JP2010261297A - 連層壁を用いた制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】連層壁をロッキング運動させ、建築構造物に作用する地震のエネルギーを建築構造物の各層に分散して吸収することができる、連層壁を用いた制振構造を提供すること。
【解決手段】建築構造物に沿って立設する板状の連層壁と、前記連層壁の下部に設けて前記連層壁を支える支承部と、前記建築構造物と前記連層壁との間に配置するダンパーと、前記建築構造物と前記連層壁とを連結する連結材と、により構成し、前記支承部は、前記連層壁の下部に設けた逆三角形状の上支承部と、前記建築構造物の下部又は基礎に設けた下支承部とを、前記上支承部の下端を支点として連結して構成し、前記支点は、連層壁の壁面に平行な面内回転に自在性を有するシアーキーにより構成し、前記連層壁の、壁面の左右両端面に、高さ方向に所定の間隔をあけて複数のダンパーを設け、前記連結材によって、前記連層壁の、壁面の左右両端面と前記建築構造物とを連結することを特徴とする、連層壁を用いた制振構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロッキング運動を行う連層壁を用いた制振構造に関するものである。

従来、建築構造物の制振構造としては、耐震性の連層壁を立設し、連層壁と建築構造物とを、構造用鋼または極低降伏点鋼からなる境界梁で接合して構成する制振構造が知られている。
この制振構造は、境界梁がせん断変形することにより、建築構造物に作用する地震のエネルギーを吸収する。

しかし、従来の制振構造は、大地震動を受けると連層壁の下端部に生じる曲げモーメントやせん断力によって、連層壁そのものが破損してしまう恐れがあった。

本発明の目的は、連層壁をロッキング運動させ、建築構造物の特定層への変形集中を抑制しつつ、作用する地震のエネルギーを建築構造物の各層に分散させて吸収することができる、連層壁を用いた制振構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本願の発明は、建築構造物に沿って立設する板状の連層壁と、前記連層壁の下部に設けて前記連層壁を支える支承部と、前記建築構造物と前記連層壁との間に配置するダンパーと、前記建築構造物と前記連層壁とを連結する連結材と、により構成し、前記支承部は、前記連層壁の下部に設けた逆三角形状の上支承部と、前記建築構造物の下部又は基礎に設けた下支承部とを、前記上支承部の下端を支点として連結して構成し、前記支点は、連層壁の壁面に平行な面内回転に自在性を有するシアーキーにより構成し、前記連層壁の、壁面の左右両端面に、高さ方向に所定の間隔をあけて複数のダンパーを設け、前記連結材によって、前記連層壁の、壁面の左右両端面と前記建築構造物とを連結することを特徴とする、連層壁を用いた制振構造を提供する。

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞連層壁の支点をシアーキーで構成すると共に、建築構造物と連層壁の連結を連結材によって行うため、連層壁がロッキング運動を行い、地震時に建築構造物に作用するエネルギーを吸収することができる。
＜２＞支点をシアーキーで構成することにより、地震時に作用するせん断力のみを連層壁に伝達するため、連層壁の下端部の曲げによる破損を防止できる。
＜３＞支点をシアーキーで構成することにより、地震時に作用するせん断力を確実に連層壁に伝達できるため、連層壁がロッキング運動をしやすくなり、ロッキング運動及びダンパーによる地震エネルギーの吸収効果が向上する。
＜４＞連層壁面部の高さ方向の複数箇所にダンパーを設けると共に、連結材によって連層壁と建築構造物を連結することにより、建築構造物の特定の層に集中した地震のエネルギーを他層に分散することができるため、建築構造物の特定層破壊を防止できる。

本発明の連層壁を用いた制振構造の説明図 連層壁の説明図 ダンパーの斜視図 ダンパーの説明図 力が作用した際の制振構造の説明図 梁により連結した制振構造の説明図 背面連結具を用いた制振構造の説明図 実施例２に係る制振構造の説明図 実施例２に係る制振構造に力が作用した際の説明図 実施例２に係る背面連結具を用いた制振構造の説明図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞本発明の全体の構成
本発明の連層壁を用いた制振構造は、建築構造物５に沿って立設する連層壁１と、連層壁１を支える支承部２と、連層壁１と建築構造物５の間に配置するダンパー３と、連層壁１と建築構造物５を連結する連結材４からなる。（図１）
以下、各構成部材について詳述する。

＜２＞連層壁
連層壁１は、建築構造物５に沿って立設する板体である。
連層壁１は、建築構造物５とほぼ同じ高さであり、建築構造物５の複数層に亘って上下方向に連続する。
本発明の連層壁を用いた制振構造は、連層壁１の両側に位置する建築構造物５を制振するものである。このため、連層壁１は、建物中央部や、異なる建物間に立設する
連層壁１は、コンクリート１１を板状に形成し、内部に配置したＰＣ鋼材１２を緊張した状態で定着具１３によって固定することにより上下方向に圧縮力が付与された、プレストレスコンクリートの板体である。（図２ａ）
また、連層壁１は、鋼材１４をトラス状に組んで板体を構成してもよい。（図２ｂ）
このように構成することにより、連層壁１は高剛性体となる。

＜３＞支承部
支承部２は、連層壁１を支持するための部材であり、鋼材により構成する。
支承部２は、連層壁１の下部に設ける上支承部２１と、建築構造物５の下部又は建築構造物５の基礎に設ける下支承部２２と、上支承部２１の下端と下支承部２２の上端とを連結するシアーキー２３からなる。
上支承部２１は、連層壁１の下端の一部を底辺として、下方に向けて逆三角形となるように形成する。そして、上支承部２１の下端はシアーキー２３によって下支承部２２と連結するため、連層壁１と上支承部２１は、シアーキー２３が連層壁１と上支承部２１の支点となる。
シアーキー２３は、連層壁１の壁面に平行な面内回転に自在性を有する。

＜４＞ダンパー
ダンパー３は、連層壁１と建築構造物５の間に配置し、地震時に作用するエネルギーを吸収するための部材である。
ダンパー３は、フランジ３１とウェブ３２からなるＨ鋼であり、フランジ３１間に一本又は複数本のスティフナー３３を配置したものである。
ダンパー３は、通常構造材用のＨ鋼や、ウェブ３２を極低降伏点鋼により構成したＨ鋼を用いる。（図３）
ダンパー３は、連層壁１の壁面の左右両端面の、連層壁１と建築構造物５との間に配置し、両フランジ３１にそれぞれ、連層壁１、建築構造物５に設けたアンカーボルト３４挿通し、ナット３５を螺着して固定する。
ダンパー３は、連層壁１の高さ方向に沿って、所定の間隔をあけて配置する。

＜５＞連結材
連結材４は、連層壁１と建築構造物５を連結するための部材である。
連結材４は、フランジ４１とウェブ（スティフナー）４２からなる。（図４）
ウェブ４２は、一本又は複数本設ける。
連結材４は、ウェブ４２が水平になるように、連層壁１の壁面の左右両端面の、連層壁１と建築構造物５との間に配置し、両フランジ４１をそれぞれ、連層壁１、建築構造物５にアンカーボルト等により固定する。

＜６＞ダンパーと連結材の組み合わせ
ダンパー３は、連層壁１と建築構造物５の上下方向の相対変位が発生し、両方のフランジ３１にそれぞれ上下逆の方向に力が作用すると、ウェブ３２が弾塑性せん断変形する。この弾塑性せん断変形により、地震時に作用するエネルギーを吸収する。スティフナー３３は、ウェブ３２が座屈するのを防止する。（図４）
連結材４は、連層壁１と建築構造物５を連結すると共に、ウェブ４２を水平に配置し、ダンパー３が座屈するのを防止する。
また、ウェブ４２を水平に配置するため、連層壁１と建築構造物５の上下方向の相対変位時には、ウェブ４２が弾性変形して追従する。

［作用］
次に、上記した本発明の構造の作用を説明する。
＜１＞連層壁のロッキング振動
連層壁１は、シアーキー２３を支点として支持されている。このため、建築構造物５が大地震動を受けると、シアーキー２３を介して連層壁１にせん断力が作用し、連層壁１がロッキング振動を起こす。（図５）
連層壁１がロッキング振動することによって建築構造物５がゆっくりした周期で振動することになり、大地震時の短い周期の大きな揺れを受け流すことができる。
また、シアーキー２３は、水平移動が拘束され、連層壁１の壁面に平行な面内回転に自在性を有するため、連層壁１にはせん断力のみを伝達し、連層壁１下部の曲げモーメントによる破損を防止できる。

＜２＞ダンパーの作用
連層壁１がロッキング振動すると、下部を基礎や土台に固定している建築構造物５と連層壁１との間で上下方向の相対変位が発生する。
連層壁１と建築構造物５の相対変位によって、ダンパー３が塑性域のせん断変形を起こす。これによって、連層壁１の変位と、建築構造物５及び連層壁１に作用するエネルギーを吸収する。
連層壁１がロッキング振動するため、連層壁１の下部が固定されている場合に比べて、連層壁１と建築構造物５の相対変位が生じやすく、ダンパー３によるエネルギー吸収も大きくなる。
ダンパー３は、アンカーボルト３４及びナット３５により固定しており、塑性変形した場合であっても、容易に交換することができ、制振機能を回復することができる。

＜３＞特定層破壊の防止
連層壁１は、建築構造物５の複数層に亘って上下方向に連続しており、連結材４によって建築構造物５と連結している。
この構成により、地震時に建築構造物５に作用するエネルギーが特定の層に集中することなく、連層壁１を介して複数の層に分散されることとなり、建築構造物５の特定層破壊を防止できる。

＜４＞既存建築物への施工
本発明の連層壁を用いた制振構造は、建築構造物５に沿って立設した連層壁１を、支承部２によって支持すると共に、連層壁１と建築構造物５の間にダンパー３及び連結材４を設けるのみである。
このため、建築構造物５が既存の建物であっても、梁の補強やブレース補強のように建築構造物５の内部や開口部の景観を損ねることなく、耐震補強を行うことができる。

［その他の形態］
＜５＞梁による連結
上記においては、連層壁１と建築構造物５は、連結材４により連結したが、これ以外にも梁６を設けて連結してもよい。（図６）
これにより、建築構造物５に作用するエネルギーを、梁６を介して連層壁１に伝達し、建築構造物５の高さ方向に分散されやすくなる。

＜６＞背面連結具
また、連層壁１の壁面の横方向の中心部に所定の高さ間隔をもって設けた背面連結具７に梁６を取り付けて建築構造物５と連結してもよい。（図７）
連層壁１の壁面の横方向の中心部はロッキング振動時の上下変位が少なく、背面連結具７が破損することなく、建築構造物５に作用するエネルギーを、梁６を介して連層壁１に分散されやすくなる。

＜１＞全体の構成
実施例２の連層壁を用いた制振構造は、実施例１と同様に、連層壁１の一方の建築構造物５に沿って立設する連層壁１と、連層壁１を支える支承部２と、連層壁１と建築構造物５の間に配置するダンパー３と、連層壁１と建築構造物５を連結する連結材４からなる。
そして、連層壁１の一方の端部は、建築構造物５から延設した固定壁８と一体とする。（図８）
連層壁１及び支承部２は実施例１と同様の構成、配置である。

＜２＞固定壁
固定壁８は建築構造物５から延設し、連層壁１に直交して連結する壁体である。
実施例１の連層壁を用いた制振構造は、連層壁１の両側面を建築構造物５に連結するため、建物中央部や、異なる建物間に連層壁１を設置するスペースが必要となる。
しかし、建物端部に連層壁を設置するスペースがある場合には、連層壁１の一方の端面を建築構造物５に連結し、他方は建物構造物５から延設した固定壁８と一体とする。
このように構成することにより、地震時に建築構造物５に作用するエネルギーを特定の層に集中することなく連層壁１に確実に伝達し、連層壁１を介して複数の層に分散されることとなり、建築構造物５の特定層破壊を防止できる。

＜３＞ダンパー
ダンパー３は、連層壁１と建築構造物５の間に配置し、地震時に作用するエネルギーを吸収するための部材である。
ダンパー３は、フランジ３１とウェブ３２からなるＨ鋼のフランジ３１間にスティフナー３３を配置したものである。
ダンパー３は、通常構造材用のＨ鋼や、ウェブ３２を極低降伏点鋼により構成したＨ鋼を用いる。（図３）
ダンパー３は、連層壁１の壁面の一方の端面の、連層壁１と建築構造物５との間に配置し、両フランジ３１にそれぞれ、連層壁１、建築構造物５に設けたアンカーボルト３４を挿通し、ナット３５を螺着して固定する。
ダンパー３は、連層壁１の高さ方向に沿って、所定の間隔をあけて配置する。

＜４＞連結材
連結材４は、連層壁１と建築構造物５を連結するための部材である。
連結材４は、フランジ４１とウェブ（スティフナー）４２からなる。（図４）
ウェブ４２は、一本又は複数本設ける。
連結材４は、ウェブ４２が水平になるように、連層壁１の壁面の両端面のうち、ダンパー３を設けた側の端面の、連層壁１と建築構造物５との間に配置し、両フランジ４１をそれぞれ、連層壁１、建築構造物５にアンカーボルト等により固定する。

＜５＞ダンパーと連結材の組み合わせ
ダンパー３は、連層壁１と建築構造物５の上下方向の相対変位が発生し、両方のフランジ３１にそれぞれ上下逆の方向に力が作用すると、ウェブ３２が弾塑性せん断変形する。この弾塑性せん断変形により、地震時に作用するエネルギーを吸収する。スティフナー３３は、ウェブ３２が座屈するのを防止する。（図４）
連結材４は、連層壁１と建築構造物５を連結すると共に、ウェブ４２を水平に配置し、ダンパー３が座屈するのを防止する。
また、ウェブ４２を水平に配置するため、連層壁１と建築構造物５の上下方向の相対変位時には、ウェブ４２が弾性変形して追従する。
また、これ以外にも図示しない梁６を設けて連結してもよい。

＜６＞前面支持具
連層壁１は、建築構造物５の端部に配置する。そして、連層壁１の一方の端部は、建築構造物５から延設した固定壁８と一体とする。（図８）
この構成により、連層壁１には、固定壁８を介して連層壁１の前面方向に、建築構造物５に作用した地震エネルギーが伝達される。
このため、一端を建築構造物５に固定し、連層壁１の横方向に亘って配置して固定した前面支持具９によって、連層壁１の前面方向に作用した地震エネルギーを受け止める。
前面支持具９は、所定の高さ間隔をもって複数本設けてもよい。

［作用］
次に、上記した実施例２の構造の作用を説明する。
＜１＞連層壁のロッキング振動
連層壁１は、シアーキー２３を支点として支持されている。このため、建築構造物５が大地震動を受けると、シアーキー２３を介して連層壁１にせん断力が作用し、連層壁１がロッキング振動を起こす。（図９）
連層壁１がロッキング振動することによって建築構造物５がゆっくりした周期で振動することになり、大地震時の短い周期の大きな揺れを受け流すことができる。
また、シアーキー２３は、水平移動が拘束され、連層壁１の壁面に平行な面内回転に自在性を有するため、連層壁１にはせん断力のみを伝達し、連層壁１下部の曲げモーメントによる破損を防止できる。

＜２＞ダンパーの作用
連層壁１がロッキング振動すると、下部を基礎や土台に固定している建築構造物５と連層壁１との間で上下方向の相対変位が発生する。
連層壁１と建築構造物５の相対変位によって、ダンパー３が塑性域のせん断変形を起こす。これによって、連層壁１の変位と、建築構造物５及び連層壁１に作用するエネルギーを吸収する。
連層壁１がロッキング振動するため、連層壁１の下部が固定されている場合に比べて、連層壁１と建築構造物５の相対変位が生じやすく、ダンパー３によるエネルギー吸収も大きくなる。
ダンパー３は、アンカーボルト３４及びナット３５により固定しており、塑性変形した場合であっても、容易に交換することができ、制振機能を回復することができる。

＜３＞特定層破壊の防止
連層壁１は、建築構造物５の複数層に亘って上下方向に連続しており、連結材４及び固定壁８によって建築構造物５と連結している。
この構成により、地震時に建築構造物５に作用するエネルギーが特定の層に集中することなく、連層壁１を介して複数の層に分散されることとなり、建築構造物５の特定層破壊を防止できる。

＜４＞既存建築物への施工
本発明の連層壁を用いた制振構造は、建築構造物５に沿って立設した連層壁１を、支承部２によって支持すると共に、連層壁１と建築構造物５の間にダンパー３、連結材４及び固定壁８を設けるのみである。
このため、建築構造物５が既存の建物であっても、梁の補強やブレース補強のように建築構造物５の内部や開口部の景観を損ねることなく、耐震補強を行うことができる。

［その他の形態］
＜５＞背面連結具
連層壁１の壁面の横方向の中心部に所定の高さ間隔をもって設けた背面連結具７に梁６を取り付けて建築構造物５と連結してもよい。（図１０）
連層壁１の壁面の横方向の中心部はロッキング振動時の上下変位が少なく、背面連結具７が破損することなく、建築構造物５に作用するエネルギーを、梁６を介して連層壁１に分散されやすくなる。

１ 連層壁
１１ コンクリート
１２ ＰＣ鋼材
１３ 定着具
１４ 鋼材
２ 支承部
２１ 上支承部
２２ 下支承部
２３ シアーキー
３ ダンパー
３１ フランジ
３２ ウェブ
３３ スティフナー
３４ アンカーボルト
３５ ナット
４ 連結材
４１ フランジ
４２ ウェブ
５ 建築構造物
６ 梁
７ 背面連結具
８ 固定壁

Claims (5)

1. 建築構造物に沿って立設する板状の連層壁と、前記連層壁の下部に設けて前記連層壁を支える支承部と、前記建築構造物と前記連層壁との間に配置するダンパーと、前記建築構造物と前記連層壁とを連結する連結材と、により構成し、
   前記支承部は、前記連層壁の下部に設けた逆三角形状の上支承部と、前記建築構造物の下部又は基礎に設けた下支承部とを、前記上支承部の下端を支点として連結して構成し、
   前記支点は、連層壁の壁面に平行な面内回転に自在性を有するシアーキーにより構成し、
   前記連層壁の、壁面の左右両端面に、高さ方向に所定の間隔をあけて複数のダンパーを設け、
   前記連結材によって、前記連層壁の、壁面の左右両端面と前記建築構造物とを連結することを特徴とする、
   連層壁を用いた制振構造。
2. 建築構造物に沿って立設する板状の連層壁と、前記連層壁の下部に設けて前記連層壁を支える支承部と、前記建築構造物と前記連層壁との間に配置するダンパーと、前記建築構造物と前記連層壁とを連結する連結材と、により構成し、
   前記支承部は、前記連層壁の下部に設けた逆三角形状の上支承部と、前記建築構造物の下部又は基礎に設けた下支承部とを、前記上支承部の下端を支点として連結して構成し、
   前記支点は、連層壁の壁面に平行な面内回転に自在性を有するシアーキーにより構成し、
   前記連層壁は、
   壁面の一方の端面に、高さ方向に所定の間隔をあけて複数のダンパーを設け、前記連結材によって、前記端面と前記建築構造物とを連結し、
   壁面の他方の端部は、前記建築構造物から延設した固定壁と連結することを特徴とする、
   連層壁を用いた制振構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の制振構造において、前記連層壁は、前記連層壁の内部に高さ方向に平行に配置したＰＣ鋼材に緊張力を付与した、プレストレストコンクリートからなることを特徴とする、連層壁を用いた制振構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の制振構造において、前記連層壁の壁面の水平方向中央に連結具を設け、前記連結具と前記建築構造物とを梁によって連結することを特徴とする、連層壁を用いた制振構造。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の制振構造において、前記連層壁の、前記ダンパーを設けた端面と前記建築構造物とを、複数の梁によって連結することを特徴とする、連層壁を用いた制振構造。

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