JP2005213956A - 建物の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】制振材を用いて地震のエネルギーを減衰し建物の揺れを抑制する制振構造において、揺れによって建物のフレーム部材と面材との間に隙間が生じたり制振材とフレーム部材或いは面材との間で滑りが生ずるのを防止して、制振材に十分な制振性能を発揮させることができ、更に経年変化によって制振材がへたりを生じることがあっても制振材の制振の機能を特に低下させることのない、構造が簡単で面倒且つ複雑なメンテナンスも必要としない安価な建物の制振構造を提供する。
【解決手段】柱（フレーム部材）１４と外壁パネル（面材）１２との間に、粘弾性体エラストマーにて構成した振動減衰性能を有する制振材３０を、それら柱１４及び外壁パネル１２にて挟む状態に且つ外壁パネル１２に対して制振材３０をばね３２により弾性押圧する状態に介装する。
【選択図】 図３

Description

この発明は地震や交通振動等による建物の振動を抑制するための制振構造に関し、特に戸建て住宅建物に適用して好適な制振構造に関する。

近年、地震が生じたときの建物の耐震性が強く求められるようになって来ている。
従来にあっては、建物全体の剛性を高くすることで耐震性を持たせるといった考え方が一般的であった。
しかしながら建物の剛性を高くすると、地震が起きたときに建物の上部が大きく揺れるとともに揺れによる加速度も大となり、更に大きな慣性力が発生して内部の家具や調度品等が移動したり倒れたりし、建物内の人の安全を脅かす恐れが生ずる。

また柱，梁等のフレーム部材と内装パネルや外壁パネル等の面材とを剛結合して建物自体の剛性を高くしてしまうと、地震の際の揺れによってフレーム部材が揺れ、変形したときに、面材における剛結合箇所に局所的に力が集中してそこに大きな歪みが発生し、これによって面材に亀裂が発生したり破損が生じたりしてしまう。

特に外壁パネルはセラミック材で構成されていることが多く、この場合外壁パネルが剛結合箇所を起点として容易に亀裂を生じたり割れを生じたりし、場合によって破断片或いは外壁パネル全体が建物から脱落して建物外の人に対し危険を及ぼす恐れも生ずる。

こうしたことから、近年建物に耐震性を持たせる構造として柱，梁等のフレーム部材と外壁パネル等の面材とを剛結合しないで緩結合し（つまり建物を柔構造とする）、地震が起きたときにフレーム部材と面材とを相対変位させることで、建物に加わった地震のエネルギーを吸収する構造が採用されるようになって来ている。
しかしながら建物の構造をこのような柔構造とすることによって地震の際に建物に発生する慣性力を小さくし得たとしても、建物の揺れ自体を抑制するには十分ではない。

このようなことから、建物に制振装置を組み込んで地震のエネルギーをその制振装置で減衰し、建物の揺れを抑制するようになしたものが各種提案されている。
例えば下記特許文献１にはオイルダンパを含む制振装置を建物に組み込み、そのダンパによる減衰によって建物の揺れを小さく抑制するようになした点が開示されている。

しかしながらこの制振構造は、鉄筋コンクリート高層建築物等大規模な建物の場合には適用し得るものの、例えば戸建て住宅等小規模な建物の場合、オイルダンパにおける油漏れその他のメンテナンスを各家庭で行うといったことは難しく、また装置も大掛りなものとなってしまうとともに、取付けのためのスペースも広く確保することが必要となることから、こうした制振構造をかかる戸建て住宅建物等に適用することには困難がある。

一方戸建て住宅建物用の制振構造として、外壁パネルと柱との間にテープ状の制振材を挟み込み、そしてその制振材の一方の面を柱に、また他方の面を外壁パネルに対してそれぞれ粘着或いは接着し、地震によるエネルギーをその制振材で減衰して建物の揺れを抑制するようになした点が下記特許文献２に開示されている。
この特許文献２に開示の制振構造は簡易な構造で建物の振動を抑制できるもので、複雑且つ面倒なメンテナンス作業も必要とせず、従って戸建て住宅建物用の制振構造として適したものである。

しかしながらこの制振構造の場合、地震の揺れによって柱と外壁パネルとが互いに離間する方向に相対変位したとき、そこに隙間が生じてしまって制振材が有効に働かなくなる問題がある。
またそのような隙間が生じないとしても、地震の揺れによって制振材と柱或いは外壁パネルとが粘着，接着剥れしてしまうと、制振材が柱或いは外壁パネルに対して滑りを生じて十分に変形せず、制振性能を十分に発揮できないといった問題がある。

またかかる制振材として粘性と弾性とをともに有する粘弾性体エラストマーを好適に用い得るが、この種制振材は経年変化によってへたりを生じる問題があり、而してそのようなへたりが生じると、柱と外壁パネルとが相対変位しても制振材が変形しなくなり、同じく制振性能を十分に発揮し得なくなるといった問題がある。

特開平１１−７１９３４号公報 特開２００１−３４５５号公報

本発明はこのような事情を背景とし、制振材を用いて地震のエネルギーを減衰し建物の揺れを抑制する制振構造において、揺れによって建物のフレーム部材と面材との間に隙間が生じたり制振材とフレーム部材或いは面材との間で滑りが生ずるのを防止して、制振材に十分な制振性能を発揮させることができ、更に経年変化によって制振材がへたりを生じることがあっても制振材の制振の機能を特に低下させることのない、構造が簡単で面倒且つ複雑なメンテナンスも必要としない安価な建物の制振構造を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、粘弾性体エラストマーにて構成した振動減衰性能を有する制振材を柱，梁等建物におけるフレーム部材と面材との間に挟む状態に且つ該フレーム部材及び面材の少なくとも何れか一方の側に対して付勢手段により弾性押圧する状態に介装したことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記面材が建物の外壁パネルであることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記フレーム部材に支持部材を取り付けて該支持部材と前記面材との間に前記制振材を介装するとともに、更に該制振材と該支持部材との間に前記付勢手段を介装し、該付勢手段の付勢力を該面材に対して該制振材を弾性押圧する向きに作用させるようになしてあることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記制振材を剛性の保持部材にて保持させ、該保持部材に対して前記付勢手段による付勢力を作用させるようになしてあることを特徴とする。

請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記制振材がシート状をなしていることを特徴とする。

請求項６のものは、請求項１〜５の何れかにおいて、前記建物が戸建て住宅建物であることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、フレーム部材と面材との間に制振材を挟む状態に且つフレーム部材及び面材の少なくとも何れか一方の側に対して付勢手段により弾性押圧する状態に制振材を介装したもので、本発明によれば、常時制振材を面材又はフレーム部材の側に対して弾性押圧状態に保持できることから、地震の際の揺れによってフレーム部材と面材とが相対変位したときに制振材が面材或いはフレーム部材から離れてそこに隙間を生じてしまうのを防止できる。

また制振材が面材やフレーム部材に対して滑りを生じることも防止でき、上記弾性押圧力によって制振材を良好に変形させ得て、その際の変形に基づいて建物の揺れを効果的に減衰し抑制することができる。

更にまた制振材が経年変化によってへたりを生じた場合においても、かかる制振材が付勢手段により面材又はフレーム部材に対して押圧された状態にあるから、そのようなへたりの発生にも拘わらず良好に振動減衰の機能を発揮することができる。
従って本発明の制振構造によれば、建物の揺れを良好に抑制することができる。

また本発明の制振構造は簡単な構造のものであって、取付けのためのスペースも少なくて済むとともにコストも安価であり、更に面倒且つ複雑なメンテナンス作業も必要としない利点を有する。

尚本発明の制振構造は、地震の際の建物の振動を有効に抑制できるものであるが、大型車両の通行等による交通振動に対しても有効なものである。
本発明においては、建物の外壁パネルを上記面材となして制振構造を構築することができる（請求項２）。

請求項３は、上記フレーム部材に支持部材を取り付けてその支持部材と面材との間に制振材と付勢手段とを介装するとともに、付勢手段の付勢力を面材に対して制振材を弾性押圧する向きに作用させるようになしたもので、このようにすることにより、簡単な構造で制振材を面材とフレーム部材との間に挟むことができ且つ付勢手段による付勢力を及ぼすことができる。

本発明においてはまた、上記制振材を剛性の保持部材にて保持させ、その保持部材に対して付勢手段による付勢力を作用させるようになすことができる（請求項４）。
このようにすることで、容易に制振材に対し付勢力を作用させることができ、且つその付勢力を剛性の保持部材を介して制振材全体に均等に作用させることが可能となる。

本発明においては、上記制振材としてシート状のものを好適に用いることができる（請求項５）。
また本発明においては、制振材として減衰定数が０．２以上、好ましくは０．３以上の高減衰を有するものを好適に用いることができる。
更に本発明は戸建て住宅建物の制振構造として特に好適なものである（請求項６）。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は戸建て住宅建物で、１２はその外壁パネル（面材）を表している。
これら外壁パネル１２は、図２に示しているように左右両端部が建物の柱（フレーム部材）１４に対して上下複数箇所で緩結合されている。
詳しくは、図３に示しているように外壁パネル１２の左右両端部にはコ字形状をなす固定金具１６が取り付けられており、これら固定金具１６において、結合ピン２０と抜止めピン２２とにより柱１４に結合されている。

柱１４には、結合ピン２０の外径よりも大径の挿通孔２４が前後方向（図３中上下方向）に貫通する状態で設けられており、それら挿通孔２４に、頭部１８付きの結合ピン２０が遊嵌状態に挿通されている。
結合ピン２０は柱１４を貫通して後端が突き出しており、その突き出した部分に軸直角方向の貫通孔が設けられている。そしてそれら貫通孔に抜止ピン２２が挿通されている。

これら結合ピン２０は固定金具１６と柱１４、即ち外壁パネル１２と柱１４とを剛結合しておらず、結合ピン２０と挿通孔２４との間に隙間があることから、更には結合ピン２０の頭部１８及び抜止ピン２２が固定金具１６及び柱１４に対して強い摩擦力で締め付けられていないことから、外壁パネル１２は柱１４に対して結合ピン２０による結合箇所において相対回転を含む相対変位が可能である。
尚図３において、２６は隣接する外壁パネル１２と１２との間を水密にシールするシール材である。

図２に示しているように、柱１４及び外壁パネル１２の上部と下部とには、それらにまたがって制振装置２８が組み込まれている。
図３にその制振装置２８の具体的構成が組付構造とともに示してある。
同図において３０は制振装置２８の主要素を成すシート状の制振材で、付勢手段としてのばね（ここでは圧縮コイルスプリング）３２により、一定の付勢力で外壁パネル１２の後面に対して弾性押圧されている。

この実施形態において、制振材３０は熱可塑性エラストマーにて構成されている。
但しこの実施形態において、熱可塑性エラストマーには未加硫ゴムが配合されており、その未加硫ゴムの配合によって振動減衰性能が高められている。
本実施形態では減衰定数０．２以上の高減衰の熱可塑性エラストマーが用いられている。この減衰定数は更に高い値、例えば０．３以上としておくことがより望ましい。

尚制振材３０としての熱可塑性エラストマー、更にそこに配合した未加硫ゴムはあくまで粘弾性体エラストマー及びこれに含有させた減衰付与材の一例であって、他の様々な種類の粘弾性体エラストマーを用いることが可能である。例えばかかる粘弾性体エラストマーとしてゴムから成るエラストマーを用いることも可能である。

ここで熱可塑性エラストマーは熱可塑性ゴムとも称されるもので、常温即ち通常の使用状態では弾性を示し、加熱すると溶融し熱可塑性樹脂としての流動性を示すものである。
この熱可塑性エラストマーとしては従来種々のものが知られているが、その代表的なスチレン系熱可塑性エラストマーの場合、ポリスチレンブロックと柔軟なポリオレフィン構造のエラストマーブロックとで構成されており、ポリスチレンのガラス転位温度（Ｔｇ）以下の温度でポリスチレンが架橋点としての役割を果し、分子と分子とを疑似橋架け結合する。
そしてエラストマーブロックがゴム的な働きをし、全体として使用状態で粘弾性挙動を示す。

この種熱可塑性エラストマーはそれ自体粘弾性を有しているが、この実施形態では更にそこに未加硫ゴムが配合により加えられ、その未加硫ゴムの有する粘性的な性質によって振動減衰性能が更に高められている。

ここで上記減衰定数は以下の方法で求められる。
図６（イ）に示すように、エラストマー（A）を金具（B）で挟み且つそれらを接着する。エラストマー（A）の大きさは２５ｍｍ×２０ｍｍ，厚み４ｍｍである。
これを矢印方向に加振して、図６（ロ）に示す動的荷重−歪みループ曲線を求める。

そして加振の時間に対する剪断歪み値（δ）と、荷重値（Ｑ_ｄ）との解析から、下記の数式（１）〜（３）に従い動的剪断特性を求める。
尚測定条件は、剪断歪み量：±１６ｍｍ（エラストマー（A）の厚みに対して２００％），周波数（ｆ）：０．５Ｈｚ，測定温度：常温とする。
等価剛性：Ｋ_ｅｑ＝Ｑ_ｄ／δ（ｋＮ／ｍ）・・・（１）
等価減衰係数：Ｃ_ｅｑ＝ΔＷ／πωδ^２（ｋＮ・ｓ／ｍ）・・・（２）
減衰定数：Ｈ_ｅｑ＝ΔＷ／４πＷ・・・（３）
（但し式中ω＝２πｆ，Ｗ＝Ｋ_ｅｑδ^２／２，ΔＷは荷重−歪みループで囲まれた面積を表す。）

上記柱１４には、前後方向の固定部３４とそこから左右方向に延出する延出部３６とを有する支持金具（支持部材）３８が固定部３４において固定されている。
延出部３６の先端部には、これを板厚方向に貫通する挿通孔４０が形成されていて、そこにボルト４２が遊嵌状態で挿通されている。

前記制振材３０の後面にはプレート状の保持金具（保持部材）４６が、図４に示す接着剤４８にて固着されている。
この保持金具４６の左右両端部には雌ねじ孔４４が形成されていて、そこに上記ボルト４２が螺合されており、かかるボルト４２が保持金具４６と一体移動状態に結合されている。
そしてこのプレート状の保持金具４６と上記支持金具３８における延出部３６との間において、ボルト４２に上記圧縮コイルスプリングから成るばね３２が嵌装されている。

ばね３２は、その一端が支持金具３８の延出部３６に、また他端が保持金具４６に当接させられており、その付勢力を保持金具４６の左右両端部に対し前向き（図３中下向き）に及ぼしている。
即ち制振材３０に対してばね３２の付勢力が作用せしめられており、制振材３０がそのばね３２の付勢力によって一定の面圧で外壁パネル１２の後面に常時弾性押圧されている。

尚、制振材３０は外壁パネル１２に対して非接着であって、単にばね３２の付勢力で外壁パネル１２の後面に押し付けられているだけである。
但し場合によって制振材３０と外壁パネル１２とを接着しておくことも可能である。

本実施形態において、外壁パネル１２は柱１４に対して各結合箇所で相対変位可能に緩結合されており、従って図５に示しているように地震が生じて戸建て住宅建物１０が揺れたとき、各外壁パネル１２は柱１４に対して相対回転運動する。

そのとき、本実施形態の制振構造では制振装置２８が働いて戸建て住宅建物１０の揺れを減衰し、地震による振動を効果的に抑制する。
即ち、図３において外壁パネル１２と柱１４との相対変位によって制振材３０が変形を生ぜしめられ、その際制振材３０の粘弾性挙動に基づいて振動を減衰し、戸建て住宅建物１０の揺れを抑制し或いはその揺れを速やかに収束させる。

以上のように制振材３０をばね３２による付勢力で常時外壁パネル１２に弾性押圧状態に保持する本実施形態の制振構造では、地震の際の揺れによって柱１４と外壁パネル１２とが相対変位しても、制振材３０が外壁パネル１２から離れてそこに隙間を生じることがなく、地震の揺れによって制振材３０を十分に変形させることができる。

また制振材３０が外壁パネル１２に対して滑りを生じるのも防止でき、制振材３０の粘弾性変形に基づいて戸建て住宅建物１０の揺れを効果的に減衰し抑制することができる。

更に制振材３０が経年変化によってへたりを生じた場合においても、その制振材３０を一定の面圧で外壁パネル１２に押圧状態に保持でき、へたりの発生にも拘わらず良好に振動減衰性能を発揮させることができる。

また本実施形態の制振構造は構造が簡単なものであって必要な取付スペースも少なくて済み、コストも安価であるとともに面倒且つ複雑なメンテナンス作業も必要としない利点を有する。
更に本実施形態の制振構造は、地震の際の建物の大きな揺れはもとより大型車両の通行等の交通振動による微振動も良好に抑制することができる。

本実施形態では、柱１４に支持金具３８を取り付けてその支持金具３８にて制振材３０及びばね３２を挟み且つばね３２の付勢力を制振材３０に対してこれを外壁パネル１２に押し付ける向きに及ぼすようにしていることから、簡単な構造で制振材３０及びばね３２の取付けをなすことができ且つばね３２の付勢力で制振材３０を押圧状態となすことができる。
また制振材３０を剛性の保持金具４６にて保持しているため、ばね３２の付勢力を制振材３０全体に均等に作用させることができる。

図７及び図８は本発明の他の実施形態を示している。
上記図１〜図５の第１の実施形態では、制振装置２８が隣接する一対の柱１４と１４とにまたがって取り付けられているが、この実施形態では制振装置２８が外壁パネル１２の四隅に配置され、それぞれが一方の柱１４のみに取り付けられている。
この実施形態においても、地震時に発生する建物の振動を効果的に抑制することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明においてはフレーム部材として梁と外壁パネル１２等の面材との間に制振装置２８を組み込むことも可能である。
また上記実施形態では制振材３０を外壁パネル１２に対して弾性押圧するようになしているが、制振材３０を柱１４，梁等のフレーム部材に対して弾性押圧するようになすことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態である制振構造を適用した戸建て住宅建物を示す図である。 図１の要部拡大図である。 同実施形態の制振構造を示す図である。 同実施形態の制振構造の要部拡大図である。 同実施形態の制振構造の作用説明図である。 減衰定数の求め方の説明図である。 本発明の他の実施形態を周辺部とともに示す図である。 図７の実施形態の制振構造を示す図である。

符号の説明

１０ 戸建て住宅建物
１２ 外壁パネル（面材）
１４ 柱（フレーム部材）
３０ 制振材
３２ ばね（付勢手段）
３８ 支持金具（支持部材）
４６ 保持金具（保持部材）

Claims (6)

1. 粘弾性体エラストマーにて構成した振動減衰性能を有する制振材を柱，梁等建物におけるフレーム部材と面材との間に挟む状態に且つ該フレーム部材及び面材の少なくとも何れか一方の側に対して付勢手段により弾性押圧する状態に介装したことを特徴とする建物の制振構造。
2. 請求項１において、前記面材が建物の外壁パネルであることを特徴とする建物の制振構造。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記フレーム部材に支持部材を取り付けて該支持部材と前記面材との間に前記制振材を介装するとともに、更に該制振材と該支持部材との間に前記付勢手段を介装し、該付勢手段の付勢力を該面材に対して該制振材を弾性押圧する向きに作用させるようになしてあることを特徴とする建物の制振構造。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記制振材を剛性の保持部材にて保持させ、該保持部材に対して前記付勢手段による付勢力を作用させるようになしてあることを特徴とする建物の制振構造。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記制振材がシート状をなしていることを特徴とする建物の制振構造。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記建物が戸建て住宅建物であることを特徴とする建物の制振構造。

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