JP2011058175A - 制震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた制震効果が得られる有効適切な制震構造を提供する。
【解決手段】外周チューブ架構１と、内周チューブ架構２と、その内側に設けた制震チューブ架構３とによる三重のチューブ架構を主体とする。外周チューブ架構および内周チューブ架構を柱と梁とにより構成してそれらを各層の繋ぎ梁６により剛接合する。中層階に複数層おきに設定した接合層１１において制震チューブ架構を内周チューブ架構に対してコネクター１２により剛接合し、制震チューブ架構の要所に接合層間にわたる制震ブレース１３を設置する。制震チューブ架構を柱３ａと接合層に架設した梁３ｂとにより構成し、それらによる架構フレーム内の要所に制震ブレース１３を設置し、他の架構フレーム内には耐震ブレースを設置する。あるいは制震チューブ架構を筒状の連続耐震壁により構成し、その要所に接合層間にわたる開口部を形成してそこに制震ブレースを設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は建物の構造に係わり、特に塔状の高層ないし超高層建物に適用する制震構造に関する。

周知のように、制震構造は建物内に制震装置（ダンパー）を設置して地震による振動時の入力エネルギーを吸収して振動応答を低減させるものであり、高層ないし超高層建物を対象として近年広く普及している。
また、特許文献１に示されるように、建物全体を免震装置により免震支持する免震構造と上記のような制震構造とを併用する構造についての提案もなされている。

特開平１１−２４１５２４号公報

しかし、従来一般の制震構造や特許文献１に示されるような免震・制震併用構造においては、各階の一層ごとに制震装置を設置していることから、それぞれの制震装置は各階の層間せん断変形角相当分しか作動せず、したがって必ずしも充分に地震エネルギーを吸収できないものであった。
特に、層間せん断変形角は下層階や上層階よりも中層階において大きくなるが、従来一般には制震装置を建物全体に均等に配置することが通常であるので、下層階や上層階に設置した制震装置はさして有効に作動せず、その点においても合理的でなく非効率的であった。
また、従来の制震構造は多数の小型の制震装置を各階に分散設置することから、施工性やコストの点でも難があり不経済でもあった。

上記事情に鑑み、本発明はより効率的に制震効果が得られる有効適切な制震構造を提供することを目的とする。

本発明は塔状の高層ないし超高層建物に適用する制震構造であって、外周部に設けた外周チューブ架構と、内周部に設けた内周チューブ架構と、前記内周チューブ架構の内側に設けた制震チューブ架構とによる三重のチューブ架構を主体とし、前記外周チューブ架構および前記内周チューブ架構をそれぞれ柱と梁とにより構成してそれら外周チューブ架構と内周チューブ架構とを各層の繋ぎ梁により剛接合するとともに、当該建物の中層階に複数層おきに設定した接合層において前記制震チューブ架構を前記内周チューブ架構に対してコネクターにより剛接合し、前記制震チューブ架構の要所に前記接合層間にわたる制震ブレースを設置したことを特徴とする。

本発明においては、前記制震チューブ架構を、柱と前記接合層に架設した梁とにより構成し、それら柱と梁とによる架構フレーム内の要所に前記制震ブレースを設置するとともに、他の架構フレーム内には制震ブレースに代えて耐震ブレースを設置するようにしても良い。

あるいは、前記制震チューブ架構を筒状の連続耐震壁により構成し、該連続耐震壁の要所に前記接合層間にわたる開口部を形成して、該開口部内に前記制震ブレースを設置しても良い。

本発明の制震構造では、外周チューブ架構と内周チューブ架構と制震チューブ架構とが剛接合されているので、地震時にはそれらの全体が一体となって変形し、その変形によって制震チューブ架構に設置されている制震ブレースが作動して地震エネルギーを吸収し制震効果が得られる。
特に、制震ブレースを層間せん断変形角の大きい中層階に複数層にわたって設置しているので、中層階の複数層の層間せん断変形角の総和が制震ブレースに作用し、したがって従来一般の制震構造のように小型の制震装置を建物全体に均等に分散設置する場合に比べて制震ブレースが効率的に作動して優れた制震効果が得られる。
しかも、大型で大容量の制震ブレースを中層階に集約して設置することにより、層間せん断変形角の小さい下層階や上層階への制震装置の設置を省略でき、その点でも合理的であるしコスト的に有利であり、施工性を改善できる効果も得られる。

本発明の制震構造の一実施形態を示す立断面図である。 同、下層階の平面図（図１におけるII−II線視図）である。 同、上層階の平面図（図１におけるIII−III線視図）である。 同、中層階の平面図（図１におけるIVａ−IVａ線視図、およびIVb−IVb線視図）である。 本発明の制震構造の他の実施形態を示す図である。 本発明の制震構造の他の実施形態を示す図である。 本発明の制震構造の他の実施形態を示す図である。 本発明の制震構造の他の実施形態を示す図である。 本発明の制震構造の他の実施形態を示す図である。 本発明の制震構造を免震構造と併用する場合の概念図である。

本発明の制震構造の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態は平面形状が略正方形状の塔状の高層ないし超高層の建物Ａへの適用例であって、外周部に設けられた外周チューブ架構１と、内周部に設けられた内周チューブ架構２と、さらにその内側に設けられた制震チューブ架構３とによる三重のチューブ架構を主体とするものである。
なお、それら外周チューブ架構１、内周チューブ架構２、制震チューブ架構３はいずれも杭４により支持された基礎底盤５上に立設されている。

外周チューブ架構１は柱１ａおよび梁１ｂから構成され、内周チューブ架構２も柱２ａおよび梁２ｂから構成され、それら外周チューブ架構１と内周チューブ架構２は各層において繋ぎ梁６により剛接合されてそれらの間に各層の床７が形成され、それら外周チューブ架構１と内周チューブ架構２との間の環状のスペースがこの建物の主たる居住スペースとされている。
なお、必要に応じて図１に示すように外周チューブ架構１と内周チューブ架構２の頂部にハットトラス等の頂部架構８を架設すると良い。

制震チューブ架構３も柱３ａおよび梁３ｂにより構成されているが、図１に示すようにこの制震チューブ架構３は下層階から中層階の範囲に設けられて建物の頂部までは達しておらず、その上部はボイド空間９とされている。
制震チューブ架構３の内側はエレベータや階段等の諸設備を設けるコア部と使用され、あるいはタワーパーキングの設置スペースとしても利用できる。
なお、内周チューブ架構２と制震チューブ架構３との間にはコア部と居住スペースとを連絡する環状の回廊１０が内周チューブ架構２の内側に張り出して設けられている。

また、制震チューブ架構３における梁３ｂは各層の全てに設けられてはおらず、複数層おき（たとえば図１に示すように４層おき）に設定された接合層１１の位置にのみ設けられているに留まり、その接合層１１において制震チューブ架構３が内周チューブ架構２に対して剛接合されている。
すなわち、図４（ａ）に示すように制震チューブ架構３には接合層１１の位置に梁３ｂが設けられていて、この接合層１１において制震チューブ架構３の四隅部が内周チューブ架構２に対してコネクター１２により剛接合されているが、図４（ｂ）に示すように接合層１１の間の他の層（非接合層）には梁３ｂは設けられておらず、ここでは内周チューブ架構２と制震チューブ架構３とは接合されずに構造的には実質的に絶縁されたものとなっている。

そして、制震チューブ架構３を構成している柱３ａと上記のように複数層おきに設置された梁３ｂとによる架構フレームの内側には、制震ブレース１３がＸ型に設置されている（図では制震ブレース１３を鎖線で示し、その両端の制震チューブ架構３への接合点に〇印を付してある）。
制震ブレース１３は接合層１１間の層間距離に相当する長さ（すなわちこの建物Ａの複数層にわたる高さ）の大型大容量のものであって、図１に示すようにこの建物Ａの中層階の領域において上下に多段（図示例では６段）に設置されている。
なお、制震ブレース１３を設置している中層階の範囲は、地震時に層間せん断変形が下層階や上層階に比べて顕著に生じる範囲である。
制震ブレース１３としては、たとえばブレース型オイルダンパーや、低降伏点鋼による履歴型ブレースダンパー等の公知のブレースタイプの制震装置が好適に採用可能である。

本実施形態の制震構造では、外周チューブ架構１と内周チューブ架構２とが繋ぎ梁６により剛接合され、内周チューブ架構２と制震チューブ架構３とがコネクター１２により剛接合されているので、それらの全体が構造的に一体化されたものとなっていて地震時にはそれらの全体が一体となって変形し、その変形によって制震チューブ架構３に設置されている制震ブレース１３が作動して地震エネルギーを吸収し制震効果が得られる。

特に、制震ブレース１３は下層階や上層階に比べて層間せん断変形が顕著に生じる中層階において複数層にわたる大型大容量のものとして設置されているので、それら複数層分の層間せん断変形角の総和が一括して制震ブレース１３に作用するものとなり、したがって従来一般の制震構造のように小型の制震装置を建物の各層に均等に分散設置する場合に比べて制震ブレース１３が効率的に作動し、それにより建物全体に対して優れた制震効果が得られる。
しかも、そのような大型で大容量の制震ブレース１３を中層階に集約して設置することにより、層間せん断変形角が小さい（したがって制震装置が効率的に作動し得ない）下層階や上層階への制震装置の設置は省略できるので，その点でも合理的であるしコスト的に有利であり、施工性を改善できる効果も得られる。

以上で本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は基本的な一例であって本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、外周チューブ架構１や内周チューブ架構２の具体的な構成はもとより、特に制震チューブ架構３や制震ブレース１３については建物の形態（平面形状やアスペクト比）、規模、平面プラン、地盤特性、用途に応じて要求される制震性能、その他の諸条件を考慮して最適設計すれば良く、たとえば以下に列挙するような変形や応用が可能である。

図５に示すものは制震チューブ架構３をより高剛性のメガストラクチュアとして構成したものである。すなわち、接合層１１の位置に設ける制震チューブ架構３の梁３ｂを階高に相当するような大梁成のメガ梁とし、上下のメガ梁の間に制震ブレース１３を設置したものである。
この場合、必要に応じて外周チューブ架構１における梁１ｂや内周チューブ架構２における梁２ｂも制震チューブ架構３における梁（メガ梁）３ｂに相当するメガ梁とすれば良く、また、内周チューブ架構２と制震チューブ架構３を接合するためのコネクター１２も大断面のものを用いれば良い。

上記実施形態では制震チューブ架構３の中層階の各スパンの全てに制震ブレース１３を設置したが、それに限ることなく制震ブレース１３の所要台数やその配置は上述したような諸条件を考慮して最適設計すれば良く、たとえば図６に示すように接合層１１間に１層おきに設置したり、あるいは図７に示すように千鳥配置することも考えられる。
勿論、図示例のように一対２本の制震ブレース１３を１組として架構フレーム内にそれぞれＸ型配置することに限らず、所謂Ｋ型配置することでも良いし、各架構フレーム内にいずれか一方向の制震ブレース１３を１本ずつ配置することでも良い。

また、制震チューブ架構３の剛性を最適に設定し、特に下層階における剛性を充分に高める目的で、たとえば図８に示すように制震チューブ架構３の下層階に制震機能のない高剛性の耐震ブレース１４（実線で示す）を設置したり、中層階においても制震ブレース１３を中間スパンにのみ設置してその両側に耐震ブレース１４を設けるようにしても良い。

さらに同様の目的で、図９に示すように制震チューブ架構３を筒状の連続耐震壁１５により構成することも考えられる。この場合も上記各実施形態と同様に制震チューブ架構３としての連続耐震壁１５を接合層１１において内周チューブ架構２に対してコネクター１２により剛接合するとともに、中層階においては接合層１１の間に開口部１６を設けてその内側に制震ブレース１３を設置すれば良い。

さらに、図１０に示すように本発明の制震構造による建物Ａの全体を積層ゴム等の免震装置１７により免震支持して免震・制震構造とすることも考えられる。この場合、（ａ）に示すように建物Ａ全体を免震ピット１８内で免震装置１７により免震支持する基礎免震構造とするか、あるいは（ｂ）に示すように上記の建物Ａを低層部建物Ｂ上に免震支持する中間階免震構造とすることも可能である。

Ａ 建物
Ｂ 低層部建物
１ 外周チューブ架構
１ａ 柱
１ｂ 梁
２ 内周チューブ架構
２ａ 柱
２ｂ 梁
３ 制震チューブ架構
３ａ 柱
３ｂ 梁
４ 杭
５ 基礎底盤
６ 繋ぎ梁
７ 床
８ 頂部架構
９ ボイド空間
１０ 回廊
１１ 接合層
１２ コネクター
１３ 制震ブレース
１４ 耐震ブレース
１５ 連続耐震壁（制震チューブ架構）
１６ 開口部
１７ 免震装置
１８ 免震ピット

Claims (3)

1. 塔状の高層ないし超高層建物に適用する制震構造であって、
   外周部に設けた外周チューブ架構と、内周部に設けた内周チューブ架構と、前記内周チューブ架構の内側に設けた制震チューブ架構とによる三重のチューブ架構を主体とし、
   前記外周チューブ架構および前記内周チューブ架構をそれぞれ柱と梁とにより構成してそれら外周チューブ架構と内周チューブ架構とを各層の繋ぎ梁により剛接合するとともに、
   当該建物の中層階に複数層おきに設定した接合層において前記制震チューブ架構を前記内周チューブ架構に対してコネクターにより剛接合し、
   前記制震チューブ架構の要所に前記接合層間にわたる制震ブレースを設置したことを特徴とする制震構造。
2. 請求項１記載の制震構造であって、
   前記制震チューブ架構を、柱と前記接合層に架設した梁とにより構成し、それら柱と梁とによる架構フレーム内の要所に前記制震ブレースを設置するとともに、他の架構フレーム内には制震ブレースに代えて耐震ブレースを設置したことを特徴とする制震構造。
3. 請求項１記載の制震構造であって、
   前記制震チューブ架構を筒状の連続耐震壁により構成し、該連続耐震壁の要所に前記接合層間にわたる開口部を形成して、該開口部内に前記制震ブレースを設置したことを特徴とする制震構造。

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