート11に固定した状態に保つ。
【００５６】
ガセットプレート11もガセットプレート４と同様、図３に示すようにフレーム３の構面と平行な面をなして柱１、もしくは梁２等、または柱１と梁２等の双方に溶接やボルト、または埋設等の手段により固定される。ボルト接合する場合にはガセットプレート４に、その面に垂直な面をなして溶接されたベースプレート41において柱１や梁２等に固定される。またボルトによる接合も溶接も行えない場合には、ベースプレート41と柱１や梁２等のフランジを貫通して一体化する打込み型の鋲８が使用される。
【００５７】
フレーム３が新設の鉄筋コンクリート造の場合には図５の上側の梁２等に接合されたガセットプレート11のようにコンクリート中に埋設され、例えばプレートを組み立てて構成される定着部材15にガセットプレート11が溶接等により一体化し、既設の鉄筋コンクリート造の場合には図５の右側のブレース５の下端部が接合されるガセットプレート11のように柱１や梁２等を包囲した形で外接するバンドプレート16にガセットプレート11が溶接等により一体化する。
【００５８】
ブラケット６は図６のｘ−ｘ線断面図である図８にブラケット６を加えた様子を示す図９のようにピン12が軸受け13と共にブラケット６の一部を貫通することによりピン13に一体化する。ピン12は軸受け13を貫通して軸受け13に一体化している。
【００５９】
ブラケット６とピン13の具体例な取合い例を示す図９ではブレース５の軸に垂直な面をなす板状のブラケット６に、ブレース５の軸に平行な面をなして並列するプレート61，61を溶接する等によりブラケット６をクレビス型の形にし、プレート61，61にピン12を貫通させているが、図５〜図７に示すようにブラケット６を、ブレース５の軸に平行な面をなす１枚、もしくは２枚のプレートから構成し、そのプレートをブレース５の端部に接合し、それにピン12を貫通させることもある。
【００６０】
ガセットプレート11は図５の拡大図である図６及び図７、並びに図10に示すように軸受け13を収納する中空部11ａと、軸受け13を包囲した形で保持する保持部11ｂと、中空部11ａからガセットプレート11の外周までに連続するスリット11ｃを持ち、ブレース５の架設が完了した時点で調整部材14から、保持部11ｂの、スリット11ｃを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受けることにより保持部11ｂの内周面が軸受け13の表面に密着する（請求項３）。
【００６１】
軸受け13の表面とそれを包囲する保持部11ｂの内部である中空部11ａは図８，図９に示すように球面を形成し、保持部11ｂが軸受け13に密着する前の状態では、軸受け13と保持部11ｂは両者間に介在するオイルや多数の球体等の絶縁材によって任意の軸の回りに回転可能な球面軸受けを構成しており、保持部11ｂが軸受け13に密着したときに球面軸受けの機能が失われる。
【００６２】
スリット11ｃは中空部11ａの半径方向等、中空部11ａを横切る形で形成され、１本のブレース５が接合されるガセットプレート11においては図７，図10に示すように直線状に形成されるが、２本のブレース５，５が接合されるガセットプレート11においては図６に示すように２箇所の中空部11ａ，11ａを結ぶスリット11ｃとそのスリット11ｃに連続し、ガセットプレート11の外周までに連続するスリット11ｃが形成される。
【００６３】
図10に示すようにガセットプレート11の、スリット11ｃを挟んだ両側の部分にはねじ孔11ｄ，11ｄが形成されており、両ねじ孔11ｄ，11ｄに調整部材14であるボルト等のねじが螺入することによりスリット11ｃの両側の部分が、スリット11ｃを挟んで対向する面間の距離が小さくなる向きに力を受け、保持部11ｂの内周面が軸受け12に密着する（請求項４）。ねじ孔11ｄ，11ｄはスリット11ｃに直交する方向に形成されることが合理的である。
【００６４】
少なくとも一方のねじ孔11ｄはガセットプレート11の端面から、スリット11ｃに到達するまで連続して形成され、調整部材（ねじ）14はガセットプレート11の端面から一方のねじ孔11ｄに螺入させられ、他方のねじ孔11ｄに到達することによりスリット11ｃの両側の部分を互いに引き寄せ、保持部11ｂを軸受け13に密着させる。他方のねじ孔11ｄはスリット11ｃからガセットプレート11の端面まで、またはその中途まで形成される。
【００６５】
ブレース５の架設が完了する前の、ブレース５の位置調整や角度調整等の調整が終了する前の状態では、保持部11ｂの内周面は軸受け13の表面に密着せず、軸受け13が任意の軸の回りに回転できる状態に保たれ、軸受け13の回転可能な範囲内でブレース５の位置調整や角度調整等の調整が行われる。
【００６６】
ブレース５の位置調整や角度調整等の後、調整部材（ねじ）14が両ねじ孔11ｄ，11ｄに螺入し、保持部11ｂの内周面が軸受け13に密着し、軸受け13の回転が拘束され、ブラケット６がガセットプレート11に固定された状態となり、ブレース５の架設が完了する。
【００６７】
請求項２においてもブラケット６がガセットプレート11に剛に接合されることで、ブレース５の端部はフレーム３に対して回転不可能な状態になるが、風荷重や地震によりフレーム３が面内変形や面外変形を生ずる程度の振動の発生時にはブレース５自体の曲げ変形とブレース本体51，51間の軸方向の相対移動によってフレーム３の変形に追従することになる。
【００６８】
請求項５に記載の発明は図11〜図13に示すようには柱１と梁２、もしくは桁（梁２等）から構成され、外周部の外周フレーム30が梁間方向と桁行方向にそれぞれ少なくとも４支点（３スパン）を有するフレーム３において、前記外周フレーム30の内、梁間方向の中間部の柱１，１間と桁行方向の中間部の柱１，１間を除く隅角部の柱１，１間に、ブレース本体51にダンパー52を組み込んだダンパー一体型ブレース（以下ブレース）５を架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いて前記外周フレーム30に連結した耐震架構Ｂである。
【００６９】
耐震架構Ｂは建物全般に適用され、特に交通振動等の環境振動の影響を受け易い建物への適用が有効であるが、２方向の構面の内の一方の構面の最下層が開放せざるを得ない駅舎への適用に当たっては請求項６に記載の発明で対応することになる。
【００７０】
図11〜図13は梁間方向（Ｘ方向）に４支点（３スパン）、桁行方向（Ｙ方向）に５支点（４スパン）を有する外周フレーム30を有する耐震架構Ｂを示すが、ブレース５は図12に示すように外周フレーム30の平面上の隅角部に２方向に配置され、隅角部以外の柱１，１間には配置されない。外周フレーム30は、柱１と梁２等からなる架構であるフレーム３の内、その外周部を周回する柱１と梁２等からなる架構を言う。
【００７１】
外周フレーム30の平面上の隅角部にブレース５を２方向に向けて配置した場合に、耐震架構Ｂに一定の加振力を与えたときの平面上の中央部における応答加速度の低減効果を図14〜図16に示す。
【００７２】
図14〜図16は図12に示すように耐震架構の最上階の中央部に設置した起振機により耐震架構Ｂの梁間方向（Ｘ方向）に2.45kNの加振力を与えたときに、図11に示すようにブレース５が直接接続しない外周フレーム30の梁間方向（Ｘ方向）の各階の梁２等の中央部に設置した▽で示す加速度計により測定した耐震架構Ｂの２階部分の応答加速度の結果を示す。図14は梁間方向（Ｘ方向）、図15は桁行方向（Ｙ方向）、図16は鉛直方向（Ｚ方向）の各応答加速度である。比較のため、ブレース５を配置しない場合の２階部分の梁間方向（Ｘ方向）、桁行方向（Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）の各応答加速度を図17〜図19に示す。
【００７３】
図14と図17、図15と図18、及び図16と図19との各対比から、外周フレーム30の平面上の隅角部に配置された２方向のブレース５の存在により梁間方向（Ｘ方向）、桁行方向（Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）共、応答加速度が低減されていることが分かる。
【００７４】
このことから、図11に示すように梁間方向と桁行方向にそれぞれ少なくとも４支点を有するフレーム３において、外周フレーム30の内、梁間方向の中間部の柱１，１間と桁行方向の中間部の柱１，１間を除く柱１，１間に、ブレース５を架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いて外周フレーム30に連結した耐震架構Ｂでは、ブレース５が直接接続しないフレーム３においても梁２の中央部での応答が低減され、耐震架構Ｂ全体が高い減衰を有する高減衰構造化される、と言える。
【００７５】
図20は駅舎や乗物の格納庫等のように２方向の構面の内、列車等の走行のために一方の構面の最下層の柱間１，１を開放せざるを得ないフレーム31において、柱１と梁２、もしくは桁から構成されるフレーム31の２方向の構面の内、前記一方の構面の最下層を除く層の柱１，１間と、他方の構面の柱１，１間にブレース本体51にダンパー52を組み込んだダンパー一体型ブレース（以下ブレース）５を架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いてフレーム31に連結した請求項６に記載の耐震架構Ｃの例を示す。
【００７６】
この耐震架構Ｃのブレース５の架設による減衰効果の確認結果を図24、図25に示す。ここでは簡略化のため、耐震架構Ｃを構成するフレーム31の２方向の構面を図21、図22に示す２層、１スパンのフレームにモデル化し、それぞれのフレームの３階の梁中央に設置された起振機が発生する振動による３階梁の鉛直方向の応答加速度を図24、図25に示す。比較のため、ブレース５が架設されないモデルである図23に示すフレームにおける３階梁の鉛直方向の応答加速度を図26に示す。
【００７７】
図21に示すフレームは図20における列車等の走行方向に直交する方向の構面に相当し、図22に示すフレームは図20における列車等の走行方向に平行な構面に相当する。最下層にブレース５を架設できない図21では最下層の上の層に４本のブレース５を２本で１組にし、２本、１組のブレース５をたすき掛けに架設し、各層にブレース５を架設できる図22では各層に逆Ｖ字形に架設している。
【００７８】
図26と図24の対比から、図21のように最下層の柱１，１間にブレース５を不在にした場合でも、それより上の層の柱１，１間にブレース５を架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いてフレーム31に連結することで、少なくとも鉛直方向の振動を効果的に低減できていることが分かる。
【００７９】
図26と図25の対比からは、図22のように各層の柱１，１間にブレース５を架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いてフレーム31に連結することで、少なくとも鉛直方向の振動を効果的に低減できていることが分かる。
【００８０】
また図24と図25の対比から、最下層の柱１，１間にブレース５を不在にした図21の場合でも、各層の柱１，１間にブレース５を架設した図22の場合と同等程度の振動低減効果が発揮されることが分かる。
【００８１】
図27はダンパー一体型ブレース（ブレース）５をフレーム３の２層以上に亘って架設し、その両端部を請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の微小振動吸収装置10を用いてフレーム３の梁２、もしくは桁に連結した請求項７に記載の耐震架構Ｂの構成例を示す。
【００８２】
この場合、ブレース５の両端が接続する梁２，２の中間の階の梁20とブレース５が干渉する形になるため、この中間の階の梁20はブレース５との干渉を回避するために、例えば図28−(a)に示すように幅方向に梁部材21，21が並列し、ブレース５を挟む形式の二重梁として構築される。ブレース５の両端が接続する梁２は(b)に示すように単一の梁として構築される。
【００８３】
ブレース５をフレーム３の２層以上に亘って架設した場合、耐震架構Ｂの変形時のブレース５の両端間に生ずる変形量が１層に亘って架設した場合より増大するため、振動の吸収効率が向上し、またブレース５の架設本数が半減される。
【００８４】
図29はダンパー52がピストン52ｃの両側にオイルが充満した油圧室52ｄ，52ｄを持つ油圧シリンダ52ａと、油圧シリンダ52ａ内を往復動するピストン52ｃ及びピストンロッド52ｂを有するオイルダンパーであり、油圧シリンダ52ａの、ピストン52ｃが往復する区間の内径をそれ以外の区間の内径より大きくした請求項７に記載の発明の概要を示す。
【００８５】
図29は前記の通り、内径R1が90mm、外径R3が110mmの油圧シリンダにおいて、ピストンが往復する区間以外の区間の内径R1を90mmにしたまま、ピストンが往復する区間の内径R2を100mmにした場合であるが、ピストンの面積は油圧シリンダの内径が90mmで一定の場合の約1.23倍（502/452）になり、減衰力は約1.88倍（(502/452)3）となる。
【００８６】
図30は図29に示す形式のダンパー52の解析モデルに微小振動を与えたときにピストン52ｃが発生する減衰力（Ｎ）と変位（mm）の関係を示す。ここに示すように履歴曲線は0.001mm単位の超微小の振動レベルからループを描くため、0.001mm〜１mmの超微小振動に対してもピストン52ｃが効果的に減衰力を発生し、振動エネルギを吸収することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】請求項１に記載の発明の具体例を示した立面図である。
【図２】請求項１に記載の発明の他の具体例を示した立面図である。
【図３】請求項２に記載の発明の概要を示した立面図である。
【図４】連続するフレームにダンパー一体型ブレースを架設した様子を示した立面図である。
【図５】請求項２に記載の発明の具体例を示した立面図である。
【図６】図５のブレースの上側の端部における詳細を示した立面図である。
【図７】図５のブレースの下側の端部における詳細を示した立面図である。
【図８】図６のｘ−ｘ線断面図である。
【図９】ブラケットとピンの接合例を示した縦断面図である。
【図１０】図５〜図８に示すガセットプレートを示した立面図である。
【図１１】請求項５に記載の耐震架構を示した概念図である。
【図１２】請求項５に記載の耐震架構、及びその耐震架構へのブレースの配置位置と起振機の設置位置を示した平面図である。
【図１３】図12の立面図である。
【図１４】外周フレームの平面上の隅角部にブレースを２方向に向けて配置した耐震架構の梁間方向（Ｘ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図１５】耐震架構の桁行方向（Ｙ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図１６】耐震架構の鉛直方向（Ｚ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図１７】ブレースを配置しない架構の梁間方向（Ｘ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図１８】ブレースを配置しない架構の桁行方向（Ｙ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図１９】ブレースを配置しない架構の鉛直方向（Ｚ方向）の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図２０】請求項６に記載の耐震架構を概念的に示した斜視図である。
【図２１】図20における列車等の走行方向に直交する方向の構面をモデル化して示した立面図である。
【図２２】図20における列車等の走行方向に平行な方向の構面をモデル化して示した立面図である。
【図２３】ブレースが架設されないフレームをモデル化して示した立面図である。
【図２４】図21のモデルに鉛直振動を与えたときの鉛直方向の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図２５】図22のモデルに鉛直振動を与えたときの鉛直方向の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図２６】図23のモデルに鉛直振動を与えたときの鉛直方向の応答加速度と時間の関係を示したグラフである。
【図２７】ブレースをフレームの２層に亘って架設した様子を示した立面図である。
【図２８】(a)はブレースの両端が接続する梁の中間の階の梁の構成例を示した平面図、(b)はブレースの両端が接続する梁を示した平面図である。
【図２９】オイルダンパーの油圧シリンダとピストンの関係を示した断面図である。
【図３０】図29に示す形式のダンパーの解析モデルに微小振動を与えたときの減衰力と変位の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１……柱、２……梁、20……梁（中間階）、21……梁部材、３……フレーム、Ｂ……耐震架構、30……外周フレーム、Ｃ……耐震架構、31……フレーム、４……ガセットプレート、4a……ベースプレート、５……ダンパー一体型ブレース、51……ブレース本体、52……ダンパー、52ａ……油圧シリンダ、52ｂ……ピストンロッド、52ｃ……ピストン、52ｄ……油圧室、６……ブラケット、61……プレート、７……プレート、71……リブプレート、８……鋲、９……ボルト、10……微小振動吸収装置、11……ガセットプレート、11ａ……中空部、11ｂ……保持部、11ｃ……スリット、11ｄ……ねじ孔、12……ピン、13……軸受け、14……調整部材、15……定着部材、16……バンドプレート。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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