JP2004176399A

JP2004176399A - 高層建築物の制振構造

Info

Publication number: JP2004176399A
Application number: JP2002343482A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Uchida; 和弘内田; Yasuto Sasaki; 康人佐々木; Masaru Teraoka; 勝寺岡; Yasuo Kato; 泰夫加藤; Yoshimasa Nojiri; 善正野尻; Nobukata Nakane; 宣容中根; Kiyoto Ebiki; 清人胡木; Masashi Aoki; 政志青木
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】内部構造物と外部構造物とから構成した高層建築物の設計の自由度を増大でき、かつ、内部構造物の曲げ変形を低減できる制振効果が得られる制振構造を提供すること。
【解決手段】高層建築物１０は、内部構造物１２と、該内部構造物１２を囲み内部構造物１２とは異なる固有周期を有する外部構造物１４とから構成されている。内部構造物１２と外部構造物１４との間にダンパー１８が掛け渡され内部構造物１２と外部構造物１４は連結されている。ダンパー１８はその両端が内部構造物１２と外部構造物１４とに枢着され、かつ、予め水平方向に対して斜めに傾斜して配設されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層建築物において地震力や風圧力等により発生する水平及び鉛直方向の振動を低減する制振構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高層建築物の振動を制振する公知技術には種々のものがある。
たとえば、図６（Ａ）に正面図で、（Ｂ）に平面図で示す高層建築物の制振構造は、互いに独立して隣接する建物５２と建物５４の間を、水平方向に延在するダンパー５６で連結している。この従来技術では、２つの建物５２，５４の固有周期（振動性状）の違いを利用し、お互いをダンパー５６を介して相互干渉させることにより、地震による建物５２，５４の振動を低減するものである（例えば、特許文献１参照）。
また、図７（Ａ）に正面図で、（Ｂ）に平面図で示す高層建築物の制振構造は、平面的に見て、建物６２の内部に建物６４が位置し互いに独立しており、２つの建物６２，６４間を、水平方向に延在するダンパー６６で連結している。この従来技術の原理も図６に示した制振技術と同様であり、２つの建物６２，６４の固有周期（振動性状）の違いを利用し、お互いをダンパー６６を介して相互干渉させることにより、地震による建物６２，６４の振動を低減するものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５４−１３９１号公報
【特許文献２】
特公昭６３−２９３２８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の制振構造では、２つの建物の固有周期の違いを利用して建物の振動を低減するものであるため、内部構造物の固有周期と外部構造物の固有周期との差を適切に設定することが必要となり、そのことが高層建築物の設計上の大きな制約となっていた。
また、図７に示す建物で、内部構造物６４が耐力壁構造で、外部構造物６２がフレーム構造である場合の変形状態は、図５（Ｂ）のような変形状態となる。
すなわち、図５（Ｂ）において、水平方向に延在して２つの建物６２，６４間を連結するダンパー６６は、主として水平方向の減衰力を発揮して２つの建物６２，６４の相対変位を吸収することができる。そして、ダンパー６６は両端がピン接合されているため、外部構造物６２と内部構造物６４の相対変位によりダンパー６６は傾く。これにより、ダンパー６６の減衰力は、鉛直方向にも発揮されるが、水平方向の減衰力成分に比べて鉛直方向の減衰力成分は小さく、内部構造物６４の曲げ変形を抑制することはできない。このようなダンパー６６の働きは図６に示す建物でも同様である。
したがって、従来の制振構造では、建物の曲げ変形を低減できない制振効果しか得られず、制振性能をより向上させる制振構造の出現が望まれていた。
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、内部構造物と外部構造物とから構成した高層建築物の設計の自由度を増大でき、かつ、内部構造物の曲げ変形を低減できる制振効果が得られる制振構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、高層建築物を、それぞれ独立して自立する内部構造物と、該内部構造物を囲み前記内部構造物とは異なる固有周期を有する外部構造物とから構成し、前記内部構造物と前記外部構造物との間にダンパーを掛け渡し前記内部構造物と前記外部構造物との相対振動を減衰させる制振構造において、前記ダンパーはその両端が前記内部構造物と前記外部構造物とに枢着され、かつ、予め水平方向に対して斜めに傾斜して配設されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、高層建築物が地震力や風圧力等によって加振されたならば、それに伴う内部構造物と外部構造物との間の水平方向の相対変位によってダンパーの伸張、圧縮が発生する。あらかじめ傾斜して配設されたダンパーが発生する減衰力の水平方向成分は、水平方向の変形を低減するように働く。そして、ダンパーが発生する減衰力の鉛直方向成分は、内部構造物の曲げ変形を低減するように働く。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明が適用された高層建築物の断面正面図、（Ｂ）は同断面平面図を示す。
本発明が適用される高層建築物１０は、建築計画的には、１つの建物として計画される構造物であるが、構造的には、内部構造物１２と外部構造物１４の独立して自立する２つの構造物で構成されている。
平面視した場合、前記外部構造物１４は前記内部構造物１２を囲むように設けられている。本実施の形態では、平面視した場合、外部構造物１４は矩形枠状を呈し、また、前記内部構造物１２は矩形状を呈しており、内部構造物１２の４つの外側壁と外部構造物１４の４つの内側壁とはそれぞれ平行している。
そして、前記内部構造物１２の４つの外側壁と外部構造物１４の４つの内側壁との間に、内部構造物１２の全周に沿って延在する環状の空間１６が形成されている。
【０００８】
前記内部構造物１２と外部構造物１４とは互いに異なる固有周期を有するように設けられている。建物の固有周期は、建物の構造形式、構造部材、構造材料などの建物構成要素により決定されるため、内部構造物１２と外部構造物１４とは、これら建物の構造形式、構造部材、構造材料などの建物構成要素を適宜選定することで互いに異なる固有周期となるように設けられている。
本実施の形態では、内部構造物１２は、上記の建物構成要素が適宜選定された鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の連層耐力壁構造となっている。
また、前記外部構造物１４は、上記の建物構成要素が適宜選定された鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、または、鉄骨造の外周チューブと内周チューブからなるダブルチューブ構造となっており、図１（Ｂ）において、符号１４０２は外周柱、符号１４０４は内周柱を示している。
【０００９】
そして、前記内部構造物１２の周方向に間隔をおいた複数箇所において、内部構造物１２と外部構造物１４との間にそれぞれダンパー１８が掛け渡され、このようなダンパー１８が内部構造物１２の上下方向に間隔をおいた複数箇所に設けられ、これら多数のダンパー１８により２つの構造物１２，１４は連結されている。
図１（Ｂ）に示すように、本実施の形態では、各ダンパー１８は、内部構造物１２の各外側壁と、対応する外部構造物１４の内側壁との間に、すなわち前記空間１６に、平面視した場合に、内部構造物１２の各外側壁および対応する外部構造物１４の内側壁に対して直交するように２本ずつ配設されている。
【００１０】
前記各ダンパー１８はその両端が前記内部構造物１２と外部構造物１４とに枢着され、かつ、予め水平方向に対して斜めに傾斜して配設されている。
各ダンパー１８の水平方向に対する傾斜角度θは、内部構造物と外部構造物の振動特性と曲げ変形を抑制する効果の大きさを考慮して決定される。なお、ここで傾斜角度θの正負（±）は、例えば、水平方向を０度として、内部構造物１２側の枢着箇所１８０２が外部構造物１４側の枢着箇所１８０４よりも上位に位置する傾斜の角度を正（＋）とし、また、内部構造物１２側の枢着箇所１８０２が外部構造物１４側の枢着箇所１８０４よりも下位に位置する傾斜の角度を負（−）とする。
図３に示すように、本実施の形態では、各ダンパー１８は、内部構造物１２側の枢着箇所１８０２が、外部構造物１４側の枢着箇所１８０４よりも上位に位置するように、＋５度から＋８５度の範囲の傾斜角度θをもって斜めに傾斜して配設されている。
この傾斜を逆にして、−５度から−８５度の範囲の傾斜角度θとする場合もあり、そのようにした場合には、図４（Ａ）に断面正面図で、図４（Ｂ）に断面平面図で示すように内部構造物１２側の枢着箇所１８０２が、外部構造物１４側の枢着箇所１８０４よりも下位に位置することになる。
前記ダンパー１８は伸張、短縮する際に、減衰力を発揮するものであればよく、このようなダンパー１８として、例えば、粘性ダンパーや、粘弾性ダンパー、流体ダンパー、摩擦ダンパー、履歴ダンパーなどを用いることができる。
【００１１】
また、図１（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、各階には、内部構造物１２と外部構造物１４の間で、人の移動及び物品の運搬等の目的のため、平面視した場合に１８０度異なる２箇所にそれぞれ連絡通路２０が設けられている。
前記連絡通路２０は、内部構造物１２と外部構造物１４の相対変形を吸収できるようなエキスパンションジョイントとなっている。前記各階の連絡通路２０は、平面視した場合、隣り合う上下階で同位置にならないように、９０度異なる方向に設けられている。すなわち、連絡通路２０のための通路開口２００２を上下階で同位置に設けた場合、それによって、図２（Ｂ）に示すように、内部構造物１２の耐力壁には境界梁２００４が必要となり、通路開口２００２が設けられた箇所における耐力壁部分が強度的に弱くなる。そのためこの影響を低減するように、図２（Ａ）に示すように、通路開口２００２の位置が上下に連続して配置されないようにしており、これによって、強度的な弱点となる境界梁２００４を設ける必要が無くなり、コストダウンを図る上で有利となっている。
【００１２】
本実施の形態では、例えば、地震により内部構造物１２と外部構造物１４が水平及び鉛直方向に独立して挙動する際に、ダンパー１８が伸張、短縮される。
この場合、ダンパー１８の両端は夫々内部構造物１２と外部構造物１４とに枢着されているので、ダンパー１８はこれら内部構造物１２と外部構造物１４とに拘束されることなく円滑に伸張、短縮される。
そして、ダンパー１８が伸張、短縮の際に減衰力を発揮することにより、ダンパー１８で連結された２つの建物１２、１４は、それらの振動性状（固有周期）の違いにより相互干渉され、内部構造物１２と外部構造物１４の地震による振動が低減される。
【００１３】
より詳細には、この高層建築物１０は、地震力や風圧力等によって加振されたならば、内部構造物１２と、外部構造物１４と、それらを連結している複数のダンパー１８とから成る全体の系の固有周期をもって振動する。ただしその際に、内部構造物１２それ自体の固有周期と外部構造物１４それ自体の固有周期とが異なるため、複数のダンパー１８を介して連結された内部構造物１２と外部構造物１４とは、振動の位相にずれが生じている。
この振動の位相のずれによって、内部構造物１２と外部構造物１４との間に、水平方向の相対変位が発生する。先に特許文献２として示した特公昭６３−２９３２８４号の構成のように、ダンパーを水平方向に配設しているものでは、この水平方向の相対変位をダンパーによって減衰させているのである。したがって、ダンパーを水平方向に配設する場合には、水平方向の相対変位が十分に発生するようにしておかねばならない。そのためには、内部構造物１２の固有周期と外部構造物１４の固有周期との差を適切に設定することが必要であり、内部構造物１２と外部構造物１４の重量比と剛性比を適切に設定しなければならない。ところが、高層建築物の場合には，内部構造物１２のアスペクト比（高さと幅の比）が非常に大きくなるため、曲げ変形しやすい建物となり，外部構造物１４との適切な剛性比を得ることが難しく、そのことが高層建築物１０の設計上の大きな制約となっている。
【００１４】
これに対して、本発明では、それらの大きな制約が課されることがない。なぜならば、本発明においては、ダンパー１８が水平方向に対して斜めの傾斜角度θをもって配設されているので、図５（Ａ）に示すように、内部構造物１２と外部構造物１４の間に水平方向の相対変形が生じれば、ダンパー１８に伸張、圧縮が発生し減衰力が得られ、その減衰力は水平方向だけではなく、鉛直方向にも機能するために、内部構造物１２の曲げ変形を低減させるように機能する。
したがって本発明によれば、ダンパー１８を水平方向に配設する構成と比べて、内部構造物１２と外部構造物１４との固有周期の差や、内部構造物１２と外部構造物１４の剛性及び重量に関する設計上の制約が格段に小さく、高層建物の設計の自由度が増大するという利点が得られる。
また、換言するならば、本発明によれば、ダンパー１８が伸張、短縮する際にダンパー１８から内部構造物１２及び外部構造物１４に対して作用する反力（減衰力）に、図３に点線矢印で示すように、水平方向成分と鉛直方向成分とが含まれており、そのうちの鉛直方向成分が、内部構造物１２の曲げ変形を低減するように働くため、高層建築物１０の制振機能を向上させることができるのである。
【００１５】
したがって、本実施の形態によれば、高層建築物１０の設計の自由度を増大でき、地震による高層建築物１０の振動を低減するに際して、高層建築物１０の曲げ変形を低減できる制振効果が得られる。
しかも、ダンパー１８を水平方向に対して斜めに配置するといった簡単な構成により上記の効果を達成できるので、コストダウンや工期の短縮化を図る上でも有利となる。
【００１６】
なお、本実施の形態では、ダンパー１８を、内部構造物１２の上下方向に間隔をおいた複数箇所においてそれぞれ内部構造物１２の周方向に間隔をおいて複数設けた場合について説明したが、このようなダンパー１８の配置構造、すなわち箇所数や間隔は、周方向および上下方向において任意であり、例えば、内部構造物１２の回りに螺旋状に位置するようにダンパー１８を配置してもよい。
また、本実施の形態では、全てのダンパー１８の斜めの傾斜角度をほぼ均一な値に設定した場合について説明したが、内部構造物１２或いは外部構造物１４の高さに応じて傾斜角度を変えながら配設するなど任意である。
また、ダンパー１８が曲げ変形の低減に有効ではないと考えられる高層建築物１０の部分では、ダンパー１８を水平方向に設置するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、各階の連絡通路２０を、平面視した場合、隣り合う上下階で同位置にならないように、９０度異なる方向にずらした場合について説明したが、例えば、平面視した場合に１２０度異なる３箇所にそれぞれ連絡通路２０が設けられる場合には、前記各階の連絡通路２０は、隣り合う上下階で同位置にならないように、６０度異なる方向にずらされ、平面視した場合に９０度異なる４箇所にそれぞれ連絡通路２０が設けられる場合には、前記各階の連絡通路２０は、隣り合う上下階で同位置にならないように、４５度異なる方向にずらして設けられることになる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明の高層建築物の制振構造によれば、高層建物の設計の自由度を増大でき、建物の曲げ変形を低減できる制振効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明が適用された高層建築物の断面正面図、（Ｂ）は同断面平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は内部構造物の部分の斜視図である。
【図３】ダンパーの説明図である。
【図４】（Ａ）は本発明が適用された高層建築物の断面正面図、（Ｂ）は同断面平面図である。
【図５】（Ａ）は本発明が適用された高層建築物の変形の説明図、（Ｂ）は従来の制振構造を備える高層建築物の変形の説明図である。
【図６】（Ａ）は従来の制振構造を備える高層建築物の正面図、（Ｂ）は同平面図である。
【図７】（Ａ）は従来の制振構造を備える高層建築物の正面図、（Ｂ）は同平面図である。
【符号の説明】
１０高層建物
１２内部構造物
１４外部構造物
１８ダンパー
２０連絡通路

Claims

高層建築物を、それぞれ独立して自立する内部構造物と、該内部構造物を囲み前記内部構造物とは異なる固有周期を有する外部構造物とから構成し、
前記内部構造物と前記外部構造物との間にダンパーを掛け渡し前記内部構造物と前記外部構造物との相対振動を減衰させる制振構造において、
前記ダンパーはその両端が前記内部構造物と前記外部構造物とに枢着され、かつ、予め水平方向に対して斜めに傾斜して配設されている、ことを特徴とする高層建築物の制振構造。
前記内部構造物と前記外部構造物の各階には、双方の構造物内部を連通する連絡通路のための通路開口が設けられ、前記連絡通路は、前記内部構造物と前記外部構造物の相対変形を吸収するエキスパンションジョイントを構成しており、前記各階の通路開口は、平面視した場合、隣り合う上下階で異なった箇所に設けられていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。
前記内部構造物が前記外部構造物に臨む外側壁と、前記外部構造物が内部構造物に臨む内側壁との間に、前記内部構造物の全周に沿って延在する空間が形成され、前記ダンパーは前記空間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。
前記ダンパーは、内部構造物との枢着箇所が、外部構造物との枢着箇所よりも上位に位置するように斜めに傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。
前記ダンパーは、内部構造物との枢着箇所が、外部構造物との枢着箇所よりも下位に位置するように斜めに傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。
前記ダンパーは、前記内部構造物の周方向に間隔をおいた複数箇所において該内部構造物と前記外部構造物との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。
前記ダンパーは、前記内部構造物の上下方向に間隔をおいた複数箇所において該内部構造物と前記外部構造物との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の高層建築物の制振構造。