JP2003041798A - 制震ユニット、当該ユニットを用いた制震構法および構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素で軽量な震動エネルギーを吸収すること
ができる制震ユニットを提供することを目的とする。 【解決手段】 具体的には、本発明は、震動エネルギー
を吸収するエネルギー吸収部材と、圧縮剛性を実質的に
無視することができる引張部材とを具備し、該引張部材
をは、引張力によって構造物の変形を該エネルギー吸収
部材に伝達し、構造物の震動エネルギーをエネルギー吸
収部材に吸収させて、構造物の制震を行う制震ユニット
によって上記の課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、建築物の制震構造
に関連し、特に、制震機構を簡素化して軽量化を図り、
同時に、建築物への取り付け位置を変更可能として、建
築物の将来の用途の変更にも対応可能な可動制震ユニッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地震国であるわが国では、建築物の長期
間にわたる安全性と機能維持にとって、耐震性の確保が
極めて重要な課題である。建築物の耐震構造の形式とし
ては、構造物の剛性によって地震力に対抗する剛性構
造、構造物に入力される地震動を低減する免震構造、さ
らには、構造物に減衰機構を設けて変形を抑制する制震
構造がある。本発明は、これらの耐震構造のうち、特に
制震構造に関するものである。

【０００３】制震構造は、構造物に震動エネルギーを吸
収するための機構を設け、地震時の構造物の震動エネル
ギーをエネルギー吸収機構に吸収させ、構造物の震動を
抑制するものである。

【０００４】このような目的で使用されるエネルギー吸
収機構としては、粘性ダンパ（特公昭６２−３２３１
６）、粘弾性ダンパ（特許第２５１５６５２号）、弾塑
性ダンパ（特公昭６２−１６３３６）、摩擦ダンパ（特
公平３−５８００９）等、多くの機構が提案され、ま
た、実際に使用されている。

【０００５】一方、地震時の構造物の変形をエネルギー
吸収機構に伝達する荷重伝達機構の代表的な例として
は、図１に示すように、構造物の床から自立した鉄筋コ
ンクリート等の剛性の高い自立壁１０１を設け、自立壁
の頂部１０２と上階の床（または、床を支持する梁）１
０３との間の生じた相対変位、つまり、自立壁の下部１
０４の床と上階の床１０３との層間変位、によってエネ
ルギー減衰機構１０５を変形させる構造、あるいは、図
２に示すように、構造物の床２０１から下階の床２０２
へ向けて三角形の鉄骨フレーム２０３を懸垂し、該三角
形フレームの下端部２０４と下階の床２０２との間に生
じた相対変位、つまり、床２０１と下階の床２０２との
間の層間変位をエネルギー減衰機構２０５に伝達する構
造が代表的なものである。

【０００６】上記の荷重伝達機構は、自立壁を使用する
か鉄骨フレームを使用するかという点で異なるが、いず
れも上階と下階の層間変位をエネルギー吸収機構に伝達
する点では共通している。ところが、剪断力の伝達を受
け持つ自立壁やフレーム構造は、それ自体剪断座屈や圧
縮材の座屈を生じる可能性があるために、部材設計に当
たっては、座屈に対する安全性を確保する必要から自立
壁や鉄骨フレームの断面はかなり大きなものにならざる
を得ない。結果的に、エネルギー吸収機構に変形を伝達
するための機構として、非常に大きく、重量の大きな構
造を使用することになっているのが現状である。これは
当然、構造物の全重量を増大させ、エネルギー吸収機構
が吸収すべき震動エネルギーの増大、荷重伝達機構の一
層の大型化という悪循環を生じることにもなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術が有する上記
のような問題に鑑みて、本発明は、簡素で軽量な構造に
よって構造物の震動エネルギーを吸収することができる
制震ユニットを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、発明者は、荷重伝達機構の各部材が座屈現象を考
慮する必要が無いように設計することで断面を大幅に小
さくすることが可能であることに着目した。すなわち、
本発明は、従来の設計思想のように荷重伝達機構の断面
積を大きくして剛性を増大させることで荷重伝達を行わ
せるのとは反対に、荷重伝達機構の圧縮剛性と曲げ剛性
を設計上無視することができる構造にして、座屈に対す
る安全性を考慮することなく荷重伝達機構の断面を決定
できるようにしたものである。

【０００９】具体的には、本発明は、引張力を伝達する
が、圧縮力、剪断力および曲げモーメントは実質的に伝
達しない引張部材によって構造物の変形をエネルギー吸
収部材に伝達する制震ユニットによって上記の課題を解
決する。

【００１０】ここで、本明細書において、圧縮力、剪断
力および曲げモーメントを実質的に伝達しないとは、引
張部材が圧縮力、剪断力および曲げモーメントを受けた
場合には極めて容易に変形可能であって、引張部材に接
続された他の部材が、引張部材から受ける圧縮力、剪断
力および曲げモーメントは、他の部材の設計上考慮する
必要がない程度に小さいことを意味する。

【００１１】上記のような引張部材を用いることによっ
て、引張部材を圧縮応力に抵抗するように設計すること
が本質的に不要になり、大幅な断面縮小、構造の簡素
化、軽量化が可能になる。具体的には、座屈に対する安
全性を考慮しなければならない従来の設計手法に比べて
断面積を数分の１から数百分の１程度にまで低減するこ
とが可能になる。

【００１２】また、本発明によって制震ユニットが大幅
に軽量、小型化および薄型化されたことにより、制震ユ
ニットを建築物に対して固定された構造物ではなく、必
要に応じて移動させることができる構造要素として取り
扱うことが可能になった。さらに、既存の建築物に対し
て、本発明による制震ユニットを後から取り付けること
によって、耐震性の向上を図ることも可能になった。設
置の対象となる構造物は、鉄筋コンクリート構造物に限
定されず、鉄骨構造、軽量鉄骨構造、木造パネル構造、
木造軸組み構造のいずれであっても適用可能である。特
に、木造軸組み構造や軽量鉄骨構造のような構造体自体
が軽量な場合にも、構造上の負担無く設置できる点は本
発明による制震ユニットの特徴の１つである。

【００１３】本発明の好ましい１実施態様によれば、制
震ユニットは、エネルギー吸収部材として、オイルダン
パ、粘性体、粘弾性体、弾塑性体、摩擦板のうちの少な
くとも１つを有する。これらのエネルギー吸収部材を使
用することによって、小型で十分なエネルギー吸収能力
を有し、長期間の使用に対して性能の安定した制震ユニ
ットを実現することができる。

【００１４】発明の好ましい１実施態様によれば、引張
部材は、金属ワイヤ、アラミド繊維、炭素繊維、金属棒
材あるいは金属板材のいずれかである。機能的観点から
は、引張部材は、引張剛性が高く、圧縮剛性は引張剛性
に対して非常に小さく、好ましくは、引張剛性の１/１
０、さらに好ましくは、１／１００程度以下である。さ
らに、引張部材は、圧縮力を受けた際は容易に軸方向以
外に変形し、塑性変形が残らないものであることが望ま
しい。金属ワイヤ等に関しては、周知のように、引張力
を伝達するが、圧縮力に対する剛性は実質的に無視でき
る程度に小さく、かつ、軸方向以外の方向への大変形を
許容する、つまり柔軟な部材であって、本質的に座屈が
問題になることはない。金属棒材や金属板材に関して
も、細長比の大きなものであれば、金属ワイヤ等と同様
に考えることができる。

【００１５】本発明の好ましい1実施態様によれば、さ
らに、エネルギー吸収部材は、引張部材によって加えら
れる引張力が所定の値を超えるまでは、エネルギー吸収
部材を初期の位置に保持するトリガー機構を有する。ト
リガー機構は、それ自体復元力を有しない例えばオイル
ダンパのようなエネルギー吸収部材を使用する場合に特
に有効である。当該トリガー機構を有することによっ
て、エネルギー吸収部材に常時、微小な引張力が加わっ
たとしても、エネルギー吸収部材に所定値以上の引張力
が加わるまでは、エネルギー吸収部材は初期の中立位置
を維持し、片側に変位してしまうことがない。したがっ
て、地震時にはエネルギー吸収部材のストロークを有効
に使用して、振動エネルギーの吸収を行うことができ
る。

【００１６】本発明の好ましい他の１実施態様によれ
ば、エネルギー吸収部材は、引張部材による引張力が加
えられないときに、少なくとも初期の位置まで復元する
ことができるよう復元力部材を具備する。当該復元力部
材は、エネルギー吸収部材が例えばオイルダンパのよう
にそれ自体復元力を有しない場合に特に有効である。す
なわち、構造物の振動時にエネルギー吸収部材は引張部
材からの引張力を受けて変形又は変位するが、変形後に
復元力部材によって初期の位置まで復元することによっ
て、繰り返しエネルギー吸収を行うことができる。ま
た、当該復元力部材は、地震時にいたるまではエネルギ
ー吸収部材の変形を防止するためにも有効である。

【００１７】本発明の好ましい他の１実施態様によれ
ば、復元力部材は、前記エネルギー吸収部材を、地震時
に引張部材から加わる引張力と拮抗する位置まで、初期
の位置を越えて復元させることができる。当該復元力部
材によって、上述の実施態様に比較しても、構造物の振
動エネルギーの吸収を一層有効に行うことができる。

【００１８】本発明のさらに別の好ましい実施態様によ
れば、制震ユニットは、さらに、補助エネルギー吸収部
材と、引張力を伝達し、圧縮力、剪断力および曲げモー
メントは実質的に伝達しない補助引張部材とを具備し、
該補助引張部材は、構造物の変形が所定の閾値を越えた
ときにのみ、構造物の変形時に生じる引張成分を該補助
エネルギー吸収部材に伝達して、構造物の震動エネルギ
ーを補助エネルギー吸収部材に吸収させて、構造物の制
震を行う。当該構成の場合には、構造物の振動振幅が所
定の値よりも小さい場合には、補助エネルギー吸収部材
は作動せず、（通常の）エネルギー吸収部材のみがエネ
ルギー吸収を行い、振動振幅が所定の値を超えると、
（通常の）エネルギー吸収部材に加えて補助エネルギー
吸収部材が振動エネルギーの吸収を行う。このように構
成することによって、小地震時に作動するエネルギー吸
収機構の数を制限することができ、作動後にはエネルギ
ー吸収機構を交換あるいはメンテナンスすることが必要
な場合にも、交換等を行う個数を削減できるので、維持
コストを低減する利益がある。

【００１９】本発明のさらに別の好ましい実施態様によ
れば、制震ユニットは、震動エネルギーを吸収する第１
と第２のエネルギー吸収部材と、引張力を伝達し、圧縮
力、剪断力および曲げモーメントは実質的に伝達しな
い、第１のエネルギー吸収部材に連結された第１の引張
部材と、第２のエネルギー吸収部材に連結された第２の
引張部材とを具備し、該第１と第２の引張部材は、構造
物の正および負方向の変形によって各引張部材にそれぞ
れ生じる引張成分を、それぞれに対応するエネルギー吸
収部材に伝達して、構造物の震動エネルギーをエネルギ
ー吸収部材に吸収させる。当該構成の制震ユニットによ
れば、構造物の正方向と負方向の変形時にそれぞれ振動
エネルギーを吸収する点は上述の実施態様と同様である
が、正方向と負方向の変形時のエネルギー吸収をそれぞ
れ別個のエネルギー吸収機構に受け持たせるので、エネ
ルギー吸収機構のエネルギー吸収能力が上記と同じであ
れば、上記の２倍のエネルギー吸収能力を持たせること
ができる。

【００２０】本発明のさらに別の好ましい実施態様によ
れば、制震ユニットは、震動エネルギーを吸収するエネ
ルギー吸収部材と、引張力を伝達し、圧縮力、剪断力お
よび曲げモーメントは実質的に伝達しない第１と第２の
引張部材とを具備し、該第１と第２の引張部材は、構造
物の正および負方向の変形を該エネルギー吸収部材に伝
達して、構造物の震動エネルギーをエネルギー吸収部材
に吸収させる。当該構成の制震ユニットによって、構造
物が正方向と負方向に変形する際に（ここで、方向の正
負は便宜上定めたものであって、いずれの方向であって
も良い）、いずれの方向の変形をもエネルギー吸収部材
に伝達され、エネルギー吸収部材は常に変形を強制され
る。したがって、エネルギー吸収部材は振動のエネルギ
ーを振動時を通じて最も有効に吸収することができる。

【００２１】本発明のさらに別の好ましい実施態様によ
れば、制震ユニットは、前記エネルギー吸収部材と引張
部材とは実質的に同一の設置面内に設置され、エネルギ
ー吸収部材と引張部材の設置面外方向の変形を規制する
側面パネルを具備し、構造物の任意の位置に設置するこ
とができる。当該実施態様によれば、エネルギー吸収部
材と引張部材を側面パネル内に収容することによって、
制震ユニットを、容易に、間仕切り壁または構造壁とし
て独立して取り扱うことができる。

【００２２】本発明のさらに別の好ましい実施態様によ
れば、上記の制震ユニットは特に間仕切壁を兼ねること
ができる。これは、本発明に基づいて制震ユニットを軽
量、小型かつ薄型にすることができたことによるもので
あり、構造体とは別に制震ユニットによって耐震性を向
上させることができるので、設計上の自由度は大きい。

【００２３】本発明の他の実施態様によれば、引張力を
伝達するが、圧縮力、剪断力および曲げモーメントは実
質的に伝達しない引張部材によって構造物の変形をエネ
ルギー吸収部材に伝達し、もって構造物の制震を行う制
震構法が提案される。当該構法によって、構造物が鉄筋
コンクリート造、鉄骨造、軽量鉄骨造、木質パネル構
造、木造軸組み構造等の区別無く、いずれに対しても適
用可能である。

【００２４】本発明のさらに別の実施態様によれば、上
述の制震ユニット、あるいは、上述の制震構法のいずれ
かを用いた構造物が提案される。当該構造物は、制震ユ
ニット自体を含めて構造体の軽量化を図ることができる
と共に、制震ユニットの配置および移動に関する大きな
自由度を有する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の概念および具体的な構造
とその作用効果について、添付の図面と実施態様を参照
しながら以下に詳細に記載することにする。

【００２６】図３は、本発明の第１の実施態様に基づく
制震ユニットを建築構造物に設置した状態を概念的に示
す断面図である。図３に示すように、制震ユニット３０
１は、基本的に、エネルギー吸収部材３０２と引張部材
３０３とから構成される。エネルギー吸収部材３０２
は、軸方向の伸縮に対して粘性抵抗を示す、それ自体は
既知の構成からなるオイルダンパである。引張部材３０
３は１組の金属ワイヤロープ３０４，３０５からなる。
ワイヤロープ３０４は一端をエネルギー吸収部材３０２
に固定され、他端は建物の柱梁接合部３０６近傍に固定
され、ワイヤロープ３０５は、一端をエネルギー吸収部
材３０２に固定され、他端は建物の上記とは別の柱梁接
合部３０７に固定される。結果的に、制震ユニット３０
１は、建物の１フレームを対角状に連結している。

【００２７】地震時に建物が制震ユニット３０１を装着
したフレームが、図３において実線の矢印で示した方向
（仮に右方向と称する）の相対変形を生じると、引張部
材３０３はエネルギー吸収部材３０２に軸方向の引張力
を加えて、粘性に抗してこれを引き伸ばす方向に変形さ
せる。このとき、引張部材３０３からエネルギー吸収部
材３０２に加えられた力Ｆとエネルギー吸収部材３０２
の延びδの積Ｆδが外力のなした仕事であり、換言すれ
ば、エネルギー吸収部材３０２が吸収した震動エネルギ
ーである。このように、地震時に建物が変形する際に、
エネルギー吸収部材３０２は震動エネルギーを吸収して
制震効果を発揮する。

【００２８】一方、上記のフレームが、破線の矢印で示
した方向（仮に左方向と称する）の相対変形を生じる
と、引張部材３０３は圧縮方向の軸力を伝達することが
できないので、それだけたわみを生じることになり、エ
ネルギー吸収部材はエネルギー吸収を全く行わない。フ
レームが一旦右方向の変形を生じた後に、左方向の変形
を生じた場合には、引張部材３０３は、右方向の最大変
形に到達する位置まではエネルギー吸収部材３０２に引
張力を加えるが、その地点から変形が左方向に向かう際
は、初期位置よりも右方向の変位であってもエネルギー
吸収部材３０２に引張力を加えずにたるみを生じる。

【００２９】地震時には左右方向の変形が交互に繰り返
されることになるが、エネルギー吸収部材３０２は、実
線の矢印で示した方向の変形が、過去の最大値を超える
際に振動エネルギーを吸収する。この関係を模式的に示
したものが図４である。図４は、オイルダンパと１組の
ワイヤロープからなる上述の制震ユニット３０１に加え
られる力と変形の関係を模式的に示したものである。図
から明らかなように、地震を通じて制震ユニット３０１
が吸収する総振動エネルギー（図においては斜線で示さ
れる部分の面積）は、オイルダンパの減衰定数と（右方
向の）最大変形のみに依存しており、変形の繰り返し回
数とは無関係である。上述の第１の実施態様に示した制
震ユニット３０１は、特に建物の最大変形時に振動エネ
ルギーを吸収するために、建物の最大変形を有効に抑制
する効果を発揮する。

【００３０】ここで、引張部材３０３の必要断面積Ａに
ついて考えると、Ａ＞αＦ_ｍａｘ／σ_ｙ（ここで、αは
安全率、Ｆ_ｍａｘは想定される最大引張力、σ_ｙは部材
の降伏応力）となり、換言すれば、引張部材の断面積Ａ
は、想定される最大引張力が加わっても断面の応力が降
伏応力を超えないように設定される（実際にはさらに安
全率αを掛けた値）ことになる。ところが、仮に断面を
円形、細長比を通常考えられる範囲である５０から２０
０と仮定して、両端ピン支持の棒材の座屈荷重を計算す
ると、座屈荷重は、０．０１〜０．１σｙとなる（実際
の面積を決定するにはやはり安全率αを掛ける必要があ
る）。このことは、座屈しないように設計するために
は、圧縮応力が降伏応力の０．０１〜０．１に設計する
必要があることを示している。つまり、本発明では、引
張部材３０３に圧縮力を負担させない構造とすることに
よって、圧縮力に対して座屈しないよう設計しなければ
ならない従来の荷重伝達部材に比較して、引張部材の断
面積および重量を０．０１〜０．１に低減することが可
能になることを示している。

【００３１】上述のように、荷重伝達部材の断面を飛躍
的に低減した結果、従来の制震壁が建築構造物の耐力壁
の一部であって、重量が大きく、かつ移動させることが
できないものと考えられていたのに対して、本発明に基
づく制震ユニットは、可搬性を有する間仕切壁として使
用できる程度に薄型かつ軽量の構造を実現することが可
能になった。

【００３２】上述の第１の実施態様では、エネルギー吸
収部材３０２はオイルダンパであったが、当業者には自
明なように、エネルギー吸収部材として、例えば、粘性
体ダンパ、粘弾性体ダンパ、弾塑性体ダンパ、摩擦板を
用いたダンパ等のような、制震または免震に使用されて
いる他の形式のエネルギー吸収部材を使用することも可
能である。荷重伝達部材が引張力のみを伝達する構造で
あるために、いずれのダンパであっても、一般的には、
軸方向の外力に対して作用する形式のダンパであること
が望ましい（ただし、軸方向で無い外力を受けるたとえ
ば曲げダンパを適用することも可能であり、その適用例
については後に示す）。

【００３３】また、第１の実施態様では、引張部材３０
３はワイヤロープであったが、引張力を伝達することが
でき、圧縮剛性を実質的に無視することができる部材で
あればワイヤロープ以外の部材を使用することもでき
る。たとえば、アラミド繊維、炭素繊維からなるロープ
がこれに該当する。また、棒材または板材であっても、
細長比が大きく、座屈荷重が圧縮剛性または曲げ剛性を
実質的に無視できる程度に小さいものであれば、荷重伝
達部材として使用することができる。その例としては、
金属の棒材又は薄板材あるいはアラミド繊維や炭素繊維
で補強したＦＲＰの棒材、同様の板材などがある。これ
らの場合には、ワイヤロープに比較すれば圧縮軸力を伝
達するともいえるが、この圧縮軸力は実質的に無視でき
る程度であれば、引張力の伝達のみを考慮して耐震設計
を行うことができる。

【００３４】また、特に、エネルギー吸収部材としてオ
イルダンパのように剛性を有さず粘性のみで振動エネル
ギーの吸収を行う部材を使用する場合には、制震ユニッ
トは、加えられる外力が所定の値を超えるまではエネル
ギー吸収部材の変形を阻止して、初期状態を維持するト
リガー機構を有することが望ましい。これは、図３に示
したような設置状態では、オイルダンパとワイヤロープ
の自重によって、地震荷重が加わる前にオイルダンパが
完全に延びた状態になってしまうことを防止するためで
ある。さらに、トリガー機構の作動荷重を適宜設定する
ことによって、構造物が制震ユニットの作動無しでも耐
えられる程度の振動時（風や小地震による振動等）に制
震ユニットが作動することを防止して、エネルギー吸収
部材のメンテナンスの頻度を低減することも可能であ
る。

【００３５】上記の構成の場合には、エネルギー吸収部
材３０２は引張部材３０３の引張力によって変形を強制
され、圧縮方向の変形を強制されないことは自明であ
る。したがって、エネルギー吸収部材３０２は、荷重を
受けない初期状態においては、必ずしも圧縮および引張
り側に同じ変形能力を有している必要は無く（つまり、
初期位置は圧縮と引張りの中立位置である必要はな
く）、むしろ、引張部材から加わる引張力の方向の変形
能力を最大限に確保するものであることが望ましい。

【００３６】図５は、上記のトリガー機構の例を示した
ものである。同図は、オイルダンパ５０１自体に摩擦に
よるトリガー機構５０２を設けた例を示している。トリ
ガー機構５０２は、ピストンロッド５０３の貫通孔５０
４の内壁面５０５に設けられた摺動面を有しており、当
該摺動面は、ピストンロッド５０３の外表面と接触しな
がら摺動する。摺動面はピストンロッドとの間に所定の
摩擦抵抗を有するので、オイルダンパ５０１に加えられ
る引張力が所定値を超えない間はピストンロッドがシリ
ンダに対して変形せず、引張力が所定値を超えて始めて
ピストンロッドとシリンダとが相対運動する。

【００３７】上述の第１の実施態様では、地震時の繰り
返し変形に対して、オイルダンパは延びる方向にのみ変
形するので、吸収される総震動エネルギーは、オイルダ
ンパの減衰定数と建物の最大変形のみによって決まるこ
とは上述のとおりである。これに対して、地震時の繰り
返し変形を通じて、繰り返し震動エネルギーを吸収する
ことができる第２の実施態様を以下に説明する。

【００３８】図６は、本発明に基づく制震ユニットの第
２の実施態様に用いられるオイルダンパの概念を示す断
面図である。第２の実施態様は、使用するオイルダンパ
の構造が第１の実施態様とは異なるが、それ以外の構造
は第１の実施態様と同じである。しがって、当該ユニッ
トを組み込んで可動制震間仕切壁を構成することができ
る点についても同様である。

【００３９】図６に示すオイルダンパ６０１は、シリン
ダ６０２、シリンダに収容されたシリンダ６０２内を摺
動するピストン６０３と、シリンダ内の空間に充填され
たオイル６０４と、それぞれシリンダとピストンとに外
力を伝達するための連結部６０５，６０６とに加えて、
シリンダ内に収容されてピストンに連結部６０５，６０
６の距離が短くなる方向の弾性力を付勢する弾性部材６
０７とから構成される。当該オイルダンパ６０１が引張
部材３０３に連結されて建築物内に設置された状況で
は、弾性部材６０７は、圧縮されており、弾性的な反発
力をピストンとシリンダに加えることにより、ワイヤ３
０３のたるみをなくす作用を有する。

【００４０】さらに、地震時に建物が繰り返し変形する
際には、図３に示した配置に基づけば、建物が右変形す
るときは、ワイヤ３０３が弾性部材６０７の反発力に抗
してピストンを移動させてエネルギーを吸収させる。さ
らに、建物が左に変形するときは、ワイヤ３０３からの
力は加わらないが、弾性部材がピストン６０３とシリン
ダ６０２とに弾性力を付勢するために、オイルダンパ６
０１の全長（両連結部６０５，６０６間の長さ）が短く
なる結果、ワイヤ３０３のたるみが無くなる。結果的
に、建物が次に右方向に変形する時は、変形がオイルダ
ンパ６０１にすぐに伝達されてエネルギーの吸収が行わ
れる。したがって、建物が繰り返し変形する間を通じ
て、繰り返し震動エネルギーの吸収が行われて、一層有
効に制震効果が発揮される。

【００４１】この場合の、制震ユニットの力−変形関係
を模式的に表したものが図７である。図７Ａは弾性部材
がピストンを中立位置まで付勢する構成の場合、図７Ｂ
は弾性部材がピストンを中立位置を越えて付勢する構成
の場合の力−変形関係を示した。図から、弾性部材が中
立位置を超えて付勢力を与える場合の方が一層有効に震
動エネルギーの吸収が行われることが読み取れる。ま
た、弾性部材が加える弾性力は、地震時に引張部材のた
るみが生じないよう、地震時にも常に所定値以上の引張
力を生じさせるために必要な力と変形速度を有すること
が望ましい。

【００４２】オイルダンパ６０１あるいは引張部材の中
間あるいは引張部材の建物との取り付け位置に、ワイヤ
の急激な張力に対してはワイヤを剛に固定し、ワイヤの
張力が緩むとワイヤのたるみを巻き取る撓み吸収機構を
設けることによって、上述の弾性部材とほぼ同様の効果
を発揮させることができる。さらに、当該撓み吸収機構
は、引張部材の撓みを吸収するが繰り出すことの無い、
それ自体は既知のラチェット機構を具備することにして
も良い。

【００４３】上記第２の実施例において、弾性部材がエ
ネルギー吸収部材を中立位置にまで復元させるよう構成
されている時は、オイルダンパ６０１の初期位置は、ワ
イヤ３０３の引っ張り方向にのみ有効な変形能力を有し
ていれば良い。しかし、弾性部材が中立位置を超えて付
勢力を与える場合は、オイルダンパ６０１の初期位置
は、ワイヤ３０３の引張り方向とその逆方向（仮に圧縮
方向と称する）に変形能力を有していることが望まし
い。

【００４４】図８は、本発明の第３の好ましい実施態様
を示すものである。当該実施態様では、実施態様１また
は２に示した制震ユニットに加えて、補助エネルギー吸
収部材８０１と、補助エネルギー吸収部材に連結された
補助引張部材８０２が、第１または第２の制震ユニット
と同じ方向の変形に抵抗するように設けられている。補
助エネルギー吸収部材８０１と補助引張部材８０２は、
それぞれ第１のエネルギー吸収部材と第１の引張部材と
同一の構造であっても異なる構造で合っても良い。ただ
し、補助引張部材は、予め弛みを有しており、地震時の
建物の変形がその弛みを超えない限りはエネルギーを吸
収することが無い。第３の実施態様の構造の場合には、
特に大地震の場合等において建物の変形が所定の値を超
えると、第１のエネルギー吸収部材に加えて、補助エネ
ルギー吸収部材８０１が震動エネルギーを吸収して震動
を抑制する。したがって、特に大地震時の建物の損傷抑
制あるいはセーフティネットとして有効である。

【００４５】図９は、第３の好ましい実施態様に基づく
制震ユニットの力−変形関係を示した図である。変形が
一定量よりも大きくなると制震ユニットの反力が一段高
いレベルに到達し、エネルギー吸収レベルも大きくなる
ことが示されている。

【００４６】上述の説明では、いずれもエネルギー吸収
部材は、建物の１方向の変形に対してエネルギーを吸収
するものであったが、建物に設置する場合には、たとえ
ば、同一フレーム内に右方向の変形時にエネルギーを吸
収するエネルギー吸収部材と左方向の変形時にエネルギ
ーを吸収するエネルギー吸収部材とを、Ｘ状に配置する
こともできる。この場合も、引張部材がワイヤロープ等
であれば、実質的に壁の厚さを増大させること無くＸ状
の配置を行うことができる。両方向のエネルギー吸収部
材を隣り合うフレームに配置すること、あるいは、離れ
たフレームに配置することも可能なことは言うまでも無
い。図１０は、配置の例を示したものである。

【００４７】上述の説明は、エネルギー吸収部材として
１方向の変位に対してエネルギーを吸収するオイルダン
パを例にとって行ったが、エネルギー吸収部材として、
図１１に示すように、たとえば、建物のフレームの中央
に直立した弾塑性体１１０１を用いて、上記とは異なる
以下のような構成も可能である。すなわち、エネルギー
吸収部材である弾塑性体１１０１の頂部から２つの引張
部材１１０２，１１０３を左右に張り渡し、それぞれの
他端を建物の柱張り近傍１１０４，１１０５に固定する
構造である。このように構成することによって、建物が
繰り返し変形する際に、弾塑性体１１０１には左右いず
れかの引張部材によって常に引張力が加えられて変形が
強制される。

【００４８】また、弾塑性ダンパに代えて、両方向の変
位に対応することができるオイルダンパを使用すれば同
様の構成を実現することができる（図１１）。結果的
に、左右どちら方向の変形時にもオイルダンパ１１０６
によるエネルギー吸収が行われ、一層効果的に制震が行
われる。図１２はこの場合の力−変形関係を示す模式図
である。力−変形関係が原点を中心とした回転対称であ
ることがわかる。

【００４９】図１３は、上記の実施態様に基づく制震ユ
ニットを用いた、可搬性を有する間仕切制震壁１３０１
の概念を示すものである。当該間仕切り制震壁１３０１
は、筐体１３０２に上述の制震ユニット１３０４を収容
した、可搬性を有する構造であり、上下の端部には、間
仕切り制震壁１３０１を建物構造に着脱可能に固定する
ための固定部１３０３が設けられている。当該固定部材
１３０３は、建物に設けられた図示しない固定部と係合
させることによって、地震時には建物の変形をエネルギ
ー吸収部材１３０２に伝達して震動エネルギーを吸収す
ることができる。

【００５０】制震ユニットが軽量かつ薄型であり、可搬
性を有するものとなった結果、建築物の実質的な耐用年
数が延長される。これは以下のような事情によるもので
ある。すなわち、特に鉄筋コンクリートや鉄骨造の建築
物は、５０年あるいは７０年程度にわたって十分な強度
を有するように設計することが十分可能であるが、これ
らの使用期間中にはオフィスビルであるか、住居用のビ
ルであるかにかかわらず、少なからずビルの使用態様が
変化する。従って、十分な強度を有する建築物であるに
もかかわらず、内部空間が時代の要請に合致しないこと
を理由に取り壊される場合や、建物の市場価値が低下し
てしまうことが起こる。

【００５１】このような場合に、間仕切りを変更して仕
様態様に応じた内部空間を創出することができれば、建
築物の実質的な寿命と価値を延長することができる。し
かし、従来の制震構造を有する建物の場合には、制震構
造は建物の構造体と一体化しているために、間仕切りの
変更は非常に制限されており、事実上不可能であった。
ところが、本発明に基づく軽量かつ薄型の制震ユニット
を間仕切壁として用いている場合には、必要に応じて制
震ユニットを取り外し、建物内の別な場所に取り付ける
ことが容易なので、建物内の間仕切りの変更要請に容易
に対応することができる。結果的には実質的な意味で建
築物の寿命と価値を延長することになるのである。

【００５２】本発明の制震ユニットは、薄い間仕切り壁
に収納することができ、移動することも可能なので、基
本的に間仕切壁をどの位置に設置または移動することも
できる。これは、フラットスラブ構造の建物には特に適
している。フラットスラブ構造は、間仕切りの位置を変
更することによって建物の使用態様の変化に対応するこ
とが容易な構造であるが、本発明の制震ユニットを使用
することによって、間仕切り変更の自由度を一層増大さ
せることができる。また、本発明の制震ユニットを使用
すれば、既存の建物に取り付けて耐震性を改善すること
も容易である。

【００５３】以上発明の構成と効果について具体的な実
施態様と図面を参照して説明したが、本発明は上述の実
施態様に限定されるわけではなく、上述の例を組み合わ
せて使用することや、エネルギー吸収部材として使用し
える上記以外の部材を使用して上記同様の効果を発揮す
ることができることは当業者には自明であって、本発明
の技術思想に含まれるものである。

【００５４】

【発明の効果】本発明の主な効果について、以下のよう
に要約することができる。薄型軽量で可搬性を有する制
震ユニットを実現することができ、構造物の軽量化に寄
与する直接的効果のみならず、構造物に対して着脱自在
とすることによって、構造物の将来の用途変更や間仕切
り位置の変更に柔軟に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術に基づく、エネルギー吸収機構を支
持する自立壁を示す概念図である。

【図２】 従来技術に基づく、エネルギー吸収機構に層
間変位を伝達する三角形フレームを示す概念図である。

【図３】 本発明の第１の実施態様に基づく制震ユニッ
トを建築構造物に設置した状態を概念的に示す断面図で
ある。

【図４】 第１の実施態様に基づく制震ユニットの力−
変形関係を表す模式図である。

【図５】 トリガー機構を有するオイルダンパの概念を
示す断面図である。

【図６】 第２の実施態様に使用するオイルダンパの概
念を示す断面図である。

【図７】 第２の実施態様に基づくオイルダンパを用い
た制震ユニットの力変形関係をしめす図である。

【図８】 本発明の第３の実施態様に基づく制震ユニッ
トを示す概念図である。

【図９】 第３の好ましい実施態様に基づく制震ユニッ
トの力−変形関係を示した図である。

【図１０】 ２つの制震ユニットの配置概念をしめす図
である。

【図１１】 両方向の変位に対してエネルギーを吸収す
る弾塑性ダンパとオイルダンパの概念をしめす図であ
る。

【図１２】 弾塑性体あるいは両方向オイルダンパを用
いた制震ユニットの例の力−変形関係をしめす図であ
る。

【図１３】 制震ユニットを用いた可動性を有する制震
制震壁の概念を示す図である。

【符号の説明】

１０１・・・自立壁 １０５・・・エネルギー減衰機構 ２０３・・・鉄骨フレーム ２０５・・・エネルギー減衰機構 ３０１・・・制震ユニット ３０２・・・エネルギー吸収部材 ５０１、６０１・・・オイルダンパ ８０１・・・補助エネルギー吸収部材 ８０２・・・補助引張部材 １１０１・・・弾塑性体 １３０１・・・間仕切制震壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 裕一 千葉県流山市駒木518−１ 三井建設株式 会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 3J048 AA05 BE01 BF04 DA06 EA38

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引張力を伝達し、圧縮力、剪断力および
   曲げモーメントは実質的に伝達しない引張部材によって
   構造物の変形をエネルギー吸収部材に伝達し、もって構
   造物の制震を行う制震ユニット。
2. 【請求項２】 前記エネルギー吸収部材は、オイルダン
   パ、粘性体、粘弾性体、弾塑性体、摩擦板のうちの少な
   くとも１つを有することを特徴とする請求項１に記載の
   制震ユニット。
3. 【請求項３】 前記引張部材は、曲げ剛性を実質的に無
   視することができる金属ワイヤ、アラミド繊維、炭素繊
   維、金属棒材および金属板材のうちの少なくとも１つを
   含むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記
   載の制震ユニット。
4. 【請求項４】 さらに、エネルギー吸収部材は、引張部
   材によって加えられる引張力が所定の値を超えるまで
   は、エネルギー吸収部材を初期の位置に保持するトリガ
   ー機構を有することを特徴とする請求項１ないし３に記
   載の制震ユニット。
5. 【請求項５】 さらに、エネルギー吸収部材は、引張部
   材による引張力が加えられないときに、少なくとも中立
   位置まで復元することができるよう復元力部材を具備す
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
   の制震ユニット。
6. 【請求項６】 前記復元力部材は、前記エネルギー吸収
   部材を、引張部材の引張力と拮抗する位置まで初期の位
   置を越えて復元させることができる請求項５に記載の制
   震ユニット。
7. 【請求項７】 さらに、補助エネルギー吸収部材と、 引張剛性に比較して、圧縮剛性を実質的に無視すること
   ができる補助引張部材とを具備し、 該補助引張部材は、構造物の変形が所定の閾値を越えた
   ときにのみ、構造物の変形時に生じる引張成分を該補助
   エネルギー吸収部材に伝達して、構造物の震動エネルギ
   ーを補助エネルギー吸収部材に吸収させて、構造物の制
   震を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
   に記載の制震ユニット。
8. 【請求項８】 震動エネルギーを吸収する第１と第２の
   エネルギー吸収部材と、 引張剛性に比較して、圧縮剛性を実質的に無視すること
   ができる、第１のエネルギー吸収部材に連結された第１
   の引張部材と、第２のエネルギー吸収部材に連結された
   第２の引張部材とを具備し、 該第１と第２の引張部材は、構造物の正および負方向の
   変形を、それぞれに対応するエネルギー吸収部材に伝達
   して、構造物の震動エネルギーをエネルギー吸収部材に
   吸収させて、構造物の制震を行う制震ユニット。
9. 【請求項９】 震動エネルギーを吸収するエネルギー吸
   収部材と、 引張剛性に比較して、圧縮剛性を実質的に無視すること
   ができる第１と第２の引張部材とを具備し、 該第１と第２の引張部材は、構造物の正および負方向の
   変形によって各引張部材にそれぞれ生じる引張成分を該
   エネルギー吸収部材に伝達して、構造物の震動エネルギ
   ーをエネルギー吸収部材に吸収させて、構造物の制震を
   行う制震ユニット。
10. 【請求項１０】 前記エネルギー吸収部材と引張部材と
    は実質的に同一の設置面内に設置され、エネルギー吸収
    部材と引張部材の設置面外方向の変形を規制する側面パ
    ネルを具備し、構造物の任意の位置に設置することがで
    きる請求項１ないし９のいずれかに記載の制震ユニッ
    ト。
11. 【請求項１１】 間仕切壁を兼ねることができることを
    特徴とする請求項１０に記載の制震ユニット。
12. 【請求項１２】 引張力を伝達するが、圧縮力、剪断力
    および曲げモーメントは実質的に伝達しない引張部材に
    よって構造物の変形をエネルギー吸収部材に伝達し、も
    って構造物の制震を行う制震構法。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし１１のいずれかに記載
    の制震ユニット、あるいは、請求項１２に記載の制震構
    法のいずれかを用いた構造物。