JP2009114701A - 曲げ制御型制震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】コアとコアから側方に張り出す梁部とを有する構造において、制震装置の設置数を抑えつつ、コアの全体曲げによる変形を効果的に抑制することが可能な曲げ制御型制震構造物を提供する。
【解決手段】曲げ変形制御型制震構造物１は、連層の耐震要素からなるコア２と、コア２から側方へ張り出した梁部３とを備え、梁部３は、コア２に対して、上縁側または下縁側のいずれか一方に接続されているとともに、他方で、水平方向に減衰力を作用可能に配設された制震装置３ｅを介して接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、連層の構成要素からなるコアから側方に梁部が張り出した構造で、コアの曲げを制御することによって制震を行う曲げ制御型制震構造物に関する。

高層建物などでは、地震時における構造体の変形を抑制するために、ダンパーなどの制震装置を使用した制震架構とする場合がある。この場合、建築計画上の制約からコア部分は塔状比が非常に高くなるとともに、制震装置の設置箇所としてはコア周りに限定される場合が多い。これは、制震架構とした場合に限るものでは無く、コアをＲＣ耐震壁や鉄骨ブレースで形成した場合も同様である。そして、地震時においては、コアには、せん断力が集中するとともに、上層部においては全体曲げによる変位が卓越し、層間に設置したダンパーやブレースでは当該変形の抑制が困難となってしまう問題があった。

このため、コアの頂部あるいは中間部に梁部を設け、その端部に鉛直方向に減衰力が作用するように制震装置を配設し、該制震装置によって梁部と外周フレームなどを接続する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、梁部の鉛直方向の変位に対して制震装置が作用し、これにより梁部が接続されたコアの全体曲げによる変形を抑制することができるとされている。

また、梁部をトラス架構とし、該梁部を構成するラチス材に制震装置を設置する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構造では、コアの全体曲げによる変形は、各ラチス材に設けられた制震装置が有効に作用することでコアの変形を抑制することができるとされている。
特開平７−２６７８６号公報 特開２００５−１２７０１６号公報

しかしながら、特許文献１の構造では、制震装置の反力は外周フレームの柱の軸力として生じるので、外周フレームの柱の軸力が小さいと、得られる制震効果が小さくなってしまう問題があった。また、梁部は、コアと固定されていることから、自重及び制震装置の反力によって曲げが作用することなる。このため、梁部がロングスパンとなる場合には、作用する曲げモーメント及びスパン長に応じて必要な曲げ剛性を確保する必要があった。
一方、特許文献２の構造では、ラチス材に制震装置を設置することで、必ずしも梁部に高い剛性が要求されないが、制震効果を確保するためには、多くのラチス材に制震装置を設置しなければならず、制震装置の設置箇所数が増大してしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コアとコアから側方に張り出す梁部とを有する構造において、制震装置の設置数を抑えつつ、コアの全体曲げによる変形を効果的に抑制することが可能な曲げ制御型制震構造物を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の曲げ制御型制震構造物は、連層の耐震要素からなるコアと、該コアから側方へ張り出した梁部とを備えた曲げ変形制御型制震構造物であって、前記梁部は、前記コアに対して、上縁側または下縁側のいずれか一方に接続されているとともに、他方で、水平方向に減衰力を作用可能に配設された制震装置を介して接続されていることを特徴とすることを特徴としている。

この構成によれば、地震や風荷重によってコアに全体曲げによる変形が生じると、コアは、水平に張り出した梁部に対して相対的に回転変形しようとし、互いの接合部分が変形しようとする。梁部は、当該接合部分において上縁側または下縁側の一方に接続されているとともに、他方で制震装置を介して接続されている。このため、コアと梁部の間に生じる変形は、当該制震装置によって水平方向に作用する減衰力によって抑制され、これによりコアの全体曲げによる変形を抑制することができる。ここで、コアの全体曲げを抑制する手段としては、上記制震装置をコアと梁部との間に設けるだけであり、制震装置の設置数を抑えることができる。また、制震装置は水平方向に減衰力を作用させるので、反力によって梁部に作用する曲げモーメントが増大してしまうことが無く、これにより梁部の曲げ剛性を最小限とすることができる。

また、前記梁部は、前記コアに対して、前記制震装置を介して接続された側と反対側の一方側で回転可能にピン接合されていることが好ましい。
この構成によれば、梁部の一方側でコアとピン接合されていることで、接合部分における水平相対変位が大きくなる。このため、他方側に設けられた制震装置による減衰効果をより大きくすることができ、より効果的にコアの全体曲げによる変形を抑制することができる。

また、前記制震装置は、前記梁部の前記上縁側に配設されていることが好ましい。
この構成によれば、制震装置が梁部とコアとの接合部における水平相対変位がより大きい上縁側に設けられていることで、より効果的にコアの全体曲げによる変形を抑制することができる。

本発明の曲げ制御型制震構造物によれば、コアの塔状比が高くなったとしても、制震装置の設置数を抑えつつ、コアの全体曲げによる変形を効果的に抑制することが可能であり、建て屋の損傷低減、コア脚部の転倒曲げモーメントの低減を図ることができる。

図１から図４は、この発明に係る実施形態を示していて、超高層建物などで曲げ制御型の制震構造を有している。図１に示すように、本実施形態の曲げ制御型制震構造物１は、基礎上から上方へ向かって立設されたコア２と、コア２の頂部から両側方へ略水平に張り出した梁部であるトップガータ３と、居住空間４を形成する外フレーム５及び床スラブ６とを備える。外フレーム５は、ラーメンを構成し、柱５ａ及び梁５ｂを有する。

コア２は、連層の構成要素からなる制震架構であり、各層に制震装置としてコア部ダンパー２ａが設けられている。また、トップガータ３は、例えばトラス架構であり、図２に示すように、上側に延設された上弦材３ａと、下側に延設された下限材３ｂと、上弦材３ａと下弦材３ｂとの間に設けられたラチス材３ｃとで構成されている。そして、トップガータ３は、上弦材３ａ及び下弦材３ｂがコア２の頂部２ｂに接続されている。ここで、下弦材３ｂは、ピン接合３ｄによってコア２の頂部２ｂに鉛直面内で回転可能に接続されている。一方、上弦材３ａとコア２の頂部２ｂとの間には、制震装置として梁部ダンパー３ｅが配設され、この梁部ダンパー３ｅを介して上弦材３ａとコア２の頂部２ｂとは接続されている。梁部ダンパー３ｅは、梁部３が延設された水平方向に減衰力を作用可能に配設されている。
なお、上記梁部ダンパー３ｅやコア部ダンパー２ａは、例えば油圧ダンパーである。

このような曲げ制御型制震構造物１では、地震や風荷重によってコア２に全体曲げによる変形が生じると、図３及び図４に示すように、コア２は、水平に張り出した梁部３に対して相対的に回転変形しようとし、互いの接合部分が変形しようとする。梁部３は、当該接合部分において下弦材３ｂがピン結合によって接続されているとともに、上弦材３ａが梁部ダンパー３ｅを介して接続されている。このため、コア２と梁部３との間に生じる変形は、梁部ダンパー３ｅによって水平方向に作用する減衰力によって抑制され、これによりコア２の全体曲げによる変形を抑制することができる。ここで、コア２の全体曲げを抑制する手段としては、梁部ダンパー３ｅをコア２と梁部３との間に設けるだけであり、ダンパーの設置数を抑えることができる。また、梁部ダンパー３ｅは水平方向に減衰力を作用させるので、反力によって梁部３に作用する曲げモーメントが増大してしまうことが無く、これにより梁部３の曲げ剛性を最小限とすることができる。

特に、本実施形態では、梁部ダンパー３ｅを介して接続された側と反対側でコア２とピン接合３ｄで接続されていることで、接合部分における水平相対変位が大きくなる。さらに、梁部ダンパー３ｅが、上縁側と下縁側の内、梁部３とコア２との接合部における水平相対変位がより大きい上縁側に設けられている。このため、梁部ダンパー３ｅによる減衰効果をより大きくすることができ、より効果的にコア２の全体曲げによる変形を抑制することができる。

ここで、本実施形態では、コア２は、制震架構であるものとしたが、これに限るものでは無く、ＲＣ耐震壁や鉄骨ブレースであるものとしても良い。また、梁部３は、トラス架構であるものとしたが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、ＲＣ壁材で構成された梁部１０としても良い。この場合にも、例えば上縁部１０ａとコア２の頂部２ａとの間に梁部ダンパー１０ｂを設けるとともに、下縁部１０ｃとコア２の頂部２ａとの間をピン結合１０ｄで接続するものとすれば良い。この場合にも、図６に示すように、コア２の全体曲げによる変形に対応して梁部ダンパー１０ｂが作用することで、変形を抑制することができる。
また、上記実施形態では、梁部は、コアの頂部に設けられているものとしたが、これに限るものでは無く、コアの中間部に設けられているものとしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の実施形態の曲げ制御型制震構造物の概要を示す全体図である。 この発明の実施形態の曲げ制御型制震構造物において、コアと梁部との接続部分の詳細を示す拡大図である。 この発明の実施形態の曲げ制御型制震構造物において、梁部ダンパーの作用を説明する説明図である。 この発明の実施形態の曲げ制御型制震構造物において、梁部ダンパーの作用を説明する説明図である。 この発明の他の実施形態の曲げ制御型制震構造物において、コアと梁部との接続部分の詳細を示す拡大図である。 この発明の他の実施形態の曲げ制御型制震構造物において、梁部ダンパーの作用を説明する説明図である。

符号の説明

１ 曲げ制御型制震構造物
２ コア
３、１０ 梁部
３ｄ、１０ｄ ピン結合
３ｅ、１０ｂ 梁部ダンパー（制震装置）

Claims (3)

1. 連層の耐震要素からなるコアと、該コアから側方へ張り出した梁部とを備えた曲げ変形制御型制震構造物であって、
   前記梁部は、前記コアに対して、上縁側または下縁側のいずれか一方に接続されているとともに、他方で、水平方向に減衰力を作用可能に配設された制震装置を介して接続されていることを特徴とする曲げ制御型制震構造物。
2. 請求項１に記載の曲げ制御型制震構造物において、
   前記梁部は、前記コアに対して、前記制震装置を介して接続された側と反対側の一方側で回転可能にピン接合されていることを特徴とする曲げ制御型制震構造物。
3. 請求項１または請求項２に記載の曲げ制御型制震構造物において、
   前記制震装置は、前記梁部の前記上縁側に配設されていることを特徴とする曲げ制御型制震構造物。

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