JP2010013934A

JP2010013934A - 建物の制震構造

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Publication number: JP2010013934A
Application number: JP2009240779A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Katsura; 大輔桂; Satoshi Sasaki; 聡佐々木; Yasuto Sasaki; 康人佐々木
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: JP4909395B2

Abstract

【課題】地震エネルギ吸収能力を確保し、かつ柱の軸方向耐力を確保し、構面内の開口部の形成が制約されにくい制震構造を提供することにある。
【解決手段】相対的に上側の架構を相対的に下側の架構上に水平方向相対変位可能に支持する滑り支承１１と、上側の架構における柱梁接合部１０から延びる梁１の下面と前記下側の架構における柱２Ｂの頭部近傍から水平方向へ前記梁１と平行に張り出したブラケット１２との間に連結されたパネルダンパ１３とを備え、このパネルダンパ１３は、前記梁１とブラケット１２との間で水平剪断力を受けて塑性変形可能なウェブパネル１３ａを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物に適用される制震構造に関するものである。

建築物における制震構造は、基本的にはばねと、減衰部材であるダンパとから構成される。ダンパには履歴型ダンパ等、種々のものがあり、また、前記履歴型ダンパとしては、例えば降伏点の低い鋼材等からなるパネルダンパが知られている。図１０（Ａ）は、パネルダンパを用いた従来の制震構造の一例を概略的に示すもので、図中１０１，１０２は上下の鉄骨梁、１０３，１０４は前記鉄骨梁１０１，１０２に交差した鉄骨柱である。前記鉄骨梁１０１，１０２間には、その対向方向に設けた鋼材等からなる支持部材１０５，１０６を介してパネルダンパ１０７が連結され、前記鉄骨梁１０１，１０２と鉄骨柱１０３，１０４とで囲まれた構面内に、ブレース状又は間柱状に配置されている（図示の例は間柱状のものである）。

上記の構造においては、鉄骨架構全体がばねの働きをしており、パネルダンパ１０７は、地震の加速度が入力されると、図１０（Ｂ）に示されるように、鉄骨梁１０１，１０２が水平方向へ相対変位されるのに伴い、支持部材１０５，１０６間で自らが大きく剪断降伏変形することによって振動エネルギを吸収し、上部の構造体に被害が及ぶのを防止するものである。また、地震発生時の構造物全体の変形を小さくし、カーテンウォールの落下を防ぐ等の効果がある。

実開平７−３１７３７０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、鉄骨梁１０１，１０２と鉄骨柱１０３，１０４とで囲まれた構面内に、支持部材１０５，１０６及びパネルダンパ１０７がブレース状又は間柱状に配置される場合は、これらが前記構面を塞ぐような形になるので、図１０（Ａ）に一点鎖線で示されるように、窓やドア等の開口部１０８を形成する構面や、居室内部に位置する構面にはパネルダンパ１０７の設置が困難である。また、設置した場合、開口部１０８の形成が制約されたり、開口部１０８に露出した状態で設置せざるを得なかったり、あるいは居室等のレイアウトの妨げとなる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、地震エネルギ吸収能力を確保し、かつ柱の軸方向耐力を確保し、構面内の開口部の形成が制約されにくい制震構造を提供することにある。

上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち本発明に係る建物の制震構造は、相対的に上側の架構と相対的に下側の架構における柱頭部との間、及び前記相対的に上側の架構における柱梁接合部から延びる梁の下面と前記相対的に下側の架構における柱頭部近傍から水平方向へ前記梁と平行に張り出したブラケットとの間のうち、いずれか一方に前記相対的に上側の架構を前記相対的に下側の架構上に水平方向相対変位可能に支持する滑り支承を設け、他方にパネルダンパを連結し、このパネルダンパは、水平剪断力を受けて塑性変形可能なウェブパネルを有することを特徴とするものである。

本発明に係る建物の制震構造によると、鉛直荷重を水平方向相対変位可能に支持する滑り支承と、地震による相対的に下側の架構と上側の架構との間で水平剪断力を受けて塑性変形されるパネルダンパを備えるため、優れた制震機能を得ることができ、しかも、ブレース状又は間柱状の支持部材等を用いないので、従来の制震構造に比較して、施工コストや重量を低減することができる。

また、パネルダンパ及び滑り支承を鉄骨柱の一部として工場で製作し、そのまま現場へ搬入することができるので、現場での施工を容易・迅速に行うことができ、前記パネルダンパ及び滑り支承等の要素が構面内の開口部等に露出することがないので、前記開口部等の設計上の制約を受けにくいといった、優れた効果が実現される。

本発明に係る建物の制震構造の一実施形態を部分的に示すもので、（Ａ）は立面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視図である。上記実施形態による作用を示すもので、（Ａ）は通常状態、（Ｂ）は地震による変形状態を示す説明図である。上記実施形態の制震構造を採用した鉄骨建築物を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視の立面図である。上記実施形態で適用される滑り支承の構成を示す説明図である。上記実施形態で適用される滑り支承の他の構成を示す説明図である。上記実施形態で適用される滑り支承の他の構成を示す説明図である。曲面滑り支承の構成を示す説明図である。本発明に係る建物の制震構造の他の実施形態を部分的に示すもので、（Ａ）は立面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視図である。本発明に係る建物の制震構造の他の実施形態を部分的に示す立面図である。従来技術による建物の制震構造を示すもので、（Ａ）は通常状態、（Ｂ）は地震による変形状態を示す説明図である。

図１は、本発明に係る建物の制震構造を鉄骨構造の架構に適用した一実施形態を部分的に示すもので、（Ａ）は立面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視図である。この図において、符号１は鉄骨梁、符号２Ａは下端部がこの鉄骨梁１に溶接等によって接合された角型鋼管等からなる鉄骨柱（以下、上部鉄骨柱という）、符号２Ｂは鉄骨梁１の下方に前記上部鉄骨柱２Ａの真下に位置して配置された角型鋼管等からなる鉄骨柱（以下、下部鉄骨柱という）である。

上部鉄骨柱２Ａと鉄骨梁１との柱梁接合部１０の下面と、その下側に位置する下部鉄骨柱２Ｂの頭部との間には、前記柱梁接合部１０の下面を水平方向相対変位自在に支承し、その鉛直荷重を下部鉄骨柱２Ｂ（下部架構）へ伝達する可動支承として、滑り支承１１が設けられている。また、下部鉄骨柱２Ｂの頭部近傍には、水平方向へ鉄骨梁１と平行に複数方向へ張り出した状態で複数のブラケット１２が溶接等により接合されており、各ブラケット１２と前記鉄骨梁１との間には、それぞれ履歴型ダンパの一種であるパネルダンパ１３が、複数のボルト等により連結されている。

パネルダンパ１３は、よく知られているように、降伏点が著しく低く、かつ伸びの良い鋼材（例えば極低降伏点鋼と呼ばれる）からなるウェブパネル（剪断パネル）１３ａと、その周囲に溶接され、ウェブパネル１３ａに対して垂直な面をなすフランジ枠１３ｂとを有するものである。この実施形態において、各パネルダンパ１３は、前記ウェブパネル１３ａが鉄骨梁１の延長方向と平行な鉛直面をなすように取り付けられている。

下部鉄骨柱２Ｂと各パネルダンパ１３との間には、それぞれ適当なクリアランスδが設けられている。このクリアランスδは、パネルダンパ１３の剪断変形量を考慮して、例えば３０ｍｍ以上に設定される。

上記構成によれば、上部鉄骨柱２Ａ及び鉄骨梁１を含む上部架構による鉛直方向の荷重が、柱梁接合部１０の下面から滑り支承１１を介して下部鉄骨柱２Ｂへ伝達され、層間の剪断力は、下部鉄骨柱２Ｂに接合されたブラケット１２と、上部鉄骨柱２Ａに接合された鉄骨梁１との間で、パネルダンパ１３を介して伝達され、図１（Ａ）の立面に対して垂直な方向に対する鉄骨梁１の曲げモーメントは、前記パネルダンパ１３のフランジ枠１３ｂを介して伝達され、同方向に対する鉄骨梁１の水平剪断力は、前記フランジ枠１３ｂを介して下部鉄骨柱２Ｂに伝達される。

地震による水平方向の加速度が入力された場合は、図２（Ａ）に示される通常状態から、同（Ｂ）に示されるように、下部鉄骨柱２Ｂとその上側の鉄骨架構（上部鉄骨柱２Ａ、鉄骨梁１及びその接合部１０等）が、滑り支承１１における摺動を伴いながら相対変位し、パネルダンパ１３が繰り返し塑性変形を受けることによって、振動エネルギが消費される。そして、パネルダンパ１３の高さ寸法を、階高よりも十分に小さくすれば、この図における下側の鉄骨梁１と上側の鉄骨梁１との相対的な変位角（層間変位角）に比較して、パネルダンパ１３に与えられる剪断変位角が大きくなり、大きな減衰効果を発揮することができる。

また、この実施形態によれば、先に説明した図１０の従来技術のような、鋼材等による間柱状あるいはブレース状の支持部材１０５，１０６が不要であるため、施工コストや重量の軽減を図ることができる。しかも、滑り支承１１、ブラケット１２及びパネルダンパ１３が、柱梁接合部１０の近傍に設けられるものであることから、これらを、図２に一点鎖線で示される天井板３より上側の天井空間内に格納することができる。したがって、前記滑り支承１１、ブラケット１２及びパネルダンパ１３が構面内の開口部４から露出したり、この開口部４等の設計が制約を受けることがない。

図３は、本発明の制震構造を採用した四層の鉄骨建築物の一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’矢視の立面図である。すなわち、この図３においては、各層の鉄骨柱２の頭部に、各層の鉄骨梁１が水平方向へ格子状に結合されており、滑り支承１１、ブラケット１２及びパネルダンパ１３は、前記各鉄骨柱２と鉄骨梁１との柱梁接合部１０のうち、水平方向に対しては一つおきに、また鉛直方向に対しては各層に直列に配置されている。

図３（Ｂ）に示されるように、鉄骨梁１は、柱梁接合部１０を構成する第一の梁部材１ａと、水平方向に隣り合う第一の梁部材１ａ間に、添接板等を介してボルトにより接合される第二の梁部材１ｂからなる。鉄骨柱２は、第一の梁部材１ａ又はこの第一の梁部材１ａとブラケット１２及びパネルダンパ１３等を介して二層分が連結された状態に予め工場で製作され、滑り支承１１、ブラケット１２及びパネルダンパ１３は、鉄骨柱２の一部として工場で組み込み製作されたものである。

したがって、上記図３に示された鉄骨建築物の施工においては、まず二層分の高さの鉄骨柱２，２，・・・の建方を行い、その中間高さ及び上端に位置する一層目の第一の梁部材１ａ，１ａ，・・・間及び二層目の第一の梁部材１ａ，１ａ，・・・間に、それぞれ第二の梁部材１ｂ，１ｂ，・・・を接合し、次に三・四層目の鉄骨柱２，２，・・・を二層目の鉄骨柱上に建てて接合していくといった、通常の場合と同様の手順で施工することができ、パネルダンパ１３等の取り付けのための別工程が不要である。

滑り支承１１は、基本的には下部鉄骨柱２Ｂの上端面に接合された下部摺動部材と、これに対向する上部鉄骨柱２Ａ側の下端面に接合された上部摺動部材が、互いに水平方向摺動可能に密接衝合された構造を備えるもので、その具体例としては、図４乃至図７に示されるようなものが好適である。

このうち、図４に示される滑り支承１１は、下部摺動部材が、下部鉄骨柱２Ｂの頭部上面を構成するエンドプレート２ｂに、図示されていない螺子部材等により固定された平滑なステンレス鋼板１１１からなり、これに摺動可能に衝合される上部摺動部材が、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン；例えば商品名テフロン）等の低摩擦樹脂板１１２からなり、この低摩擦樹脂板１１２が、上部鉄骨柱２Ａの下端面を構成するエンドプレート２ａに図示されていない螺子部材等により固定された金属製ホルダ１１３の下面に接着された構造を備える。

また、図５に示される滑り支承１１は、下部摺動部材が、図４と同様のステンレス鋼板１１１からなり、上部摺動部材がＰＴＦＥ等の低摩擦樹脂板１１２からなる。上部鉄骨柱２Ａのエンドプレート２ａには、金属製ホルダ１１３が図示されていない螺子部材等により固定され、その下側にゴム板１１４を介して金属製の第二ホルダ１１５が連結され、前記低摩擦樹脂板１１２が、この第二ホルダ１１５の下面に接着されている。前記ゴム板１１４は、施工誤差を吸収すると共に、接合部にかかる曲げモーメントを減少させるので、滑り支承１１の機能を保持するのに有効である。また、前記ゴム板１１４としては、例えばクロロプレンゴム等を用いることが有効である。

また、図６に示される滑り支承１１は、下部摺動部材が、下部鉄骨柱２Ｂの上端面を構成するエンドプレート２ｂに、図示されていない螺子部材等により固定された平滑なステンレス鋼板１１１からなり、これに摺動可能に衝合される上部摺動部材が、上部鉄骨柱２Ａの下端面を構成するエンドプレート２ａに図示されていない螺子部材等により固定された平滑なステンレス板１１６からなるものである。

また、図７に示される滑り支承１１は、振り子運動を利用したもので、球面滑り支承あるいは曲面滑り支承と呼ばれ、上下に配置された一対の板状部材１１７Ａ，１１７Ｂにおける互いの対向面のうち一方又は双方に、球状凹面１１７ａを形成し、前記両板状部材１１７Ａ，１１７Ｂ間に、前記球状凹面１１７ａとの接触面が球状凸面１１８ａをなす可動子１１８を介在させてある。前記球状凹面１１７ａと球状凸面１１８ａによる摺動面は、ＰＴＦＥ等、低摩擦係数の材料で形成される。なお、１１９はダストシールである。

なお、上述した図４乃至図７の滑り支承１１においては、摺動面の摩擦力により、地震エネルギをある程度吸収することができる。

図８の立面図（Ａ）及びＢ−Ｂ’矢視図（Ｂ）に示される実施形態は、基本的には先の図１と同様に、下部鉄骨柱２Ｂの上端面に柱梁接合部１０の下面を水平方向相対変位自在に支承する滑り支承１１と、下部鉄骨柱２Ｂの上端近傍に、水平方向へ鉄骨梁１と平行に四方へ張り出した状態で溶接等により接合されたブラケット１２と、このブラケット１２と前記鉄骨梁１との間に複数のボルト等により連結された四個のパネルダンパ１３からなる。各パネルダンパ１３は、ウェブパネル１３ａが鉄骨梁１の延長方向に対して直交する鉛直面をなすように取り付けられている。また、各パネルダンパ１３は、それぞれ下部鉄骨柱２Ｂの上部側面に対して、適切なクリアランスδをもって配置されている。

また、図９の立面図に示される実施形態は、上部鉄骨柱２Ａの下端面と下部鉄骨柱２Ｂの上端面が、パネルダンパ１３を介して互いに連結されている。そして、下部鉄骨柱２Ｂの上端部に接合されたブラケット１２は、両端部から上方へ延在された立上り部１２ａ，１２ａを有し、滑り支承１１が、上下に互いに近接対向する前記立上り部１２ａ，１２ａの上端面と、鉄骨梁１の下面との間に介在されたものである。前記立上り部１２ａ，１２ａは、パネルダンパ１３に対して適切なクリアランスδをもって形成されている。

１鉄骨梁
２，２Ａ，２Ｂ鉄骨柱
１０柱梁接合部
１１滑り支承
１３パネルダンパ

Claims

相対的に上側の架構と相対的に下側の架構における柱頭部との間、及び前記相対的に上側の架構における柱梁接合部から延びる梁の下面と前記相対的に下側の架構における柱頭部近傍から水平方向へ前記梁と平行に張り出したブラケットとの間のうち、いずれか一方に前記相対的に上側の架構を前記相対的に下側の架構上に水平方向相対変位可能に支持する滑り支承を設け、他方にパネルダンパを連結し、このパネルダンパは、水平剪断力を受けて塑性変形可能なウェブパネルを有することを特徴とする建物の制震構造。