JP2010013820A

JP2010013820A - 柱脚構造、その利用方法および利用システム

Info

Publication number: JP2010013820A
Application number: JP2008173294A
Authority: JP
Inventors: Fuyuki Arima; 冬樹有馬
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】鉄骨構造において開口に制約を生じさせることがなく、しかも外乱に応じた制震力が得られたり、内部応力を許容値内に抑えることができたりする柱脚構造、その利用方法および利用システムを提供する。
【解決手段】柱脚部１１の基端部１２に球状体１３を下方に突出させて設け、かつ、球面電磁石マトリックス４１を球状体１３を包むようにして設け、その電磁力を外乱検知部により検知された揺れおよびその方向に応じて調節して柱脚部１１の固定度を調節する柱脚構造１０である。
【選択図】図４

Description

本発明は柱脚構造、その利用方法および利用システムに関する。さらに詳しくは、柱脚部の固定度が可変とされる柱脚構造、その利用方法および利用システムに関する。

近年、高層マンションなどの高層建築物は、地震などの際の揺れを小さくすることを目的として、制震構造とされるようになってきている。

制震構造は、建築物の内部に弾力性や粘りのある資材などで製作されたダンパーなどを設置して、地震の揺れやエネルギーを吸収し、緩和する機構とされている。

例えば、鉄骨構造の場合、ブレース状のダンパーなどを鉄骨フレーム内に納める構成とされている。

このように、高層マンションなどの高層建築物を制震構造とすると、地震の際における家具の転倒や移動が防止されるという効果がある。その反面、建築コストが高くなるという欠点がある。

また、鉄骨構造においてブレース状のダンパーを採用した場合、建築物の開口が制約されるという問題もある。その上、大震災などにおいて想定外の外乱が作用し、建築物に発生する応力が設計応力を超えた場合、対処できないという問題もある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、鉄骨構造において開口に制約を生じさせることがなく、しかも外乱に応じた制震力が得られたり、内部応力を許容値内に抑えることができたりする柱脚構造、その利用方法および利用システムを提供することを目的としている。

本発明の柱脚構造は、柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを備えてなることを特徴とする。

本発明の柱脚構造においては、球状体に作用する力が例えば電磁力とされる。その場合、電磁力が、球状体を包むようにして保持する柱受け部材の球状とされた内面に、球面マトリックス状に配設された電磁石により生成されるのが好ましい。

また、本発明の柱脚構造においては、球状体が、球状体本体とその外側に配設された外皮とからなる二重構造とされてなるのが好ましい。

本発明の方法の第１形態は、柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における制震方法であって、建築物に備えられた加速度計により当該建築物に作用する揺れの大きさおよび方向を検知し、その揺れの大きさおよび方向に応じて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節して制震することを特徴とする。

本発明の方法の第２形態は、柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における制震方法であって、地震計により検知された地震の大きさおよびその揺れ方向に基づいて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節することを特徴とする。

本発明の方法の第３形態は、柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における応力制御方法であって、建築物のメインフレームに設けられた歪センサにより検出された歪量により算出された応力に基づいて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節してメインフレームの応力を制御することを特徴とする。

本発明のシステムの第１形態は、外乱検知部と柱脚構造と制御装置とを備えてなる制震システムであって、前記柱脚構造は、柱脚の基端部に柱脚の固定度を調節する固定度調節機構を備え、前記制御装置は、前記外乱検知部からの入力を解析して揺れの大きさおよびその方向を解析する外乱解析部と、前記外乱解析部の解析結果に基づいて柱脚部の固定度を算出する固定度算出部と、前記固定度算出部により算出された固定度に応じた指令値を生成して固定度調節機構に出力する指令値生成部とを備えてなることを特徴とする。

本発明のシステムの第１形態においては、外乱検知部が、加速度計や地震計などを含むものとされる。

また、本発明のシステムの第１形態においては、固定度調節機構が、揺れ方向と揺れ方向と直交する方向に固定度が調節可能とされ、指令値生成部が、揺れと直交する方向の固定度を高くするよう指令値を生成するのが好ましい。

本発明のシステムの第２形態は、変位検知部と柱脚構造と制御装置とを備えてなるメインフレームに作用する応力を制御する応力制御システムであって、前記柱脚構造は、柱脚の基端部に柱脚の固定度を調節する固定度調節機構を備え、前記制御装置は、前記変位検知部からの入力を解析してメインフレームに発生する応力の大きさを解析する応力解析部と、前記応力解析部の解析結果に基づいて柱脚部の固定度を算出する固定度算出部と、前記固定度算出部により算出された固定度に応じた指令値を生成して固定度調節機構に出力する指令値生成部とを備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、柱脚の固定度を外乱に応じて調整できるので、外乱に応じた制震力が得られるという優れた効果が得られる。

また、本発明によれば、柱脚の固定度をメインフレームに発生する応力に応じて調整できるので、メインフレームの部材を小さくできるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
図１に、本発明の一実施形態に係る柱脚構造１０を用いたシステムＳをブロック図で示し、図２に概略図で示す。このシステムＳは、具体的には、建築物Ｋの制震システムとされる。

システムＳは、図１および図２に示すように、柱脚構造１０と、建築物Ｋに対する外乱を検知する外乱検知部２０と、制御装置３０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。

外乱検知部２０は、例えば、建築物Ｋに設置された加速度計２１、地表や地中に設置された地震計２２などを備えてなるものとされる。

柱脚構造１０は、図３に示すように、柱脚部１１の固定度を調整する機構４０として柱脚部１１に磁極が球面を形成するように設けられた電磁石群（以下、球面電磁石マトリックスという）４１と、球面電磁石マトリックス４１に電流を供給するマトリックス用電源４２とを含むものとされ、起動する電磁石およびその電磁力を調整することにより、柱脚部１１の固定度を調整して建築物Ｋの揺れを抑えるものとされる。

柱脚構造１０は、より具体的には、図４に示すように、柱脚部１１の基端部１２に下方に向けて突設された球状体１３を有する柱１と、球状体１３を包むようにして保持する球面電磁石マトリックス４１を有する柱受け部材１４と、柱脚部１１の磁気シールドをなす磁気シールド部材１５とを備えてなるものとされる。

柱脚構造１０は、このように、柱１が基端部１２に球状体１３を有するとともに、柱受け部材１４にその球状体１３を包むようにして保持されているので、柱１は一定範囲で傾動自在とされる。

基端部１２に球状体１３を有する柱１は、図４に示すように、下端部に球状体１３を突出させて有する鋳物からなる基部部材１２ａが、鉄骨からなる柱本体２に例えば溶接接合されてなるものとされる。

球状体１３は、図４に示すように、球状体本体１３ａと、その外側に配設された外皮１３ｂとからなる二重構造とされている。ここで、球状体本体１３ａと外皮１３ｂとは当初は相互に回転運動がなし得るようにされ、柱１の建方が完了した時点で、例えば外皮１３ｂは溶接により球状体本体１３ａに接合される。このように、球状体１３を二重構造とすることにより、高い建方精度が必要とされないピン柱脚構造とすることができる。

柱受け部材１４は、図５に示すように、球状とされた受け部内面１４ａに球面電磁石マトリックス４１の収納部を有し、絶縁材４４により絶縁された電磁石４３の磁極４３ａが露出してなるものとされる。また、柱受け部材１４には、図示はされていないが、球面電磁石マトリックス４１のケーブル用管路も形成されている。

また、柱受け部材１４は、球状体１３の下半球を覆う基礎Ｂに設置される下部部材１６と、球状体１３の上半球を覆う上部部材１７とからなる分割体とされ、上部部材１７はさらに、右部材１７ａと左部材１７ｂとからなる分割体とされる。上部部材１７の下部部材１６への一体化は、例えばボルト締めすることによりなされる。

磁気シールド部材１５は、基部部材１２ａおよび柱受け部材１４を覆うように配設される。

制御装置３０は、図６に示すように、外乱検知部２０からの入力を解析して揺れの大きさおよびその方向を解析する外乱解析部３１と、外乱解析部３１の解析結果に基づいて柱脚部１１の固定度を算出する固定度算出部３２と、固定度算出部３２により算出された固定度となるよう、マトリックス用電源４２に対する電流指令値を生成する電流指令値生成部３３とを含むものとされる。

ここで、必要とされる固定度およびそれに対する必要な電流値は、例えば、耐震実験棟による実験により設定される。

なお、かかる機能を有する制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを有するコンピュータにそれらの機能に対応させたプログラムを格納することにより実現される。

次に、図７および図８を参照しなから、かかる構成とされた柱脚構造１０を有する建築物Ｋの制震について説明する。なお、図７は球面電磁石マトリックス４１を平面に展開した展開図である。

例えば、外乱による揺れの方向が建築物Ｋの一方に沿う方向であれば、揺れに直交する位置にある電磁石４３の電磁力が強くなるよう電流を制御する一方、揺れ方向と平行する位置にある電磁石４３の電磁力が適度となるよう電流を制御する。

例えば、図８に示すように、Ｘ軸方向に揺れた場合、（Ｘ１、Ｙ３）〜（Ｘ８、Ｙ６）に位置する電磁石４３の電磁力を強くする一方、他の位置にする電磁石４３の電磁力を適度に調整し、Ｙ軸方向に揺れた場合、（Ｘ３、Ｙ１）〜（Ｘ６、Ｙ８）に位置する電磁石４３の電磁力を強くする一方、他の位置にする電磁石４３の電磁力を適度に調整し、Ｘ軸と４５度方向に揺れた場合、（Ｘ１、Ｙ５）〜（Ｘ４、Ｙ８）および（Ｘ５、Ｙ１）〜（Ｘ８、Ｙ４）に位置する電磁石４３の電磁力を強くする一方、他の位置にする電磁石４３の電磁力を適度に調整する。なお、図中の矢符は揺れ方向を示す。

ここで、電磁石の電磁力の適度の調整は、例えば、電流指令値をオンオフ制御することにより、電磁力によるロックと解除とを断続的にするようにしてなされてもよく、あるいは電流指令値を所定値に維持して一定の電磁力とするようにしてなされてもよい。

このように電磁石マトリックス４１の電磁力を制御することにより、柱脚部１１の固定度を調整して建築物Ｋの揺れを抑制することができる。

しかして、この実施形態１によれば、地震などの外乱による建築物Ｋの揺れの大きさおよびその方向を検知し、その揺れを抑制するよう磁石マトリックス４１の電磁力を制御して柱脚部１１の固定度を調整しているので、建築物Ｋの揺れを効果的に抑制できるとともに、建築物Ｋに作用する引抜き力に抗してその浮き上がりの防止も抑制される。

また、柱脚部１１の固定度を調整することにより揺れを抑制する構成とされているので、建築物Ｋの開口に制約を与えない。

さらに、基礎Ｂに充分な余力を与えることにより、つまり、柱脚部１１の固定度を大きくすると基礎Ｂに作用する荷重が増加するが、その増加した荷重に耐えうる基礎とすることにより、建築物Ｋなどの上部構造物を損壊させることのない構造を実現することができる。

なお、メインフレームをすべて本実施形態の柱脚構造（制震柱脚構造）とする必要はなく、所要数のメインフレームを柱脚構造１０を備えた制震柱脚構造とするようにしてもよい。例えば、図９に示すように、メインフレームＭ、Ｍ間に位置するメインフレームＭＳを柱脚構造１０を備えた制震柱脚構造とするようにしてもよい。

実施形態２
本発明の実施形態２に係るシステムＳ１を図１０にブロック図で示し、図１１に概略図で示す。なお、この実施形態２は、柱脚部１０の固定度を調整することにより、メインフレームＭに生ずる応力を許容値内に制御するシステムとされる。

システムＳ１は、図１０および図１１に示すように、メインフレームＭの変位を検知する変位検知部５０と、柱脚構造１０と、制御装置３０Ａとを主要構成要素として備えてなるものとされる。

なお、柱脚構造１０は実施形態１の柱脚構造１０と同様とされているので、以下の説明においては、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

変位検知部５０は、例えば歪センサとされて、例えばメインフレームＭ表面に貼付される。

制御装置３０Ａは、変位検知部５０からの入力を解析してメインフレームＭに生じている応力や反曲点の位置を算出する応力解析部３５と、応力解析部３５の解析結果に基づいて柱脚部１１の必要固定度を算出する固定度算出部３２と、固定度算出部３２により算出された固定度となるよう、球面電磁石マトリックス４１に対する電流指令値を生成する電流指令値生成部３３とを含むものとされる。

なお、かかる機能を有する制御装置３０Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを有するコンピュータにそれらの機能に対応させたプログラムを格納することにより実現される。

しかして、この実施形態２においては、応力解析部３５によりメインフレームＭに作用する応力が制限値を超えるとされた場合、柱脚部１１の固定度を高めてメインフレームＭに作用する応力を低減して許容値内とするものとされる。

このように、この実施形態２によれば、地震などにより外力が作用しても、それに応じて柱脚部１１の固定度を調節できるので、メインフレームＭに作用する応力を制限値以内に抑えることができる。

また、基礎Ｂに充分な余力を与えることにより、建築物Ｋなどの上部構造物を損壊させることのない構造を実現することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。

例えば、実施形態では、高層建築物を例に取り説明されているが、本発明は低層建築物にも当然に適用が可能である。

また、実施形態では、柱脚構造１０は球面電磁石マトリックス４１を用いて構成されているが、図１２に示すように、油圧シリンダ機構Ｐを用いた柱脚構造１０Ａとされてもよい。

本発明は、建築物の柱脚構造に適用できる。

本発明の実施形態１に係るシステムの概略ブロック図である。同システムの概略図である。同システムの柱脚構造の概略図である。同柱脚構造の柱脚部の詳細図である。同柱脚部の柱受け部材の部分詳細図である。同システムの制御ブロック図である。同システムの球面電磁石マトリックスの平面展開図である。建築物に作用する揺れ方向の説明図である。同システムの他の例の概略図である。本発明の実施形態２に係るシステムの概略ブロック図である。同システムの概略図である。本発明の変形例の二面図である。

符号の説明

１柱
２柱本体
１０柱脚構造
１１柱脚部
１２基端部
１３球状体
１４柱受け部材
１４ａ受け部内面
１５磁気シールド部材
１６下部部材
１７上部部材
２０外乱検知部
２１加速度計
２２地震計
３０制御装置
３１外乱解析部
３２固定度算出部
３３電流指令値生成部
４１球面電磁石マトリックス
４２マトリックス用電源
Ｓシステム
Ｂ基礎
Ｋ建築物
Ｍメインフレーム

Claims

柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを備えてなることを特徴とする柱脚構造。
球状体に作用する力が電磁力とされてなることを特徴とする請求項１記載の柱脚構造。
電磁力が、球状体を包むようにして保持する柱受け部材の球状とされた内面に、球面マトリックス状に配設された電磁石により生成されることを特徴とする請求項２記載の柱脚構造。
球状体が、球状体本体とその外側に配設された外皮とからなる二重構造とされてなることを特徴とする請求項１記載の柱脚構造。
柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における制震方法であって、
建築物に備えられた加速度計により当該建築物に作用する揺れの大きさおよび方向を検知し、その揺れの大きさおよび方向に応じて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節して制震する
ことを特徴とする制震方法。
柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における制震方法であって、
地震計により検知された地震の大きさおよびその揺れ方向に基づいて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節する
ことを特徴とする制震方法。
柱脚の基端部に突出させて配設された球状体と、該球状体に作用する力を調節して柱脚の固定度を調節する固定度調節機構とを有する柱脚構造を備えてなる建築物における応力制御方法であって、
建築物のメインフレームに設けられた歪センサにより検出された歪量により算出された応力に基づいて球状体に作用する力を調節し、それにより柱脚の固定度を調節してメインフレームの応力を制御する
ことを特徴とする応力制御方法。
外乱検知部と柱脚構造と制御装置とを備えてなる制震システムであって、
前記柱脚構造は、柱脚の基端部に柱脚の固定度を調節する固定度調節機構を備え、
前記制御装置は、前記外乱検知部からの入力を解析して揺れの大きさおよびその方向を解析する外乱解析部と、前記外乱解析部の解析結果に基づいて柱脚部の固定度を算出する固定度算出部と、前記固定度算出部により算出された固定度に応じた指令値を生成して固定度調節機構に出力する指令値生成部とを備えてなる
ことを特徴とする制震システム。
外乱検知部が、加速度計および／または地震計を含むものとされてなることを特徴とする請求項８記載の制震システム。
固定度調節機構が、揺れ方向と揺れ方向と直交する方向に固定度が調節可能とされ、
指令値生成部が、揺れと直交する方向の固定度を高くするよう指令値を生成する
ことを特徴とする請求項８記載の制震システム。
変位検知部と柱脚構造と制御装置とを備えてなるメインフレームに作用する応力を制御する応力制御システムであって、
前記柱脚構造は、柱脚の基端部に柱脚の固定度を調節する固定度調節機構を備え、
前記制御装置は、前記変位検知部からの入力を解析してメインフレームに発生する応力の大きさを解析する応力解析部と、前記応力解析部の解析結果に基づいて柱脚部の固定度を算出する固定度算出部と、前記固定度算出部により算出された固定度に応じた指令値を生成して固定度調節機構に出力する指令値生成部とを備えてなる
ことを特徴とする応力制御システム。