JP2008185770A - 建物の構造モデル及びこれを用いた制震構造説明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制震ダンパーを組み込んだ制震構造の仕組みや性能を簡単に解り易く理解することができる建物の構造モデルを提供する。
【解決手段】この発明の構造モデル１は、建物における躯体を想定した方形枠状のピン接合構造の躯体模擬フレーム２と、躯体に取り付けられるブレースを想定した複数の紐状のブレース模擬材３・・と、躯体に取り付けられる粘弾性体を利用した制震ダンパーを想定した複数の紐状のダンパー模擬材４、４とを備えている。そして、躯体模擬フレーム２にブレース模擬材３・・やダンパー模擬材４、４を選択的に架け渡して、耐震構造や制震構造を二次元的に簡略化して創出し、これらに水平力を与えたとき揺れを比較することで、制震構造の仕組みや性能を簡単に解り易く理解することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、建物の制震構造の仕組みや性能を理解するために使用する建物の構造モデル及びこれを用いた制震構造説明方法に関する。

近年、防災意識の高まりにより、躯体に組み込んだ制震ダンパー等によって地震や強風による揺れを抑えるようにした制震構造を採用した住宅やマンション等の建物が増加している。ところが、この種の制震構造の仕組みや性能については、専門知識を持たない住宅購入予定者等にとって理解し難いものであった。

住宅メーカー等の住宅提供者は、住宅購入予定者等に制震構造の仕組みや性能を理解してもらうために、例えば実物を見てもらったり、カタログのイラスト等を用いて説明していたが、そのために多くの時間や労力を要しているにもかかわらず、十分な理解を得られないことが多かった。

そこで、例えば特許文献１及び特許文献２にも開示されているように、制震構造の仕組みや性能を解り易く理解するための装置が提案されている。この種の装置は、制震構造建物の模型と一般的な耐震構造建物の模型を振動台上に並設して、振動台を振動させたときの各模型の揺れを比較することで、制震構造の仕組みや性能を視覚的に解り易く理解できるようになっている。従って、このような装置を用いながら説明することで、制震構造の仕組みや性能についての住宅購入予定者等の理解度を容易に深めることができる。

特開平１１−１６１１４８号公報 特開２００２−１６９４６０号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されているような装置は、複数の立体的な模型を振動台上に立設した大掛かりな構造となっているので、製造費が高くなっていた。また、装置全体の外形が大きく、また重量も重くなることから、例えば住宅メーカーの営業マン等が手軽に持ち歩いて、住宅購入予定者等に対して場所を選ばずに簡単に提示するといったことが困難で、使用性に乏しかった。さらに、粘弾性体を利用した制震ダンパーを組み込んだ制震構造住宅が増加傾向にあるが、特許文献１や特許文献２に開示されているような装置では、このような制震ダンパーの機能についてまでは理解することはできなかった。

この発明は、上記不具合を解消して、粘弾性体を利用した制震ダンパーを組み込んだ制震構造の仕組みや性能を簡単に解り易く理解することができ、しかも構造が簡単で製造費の低減を図ることができ、また使用性にも優れた建物の構造モデル及びこれを用いた制震構造説明方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の建物の構造モデル１は、建物における躯体を想定した方形枠状のピン接合構造の躯体模擬フレーム２と、躯体に取り付けられるブレースを想定した複数の紐状又は棒状のブレース模擬材３・・と、躯体に取り付けられる粘弾性体を利用した制震ダンパーを想定した複数の紐状又は棒状のダンパー模擬材４、４とを備え、前記ブレース模擬材３・・及びダンパー模擬材４、４は、前記躯体模擬フレーム２に着脱可能に架け渡されることを特徴とする。

具体的に、前記躯体模擬フレーム２は、上下一対の横フレーム材５、６と、これら横フレーム材５、６同士を連結する左右一対の縦フレーム材７、７とを備え、前記横フレーム材５、６と縦フレーム材７、７との連結部がピン接合され、前記ブレース模擬材３・・は、前記横フレーム材５、６間に架け渡され、前記ダンパー模擬材４、４は、前記横フレーム材５、６間、若しくは、前記横フレーム材５、６と縦フレーム材７、７との間に架け渡される。

また、前記躯体模擬フレーム２は、２本の前記ブレース模擬材３、３をＸ字状に架け渡し可能とする箇所を少なくとも３箇所備え、これら３箇所のうちの少なくとも１箇所は、２本の前記ダンパー模擬材４、４をＸ字状若しくはく字状に架け渡し可能とされている。

さらに、前記躯体模擬フレーム２は、その外形サイズが略Ａ版サイズとされている。さらにまた、前記躯体模擬フレーム２に、フレーム自立用の台座２０が取り付けられている。

この発明の制震構造説明方法は、上記の構造モデル１を使用して、前記躯体模擬フレーム２に前記ブレース模擬材３・・のみを架け渡して仮想耐震構造を二次元的に創出し、その仮想耐震構造に水平力を与えたときの揺れを確認し、続いて前記躯体模擬フレーム２に前記ブレース模擬材３・・及びダンパー模擬材４、４を架け渡して仮想制震構造を二次元的に創出し、その仮想制震構造に水平力を与えたときの揺れを確認して、これら仮想耐震構造と仮想制震構造の揺れを比較しながら制震構造の仕組みや性能を説明することを特徴とする。

また、上記の構造モデル１を少なくとも２セット用意して、一方の構造モデル１において前記躯体模擬フレーム２に前記ブレース模擬材３・・のみを架け渡して仮想耐震構造を二次元的に創出し、他方の構造モデル１において前記躯体模擬フレーム２に前記ブレース模擬材３・・及びダンパー模擬材４、４を架け渡して仮想制震構造を二次元的に創出し、これら仮想耐震構造と仮想制震構造に水平力を与えたときの双方の揺れを比較しながら制震構造の仕組みや性能を説明することを特徴とする。

この発明の構造モデルを使用して、躯体模擬フレームにブレース模擬材やダンパー模擬材を選択的に架け渡して、耐震構造や制震構造を二次元的に簡略化して創出し、これらに水平力を与えたときの揺れを比較することで、粘弾性体を利用した制震ダンパーの機能を含めた制震構造の仕組みや性能を簡単に解り易く説明することができる。これにより、専門知識を持たない住宅購入予定者等に対しても、粘弾性体を利用した制震ダンパーを組み込んだ制震構造の仕組みや性能を視覚的に解り易く理解してもらうことができる。

しかも、この構造モデルは、方形枠状の躯体模擬フレームと、紐状又は棒状のブレース模擬材及びダンパー模擬材とから構成される簡単な構造であって、従来のような大掛かりな構造のものと比べて、製造費を安価に抑えることができる。また、軽量かつコンパクトに収納可能であり、例えば住宅メーカーの営業マン等が手軽に持ち歩いて、住宅購入予定者等に対して場所を選ばずに簡単に提示して上記の説明を行うことができ、使用性の向上を図ることができる。特に、躯体模擬フレームの外形サイズを略Ａ版サイズとすることで、鞄等に入れて持ち歩くことができるようになり、携帯性を向上することができる。さらに、躯体模擬フレームに台座を取り付けて自立可能とすることで、説明に際しての操作性の向上を図ることができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明の一実施形態に係る建物の構造モデル１は、図１に示すように、建物における柱と梁を組み合わせた躯体を想定した躯体模擬フレーム２と、躯体に取り付けられる鋼製ブレースを想定した６本のブレース模擬材３・・と、躯体に取り付けられる粘弾性体を利用したブレース型の制震ダンパーを想定した２本のダンパー模擬材４、４とを備えている。

躯体模擬フレーム２は、上下一対の横フレーム材５、６と、これら横フレーム材５、６同士を連結する左右一対の縦フレーム材７、７とを方形枠状に組み付けることによって構成されている。横フレーム材５、６及び縦フレーム材７、７は、例えば金属製であって、断面溝形に形成され、その開放部が互いに内側を向くようにして配されている。

そして、横フレーム材５、６と縦フレーム材７、７とは、横フレーム材５、６の端部に縦フレーム材７、７の端部を内嵌した状態で、これらをピン８・・によって接合することで連結されている。すなわち、躯体模擬フレーム２は、横フレーム材５、６と縦フレーム材７、７の連結部（四隅のコーナー部）がピン接合されたピン接合構造となっている。各ピン８は、図２に示すように、縦フレーム材７の溝部内に跨るようにして取り付けられている。

また、この躯体模擬フレーム２の横フレーム材５、６には、図３に示すように、その溝部内に跨るようにして一対のピン９、９が夫々取り付けられている。上側横フレーム材５において、ピン８、８及びピン９、９は略等間隔に配置され、また下側横フレーム材６においても、ピン８、８及びピン９、９は略等間隔に配置されている。

さらに、躯体模擬フレーム２には、フレーム自立用の台座２０が取り付けられている。この台座２０は、帯板状に形成されており、その上面には長手方向に沿って嵌合溝２１が形成されている。そして、この嵌合溝２１に、下側横フレーム材６を嵌め込むことによって、台座２０が躯体模擬フレーム２に取り付けられている。

ブレース模擬材３・・は、紐状の弾性体（具体的には、ゴム紐）１０からなる模擬材本体の両端部に係止用のフック１１、１１を取り付けることによって構成されている。ダンパー模擬材４、４は、紐状の粘弾性体１２からなる模擬材本体の両端部に係止用のフック１３、１３を取り付けることによって構成されている。ダンパー模擬材４、４の粘弾性体１２、１２としては、実際の建物の制震ダンパーに用いるものと同じ材質のものが使用されている。なお、実際の建物においては、ブレースとして剛性を有するもの用いられるが、この構造モデル１では、水平力を与えたときの揺れや変形の様子が把握し易いように、ブレース模擬材３・・の模擬材本体として弾性体１０・・を用い、ダンパー模擬材４、４の模擬材本体として粘弾性体１２、１２を用いている。また、ブレース模擬材３・・及びダンパー模擬材４、４は、紐状のものに限らず、例えば棒状のものであっても良い。

そして、ブレース模擬材３は、その一端部側のフック１１を躯体模擬フレーム２における上側横フレーム材５のピン８やピン９に引っ掛けて、他端部側のフック１１を下側横フレーム材６のピン８やピン９に引っ掛けることで、伸長した状態で横フレーム材５、６間に架け渡されるようになっている。また、ダンパー模擬材４も同様に、その一端部側のフック１３を躯体模擬フレーム２における上側横フレーム材５のピン８やピン９に引っ掛けて、他端部側のフック１３を下側横フレーム材６のピン８やピン９に引っ掛けることで、伸長した状態で横フレーム材５、６間に架け渡されるようになっている。

この構造モデル１では、躯体模擬フレーム２に２本のブレース模擬材３、３をＸ字状に架け渡すことで耐力壁を再現し、躯体模擬フレーム２に２本のダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡すことで制震壁を再現するようになっている。躯体模擬フレーム２においては、ブレース模擬材３、３やダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡し可能とする箇所が３箇所設けられていて、図４に示すように、そのうちの任意の２箇所に合計４本のブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡して２枚の耐力壁を再現することで、耐震等級１の仮想耐震構造を二次元的に創出するようになっている。また、図５に示すように、３箇所の全てに合計６本のブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡して３枚の耐力壁を再現することで、耐震等級１の１．５倍の耐力を有する耐震等級３の仮想耐震構造を二次元的に創出し、さらに図６に示すように、３箇所のうちの任意の２箇所に合計４本のブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡し、残りの１箇所に合計２本のダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡して２枚の耐力壁及び１枚の制震壁を再現することで、耐震等級３の仮想制震構造を二次元的に創出するようになっている。なお、この場合、耐力壁同士が隣接する部位或いは耐力壁と制震壁とが隣接する部位においては、図７に示すように、躯体模擬フレーム２の１つのピン９に対して、２本のブレース模擬材３、３のフック１１、１１或いはブレース模擬材３とダンパー模擬材４のフック１１、１３を同時に引っ掛けるようにしている。

上記のように、構造モデル１は、方形枠状の躯体模擬フレーム２と、これに着脱可能に架け渡される紐状のブレース模擬材３・・及びダンパー模擬材４、４とから構成される簡単な構造であって、しかも躯体模擬フレーム２の外形サイズが略Ａ版サイズとされていることから、軽量かつコンパクトに収納可能であり、例えば住宅メーカーの営業マン等が鞄に入れて手軽に持ち歩くことができ、住宅購入予定者等に対して場所を選ばずに簡単に提示することができる。

次に、上記構成の構造モデル１を使用した制震構造説明方法について述べる。構造モデル１を２セット用いて説明する場合には、まず一方の構造モデル１の躯体模擬フレーム２のみを使用して、図８に示すように、これが傾いて変形する様子を住宅購入予定者等に見せながら、耐力壁のない柱と梁だけの構造では地震力や風力に耐えることができず、建物として成り立たない旨の説明をする。

続いて、一方の構造モデル１の躯体模擬フレーム２に合計４本のブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡して、２枚の耐力壁を有する耐震等級１の仮想耐震構造を創出する（図４参照）。そして、住宅購入予定者等に手で押してもらって、耐震等級１の仮想耐震構造に水平力を与えて傾かせる。住宅購入予定者等が手を離すと、耐震等級１の仮想耐震構造は、図９に示すように、大きく揺れながら元の状態に復帰する。この揺れの様子を住宅購入予定者等に見せながら、耐震等級１の耐震構造では地震や強風によって躯体が傾いても耐力壁の存在によって倒壊を免れる旨の説明をする。

次に、他方の構造モデル１の躯体模擬フレーム２に合計６本のブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡して、３枚の耐力壁を有する耐震等級３の仮想耐震構造を創出する（図５参照）。そして、この耐震等級３の仮想耐震構造と上記の耐震等級１の仮想耐震構造を並べて、これらを住宅購入予定者等に手で押してもらって、双方に水平力を与えて傾かせる。このとき、住宅購入予定者等は、耐震等級１の仮想耐震構造に比べて耐震等級３の仮想耐震構造の方が強い力（１．５倍の力）が必要であることを実感できる。住宅購入予定者等が手を離すと、図１０に示すように、耐震等級３の仮想耐震構造は、耐震等級１の仮想耐震構造と比べて小さく揺れながら元の状態に復帰する。この揺れの様子を住宅購入予定者等に比較して見せながら、耐震等級３の耐震構造では、耐震等級１の耐震構造のときと比べて揺れ幅が小さくなって、地震や強風による被害が小さくなる旨の説明をする。

続いて、一方の構造モデル１の躯体模擬フレーム２にさらに合計２本のダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡して追加し、２枚の耐力壁及び１枚の制震壁を有するすなわち耐力壁の総数の３分の１を制震壁とした耐震等級３の仮想制震構造を創出する（図６参照）。そして、この耐震等級３の仮想制震構造と上記の耐震等級３の仮想耐震構造を並べて、これらを住宅購入予定者等に手で押してもらって、双方に水平力を与えて傾かせる。このとき、住宅購入予定者等は、耐震等級３の仮想制震構造の場合と耐震等級３の仮想耐震構造の場合とではほぼ同じ力が必要であることを実感できる。住宅購入予定者等が手を離すと、図１１に示すように、耐震等級３の仮想制震構造では、揺れをほとんど生じることなくゆっくりと元の状態に復帰する。この揺れの様子を住宅購入予定者等に比較して見せながら、耐震等級３の制震構造では、粘弾性体がエネルギーを熱に変換することで吸収して揺れを効果的に抑えることができ、耐震等級３の耐震構造のときと比べて揺れ幅がさらに小さくなり、特に２階部分の揺れを半分程度に抑えて躯体や内装材の損傷もかなり軽微になる旨の説明をする。

また、制震モデル１を１セットのみ用いて説明する場合には、上記と同様にして耐力壁のない柱と梁だけの構造、耐震等級１の耐震構造、耐震等級３の耐震構造についての仕組みや性能について順次説明した後、耐震等級３の仮想耐震構造構造を創出した構造モデル１において、Ｘ字状に架け渡した２本のブレース模擬材３、３を取り外して新たに２本のダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡すことで、耐震等級３の仮想制震構造を創出する。そして、この耐震等級３の仮想制震構造に水平力を与えたとき揺れを確認して、耐震等級３の仮想耐震構造の場合の揺れと比較しながら、制震構造の仕組みや性能について説明すれば良い。

このように制震モデル１を用いることで、粘弾性体を利用した制震ダンパーの機能を含めて制震構造の仕組みや性能を簡単に解り易く説明することができ、これによって住宅購入予定者等は、粘弾性体を利用した制震ダンパーを組み込んだ制震構造の仕組みや性能についての理解度を容易に深めることができる。

なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態においては、躯体模擬フレーム２にダンパー模擬材４、４をＸ字状に架け渡していたが、図１２に示すように、ダンパー模擬材４、４をく字状に架け渡し可能とするいわゆるＫブレース構造としても良い。なお、この場合、躯体模擬フレーム２の少なくとも一方の縦フレーム材７の中央部に、ダンパー模擬材４、４のフック１３、１３を引っ掛けるピン９を取り付ける。

また、躯体模擬フレーム２において、ブレース模擬材３・・をＸ字状に架け渡し可能とする箇所を４箇所以上設けて、そのうちの１又は数カ所においてダンパー模擬材４、４をＸ字状若しくはく字状に架け渡し可能としても良い。

この発明の一実施形態に係る構造モデルの分解斜視図である。 躯体模擬フレームの連結部付近の縦断面図である。 横フレーム材のピン付近の縦断面図である。 耐震等級１の仮想耐震構造を創出した構造モデルの正面図である。 耐震等級３の仮想耐震構造を創出した構造モデルの正面図である。 耐震等級３の仮想制震構造を創出した構造モデルの正面図である。 ピンにフックを引っ掛けた状態を示す横フレーム材の縦断面図である。 躯体模擬フレームが傾いて変形した状態を示す正面図である。 耐震等級１の仮想耐震構造の揺れを示す正面図である。 耐震等級１の仮想耐震構造と耐震等級３の仮想耐震構造の揺れを比較して示す正面図である。 耐震等級３の仮想耐震構造と耐震等級３の仮想制震構造の揺れを比較して示す正面図である。 別の実施形態に係る構造モデルの斜視図である。

符号の説明

１・・構造モデル、２・・躯体模擬フレーム、３・・ブレース模擬材、４・・ダンパー模擬材、５，６・・横フレーム材、７・・縦フレーム材、２０・・台座

Claims (7)

1. 建物における躯体を想定した方形枠状のピン接合構造の躯体模擬フレーム（２）と、躯体に取り付けられるブレースを想定した複数の紐状又は棒状のブレース模擬材（３）・・と、躯体に取り付けられる粘弾性体を利用した制震ダンパーを想定した複数の紐状又は棒状のダンパー模擬材（４）（４）とを備え、前記ブレース模擬材（３）・・及びダンパー模擬材（４）（４）は、前記躯体模擬フレーム（２）に着脱可能に架け渡されることを特徴とする建物の構造モデル。
2. 前記躯体模擬フレーム（２）は、上下一対の横フレーム材（５）（６）と、これら横フレーム材（５）（６）同士を連結する左右一対の縦フレーム材（７）（７）とを備え、前記横フレーム材（５）（６）と縦フレーム材（７）（７）との連結部がピン接合され、前記ブレース模擬材（３）・・は、前記横フレーム材（５）（６）間に架け渡され、前記ダンパー模擬材（４）（４）は、前記横フレーム材（５）（６）間、若しくは、前記横フレーム材（５）（６）と縦フレーム材（７）（７）との間に架け渡される請求項１記載の建物の構造モデル。
3. 前記躯体模擬フレーム（２）は、２本の前記ブレース模擬材（３）（３）をＸ字状に架け渡し可能とする箇所を少なくとも３箇所備え、これら３箇所のうちの少なくとも１箇所は、２本の前記ダンパー模擬材（４）（４）をＸ字状若しくはく字状に架け渡し可能とされている請求項２記載の建物の構造モデル。
4. 前記躯体模擬フレーム（２）は、その外形サイズが略Ａ版サイズとされている請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の構造モデル。
5. 前記躯体模擬フレーム（２）に、フレーム自立用の台座（２０）が取り付けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の建物の構造モデル。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の構造モデル（１）を使用して、制震構造を説明するための制震構造説明方法であって、前記躯体模擬フレーム（２）に前記ブレース模擬材（３）・・のみを架け渡して仮想耐震構造を二次元的に創出し、その仮想耐震構造に水平力を与えたときの揺れを確認し、続いて前記躯体模擬フレーム（２）に前記ブレース模擬材（３）・・及びダンパー模擬材（４）（４）を架け渡して仮想制震構造を二次元的に創出し、その仮想制震構造に水平力を与えたときの揺れを確認して、これら仮想耐震構造と仮想制震構造の揺れを比較しながら制震構造の仕組みや性能を説明することを特徴とする制震構造説明方法。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の構造モデル（１）を使用して、制震構造を説明するための制震構造説明方法であって、構造モデル（１）を少なくとも２セット用意して、一方の構造モデル（１）において前記躯体模擬フレーム（２）に前記ブレース模擬材（３）・・のみを架け渡して仮想耐震構造を二次元的に創出し、他方の構造モデル（１）において前記躯体模擬フレーム（２）に前記ブレース模擬材（３）・・及びダンパー模擬材（４）（４）を架け渡して仮想制震構造を二次元的に創出し、これら仮想耐震構造と仮想制震構造に水平力を与えたときの双方の揺れを比較しながら制震構造の仕組みや性能を説明することを特徴とする制震構造説明方法。