JP6135053B2 - 制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、相対移動する２つの部材の制振構造に関する。

相対移動可能な２つの部材の接合部にて振動を減衰させる制振構造としては、たとえば摩擦ダンパーが知られている。この摩擦ダンパーは、たとえば、建物架構において水平方向に相対移動する階床間に設けられる間柱などに備えられ、前述の相対移動に伴って摺動する圧接板同士の摩擦力により、相対移動を抑制するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−６７８０６号公報

図３１は、特許文献１における荷重と変形の説明図である。図３１を参照すると、特許文献１の手法であると、Ａ点からＡ’の中間の荷重が作用した場合には、変形は生じず、すなわち、エネルギーの吸収が行われない。よって、荷重に応じてより適切な摩擦力を生じさせることが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、荷重に応じて適切な摩擦力を生じさせることを目的とする。

このような目的を達成するために本発明に係る制振構造では、建物架構において所定方向に相対移動する一対の部材の間に配置され、前記相対移動に伴って摺動する圧接板同士の摩擦力により、前記相対移動を抑制する摩擦ダンパーを複数設け、該摩擦ダンパーが連動して制振する制振構造であって、前記摩擦ダンパーは、前記一対の部材のうちの一方の部材に設けられる第１圧接板と、前記一対の部材のうちの他方の部材に設けられる第２圧接板と、前記第１圧接板又は前記第２圧接板と摺動可能に圧接される第３圧接板と、を備え、前記第１圧接板は、前記所定方向に長い第１貫通孔を備えて第１移動量を摺動可能とし、前記第２圧接板は、前記第１貫通孔より短い第２貫通孔を備えて第２移動量を摺動可能とし、前記第３圧接板は、第３貫通孔を備え、前記第１貫通孔と第２貫通孔と第３貫通孔とを挿通して設けられるボルト部材を有し、複数の前記摩擦ダンパーは、前記第２貫通孔の前記所定方向の長さを段階的に異ならせて前記第２移動量を段階的にし、複数の前記摩擦ダンパーが段階的に摺動することを特徴とする制振構造である。

このような制振構造によれば、第１圧接板と第２圧接板とを相対移動するような荷重が加わると、まず、第１圧接板と第２圧接板との間で摺動したときの摩擦力を生じさせる。次に、ボルト部材が第２貫通孔に当接係合すると、第１圧接板と第２圧接板との間で摺動したときの摩擦力だけでなく、さらに、第３圧接板が第１圧接板又は第２圧接板と摺動したときの摩擦力を生じさせる。すなわち、摩擦力が段階的に切り替わることになる。また、複数の摩擦ダンパーにおいて、第２貫通孔の長さを異ならせ第２移動量を段階的にしているため、複数の摩擦ダンパーが段階的に摺動し、その摩擦力も段階的に変化する。そして、荷重に応じて適切な摩擦力を生じさせることができる。

かかる制振構造であって、前記ボルト部材を内側に挿入しつつ、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔と前記第３貫通孔とを挿通して設けられるパイプ部材を備えることが望ましい。
このような制振構造によれば、第２圧接板が第１圧接板及び第３圧接板に対して摺動するときの摩擦力は、パイプ部材を介して伝達されるので、ボルト部材をパイプ部材により保護し、その健全性を高く維持することができる。

かかる制振構造であって、前記第１圧接板を前記第２圧接板と前記第３圧接板が挟むことが望ましい。
このような制振構造によれば、例えば、Ｈ型鋼の一部を用いて摩擦ダンパーを構成することができる。

かかる制振構造であって、前記第２圧接板は、Ｈ型鋼のウェブ及びフランジの少なくともいずれか一方であることが望ましい。
このような制振構造によれば、Ｈ型鋼の一部を用いて複数の摩擦ダンパーを構成することができる。

かかる制振構造であって、前記フランジに取り付けられる圧接力付勢部材の数は、前記ウェブに取り付けられる前記圧接力付勢部材の数よりも多いことが望ましい。

かかる制振構造であって、前記圧接力付勢部材は皿ばねであることが望ましい。
このような制振構造によれば、圧接力付勢部材は、圧力方向の変形量に対して、荷重の変動が小さい非線形ばね領域を備えた皿ばねなので、安定した圧接力を発生させることができる。また、重なる皿ばねの数を異ならせることにより、圧接力を容易に調整することができる。

かかる制振構造であって、前記第１圧接板に対する摺動時の摩擦係数が、前記第２圧接板と前記第３圧接板とで互いに異ならせることができる。
このような制振構造によれば、より適切な摩擦力を得ることができる。

かかる制振構造であって、前記第１圧接板と前記第３圧接板との間に挟まれる第１摩擦板と、前記第１圧接板と前記第２圧接板との間に挟まれる第２摩擦板と、前記第１圧接板の一方の面及び他方の面に固定的に設けられ、前記第１摩擦板及び前記第２摩擦板に接する滑り板と、を備える。
このような制振構造によれば、より安定した摩擦力を得ることができる。

本発明によれば、荷重に応じて適切な摩擦力を生じさせることができる。

本実施形態における摩擦ダンパーユニットの側面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本実施形態における摩擦ダンパーユニットの上面図である。 摩擦ダンパーの側面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。 丸パイプを用いない場合の図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 Ｈ型鋼の上面図である。 Ｈ型鋼の側面図である。 摩擦ダンパーユニットの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第２の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第３の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第４の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第５の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第６の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第７の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第８の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第９の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１０の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１１の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１２の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１３の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１４の図である。 摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１５の図である。 荷重Ｐ１を小さく設定し荷重幅Ｐ２を大きく設定したときの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。 荷重Ｐ１を大きく設定し荷重幅Ｐ２を小さく設定したときの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。 間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの斜視図である。 間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの正面図である。 間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの断面図である。 特許文献１における荷重と変形の説明図である。

図１は、本実施形態における摩擦ダンパーユニットの側面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、本実施形態における摩擦ダンパーユニットの上面図である。これらの図には、建物の柱梁架構のブレースに適用された摩擦ダンパーユニット１が示されている。これらの図において、Ｈ型鋼２０の材軸方向が相対移動方向である。

摩擦ダンパーユニット１は、Ｈ型鋼２０（第２圧接板）と、連結部材３０（第１圧接板）と、これらと摺動可能に接する複数の摩擦ダンパー１０−１〜１０−４を備える。連結部材３０は、座金５２及びスペーサー５４を介し、ナット５３にボルト５１が螺合することにより、他方のＨ型鋼４０と連結される。

本実施形態における摩擦ダンパーユニット１は、１０個の摩擦ダンパーを備える。ここでは、後述するように、Ｈ型鋼２０に形成された長孔の長さに違いのために、１０個の摩擦ダンパーがＨ型鋼２０及び連結部材３０に対して４種類の異なる相対移動をする。

本実施形態における摩擦ダンパーユニットでは、１つの第１摩擦ダンパー１０−１と、１つの第２摩擦ダンパー１０−２と、４つの第３摩擦ダンパー１０−３と、４つの第４摩擦ダンパー１０−４を備える。図１及び図２において、相対移動方向について共通の相対移動をするものについては同じ符号を付してある。第１摩擦ダンパー１０−１及び第２摩擦ダンパー１０−２は、Ｈ型鋼１０のウェブ２０ａに設けられる。一方、第３摩擦ダンパー１０−３及び第４摩擦ダンパー４は、Ｈ型鋼１０のフランジ２０ｂに設けられる。つまり、これらの摩擦ダンパーは、４種類の異なる相対移動を行う。

図４は、摩擦ダンパーの側面図である。図５は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図６は、図２におけるＣ−Ｃ断面図である。前述のように、摩擦ダンパーはＨ型鋼２０及び連結部材３０に対して４種類の異なる相対移動を行うが、これは、Ｈ型鋼２０に形成された長孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの長さが異なるためであり、摩擦ダンパーにおける長孔以外の構成は共通する。

よってここでは、摩擦ダンパー１０−４を例に摩擦ダンパーの構成について説明を行う。摩擦ダンパー１０−４は、互いに相対移動方向に相対移動するＨ型鋼２０及び連結部材３０とで摩擦摺動する第１摩擦板１２−１、第２摩擦板１２−２、第３摩擦板１２−３、及び、第４摩擦板１２−４を備える。

Ｈ型鋼２０のフランジ２０ｂの上下両面には第２摩擦板１２−２及び第３摩擦板１２２−３が移動不能に固着される。また、これら第２摩擦板１２−２及び第３摩擦板１２−３を挟み込むように、かつ、相対移動方向に摺動可能に連結部材３０が配置される。また、圧接部材１６６(第３圧接板)には、第１摩擦板１２−１及び第４摩擦板１２−４が移動不能に固着される。

２つの連結部材３０には、それぞれ、その上下両面に滑動板３２（滑り板に相当する）が移動不能に固着される。よって、４枚の摩擦板１２−１〜１２−４は、それぞれ、滑動板３２を介して連結部材３０と摺動する。

なお、上記の固着方法としては、例えば、（１）接着による方法、（２）固着面を構成する各々の表面について表面粗さの増大処理（ショットブラスト等）を施して、固着面で相対的な滑りが生じないようにする方法、（３）嵌合による方法等が挙げられる。

さらに、圧接部材１６６上に、座金１６４、皿ばね積層体１６１、ブッシュ１６５、座金１６４が設けられる。一方、第４摩擦板１２−４下に、圧接部材１６６、座金１６４が配置される。圧接部材１６６には、丸パイプ１６８とほぼ接するような丸孔が設けられている。

第１摩擦板１２−１〜第４摩擦板１２−４、及び、Ｈ型鋼２０は、相対移動方向と交差する方向について丸パイプ１６８に対して若干の隙間を有する。また、第２摩擦板１２−２、第３摩擦板１２−３、及び、Ｈ型鋼２０には、相対移動方向について丸パイプ１６８の径よりも長い長孔２１ｄが設けられている。そして、高力ボルト１６２がこれらを挿通し、ナット１６３と螺合される。

なお、ここでは、第４摩擦ダンパー１０−４を例に説明を行っているが、第１摩擦ダンパー１０−１〜第３摩擦ダンパー１０−３においても、第２摩擦板１２−２及び第３摩擦板１２−２には、それぞれ長孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃと同じ長さの長孔が設けられる。

上記の摩擦板１２−１〜１２−４には、有機系摩擦材や無機系摩擦材を使用し得る。有機系摩擦材は、熱硬化型樹脂を結合材として、アラミド繊維，ガラス繊維，ビニロン繊維，カーボンファイバーなどの繊維材料と、カシューダスト，鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とからなる複合摩擦材料で形成される。上記熱硬化型樹脂としては、フェノール樹脂，メラミン樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂，ＤＦＫ樹脂，グアナミン樹脂，エポキシ樹脂，キシレン樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレーン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などがある。一方、滑動板３２はステンレスやチタンなどの耐食性を有する材料によって形成される。

図６のように構成された第４摩擦ダンパー１０−４に荷重Ｐが加わったとする。荷重Ｐは、Ｈ型鋼２０を連結部材３０に対して相対的に右側に移動させようとする荷重である。図６に示される状態でこのような荷重Ｐが加わると、Ｈ型鋼２０のフランジ２０ｂに固着された第２摩擦板１２−２及び第３摩擦板１２−３は、連結部材３０に固着された滑動板３２との間で摺動する。つまり、第２摩擦板１２−２と連結部材３０に固着された滑動板３２との面と、第３摩擦板１２−３と連結部材３０に固着された滑動板３２との面との間に生ずる２面分の摩擦力をもって摺動することになる。

このような摺動がさらに進むと、フランジ２０ｂに設けられた長孔２１ｄの左壁が丸パイプ１６８に当接係合する。次に、連結部材３０に対してフランジ２０ｂを右側に相対移動させようとするさらなる荷重が加わるものとする。このとき、前述の２面の摺動に加えて第１摩擦板１２−１及び第４摩擦板１２−４も、連結部材３０に固着された滑動板３２との間で摺動する。すなわち、このとき、４面分の摩擦力をもって摺動することになる。

このように、摩擦板の２面分の摩擦力を有する摺動と、摩擦板の４面分の摩擦力を有する摺動と、を１つの摩擦ダンパーにおいて生じさせることが可能である。摩擦板２面分で生ずる摩擦力のほうが摩擦板４面分で生ずる摩擦力よりも大きいため、荷重が加わると、まずは摩擦板２面分での摺動が開始する。丸パイプ１６８が長孔２１ｄに当接係合すると摩擦板２面分での摺動は完了し、摩擦板４面分での摺動に移行する。つまり、最初は摩擦板の２面分の摩擦力により制振が行われ、次に、摩擦板の４面分のより大きい摩擦力により制振が行われる。

尚、上述では、第１摩擦板１２−１〜第４摩擦板１２−４を備えていたが、これらを備えない構成とすることもできる。すなわち、圧接部材１６６は連結部材３０と接し、Ｈ型鋼２０も連結部材３０と接する構成とすることもできる。

図７は、丸パイプを用いない場合の図１におけるＢ−Ｂ断面図である。上記説明では、丸パイプ１６８を用いた実施形態として説明を行ったが、図７に示されるように、長孔２１ｄに当接係合する役割を高力ボルトの軸１６２ｂが担うこととすれば、丸パイプ１６８を用いなくてもよい。

ところで、上述の説明では、１つの摩擦ダンパーについて説明を行ったが、Ｈ型鋼２０に設けられる複数の長孔の長さを異ならせ、複数の摩擦ダンパーが組み合わせることで、段階的に摩擦力を変化させることが可能となる。

図８は、Ｈ型鋼の上面図である。図９は、Ｈ型鋼の側面図である。図８及び図９に示されるように、Ｈ型鋼に設けられる長孔には、ウェブ２０ａの左側に設けられる１つの長孔２１ａ（長さｄ１）と、ウェブ２０ａの右側に設けられる１つの長孔２１ｃ（長さｄ３）と、フランジ２０ｂの左側に設けられる４つの長孔２１ｂ（長さｄ２）と、フランジ２０ｂの右側に設けられる４つの長孔２１ｄ（長さｄ４）がある。これら長孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの長さには、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４の関係がある。一方、連結部材３０及び滑動板３２に設けられる長孔３１の長さは、長孔２１ｄの長さｄ４よりも長い。

ウェブ２０ａにおいて、長孔２１ａの相対移動方向に延びる中心軸は、長孔２１ｃの中心軸と重なる。また、フランジ２０ｂにおいて、長孔２１ｂの相対方向に伸びる中心軸は、長孔２１ｄの中心軸と重なる。また、相対移動方向と交差する交差方向に伸びる長孔２１ａの中心軸は、長孔２１ｂの中心軸と重なる。また、交差方向に伸びる長孔２１ｃの中心軸は、長孔２１ｄの中心軸と重なる。

このように、それぞれの長孔の中心軸を重ねる構成とすることで、均等に摩擦ダンパーの移動範囲を規定することができ、効率よく振動を抑制することができる。

図１０は、摩擦ダンパーユニットの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。このグラフでは、横軸に相対移動方向の相対変位量δを示し、縦軸には、各摩擦ダンパー１０−１〜１０−４が発生する摩擦力の総和を示している。

図１１は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１の図である。図１１の下部分には、図２のＤ−Ｄ断面における第１摩擦ダンパー１０−１と第３摩擦ダンパー１０−３が示されている。すなわち、Ｈ型鋼２０のウェブ２０ａの摩擦ダンパーが示されている。また、図１１の上部分には、図２のＥ−Ｅ断面における第２摩擦ダンパー１０−２と第４摩擦ダンパー１０−４が示されている。すなわち、Ｈ型鋼２０のフランジ２０ｂの摩擦ダンパーが示されている。

また、図１１では、各部の相対移動の説明を容易にするために、Ｈ型鋼のウェブ２０ａ、Ｈ型鋼のフランジ２０ｂ、連結部材３０、圧接部材１６６、及び、高力ボルトの軸１６２ｂのみが模式的に示されている。また、本来であれば、ウェブ２０ａに設けられる摩擦ダンパーの設置方向と、フランジ２０ｂに設けられる摩擦ダンパーの設置方向は、互いに直交する方向となるが、相対移動方向の移動を理解容易にするために両者の設置方向をそろえて表示している。

また、フランジ２０ｂには、４つの第２摩擦ダンパー１０−２が設けられるが、これらは相対移動方向に関して同じ動作を行うので、図１１には１つだけ示すこととしている。また、第４摩擦ダンパー１０−４についても、フランジ２０ｂに４つ設けられるが、これらも相対移動方向に関して同じ動作を行うので、図１１には１つだけ示すこととしている。

このような構成において、摩擦ダンパーユニット１に相対移動方向の荷重が作用した場合について説明する。なお、これらの摩擦ダンパーユニットの動作の説明図において、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する場合を、図１０における荷重及び変位ともにプラスとして表す。

図１１の状態は、図１０においてＳｐ０点に対応する。すなわち、Ｈ型鋼２０と連結部材３０との間に相対移動方向の荷重が加わっていないか、又は、加わっていたとしてもＳｐ１点が示す荷重よりも小さいため、Ｈ型鋼２０と連結部材３０との相対移動が生じていない状態である。

Ｈ型鋼２０と連結部材３０との間にＳｐ１点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０は連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、Ｈ型鋼２０が第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４の圧接部材１６６に対して右側に相対移動する。そして、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図１２は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第２の図である。図１０のＳｐ０点の状態において、Ｓｐ１点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１２に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第１ダンパー１０−１の高力ボルトの軸１６２ｂ（以下、単に軸１６２ｂという）が長孔２１ａの左壁に当接係合した状態である。よって、さらにＨ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動しようとした場合、第１摩擦ダンパー１０−１は連結部材３０との間で相対移動しなければならない。

図１０のＳｐ２点の状態（図１２）から、さらにＳｐ６点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。第１摩擦ダンパー１０−１の高力ボルトの軸１６２ｂは長孔２１ａに当接係合しているため、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動すると、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１３は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第３の図である。図１０のＳｐ２点の状態において、Ｓｐ６点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１３に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ７点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂが長孔２１ｂの左壁に当接係合した状態である。よって、さらにＨ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動しようとした場合、第２摩擦ダンパー１０−２も連結部材３０との間で相対移動しなければならない。

図１０のＳｐ７点の状態（図１３）から、さらにＳｐ８点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは長孔２１ａに当接係合し、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂも長孔２１ｂに当接係合しているため、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動すると、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１及び第２摩擦ダンパー１０−２においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１４は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第４の図である。図１０のＳｐ７点の状態において、Ｓｐ８点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１４に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ９点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第３摩擦ダンパー１０−３の軸１６２ｂが長孔２１ｃの左壁に当接係合した状態である。よって、さらにＨ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動しようとした場合、第３摩擦ダンパー１０−３も連結部材３０との間で相対移動しなければならない。

図１０のＳｐ９点の状態（図１４）から、さらにＳｐ１０点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは長孔２１ａに当接係合し、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂも長孔２１ｂに当接係合し、第３摩擦ダンパー１０−３の軸１６２ｂも長孔２１ｃに当接係合しているため、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動すると、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１〜第３摩擦ダンパー１０−３においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１５は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第５の図である。図１０のＳｐ９点の状態において、Ｓｐ１０点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１５に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ１１点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第４摩擦ダンパー１０−４の軸１６２ｂが長孔２１ｄの左壁に当接係合した状態である。よって、さらにＨ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動しようとした場合、第４摩擦ダンパー１０−４も連結部材３０との間で相対移動しなければならない。

図１０のＳｐ１１点の状態（図１５）から、さらにＳｐ１２点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂ〜第４摩擦ダンパー１０−４の軸１６２ｂは、それぞれの長孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに当接係合しているため、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動すると、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１６は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第６の図である。図１０のＳｐ１１点の状態において、Ｓｐ１２点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１６に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ１３点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４が連結部材３０に対して相対移動し、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂが長孔３１に当接係合した状態である。この状態は、限界変形の状態であるが、実際にはこの状態にまでは至らないように設計される。ここでは、限界変形を説明する便宜上、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂが長孔３１に当接係合した状態を示したにすぎない。

次に、加わる荷重の方向が反転する。すなわち、Ｈ型鋼２０を連結部材３０に対して相対的に左側に移動させる荷重が加わる。

図１０のＳｐ１３点の状態（図１６）から、Ｓｐ１４点を超えるマイナスの荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図１７は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第７の図である。図１０のＳｐ１３点の状態において、Ｓｐ１４点をマイナス方向に超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１７に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ１５点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動した結果、長孔２１ａの右壁が第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂと当接係合した状態である。

図１０のＳｐ１５点の状態（図１７）から、Ｓｐ１６点を超えるマイナスの荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１８は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第８の図である。図１０のＳｐ１５点の状態において、Ｓｐ１６点をマイナス方向に超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１８に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ１７点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動した結果、長孔２１ｂの右壁が第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂと当接係合した状態である。

図１０のＳｐ１７点の状態（図１８）から、Ｓｐ１８点を超えるマイナスの荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１及び第２摩擦ダンパー１０−２においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図１９は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第９の図である。図１０のＳｐ１７点の状態において、Ｓｐ１８点をマイナス方向に超える荷重が加わり相対移動がなされると、図１９に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ１９点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動した結果、長孔２１ｃの右壁が第３摩擦ダンパー１０−３の軸１６２ｂと当接係合した状態である。

図１０のＳｐ１９点の状態（図１９）から、Ｓｐ２０点を超えるマイナスの荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１〜第３摩擦ダンパー１０−３においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力も生ずる。

図２０は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１０の図である。図１０のＳｐ１９点の状態において、Ｓｐ２０点をマイナス方向に超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２０に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２１点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動した結果、長孔２１ｄの右壁が第４摩擦ダンパー１０−４の軸１６２ｂと当接係合した状態である。

図１０のＳｐ２１の状態（図２０）から、Ｓｐ２２点を超えるマイナスの荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４においては圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図２１は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１１の図である。図１０のＳｐ２１点の状態において、Ｓｐ２２点をマイナス方向に超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２１に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２３点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２２が連結部材３０に対して左側に相対移動した結果、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂが連結部材３０の長孔３１と当接係合した状態である。

この状態も限界変形の状態であるが、前述同様に、実際にはこの状態にまでは至らないように設計がされる。ここでは、限界変形の状態を説明する便宜上、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂが連結部材３０の長孔３１と当接係合した状態を示してにすぎない。

次に、加わる荷重の方向が再び反転する。すなわち、連結部材３０に対してＨ型鋼２０を相対的に右側に移動させる荷重が加わる。

図１０のＳｐ２３点の状態（図２１）から、Ｓｐ２４点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図２２は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１２の図である。図１０のＳｐ２３点の状態において、Ｓｐ２４点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２２に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２５点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂが連結部材３０の長孔３１の左壁と当接係合した状態である。

図１０のＳｐ２５点の状態（図２２）から、Ｓｐ２６点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図２３は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１３の図である。図１０のＳｐ２５点の状態において、Ｓｐ２６点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２３に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２７点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂが連結部材３０の長孔３２の左壁と当接係合した状態である。

図１０のＳｐ２７点の状態（図２３）から、Ｓｐ２８点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１及び第２摩擦ダンパー１０−２においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図２４は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１４の図である。図１０のＳｐ２７点の状態において、Ｓｐ２８点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２４に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ２９点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第３摩擦ダンパー１０−３の軸１６２ｂが連結部材３０の長孔３３の左壁と当接係合した状態である。

図１０のＳｐ２９点の状態（図２４）から、Ｓｐ３０点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、第１摩擦ダンパー１０−１〜第３摩擦ダンパー１０−３においては、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。

図２５は、摩擦ダンパーユニットの動作を説明する第１５の図である。図１０のＳｐ２９点の状態において、Ｓｐ３０点を超える荷重が加わり相対移動がなされると、図２５に示すような各部の配置となる。これは、図１０のＳｐ３１点の状態に相当する。この状態は、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動した結果、第４摩擦ダンパー１０−４の軸１６２ｂが連結部材３０の投稿３４の左壁と当接係合した状態である。

図１０のＳｐ３１点の状態（図２５）から、Ｓｐ３２点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、第１摩擦ダンパー１０−１〜第４摩擦ダンパー１０−４において、連結部材３０とＨ型鋼２０とが相対移動したときの摩擦力が生ずるとともに、圧接部材１６６と連結部材３０とが相対移動したときの摩擦力が生ずる。そして、図１０のＳｐ１３点の状態となる。

一方、加わる繰り返し荷重が小さい場合には、以下の様になる。
図１０のＳｐ２点の状態（図１２）からマイナス方向にＳｐ３点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。このとき、長孔２１ａ分の相対移動が行われ、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは、長孔２１ａの右壁に当接係合する。この状態は、図１０のＳｐ４点の状態に相当する。また、Ｓｐ４点の状態からＳｐ５を超える荷重を加えると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。このとき、再度、長孔２１ａ分の相対移動が行われ、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは、長孔２１ａの左壁に当接係合する。この状態は、Ｓｐ２の状態に相当する。

次に、図１０のＳｐ７の状態（図１３）からマイナス方向にＱｐ１点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。そして、長孔２１ａ分の相対移動が行われ、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは、長孔２１ａの右壁に当接係合する。この状態は、図１０のＱｐ２点の状態に相当する。

さらに、図１０のＱｐ２点の状態からマイナス方向にＱｐ３点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して左側に相対移動する。そして、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂは、長孔２１ｂの右壁に当接係合する。この状態は、図１０のＱｐ４点の状態に相当する。

図１０のＱｐ４点の状態からプラス方向にＱｐ５点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼２０が連結部材３０に対して右側に相対移動する。そして、第１摩擦ダンパー１０−１の軸１６２ｂは、長孔２１ａの左壁に当接係合する。この状態は、図１０のＳｐ１点の状態に相当する。さらに、図１０のＳｐ１点の状態からプラス方向にＱｐ６点を超える荷重が加わると、Ｈ型鋼が連結部材３０に対して右側に相対移動する。そして、第２摩擦ダンパー１０−２の軸１６２ｂは、長孔２１ａの左壁に当接係合する。この状態は、図１０のＳｐ７点の状態に相当する。

図１０の破線のような動作は、Ｓｐ９点で荷重がマイナス側に反転する場合や、Ｓｐ１１点で荷重がマイナス側に反転する場合にも同様に成立する。この場合、第３摩擦ダンパー１０−３の軸１６２ｂ及び第４摩擦ダンパー１０−４の軸１６２ｂも、それぞれ長孔２１ｃ、２１ｄに当接係合するような動作をすることになる。

図１０において、荷重幅Ｐ１と荷重幅Ｐ２は同じ荷重として示されていた。しかしながら、荷重幅Ｐ１及び荷重幅Ｐ２は、摩擦板１２及び滑動板３２の摩擦係数を変化させることによって異ならせることができる。また、摩擦板１２を用いない場合でも、Ｈ型鋼２０、連結部材３０、及び、圧接部材１６６の摩擦係数を変化させることによって異ならせることができる。

図２６は、荷重幅Ｐ１を小さく設定し荷重幅Ｐ２を大きく設定したときの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。このように、荷重幅Ｐ１を小さくすることにより、小さな荷重であっても振動エネルギーの吸収を開始するので、風荷重や小地震などによる弱い振動を効率よく吸収することができる。

図２７は、荷重幅Ｐ１を大きく設定し荷重幅Ｐ２を小さく設定したときの振動エネルギー吸収履歴特性を示すグラフである。このように、荷重幅Ｐ１を大きくすることにより、小さな荷重では振動エネルギーの吸収を開始せず、大きな荷重が加わらないと振動エネルギーの吸収を開始しない。よって、中規模以上の地震から大規模の地震にかけて生ずる振動を効率よく吸収することができる。

本実施形態では、連結部材３０の両面に滑動板３２が設けられているので、第１摩擦板１２−１〜第４摩擦板１２−４が連結部材３０に対して相対移動するときに安定した摩擦力を生じさせて制振することが可能である。

また、本実施形態では、圧縮方向の変形量に対して荷重の変動が小さいとなる非線形ばね領域を備えた皿ばね積層体１６１を採用したので、より安定した圧接力を発生させることが可能である。

上記実施形態は、所謂ブレース型について説明を行ったが、間柱型についても適用が可能である。図２８は、間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの斜視図である。図２９は、間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの正面図である。図３０は、間柱型に適用した摩擦ダンパーユニットの断面図である。図３０の断面図は、図２９におけるＸ−Ｘ断面である。

図２８〜図３０では、上記実施形態に対応する部位の符号に「’」（ダッシュ）を付して示している。このとき、符号２０’が付された間柱上部からの部材は第２圧接板に相当する。また、符号３０’が付された部材は第１圧接板に相当する。また、符号１６６’が付された圧接部材は第３圧接板に相当する。また、これらの図において、間柱下部からの部材には符号１４０’を付し、フィラーに符号１４１’を付している。

このように、間柱型に本実施形態における摩擦ダンパーユニットを適用することとしても、段階的に摩擦力を変化させることができ、荷重に応じて適切な摩擦力を生じさせることができる。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

１ 摩擦ダンパーユニット（制振構造）、
１０−１ 第１摩擦ダンパー、１０−２ 第２摩擦ダンパー、
１０−３ 第３摩擦ダンパー、１０−４ 第４摩擦ダンパー、
１２−１ 第１摩擦板、１２−２ 第２摩擦板、
１２−３ 第３摩擦板、１２−４ 第４摩擦板、
２０ Ｈ型鋼（第２圧接板）、
２０ａ ウェブ、２０ｂ フランジ、
２１ａ 長孔（第２貫通孔）、２１ｂ 長孔（第２貫通孔）、
２１ｃ 長孔（第２貫通孔）、２１ｄ 長孔（第２貫通孔）、
３０ 連結部材（第１圧接板）、
３１ 連結部材の長孔（第１貫通孔）、
３２ 滑動板（滑り板）、
１６１ 皿ばね積層体（圧接力付勢部材）、
１６２ 高力ボルト（ボルト部材）、
１６３ ナット、１６４ 座金、１６５ ブッシュ、
１６６ 圧接部材（第３圧接板）

Claims (8)

1. 建物架構において所定方向に相対移動する一対の部材の間に配置され、前記相対移動に伴って摺動する圧接板同士の摩擦力により、前記相対移動を抑制する摩擦ダンパーを複数設け、該摩擦ダンパーが連動して制振する制振構造であって、
   前記摩擦ダンパーは、
   前記一対の部材のうちの一方の部材に設けられる第１圧接板と、
   前記一対の部材のうちの他方の部材に設けられる第２圧接板と、
   前記第１圧接板又は前記第２圧接板と摺動可能に圧接される第３圧接板と、
   を備え、
   前記第１圧接板は、前記所定方向に長い第１貫通孔を備えて第１移動量を摺動可能とし、
   前記第２圧接板は、前記第１貫通孔より短い第２貫通孔を備えて第２移動量を摺動可能とし、
   前記第３圧接板は、第３貫通孔を備え、
   前記第１貫通孔と第２貫通孔と第３貫通孔とを挿通して設けられるボルト部材を有し、
   複数の前記摩擦ダンパーは、前記第２貫通孔の前記所定方向の長さを段階的に異ならせて前記第２移動量を段階的にし、複数の前記摩擦ダンパーが段階的に摺動することを特徴とする制振構造。
2. 請求項１に記載の制振構造であって、
   前記ボルト部材を内側に挿入しつつ、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔と前記第３貫通孔とを挿通して設けられるパイプ部材を備えることを特徴とする制振構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の制振構造であって、
   前記第１圧接板を前記第２圧接板と前記第３圧接板が挟むことを特徴とした制振構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記第２圧接板は、Ｈ型鋼のウェブ及びフランジの少なくともいずれか一方であることを特徴とする制振構造。
5. 請求項４に記載の制振構造であって、
   前記フランジに取り付けられる圧接力付勢部材の数は、前記ウェブに取り付けられる前記圧接力付勢部材の数よりも多いことを特徴とする制振構造。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記圧接力付勢部材は皿ばねであることを特徴とする制振構造。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記第１圧接板に対する摺動時の摩擦係数が、前記第２圧接板と前記第３圧接板とで互いに異なっていることを特徴とする制振構造。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記第１圧接板と前記第３圧接板との間に挟まれる第１摩擦板と、
   前記第１圧接板と前記第２圧接板との間に挟まれる第２摩擦板と、
   前記第１圧接板の一方の面及び他方の面に固定的に設けられ、前記第１摩擦板及び前記第２摩擦板に接する滑り板と、
   を備えることを特徴とする制振構造。