JP2008025114A

JP2008025114A - 制震構造

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Publication number: JP2008025114A
Application number: JP2006195580A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 啓高橋
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: JP4888697B2

Abstract

【課題】低コストとなる構造により、建物の揺れを抑制して曲げ変形に対応できる。
【解決手段】制震構造１は、高層建物２内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱１０、１０、…と、隣接する制震柱１０、１０同士の上部相互間に介装された制震ダンパー２０とを備えている。隣接する一方の制震柱１２の上部には、他方の制震柱１４の頂部１４ａを覆うように突出してなる張出部１２ｂが形成され、制震ダンパー２１が、一方の制震柱１２の張出部１２ｂと、他方の制震柱１４の頂部１４ａとの間に設けられている。高層建物２が地震による外力を受けて制震柱１０、１０間にすべり作用が生じたときに、制震ダンパー２０が減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、高層建物２の揺れを低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に高層ないし超高層建物に適用して、地震などにより発生する建物の曲げ変形を抑制する制震構造に関する。

従来、超高層構造物では、地震や強風などを受けたときの変形に対する十分な設計が必要であった。すなわち、かかる従来の高層建物にあっては、高層化して細長く（アスペクト比が大）なると、曲げ変形の割合がせん断変形の割合に比べて大きくなり、この曲げ変形を抑制するために鋼材量を増す等の対策が行われ、建設コストの増大を招いていた。
また、この曲げ変形に対応する制震装置には、チューンドマスダンパ（以下、「ＴＭＤ」と略称する）がある。このＴＭＤの装置は、おもり（マス）が建物の揺れと同じ周期に同調（チューン）して動くことにより建物の振動エネルギーを吸収して揺れを低減させる機能を有する構造であるが、ＴＭＤは主に中小規模の地震や風の居住性の向上を目的としたものであり、大地震時において大きな応答低減効果は期待できなかった。
そこで、曲げ変形が支配的な高層建物の全体に曲げ変形が生じないようにすることで、高層建物の揺れを抑制する制震構造物の発明が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１は、高層建物の外側に補助柱を設け、高層建物の外郭に位置する柱と補助柱との間を連結する制震ダンパーを、各層毎に設けるように構成した制震構造物である。
特開平８−２１８６８０号公報

しかしながら、特許文献１の制震構造物では以下のような問題があった。
特許文献１は、補助柱と高層建物との間に連結配置される制震ダンパーが、高層建物の基礎から上層階までの各層に設けられている構成である。そして、各階での上下方向相対変形が制震ダンパーに伝達されることになるが、低層階での相対変形はそれほど大きくないため、各制震ダンパーの性能が十分に発揮されていないという問題があった。
また、各層に制震ダンパーを設置するため、高層建物の場合に設置台数が多くなること、また、補助柱の軸剛性が大きくないと制震装置が有効に働かないことから制震構造としてのコストが大きくなるといった欠点があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低コストとなる構造により、建物の揺れを抑制して曲げ変形に対応できる好適な制震構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る制震構造では、建物内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱と、隣接する制震柱同士の上部相互間に介装された制震ダンパーと、を備え、隣接する一方の制震柱の上部には、他方の制震柱の頂部を覆うように突出してなる張出部が形成され、制震ダンパーが、一方の制震柱の張出部と、他方の制震柱の頂部との間に設けられていることを特徴としている。
本発明では、建物が地震による水平方向の外力を受けて制震柱間にすべり作用が生じたときに、曲げ変形の大きな上層部に設けられている制震ダンパーの減衰力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。そして、上層部以外、すなわち制震ダンパーが設けられていない層では、制震柱が芯棒として曲げ変形に抵抗することができる。

また、本発明に係る制震構造では、制震柱同士が接する面には、分離介装部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、各制震柱が分離介装部材を介して互いに接した状態であり、非固定状態で分断されているため、制震柱同士が接する面ですべり移動が可能とされる。

本発明の制震構造によれば、建物が中小規模から大規模の地震による外力を受けて制震柱間にすべり作用（ずれ変位）が生じたときには、制震ダンパーの減衰力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。このように、曲げ変形の大きな上層部における制震柱間に制震ダンパーを設けることで、地震などの揺れ（外力）による建物全体の曲げ変形に効果的に対応できる構造であるため、高層ないし超高層構造物に適用することが可能となる。
また、本制震構造では、上層部以外、すなわち制震ダンパーが設けられていない層では、制震柱が剛性を保って曲げ変形に抵抗でき、さらに水平方向の曲げが大きくなって制震柱間にすべり作用が生じたときに上層部の制震ダンパーで地震エネルギーを吸収できる構造である。そのため、制震ダンパーの設置箇所が建物の上層部のみであり、構造にかかるコスト低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態による制震構造について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による制震構造の概略構成を示す立面図、図２は図１に示す制震構造のＡ−Ａ線断面図、図３は図１に示す制震構造のＢ−Ｂ線断面図、図４は地震時における制震柱の揺れの状態を示す立面図である。

図１に示すように、本実施の形態による制震構造１は、例えばアスペクト比（建物の幅に対する高さの比率）が４以上と大きく、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造柱で柱と梁とからなるラーメン構造の高層建物２（建物）に適用されている。
図１において、符号３、３、・・・は柱、４、４、…は梁を示し、符号ｎは高層建物２の上層部を示している。なお、以下の説明では、「層」という用語を使用する場合があるが、「階」と同意義である。
ここで、上層部ｎとは、高層建物２の最上階或いは最上階に近い箇所であることが好ましいとされる。

図１に示すように、制震構造１は、高層建物２内で横方向に連ねて互いに接した状態で配置された複数のＲＣ柱からなる制震柱１０、１０、…と、上層部ｎにおいて隣接する制震柱１０、１０同士の上部相互間に介装された制震ダンパー２０とから概略構成されている。

複数の制震柱１０、１０、…は、高層建物２の基礎から最上層（屋上）まで連続した状態で組み込まれている。ここで、本実施の形態では、複数（５本）の制震柱１０をそれぞれ符号１１〜１５とし、横方向中央に配置されている第一制震柱１１と、第一制震柱１１の両側に隣接して配置されている第二制震柱１２、１３と、さらに第二制震柱１２、１３の外側に隣接して配置されている第三制震柱１４、１５とに区別される。
そして、左右両側の第三制震柱１４、１５は、層毎に梁４、４に固定され、地震などで外力を受けたときに梁４及び柱３と一体に動くようになっている。なお、各制震柱１０、１０同士が接する面を、すべり面Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）とする。

図１に示すように、第一制震柱１１は、その頂部１１ａが第二制震柱１２、１３の頂部１２ａ、１３ａより高い位置まで延びている。第一制震柱１１の上部は、第二制震柱１２、１３の頂部１２ａ、１３ａの上方を覆うようにして横方向に略Ｔ字形状に突出してなる張出部１１ｂ、１１ｂが形成されている。そして、両張出部１１ｂ、１１ｂの下面１１ｃ、１１ｃと、第二制震柱１２、１３の頂部１２ａ、１３ａとの間に、第一制震ダンパー２１、２２が設けられる構成となっている（図２参照）。

また、第二制震柱１２、１３は、その頂部１２ａ、１３ａが第三制震柱１４、１５の頂部１４ａ、１５ａより高い位置まで延びている。第二制震柱１２、１３の頂部１２ａ、１３ａは、第三制震柱１４、１５の頂部１４ａ、１５ａの上方を覆うようにして横方向に略Ｌ字形状に突出してなる張出部１２ｂ、１３ｂが形成されている。これら張出部１２ｂ、１３ｂの下面１２ｃ、１３ｃと、第三制震柱１４、１５の頂部１４ａ、１５ａとの間に、第二制震ダンパー２３、２４が設けられる構成となっている（図３参照）。

なお、本実施の形態では、第二制震柱１２、１３の張出部１２ｂ、１３ｂの上部には、第三制震柱１４、１５と同軸上に仮柱部１２ｄ、１３ｄが設けられている。この仮柱部１２ｄ、１３ｄは、第一制震柱１１の頂部１１ａ、１１ａと同じ高さになるように構成され、梁４及び第一制震柱１１の張出部１１ｂに分離した状態で接している。

図２及び図３に示すように、制震柱１０、１０同士の間には、制震柱１０、１０を互いに分離させる分離介装部材５が設けられている。
この分離介装部材５は、例えばスタイロフォーム（登録商標、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）等のコンクリートに比べて十分剛性の低い材料からなり、制震柱１０、１０同士の間に挟み込まれると共に、周囲のスラブコンクリート（図示省略）に接する制震柱１０の範囲に貼り付けられている。
これにより、各制震柱１１、１２、…は、分離介装部材５を介して互いに接した状態とされるが、非固定状態であって分断されているため、すべり面Ｔにおいて制震柱１０の軸方向へのすべり移動が可能とされる。

図１に示す各制震ダンパー２０（第一制震ダンパー２１、２２及び第二制震ダンパー２３、２４）は、隣接する制震柱１０、１０間で上下方向の相対変位が生じた際にその変位を拘束するように作動して振動減衰効果を得るもので、例えばビンカムダンパー、オイルダンパーなどの周知の大容量ダンパーを適宜採用することができる。
これら制震ダンパー２０は、上下方向（制震柱１０の軸方向）に減衰力を発揮させるものである。つまり、例えば、地震時の水平方向の外力によって制震柱１０、１０間（すべり面Ｔ）にすべり作用が生じたときに、上下方向に発生するずれ変形が隣接する制震柱１０、１０間の制震ダンパー２０に伝達され、その制震ダンパー２０の減衰作用により、振動エネルギー（地震エネルギー）を吸収する構成をなしている。

次に、このように構成される制震構造１の作用について図４などを参照して、さらに詳しく説明する。
図４に示すように、中小規模あるいは大規模の地震時において高層建物２（図１参照）に外力が入力されるときには、高層建物２の揺れに伴う曲げ変形の作用により制震柱１０、１０間ですべり作用が生じ、各制震ダンパー２１〜２４で減衰力を発揮することで地震エネルギーが吸収される。
すなわち、両端の第三制震柱１４、１５は梁４、４（図１参照）に一体に固定されている関係上、これら両端の第三制震柱１４、１５と梁４や柱３は同じ周期で揺れることになる。そして、高層建物２に曲げ変形の作用が働いたときに、両端の第三制震柱１４、１５に挟まれた第一及び第二制震柱１１、１２、１３は、夫々が分離した状態であることから、各すべり面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において制震柱１０の軸方向に相対変形力が作用してすべり作用が生じる。

それと同時に、これら制震柱１０に生じる相対変形に伴う力は、制震柱１０、１０間に介装されている制震ダンパー２０に減衰力（抵抗力)として入力される。つまり、例えば、図４の矢印Ｅ方向の外力を受けて曲げ変形が作用した各制震柱１０は、曲げの外周側に位置する制震ダンパー２１、２３の支点間距離が大きくなり、引張側の減衰力が生じる。一方、曲げの内周側に位置する制震ダンパー２２、２４の支点間距離は小さくなり、圧縮側の減衰力が生じる。
このように、制震ダンパー２０の減衰力により地震エネルギーが吸収されて高層建物２の揺れが効果的に抑制されると共に、曲げ変形が抑制されることになる。
また、上層部ｎ以外、すなわち制震ダンパー２０が設けられていない層では、制震柱１０が芯棒として剛性を保った状態で曲げ変形に抵抗することができる。

上述のように本実施の形態による制震構造では、高層建物２が中小規模から大規模の地震による外力を受けて制震柱１０、１０間にすべり作用（ずれ変位）が生じたときには、制震ダンパー２０の減衰力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、高層建物２の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。
このように、曲げ変形の大きな上層部ｎにおける制震柱１０、１０間に制震ダンパー２０を設けることで、地震などの揺れ（外力）による高層建物２全体の曲げ変形に効果的に対応できる構造であるため、高層ないし超高層構造物に適用することが可能となる。
また、本制震構造１では、上層部以外、すなわち制震ダンパー２０が設けられていない層では、制震柱１０が剛性を保って曲げ変形に抵抗でき、さらに水平方向の曲げが大きくなって制震柱１０、１０間にすべり作用が生じたときに上層部ｎの制震ダンパー２０で地震エネルギーを吸収できる構造である。そのため、制震ダンパー２０の設置箇所が高層建物２の上層部ｎのみであり、構造にかかるコスト低減を図ることができる。

以上、本発明による制震構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では制震柱１０の設置数を５本としているが、設置本数はこの数量に限定されることはない。要は、複数本の制震柱１０が設けられていて、少なくとも隣接する一方の制震柱１０との間に制震ダンパー２０を設けることができればよいのである。
また、高層建物２の下層階には、層間変形に対して有効な間柱型、ブレース型、壁型などの制震装置を組み込むようにすることも可能である。
さらにまた、本実施の形態では制震柱１０、１０同士の間に分離介装部材５を設けているが、この材質、構成に限定されるものではなく、また分離介装部材５を設けないものであってもかまわない。要は、制震柱１０、１０同士が分離状態とされ、互いのすべり面Ｔですべり作用が生じるように構成されていればよいのである。
勿論、制震ダンパー２０の容量、設置階など具体的な構成その他は、採用するべき高層建物２の階数（高さ）や構造条件を考慮して最適設計すれば良い。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明の実施の形態による制震構造の概略構成を示す立面図である。図１に示す制震構造のＡ−Ａ線断面図である。図１に示す制震構造のＢ−Ｂ線断面図である。地震時における制震柱の揺れの状態を示す立面図である。

符号の説明

１制震構造
２高層建物（建物）
３柱
４梁
５分離介装部材
１０制震柱
１１第一制震柱
１２、１３第二制震柱
１４、１５第三制震柱
２０制震ダンパー
ｎ上層部
Ｔすべり面

Claims

建物内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱と、
隣接する制震柱同士の上部相互間に介装された制震ダンパーと、
を備え、
隣接する一方の制震柱の上部には、他方の制震柱の頂部を覆うように突出してなる張出部が形成され、
前記制震ダンパーが、前記一方の制震柱の張出部と、前記他方の制震柱の頂部との間に設けられていることを特徴とする制震構造。
前記制震柱同士が接する面には、分離介装部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制震構造。