JP2010242381A - 建物の制振構造及びこれを備えた建物 - Google Patents

Abstract

【課題】作用する振動エネルギーの大きさにかかわらず（特大地震、中小地震にかかわらず）、確実にエネルギー吸収効果を発揮させて建物の応答を低減させることが可能な建物の制振構造及びこれを備えた建物を提供する。
【解決手段】建物Ｓの架構２、３に一端１０ａ側を繋げて上下方向Ｈ１に突設されたエネルギー伝達部材１０と、建物Ｓの架構３に一端１１ａ側を繋げて上下方向Ｈ１に突設されるとともにエネルギー伝達部材１０と上下方向Ｈ１に並設され、エネルギー伝達部材１０と互いの他端１０ｂ、１１ｃ側同士の横方向Ｈ２の間に所定の隙間Ｇが形成されるように配設されたギャップ機構１１と、一端１２ａ側を建物Ｓの架構２に、他端１２ｂ側をエネルギー伝達部材１０にそれぞれ繋げて架設された制振ダンパー１２とを備えて制振構造Ｂを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の架構面内に設置され、地震などによって建物に作用した振動エネルギーを減衰させて建物の応答を低減させるための制振構造及びこれを備えた建物に関する。

例えば中高層建物が特大地震を受けると、建物の最弱層に損傷が生じて耐力が低下し始め、この層に地震エネルギー（振動エネルギー）が集中して層崩壊が生じ、他の層は健全性が確保されているにもかかわらず、層崩壊モードによって建物が崩壊に至るという現象が発生する。また、崩壊に至らない場合においても、最弱層の被害が甚大となり、補修による復旧が困難になる。

これに対し、従来から、建物の架構面内（例えば柱と梁で囲まれた架構面内）に種々の制振ダンパー（エネルギー吸収機構）を設置することにより地震時あるいは強風時の建物の応答を低減させる対策が多用されている。例えば図２３に示すように、建物Ｔの架構面Ｔ１内にＶ型ブレース（エネルギー伝達部材）１を設置するとともに、Ｖ型ブレース１と架構（柱２、梁３）にオイルダンパー（制振ダンパー）４を繋げて構成した制振構造Ａが多用されている。そして、このような制振構造Ａを設置した場合には、建物Ｔに振動エネルギーが作用して層間変形が生じると、Ｖ型ブレース１からオイルダンパー４にこの層間変形（振動エネルギー）が伝達され、ダンパー４内に封入されたオイルの粘性抵抗力によって振動エネルギーが吸収される。これにより、制振構造Ａによって建物Ｔに作用した振動エネルギーが減衰され、建物Ｔの応答が低減する。

ここで、オイルダンパーには、ピストンの過大変位時にダンパーが損傷することを防止するためのリリーフ機構が設けられている。このため、オイルダンパーは、ピストン速度やピストン変位量が設定値を超えると、リリーフ機構が働いてダンパーで生じる減衰力が抑えられ、ピストンが過大に変位するような層間変形が生じた場合であってもダンパーの損傷を防止するように構成されている。

そして、このようなオイルダンパーを建物の架構内に設置した場合、特大地震を受けた際にリリーフ機構が働いて減衰力が抑えられてしまうため、ダンパーによる応答低減効果が頭うちとなり、やはり、建物の最弱層に損傷が集中することを避けることが難しい。

一方、特許文献１に開示されるように、交点が上部梁と対峙するようにＶ型（Ｋ型）ブレース（エネルギー伝達部材）を設け、上部梁に鋼材ダンパー（制振ダンパー）を設け、さらに鋼材ダンパーとの間にギャップ（所定の隙間）が形成されるように、Ｖ型ブレースの交点にギャップ機構（突起）を設けて構成した制振構造もある。

この制振構造においては、ギャップ幅以上の層間変形が生じた際に、鋼材ダンパーとギャップ機構が接触し、鋼材ダンパーの剛性によって梁の水平力がＶ型ブレースに伝達され、このＶ型ブレースがせん断力を負担する層せん断耐力増強部材（層せん断力増強機構）として機能する。これにより、制振構造を設置した層の剛性が高められ、振動エネルギーを建物の各層に分散させることが可能になる。また、層間変形がさらに大きくなり、鋼材ダンパーの剛性が限界点を超えると、鋼材ダンパーが塑性変形することによって振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構として機能する。これにより、過大な層間変形が阻止される。

このようにギャップ機構を設け、ギャップ幅以上の層間変形が生じた際にＶ型ブレースや鋼材ダンパーを層間変形量に応じて層せん断耐力増強機構、エネルギー吸収機構として機能させることにより、建物全体で振動エネルギーを吸収することが可能になる。よって、この制振構造を建物の架構内に設置することにより、地震時に建物の層間変形を平準化し、建物の層崩壊を防止することが可能になりうる。

特開２０００−１７８８７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された制振構造においては、中小地震時など建物の層間変形量がギャップ幅未満である場合に、鋼材ダンパーとギャップ機構が接触しないため、鋼材ダンパーが全く制振効果を発揮しない。このため、特大地震対応のためだけに制振構造を架構面内に設置することになり、不効率であるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、作用する振動エネルギーの大きさにかかわらず（特大地震、中小地震にかかわらず）、確実にエネルギー吸収効果を発揮させて建物の応答を低減させることが可能な建物の制振構造及びこれを備えた建物を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の建物の制振構造は、建物の架構面内に設置され、前記建物に作用した振動エネルギーを減衰させて前記建物の応答を低減させるための制振構造であって、前記建物の架構に一端側を繋げて上下方向に突設されたエネルギー伝達部材と、前記建物の架構に一端側を繋げて上下方向に突設されるとともに前記エネルギー伝達部材と上下方向に並設され、前記エネルギー伝達部材と互いの他端側同士の横方向の間に所定の隙間が形成されるように配設されたギャップ機構と、一端側を前記建物の架構に、他端側を前記エネルギー伝達部材にそれぞれ繋げて架設された制振ダンパーとを備えて構成されていることを特徴とする。

この発明においては、エネルギー伝達部材とギャップ機構とが直列配置され、ギャップ機構に対して制振ダンパーが並列配置されており、例えば地震時に層間変形が生じると、エネルギー伝達部材とギャップ機構が相対的に変位し、互いの他端側同士の横方向の隙間の大きさ（ギャップ幅）が変化する。そして、例えば特大地震によって層間変形がギャップ幅以上になり、エネルギー伝達部材とギャップ機構が接触すると、エネルギー伝達部材とギャップ機構が層せん断力を負担し、過大な層間変形を阻止することが可能になる。

一方、例えば特大地震時にエネルギー伝達部材とギャップ機構が接触するまでの間、また、例えば中小地震時に層間変形がギャップ幅以内に収まっている場合には、層間変形がエネルギー伝達部材から制振ダンパーに伝達され、制振ダンパーで振動エネルギーを吸収して減衰させることが可能になる。

また、本発明の建物の制振構造においては、前記隙間を挟んで対向する前記エネルギー伝達部材の一面及び／又は前記ギャップ機構の一面に緩衝材が固設されていることが望ましい。

この発明においては、層間変形がギャップ（隙間）幅以上になり、エネルギー伝達部材とギャップ機構が接触する際に、緩衝材によって衝撃が緩和される。これにより、エネルギー伝達部材とギャップ機構の衝突現象による加速度の増大を防止できる。

本発明の建物は、上記の建物の制振構造が前記架構面内に設置されていることを特徴とする。

この発明においては、上記の建物の制振構造を架構面内に設置することにより、確実に建物の応答を低減させることが可能になる。

また、本発明の建物においては、前記建物が多層構造で形成されており、少なくとも、前記建物の制振構造がない場合に層間変形が前記所定の隙間以下となる層を除く前記建物の高さの０．６倍以下の高さ範囲に配された各層にそれぞれ、前記建物の制振構造が同数設置されていることが望ましい。

この発明においては、上記の建物の制振構造を、少なくとも建物の高さの０．６倍以下の高さ範囲に配された各層にそれぞれ同数設置することにより、確実に建物の応答を平準化することが可能になり、建物の層崩壊を防止することが可能になる。なお、一般に、上層にギャップ幅を超える層間変形が生じる場合であっても、例えば建物の最下層は変形が小さく、ギャップ幅以下の変形量になることが多い。このため、この発明において、建物の高さの０．６倍以下の高さ範囲に配されているとしても、このようなギャップ幅以下（所定の隙間以下）の変形量になる層には建物の制振構造を同数設置しなくてもよい。

本発明の建物の制振構造及びこれを備えた建物においては、例えば特大地震によって層間変形がギャップ幅以上になり、エネルギー伝達部材とギャップ機構が接触すると、エネルギー伝達部材とギャップ機構が層せん断力を負担し、過大な層間変形を阻止することが可能になる。また、例えば特大地震時にエネルギー伝達部材とギャップ機構が接触するまでの間や例えば中小地震時に層間変形がギャップ幅以内に収まっている場合には、層間変形がエネルギー伝達部材から制振ダンパーに伝達され、制振ダンパーで振動エネルギーを吸収して減衰させることが可能になる。

これにより、特大地震だけでなく中小地震時にもエネルギー吸収効果を発揮させることができ、作用する振動エネルギーの大きさにかかわらず、確実に建物の応答を低減させることが可能になる。

また、例えば特大地震時にも（大きな振動エネルギーが作用した場合にも）、エネルギー伝達部材がギャップ機構に接触してギャップ幅を大きく超えない範囲以内で変位することになるため、このエネルギー伝達部材から層間変形が伝達される制振ダンパーがギャップ幅に応じたストロークで作動することになる。これにより、制振ダンパーに過大な変形が生じることを防止でき、損傷が生じることを確実に防止できる。よって、制振ダンパーに、常にエネルギー吸収効果を発揮させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る建物の制振構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建物の制振構造をモデル化した図である。 本発明の一実施形態に係る建物の制振構造の復元力特性を示す図である。 シミュレーションに用いた入力地震波（検討波１〜９）の変位応答スペクトルを示す図である。 制振構造を設置していない場合のシミュレーション結果を示す図である。 検討波１に対して従来の制振構造を最適配置した場合（ｄ１）のシミュレーション結果を示す図である。 検討波２に対して従来の制振構造を最適配置した場合（ｄ２）のシミュレーション結果を示す図である。 検討波３に対して従来の制振構造を最適配置した場合（ｄ３）のシミュレーション結果を示す図である。 検討波４に対して従来の制振構造を最適配置した場合（ｄ４）のシミュレーション結果を示す図である。 検討波５に対して従来の制振構造を最適配置した場合（ｄ５）のシミュレーション結果を示す図である。 従来の制振構造を各階（層）に８台ずつ均等配置した場合（ｄ６）のシミュレーション結果を示す図である。 従来の制振構造を各階（層）に１２台ずつ均等配置した場合（ｄ７）のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る制振構造を各階（層）に４台ずつ均等配置した場合（ｇ１）のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る制振構造を各階（層）に８台ずつ均等配置した場合（ｇ２）のシミュレーション結果を示す図である。 本発明に係る制振構造を各階（層）に１２台ずつ均等配置した場合（ｇ３）のシミュレーション結果を示す図である。 建物の構造諸元を０．７倍にし、制振構造を設置していない場合（ｇ４）のシミュレーション結果を示す図である。 建物の構造諸元を０．７倍にし、本発明に係る制振構造を各階（層）に８台ずつ均等配置した場合（ｇ５）のシミュレーション結果を示す図である。 建物の構造諸元を１．３倍にし、制振構造を設置していない場合（ｇ６）のシミュレーション結果を示す図である。 建物の構造諸元を１．３倍にし、本発明に係る制振構造を各階（層）に８台ずつ均等配置した場合（ｇ７）のシミュレーション結果を示す図である。 建物の高さの０．６倍以下の高さ範囲の各階（層）に本発明に係る制振構造を均等配置した場合（ｇ８）のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建物の制振構造の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建物の制振構造の変形例を示す図である。 従来の制振構造を示す図である。

以下、図１から図２０を参照し、本発明の一実施形態に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物について説明する。

本実施形態の建物の制振構造Ｂは、図１に示すように、例えばオフィスビルやマンションなどの多層構造の建物Ｓの柱２と梁３（架構）で囲まれた架構面Ｓ１内に設置されて、地震時（あるいは強風時）に建物Ｓに作用した地震エネルギー（振動エネルギー）を吸収して減衰させ、建物Ｓの応答を低減させるためのものである。

そして、この制振構造Ｂは、Ｖ型ブレース（エネルギー伝達部材）１０と、ギャップ機構１１と、オイルダンパー（制振ダンパー）１２とを備えて構成されている。

Ｖ型ブレース１０は、一端１０ａ側を柱２と上部梁３の接合部に繋げ、他端１０ｂ側が架構面Ｓ１の内側に配されるように上下方向Ｈ１に突設されている。また、このＶ型ブレース１０は、他端１０ｂ側に接触体１０ｃを設けて形成され、一対のブレースを接触体１０ｃを介して接続して形成されている。

ギャップ機構１１は、断面コ字状に形成され、一端１１ａ側の底部１１ｂを下部梁（スラブ）３に繋げ、開口部が形成された他端１１ｃ側が架構面Ｓ１の内側に配されるように上下方向Ｈ１に突設されている。また、このとき、ギャップ機構１１は、Ｖ型ブレース１０の接触体１０ｃを側壁部１１ｄで内包するように配設され、Ｖ型ブレース１０と上下方向Ｈ１に並設されている。さらに、ギャップ機構１１は、Ｖ型ブレース１０の接触体１０ｃとギャップ機構１１の側壁部１１ｄ（Ｖ型ブレース１０とギャップ機構１１の互いの他端１０ｂ、１１ｃ側同士）の横方向Ｈ２の間に所定幅のギャップ（所定の隙間）Ｇが形成されるように配設されている。

また、本実施形態においては、前記ギャップＧを挟んで対向するＶ型ブレース１０の接触体１０ｃの側面（一面）とギャップ機構１１の側壁部１１ｄの内面（一面）のうち、ギャップ機構１１の側壁部１１ｄの内面に例えばゴムや粘弾性体などの緩衝材１５が固設されている。なお、緩衝材１５は、Ｖ型ブレース１０の接触体１０ｃの側面とギャップ機構１１の側壁部１１ｄの内面の両面に設けてもよく、また、接触体１０ｃの側面にのみ設けるようにしてもよい。

一方、オイルダンパー１２は、一端１２ａ側を一方の柱２に、他端１２ｂ側をＶ型ブレース１０の接触体１０ｃにそれぞれ繋げて、水平（横方向Ｈ２）に架設されている。

このように構成した制振構造Ｂは、Ｖ型ブレース１０とギャップ機構１１とが直列配置され、ギャップ機構１１に対してオイルダンパー１２が並列配置されて、モデル化すると図２のように表すことができる。

そして、この制振構造Ｂは、特大地震によってギャップ幅Ｇ以上の層間変形が生じると、接触体１０ｃがギャップ機構１１の側壁部１１ｄに接触して梁３の水平力がＶ型ブレース１０に伝達され、Ｖ型ブレース１０とギャップ機構１１が層せん断力を負担する。これにより、制振構造Ｖを設置した層の剛性が高められ、地震エネルギーが各層に分散される。

また、特大地震によって架構２、３に層間変形が生じ、Ｖ型ブレース１０の接触体１０ｃがギャップ機構１１の側壁部１１ｄに接触するまでの間、すなわち、架構２、３の層間変形がギャップ幅Ｇに達するまでの間、この層間変形がＶ型ブレース１０からオイルダンパー１２に伝達される。そして、オイルダンパー１２のピストンが作動し、封入したオイルの粘性抵抗力によって地震エネルギーが吸収される。このとき、特大地震によって接触体１０ｃがギャップ機構１１に接触してギャップ幅Ｇを大きくは超えない範囲以内で変位するまでピストンが作動して地震エネルギーが吸収される。すなわち、オイルダンパー１２は、ギャップ幅Ｇに応じたストロークで作動することになる。このため、従来の制振構造Ａのように、ピストンが過大に作動するようなことがなく、特大地震時に損傷等が発生するおそれがない。

一方、中小地震時には、すなわち接触体１０ｃがギャップ機構１１に接触しない層間変形時には、接触体１０ｃとギャップ機構１１の接触による層せん断力の負担が行われないが、このギャップ幅Ｇを大きくは超えない範囲以内で接触体１０ｃが変位することにより、制振ダンパー１２で地震エネルギーの吸収が行われる。

これにより、中小地震や特大地震時の層間変形がギャップ幅Ｇに達するまでは制振ダンパー１２による地震エネルギーの吸収効果が発揮され、層間変形がギャップ幅Ｇ以上になったときにはＶ型ブレース１０とギャップ機構１１によって層せん断力が負担され、層間変形の増大が抑制される。このため、本実施形態の制振構造Ｂを建物Ｓに設置することで、特大地震時の建物Ｓ全体の応答を平準化することができ、特大地震時の層崩壊モードによって建物Ｓが崩壊に至るという現象、すなわち建物Ｓの最弱層に損傷が生じその耐力が低下することによって層崩壊が生じる現象、あるいは最弱層の被害が甚大となり補修による復旧が困難になる事態を防止できる。さらに、特大地震に対してだけではなく、長周期地震動によって高層建物（多層構造の建物）Ｓが共振し応答が大きくなるような場合においても、同様に応答低減効果、応答平準化の効果が発揮される。

また、本実施形態では、緩衝材１５が設けられているため、層間変形がギャップ幅Ｇ以上になり、接触体１０ｃがギャップ機構１１に接触する際には、緩衝材１５によって衝撃が緩和される。これにより、接触体１０ｃとギャップ機構１１の接触によって加速度が増大することがなく、確実に建物Ｓの応答低減効果が発揮される。

ここで、本実施形態の制振構造Ｂ及びこれを備えた建物Ｓの優位性を明らかにするために行ったシミュレーションについて説明する。

このシミュレーションでは、４０階の建物Ｓを想定し、この建物Ｓを１本棒せん断モデルでモデル化している。また、建物Ｓの構造躯体諸元は表１に示すようにした。さらに、建物Ｓの減衰は、建物Ｓの１次固有周期（０．２６Ｈｚ）及び２次固有周期（０．７１Ｈｚ）で２％のレーリー減衰とし、さらに、建物Ｓの復元力特性はノーマルトリリニアとした。また、Ｑｃ（ひび割れ時層せん断力）及びＱｕ（終局層せん断力）は、静的載荷解析の荷重係数１．０及び２．１５の点とし、Ｑｙ（降伏層せん断力）は復元力特性の面積が等価になるように設定した。

また、Ｖ型ブレース１０は、２５０×２５０×９×１４ｍｍ（高さ×幅×ウェブ厚×フランジ厚）のＨ形鋼を用いて形成し、高さを３ｍ、幅を６ｍとしている。このとき、剛性ｋを４３５×１０^６Ｎ／ｍ（ｋ＝αＥＡ／Ｌ；α（角度補正）＝０．５、Ｅ（縦弾性係数）＝２００×１０^９Ｎ／ｍ^２、Ａ（面積）＝２（Ｈ形鋼２本分）×９２．１８×１０^−４ｍ^２、Ｌ（長さ）＝３（高さ）×√２ｍ）とした。

さらに、制振ダンパー１２には、建物周期３．０ｓｅｃ時の最大減衰力が２００ｔｏｎｆ、ストローク±６０ｍｍ、ダンパー剛性４４０×１０^６Ｎ／ｍのオイルダンパーを用いている。また、このオイルダンパー１２は、リリーフ速度が３．４ｃｍ／ｓ、リリーフ荷重が１７０ｔｏｎｆのものを用いている。

そして、上記のように設定した制振構造Ｂの復元力特性を表２に示す。なお、図３に示すように、立ち上がり層間変形角から頭打ち層間変形角の間（すなわち接触体１０ｃとギャップ機構１１が当接している間）はｃｏｓカーブで補間している。また、頭打ち層間変形角のときの制振構造Ｂの１台あたりの負担せん断力は、ダンパーリリーフ荷重の１．５倍としている。

さらに、本シミュレーションで用いた入力地震動には、入力波形が図４の周期と変位応答スペクトルの関係となる９つの検討波を用いた。ここで、建物の一次固有周期は３．９１秒であった。

ついで、図５は、上記の検討波（検討波１〜９）の地震波をそれぞれ、制振構造を備えていない建物Ｓに入力した場合の各層（各階）の層間変形角を示している。この図から、検討波１〜３を入力した場合には、２０階と３０階で層間変形角が大きくなり、検討波６を入力した場合には、７階で層間変形角が大きくなり、７階より上層はそれほど層間変形角が大きくならないことが確認された。一方、検討波５、８、９を入力した場合には、３５階より上層で層間変形角が大きくなる結果となった。

一方、表３はＶ型ブレース１とオイルダンパー４で構成した従来の制振構造Ａ（図２３参照）、表４は本発明に係る制振構造Ｂの配置（各層への設置数）を示している。そして、表３において、ｄ１は検討波１、ｄ２は検討波２、ｄ３は検討波３、ｄ４は検討波４、ｄ５は検討波５の各地震動に対し、モーダルアナリシスから設定した最適配置（目標層間変形角０．０１）である。このモーダルアナリシスによる最適化では、線形モデルによる応答解析を行い、最大層間変形角によって等価剛性を修正しながら最適配置を求めている。なお、検討波６〜９の各地震波に対しては、モーダルアナリシスによる最適化では制振ダンパー不要との結果となっている。

そして、図６から図１０は、従来の制振構造Ａを各検討波１〜５に対してそれぞれ最適配置した解析モデル（表３のｄ１〜ｄ５）に、検討波１〜９の地震波をそれぞれ入力した際の層間変形角を示している。検討波１を対象としてモーダルアナリシスにより制振構造Ａを最適配置した結果を示す図６（ｄ１）では、制振構造Ａを集中配置した７階〜２２階で層間変形角が０．０１以下となっているが、制振構造Ａを配置していない２階と３０階付近で層間変形角が大きくなっている。また、検討波２〜５を対象としてそれぞれ制振構造Ａを最適配置した図７（ｄ２）、図８（ｄ３）、図９（ｄ４）、図１０（ｄ５）の結果から、最適配置の対象とした地震波に対しても最適化の目標値（最大層間変形角０．０１）を満たすことができないことが確認された。さらに、従来の制振構造Ａを設置した場合には、各階の層間変形角に大きな差（各階の層間変形角の分布にでこぼこ）が生じる結果となった。すなわち、建物Ｓの応答を平準化することができないことが確認された。

この結果から、従来の最適化手法であるモーダルアナリシスによる最適化では、本シミュレーションで用いた大きな地震波の入力に対してあまり有効ではないことが確認された。なお、この結果は、等価線形化の適用範囲を逸脱しており、適切な最適手法とはなっていないことが要因として挙げられる。

ここで、図１１は、表３で示した従来の制振構造Ａを各層に８台ずつ均等配置（同数設置）したｄ６、図１２は、各層に制振構造Ａを１２台ずつ均等配置したｄ７の解析モデルに対して検討波１〜９の地震波をそれぞれ入力した際の層間変形角を示している。なお、制振構造Ａを設置していない場合において（図５において）、層間変形角が０．００５以下となった１階には制振構造Ａを設置せず、２階から４０階までの各層に制振構造Ａを均等配置している。すなわち、上層にギャップ幅Ｇを超える層間変形が生じる場合であっても、建物Ｓの１階（最下層）は変形が小さく、制振構造Ａを設置しなくてもギャップ幅Ｇ以下の変形量になる。このため、ここでは、１階を除く各層に制振構造Ａを均等配置している。

そして、この図１１及び図１２の結果から、従来の制振構造Ａを各層に均等配置することにより、１５階〜２０階付近で層間変形角が０．０１を大きく超えているが、全般的に各層の層間変形が小さくなることが確認された。そして、これらの図を参考にして、制振構造Ａの配置を見直しながら非線形時刻歴応答解析を何度も繰り返し行うことで、最適な配置を求めることが可能であるが、複数の地震波のすべてに対して最適な制振構造Ａの配置を求める作業は多大な労力を要することになる。

一方、図１３から図１５は、表４で示した本発明に係る制振構造Ｂを各層に４台ずつ均等配置したｇ１、８台ずつ均等配置したｇ２、１２台ずつ均等配置したｇ３の解析モデルに対して検討波１〜９の地震波をそれぞれ入力した際の層間変形角を示している。なお、このケースにおいても、制振構造Ｂを設置していない場合において（図５において）、層間変形角が０．００５以下となった１階には制振構造Ｂを設置せず、２階から４０階までの各層に制振構造Ｂを均等配置している。すなわち、上層にギャップ幅Ｇを超える層間変形が生じる場合であっても、建物Ｓの１階（最下層）は変形が小さく、制振構造Ｂを設置しなくてもギャップ幅Ｇ以下の変形量になる。このため、１階を除く各層に制振構造Ｂを均等配置している。

そして、図１３の結果から、制振構造Ｂを各層に４台ずつ均等配置することにより、制振構造無しの場合と比較し、層間変形角が全体的に小さくなることが確認された。

また、制振構造Ｂを８台ずつ均等配置した図１４の結果から、検討波１においては６階〜２６階で層間変形角が０．０１を超え、検討波３で僅かに層間変形角が０．０１を超える階が存在するが、それ以外の階では層間変形角が０．０１以下となり、層間変形角が全体的に小さくなる平準化が確認された。

さらに、制振構造を１２台ずつ均等配置した図１５の結果から、検討波１においては、６階〜２１階で層間変形角が０．０１を僅かに超えているが、図１４よりもさらに層間変形角の平準化効果が確認された。また、層間変形角の分布は、建物高さの６割（４０階×０．６＝２４階）以下の高さで均等な層間変形角となり、それ以上の高さ（２４階以上）では、上層に向けて層間変形角が小さくなる傾向が確認された。

さらに、制振構造Ａ、Ｂを同数設置（８台ずつ）した従来の制振構造Ａの図１１と本発明の制振構造Ｂの図１４、制振構造Ａ、Ｂを１２台ずつ設置した従来の制振構造Ａの図１２と本発明の図１５を比較すると、本発明に係る制振構造Ｂの層間変形角が小さく、平準化効果が大きいことが確認された。

ここで、実際の建物は、積載荷重の変化や経年劣化による剛性低下などで、設計時の構造諸元と異なる可能性がある。このため、建物Ｓの剛性及び耐力（構造諸元）を０．７倍、１．３倍にした場合に対し、本発明に係る制振構造Ｂの効果を検証した。そして、表４のｇ４、ｇ５は構造諸元を０．７倍にした解析ケースであり、ｇ４は制振構造無しの場合、ｇ５は本発明に係る制振構造Ｂを各層に８台ずつ均等配置した場合である。また、ｇ６、ｇ７は構造諸元を１．３倍にした解析ケースである。なお、このケースにおいても、２階から４０階までの各層に制振構造Ｂを均等配置している。

そして、構造諸元を０．７倍にし、制振構造無しのｇ４の解析ケースの結果を示した図１６から、構造諸元を０．７倍にすることで、図５と比較して、建物Ｓの上部で層間変形角が大きくなることが確認された。

また、構造諸元を０．７倍にし、制振構造Ｂを各層に８台ずつ均等配置したｇ５の解析ケースの結果を示した図１７から、同じく制振構造Ｂを８台ずつ均等配した図１４と比較し、制振構造Ｂによる平準化効果がより大きくなることが確認された。すなわち、構造諸元を小さくし、本発明の制振構造Ｂを均等配置することにより、建物全体の層間変形角を小さくすることが可能になることが確認された。これは、建物本体が負担するせん断力の割合が小さくなった分、制振構造Ｂが負担するせん断力の割合が大きくなり、効果的に制振構造Ｂによる応答低減効果が発揮されることで、平準化効果がより大きくなるためである。

また、構造諸元を１．３倍にし、制振構造無しのｇ６の解析ケースの結果を示した図１８では、構造諸元を１．３倍にすることで全般的に層間変形角が小さくなっているが、構造諸元を０．７倍にしたときほど大きな層間変形角の分布の変化が生じていない。すなわち、単に建物Ｓの構造諸元を大きくしても層間変形角を平準化する効果が期待できないことが確認された。

一方、構造諸元を１．３倍にし、本発明の制振構造Ｂを各層に８台ずつ均等配置したｇ７の解析ケースの結果を示す図１９から、同じく制振構造Ｂを８台ずつ均等配置した図１４と比較し、制振構造Ｂによる層間変形角の平準化効果が小さくなることが確認された。このことから、建物Ｓが現設計時よりも剛構造になる場合には、制振構造Ｂの効果が小さくなることが確認された。

ここで、本発明の制振構造Ｂを均等配置した図１３から図１５の結果により、層間変形角の平準化効果が確認され、層間変形角の分布が建物Ｓの高さの６割（４０階×０．６＝２４階）以下の高さで均等な層間変形角となり、それ以上の高さ（２４階以上）では、上層に向けて層間変形角が小さくなる傾向が確認された。これに基づいて、下層部に対し上層部の制振構造Ｂの設置数を減らした最適配置が可能であるかを検証した。そして、ここでは、建物Ｓの高さの０．６倍の位置の階（４０階×０．６＝２４階）を境に、制振構造Ｂを均等配置する下層部（建物高さの０．６倍の高さ範囲）と、直線的に制振構造Ｂの設置数を減らす上層部とに分けたｇ８の解析ケース（表４）で検証を行った。なお、このケースにおいても、制振構造Ｂを設置していない場合において（図５において）、層間変形角が０．００５以下となった１階には制振構造を設置していない。すなわち、建物Ｓの高さの０．６倍以下の高さ範囲であっても、ギャップ幅Ｇ以下（所定の隙間以下）の変形量になる１階（最下層）には制振構造Ｂを設置していない。また、制振構造Ｂの設置総数が、表３で示したモーダルアナリシスによる検討波１に対する最適配置（ｄ１）における従来の制振構造Ａの設置総数とほぼ同等になるようにしている。

このｇ８の解析ケースの結果を示す図２０から、上層部における制振構造の個数を直線的に減らすことにより、さらなる層間変形角の平準化が図られ、検討波１の場合においても、ほぼ層間変形角が０．０１以内に納まることが確認された。

したがって、本実施形態の建物の制振構造Ｂ及びこれを備えた建物Ｓにおいては、制振構造Ｂが架構２、３に繋がるＶ型ブレース１０に対しギャップ機構１１を直列に配置し、このギャップ機構１１に対しオイルダンパー（制振ダンパー）１２を並列に配置して構成されていることにより、中小地震や特大地震時の層間変形がギャップ幅Ｇに達するまではオイルダンパー１２による地震エネルギーの吸収効果が発揮され、層間変形がギャップ幅Ｇ以上になったときにはＶ型ブレース１０とギャップ機構１１によって層せん断力が負担され、層間変形の増大を抑制することが可能になる。また、ギャップ機構１１と接触体１０ｃのギャップ幅Ｇに応じてオイルダンパー１２のストロークが決まるため、特大地震時にオイルダンパー１２に大きな変形が加わることが防止され、オイルダンパー１２の損傷等を防止することも可能になる。これにより、オイルダンパー１２に、常にエネルギー吸収効果を発揮させることが可能になる。

そして、この制振構造Ｂを建物Ｓの架構面Ｓ１内に設置することで、従来の制振構造Ａを設置した場合と比較し、特大地震時の建物全体の応答を平準化することができ、特大地震時の層崩壊モードによって建物Ｓが崩壊に至るという現象、あるいは最弱層の被害が甚大となり補修による復旧が困難になる事態を防止することが可能になる。さらに、特大地震に対してだけではなく、長周期地震動によって高層建物が共振し応答が大きくなるような場合においても、同様に応答低減効果、応答平準化の効果を発揮させることが可能である。

また、本実施形態の制振構造Ｂは、オイルダンパー１２を設置するためのＶ型ブレース１０を利用してギャップ機構１１を設ける構成であるため、ギャップ機構１１の設置が容易であり、従来のオイルダンパー１２の設置方法を変更する必要がない。このため、施工性を行うことなく安価に制振構造Ｂを設置することが可能である。

さらに、ギャップ機構１１の側壁部１１ｄの内面に緩衝材１５が固設されているため、層間変形がギャップ（隙間Ｇ）幅以上になり、Ｖ型ブレース１０の接触体１０ｃとギャップ機構１１が接触する際に、緩衝材１５によって衝撃が緩和される。これにより、Ｖ型ブレース１０とギャップ機構１１の衝突現象による加速度の増大が発生することを防止でき、より確実に建物Ｓの応答を低減させることが可能になる。

また、建物Ｓが多層構造で形成され、少なくとも、建物Ｓの制振構造Ｂがない場合に層間変形がギャップ幅Ｇ以下となる層（本実施形態では最下層）を除く建物Ｓの高さの０．６倍以下の高さ範囲に配された各層にそれぞれ、建物Ｓの制振構造Ｂを同数設置することにより、確実に建物Ｓの応答を平準化することが可能になり、建物Ｓの層崩壊を防止することが可能になる。そして、建物Ｓの高さの０．６倍以上の上層部に設置する制振構造Ｂの設置数を上層に向かうに従い漸次（直線的あるいは曲線的に）減らして、効率的に建物Ｓの応答低減効果を発揮させることが可能になる。

また、本実施形態の制振構造Ｂを建物Ｓに設置した場合には、建物本体の構造諸元を小さくするほど、優れた応答低減効果を得ることが可能である。

以上、本発明に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施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、本実施形態では、本発明の建物の制振構造に係るエネルギー伝達部材がＶ型ブレース、制振ダンパーがオイルダンパーであるものとして説明を行ったが、エネルギー伝達部材をＶ型ブレース、制振ダンパーをオイルダンパーに限定する必要はない。

例えば、図２１に示すように、一端２０ａ側を架構（下部梁３、スラブ）に繋げ、架構面Ｓ１内の内側に向けて上下方向Ｈ１に突設した壁状部材２０をエネルギー伝達部材とし、この壁状部材２０の他端２０ｂ側に形成した凹所２０ｃに他端２１ａ側が所定の隙間（ギャップＧ）をあけて挿入されるように一端２１ｂ側を架構（上部梁３）に繋げて上下方向Ｈ１に突設したブロック状部材２１をギャップ機構とし、オイルダンパー１２を、一端１２ａ側を架構（一方の柱２）に、他端１２ｂ側を壁状部材２０にそれぞれ繋げて架設し、本発明に係る建物の制振構造Ｂを構成するようにしてもよい。

さらに、図２２に示すように、一端２２ａ側を架構３に繋げて上下方向Ｈ１に突設され、他端２２ｂ側に凹所２２ｃを備えた第１壁状部材２２をエネルギー伝達部材とし、一端２３ａ側を架構３に繋げて上下方向Ｈ１に突設した第２壁状部材２３の他端２３ｂ側に一体にブロック状のギャップ機構２４を設け、第２壁状部材２３を介してこのギャップ機構２４の一端２４ａ側を架構３に繋げ、第１壁状部材２２と第２壁状部材２３に架け渡して鋼材ダンパーなどの制振ダンパー２５を設け、この制振ダンパー２５の一端２５ａ側を第２壁状部材２３を介して架構３に繋げて、本発明に係る建物の制振構造Ｂを構成するようにしてもよい。

すなわち、本発明に係る建物の制振構造は、エネルギー伝達部材とギャップ機構が直列配置され、ギャップ機構に対して制振ダンパーが並列配置されて、図２のようにモデル化することが可能であればよく、このように構成することで本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

１ Ｖ型ブレース
２ 柱（架構）
３ 梁（架構）
１０ Ｖ型ブレース（エネルギー伝達部材）
１０ａ 一端
１０ｂ 他端
１０ｃ 接触体
１１ ギャップ機構
１１ａ 一端
１１ｂ 底部
１１ｃ 他端
１１ｄ 側壁部
１２ オイルダンパー（制振ダンパー）
１２ａ 一端
１２ｂ 他端
１５ 緩衝材
２０ 壁状部材（エネルギー伝達部材）
２０ａ 一端
２０ｂ 他端
２０ｃ 凹所
２１ ブロック状部材（ギャップ機構）
２１ａ 他端
２１ｂ 一端
２２ 第１壁状部材（エネルギー伝達部材）
２２ａ 一端
２２ｂ 他端
２２ｃ 凹所
２３ 第２壁状部材
２３ａ 一端
２３ｂ 他端
２４ ギャップ機構
２４ａ 一端
２５ 制振ダンパー
２５ａ 一端
Ａ 従来の制振構造
Ｂ 建物の制振構造
Ｇ 隙間（ギャップ）
Ｈ１ 上下方向
Ｈ２ 横方向
Ｓ 建物
Ｓ１ 架構面
Ｔ 建物
Ｔ１ 架構面

Claims (4)

1. 建物の架構面内に設置され、前記建物に作用した振動エネルギーを減衰させて前記建物の応答を低減させるための制振構造であって、
   前記建物の架構に一端側を繋げて上下方向に突設されたエネルギー伝達部材と、
   前記建物の架構に一端側を繋げて上下方向に突設されるとともに前記エネルギー伝達部材と上下方向に並設され、前記エネルギー伝達部材と互いの他端側同士の横方向の間に所定の隙間が形成されるように配設されたギャップ機構と、
   一端側を前記建物の架構に、他端側を前記エネルギー伝達部材にそれぞれ繋げて架設された制振ダンパーとを備えて構成されていることを特徴とする建物の制振構造。
2. 請求項１記載の建物の制振構造において、
   前記隙間を挟んで対向する前記エネルギー伝達部材の一面及び／又は前記ギャップ機構の一面に緩衝材が固設されていることを特徴とする建物の制振構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の建物の制振構造が前記架構面内に設置されていることを特徴とする建物。
4. 請求項３記載の建物において、
   前記建物が多層構造で形成されており、少なくとも、前記建物の制振構造がない場合に層間変形が前記所定の隙間以下となる層を除く前記建物の高さの０．６倍以下の高さ範囲に配された各層にそれぞれ、前記建物の制振構造が同数設置されていることを特徴とする建物。

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