(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
減衰部材は、筒状で外径が異なる複数の減衰筒体を入れ子状に配置した減衰筒部を有し、該複数の減衰筒体は、弾性又は硬度のいずれかが異なることを特徴とする請求項1に記載の吊支装置の揺れ防止構造。
【背景技術】
【0002】
天井から垂設された吊りボルトによって空調設備、配管或いは軽天井などの吊支装置を吊支することが従来から広く一般に行われている。
【0003】
地震が発生すると、吊支装置は大きく横揺れし、吊ボルトが繰り返し大きく撓む(歪む)。吊りボルトが繰り返し大きく撓む(歪む)と、吊りボルトの天井への捻じ込み基部に大きな曲げモーメントが繰り返し発生して、吊りボルトが捻じ込み基部において折損する。折損した吊りボルトは天井から脱落し、吊支装置の落下といった問題を生じさせる。
【0004】
そこで、このような問題が生じるのを防止すべく、吊りボルトの天井への捻じ込み基部にジョイント金具を取り付け、このジョイント金具により吊りボルトを首振り可能に吊支するようにした技術が提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
このジョイント金具は、天井と吊りボルトとの間に介設して使用するもので、金具本体及び支持ボルトにより大略構成されている。
【0006】
金具本体は、帯状の金属板を折曲ならびに湾曲することによって側面が開口したボックス状のものとして構成されており、その上部は略逆U字状となるように湾曲形成されている。
【0007】
金具本体の上面には、長孔が形成されており、この長孔に支持ボルトの先端が内側から挿通されている。金具本体の底面には、吊りボルト挿通用の孔が形成されており、この孔と一致するように固定ナットが取り付けられている。
【0008】
このジョイント金具を用いる際には、天井に設けられている吊支持用ナットに支持ボルトの先端を螺合し、ジョイント金具を天井に取り付ける。然る後、吊りボルトの先端を金具本体の底面に設けられた吊りボルト挿通用の孔に挿通するとともに、固定ナットに螺合する。これにより、吊りボルトがジョイント金具を介して天井に首振り可能に垂設されることとなる。
【0009】
この従来技術によれば、吊りボルトが天井にジョイント金具を介して首振り可能に垂設されるので、地震により吊支装置が大きく揺れて吊りボルトが繰り返し大きく撓んでも吊りボルトの捻じ込み基部に大きな曲げモーメントがかかることはなく、吊りボルトの折損を効果的に防止できる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明を図面に従って説明する。
図1は、本発明にかかる第1実施例の吊支装置の揺れ防止具(以下、単に「揺れ防止具」という。)10を示す正面図であり、
図2は揺れ防止具10を示す平面図であり、
図3は揺れ防止具10を示す底面図であり、
図4は
図2におけるA−A’断面図であり、
図5は揺れ防止具10の分解斜視図である。
【0022】
これらの図が示すように、本発明に係る揺れ防止具10は、フレーム12と減衰部材14とで大略構成されている。
【0023】
フレーム12は、中空矩形箱状のような形状で、建築躯体の天井Tから垂設された吊りボルトBが挿通される丸孔12dが形成され、建築躯体の天井Tに接するようにして吊りボルトBの天井Tへの捻じ込み基部Zに固定されるようなものであればよく、例えば、本実施例では、上側水平片12aと、上側水平片12aの左右両側から垂設された左右一対の垂直片12bと、各垂直片12bの下端から内側に向けて延設された左右一対の下側水平片12cとを備えており、一枚の板金を折り曲げることによって一体的に形成されている。左右一対の下側水平片12c,12cの間には、隙間Xが設けられており、この左右一対の下側水平片12c,12cがフレーム12の底部となる。
【0024】
なお、本実施例では、左右一対の垂直片12bのそれぞれから下側水平片12cが延設されているが、何れか一方の垂直片12bのみから下側水平片12cが延設されるように構成し、下側水平片12cの延出端は他方の垂直片12bの下端に溶接され、前・後面解放の矩形箱状を呈するようなものであってもよい。この場合は、下側水平片12cの中央部分に吊りボルトBが挿通される切り欠き又は孔(両者共図示せず)を設けることとなる。
【0025】
上側水平片12aの中央部分には、吊りボルトB挿通用の丸孔12dが形成されており、上側水平片12aの天井面(下面)には、この丸孔12dと合致するように六角ナット16が溶接されている。そして、これら丸孔12dと六角ナット16とで「フレーム固着部18」が構成されることとなる。
【0026】
各下側水平片12cの両側端部には、減衰部材14を取り付けるための取付用孔12eが形成されている。
【0027】
減衰部材14は、吊りボルトBが水平方向に振れたときに吊りボルトBと弾性的に当接して吊りボルトBの振れを減衰させるためのものであり、支持プレート20と、ハウジング22と、減衰筒部26とで構成されている。
【0028】
支持プレート20は、金属等の剛性材料からなる矩形の板状部材で、その横幅pは、左右の垂直片12b,12b間の内幅Pよりもやや短めに設定されており、縦幅qは、フレーム12(より具体的には、垂直片12b)の幅Qと同じか、或いはやや短めに設定されている(
図5参照)。
【0029】
支持プレート20の四隅には、下側水平片12cの取付用孔12eと対応する位置に丸孔20aが穿設されており、支持プレート20の中央部分には、ボルト挿通用孔20bが穿設されている。ボルト挿通用孔20bの直径は、下側水平片12c,12c間の隙間Xと同等又はそれよりも大きくなるように設定されている。
【0030】
支持プレート20の上面には、ハウジング22の下端が溶接などの固着手段により固着されていて、ハウジング22の上面が開口している。ハウジング22は、金属などの剛性材料からなる円筒状の部材で、本実施例では、配管用炭素鋼管(SGP)を所定長さに切断したものがハウジング22として使用されている。
【0031】
ハウジング22の中央部分に設けられた孔22a(
図5)には、減衰筒部26が嵌合状態で収容されている。
【0032】
減衰筒部26は、1本の円筒状の弾性部材(例えば、ゴム)で形成してもよいし、
図4に示すように複数(本実施例では3つであるが、2つ或いは4つ以上であってもよい)の減衰筒部26を入れ子状に配置したものでもよい。減衰筒部26は、1本の円筒状の弾性部材で形成されている場合、その中心に吊りボルトBの外径にほぼ等しいボルト挿通孔26hが貫通して形成されている。
【0033】
複数の減衰筒部26を用いる場合、各減衰筒体26a〜26cの材質を異ならしめ、それぞれの弾性又は硬度のいずれかが異なるようにする。「弾性」はその材質の反発性で、「貯蔵弾性率」である。「硬度」は、減衰筒体26a〜26cを構成する素材の硬さで、0から100の数字で表され、数字が大きくなるほど硬くなる。なお、一般的に材質が軟らかく、反発性が小さくなれば成る程、伸縮時のヒステリシス「即ち、たわみ挙動」が大きくなり、振動エネルギーをよく吸収(散逸)することになるし、且つ、衝撃吸収力も大きくなる。また、硬度が大であっても反発性が小さければヒステリシスは大きくなり、振動エネルギーの吸収(散逸)性は高いものの、衝撃吸収力は小さくなる。硬くて高反発なものは、破損しにくいが、衝撃吸収力、振動エネルギーの吸収(散逸)性は小さい。
【0034】
本実施例では、一番内側に配置されている最小径の筒体が第1減衰筒体26aであり、その外側の筒体が第2減衰筒体26bであり、最も外側に位置する最大径の筒体が第3減衰筒体26cである。そして、第3減衰筒体26cの内面中段に第2減衰筒体26bが接着されており、さらにその内側に第1減衰筒体26aが接着されていて同心円状を呈する。
図4の実施例では、第2減衰筒体26bの高さが最も小さく、上下に空間Yが形成される。第3減衰筒体26cは最も背が高く、その上・下端は第1減衰筒体26aの上・下端より外側に位置する。このように形成された減衰筒部26はハウジング22の孔22aに嵌合状態で収容される。
【0035】
第1減衰筒体26aは、通常の合成ゴム系架橋ゴムとは異なる低反発高硬度である架橋ゴム又は高分子材料のスチレン系・オレフィン系熱可塑性エラストマーの制振グレード或いは分子内に架橋構造を有しない熱可塑性エラストマー(TPE:Thermo Plastic Elastomers)からなる筒状の部材で、その中心に設けられた孔が吊りボルト挿通用のボルト挿通孔26hである。ボルト挿通孔26hの内径は、吊りボルトBの外径と大略等しく設定されており、吊りボルトBの外面とボルト挿通孔26hの内側面とが僅かに接触するようになっている。
【0036】
ハウジング22に嵌合状態で収容された場合、第1減衰筒体26aの下面は、支持プレート20の上面よりも上方に位置しており、これにより、第1減衰筒体26aと支持プレート20との間には僅かな隙間が形成されることとなる。
【0037】
第2減衰筒体26bは、低硬度・高反発或いは中反発弾性を有する高分子材料(その一例として、例えば、熱硬化性ウレタンエラストマー、熱可塑性スチレン系樹脂、エラストマー、熱可塑性オレフィン系樹脂エラストマーが挙げられ、いずれも低硬度・高反発或いは中反発弾性グレードであるゲル状部材である)からなるリング状の部材で、その高さ(軸方向の長さ)は、前述のように第1減衰筒体26aよりも短く設定されている。従って、第1減衰筒体26aにリング状の第2減衰筒体26bが取り付けられた状態では、第2減衰筒体26bの上下両側に空間Yが形成されることとなる(
図4参照)。なお、第2減衰筒部26の高さを
図10のように第1減衰筒体26aと同じ高さとなるように(或いは、図示していないが、第1減衰筒体26aよりも高くなるように)設定することも可能である(この場合は、前記空間Yが形成されない)。ただし、いずれの場合でも第1,2減衰筒体26a,26bの下面と支持プレート20の上面との間には吊りボルトBとの接触時におけるこれらの自由な撓みを保証するため前述の隙間が確保される。
【0038】
第2減衰筒体26bは、吊りボルトBによる衝撃を受けて最初に弾性変形することが出来るよう、減衰筒部26の中で最も硬度が低く(軟らかく)なるように調整されている。本実施例では、第2減衰筒体26bの材質として、スチレン系のゲルが採用されている。
【0039】
第3減衰筒体26cは、剛性と弾性とを備える材質からなる筒状の部材で、本実施例ではその材質として、耐水性と耐候性とを兼ね備えており、軽量で安価な高発泡高弾性ポリスチレンフォームが採用されている。
【0040】
ここで、減衰筒部26を構成している第1減衰筒体26a、第2減衰筒体26b及び第3減衰筒体26cの硬度及び弾性について再度説明すると、本実施例では、真ん中に設けられている第2減衰筒体26bが一番軟らかく調整され、最も内側の第1減衰筒体26aが第2減衰筒体26bよりも硬く調整され、最も外側の第3減衰筒体26cが減衰筒部26の中で最も硬くなるように調整されている。また、弾性(反発性)は、第3減衰筒体26cが最も小さく、続いて第1減衰筒体26a、最も高反発なものは第2減衰筒体26bである。これにより、本実施例では、第2減衰筒体26bで大きな衝撃的揺れを主として緩和し、入力した揺れの減衰は第1減衰筒体26aで行い、全体のバックアップは最も硬く且つ高反発な第3減衰筒体26cが担うことになる。
【0041】
ただし、各減衰筒部26の硬度や弾性は必ずしもこの順に設定する必要はなく、各減衰筒体26a〜26cの硬度や弾性がそれぞれ異なるように調整されてさえおればどのような順であってもよい。たとえば、最も内側の第1減衰筒体26aが一番軟らかくなるように硬度を調整してもよいし、一番外側の第3減衰筒体26cが一番軟らかくなるように硬度を調整してもよいし、たとえば、最も内側の第1減衰筒体26aが最も高反発に調整してもよいし、一番外側の第3減衰筒体26cが最も低反発に調整してもよく、その順序は目的に合わせて適宜選択できる。
【0042】
また、各減衰筒体26a〜26cの形状も上述実施例に限定されるものではない。例えば、
図9に示すように、第1減衰筒体26aの外面中央部分に凹溝27を形成し、この凹溝27に第3減衰筒体26cの内面中断に接着された第2減衰筒体26bを嵌め込むようにしてもよい。この場合、第2減衰筒体26bの幅は凹溝27の深さより大で、第1減衰筒体26aの外面と第3減衰筒体26cの内面との間に隙間が生じるように形成し、第2減衰筒体26bが撓んだ(歪んだ)時、第1減衰筒体26aの外面が第3減衰筒体26cの内面に接触しないように構成されている。ただし、この場合も第1減衰筒体26aの下面には隙間が形成されている。さらに、
図10に示すように、第1減衰筒体26aと第2減衰筒体26bの高さ(軸方向の長さ)を同じ長さに設定し、上下両面がそれぞれ面一となるように設定してもよい。ただし、この場合も第1減衰筒体26aと第2減衰筒体26bの下面には隙間が形成されている。
【0043】
減衰部材14をフレーム12に取り付ける際には、まず、減衰部材14をフレーム12の底部を構成する下側水平片12c上に載置する。そして、下側水平片12cの丸孔20aと支持プレート20の丸孔20aとを一致させ、ボルト28とナット30とで両部材12,14を固定する。
【0044】
以上のように構成された揺れ防止具10を使用する際には、まず、建築躯体の天井Tから垂設されている既設の吊りボルトBの捻じ込み基部Zに揺れ防止具10を取り付ける(
図6参照)。吊りボルトBは、天井Tに設けられた図示しないアンカーナットに捻じ込まれている。
【0045】
具体的には、吊りボルトBが短い場合には、上側水平片12aの丸孔12dに吊りボルトBの下端を宛がい、揺れ防止具10を回転させながら吊りボルトBを六角ナット16のネジ孔16aに螺入していく。吊りボルトBの下端が六角ナット16から出てくるとナット40をその下端に螺入する。そしてそのまま揺れ防止具10を回転させると、やがて第1減衰筒体26aのボルト挿通孔26hに到達し、吊りボルトBがボルト挿通孔26h内を上から下に通過する。
【0046】
このようにして揺れ防止具10を回転させながら天井Tに向けて移動させていくと、最後に揺れ防止具10の上側水平片12aが天井Tと当接する。これにより、フレーム固着部18が天井Tの捻じ込み基部Zに固定され、揺れ防止具10の天井Tへの取り付けが完了する。ここで吊りボルトBの天井Tへの捻じ込み基部Zに揺れ防止具10を取り付けた構造が吊支装置の揺れ防止構造100となる(
図6)。揺れ防止具10の天井Tへの取り付けが完了すると、吊支装置Mを吊りボルトBの下端部に取り付ける(
図6参照)。揺れ防止具10の装着方法は上記の方法に限られず、吊りボルトBが長い場合には、吊りボルトBとナット40を先に揺れ防止具10に装着し、揺れ防止具10の上側水平片12aから突出している吊りボルトBの捻じ込み基部Zを天井Tにねじ込んで吊りボルトBを天井Tに固定し、続いて揺れ防止具10を回して上側水平片12aを天井Tに押圧固定するように締め込んで行くようにしてもよい。
【0047】
この状態で地震が発生すると、大重量の吊支装置Mは大きく揺れ、吊りボルトBは繰り返して大きく撓む(歪む)。
【0048】
ここで吊りボルトBが、
図7(A)中、左側に揺れた場合について考えると、吊りボルトBは、減衰筒部26のボルト挿通孔26hの内側面を押圧して、減衰筒部26に対して
図7(A)中、左方向の押圧力を付与する。
【0049】
吊りボルトBからの押圧力を受けた減衰筒部26は、
図7(A)中左側に移動しようとするが、減衰筒部26は、支持プレート20上に固定されたハウジング22で囲繞されているので、左方向への移動が規制される。したがって、吊りボルトBからの押圧力を受けた減衰筒部26は、揺れ方向においてハウジング22に押圧されて弾性変形し、これにより、衝撃的揺れが緩和されると共に吊りボルトBから受ける押圧力が吸収されて吊りボルトBの揺れが軽減される。これが左右の振れに対して行われ、その材質の撓み挙動によって吊りボルトBの揺れが急速に減衰する。
【0050】
ここで、減衰筒部26が1種類の場合には、前述のようにその材質の撓み挙動によって吊りボルトBの揺れが減衰することになるが、減衰筒部26が3種類の第1減衰筒体26a、第2減衰筒体26b及び第3減衰筒体26cによって構成されている場合、弾性又は硬度のいずれかが異なるように設定されているため、撓み挙動はそれぞれ異なっている。従って、本実施例では、減衰筒部26が弾性変形する際は、先ず、硬度が一番低い(一番軟らかい)第2減衰筒体26bが弾性変形する(
図7(B)参照)。
【0051】
また、硬度が一番低い第2減衰筒体26bは、他の減衰筒体26(第1減衰筒体26a及び第3減衰筒体26c)よりも高さが低く形成されているので、第2減衰筒体26bは全面に亘って両側から第1減衰筒体26aと第3減衰筒体26cの圧迫を受けて圧縮され、低硬度・高弾性であるその物理的性質により吊りボルトBから受ける衝撃的押圧力をより効果的に緩和する。なお、圧縮された第2減衰筒体26bの左側の部分は上下両側に形成されている空間Yに向かって膨出する。また、第2減衰筒体26bの圧縮部分は圧縮と共に次第に硬度を増す。
【0052】
そして、低硬度・高弾性体である第2減衰筒体26bの大変形だけでは十分に該押圧力を吸収できない場合には、換言すれば、第2減衰筒体26bの圧縮部分の硬度が二番目に硬い第1減衰筒体26aの硬度を越えた時、本実施例における二番目に硬い第1減衰筒体26aが弾性変形し、そのたわみ挙動に従って吊りボルトBからのオーバー分(第2減衰筒体26bの変形で吸収できなかった分)の押圧力を吸収する(
図7(C)参照)。
【0053】
さらに、第2減衰筒体26bと第1減衰筒体26aとが弾性変形することによっても押圧力を吸収できない場合、即ち、第2減衰筒体26bが第1減衰筒体26aと共に更に圧縮されて第2減衰筒体26bの圧縮部分の硬度が最も硬い第1減衰筒体26aの硬度を越えた時、最後に一番硬い第3減衰筒体26cの内面の接触部分が圧縮されその弾性変形によって吊りボルトBからの押圧力を吸収する(
図7(D)参照)。そしてそれぞれの反発性(弾性)に応じて前述のように揺れに基づく振動を急速に収束させる。
【0054】
このように、吊りボルトBから受ける衝撃を一旦、低硬度・高弾性であって最も軟らかい第2減衰筒体26bで受け止め、揺れがこれを越えた時、残りの高硬度・低反発弾性材或いは高硬度・高反発材(第1減衰筒体26a、第3減衰筒体26c)によって段階的或いは機能別に吸収することにより、吊りボルトBの揺れをその強度に応じて効果的に軽減できる。換言すれば、弱い揺れに対しては最も軟らかい第2減衰筒体26bで対応し、これを越えた中位の揺れに対しては最も軟らかい第2減衰筒体26bと2番目の第1減衰筒体26aとで対応し、大地震に対しては全ての減衰筒体26a〜26cで対応する、或いは、強い衝撃的な揺れに対しては最も軟らかく且つ高反発材で対応し、振動の早期周速には高硬度低反発材で対応するということになる。
【0055】
なお、本実施例に係る揺れ防止具10を用いて揺れ抑制すると共にこれを急速に減衰させるようにした本発明の場合でも、経年劣化による吊りボルトBの腐食や揺れが長く続いた場合の疲労による脆性破断など、繰り返し応力が最も掛る吊りボルトBの捻じ込み基部Zにおいて折損する可能性は否定できない。仮に吊りボルトBが折損すると、吊りボルトBが天井Tから脱落し、吊支装置Mの落下といった二次被害が生じることとなる。
【0056】
このような場合に備え、吊支装置の揺れ防止構造100において、吊りボルトBに落下防止用のナット40を取り付けるようにしてもよい。ナット40の取り付け位置は、上側水平片12aと減衰筒部26との間であるが、減衰筒部26に近い程好ましい。
【0057】
このように、上側水平片12aと減衰筒部26との間に落下防止用のナット40を吊りボルトBに取り付けておけば、仮に吊りボルトBが捻じ込み基部Zにおいて折損して吊りボルトBが落下した場合であっても、落下防止用のナット40が減衰筒部26(より具体的には、第1減衰筒体26a)の上面に配置されているワッシャWに当接することにより、折損した吊りボルトBがそれ以上落下することが規制され、吊りボルトBの脱落による二次被害を防止できる。
【0058】
上述実施例では、上側水平片12aと減衰筒部26との間の空間が狭く設定されていたが、
図9に示す第2実施例の揺れ防止具10’のように、左右の垂直片12b’を減衰筒部26の高さよりも十分長く設定し(本実施例では、約2倍の長さに設定されている)、上側水平片12aと減衰筒部26との間の空間を十分大きく取るように設定してもよい。
【0059】
このように左右の垂直片12b’を長く設定した場合には、捻じ込み基部Zから減衰筒部26までの距離を遠くすることができるので、吊りボルトBの揺れがより小さな初期段階で吸収することができる。換言すれば、吊りボルトBから受ける運動エネルギーがより小さな段階でこれを吸収できるので、吊支装置Mの揺れをより効果的に抑えることができる。
【0060】
なお、
図9の実施例では、第2減衰筒体26bが第1減衰筒体26aの凹溝27に嵌まり込んでいるため、揺れが第1減衰筒体26aと第3減衰筒体26cの隙間より小さい場合には第2減衰筒体26bのみの撓み(歪み)だけで対応することになるが、隙間を越える揺れを受けると、第1減衰筒体26aが第3減衰筒体26cに接触し、第2減衰筒体26bと第1減衰筒体26aとがこの揺れに対応することになる。揺れが極めて大きく、第1減衰筒体26aの圧縮部分の硬さがが第3減衰筒体26cを越えると、第3減衰筒体26cの内面の当該押圧部分も揺れに応じて変形する。その他は上記と同じである。
【0061】
図10の実施例では、第2減衰筒体26bが第1減衰筒体26aと同じ高さに形成されているだけで、挙動は
図4の場合と同じである。また、
図11はフレーム12の垂直片12b’を2倍程度に長大にして支点となる捻じ込み基部Zと力点となる減衰部材14との距離を大きくして吊りボルトBの変位を抑制し、吊りボルトBの捻じ込み基部Zにおける繰り返し曲げモーメントをより小さくしたものである。