JP2001516410A - 建築物および工学的構築物用耐震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一端を建築物または工学的構築物を支持している地盤構造（２２）に固定し、他端を建築物または工学的構築物の高所構造（２４）に固定したプレストレス・ケーブル（Ａ１、Ａ２、Ｂ．．．）を含み、前記ケーブル（Ａ１、Ａ２、Ｂ．．．）が、建築物または工学的構築物の構造特性に基づいて算出した最適化曲線に沿って張られ、また前記ケーブルが、制限の必要がある水平変位方向を通過する平面内に張られていることを特徴とする、建築物および工学的構築物用耐震装置に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 建築物および工学的構築物用耐震装置 本発明は、建築物および構築物の耐震装置、ならびにこのような装置を設備し た建築物および構築物に関する。 地震に対する建築物および構築物の保護はよく知られた問題である。その解決 法の多くは、概して費用がかかり保守が難しいが、比較的有効な解決法も提案さ れている。 本発明は、比較的費用がかからず信頼性があり、かつ保守点検が容易であるよ うな新規設計の装置に関する。 本発明のその他の利点は、本装置を既存の非防護建築物に改装部品として組み 込むことができるという点にある。 本発明の建築物および構築物用耐震装置は、一端を建築物または構築物を支持 している地盤構造に固定し、他端を建築物または構築物の１階層または構造の高 所に固定した複数のプレストレス・ケーブルを含むことを特徴とし、また各ケー ブルは、建築物または構築物の構造特性に応じて算出された最適化曲線に沿うよ うに張られ、かつ、ケーブルは、制限しようとする水平変位方向に沿って進む平 面内に張られていることを特徴とする。 地盤構造とは、例えば一階または地階またはそれよりさらに下の階などの、地 盤に固定接続している建築物または構築物の構造すべてを意味するものと解釈す る。 各プレストレス・ケーブルは、ばね張力吸収体を少なくとも一個備えているこ とが有利である。 本装置は、優先的に少なくとも１個のばね張力吸収体を備えており、そのばね 張力吸収体は地盤構造上のケーブル定着部下端付近に固定され、それに接続され るケーブルに比べて大きな値の張力プレストレスがかけられている。 ケーブルの上端は、建築物または構築物の高部の、最上部から幾分離れた位置 に優先的に固定されている。 ケーブルがたどる曲線を確定するために、建築物または構築物の少なくとも数 ヶ所の床、壁または支柱の平面に案内要素が設けられていることが有利である。 本発明の装置のもう１つの特徴によれば、特に床、壁または支柱などの建築物 または構築物の構造を貫通する通路にある案内要素が、摩擦エネルギー散逸装置 であることで有利になっていると言える。 少なくとも３本の、好ましくは少なくとも４本の空間のそれぞれ異なる水平方 向を向いたプレストレス・ケーブルが設けられていることが好ましい。 さらに、各防護水平方向に対して少なくとも２本の平行なケーブルを設け留の が好ましく、その２本のケーブルは各々、防護建築物または構築物の互いに向い 合った面の付近に配置されている。 本発明のその他の特徴、目的および利点は、添付の図面に関する以下の説明を 読めばより明らかになろう。 第１図は、本発明に従って設計された装置の作用原理を示す略図である。 第２図は、第１図の円で囲まれた部分ＩＩを拡大して示す詳細図である。 第３図は、防護対象建築物の全体を示す略図である。 第４図は、第３図の略図で示した種類の建築物にケーブルを取付けた状態を示 す略図である。 第５図は、第４図の略図で示したケーブルの定着部である底部平面、頂部平面 および上部平面の組立分解図であり、各ケーブルの空間配置を、表示した４つの 方向との関係において明確に示す図である。 第６図は、建築物が図面の矢印が示す方向の力を支える場合に、２本のケーブ ルがどのように作用するかを示す図である。 第７図は、建築物内にケーブルを取付けた状態を示す略図である。 第８図は、第７図の円VIIIの平面の、ケーブルの下部固定定着部を拡大して示 す図である。 第９図は、第７図の円IXの平面に、ケーブル通路がどのように配置されている かを拡大して示す図である。 第１０図は、ケーブルが張られている平面と平行な矢印Ａの方向に建築物の移 動が生じている間の、ケーブルの変位および変形を示す図である。 第１１図は、８階建て建築物を防護するために実行した例を示す略図である。 第１図について説明する。同図は、地盤１１に載っているいくつかの床面を含 む参照符号１０で表される建築物を示す略図である。いくつかの床面のうち４つ については参照符号１２、１３、１４および１５で表してある。 本発明によれば、このような建築物または構築物を地震から防護するために、 建築物は、例えば以下第４図〜第６図を参照しながら詳しく説明するように方向 づけられたいくつかのケーブルを備えている。 第１図は、ケーブル１６が、その定着点である地盤点１７と構築物の上部床面 １５上の点１８の間に張られていることを示している。 既に言及したように、本発明によれば、ケーブル１６に張力プレストレスがか けられている。 さらに、参照符号１９で示されるケーブルの下部付近には、やはり張力プレス トレスがかかったばね張力吸収体が設けられ、ケーブルの変形力を抑制し、対応 するエネルギーを散逸させ、さらにケーブル１６のプレストレスを長い年月の間 保証し維持することができるようになっている。本明細書で後に明らかになるが 、ばね吸収体のプレストレスをケーブルに比べて大きく選択することが有利であ る。 第２図で明らかなように、床面１２などの床面を貫通するケーブル１６の通路 には、各々摩擦装置２０が設けてある。この装置を設ける目的は、特に第６図を 参照しながらより詳しく説明するが、地震によって建築物が変形しかねない時に 、ケーブルの変位運動を制動することにある。 このように本発明の原理の概略を説明してきたが、本発明の装置は、例えば約 ３３階建ての建築物など、直立の、底辺３０メートル、高さ１００メートルの正 方形の平行管状断面を有する、第３図に示すような塔２１などの建築物にも適用 されるものとする。 第４図について説明する。同図は同様に構築物２１を示す略図であるが、ここ に表されている特徴は、参照符号２２で表される地盤底面外辺部、参照符号２３ で表される頂部、および参照符号２４で表される、例えば先に示した約３３階建 ての塔の例では２１階と２７階の間に含まれる高さの、中間部の比較的高階層の みである。 同じ第４図において、矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは建築物の４つの方向、例えば北− 南、南−北、東−西、西−東を示す。 矢印Ａ方向の推力を受けている建築物（第６図）を保持するために、図示した 例では２本のケーブルＡ１、Ａ２が設けられており、それらケーブルの上部およ び下部定着点はそれぞれ、平面２２に参照符号ａ１、ａ２で、平面２４に参照符 号ａ’１、ａ’２で表されている。 これらのケーブルは、Ａ方向に平行な垂直面に張られている。 建築物が、その最上面２３が矢印Ａの方向に変位するように変形する場合、点 ａ１、ａ’１および点ａ２、ａ’２を引き離す距離が伸び、その結果としてケー ブルＡ１、Ａ２に追加の張力が加わることは明白である。 ２本のケーブルＡ１、Ａ２はそれぞれ、建築物の対応する側面付近、すなわち 本図面では第４図および第６図の平面に示されるように正面と背面付近にあるこ とが有利である。 同様にして、矢印Ｂ方向の推力に抵抗するために、矢印Ｂ方向と平行な垂直方 向に配置された２本のケーブルが設けられている。 第４図では、図面の過負荷を防ぐために、それぞれ平面２２および平面２４に ある点ｂおよび点ｂ’に定着されている、１本のケーブルＢ（建築物の背面付近 ）のみを示す。 一方、第５図の表示により、両ケーブルの取付け、ならびに第１のケーブルＢ （建築物の正面付近）の各定着点ｂ１およびｂ’１および第２のケーブルＢ（建 築物の背面付近にあり第４図に例示したケーブルに一致する）の各定着点ｂ２お よびｂ’２が十分識別可能である。 矢印Ｃに平行な垂直面には２本のケーブルが同様に設けられていて、それらの 取付けまたは平面２２および平面２４の高さにおける定着点は、それぞれ参照符 号ｃ１、ｃ２およびｃ’１、ｃ’２で表されている。矢印Ｄに平行な垂直面には 、矢印Ｄ方向の推力に抵抗するために２本のケーブルが同様に設けられていて、 これらケーブルはそれぞれ平面２２および平面２４の参照符号ｄ２、ｄ２、ｄ’ １、ｄ’２で表される点に定着されている。 定着点ａ１−ｃ１、ｂ１−ｃ２、ｄ１−ｂ２、ａ２−ｄ２は、平面２４の水平 面の定着点ｂ’１−ｄ’２、ａ’１−ｄ’１、ａ’２−ｃ’２、ｂ’２−ｃ’１ も同様であるが、平行に配置された２本のケーブルが常に建築物の１方向変位運 動に抵抗するように作用する８本のケーブルが、地盤面で４つの定着点を、上部 階層面で４つの定着点を用意すれば十分であるように互いに共用していることが 有利である。 より十分な力分布が必要である場合には、上部および下部定着点の幾つかを残 りの定着点から離して分散させることもできる。 しかし、一般的に、建築物または構築物が静止状態にあるとき、ケーブルによ って押し付けられる圧縮力を相殺するように、向い合った位置で作用するケーブ ルの対称配置が採用される。 第７図および第８図について説明する。同図は、地盤面の定着がどのようにし て達成できるかを示している。 第７図は、図面が過負荷とならぬように、３階層の床面の上にある１階層の床 面のみと単一のケーブル１６を参照として引用し、塔２１を示す。このケーブル は、地盤面の定着点１１と参照符号２４で表される床面の定着点間の、事実上の 鉛直平面内に張られている。 第８図がより明確に示すように、地盤定着の水平面には、ケーブル１６の下端 部と地盤に載っている下部床面２２との間に、ばね張力吸収体１９が挿入されて いる。このばね張力吸収体は、所定の例で後に説明するように、ＪＡＲＲＥＴ（ 登録商標）型のものであってよい。 ２個のジョイント２５、２６によって、ばね張力吸収体１９の張力とプレスト レス・ケーブル１６の張力が完全に一直線になることが可能となる。 軸２５の定着は、床面２２および耐荷重構造支柱２８に都合良く定着される直 角ユニット２７によって得ることができる。 第９図により明確に示すように、中間床面２９などの床面の各通路は、建築物 が変位運動をしている間ケーブル１６の移動を制動し、エネルギーの散逸を可能 とするために、摩擦装置３０を備えていることが有利である。 第１０図に示すように、シミュレーション例において、前述のように張られた 状態の８本のケーブルを含む本発明の装置は、幅３０メートル長さ３０メートル の正方形の底面上に約３３階層を含む、高さ１００メートルの塔に適用される。 各ケーブルは一端で建築物と接続しており、参照符号Ａ０で表される下端は先 に示した型のばね張力吸収体によって地盤に接続し、参照符号Ａ７で表される上 端は２３階層の床面に接続している。 ケーブルは、約３００ｋＮのプレテンションをかけて張られている。ばね張力 吸収体のプレストレスは３５０ｋＮである。すなわち、ばね張力吸収体は常に初 期取付け位置に置かれており、換言すれば、この段階では動作しない。 各階層面では、ケーブルは、ケーブル案内要素を形成している穴３２を貫通し て床面を横切っている（第９図）。図面が混みすぎないように、３階層の床面の 上に位置する３つの床面の穴のみを参照として引用してある（第１０図）。 穴は通常一直線に整列しておらず、そのためケーブルは特定の曲線に沿い、そ の結果ケーブルと垂直面の間に形成される角によって決まる力Ｆ（第９図）で床 面を押し付ける。しかし、実質的に直線的な曲線を選択することができることに 留意されたい。 安定な静止状態では建築物は鉛直であり、８本のケーブルは全床面に対して同 等でかつ正反対の力を生じ、これらの力は互いに相殺されている。 建築物の１方向、例えばＡ方向に変形が生じている間、そのトラックａ１、ａ ’１、ａ２、ａ’２がこの方向に平行な水平面内にあるような２本のケーブルの みがより大きく作用する（伸びを生じるケーブルはこの２本だけである）。 第６図は、建築物が表示の方向に変形している間の、張られている２本のケー ブルＡ１、Ａ２を示す。 第１０図は、建築物の最上面がＡ方向に１メートル変位する時の、ケーブルの 変位を示す。 達成可能な解決例では、ケーブルは鋼ストランドから成り、断面の直径は約４ １ミリメートルである。すなわち、全ての計算を（ケーブルの実断面を１３２０ ｍｍ²×０．８５に換算して）約３４０ｋＮで行うと、その初期応力は３００Ｍ ｐａとなる。 Ｌ１＝２点Ａ０、Ａ７間の正規の場所にあるケーブルの長さ：７７．９メート ル。 ケーブルの重量：約７００ｋｇ。 取付け前の、静止状態にあるケーブルの作用長さは、Ｌ０＝Ａ０Ａ１＋Ａ１Ａ ２＋Ａ２Ａ３＋Ａ３Ａ４＋Ａ４Ａ５＋Ａ５Ａ６＋Ａ６Ａ７−初期伸び（プレスト レス）＝７７．９ｍ−０．１１１ｍ＝７７．７８９ｍである。 建築物の最上面に１メートルの初期横変位（高さの１／１００）があると仮定 すると、距離Ａ０Ａ７は７８．１６５メートルに等しくなり、すなわち２６５ミ リメートル伸びることになる。 この値は、ばね張力吸収体の伸びにケーブルの伸びを加えた値に一致する。 ケーブルに５５０Ｍｐａ（または６３０ｋＮ）までの作用を引き起こす場合、 建築物が１０２ミリメートル変形することで、ケーブルはさらに伸びることにな り、これによりばね経路は１６３ミリメートルとなる（２６５−１０２＝１６３ ）。 引張経路が１７０ミリメートル、プレストレスが３５０ｋＮ、最大反力が７０ ０ｋＮであることを特徴とするＪＡＲＲＥＴ型ばね張力吸収体は、初期プレスト レスがケーブルに比べて大きくかつ最大強度が変形の補償に要する強度より大き いならば、要件を満たすことになる。 このような装置の概略体積は、Ｄ＝３００ミリメートル、Ｌ＝９００ミリメー トルである。 第９図は、ケーブルと床の間に押し込まれた摩擦装置を示す。床は、建築物が 変形する間、エネルギーを散逸させる。実際、伸びが進行している状態のケーブ ルは床に対して変位し、ケーブルと床両者の接触点はケーブル沿いに変位する。 このような摩擦装置は、例えば、ケーブルをこするような高強度成形プラスチッ ク材料製ユニットから成るものでもよく、または直接もしくは間接に強制的にケ ーブルに接触させられるような摩擦表面を含むジョーから成るものでもよい。 第１１図は、その全体が参照符号３３で表され、参照符号３４〜４１で表され る８つの床面を含み、参照符号４２で表される地盤表面に建てられた８階建ての 均一構造建築物で実施されたシミュレーションの結果を示す。 この建築物は、地盤面の表面寸法がおよそ５０メートルの正方形の断面を有し 、各床面間の高さは（および地盤面から第１の床３４までの高さ）２．８０ｍで あり、各床面は厚さ３０ｃｍ、重さ約４０トンであるとした。 また、各床面はウェブが挿入されていないピアに支えられていて、剛度が等し いものとし、また２つの床面間の水平剛度および地盤と第１の床面間の水平剛度 は１０ＭＮ／ｍとした。 建築物を防護するために、第４図〜第６図を参照しながら先に説明したように 建築物を空間の４水平方向において保持するため、４本ずつ全体で１６本のまっ すぐなケーブルを、鉛直平面に建築物の中心に対して対称となるように取付けて 使用した。 第１１図には、図面の過負荷を防ぐために、下端が参照符号４４で表されるば ねダンパーに定着され、上端が最上階の床面４１に定着されている参照符号４３ で表されるケーブル１本のみを示してある。 ケーブルのばねダンパーへの定着は、第８図で示し説明するように行われる。 先に示した例では、床を貫通する摩擦装置は存在しないものとした。 各ケーブルはＴ１５Ｓ級１８６０の７本のストランドで構成されているが（鋼 の実断面＝１０５０ｍｍ²、ケーブルの最大可容応力＝１５６２ｋＮ）、その最 適化曲線を第１１図に示した。同図において、横座標は下部定着点から各床の穴 までの距離を、縦座標は横に張られた床の高さを表す。 したがって、例えば参照符号３５で表される２階の床面の場合、ケーブルの通 路穴は、下部定着端から３４．７３メートルのこの第２の床面の位置にある。 このような条件では、適性な位置にあるケーブルの長さは５７．７０メートル となる。ケーブルには６００ｋＮのプレストレスがかけられ、ばねダンパーとし ては、６８０ｋＮのプレストレスがかけられた最大可容応力１０００ｋＮのばね ダンパーＪＡＲＲＥＴが使用される。 静的剛度が２００ｋＮ／ｍであるこのような装置は直径３５０ｍｍ、長さ１０ ００ｍｍのハウジングに内接している。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年４月６日（１９９９．４．６） 【補正内容】 補正請求の範囲 １．一端を建築物または構築物を支持している地盤構造（２２）に固定し、他 端を建築物または構築物の１階層または構造の高所に固定したプレストレス・ケ ーブル（１６）を含み、各ケーブルが制限を意図した水平変位方向を含む鉛直平 面内に張られている種類の建築物および構築物用耐震装置であって、各プレスト レス・ケーブルが、それと直列に、少なくともケーブルと同程度のプレストレス がかかったばねダンパーを少なくとも１個備えていることを特徴とする建築物お よび構築物用耐震装置。 ２．地盤構造上のケーブル定着部下端付近に、少なくとも１個のばね張力吸収 体が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．建築物または構築物の少なくとも数ヶ所の床、壁、または支柱の平面に、 ケーブル（１６）の案内要素（３２）が設けられていることを特徴とする請求項 １または２に記載の装置。 ４．建築物または構築物の構造特性に基く計算によって最適化された曲線が案 内要素を通過し、その曲線にケーブルを沿わせることによってケーブルに応力が 加わるような方式で、案内要素が建築物または構築物の構造内に分布しているこ とを特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．建築物または構築物の構造物、特に床、壁またはピアなどの通路に、ケー ブル（１６）の変位動作を制動しエネルギーを散逸させるための摩擦装置（３０ ）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の装置。 ６．ケーブルの上端が、建築物または構築物の高層部に、最上面からは幾分離 して優先的に固定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記 載の装置。 ７．少なくとも３本の、または少なくとも４本の前記プレストレス・ケーブル が、空間の異なる水平方向に向いて設けられていることを特徴とする請求項１な いし６のいずれか一項に記載の装置。 ８．各防護水平方向に対し少なくとも２本の平行なケーブルが設けられ、前記 ２本のケーブルが各々、防護建築物または構築物の向い合った面付近に配置され ていることを特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．請求項１ないし８のいずれか一項に記載の耐震装置を含むことを特徴とす る対地震防護建築物または構築物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 ドマンジ，ブルーノ フランス国・エフ―78600・メゾン ラフ ィット・アヴェニュ エグレ・９ ビス・ レジデンス ル メイル (72)発明者 クリーフ，アルフレッド フランス国・エフ―78190・マウレパス・ リュ デ ラ ボア・１ (72)発明者 アンダー，ジョン・ビイ アメリカ合衆国・14051・ニューヨーク 州・イースト アムハースト・ジンジャー コート・56 (72)発明者 ペッカン，ゴクハン アメリカ合衆国・14150・ニューヨーク 州・トナワンダ・レイントゥリー・69・ア パートメント９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．建築物および構築物用耐震装置であって、一端を建築物または構築物を支持 している地盤構造（２２）に固定し、他端を建築物または構築物の１階層または 高所構造に固定したプレストレス・ケーブル（１６）を含み、前記ケーブルが、 建築物または構築物の構造特性に応じた計算によって最適化された曲線に沿って 張られ、また前記ケーブルが、その制限を意図した水平変位方向を含む鉛直平面 内に張られていることを特徴とする建築物および構築物用耐震装置。 ２．建築物または構築物の少なくとも数ヶ所の床、壁、または支柱の平面に、ケ ーブル（１６）の案内要素（３２）が設けられていることを特徴とする請求項１ に記載の装置。 ３．各プレストレス・ケーブル（１６）が少なくとも１個のばね張力吸収体を備 えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。 ４．ばねダンパーにケーブルに比べて高度のプレストレスがかかっていることを 特徴とする請求項３に記載の装置。 ５．少なくとも１個のばね張力吸収体が、地盤構造上のケーブル定着部下端付近 に取付けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の装置。 ６．ケーブルの上端が、建築物または構築物の高層部に、最上面からは幾分離し て優先的に固定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載 の装置。 ７．建築物または構築物の構造物、特に床、壁またはピアなどの通路に、ケーブ ル（１６）の変位動作を制動しエネルギーを散逸させるための摩擦装置（３０） が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装 置。 ８．好ましくは少なくとも３本の、また好ましくは少なくとも４本の前記プレス トレス・ケーブルが、空間の異なる水平方向に向いて設けられていることを特徴 とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。 ９．各防護水平方向に対し少なくとも２本の平行なケーブルが設けられ、前記２ 本のケーブルが各々、防護建築物または構築物の向い合った面付近に配置されて いることを特徴とする請求項８に記載の装置。 １０．請求項１ないし９のいずれか一項に記載の耐震装置を含むことを特徴とす る対地震防護建築物または構築物。