JP2000008646A - 構造物の柱脚部制震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱脚部の可撓支承と制震ダンパーとの組合せ
による柱脚部制震構造を提供する。 【解決手段】 構造物の柱の柱脚部は、その震動を許容
する限度に基礎梁との縁切りが行われ、該柱脚部はピン
支承その他の可撓支承で基礎上に支持されている。前記
柱脚部の可撓支承の位置から上方に一定の高さ位置に、
基礎梁と前記柱脚部とを繋いだ制震ダンパーが設置され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建物をはじめと
する各種構造物の柱脚部を利用した制震構造の技術分野
に属し、更に云えば、柱脚部の可撓支承と制震ダンパー
との組合せによる柱脚部制震構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、建物をはじめとする各種構造物の
地震や風荷重による振動を抑制して安全性を高め、特に
建物においてはその居住性をも高める制震構造、又は免
震構造に対するニーズが非常に高まっている。

【０００３】従来の制震構造、又は免震構造としては、
例えば次に挙げるようなものが提案され、実施されてい
る。 図６に例示したアクティブ型制震構造は、建物Ｄの
最上階に重錘ａが設けられ、建物Ｄの最下階、中間階、
最上階、及び重錘ａ自身にそれぞれ設けられた振動セン
サーｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄が感知した揺れの大きさを制御
中枢であるコンピュータｃが分析、判断し、重錘ａを揺
れの逆方向に移動して素早く揺れを抑え込む構成であ
る。図中の符号ｆは重錘ａを駆動するための駆動装置で
ある。 図７に例示した免震構造は、基礎梁３と基礎２との
間に免震階Ｕを設け、この免震階Ｕに免震装置（積層ゴ
ム）ｇ、ｇ及びダンパーｋを設置している。地震などの
際には前記免震装置（積層ゴム）ｇ、ｇが水平方向に変
形して建物Ｄの振動周期を長くして共振を避けると共に
地震力等の入力加速度を減少させて最終的に元の位置に
戻す復元機能を働く。また、ダンパーｋは建物Ｄに過大
な変形が発生しないように振動エネルギーを吸収する減
衰機能を働く構成である。図７中の符号ｙはクリアラン
スであり、符号ｒはエキスパンションジョイントであ
る。 特殊なものとして、図示は省略したが、２つの隣接
する建物を、地震時に建物同士が相互に有害な影響を与
えないようにジョイントダンパーで繋いだ構成の制震構
造なども実施されている。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】上記のアクティブ
型の制震構造を採用する場合は、建物の設計プランや設
備機器との干渉が多く、重錘、センサー、制御中枢であ
るコンピュータ等からなる制震手段を設置するスペース
の確保が困難となるケースが多々ある。また、その維持
管理コストが高く、全ての建物に採用できるものではな
い。

【０００５】上記の免震構造を採用する場合は、通常
の基礎梁の下に更に免震階Ｕを設ける必要があるので、
建築コストが高い。また、建物地表部外周にはエキスパ
ンションジョイントｒを設ける必要があるなど、免震構
造に合わせた設計的対応も必要となり、設計の自由度が
狭められる。

【０００６】上記の制震構造を実施するには、２つの
隣接する建物の存在が前提となるなどの特殊な条件が必
要である。

【０００７】本発明の目的は、構造物の設計プランの自
由度が高く、設備機器との干渉もなく、免震階も必要な
く、構造物地表部外周にエキスパンションジョイントを
設ける必要もないなど、設計の自由度が広く、様々な条
件においても採用でき、しかも制震効果が大きい、構造
物の柱脚部制震構造を提供することにある。

【０００８】本発明の異なる目的は、免震階等を設ける
などの特別な設計的対応を要さず、特別な維持管理コス
トがかからず、その分低コストで実施できる、構造物の
柱脚部制震構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１に記載した発明に係る、構造物
の柱脚部制震構造は、構造物の柱の柱脚部は、その震動
を許容する限度に基礎梁との縁切りが行われ、該柱脚部
はピン支承その他の可撓支承で基礎上に支持されている
こと、前記柱脚部の可撓支承の位置から上方に一定の高
さ位置に、基礎梁と前記柱脚部とを繋いだ制震ダンパー
が設置されていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施形態及び実施例】以下、図示した本発明の
実施形態及び実施例を説明する。

【００１１】図１及び図２に示した構造物の柱脚部制震
構造は、構造物の柱１の柱脚部１ａが、基礎梁３に設け
られた少なくとも柱１の震動を十分に許容する大きさの
空所Ｐの底面において、ベースプレート９をアンカーボ
ルト７…で固定した所謂可撓支承（バネ又は弾性支承）
ｖにより基礎２の上に支持されている。柱脚部１ａはピ
ンジョイントによるピン支承で基礎２に支持せしめるこ
とも実施される。ベースプレート９をアンカーボルト７
…で固定した前記可撓支承ｖは、地震などの際に構造物
の柱１の変形に従って弾性変形し、柱１及び柱脚部１ａ
の変形を許容する。図１の柱脚部１ａが下向きに細くし
ぼられているのは、可撓支承ｖの弾性変形に有利な構成
とするためである。図１中の符号８は空所Ｐの開口を塞
ぐエキスパンションジョイントである。

【００１２】前記柱脚部１ａの可撓支承ｖの位置から上
方に一定の高さ位置（ここでは基礎梁３の上面近傍の位
置）Ｈに、基礎梁３と前記柱脚部１ａとを繋いだ制震ダ
ンパー４が設置されている。

【００１３】前記制震ダンパー４の取付け方法は、制震
ダンパー４の一端を、柱脚部１ａに設けたダンパー取付
け部へピンジョイント５で連結し、また、同制震ダンパ
ー４の他端は、基礎梁３の空所Ｐに面する側面に設けた
ダンパー取付け部へやはりピンジョイント６で連結して
いる。これは、柱１の震動に自在対応させるためであ
る。図１及び図２中の符号６ａは基礎梁３に設けたダン
パー取付け部を固定するためのアンカーボルトである。

【００１４】本発明の柱脚部制震構造は図２に平面配置
を示したように、柱１の震動方向の不確実性に対処でき
るように、少なくとも２個（２個以上の複数を含む。）
の制震ダンパー４を直交する２軸方向に設けた構成を基
本とする。但し、設けられる制震ダンパー４の数、及び
配置パターンはこの限りではない。

【００１５】また、図１及び図２で例示した制震ダンパ
ー４の他に、制震ダンパー４と同様に減衰効果を発揮す
る弾塑性材料を、前記柱脚部１ａの可撓支承ｖの位置か
ら上方に一定の高さ位置Ｈにおいて、基礎梁３と前記柱
下端部１ａとの間に連結して設置し実施することもでき
る。

【００１６】本発明に係る構造物の柱脚部制震構造の設
計方針は、一次設計時（レベル１地震時）には制震ダン
パー４の動作を弾性範囲に納め、通常の柱脚剛の建物に
近い剛性を最下階に持たせて、層間変形角等を確保させ
る。二次設計時（レベル２地震時）には制震ダンパー４
の動作を塑性化する範囲に設定してエネルギーを吸収さ
せる。この設計方針から、前記制震ダンパー４として
は、微小変形時には剛性が高く弾性であり、大変形時に
は塑性化し靭性の高い材料が望ましく、低降伏点鋼や一
般鋼、又は鉛等の変位依存型のダンパー、或いは摩擦ダ
ンパー等を採用することができる。

【００１７】本発明に係る構造物の柱脚部制震構造によ
れば、地震等により構造物及びその柱１に水平方向の震
動が生じた場合、柱脚部１ａは可撓支承ｖを支点とする
形で変形する。その結果、前記支点から距離Ｈを隔てた
制震ダンパー４には、柱脚部１ａの変形が増幅した形で
大きな力と変位が加わることとなり、ダンパー作用を実
効あらしめる。よって、前記制震ダンパー４の取付け位
置（高さＨ）は、基礎梁３のなるべく上端に近い位置に
設定すると効率良く減衰効果を得ることができる。

【００１８】次に、本発明の効果を確認すべく行った数
値実験（シュミレーション）、及びその解析結果につい
て述べる。

【００１９】図３Ａ〜Ｃに例示した建物モデルＡ、建物
モデルＢ、建物モデルＣを用い、二次設計時（レベル２
地震時）に相当する震動を与える実験を行い、その実験
結果から解析を行った。

【００２０】建物モデルＡ、建物モデルＢ、建物モデル
Ｃは、階高ｈが４ｍ、スパンｓが７ｍの５階建であり、
柱には、５００×５００×１９ｍｍの角型鋼管を使用
し、大梁には、６００×２００×１１×１７ｍｍのＨ型
鋼を使用したことを共通事項とする。但し、制震構造の
効果のみを比較するため、各建物モデルを構成する柱及
び大梁は常に弾性とした。建物モデルＢ及び建物モデル
Ｃにおける柱脚部の可撓支承ｖ’からダンパー４ｂ、又
は制震ダンパー４ｃまでの高さｈ’は、２ｍとする。

【００２１】図３Ａに例示した建物モデルＡは、制震装
置又は免震装置を設置していない通常のものである。

【００２２】図３Ｂに例示した建物モデルＢは、弾性部
材から成るダンパー４ｂを用いて本発明の柱脚部制震構
造と同様の構成で実施したものであり、二次設計時（レ
ベル２地震時）に相当する震動を与えた場合に、図３Ｃ
に例示した建物モデルＣの低降伏点鋼から成る制震ダン
パー４ｃのダンパー効果を確認するための比較材料とし
て実施したものである。

【００２３】図３Ｃに例示した建物モデルＣは、低降伏
点鋼から成る制震ダンパー４ｃを用いて本発明の柱脚部
制震構造を実施したものである。

【００２４】前記低降伏点鋼の制震ダンパー４ｃは、低
降伏点鋼（σ_y＝１．２ｔ／ｃｍ²）を用い、断面積Ｑが
６０ｃｍ²、長さＬが３０ｃｍ、Ｎ_y＝ ７２ｔ／ｃｍ²と
して実施した。前記断面積Ｑの値は、一次設計時（レベ
ル１地震時）には制震ダンパーを弾性の範囲に納め、通
常の柱脚剛の建物に近い剛性を最下階に持たせて、層間
変形角等を確保させ、二次設計時（レベル２地震時）に
は制震ダンパーを塑性化させ、震動エネルギーを吸収さ
せることを考慮して決定したものである。

【００２５】入力地震波としてはＢＣＪ−ＬＥＶＥＬ２
（最大加速度３５５．７ｇａｌ）を用いた。

【００２６】前記した条件で数値実験を行った解析結果
について、図４は各建物モデルＡ、Ｂ、Ｃにおける各階
の応答最大層間変形角を示すグラフであり、及び図５は
各建物モデルＡ、Ｂ、Ｃにおける各階の応答最大加速度
を示すグラフである。

【００２７】図４のグラフから、建物モデルＡ各階の応
答最大層間変形角と建物モデルＣ各階の応答最大層間変
形角とを比較すると、１階では略同じであり、２階〜５
階では、建物モデルＣの応答最大層間変形角は、建物モ
デルＡの応答最大層間変形角の約７０〜７５％であるこ
とが読み取れる。

【００２８】図５のグラフからは、建物モデルＡ各階の
応答最大加速度と建物モデルＣ各階の応答最大加速度と
を比較すると、２階では略同じであり、３階〜Ｒ階で
は、建物モデルＣの応答最大加速度は、建物モデルＡの
応答最大加速度の約７０〜７５％であることが読み取れ
る。

【００２９】以上の解析結果から本発明に係る柱脚部制
震構造の効果が大きいことが実証された。

【００３０】また、図４のグラフ及び図５のグラフから
分かるように、建物モデルＡと建物モデルＢを比較する
と、弾性部材から成るダンパー４ｂを用いた建物モデル
Ｂに二次設計時（レベル２地震時）に相当する震動を与
えた場合、建物モデルＡに対する建物モデルＢの制震効
果はさほどないことが分かる。このことから、本発明に
用いるダンパーを一次設計時（レベル１地震時）には弾
性の範囲に納め、二次設計時（レベル２地震時）には塑
性化させて震動エネルギーを吸収するように設計された
制震ダンパーとすることの有効性、重要性を確認でき
た。

【００３１】

【本発明が奏する効果】本発明に係る構造物の柱脚部制
震構造によれば、構造物の設計プランの自由度が高く、
設備機器との干渉もなく、免震階が必要なく、構造物外
周に大きなエキスパンションジョイントを設ける必要も
ないなど、設計の自由度が広く、さまざまな条件におい
ても採用でき、しかも制震効果が大きい、制震構造を実
現することができる。

【００３２】さらに本発明に係る構造物の柱脚部制震構
造は、免震階等を設けるなどの特別な設計的対応を要さ
ず、特別な維持管理コストがかからず、その分低コスト
で実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る構造物の柱脚部制震構造の実施例
を示した縦断面図である。

【図２】本発明に係る構造物の柱脚部制震構造の実施例
を示した横断面図である。

【図３】Ａは従来の建物モデルを正面で示した概要図、
Ｂは弾性部材から成るダンパーを用いて本発明と同様の
構成で実施した建物モデルを正面で示した概要図、Ｃは
低降伏点鋼から成る制震ダンパーを用いて本発明の構成
で実施した建物モデルを正面で示した概要図である。

【図４】各建物モデルＡ、Ｂ、Ｃにおける各階の応答最
大層間変形角を示すグラフである。

【図５】各建物モデルＡ、Ｂ、Ｃにおける各階の応答最
大加速度を示すグラフである。

【図６】従来のアクティブ型の制震構造の概要を示した
正面図である。

【図７】従来の免震構造の概要を示した縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 柱 １ａ 柱脚部 ｖ 可撓支承 ３ 基礎梁 ２ 基礎 ４ 制震ダンパー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の柱の柱脚部は、その震動を許容す
   る限度に基礎梁との縁切りが行われ、該柱脚部はピン支
   承その他の可撓支承で基礎上に支持されていること、 前記柱脚部の可撓支承の位置から上方に一定の高さ位置
   に、前記基礎梁と前記柱脚部とを繋いだ制震ダンパーが
   設置されていることを特徴とする、構造物の柱脚部制震
   構造。