JP2001279949A - 制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】剛性や耐力を自在に設定しつつ所望の制振機能
を構造物に付与可能でなおかつ建物の用途変更や耐震性
能の見直しに対しフレキシブルに適応する。 【構成】本発明に係る制振構造は、対向する一対の柱
１、１及び対向する一対の梁２、２からなる架構に囲ま
れた構面３内に所定の構造諸特性を有する構造要素４を
３×３の配列で計９枚配置し、それらの構造要素のう
ち、最上層に配列された３枚の構造要素４の上縁を上階
の梁２の下面に設置された取付け用鋼板５に連結し、最
下層に配列された３枚の構造要素４の下縁を下階の梁２
の上面に設置された取付け用鋼板６に連結してある。ま
た、各構造要素４は、特定箇所にて例えば高力ボルトで
相互に連結してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として建築構造
物に適用される制振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震や風といった外力を受けたときに構
造物に生じる揺れを抑制する制振技術としては、パッシ
ブ制振とアクティブ制振とに大別され、パッシブ制振
は、さらに各種ダンパーを各階に設置するダンパー方
式、ＴＭＤやＴＬＤといったマスダンパー方式及び従来
からの免震方式に分類される。そして、これらのうち、
ダンパー方式に採用されるダンパーとして履歴減衰型ダ
ンパーがある。

【０００３】履歴減衰型ダンパーは、地震時における上
階と下階との層間相対変形を強制的に受けることによっ
て地震時エネルギーを履歴減衰として吸収することがで
きるようになっている。

【０００４】一方、柱と梁で囲まれた架構の構面全体に
わたって鋼製耐震壁を設置することがあるが、かかる鋼
製耐震壁で構成された制振構造においては、地震時に鋼
製耐震壁が弾塑性変形して履歴減衰を発揮するため、鋼
製耐震壁全体が履歴減衰型ダンパーとして機能すると言
える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、履歴減衰型ダ
ンパーを用いた制振構造は、地震を受けたときの主架構
の変形挙動を概ね弾性範囲にとどめつつ、履歴減衰型ダ
ンパーの履歴減衰によって地震時エネルギーを吸収させ
ることを目指すものであるため、主架構と履歴減衰型ダ
ンパーとの剛性や耐力のバランスをいかに設定するかが
制振構造としての機能を左右する。

【０００６】しかしながら、上述したような鋼製耐震壁
からなる制振構造では、製作や取付けに手間がかかると
いう問題もさることながら、鋼板の座屈を防止するため
に補剛リブを設けたりある程度の厚みを確保したりする
必要があるため、主架構との関係において鋼製耐震壁の
剛性や耐力を自在に設定するにはどうしても限界があ
り、制振構造を設計するにあたっての自由度が低いとい
う問題を生じていた。

【０００７】また、建築物の供用期間中においては、そ
の用途変更に伴って例えば通路開口や空調ダクト開口の
移設又は新設の必要が生じたり、設計用地震力の見直し
によってエネルギー吸収性能を向上させる必要が生じた
りといった事態が想定されるが、上述した従来の制振構
造でかかる事態に対処しようとすると、どのような制振
構造を新規に設置するにしろ、とりあえずは既設の鋼製
耐震壁をバーナー等を用いて解体撤去せねばならず、非
常に手間がかかるという問題も生じていた。

【０００８】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、剛性や耐力を自在に設定しつつ所望の制振機
能を構造物に付与可能でなおかつ建物の用途変更や耐震
性能の見直しに対しフレキシブルに適応することが可能
な制振構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る制振構造は請求項１に記載したよう
に、剛性、降伏耐力、履歴特性等に関する所定の構造諸
特性を有する複数の構造要素を任意の配列でかつ任意箇
所にて互いに連結して柱梁からなる架構に囲まれた構面
内に配置するとともに、前記複数の構造要素のうち、最
上層に配列された構造要素の上縁を前記架構を構成する
上階梁の下面に設置された取付け用鋼板に連結し、最下
層に配列された構造要素の下縁を前記架構を構成する下
階梁の上面に設置された取付け用鋼板に連結してなるも
のである。

【００１０】また、本発明に係る制振構造は、前記複数
の構造要素を、矩形鋼板で構成した構造要素、矩形鋼板
の両面に補剛リブを突設した構造要素、矩形鋼板の両面
に二枚のプレキャストコンクリート版を添着補剛した構
造要素、矩形鋼板にスリットを穿設した構造要素、矩形
鋼板の両面に補剛リブを突設するとともに該補剛リブが
埋設されるようにしてコンクリートで補剛した構造要
素、及び矩形鋼板の両面に設けられたスタッドに定着さ
れたコンクリートで補剛した構造要素からなる構造要素
群から選択したものである。

【００１１】本発明に係る制振構造においては、複数の
構造要素を任意箇所にて互いに連結した状態で柱梁から
なる架構に囲まれた構面内に配置し、最上層に配列され
た構造要素については、その上縁を上階梁の下面に設置
された取付け用鋼板に連結し、最下層に配列された構造
要素については、その下縁を下階梁の上面に設置された
取付け用鋼板に連結する。

【００１２】このようにすると、上階梁と下階梁との間
に層間相対変形が生じたとき、各構造要素には、最上層
に配列された構造要素及び最下層に配列された構造要素
を介して架構から層間相対変形が作用し、各構造要素
は、それぞれが有する剛性、降伏耐力、履歴特性等に応
じた弾性挙動又は弾塑性挙動を生じる。そして、弾塑性
挙動を生じた構造要素では、所定の履歴減衰が生じて地
震や風による振動エネルギーが吸収される。

【００１３】ここで、構面内に配置された各構造要素全
体の制振機能は、各構造要素の配列の仕方や連結の有無
あるいは各構造要素の構造諸特性に依存するため、各構
造要素の配列の仕方や連結の有無を適宜設定し、あるい
は各構造要素の構造諸特性を適宜選択することにより、
構造要素全体の剛性と降伏耐力を別々に調整しつつ、所
望の履歴減衰特性を得ることができる。

【００１４】任意の配列とは、柱梁からなる架構に囲ま
れた構面内に全面的に配列する場合のみならず、間柱状
に配列する場合、ロの字状に配列する場合、Ｈ字状に配
列する場合などさまざまな配列形態を含む。

【００１５】構造要素の相互連結は任意箇所での連結で
足りる。すなわち、必ずしも隣接する構造要素同士をす
べて連結する必要はなく、特定箇所でのみ連結し、他は
非連結とする場合をも含む。

【００１６】剛性、降伏耐力、履歴特性あるいは曲げ降
伏型かせん断降伏型かといった各構造要素の構造諸特性
をどのように設定するかは任意であるが、例えば、矩形
鋼板で構成した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを
突設した構造要素、矩形鋼板の両面に二枚のプレキャス
トコンクリート版を添着補剛した構造要素、矩形鋼板に
スリットを穿設した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リ
ブを突設するとともに該補剛リブが埋設されるようにし
てコンクリートで補剛した構造要素、及び矩形鋼板の両
面に設けられたスタッドに定着されたコンクリートで補
剛した構造要素からなる構造要素群から選択し、それら
を組み合わせることが考えられる。

【００１７】かかる場合における組み合わせとしては、
例えば最上層と最下層に配列される構造要素の全体水平
剛性がそれらの間に挟まれた中間層に配列される構造要
素の全体水平剛性よりも相対的に高くなるように組み合
わせることが考えられる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振構造の実
施の形態について、添付図面を参照して説明する。な
お、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の
符号を付してその説明を省略する。

【００１９】図１は、本実施形態に係る制振構造を示し
た全体図である。同図でわかるように、本実施形態に係
る制振構造は、対向する一対の柱１、１及び対向する一
対の梁２、２からなる架構に囲まれた構面３内に所定の
構造諸特性を有する構造要素４を３×３の配列で計９枚
配置し、それらの構造要素のうち、最上層に配列された
３枚の構造要素４の上縁を上階の梁２の下面に設置され
た取付け用鋼板５に連結し、最下層に配列された３枚の
構造要素４の下縁を下階の梁２の上面に設置された取付
け用鋼板６に連結してある。また、各構造要素４は、特
定箇所にて例えば高力ボルトで相互に連結してある。

【００２０】取付け用鋼板５、６は、構造要素４の取付
け箇所が限定されないよう、梁２、２の全長にわたって
それぞれ設けておくのが望ましい。

【００２１】図２は、Ｉ型鋼からなる上方の梁２のフラ
ンジ下面に取り付けられた取付け用鋼板５を示した斜視
図であり、同図でわかるように、取付け用鋼板５には、
構造要素４を着脱自在に取り付けるための取付け用開口
７を多数穿設してある。取付け用開口７は、さまざまな
種類、形状あるいは大きさの構造要素４に任意に適応で
きるように、開口の形状及び大きさを適宜設定するのが
よい。

【００２２】ここで、いったん設置された構造要素４
は、ボルトを緩めることで取付け用鋼板５、６や隣接す
る構造要素４からいつでも取り外すことができるため、
あらためて構造要素４を組み替え、これらを構面３内の
所望の位置に再配置することができる。なお、構造要素
４の配列の仕方によっては、一部を工場にて予め相互に
溶接しておいてもよい。

【００２３】一方、構造要素４は、図３乃至図５に示し
た構造要素４ａ乃至４ｆから適宜選択することができ
る。すなわち、図３(a)及び(b)に示した構造要素４ａ
は、矩形鋼板１１の両側縁部に図示しないボルト孔が穿
設された連結用アングル１４、１４を設けてあるととも
に、上縁及び下縁には連結用添え板１５、１５を取り付
けてある。かかる矩形鋼板１１は、通常の鋼材で形成し
てもよいし、低降伏点鋼や極低降伏点鋼で形成してもよ
い。

【００２４】また、図３(c)及び(d)に示した構造要素４
ｂは、矩形鋼板１１の両面に補剛リブ１２を突設すると
ともに、構造要素４ａと同様、該矩形鋼板の両側縁部に
は連結用アングル１４、１４を、上縁及び下縁には連結
用添え板１５、１５を設けてある。

【００２５】また、図４(a)及び(b)に示した構造要素４
ｃは、矩形鋼板１１の両面に二枚のプレキャストコンク
リート版１７、１７を添着補剛してあるとともに、構造
要素４ａと同様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用アン
グル１４、１４を、上縁及び下縁には連結用添え板１
５、１５をそれぞれ設けてある。

【００２６】また、図４(c)及び(d)に示した構造要素４
ｄは、矩形鋼板１１にスリット１８を穿設してあるとと
もに、構造要素４ａと同様、該矩形鋼板の両側縁部には
連結用アングル１４、１４を、上縁及び下縁には連結用
添え板１５、１５をそれぞれ設けてある。

【００２７】また、図５(a)及び(b)に示した構造要素４
ｅは、矩形鋼板１１の両面に補剛リブ１２を縦横に突設
するとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコンク
リート１９で補剛してあるとともに、構造要素４ａと同
様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用アングル１４、１
４を、上縁及び下縁には連結用添え板１５、１５をそれ
ぞれ設けてある。

【００２８】また、図５(c)及び(d)に示した構造要素４
ｆは、矩形鋼板１１の両面に設けられたスタッド２０に
定着されたコンクリート２１で補剛してあるとともに、
構造要素４ａと同様、該矩形鋼板の両側縁部には連結用
アングル１４、１４を、上縁及び下縁には連結用添え板
１５、１５をそれぞれ設けてある。

【００２９】本実施形態に係る制振構造においては、上
階の梁２と下階の梁２との間に層間相対変形が生じたと
き、各構造要素４には、最上層に配列された構造要素４
及び最下層に配列された構造要素４を介して層間相対変
形が作用し、各構造要素４は、それぞれが有する剛性、
降伏耐力、履歴特性等に応じた弾性挙動又は弾塑性挙動
を生じる。そして、弾塑性挙動を生じた構造要素４で
は、所定の履歴減衰が生じて地震や風による振動エネル
ギーが吸収される。

【００３０】ここで、構面３内に配置された各構造要素
全体の制振機能は、各構造要素４の配列の仕方や連結の
有無あるいは各構造要素４の構造諸特性に依存するた
め、各構造要素４の配列の仕方や連結の有無を適宜設定
し、あるいは各構造要素の構造諸特性を適宜選択するこ
とにより、構造要素全体の剛性と降伏耐力を別々に調整
しつつ、所望の履歴減衰特性を得ることができる。

【００３１】図６(a)は、３×３に配列した構造要素４
の配列例を示したものであり、最下層及び最上層に３枚
の構造要素４ｅをそれぞれ配列して該構造要素の下縁、
上縁を取付け用鋼板６、５にそれぞれ連結するととも
に、それらに挟まれた中間層に３枚の構造要素４ｂを配
列してある。なお、鉛直方向については構造要素４ｅ、
４ｂ、４ｅを互いに連結するとともに構造要素４ｅ同士
は水平方向に互いに連結し、構造要素４ｂ同士は水平方
向で非連結としてある。

【００３２】このようにすると、構造要素４ｅは上述し
たように矩形鋼板１１の両面に補剛リブ１２を縦横に突
設するとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコン
クリート１９で補剛してあるのに対し、構造要素４ｂは
矩形鋼板１１の両面に補剛リブ１２を突設してあるだけ
なので、中間層に配列された構造要素４ｂの剛性が最上
層及び最下層に配列された構造要素４ｅの剛性よりも小
さくなり、上下階で層間変形が生じた場合、構造要素４
ｂに層間変形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地
震や風による振動エネルギーが速やかに吸収される。

【００３３】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
４ｂが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。

【００３４】以上説明したように、本実施形態に係る制
振構造によれば、剛性、降伏耐力、履歴特性等の構造諸
特性が相異なる複数の構造要素４を組み合わせて構面３
内に配置するようにしたので、各構造要素４の配列の仕
方や連結の有無あるいは構造諸特性を適宜設定あるいは
選択することにより、全体として所望の履歴減衰特性を
得ることができる。

【００３５】したがって、新築当初から思い通りの制振
機能を建築構造物に付与することができるのはもちろん
のこと、建築構造物の供用期間中にその用途変更に伴っ
て例えば通路開口や空調ダクト開口の移設又は新設の必
要が生じたり、設計用地震力の見直しによってエネルギ
ー吸収性能を向上させる必要が生じたりした場合であっ
ても、それらの要求に応じて構造要素４の組み合わせや
配列の仕方を変更することで上述の事態に適応すること
が可能となり、ひいては建築構造物の長寿命化を図るこ
とも可能となる。

【００３６】また、所望の履歴減衰特性が得られるよう
に各構造要素４の配列の仕方や連結の有無あるいは構造
諸特性を適宜設定あるいは選択する際、構造要素全体の
剛性と降伏耐力を別々に調整することができるので、よ
り自由度の高い構造設計が可能となる。

【００３７】また、従来の鋼製耐震壁の場合とは異な
り、複数の構造要素４を組み合わせて構面３内に配置す
るようにしたので、製作、搬送、組立、撤去等の取扱い
が容易になることは言うまでもない。

【００３８】本実施形態では、９枚の構造要素４を３×
３の配列で構面３に配列するようにしたが、配列する枚
数、配列の仕方、連結の有無及び構造要素の種類の選択
は任意であって、所望の制振機能に合わせて自在に設定
することが可能である。

【００３９】図７乃至図９は、別の配列パターンを示し
た図であり、図７では、８枚の構造要素４をロの字状に
配列してある。すなわち、最下層及び最上層に３枚の構
造要素４ｂをそれぞれ配列して該構造要素の下縁、上縁
を取付け用鋼板６、５にそれぞれ連結するとともに、そ
れらに挟まれた中間層のうち、両端二箇所に２枚の構造
要素４ｂをそれぞれ配列し、相互に連結してある。

【００４０】このようにすると、配列された構造要素４
は、すべて構造要素４ｂであって構造諸特性が同一とな
るが、配列の仕方が中間層では二枚、最上層及び最下層
では３枚であるため、中間層の水平剛性は最上層及び最
下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で層間変形が
生じた場合、中間層の構造要素４ｂに層間変形が集中し
て所定の履歴減衰が発揮され、地震や風による振動エネ
ルギーが速やかに吸収される。

【００４１】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
４ｂが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。

【００４２】また、図８では、７枚の構造要素４をＨ字
状に配列してある。すなわち、構造要素４ｆ、４ｃ、４
ｆを鉛直方向に互いに連結し、それらを二組離間配置し
て最下層の構造要素４ｆの下縁と最上層の構造要素４ｆ
の上縁を取付け用鋼板６、５にそれぞれ連結するととも
に、中間層に位置する構造要素４ｃ、４ｃに挟まれた離
間空間に構造要素４ｄを配置して相互に連結してある。

【００４３】このようにすると、中間層の水平剛性は最
上層及び最下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で
層間変形が生じた場合、中間層の構造要素４ｃ、４ｄに
層間変形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地震や
風による振動エネルギーが速やかに吸収される。

【００４４】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
４ｃ、４ｄが履歴減衰型ダンパーとして機能することを
示したモデル図である。

【００４５】また、図９では、６枚の構造要素４を間柱
状かつ並列状に配列してある。すなわち、構造要素４
ａ、４ｃ、４ａを鉛直方向に互いに連結し、それらを二
組離間配置して最下層の構造要素４ａの下縁と最上層の
構造要素４ａの上縁を取付け用鋼板６、５にそれぞれ連
結してある。

【００４６】このようにすると、中間層の水平剛性は最
上層及び最下層の水平剛性よりも小さくなり、上下階で
層間変形が生じた場合、中間層の構造要素４ｃに層間変
形が集中して所定の履歴減衰が発揮され、地震や風によ
る振動エネルギーが速やかに吸収される。

【００４７】同図(b)は、中間層に配置された構造要素
４ｃが履歴減衰型ダンパーとして機能することを示した
モデル図である。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る制振構
造によれば、剛性、降伏耐力、履歴特性等の構造諸特性
が相異なる複数の構造要素を組み合わせて構面内に配置
するようにしたので、各構造要素の配列の仕方や連結の
有無あるいは構造諸特性を適宜設定あるいは選択するこ
とにより、全体として所望の履歴減衰特性を得ることが
できる。

【００４９】したがって、新築当初から思い通りの制振
機能を建築構造物に付与することができるのはもちろん
のこと、建築構造物の供用期間中にその用途変更に伴っ
て例えば通路開口や空調ダクト開口の移設又は新設の必
要が生じたり、設計用地震力の見直しによってエネルギ
ー吸収性能を向上させる必要が生じたりした場合であっ
ても、それらの要求に応じて構造要素の組み合わせや配
列の仕方を変更することによって上述の事態に適応する
ことが可能となり、ひいては建築構造物の長寿命化を図
ることも可能となる。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る制振構造の全体正面図。

【図２】取付け用鋼板５を示した詳細斜視図。

【図３】構造要素４ａ、４ｂを示した図であり、(a)は
構造要素４ａの正面図、(b)はＡ―Ａ線に沿う断面図、
(c)は構造要素４ｂの正面図、(d)はＢ―Ｂ線に沿う断面
図。

【図４】構造要素４ｃ、４ｄを示した図であり、(a)は
構造要素４ｃの正面図、(b)はＣ―Ｃ線に沿う断面図、
(c)は構造要素４ｄの正面図、(d)はＤ―Ｄ線に沿う断面
図。

【図５】構造要素４ｅ、４ｆを示した図であり、(a)は
構造要素４ｅの正面図、(b)はＥ―Ｅ線に沿う断面図、
(c)は構造要素４ｆの正面図、(d)はＦ―Ｆ線に沿う断面
図。

【図６】構造要素４を３×３に配列した例を示した図。

【図７】構造要素４をロの字状に配列した例を示した
図。

【図８】構造要素４をＨ字状に配列した例を示した図。

【図９】構造要素４を間柱状かつ並列状に配列した例を
示した図。

【符号の説明】

１ 柱 ２ 梁 ３ 構面 ４、４ａ〜４ｆ 構造要素 ５、６ 取付け用鋼板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 剛性、降伏耐力、履歴特性等に関する所
   定の構造諸特性を有する複数の構造要素を任意の配列で
   かつ任意箇所にて互いに連結して柱梁からなる架構に囲
   まれた構面内に配置するとともに、前記複数の構造要素
   のうち、最上層に配列された構造要素の上縁を前記架構
   を構成する上階梁の下面に設置された取付け用鋼板に連
   結し、最下層に配列された構造要素の下縁を前記架構を
   構成する下階梁の上面に設置された取付け用鋼板に連結
   してなることを特徴とする制振構造。
2. 【請求項２】 前記複数の構造要素を、矩形鋼板で構成
   した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを突設した構
   造要素、矩形鋼板の両面に二枚のプレキャストコンクリ
   ート版を添着補剛した構造要素、矩形鋼板にスリットを
   穿設した構造要素、矩形鋼板の両面に補剛リブを突設す
   るとともに該補剛リブが埋設されるようにしてコンクリ
   ートで補剛した構造要素、及び矩形鋼板の両面に設けら
   れたスタッドに定着されたコンクリートで補剛した構造
   要素からなる構造要素群から選択した請求項１記載の制
   振構造。