制振ダンパーの種類と仕組み｜オイル・鋼材・粘弾性の特徴比較

この記事の要点

制振ダンパーは建物内の特定箇所に組み込んで、地震エネルギーを熱や変形として吸収する装置です。

耐震が建物の剛性で揺れに抵抗するのに対し、制振はエネルギーを消費することで揺れ自体を小さくします。

実際の設計では、オイルダンパーは速度依存型・鋼材ダンパーは変位依存型という特性の違いが重要です。

どちらを選ぶかは建物の固有周期や想定する地震動の特性によって変わり、メーカーに解析を依頼して比較するのが一般的な進め方です。

主にオイルダンパー（速度依存型）と鋼材ダンパー（変位依存型）に大別されます。

耐震は「抵抗」、免震は「受け流し」、制振は「エネルギー消費」という点で異なります。

この記事では、制振ダンパーとは何か、どのような種類があるのか、耐震・免震とどう違うのかを整理します。

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制振ダンパー（せいしんだんぱー）とは、建物の構造体に組み込んで、地震や風による振動エネルギーを吸収・消費する装置です。

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制振ダンパーを用いた建物を制振構造といいます。

耐震構造が地震力に「抵抗」し、免震構造が地震動を「受け流す」のに対し、制振構造はダンパーによってエネルギーを「消費」することで揺れを低減します。

今回は制振ダンパーの種類・特徴、耐震・免震との違いについて説明します。

免震装置の種類については、下記が参考になります。

制振構造とは何か？

制振構造とは、建物にダンパーを設置して振動エネルギーを消費させ、建物の揺れを小さくする構造形式です。耐震構造に制振ダンパーを付加することで、応答変形・応答加速度の低減を図ります。

制振構造の主なメリットは以下の通りです。

①繰り返し地震に対する損傷低減：ダンパーがエネルギーを吸収するため、主構造（柱・梁）への損傷が少なくなります。

②層間変位の低減：ダンパーが変形を抑えるため、内外装材の損傷を防げます。

③居住性の向上：風や小地震による振動をダンパーが吸収するため、日常の揺れが小さくなります。

制振ダンパーは、エネルギーを吸収するメカニズムによって大きく2種類に分類されます。ここの分類は試験で問われやすいので、まず2種類の区別を押さえましょう。

速度依存型ダンパーは、振動速度が大きいほど大きな抵抗力を発揮するダンパーです。小さな変形（振動）にも効果があるため、風や小地震による振動低減にも有効です。

オイルダンパー（粘性流体ダンパー）：シリコーンオイルなどの粘性流体をシリンダーに封入したダンパーです。ピストンが動くときに流体の粘性抵抗によりエネルギーを吸収します。温度依存性があるため、設計時に温度影響を考慮する必要があります。

粘弾性ダンパー：粘弾性材料（高分子材料）の変形時のエネルギー吸収を利用したダンパーです。速度依存性と変位依存性の両方を持ちます。温度・周波数によって特性が変化するため、設計上の扱いに注意が必要です。

変位依存型ダンパーは、ある変位（降伏変位）を超えると塑性変形によりエネルギーを吸収するダンパーです。速度には依存せず、変形量に応じてエネルギーを吸収します。

鋼材ダンパー（低降伏点鋼ダンパー）：降伏点が低い鋼材（低降伏点鋼）の塑性変形を利用してエネルギーを吸収します。シンプルな構造で信頼性が高く、大地震時に安定したエネルギー吸収能力を発揮します。

鉛ダンパー：鉛の塑性変形によりエネルギーを吸収します。降伏点が低く安定した履歴特性を持ちます。免震装置の鉛プラグと同様の原理です。

摩擦ダンパー：金属板同士の摩擦によりエネルギーを吸収します。コストが低く設置が容易ですが、摩擦係数の安定性を確保する必要があります。

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