JP2000017887A

JP2000017887A - 耐震建物

Info

Publication number: JP2000017887A
Application number: JP11052798A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tamura; 和夫田村; Koichi Watanabe; 宏一渡辺
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-01-18
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JP3800476B2

Abstract

(57)【要約】【課題】建物の構造要素に応力受動遅延機構及びこ
れに付加する層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー
吸収機構を組み込んで、建物の層崩壊を防止すると共
に、大地震時にも補修の必要性の少ない廉価な耐震建物
を提供する。【解決手段】本発明による耐震建物は、建物の構造要
素であるブレース３０に鋼材ダンパー３２を組み込んで
応力受動遅延機構としてのギャップ３４を形成し、これ
に付加してエネルギー吸収機構である鋼材ダンパー３２
もしくは層せん断耐力増強部材としてのブレース３０を
作用させることで、地震力に対する建物の層崩壊を防止
して応力の分散を図り、建物全体が均等に対応できる構
造を廉価に達成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の耐震構造に
関し、特に、中高層建物の層崩壊を防止した耐震建物に
関する。

【０００２】

【従来の技術】特大地震時において、中高層建物が層崩
壊を生じ、これによって多数の人命が危険にさらされる
ケースが注目されている。図１９に示すように中高層建
物４０が一旦、最弱層に損傷を受けて耐力を低下する
と、其の層に地震エネルギーが集中することになって層
崩壊４１を生じ、他の層は全く健全であるにも関わらず
層崩壊モードによって建物が崩壊してしまうからであ
る。

【０００３】危険な層崩壊を防止するために、最近の構
造設計は梁よりも柱の耐力を充分に大きくして靭性に富
んだ梁崩壊型になるように設計する方向も示されてい
る。しかし、純ラーメン構造の場合には、このような設
計法も可能であると考えられるが、実際の建物では、図
２０に例示するように腰壁４２、垂れ壁４３、袖壁４
４、方立て壁４５によって、設計段階で期待しているよ
うな崩壊モードにならない可能性も否定できないのが実
状である。そこで、不確定要因に対してスリット４６を
設けることによって非構造部材として扱うという設計方
針も示されているが、部分スリットに関してはスリット
を設けた設置の効果がほとんど期待できないのが現状で
ある。

【０００４】又、建物全体の耐力を上げる方法として連
層耐震壁等を用いることも検討されている。しかし、高
層建物の場合には、図２１に見られる如く周期が長いこ
とによって地震力の低減が達成されており、連層耐震壁
等で剛性を上げることは入力地震動低減の利点を損なう
ことになる。

【０００５】このことは、連層耐震壁を建物全体に適用
した場合の層間変形角について考察すると明確である。
図２２に例示する如く、従来の耐震壁では、層間変形角
が４×１０^-3ｒａｄ程度で負担せん断力が最大に達し、
付帯ラーメンのせん断破壊を防止するような配慮がなさ
れていれば、８×１０^-3ｒａｄぐらいまでは負担せん断
力はあまり低下しない。同様に、柱・梁骨組は、層間変
形角が５×１０^-3ｒａｄ程度で負担せん断力が最大に達
し、それ以上では負担せん断力はほとんど低下しない。
そして、壁と柱・梁骨組が耐震壁と合体して耐えること
の可能な層せん断力は、図示のように層間変形の小さい
段階では建物の全層の耐力が大きいが、８×１０^-3ｒａ
ｄ程度以上の層間変形角では壁が耐力を失うので層せん
断力が柱・梁骨組のみの耐力になる。

【０００６】このために建物全体としては、変形が小さ
い段階では連層耐震壁を含んで剛性が高いために建物の
固有周期が短くなり、連層耐震壁がない場合と比較して
耐震力が大きくなる。又、特大地震においては、層間変
形角が１０×１０^-3ｒａｄ程度を大きく上回ることも考
えられることから、そのような層間変形時においては、
連層耐震壁の構造部材としての健全性は維持することが
できず、建物の中では相対的に弱い層が降伏し、図２３
に示す質点モデルに見られるように、変形はその降伏層
４７に集中して層崩壊につながっていた。又、連層耐震
壁を有効な構造要素にするためには、高さ方向に連続し
て配置することが望ましいことから平面計画上の障害に
なる場合もあるという問題点も発生していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、建物の構造
要素に応力受動遅延機構及びこれに付加する層せん断耐
力増強部材もしくはエネルギー吸収機構を組み込んで、
建物の層崩壊を防止すると共に、大地震時にも補修の必
要性の少ない廉価な耐震建物を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による耐震建物
は、基本的に、建物の構造要素に応力受動遅延機構及び
これに付加する層せん断耐力増強部材もしくはエネルギ
ー吸収機構を組み込んだことを特徴としている。具体的
構成としては、耐震壁やブレースを対象にして応力受動
遅延機構として建物の構造要素間のギャップもしくはギ
ャップ孔を備えるギャップ保持装置を採用し、層せん断
耐力増強部材には建物の構造要素で対応して、エネルギ
ー吸収機構としては各種のダンパーもしくは粘弾性衝撃
吸収装置を用いており、さらに、応力受動遅延機構を組
み込んだ建物の構造要素を平面計画に合わせて建物の高
さ方向や平面的に適宜配置することを特徴とするもので
あり、層間変形角の小さい段階では応力受動遅延機構を
作用させることで柱・梁骨組による耐力のみで柔軟に対
応させ、大きな層間変形角に対しては、柱・梁骨組と層
せん断耐力増強部材とが合同で対処して各層の靱性と層
間変形角の平準化を行なうものであるから、地震力に対
して特定層が層崩壊を起こすのを回避させて、建物全体
が均等に対応できる構造を廉価に達成している。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を耐震壁に適用し
た実施の形態を説明するための正面図である。本実施の
形態では、構造要素が耐震壁１であり、応力受動遅延機
構はギャップ２である。耐震壁１のギャップ２は、柱・
梁骨組の変形に合わせてテーパー状に形成しており、耐
震壁は台形型に構成している。耐震壁１は左右の柱３，
３と上部の梁４とは切断しており、ギャップ幅を超える
地震力に対しては層せん断耐力増強部材としても機能し
ている。台形型耐震壁と柱との隙間は、柱と壁とが衝突
して破損することがないように設定しているものであ
り、その隙間にはエネルギー吸収も兼ねて衝撃緩衝用の
部材を充填しておくことが望ましい。なお、応力受動遅
延機構は、ギャップに限定されるものでなく、地震力に
よって柱、梁が水平力を受けた場合にこの応力を耐震壁
等の構造要素に所定の変形後に伝達できる弾性機構のよ
うな他の構造であってもよい。

【００１０】次に、上記耐震壁における応力受動遅延機
構の働きについて説明する。耐震壁１は、柱、梁との間
にギャップ２を設けてあるから、層間変形角が小さい間
はせん断力を負担しておらず、建物は柱・梁骨組による
耐力のみで柔軟に対応している。しかし、所定の設定値
以上の大きな層間変形角に対しては耐震壁１によってせ
ん断力を負担するため、建物としては柱・梁骨組と合同
で柔軟に対応することで充分な耐力を維持できる。ギャ
ップ２の幅は、構造設計上必要な層間変形角まで各層の
耐力を低下させないような値に調整して設定している。
同ギャップの値とギャップ形成による変形能力について
は後で詳述するが、調整するギャップ幅のおおよその目
安としては、設計上の最大層間変形角より耐震壁が設定
している負担せん断力が最大に達する４〜８×１０^-3ｒ
ａｄだけ小さい２〜６×１０^-3ｒａｄに収まる程度に設
定すれば効率的である。

【００１１】以上のように、本発明における応力受動遅
延機構は、ギャップ２の形成とその作用で説明したよう
に、地震力によって柱・梁骨組が水平力を受けてもこの
応力を耐震壁等の構造要素に直ちに伝達することなく、
所定の変形差を確保した後に伝達する機能を果たせる機
構を総称している。又、耐震壁１は、上記応力受動遅延
機構を組み込むための構造要素として位置付けられると
同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に至る変形におい
ては、柱・梁骨組によるせん断力に加算してせん断力を
負担する、層せん断耐力増強部材としても機能してい
る。

【００１２】図２は、構面内に開口部５を有する場合の
実施の形態を示す正面図である。開口部側の耐震壁６の
切断面７は直線状に形成されており、柱３側のギャップ
２はテーパー状になっている。開口部５の上面には、柱
３、梁４及びスラブ８の応力を耐震壁６に伝達するため
に、所定厚の鉄板９が耐震壁６の切断面７と所定のギャ
ップ１０を保って装着されている。なお、各ギャップに
は図１の例と同様の理由で衝撃吸収用の部材を挟み込む
ことが望ましい。本実施の形態の例でも、各ギャップが
応力受動遅延機構を形成しており、耐震壁６は建物の構
造要素と位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層
間変形角に至る変形においては、層せん断耐力増強部材
として機能している。

【００１３】図３は、耐震壁を上下に２分割する本発明
の実施態様を示す正面図である。耐震壁は上下に２分割
しており、その中間部分に凹凸部分１３を形成すること
で、地震動入力による柱、梁のせん断力を上壁１１と下
壁１２の凸凹部分１３に形成するギャップ１４で応力受
動遅延機構としての機能を達成している。上壁１１と下
壁１２の凸凹部分１３には衝撃によって壁部分に損傷を
与えないように保護用の鉄板１５，１６等を用いて補強
している。本実施の形態の例でも、各ギャップ１４が応
力受動遅延機構を形成し、上下壁１１，１２は建物の構
造要素と位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層
間変形角に至る変形においては、層せん断耐力増強部材
として機能している。

【００１４】図４は、Ｋ型ブレース１７に本発明を適用
した場合の実施形態を示す正面図である。Ｋ型ブレース
１７は、ブレースの交点を梁と接合しているが、この接
合部分に隙間１８を形成しておき、この隙間を挟んで応
力受動遅延機構としてのギャップ保持装置１９を装備す
ることで、発明としての作用効果を達成している。ギャ
ップ保持装置１９については、図５で詳述するが、地震
動入力による柱、梁のせん断力を、前記実施の態様で説
明したギャップ１４と同様の変形差で、梁４とＫ型ブレ
ース１７との間に伝達させる機能を有しており、応力受
動遅延機構として作動するものである。又、Ｋ型ブレー
スは、上記応力受動遅延機構を組み込むための構造要素
として位置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間
変形角に至る変形においては、柱・梁骨組によるせん断
力に加算してせん断力を負担する層せん断耐力増強部材
として機能している。

【００１５】図５は、耐震壁に本発明を適用した実施態
様の正面図（ａ）、断面図（ｂ）及びギャップ保持装置
１９の詳細断面図（ｃ）、（ｄ）である。耐震壁２０
は、上端に拘束梁２１を備えており、柱、梁との間は縁
切り状態にしてある。梁４と耐震壁２０の拘束梁２１と
の間には隙間２２を形成しており、この隙間２２を挟ん
で図４と同様のギャップ保持装置１９を装備している。
ギャップ保持装置１９は、装置内にギャップを保有して
おり、地震動入力による柱、梁のせん断力を前記実施の
態様で説明したギャップ１４と同様に、所定の変形差を
保って梁４と耐震壁２０との間に伝達し、応力受動遅延
機構として作動するものである。又、耐震壁２０は、上
記応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として位
置付けられると同時に、ギャップ幅以上の層間変形角に
至る変形においては、柱・梁骨組によるせん断力に加算
してせん断力を負担する層せん断耐力増強部材として機
能し、柱・梁骨組と一体になって特大の地震動入力に耐
えるように作用する。

【００１６】図５（ｂ）の断面図は、隙間２２を挟んで
対峙する梁４と耐震壁２０の拘束梁２１に対してギャッ
プ保持装置１９が取り付けられている状態を示してお
り、ギャップ保持装置１９は、装置内に形成されたギャ
ップを介在させて梁４と耐震壁２０とのせん断状態に対
応してお互いをシアキーで拘束し合っている。ギャップ
保持装置１９は、前記実施の態様で説明したギャップ１
４と同様の変形差で、梁４とＫ型ブレース１７との間に
地震動を伝達させる機能を有しており、応力受動遅延機
構として作動するものである。図５（ｃ）、（ｄ）は、
ギャップ保持装置１９で使用されている２種類のシアキ
ーを断面的に示している。図５（ｃ）に示しているシア
キー２３は、低降伏鋼から成るせん断ピン２４を使用し
ているもので位置を保持するために配置している。そし
て、図５（ｄ）に示しているシアキー２５は、高強度鋼
又は普通鋼から成るせん断ピン２６を使用しており、層
間変形がギャップ量に達した場合に、それ以上の層間変
形に対しては前記実施の態様で説明したギャップ１４と
同様に梁４と耐震壁２０との間にせん断力を伝達する役
割を担っている。

【００１７】シアキー２５のせん断ピン２６は、遊び空
隙のあるギャップ孔２７を貫通して配置されているの
で、地震動入力による柱、梁のせん断力に対して上記ギ
ャップ１４と同様に作用し、ギャップ保持装置１９は応
力受動遅延機構としての機能を発揮するものである。各
シアキー２３，２５は、図５（ａ）で図示のように梁方
向に１列に配置されるものであるが、それぞれをどの程
度の個数にするかは耐震設計上から算出されてくること
になる。

【００１８】図６は、上記耐震壁を連層耐震壁として建
物に配置する状態を説明するための正面図である。図６
（ａ）に示す独立壁型の連層耐震壁２８は、柱３、梁４
と縁を切った状態で、梁４とギャップ保持装置１９を介
在させて接合しており、高層方向に連続的に配置されて
いる。図６（ｂ）に示す柱切断型の連層耐震壁２９は、
柱３と一体のままで梁４と縁を切った状態で、ギャップ
保持装置１９を介在させて梁４と接合している。この際
の柱３は、軸力のみを伝達するように柱頭には積層ゴム
や滑り支承のような軸力伝達部材を配置しておくことが
望ましい。

【００１９】実際の建物では、図６で示した連層耐震壁
のような純ラーメン構造の場合だけでなく、図２０の従
来例で示すように腰壁４２、垂れ壁４３、袖壁４４、方
立て壁４５等が適宜に配置されていることが普通であ
る。従って、図６に示した連層耐震壁の配置では設計段
階で期待しているような崩壊モードにならない可能性も
否定できなく、最適な層せん断力特性を備えた建物を構
築するためには、本発明による応力受動遅延機構を組み
込んだ構造要素を、設計計画に合わせて建物の高さ方向
や平面位置に適宜配置することが必要になる。

【００２０】図７は、耐震壁、ブレース等の構造要素
を、上記対応の下に建物に配置する他の実施の形態を示
す正面図である。本実施の形態においては、建物の設計
計画の段階において、応答解析等の検討をすることで他
の層に比較して相対的に弱く、層破壊を招く恐れが予測
される層に対して、本発明による応力受動遅延機構を組
み込んだ構造要素を予め配置しておくことで、層破壊を
有効に防止している。又、高さ方向の層別ばかりでな
く、平面的にも応答解析等によって耐力の低下を生じる
可能性のある架構面位置が明確になっている場合には、
平面上の所定の位置に応力受動遅延機構を組み込んだ構
造要素を配置することによって、建物の偏心によるねじ
れ破壊等を防止することを可能にしている。図７
（ａ）、（ｂ）は、各層の平面計画が比較的同一に近い
建物に対応する例である。この場合は、平面計画的に同
一であるから耐震壁やＫ型ブレースを建物の高さ方向に
連続して配置したものであり、上記連層耐震壁の例に近
い建物に適用できる。図７（ｃ）、（ｄ）は、各層の平
面計画がそれぞれに異なっている建物に対応する例であ
る。この場合は、平面的に架構面の耐力低下が異なって
いるために地震力に対応できる形態が異なることにな
る。そこで、層破壊や建物のねじれ崩壊を防止するため
に、各層の平面計画に合わせて各架構面に耐震壁やＫ型
ブレースを配置しているものであり、層毎に異なる配置
状態になっている。

【００２１】図８は、本発明によって、建物の構造要素
に応力受動遅延機構を組み込んで、建物の層崩壊を防止
する耐震建物の層間変形角について考察するための特性
図である。なお、本考察における各構造要素の設定値
は、図２２に例示した従来のものと同様にしてある。本
発明による建物は、耐震壁が柱、梁との間に層間変形角
２〜６×１０^-3ｒａｄ程度に相当するギャップを設けて
あるから、図示のように、層間変形角が２〜６×１０^-3
ｒａｄの程度までは、柱・梁骨組のみがせん断力を負担
して層せん断耐力増強部材としての耐震壁はせん断力を
負担していないが、ギャップを越える所定の設定値以上
の層間変形角に至ると耐震壁によるせん断力の負担が始
まり、１０〜１４×１０^-3ｒａｄぐらいまでは負担せん
断力がほとんど低下しない。そして、柱・梁骨組は従来
例と同様に鉛直荷重を保持しており、層間変形角が５×
１０^-3ｒａｄ程度で負担せん断力が最大に達しても、軸
力比を０．３程度以下に設定すれば、２０×１０^-3ｒａ
ｄを越える層間変形角に対しても充分な変形能力を有し
ている。

【００２２】以上のように、壁と柱・梁骨組を統合した
層せん断力特性は、図示のように層間変形角の小さい段
階では柱・梁骨組による耐力のみで対応することから柔
軟である。一方、１０〜１４×１０^-3ｒａｄのような大
きな層間変形角に対しては、柱・梁骨組と層せん断耐力
増強部材としてせん断耐力を増強する壁とが合同で対処
することで、特定層が層崩壊を起こすことを回避させ
て、各層の靱性と層間変形角の平準化が行われることに
なり、建物全体で地震入力エネルギーを吸収することに
なって充分な耐力を維持できる。

【００２３】次に、本発明による耐震建物のエネルギー
吸収機構について説明する。図９は、本発明をＫ型ブレ
ースに適用した実施の形態を説明するための正面図であ
る。Ｋ型ブレース３０は、ブレースの交点３１で梁４と
対峙している。ブレースの交点３１と対峙している梁４
にはエネルギー吸収機構である鋼材ダンパー３２を設け
ており、Ｋ型ブレース３０の交点３１には突起３３を配
置して鋼材ダンパー３２との間に、応力受動遅延機構と
してのギャップ３４を形成している。従って、平常時に
は、Ｋ型ブレース３０の交点３１と梁４とはギャップ３
４を挟んで分離状態に置かれている。

【００２４】そして、地震等による水平力を受けた建物
が図１０に示すように変形すると、前記実施の態様で説
明したギャップと同様の変形差で、梁４に設けた鋼材ダ
ンパー３２とＫ型ブレース３０の突起３３とが当接す
る。図１１は、鋼材ダンパー３２の特性を所定値までは
剛にしておき、鋼材ダンパーが層せん断力の一部を負担
する範囲に層間変形角の設定値を定める場合のダンパー
部の「変形―せん断力」関係を示している。ダンパー部
の変形が設定値を超えると、鋼材ダンパー３２が剛性を
発揮するので、梁の水平力はＫ型ブレース３０に伝達さ
れる。Ｋ型ブレース３０は、補強効果を発揮してせん断
耐力を増強する状態になり、図示のように柱、梁のせん
断耐力を補強する機能が発揮される。従って、ギャップ
３４は前記実施の形態と同様に応力受動遅延機構として
作動しており、Ｋ型ブレース３０は、応力受動遅延機構
を組み込むための構造要素として位置付けられると同時
に、ギャップ幅に相当する値以上の層間変形角に至る変
形においては、柱、梁によるせん断力に加算してせん断
力を負担する層せん断耐力増強部材として機能してい
る。

【００２５】図１２は、層間変形角がさらに増大してダ
ンパー部の変形が上記設定値を超過する場合のダンパー
部の「変形―せん断力」関係を示している。上記設定値を
超えると、鋼材ダンパー３２の剛性が限界点を超えるた
めに塑性変形を開始し、せん断力の抵抗は図示のように
頭打ちとなる。鋼材ダンパー３２は、柱、梁に加えられ
ているエネルギーを吸収してＫ型ブレース３０への伝達
応力を頭打ちにするので、Ｋ型ブレース３０には過大な
応力が加えられることなく、損傷を回避することができ
る。従って、鋼材ダンパー３２は、ギャップ３４に相当
する幅以上の層間変形角に至る変形においては、柱、梁
から構造要素としてのＫ型ブレースに伝達するせん断力
が頭打ちとなり、エネルギー吸収機構としても機能して
いる。

【００２６】図１３〜１５には、通常の各種ダンパーを
用いた場合の本発明におけるダンパー部分の「変形―せ
ん断力」関係を示している。図１３は、エネルギー吸収
機構として鋼材ダンパーを採用した場合のダンパー部の
「変形―せん断力」関係を示している。本実施の形態の例
では、層間変形角が応力受動遅延機構としてのギャップ
３４に相当する層間変形角を超えると、エネルギー吸収
機構は直ちに単独の鋼材ダンパーが備えているほぼ矩形
の「変形―せん断力」特性に従った履歴３５を示して、
柱、梁から伝達されるせん断力を吸収して頭打ちとする
ので、構造要素の損傷を回避することに成る。

【００２７】図１４は、エネルギー吸収機構としてオイ
ルダンパーを採用した場合のダンパー部分の「変形―せ
ん断力」関係を示している。応力受動遅延機構としての
ギャップ３４に相当する層間変形角を超えると、エネル
ギー吸収機構は直ちに単独のオイルダンパーが備えてい
る楕円形の「変形―せん断力」特性に従った履歴３６を示
し、構造要素としてのＫ型ブレースに伝達するせん断力
を頭打ちとしている。

【００２８】図1５は、エネルギー吸収機構として粘弾
性衝撃吸収装置を採用した場合のダンパー部の「変形―
せん断力」関係を示している。応力受動遅延機構として
のギャップ３４に相当する層間変形角を超えると、エネ
ルギー吸収機構は直ちに単独の粘弾性衝撃吸収装置が備
えている傾斜した楕円形の「変形―せん断力」特性に従っ
た履歴３７を示している。粘弾性衝撃吸収装置の設定形
態としては、梁から吊り下げた鋼材ダンパーの両側に粘
弾性衝撃吸収装置を貼り付けて、Ｋ型ブレースの交点等
に設けた突起と当接するように構成してもよい。

【００２９】図１６は、本発明を耐震壁に適用した実施
の形態を説明するための正面図である。耐震壁３８は、
上端中央に窪み３９を備えており、柱との間は縁切り状
態に形成している。梁４には鋼材ダンパー３２が設けて
あり、窪み３９との間にはギャップ３４を確保してい
る。上記の構成において、鋼材ダンパーに所定の剛性を
保有させておく場合には、地震等による水平力が作用し
て層間変形角がギャップ３４に相当する設定値を超える
と、鋼材ダンパー３２は剛性を発揮するので、梁の水平
力は耐震壁3８に伝達される。このため、耐震壁３８は
剛性を現出することで補強効果を発揮し、せん断耐力を
増強する状態になって、柱、梁のせん断耐力を補強する
機能が発揮される。そして、層間変形角がギャップ３４
に相当する設定値を超えて鋼材ダンパーの抵抗力が頭打
ちになる場合には、鋼材ダンパー３２はエネルギーを吸
収し、梁の水平力はそれ以上に耐震壁３８に伝達されな
い。

【００３０】従って、ギャップ３４は、前記実施の形態
と同様に、応力受動遅延機構として作動し、耐震壁３８
は、応力受動遅延機構を組み込むための構造要素として
位置付けられると同時に、ギャップ幅以上に相当する層
間変形角に至る変形においては、鋼材ダンパー３２の剛
性が発揮される場合に、層せん断耐力増強部材として機
能させる。そして、鋼材ダンパー３２は、設定値を超え
て鋼材ダンパーの抵抗力が頭打ちになることでエネルギ
ー吸収機構としても機能している。

【００３１】上述した層せん断力特性を図１７に示す質
点モデルに適用してみると、建物の全層を低い初期剛性
にすることで建物に対する地震力の増大を防止してい
る。地震時には、特定層の柱・梁骨組が、せん断力を受
けて応力受動遅延機構であるギャップで設定した層間変
形角に至ると、鋼材ダンパー等の剛性が発揮されて耐震
壁等が層せん断耐力増強部材としてせん断力を負担して
その層の剛性を高める。このために、せん断力による変
形は特定層から抵抗力の弱い他の層に分散させることに
なる。さらに大きな力が作用する場合には、鋼材ダンパ
ー等の抵抗力が頭打ちになることでエネルギー吸収機構
として機能し、柱、梁等の構造要素に対して過大な層間
変形の発生を阻止する。以上のことから、建物としては
各層の耐力・靱生アップと層間変形角の平準化効果が発
揮され、建物全体で地震入力エネルギーを吸収すること
になって層崩壊を未然に防止できることになる。

【００３２】上述したように、本発明による耐震建物
は、柱・梁骨組がせん断力を負担できる安全な範囲であ
る２〜６×１０^-3ｒａｄ程度までは層間変形角が生じる
ことを許容している。従って、図１８に示すように、本
発明による耐震建物は、Ｋ型ブレース等の構造要素５０
に応力受動遅延機構及びこれに付加する層せん断耐力増
強部材もしくはエネルギー吸収機構を組み込んだ構成５
１に加えて、層間変形角の範囲で作用するダンパー等の
制震装置５２を付加して設置する場合にも各装置の作動
面において良好な協調性が保てるものであり、設計計画
上で有効な自由度もある。

【００３３】本発明による耐震建物は、上記した解析的
な層崩壊防止の直接的機能の他に、建物において実際に
遭遇する以下のような事例に対しても有効な機能を発揮
することができる。即ち、実際の建物では、解析モデル
の諸元に対して多くのばらつきを伴っている。例えば、
一考察によると、材料強度の等のばらつきによって部材
強度のばらつきは、耐震壁の剪断強度で８〜１２％、柱
の剪断強度で７〜１０％程度である。さらに、雑壁のよ
うにモデル化の際に無視されている要因も存在し、各層
の諸元のばらつきは、相対的に弱い層への入力エネルギ
ーの集中を招き、結果的に層崩壊に結びつくことになる
と考えられる。しかし、本発明による耐震建物は、建物
の構造要素に応力受動遅延機構を組み込み、層せん断耐
力増強部材を付加したことによって、相対的に弱い層に
対して保護的に作用するので、ばらつきに対しても極め
て包容的に対応できる架構形式になっている。

【００３４】又、地震時における建物の挙動は、作用す
る地震動によって大きく左右される。従って、特定の地
震動に対して構造諸元を最適化しても、他のタイプの地
震動に対しては危険側の構造諸元になっていることも多
い。しかし、本発明による耐震建物は、建物の構造要素
に応力受動遅延機構を組み込み、層せん断耐力増強部材
もしくはエネルギー吸収機構を付加することによって、
地震時に層崩壊に向かっている層をタイムリーに補強し
たり、エネルギーを吸収するように作用するので、どの
ようなタイプの地震動に対しても有効に機能する架構形
式になっている。

【００３５】以上のように、本発明による耐震建物は、
入力エネルギーを建物全体で吸収して弱い層の崩壊を暫
時防止していることから、中小の地震に対しては、全く
補修の必要がなく、大地震に対しても構造部材の補修を
必要とする場合が極めて少なく経済的にも有利である。

【００３６】以上、本発明について実施の形態に基づい
て詳細に説明してきたが、本発明にによる耐震建物は、
基本的に、建物の構造要素応力受動遅延機構を組み込ん
だり、組み込んだ応力受動遅延機構に層せん断耐力増強
部材もしくはエネルギー吸収機構を付加することを特徴
とするものであり、地震力に対する建物の層崩壊を防止
して応力の分散を図り、建物全体が均等に対応できる構
造を廉価に達成しているものであるから、本発明は上述
した実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であ
ることは当然のことである。

【００３７】

【発明の効果】本発明による耐震建物は、基本的に、建
物の構造要素に応力受動遅延機構を組み込んだり、組み
込んだ応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材もしく
はエネルギー吸収機構を付加することを特徴とするもの
であり、具体的には、耐震壁やブレースを対象にして応
力受動遅延機構としては建物の構造要素間のギャップも
しくはギャップ孔を備えるギャップ保持装置を採用する
ことを特徴とし、層せん断耐力増強部材としては各構造
要素であり、エネルギー吸収機構としては各種ダンパー
もしくは粘弾性衝撃吸収装置であり、さらに、応力受動
遅延機構を組み込んだ建物の構造要素を平面計画に合わ
せて建物の高さ方向や平面的に適宜配置することを特徴
としているので、建物に対する地震力の増大を防止し、
各層の靱性を向上させると同時に、建物の層崩壊を防止
して層間変形角の平準化を図り、地震力の入力エネルギ
ーを建物全体で吸収することによって建物の崩壊を防止
している。さらに、構造が簡潔で包容的に構成してある
から、建物の平面計画にフレキシビリテイを確保するこ
とができ、建屋諸元のばらつきや地震動の多様さにも包
括的（ロバスト）に対応できる効果を発揮するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】応力受動遅延機構を組み込んだ本発明による耐
震壁の正面図

【図２】応力受動遅延機構を組み込んだ開口部を有する
耐震壁の正面図

【図３】応力受動遅延機構を組み込んだり他の耐震壁の
正面図

【図４】応力受動遅延機構を組み込んだりＫ型ブレース
の正面図

【図５】ギャップ保持装置を用いた耐震壁の正面、断
面、詳細断面図

【図６】応力受動遅延機構を組み込んだ連層耐震壁の正
面図

【図７】応力受動遅延機構を高さ方向もしくは平面方向
に組み込んだ耐震建物の正面図

【図８】応力受動遅延機構を組み込んだ耐震建物の「層
間変形角―層せん断力」特性図

【図９】応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材もし
くはエネルギー吸収機構を付加するＫ型ブレースの正面
図

【図１０】応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部材も
しくはエネルギー吸収機構を付加するＫ型ブレースの作
動状態図

【図１１】層せん断耐力増強部材を付加する耐震建物の
「層間変形角―層せん断力」特性図

【図１２】エネルギー吸収機構を付加する耐震建物の
「層間変形角―層せん断力」特性図

【図１３】エネルギー吸収機構として鋼材ダンパーを付
加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図

【図１４】エネルギー吸収機構としてオイルダンパーを
付加する耐震建物の「層間変形角―層せん断力」特性図

【図１５】粘弾性衝撃吸収装置を付加する耐震建物の
「層間変形角―層せん断力」特性図

【図１６】層せん断耐力増強部材もしくはエネルギー吸
収機構を付加する耐震壁の正面図

【図１７】本発明による耐震建物の質点モデル

【図１８】応力受動遅延機構等と制震装置を組み込んだ
Ｋ型ブレースの正面図

【図１９】従来の層崩壊した建物の正面図

【図２０】従来の耐震建物の正面図

【図２１】地震動入力の振動特性係数図

【図２２】従来の耐震建物における「層間変形角―層せ
ん断力」特性図

【図２３】従来の耐震建物の質点モデル

【符号の説明】

１耐震壁（層せん断耐力増強部材）２ギャップ（応力受動遅延機構）３柱４梁５開口部６開口部側の耐震壁（層せん断耐力増強部材）７切断面８スラブ９鉄板１０ギャップ（応力受動遅延機構）１１上壁（層せん断耐力増強部材）１２下壁（層せん断耐力増強部材）１３凹凸部分１４ギャップ（応力受動遅延機構）１５、１６保護用鉄板１７Ｋ型ブレース（層せん断耐力増強部材）１８隙間１９ギャップ保持装置（応力受動遅延機構）２０耐震壁（層せん断耐力増強部材）２１拘束梁２２隙間２３シアキー２４低降伏剪断ピン２５シアキー２６高強度剪断ピン２７ギャップ孔（応力受動遅延機構）２８独立壁型の連層耐震壁（層せん断耐力増強部材）２９柱切断型連層耐震壁（層せん断耐力増強部材）３０Ｋ型ブレース（層せん断耐力増強部材）３１Ｋ型ブレースの交点３２鋼材ダンパー（層せん断耐力増強部材、エネルギ
ー吸収機構）３３交点に配置した突起３４ギャップ（応力受動遅延機構）３５鋼材ダンパー（エネルギー吸収機構）の「変形―
せん断力」特性図３６オイルダンパー（エネルギー吸収機構）の「変形
―せん断力」特性図３７粘弾性衝撃吸収装置（エネルギー吸収機構）の
「変形―せん断力」特性図３８耐震壁（層せん断耐力増強部材）３９窪み４０中高層建物４１層崩壊４２腰壁４３垂れ壁４４袖壁４５方立て壁４６スリット４７降伏層５０構成要素５１応力受動遅延機構等の構成５２制震装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建物の構造要素に応力受動遅延機構を組
み込んだことを特徴とする耐震建物。
【請求項２】応力受動遅延機構に層せん断耐力増強部
材を付加することを特徴とする請求項１に記載の耐震建
物。
【請求項３】応力受動遅延機構にエネルギー吸収機構
を付加することを特徴とする請求項１に記載の耐震建
物。
【請求項４】構造要素が耐震壁であることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の耐震建物。
【請求項５】構造要素がブレースであることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の耐震建物。
【請求項６】応力受動遅延機構がギャップであること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の耐震建
物。
【請求項７】ギャップがテーパー状であることを特徴
とする請求項６に記載の耐震建物。
【請求項８】応力受動遅延機構が低降伏シアキーを備
えるギャップ保持装置であることを特徴とする請求項１
〜５のいずれかに記載の耐震建物。
【請求項９】層せん断耐力増強部材が建物の構造要素
であることを特徴とする請求項２に記載の耐震建物。
【請求項１０】構造要素が耐震壁であることを特徴と
する請求項９に記載の耐震建物。
【請求項１１】構造要素が拘束梁を備えている耐震壁
であることを特徴とする請求項１０に記載の耐震建物。
【請求項１２】構造要素がブレースであることを特徴
とする請求項９に記載の耐震建物。
【請求項１３】エネルギー吸収機構が鋼材ダンパーで
あることを特徴とする請求項３に記載の耐震建物。
【請求項１４】エネルギー吸収機構がオイルダンパー
であることを特徴とする請求項３に記載の耐震建物。
【請求項１５】エネルギー吸収機構が粘弾性衝撃吸収
装置であることを特徴とする請求項３に記載の耐震建
物。
【請求項１６】応力受動遅延機構を組み込んだ構造要
素を建物の高さ方向に連続的に配置することを特徴とす
る請求項１に記載の耐震建物。
【請求項１７】応力受動遅延機構を組み込んだ構造要
素を建物の設計計画に対応させて平面上の所望位置に適
宜配置することを特徴とする請求項１に記載の耐震建
物。