JP2010261240A - 既存高層建物の制震改修工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】既存高層建物の低層階を対象として該低層階における既存耐震要素1を撤去して制震機構2を設置する。改修対象の低層階の層数nを既存高層建物全体の層数の7%以上かつ20%以内とする。改修対象の低層階の層剛性を当該階の直上の非改修階の層剛性より小さくする。改修対象の低層階に設置する制震機構における減衰要素の減衰係数ciを、当該階で支持する質量Mi、建物の一次固有振動数f1に基づき、 ci=(5〜25)nf1Mi の範囲に設定する。改修対象の低層階に設置する制震機構としてオイルダンパー3と慣性質量ダンパー4とを併用し、また、慣性質量ダンパーの慣性質量ψiを ψi=(0.5〜2.0)Mi の範囲に設定する。
【選択図】図1
Description
しかし、20年以上も以前に設計された高層建物では、建築時の検討用地震動が現在より小さく、長周期地震動など最近の知見も設計に反映されていないから、このような既存高層建物に対しては新築高層建物と同等の耐震性を確保するための耐震改修が必要とされる。
一方、供用中の既存建物を耐震改修する際には改修範囲をできるだけ少なくしたいという要請があり、特に供用中の基準階(テナント階)を避けて低層部の共用部に改修範囲を限定することが好ましいことから、そのような制約条件を満足し得る効果的な制震改修工法が求められている。
したがって本発明によれば、低層階の一部でやや層間変位が増大するものの、建物全体の加速度や層間変位、層せん断力が低減して耐震性や居住性を大きく向上させることができ、優れた制震改修効果が得られるものである。
勿論、数層程度の低層階以外には何ら改修を行う必要はないから、建物全体に対して多数の制震ダンパーを分散設置して制震化する場合に比べれば短工期で済むし、所要コストを充分に軽減でき、建物を供用しながらの施工も可能である。
本発明において好適に採用可能な制震機構2としては、オイルダンパー(リリーフ機構付きのものを含む)、各種の粘性ダンパー(粘性体制震壁、減衰こま等)、粘弾性ダンパー、各種の履歴系ダンパー(鋼材ダンパー、摩擦ダンパー等)、慣性質量ダンパー(トルク制限機構付きのものを含む)が挙げられ、それらを単独であるいは任意に組み合わせて用いれば良く、特に図1に示しているようにオイルダンパー3と慣性質量ダンパー4とを組み合わせて用いることが好適である。
なお、特許文献1に示される既往特許では梁を撤去したうえでその上下の階層に跨るように制震装置を設置することから、梁の撤去および制震装置の設置のために大がかりな工事が必要となるが、本発明では既存の耐震要素1を撤去した階層内においてそれに置換するように制震機構2を設置すれば良いので、その階層内の工事のみで上下の階層に跨るような工事は必要なく、したがって既往特許に比較して遙かに簡易に改修することが可能である。
図2(a)に示すように、耐震要素1を撤去した後の架構に対し、下側の梁上に慣性質量ダンパー4を設置するとともに、上側の梁端部から対のブレース5をV状に斜めに架設して、その下端部を接合治具6を介して慣性質量ダンパー4に連結する。
また、慣性質量ダンパー4の側方に固定した固定治具7と上記の接合治具6との間にオイルダンパー3を介装する。
また、想定を超える地震時には上層階に過大な加速度が生じないように、油圧逃がし弁によるリリーフ機構を備えたものも好適に採用可能である。
そして、双方のボールナット11の間には所定質量のフライホイール(回転錘)14がボールナット11とともに回転自在に連結されており、層間変形によりボールナット11とともにフライホイール14が回転することによって大きな慣性質量(実際の質量の数百倍にもなる)が得られるものである。
なお、ボールナット11とフライホイール14との間にトルク制限機構(トルクキーパー)15を介装しておくことにより、想定を超える地震時には過大トルクが生じないようにして負担力を頭打ちにするようにしても良い。
なお、改修階の層剛性を小さくするほど制震機構の効きが良くなり、その点は特許文献1に示される既往特許と同様であるが、このこと自体は Soft First Story の原理でもあって既に周知の技術事項でもある。
また、仮に改修階の耐震要素1を撤去してもその層剛性が上記条件を満足しない場合には、そのような階を改修階とするのは合理的でない。また、耐震要素1を撤去しても層剛性を充分に低下させることができない場合に、高層階に耐震要素を追加して層剛性を増大させることによって相対的に改修階の層剛性を低下させることも考えられなくはないが、それは高層階に対する耐震改修が許容される場合に限定される。
すなわち、減衰係数ci、改修階の層数n、減衰定数h、当該階で支持する質量(当該階より上の合計質量)Mi、建物の1次固有振動数f1とすると、
ci=2nh(2πf1Mi)=4πnhf1Mi
なる関係があるが、本発明では減衰定数hをh=0.4〜2.0の範囲に設定し、したがって
ci=(5〜25)nf1Mi
の範囲となるように設定する。たとえば、後述する41層の建物への適用の場合において、n=4、f1=0.25、Mi=70,000tonである場合には、ci=3.5〜17.5MN/kine とすれば良い。
この減衰定数hの値を大きくするほど改修階の変位を抑制できるが、過度に大きくすると高層階への加振力が増大して高層階の加速度や層間変位が増加してしまうため、制震効果を有効に発揮できる範囲で上限を設定して上記のような条件とすべきである。
なお、一般的な建物では減衰定数はh=0.3±0.1程度であるが、本発明において減衰定数をh=0.4〜2.0の範囲に設定するのは、既存建物が柔構造であって改修階以外の高層階においてもかなりの変形があること、および慣性質量ダンパー4を用いることを想定してその場合における質量増大効果を見込むためである。したがって、改修階の層剛性が高層階よりも充分に小さい場合には減衰定数hは小さめ(上式における括弧内の値を下限に近くしてたとえば6程度とする)で良く、充分に小さいといえない場合には減衰定数hを大きめ(上式における括弧内の値を上限に近くしてたとえば20程度とする)に設定すれば良い。
したがって本発明によれば、改修階の一部でやや層間変位が増大するものの、以下に示す解析例から明らかなように建物全体の加速度や層間変位、層せん断力がいずれも低減して耐震性や居住性を大きく向上させることができ、優れた制震改修効果が得られるものである。
勿論、既往特許のように複数の階層に跨るような工事を必要としないばかりでなく、数層程度の改修階以外には何ら改修を行う必要はないから、建物全体に対して多数の制震ダンパーを分散設置して制震化する場合、あるいは建物全体を免震化する場合に比べれば遙かに簡易な改修が可能であり、当然に短工期で済むし、所要コストを充分に軽減でき、建物を供用しながらの施工も可能である。
また、必要に応じて、また可能であれば、改修階以外の高層階にも適宜のダンパーを設置することも妨げるものではなく、それによりさらなる応答低減効果が得られるが、それは高層階に対する改修工事が許容される場合に限られる。
すなわち、各改修階に設置する慣性質量ダンパー4の慣性質量ψiは当該階が支持する質量Miに対し、 ψi=(0.5〜2.0)Mi の関係を満足するように設定すると良い。たとえば後述する41層の建物において、Mi=70,000tonの場合には、ψi=35,000〜140,000tonとすれば良い。
「解析1」
図3に示す鉄骨造の地上41階建て(41層)の既存高層建物をモデルとし、その1〜4階を改修階としてそれぞれの層剛性を図中のように低下させたうえで、制震機構としてオイルダンパーを設置した場合、およびさらに慣性質量ダンパーを併用した場合を比較する。各ケースの諸元は以下とする。
case1(既存) :ダンパーなし。1次固有周期は3.87秒である。
case2(制震改修1):1〜4階を改修階としてそれぞれにオイルダンパー(リリーフ機 構付き)を設置する。オイルダンパーの減衰係数は 8MN/kine(1,2階)、12MN/kine( 3,4階)とする。リリーフ荷重は 32MN(1,2階)、48MN(3,4階)とする。1次固有周 期は4.05秒である。
case3(制震改修2):case2に対してさらに慣性質量ダンパーを設置し、それらの慣性質 量ψを120,000ton(1,2階)、80,000ton(3,4階)とする。1次固有周期(慣性質量効 果を考慮した固有値解析による)は4.08秒である。
図5から、改修階である1〜4階の層間変位が改修前よりやや大きくなるものの問題になるレベルではないこと、高層部にはダンパーを設置していないにも拘わらず高層部での応答も充分に低減(20〜30%低減)していることが分かる。
また、オイルダンパーのみを設置したcase2に比較して、慣性質量ダンパーを併用した
case3では全層にわたり変位も加速度も応答低減効果が上回ることがわかる。
「解析2」
図6〜図7は、告示波L2-Kanto NS(440gal 1923関東地震 東京気象庁再現地震動位相 加速度応答スペクトルにフィッティング)によるものである。
図6から、解析1と同様の結果が得られることが分かる。低層部の加速度が改修前よりもやや増加しているが、入力地震動よりも小さく問題にならない。
層間変位が大きい17階(=18FL)を対象として、case1(既存:ダンパーなし)とcase3(制震改修2:オイルダンパー+慣性質量ダンパー)の場合の応答波形を図7に示す。
図7から、17階での最大応答層間変位が29.3mmから17.9mm(0.61倍)に低減し、18FLでの最大応答加速度が235galから153gal(0.65倍)に低減し、また最大応答値の低減のみならず後揺れ低減にも効果的であることが分かる。
図8〜図9は、告示波L2-Kobe NS(424gal 1995兵庫県南部地震 JMA神戸位相 加速度応答スペクトルにフィッティング)によるものである。
本解析においても上記と同様の結果が得られ、特に図9から、17階での最大応答層間変位が27.4mmから20.4mm(0.74倍)に低減し、18FLでの最大応答加速度が306galから241gal(0.78倍)に低減し、また主要動の後の後揺れが急峻に低減し、居住性の改善に大きく寄与できることが確認できる。
図10〜図11は、WOS-大阪湾岸軟弱地盤EW(69.26gal 想定南海地震 経験的グリーン関数で評価)によるものである。
この場合も、図11から、17階での最大応答層間変位が21.5mmから18.5mm(0.86倍)に低減し、18FLでの最大応答加速度が108galから94gal(0.87倍)に低減することが分かる。
しかし、この地震動に対しては1次モードが卓越する振動となり、図10(b)の加速度応答に見られるように直線モードに近いものとなる。そのため、上記解析の場合に比べて制震効果は小さく、最大で10%程度低減するに留まり、図11からも地震動は小さいものの制震効果があまり発揮されないことがわかる。
そこで、本解析では、case4(制震改修3)として、1〜2階に慣性質量ダンパーを設置することに代えて2層に跨るTMD機構を設置し、慣性質量100,000tonで建物1次に同調させるように構成した制震機構についての検討を加えた。それによれば、1次モードの振動を抑制できるので応答低減効果を改善(最大20%低減)でき、また後揺れ低減効果も向上することが分かる。
しかし、この地震動では入力自体がそれほど大きくない(入力が69galから18FLで94galに増幅されるに留まる)から、この地震動が問題になることはないと考えられ、敢えてそのような複雑かつ大がかりな工事を要するTMD機構を構成するまでもなく、case2(制震改修1:オイルダンパーのみを設置)やcase3(制震改修2:オイルダンパー+慣性質量ダンパーを設置)で充分であるといえる。
(1)既存高層建物の低層部の数層程度の特定階だけに制震機構を設置すれば、建物全体の応答を大幅に低減できる。たとえば上記の解析モデルのように鉄骨造41階建ての建物の1〜4階だけに制震機構を設置することのみで高層階の応答(変位、加速度、層間変位、層せん断力)を20〜30%も低減することができる。
(2)改修範囲を低層部の数層程度の特定階にのみに限定できて、基準階(テナント階)での改修を不要とすることが可能であるので、テナントの撤去や業務中断などの不具合が生じない。また、改修階がわずかなので工期も短く低コストでの改修が可能である。
(3)改修後の低層階の層間変位は非改修の高層階よりやや大きくなるものの、内外装材やエレベータ等の設備で想定されている範囲に留めることができ、全体を免震化する場合のような特段のディテール(免震ピットを設けて建物全体を積層ゴム等の免震装置により免震支持する)は不要で通常の納まりを踏襲できる。したがって免震化する場合のように大きなコストアップは生じない。
(4)低層部の特定階にだけ制震機構(ダンパー)を設ければ良いので、建物全体にダンパーを設置する場合に比べてその所要数が少なくて済む。また、制震機構に要求されるストロークは通常の制震ダンパーと同程度ないしそれ以下なので、ダンパーのコストを縮減できる。
(6)本発明は既存建物を Soft First Story と同様の効果をもつ制震構造に改修するものであるといえるが、単層ではなく複数層の低層階の剛性を低減することによって層間変位をP-δ効果が問題にならず通常の仕上材が追随できる程度に小さくできること、また剛性を低減する各層の層間変形角を均等化することが可能である点で Soft First Story とは異なるものであって、それを合理的に発展させたものであるといえる。
また、本発明は Soft First Story の原理を利用する点で特許文献1に示される既往特許との関連性も認められなくはないが、既往特許では梁を撤去して複数の階層にわたる制震装置を設置するものであるのに対し、本発明は層間の耐震要素を撤去してその層間に制震機構を設置するので、その点で両者の具体的な改修手法は全く異なるものであるし、既往特許に比べて遙かに簡易でありながら有効な制震改修手法であるといえる。
(7)制震機構として慣性質量ダンパーを用いることにより、小質量のフライホイールにより大きな慣性質量が得られるので小型のダンパーにより優れた制震効果が得られ、また建物全体が長周期化することによる疑似免震化効果も得られる。
2 制震機構
3 オイルダンパー
4 慣性質量ダンパー
5 ブレース
6 接合治具
7 固定治具
10 ボールねじ軸
11 ボールナット
12 取付台
13 リニアガイド
14 フライホイール
15 トルク制限機構
Claims (2)
- 既存高層建物の低層階を対象として該低層階における既存耐震要素を撤去して制震機構を設置する制震改修工法であって、
改修対象の低層階の層数nを既存高層建物全体の層数の7%以上かつ20%以内とし、
改修対象の低層階の層剛性を当該階の直上の非改修階の層剛性より小さくし、
改修対象の低層階に設置する制震機構における減衰要素の減衰係数ciを、当該階で支持する質量Mi、建物の一次固有振動数f1に基づき、
ci=(5〜25)nf1Mi
の範囲に設定することを特徴とする既存高層建物の制震改修工法。 - 請求項1記載の既存高層建物の制震改修工法であって、
改修対象の低層階に設置する制震機構としてオイルダンパーと慣性質量ダンパーとを併用し、
前記慣性質量ダンパーの慣性質量ψiを
ψi=(0.5〜2.0)Mi
の範囲に設定することを特徴とする既存高層建物の制震改修工法。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012241848A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Taisei Corp | 複合制震ダンパー |
JP2012241847A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Taisei Corp | 複合制震ダンパー |
JP2014194116A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Tokyu Construction Co Ltd | 建物の制振構造 |
JP6237847B1 (ja) * | 2016-08-31 | 2017-11-29 | 積水ハウス株式会社 | 制震リフォーム方法 |
JP2020094387A (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 清水建設株式会社 | 建築物 |
JP2020101050A (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 株式会社竹中工務店 | 耐震補強構造 |
JP7112918B2 (ja) | 2018-09-18 | 2022-08-04 | 株式会社竹中工務店 | 既存建物の制振補強方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11230249A (ja) * | 1998-02-09 | 1999-08-27 | Takenaka Komuten Co Ltd | 大地震用のパッシブ型マスダンパー |
JPH11324392A (ja) * | 1998-05-15 | 1999-11-26 | Dynamic Design:Kk | 制震構造物 |
JP2006342575A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Takenaka Komuten Co Ltd | 波形鋼板を用いて構造物の偏心率を減少させる改善方法及び波形鋼板を用いて偏心率を減少させた構造物 |
JP3972892B2 (ja) * | 2003-11-06 | 2007-09-05 | 大成建設株式会社 | 既存建物の制震改修方法 |
JP2008133947A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-06-12 | Shimizu Corp | 振動低減機構およびその諸元設定方法 |
JP2009030695A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Shimizu Corp | 変位拡大機構および制振ダンパーならびに免震機構 |
-
2009
- 2009-05-08 JP JP2009113554A patent/JP5403336B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11230249A (ja) * | 1998-02-09 | 1999-08-27 | Takenaka Komuten Co Ltd | 大地震用のパッシブ型マスダンパー |
JPH11324392A (ja) * | 1998-05-15 | 1999-11-26 | Dynamic Design:Kk | 制震構造物 |
JP3972892B2 (ja) * | 2003-11-06 | 2007-09-05 | 大成建設株式会社 | 既存建物の制震改修方法 |
JP2006342575A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Takenaka Komuten Co Ltd | 波形鋼板を用いて構造物の偏心率を減少させる改善方法及び波形鋼板を用いて偏心率を減少させた構造物 |
JP2008133947A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-06-12 | Shimizu Corp | 振動低減機構およびその諸元設定方法 |
JP2009030695A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Shimizu Corp | 変位拡大機構および制振ダンパーならびに免震機構 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012241848A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Taisei Corp | 複合制震ダンパー |
JP2012241847A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Taisei Corp | 複合制震ダンパー |
JP2014194116A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Tokyu Construction Co Ltd | 建物の制振構造 |
JP6237847B1 (ja) * | 2016-08-31 | 2017-11-29 | 積水ハウス株式会社 | 制震リフォーム方法 |
JP2018035569A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 積水ハウス株式会社 | 制震リフォーム方法 |
JP7112918B2 (ja) | 2018-09-18 | 2022-08-04 | 株式会社竹中工務店 | 既存建物の制振補強方法 |
JP2020094387A (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 清水建設株式会社 | 建築物 |
JP2020101050A (ja) * | 2018-12-25 | 2020-07-02 | 株式会社竹中工務店 | 耐震補強構造 |
JP7094869B2 (ja) | 2018-12-25 | 2022-07-04 | 株式会社竹中工務店 | 耐震補強構造 |
Also Published As
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