JP2011144833A - 制振ユニット、建物及び建物補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】建物に大きな開口を確保することができる新規な建物の補強構造を提案する。
【解決手段】
制振ユニット１００は、上下一対の取付部材２２、２４；上下一対の取付部材２２、２４の間に配置され、上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容する上下方向支持部材４０；及び、上下一対の取付部材２２、２４の間に配置された制振部材６０；を備えている。制振部材６０は、対向するプレート６１、６２と、対向するプレート６１、６２にそれぞれ接着された粘弾性体６６とを有している。対向するプレート６１、６２のうち一方のプレート６１は上下一対の取付部材２２、２４のうち一方の取付部材２２に連結され、他方のプレート６２は他方の取付部材２４に連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、制振ユニット、特に、建物及び建物補強工法に用いることができる制振ユニットに関する。

建物を補強する方法は、例えば、特開２００４−２７８３２号公報（特許文献１）には、いわゆるトルグ機構が用いられた振動制御装置が開示されている。同公報に開示された振動制御装置は、短ブレース材と、長ブレース材と、短ブレース材と長ブレース材の自由端を回転可能に連結する回転支承と、減衰装置とを備えている。短ブレース材は、架構の上階梁に一端が回転可能に取付けられており、長ブレース材は、架構の下階梁に一端が回転可能に取付けられている。減衰装置は、構造物にエネルギが入力されていない状態で、短ブレース材の一端と長ブレース材の一端とを結ぶ線より下階梁側に位置する回転支承へ一端が回転可能に連結され、他端が上階梁又は下階梁に回転可能に取付けられている。同公報によれば、この場合、架構が右方向へ変位すると、短ブレース材及び長ブレース材が回転支承を中心に回転運動を行うため、上階梁の回転支承の水平変位量より、油圧ダンパーの変位量が、増幅されて大きくなる。このため、油圧ダンパーの大きな変位によって、架構の振動が減衰され、大地震は元より中小の地震や風による建物の小さな振動が効果的に制振される。

また、特開２００３−９７０５７号公報（特許文献２）には、既存建物の鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の外周構造体に既存建物の外側から耐震のための補強を行う耐震補強構造が開示されている。当該耐震補強構造では、制震ダンパーを支持する補強構造体は、外周構造体に沿って外側に配置されるとともに、ＰＣ鋼棒によって外周構造体に固定されている。

また、特開２００５−１３９７７０号公報（特許文献３）には、フレームの構面内の支柱材間に架設されるダンパー一体型ブレースを有する制震補強架構が開示されている。

特開２００４−２７８３２号公報 特開２００３−９７０５７号公報 特開２００５−１３９７７０号公報

建物を補強する構造は、上述のように種々提案されている。種々提案されている補強構造には、建物開口に被さるように配置せざるを得ない構造もあり、建物の居住性、採光を阻害する場合もある。本発明は、かかる建物を補強する構造について、施工が容易であり、建物に大きな開口を確保することができる新規な構造を提案する。

本発明に係る制振ユニットは、上下一対の取付部材；上下一対の取付部材の間に配置され、上側の取付部材から下側の取付部材に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材のせん断変位を許容する上下方向支持部材；及び、上下一対の取付部材の間に配置された制振部材；を備えている。制振部材は、対向するプレートと、対向するプレートの間に配設され、各プレートにそれぞれ接着された粘弾性体とを有し、対向するプレートのうち一方のプレートは上下一対の取付部材のうち一方の取付部材に連結され、他方のプレートは他方の取付部材に連結されている。

この制振ユニットによれば、上下一対の取付部材の上下方向に作用する力は、上下方向支持部材によって支持することができる。また、制振ユニットの上下一対の取付部材にせん断変位が生じた場合には、制振部材の粘弾性体に生じるせん断変形によって所要の抗力が生じる。また、制振ユニットは、上下方向支持部材と、制振部材とがユニット化されているので、建物本体への施工が簡単に行える。

また、本発明に係る建物は、建物本体の側部に敷設された基礎；基礎から建物本体の側面に沿って立ち上がり建物本体に連結された下部フレーム；下部フレームに対して上部に対向する位置において建物本体に連結された上部フレーム；及び、下部フレームと上部フレームとに、上下一対の取付部材が連結された、上記の制振ユニット；を備えている。

この建物によれば、建物本体の揺れに対しては、建物本体に連結された上部フレームと下部フレームとに、せん断変位が生じる。これに伴い、制振ユニットの上下一対の取付部材にせん断変位が生じる。この際、制振ユニットの上下方向支持部材は、上下一対の取付部材のせん断変位を許容する。また、建物本体のせん断変位に応じて、制振部材の粘弾性体にせん断変形が生じる。かかる粘弾性体のせん断変形によって、建物本体の揺れに対して、所要の減衰力が生じる。これにより、建物本体の揺れが小さく抑えられるとともに、当該揺れが早期に減衰する。

例えば、建物本体は、上下方向に間隔を開けて配置され、水平方向の延びた一対の梁；一対の梁の間に水平方向に間隔を開けて配置され、上下方向に延びて一対の梁に連結された一対の柱；及び、一対の梁と、一対の柱で囲まれた開口；を備えている場合がある。かかる建物本体に対して、上部フレームと、下部フレームと、制振ユニットとは、建物本体の開口を囲むように配置することができる。これにより、建物に大きな開口を確保することができる。

また、本発明に係る建物補強工法は、建物本体の側部に基礎を設ける基礎敷設工程；基礎敷設工程で設けられた基礎から建物本体の側面に沿って立ち上がるとともに、建物本体に連結された下部フレームを設ける下部フレーム設置工程；下部フレームに対して上部に対向する位置に、建物本体に連結された上部フレームを設ける上部フレーム設置工程；下部フレーム設置工程で設けられた下部フレームの上に、上記の制振ユニットを取り付ける工程；及び、上部フレーム設置工程で設けられた上部フレームと、制振ユニットとを連結する工程とを備えている。

本発明の一実施形態に係る制振ユニットを建物本体に取り付けた状態を示す側面図。 制振ユニットの正面図。 制振ユニットが変形した際の上下方向支持部材を示す図。 制振ユニットが変形した際の制振部材を示す図。 制振部材のヒステリシスループを示す図。 制振部材がせん断変形した状態を示す図。 制振ユニットが取り付けられた建物を示す斜視図。 制振ユニットが取り付けられた建物を示す側面図。 制振ユニットが建物本体に取り付けられた状態を示す正面図。 上下方向支持部材として積層ゴムを備えた制振ユニットを示す図。 上下方向支持部材として積層ゴムを備えた制振ユニットの変形例を示す図。 上下方向支持部材として滑り支承部材を備えた制振ユニットを示す図。 上下方向支持部材として転がり支承部材を備えた制振ユニットを示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る制振ユニットを図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材、部位には、適宜に同じ符号を付している。

≪制振ユニット１００≫
図１は、制振ユニット１００を建物本体２００に取り付けた状態を示す側面図である。図２は、その正面図である。なお、ここでは、建物本体２００は、略直方体の建物であり、横断面の一方の長辺側を正面としている。この実施形態では、制振ユニット１００は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４と、上下方向支持部材４０と、制振部材６０とを備えている。また、図１に示すように、１つの制振ユニット１００に対して、１つの上下方向支持部材４０と、４つの制振部材６０が取り付けられている。

≪取付部材２２、２４≫
上下一対の取付部材２２、２４は、図１に示すように、上下方向支持部材４０と、制振部材６０とが取り付けられる部材である。この実施形態では、取付部材２２、２４は、所要の剛性を有する矩形の板状の部材で構成されており、制振ユニット１００の上下において対向するように配置されている。取付部材２２、２４の対向する面には、それぞれ上下方向支持部材４０と、制振部材６０とが取り付けられている。

≪上下方向支持部材４０≫
上下方向支持部材４０は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４の間に配置され、上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持する部材である。また、上下方向支持部材４０は、図３に示すように、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位（せん断方向の相対変位）を許容する。

この制振ユニット１００は、建物本体２００に連結された上部フレーム１４０と、下部フレーム１６０とに連結されて、建物本体２００に作用した振動を減衰させる機能を奏する。以下、かかる制振ユニット１００を説明する。

この実施形態では、上下方向支持部材４０は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４に設けられた球面滑り軸受け４２、４４と、当該球面滑り軸受け４２、４４を介して取り付けられた柱材４６とで構成されている。

この実施形態では、柱材４６は、上下一対の取付部材２２、２４の間に上下方向に延びた状態で収まる長さを有し、両端に球面滑り軸受け４２、４４に支持される球状の軸端部４６ａ、４６ｂを備えている。また、この柱材４６は、中間部に接合部４６ｃを有し、上下に分断できる。

また、この実施形態では、球面滑り軸受け４２、４４は、基部４２ａ、４４ａと、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂと、第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃとを備えている。

基部４２ａ、４４ａは、図１に示すように、この実施形態では、上下一対の取付部材２２、２４に取り付けられる板状の部材であり、中央部に第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂを位置決めする突起４２ａ１、４４ａ１が設けられている。かかる基部４２ａ、４４ａは、それぞれ上下一対の取付部材２２、２４に上下に対向するように取り付けられている。

第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂは、略球面の窪みからなる受け面４２ｂ１、４４ｂ１を備えている。第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂは、上下一対の取付部材２２、２４に取り付けられた基部４２ａ、４４ａの突起４２ａ１、４４ａ１に位置決めされ、かつ、当該受け面４２ｂ１、４４ｂ１が上下に対向するように、基部４２ａ、４４ａに取り付けられている。

第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃは、柱材４６に装着されるリング状の部材であり、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂの受け面４２ｂ１、４４ｂ１に応じた略球面の窪みからなる受け面４２ｃ１、４４ｃ１を備えている。また、この第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃは、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂに外側から被せられるとともに、基部４２ａ、４４ａに取り付けられる。

この実施形態では、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４に基部４２ａ、４４ａを取り付ける。次に、基部４２ａ、４４ａの突起４２ａ１、４４ａ１に位置決めし、かつ、当該受け面４２ｂ１、４４ｂ１が上下に対向するように、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂを基部４２ａ、４４ａに取り付ける。

第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃは、分断された柱材４６に装着される。第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃが装着された柱材４６は、接合され、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂの間に配置される。この際、柱材４６の球状の軸端部４６ａ、４６ｂは、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂの受け面４２ｂ１、４４ｂ１に嵌められる。また、柱材４６に装着された第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃは、それぞれ基部４２ａ、４４ａに取り付けられる。これにより、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂの受け面４２ｂ１、４４ｂ１と、第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃの受け面４２ｃ１、４４ｃ１とによって、柱材４６の軸端部４６ａ、４６ｂはそれぞれ回動自在に支持されている。

ここで、上下方向支持部材４０の基部４２ａ、４４ａ、第１球面受け部材４２ｂ、４４ｂ、及び、第２球面受け部材４２ｃ、４４ｃの取り付けは、それぞれボルトナット、リベット、溶接、接着などの適当な固定手段を採用することができる。

≪制振部材６０≫
次に、制振部材６０を説明する。

制振部材６０は、対向するプレート６１、６２と、粘弾性体６６とを有している。粘弾性体６６は、対向するプレート６１、６２の間に配設され、各プレート６１、６２にそれぞれ接着されている。制振部材６０の対向するプレート６１、６２のうち一方のプレート６１は上下一対の取付部材２２、２４のうち一方の取付部材２２に連結され、他方のプレート６２は他方の取付部材２４に連結されている。

この実施形態では、図１に示すように、１つの制振ユニット１００に対して、４つの制振部材６０が取り付けられている。

各制振部材６０は、１枚の上側プレート６１と、２枚の下側プレート６２と、２つの粘弾性体６６とで構成されている。図２に示すように、上側プレート６１と下側プレート６２は、それぞれ長方形のプレートであり、例えば、所要の剛性を有する鋼板で構成されている。

１枚の上側プレート６１は、２枚の下側プレート６２の間に配置されている。また、上側プレート６１と、２枚の下側プレート６２は、上側プレート６１を上側、下側プレート６２を下側に少しずらして対向させている。上側プレート６１が上側にずれた部分は、上側の取付部材２２に取り付けられる。また、下側プレート６２が下側にずれた部分は、下側の取付部材２４に取り付けられる。また、上側プレート６１と、２枚の下側プレート６２とが対向する部分には、それぞれ粘弾性体６６が接着されている。この実施形態では、粘弾性体６６は、略正方形のゴム材料であり、上側プレート６１と下側プレート６２に挟まれており、それぞれ加硫接着で接着されている。

この実施形態では、粘弾性体６６は、高減衰性を有する粘弾性ゴム（制振ゴム）が用いられている。かかる粘弾性ゴム（制振ゴム）には、例えば、天然ゴム，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），ブタジエンゴム素材（ＢＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ），ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）のゴム素材に、高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成された高減衰性ゴム組成物を用いることができる。高減衰性を発揮する添加剤としては、例えば、カーボンブラックなど、種々の添加剤が知られている。

なお、上述した粘弾性体６６には、種々の粘弾性体を用いることができる。すなわち、所要の性能が得られるように、基材ゴム、添加剤を選択し、また、それらの配合割合を選択するとよい。粘弾性体６６を構成するゴム組成物は、基材ゴム及び添加剤の各成分を所定の割合で配合し、例えば、密閉式混練機などを用いて混練することによって得られる。そして、上記のように得られたゴム組成物を、ローラヘッド押出機などを用いてシート状に成形する。その後、成形したシートを積層した状態で、所定の型内で加熱して例えば加硫成形する。

また、粘弾性体６６は、例えば自己粘着性のものや普通の接着剤を用いて、上述した上側プレート６１と下側プレート６２と接合一体化してもよい。しかしながら、接着への信頼性の観点から、粘弾性体６６と上側プレート６１と下側プレート６２とは、加硫接着して接合することが好ましい。例えば、未加硫の粘弾性体６６を所定の形状を有するように押出した後、切断し、予備成形した状態で所定の型内で加熱して加硫して成形する。この実施形態では、成形型に上側プレート６１と下側プレート６２を配置しておき、粘弾性体６６を成形するのと同時に、粘弾性体６６を上側プレート６１と下側プレート６２とに加硫接着している。

≪制振ユニット１００の構成≫
この実施形態では、図１に示すように、制振ユニット１００は、上下方向支持部材４０の両側に制振部材６０が２つずつ取り付けられている。

この実施形態では、上下一対の取付部材２２、２４には、それぞれ制振部材６０を取り付ける部位に上部スペーサ７２と下部スペーサ７４が設けられている。上部スペーサ７２は矩形の突起で構成されている。下部スペーサ７４は所定の間隔で設けられた２つの矩形の突起で構成されている。下部スペーサ７４は、制振部材６０の２つの粘弾性体６６と、上側プレート６１の厚さに相当する厚さを備えている。

この実施形態では、図１に示すように、２つの制振部材６０は一方の下側プレート６２を互いに重ね合わせる。２つの制振部材６０の上側プレート６１はそれぞれ上部スペーサ７２を挟むように取り付けられている。また、各制振部材６０の２つの下側プレート６２は、それぞれ下部スペーサ７４を挟むように取り付けられている。この実施形態では、上側プレート６１と上部スペーサ７２、下側プレート６２と下部スペーサ７４とは、ボルトナットによって取り付けられている。かかる構成により、制振部材６０は、各粘弾性体６６に圧縮方向の力がほとんど作用しないように取り付けられている。

また、この実施形態では、図１及び図２に示すように、制振ユニット１００の前後、左右の側面において、上下一対の取付部材２２、２４の間にカバー７６、７８、８０が設けられている。前後のカバー７６、７８は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４の間の前後に取り付けられている。この実施形態では、前後のカバー７６、７８は、上側の取付部材２２と下側の取付部材２４にそれぞれ取り付けられている。この実施形態では、前後のカバー７６、７８は、伸縮性を有しており、取付部材２２、２４のせん断方向の変位に応じて伸縮する。また、左右のカバー８０は、上下一対の取付部材２２、２４の間の側面において、制振部材６０が配置された部位を覆っている。この実施形態では、カバー８０は、図２に示すように、上側の取付部材２２の両側の側縁部に蝶番８２を介して揺動可能に取り付けられた蓋材８４で構成されている。この実施形態では、蓋材８４の先端部は、制振ユニット１００の内側から外側へ向けて下斜めに傾斜している。これにより、蓋材８４が下側の取付部材２４に引っ掛からずに揺動する。

≪制振ユニット１００の変形≫
図３及び図４は、かかる制振ユニット１００が変形した状態を示している。ここで、図３は、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０を示しており、図４は、制振部材６０を示している。

かかる上下方向支持部材４０は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４の間に、上下一対の取付部材２２、２４に対して直交している。このため、上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持する。さらに、上下方向支持部材４０は、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対して、図３に示すように、上下の球面滑り軸受け４２、４４が滑り、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に応じて傾く。これにより、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容することができる。

また、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対しては、図４に示すように、制振部材６０は、対向する上側プレート６１と下側プレート６２のせん断方向の相対的な変位が生じる。粘弾性体６６は、かかる上側プレート６１と下側プレート６２のせん断方向の相対的な変位に応じて、せん断変形する。

かかる制振部材６０は、図４に示すように、せん断変形が生じると、図５に示すように、ヒステリシスループＡ（実測ヒステリシス曲線）を描く。図５中、横軸はせん断方向の変位を示し、縦軸はその際のせん断荷重を示している。この制振部材６０は、せん断変形を伴う振動が生じると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＡで囲まれた部分のエネルギに相当する振動のエネルギを吸収することができる。なお、図５に示すヒステリシスループＡは、制振部材６０のヒステリシスループＡを模式的に描いている。

なお、各制振部材６０は、図６に示すように、上側プレート６１の両側に粘弾性体６６が接着されており、さらに、２枚の下側プレート６２は、粘弾性体６６の外側に接着されている。このため、上側プレート６１と２枚の下側プレート６２がせん断変形したときに、上側プレート６１の両側の粘弾性体６６から、上側プレート６１に作用するモーメント（上側プレート６１を回転させようとする力）が互いに相殺される。上側プレート６１と２枚の下側プレート６２が安定した状態でせん断変形する。ここで、図６中の矢印ａ、ｂは、粘弾性体６６に作用するせん断力を示している。また、同図中の矢印ｃ、ｄは、粘弾性体６６に作用するモーメントを示している。この場合、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に伴って、上側プレート６１と２枚の下側プレート６２がせん断変形したときに、せん断力ａ、ｂが釣合い、さらにモーメントｃ、ｄが釣合う。これにより、制振部材６０が安定した状態でせん断変形が生じ、粘弾性体６６にも安定した状態でせん断変形が生じる。

このように、制振ユニット１００によれば、上下一対の取付部材２２、２４の上下方向に作用する力は、上下方向支持部材４０によって支持することができる。また、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４にせん断変位が生じた場合には、制振部材６０の粘弾性体６６に生じるせん断変形によって所要の抗力が生じる。

また、この実施形態では、一つの制振ユニット１００に、粘弾性体６６が８つある。各粘弾性体６６は、それぞれ上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対して同様にせん断変形する。これにより、制振ユニット１００は、それぞれ上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対して所要の抗力を生じさせる。このように、この実施形態では、制振ユニット１００に配置した複数の粘弾性体６６を均等に作用させることができる。また、上下方向支持部材４０の両側に同数の制振部材６０が同様に配置されているので、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対して上下方向支持部材４０の両側で同様の抗力が生じる。

≪建物４００≫
かかる制振ユニット１００は、建物本体２００に取り付けられる。図７は、制振ユニット１００が取り付けられた建物４００を示す斜視図である。図８は、制振ユニット１００が取り付けられた建物４００の側面図。図９は、制振ユニット１００が建物本体２００に取り付けられた状態を示す正面図を示している。

建物本体２００は、例えば、図７に示すように、鉄骨鉄筋コンクリート製の直方体の建物を例に挙げて説明する。かかる建物本体２００は、横断面の短辺方向ｙよりも長辺方向ｘに揺れやすい。

この実施形態では、建物本体２００に上下に対向するように取り付けられた上下一対のフレーム１４０、１６０の間に、上述した制振ユニット１００が配置されている。上下一対のフレーム１４０、１６０に、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４がそれぞれ連結されている。また、この実施形態では、図８に示すように、建物本体２００の側部に基礎１２０が敷設されている。そして、上下一対のフレーム１４０、１６０のうち下側の下部フレーム１６０は、基礎１２０に連結されている。なお、この実施形態では、上部フレーム１４０と下部フレーム１６０は、図８に示すように、それぞれ建物本体２００の構造部材２２０（この実施形態では、建物本体２００に骨組部材）に連結されている。この実施形態では、図７及び図８に示すように、建物本体２００の高さ方向zに複数の制振ユニット１００が取り付けられている。

なお、図７及び図８に示すように、上下方向に複数の制振ユニット１００が取り付けられている場合、一の制振ユニット１００に対して上部フレームとなるフレーム１４０Ａは、当該一の制振ユニット１００の上に位置する他の制振ユニット１００に対しては、下部フレーム１６０Ｂを構成する。例えば、図８に示すように、制振ユニット１００Ａに対しては、上部フレーム１４０を構成するフレームは、当該制振ユニット１００Ａの上に位置する他の制振ユニット１００Ｂに対しては下部フレーム１６０を構成している。

この建物４００によれば、建物本体２００の揺れに対しては、建物本体２００に取り付けられた上下一対のフレーム１４０、１６０にせん断変位が生じる。これに伴い、上下一対のフレーム１４０、１６０に連結された、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４にせん断変位が生じる。この際、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０は、図３に示すように、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容する。また、図４に示すように、建物本体２００のせん断変位に応じて、制振ユニット１００の制振部材６０の粘弾性体６６にせん断変形が生じる。かかる粘弾性体６６のせん断変形によって、建物本体２００の揺れに対して、所要の減衰力が生じる。これにより、建物本体２００の揺れが小さく抑えられるとともに、当該揺れが早期に減衰する。

この実施形態では、建物本体２００は、図９に示すように、上下方向に間隔を開けて配置され、水平方向に延びた一対の梁２０２、２０４を備えている。かかる一対の梁２０２、２０４の間には、複数の柱２０６、２０８が設けられている。一対の梁２０２、２０４の間に水平方向に間隔を開けて配置された一対の柱２０６、２０８は、それぞれ上下方向に延びて一対の梁２０２、２０４に連結されている。この建物本体２００は、かかる一対の梁２０２、２０４と一対の柱２０６、２０８とで囲まれた開口２１０を備えている。上述した上下一対のフレーム１４０、１６０と、制振ユニット１００とは、建物本体２００の開口２１０を囲むように配置されている。

このように、上下一対のフレーム１４０、１６０と、制振ユニット１００が、建物本体２００の開口２１０を囲むように配置されているので、建物の開口２１０を阻害しないように制振ユニット１００を取り付けることができる。例えば、建物の開口２１０が避難経路として用いられている場合でも、制振ユニット１００は、当該開口２１０を塞ぐことなく設置することができる。このように制振ユニット１００は、当該開口２１０を塞ぐことなく設置することができるので、開口２１０からの採光や、通風を確保することができ、建物の居住性を維持できる。また、当該開口２１０が避難窓（避難経路）として用いられている場合でも、制振ユニット１００を設けることによって開口２１０が塞がれることがなく避難窓としての利用を維持できる。

また、この実施形態では、図７に示すように、上部フレーム１４０と、下部フレーム１６０とは、建物本体２００の長辺方向ｘ側の側面に沿って構築されている。また、この実施形態では、制振ユニット１００は、図１に示すように、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２及び粘弾性体６６が、建物本体２００の長辺側の側面２００ａに対して概ね平行になるように（換言すると、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２及び粘弾性体６６が、建物本体２００の短辺方向ｙに対して概ね直行するように）、取り付けられている。

この制振ユニット１００は、図１に示すように、上下方向支持部材４０の両側にそれぞれ制振部材６０が２つずつ取り付けられている。

また、かかる制振ユニット１００を取り付ける建物補強工法としては、例えば、建物本体２００の側部に基礎１２０を設ける（基礎敷設工程）。次に、基礎敷設工程で設けられた基礎１２０から建物本体２００の側面に沿って立ち上がるとともに、建物本体２００に連結された下部フレーム１６０を設ける（下部フレーム設置工程）。次に、下部フレーム１６０に対して上部に対向する位置に、建物本体２００に連結された上部フレーム１４０を設ける（上部フレーム設置工程）。次に、下部フレーム設置工程で設けられた下部フレーム１６０の上に、制振ユニット１００を取り付ける（制振ユニット取付工程）。そして、上部フレーム設置工程で設けられた上部フレーム１４０と、制振ユニット１００とを連結する（制振ユニット連結工程）とよい。なお、基礎敷設工程、下部フレーム設置工程、上部フレーム設置工程、制振ユニット取付工程、制振ユニット連結工程の順番は、矛盾が生じない限りにおいて、適当に入れ替えてもよい。

例えば、制振ユニット１００を施工する方法としては、上述した下部フレーム設置工程において下部フレーム１６０を設置した後に、下部フレーム１６０の上に、制振ユニット１００を取り付け、その後に、上部フレーム設置工程により上部フレーム１４０を設けてもよい。また、他の方法として、上述した上部フレーム設置工程と下部フレーム設置工程とにより、上部フレーム１４０と下部フレーム１６０を建物本体２００に設置した後に、上部フレーム１４０と下部フレーム１６０とに制振ユニット１００を取り付けてもよい。

かかる建物補強工法によれば、建物本体２００が、既存の建物である場合でも、建物本体２００に制振ユニット１００を取り付けることができる。また、建物本体２００の揺れに応じて、上部フレーム１４０と下部フレーム１６０とを通じて、制振ユニット１００に適切にせん断変形を生じさせることができる。

≪建物本体２００に取り付けられた制振ユニット１００の機能≫
制振ユニット１００は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４；上下一対の取付部材２２、２４の間に配置され、上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容する上下方向支持部材４０；及び、上下一対の取付部材２２、２４の間に配置された制振部材６０；を備えている。制振部材６０は、対向するプレート６１、６２と、対向するプレート６１、６２の間に配設され、各プレート６１、６２にそれぞれ接着された粘弾性体６６とを有している。また、対向するプレート６１、６２のうち一方のプレート６１は上下一対の取付部材２２、２４のうち一方の取付部材２２に連結され、他方のプレート６２は他方の取付部材２４に連結されている。

この制振ユニット１００によれば、上下一対の取付部材２２、２４の上下方向に作用する力は、上下方向支持部材４０によって支持することができる。例えば、上部フレーム１４０は、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０で支持することができる。

また、建物本体２００の短辺方向ｙの揺れに対しては、建物本体２００に連結された上部フレーム１４０と下部フレーム１６０とに、せん断変位が生じる。これに伴い、図３及び図４に示すように、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４にせん断変位が生じる。この際、この実施形態では、上下方向支持部材４０は、上下一対の取付部材２２、２４に球面滑り軸受け４２、４４を介在させて取り付けられているので、上下方向支持部材４０が傾く。これにより、上下方向支持部材４０は、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容する。なお、図３及び図４では、制振ユニット１００の動きを分かり易くするため、建物本体２００に生じる揺れを誇張している。

また、建物本体２００に連結された上部フレーム１４０と下部フレーム１６０のせん断変位に応じて、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４にせん断変位が生じる。この際、図４に示すように、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２とに接着された粘弾性体６６にせん断変形が生じる。かかる粘弾性体６６のせん断変形によって、建物本体２００の揺れに対して、所要の抗力が生じる。これにより、建物本体２００の揺れを小さく抑えることができるとともに、当該揺れを早期に減衰させることができる。また、この建物４００は、地震などの振動が減衰すると、建物本体２００の弾性復元力によって、元の姿勢に復帰する。

また、この制振ユニット１００は、図１に示すように、概ね直方体のユニットで構成することができ、適当に小さくできる。例えば、鉄骨鉄筋コンクリート製の建物の柱の大きさに合わせて、所要の幅、奥行き、高さに構成することができる。このため、図７、図８及び図９に示すように、建物の柱に嵌め込むように施工することができる。このため、従前の所謂ブレース材や、柱の梁に斜めにダンパーを配置するような補強構造に比べても、構造がコンパクトである。また、上述したように、建物の開口を塞がないように施工することもできる。

また、この制振ユニット１００は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４の間に上下方向支持部材４０と、制振部材６０とが取り付けられている。このため、建物本体２００に上下に対向するように取り付けられた上下一対のフレーム１４０、１６０の間に、制振ユニット１００を配置し、上下一対のフレーム１４０、１６０に、制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４をそれぞれ連結することによって、建物本体２００に施工できる。このように、上下方向支持部材４０と、制振部材６０とがユニット化されており、建物本体２００への施工が簡単に行える。例えば、かかる補強構造を施工するのに、既存の建物に対して入居者の一時的な退去が必要となるような大規模な施工工事が必要であると、管理者及び入居者に不便を生じさせる。かかる制振ユニット１００によれば、入居者の一時的な退去が必要とならない程度に施工が容易にできる。

制振ユニット１００は、上述した実施形態に限定されない。以下、制振ユニット１００の変形例を説明する。

制振ユニット１００の上下方向支持部材４０は、図１に示すように、上下一対の取付部材２２、２４にそれぞれ球面滑り軸受け４２、４４を介して取り付けられた柱材４６で構成された形態を例示したが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０は、鋼板とゴム板を交互に積層した積層ゴム４８を備えていてもよい。積層ゴム４８は、鋼板とゴム板の積層方向の一端４８ａが上下一対の取付部材２２、２４の一方の取付部材２２に取り付けられ、積層方向の他端４８ｂが上下一対の取付部材２２、２４の他方の取付部材２４に取り付けられている。

この実施形態では、積層ゴム４８は、図１０に示すように、上下一対の取付部材２２、２４にそれぞれ取り付けられた支持部材２２ａ、２４ａに取り付けられている。かかる積層ゴム４８は、上下方向の荷重を支持することができるとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対しては、ゴム板のせん断変形による積層ゴム４８全体の変形によってこれを許容することができる。

また、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０は、図１１に示すように、積層ゴム４８と、上下一対の取付部材２２、２４のうち少なくとも何れか一方の取付部材とが滑動可能に取り付けてもよい。図１１に示す例では、下側の取付部材２４の支持部材２４ａに滑り材４９を取り付けられている。積層ゴム４８は、滑り材４９の上に載せられている。積層ゴム４８の上端は、下側の取付部材２２の支持部材２２ａに固定されている。

この場合、積層ゴム４８と滑り材４９との間に所要の摩擦力が作用する。かかる制振ユニット１００の上下一対の取付部材２２、２４にせん断変位が生じると、積層ゴム４８と滑り材４９との間に作用する力が所定の静摩擦力以下の場合には、積層ゴム４８にせん断変形が生じる。積層ゴム４８と滑り材４９との間に作用する力が大きくなり、所定の静摩擦力を超えると、積層ゴム４８と滑り材４９とにずれが生じる。

このように、かかる構成によれば、積層ゴム４８に作用するせん断力を所定の力以下に抑えることができる。これにより、積層ゴム４８の破損を防止できる。なお、地震などの振動が減衰すると、建物本体２００の弾性復元力によって、制振ユニット１００は元の姿勢に復帰する。この際、積層ゴム４８と滑り材４９とに生じたずれも解消する。なお、図１１に示す例では、下側の取付部材２４の支持部材２４ａに取り付けられた滑り材４９の幅が、積層ゴム４８の下端４８ａよりも広い。これにより、積層ゴム４８のずれをより大きく許容することができる。

また、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０は、さらに、上下一対の取付部材２２、２４の間に配置された滑り支承部材５０（図１２参照）や転がり支承部材５２（図１３参照）で構成してもよい。この場合でも、上下方向支持部材４０は、上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容することができる。

この実施形態では、滑り支承部材５０は、図１２に示すように、上下一対の滑り部材５０ａ、５０ｂで構成されており、上下一対の取付部材２２、２４にそれぞれ取り付けられた支持部材２２ａ、２４ａの間に取り付けられている。一対の滑り部材５０ａ、５０ｂは、少なくとも互いに滑る面が、例えば、潤滑剤が塗布されていたり、フッ素系の樹脂など摩擦係数が低い材料でコーティングしたりするなど、滑りやすいように構成されているとよい。

また、転がり支承部材５２は、図１３に示すように、転動体５２ａ（ボール）を有しており、上下方向の上側の取付部材２２から下側の取付部材２４に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位を許容する。この実施形態では、転がり支承部材５２は、転動体５２ａと、保持器５２ｂと、ストッパ５２ｃととを備えており、上下一対の取付部材２２、２４にそれぞれ取り付けられた支持部材２２ａ、２４ａの間に取り付けられている。

転動体５２ａは、上下方向の荷重に抗することができるように所要の剛性を備えた球体である。この実施形態では、転がり支承部材５２は、複数の転動体５２ａを有している。保持器５２ｂは、当該転動体５２ａを保持する部材である。この実施形態では、保持器５２ｂの内周面は、例えば、潤滑剤が塗布されていたり、フッ素系の樹脂など摩擦係数が低い材料でコーティングしたりするなど、滑りやすいように構成されている。この実施形態では、保持器５２ｂは、下側の支持部材２４ａに取り付けられている。また、ストッパ５２ｃは、転動体５２ａの転動範囲を規制する部材である。この実施形態では、ストッパ５２ｃは、上側の支持部材２２ａの下端に取り付けられた略板状の部材であり、周囲に転動範囲を規制する壁５２ｃ１を備えている。

かかる転がり支承部材５２は、転動体５２ａによって上下方向の荷重を支持することができるとともに、上下一対の取付部材２２、２４のせん断変位に対しては、転動体５２ａの転動及び保持器５２ｂの変位によってこれを許容することができる。なお、この実施形態では、図１３に示すように、ストッパ５２ｃは、下側の支持部材２４ａに取り付けられた保持器５２ｂよりも十分に広い。また、幅広のストッパ５２ｃを上側に取り付けており、転動体５２ａが転動する部分に塵が入り難くなっている。

また、上述した実施形態では、制振ユニット１００は、上下一対の取付部材２２、２４の間の側面にカバー８０が設けられているが、かかるカバー８０の構成は、上記に限定されない。例えば、上下一対の取付部材２２、２４の間の側面に、上側の取付部材２２から吊り下げたシート状のカバーを設けても良い。また、カバーは、制振ユニット１００の上下方向支持部材４０や、制振部材６０を保護する。特に、制振部材６０に用いられる粘弾性体６６を保護する。所要の耐侯性を有しているとよい。また、カバーを設けることで、虫や鳥などの小動物や、塵が上下方向支持部材４０や制振部材６０が配置された領域に入るのを防止することができる。これにより、長期的な性能を保持することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る制振ユニット１００、建物４００及び建物補強工法を説明した。本発明に係る制振ユニット１００、建物４００及び建物補強工法は、上述した実施形態に限定されない。

制振ユニット１００の具体的な構造等や建物本体２００への取り付け構造などは、種々の変更が可能である。

上述した実施形態では、建物本体２００は、例えば、図７に示すように、鉄骨鉄筋コンクリート製の直方体の建物を例に挙げて説明した。図７に示す例では、建物本体２００は、横断面の長辺方向ｘよりも短辺方向ｙに振動が生じ易いとの前提で、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２及び粘弾性体６６が、建物本体２００の長辺方向ｘ側の側面に対して概ね直行するように、制振ユニット１００が取り付けられている。このように、建物本体２００が振動し易い方向の揺れに対して、制振部材６０の粘弾性体６６にせん断変形が生じるように、建物本体２００に対して制振ユニット１００を配置することができる。

ただし、制振ユニット１００の配置は、かかる配置に限定されず、種々の変更が可能である。制振ユニット１００の配置は、建物本体２００の構造に応じて適宜に変更するとよい。例えば、上述した直方体の建物では、構造上、横断面の長辺方向ｘよりも短辺方向ｙに振動が生じ易い。この場合、図７に示すように、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２及び粘弾性体６６が、建物本体２００の短辺方向ｙに対して概ね平行になるように、制振ユニット１００を取り付けてもよい。これに加えて、制振部材６０の上側プレート６１と下側プレート６２及び粘弾性体６６が、建物本体２００の長辺方向ｘに対して概ね平行になるように、制振ユニット１００を取り付けてもよい。

また、制振ユニット１００が取り付けられる建物本体の構造も上述した実施形態に限定されない。制振ユニット１００は、建物本体の構造に応じ、建物本体に生じる揺れ（振動）に対して、制振部材６０の粘弾性体６６に適切にせん断変形が生じるように、建物本体に配置されるとよい。また、制振ユニット１００は、既存建物の補強だけでなく、新規に建物を建築する際にも、当該建物に施工することができる。

２２、２４ 一対の取付部材
２２ａ、２４ａ 支持部材
４０ 上下方向支持部材
４２、４４ 球面滑り軸受け
４２ａ、４４ａ 基部
４２ａ１、４４ａ１ 突起
４２ｂ、４４ｂ 第１球面受け部材
４２ｂ１、４４ｂ１ 受け面
４２ｃ、４４ｃ 第２球面受け部材
４２ｃ１、４４ｃ１ 受け面
４６ 柱材
４６ａ、４６ｂ 軸端部
４６ｃ 接合部
４８ 積層ゴム
４８ａ 積層ゴムの上端
４８ｂ 積層ゴムの下端
５０ 滑り支承部材
５０ａ、５０ｂ 一対の滑り部材
５２ 転がり支承部材
５２ａ 転動体
５２ｂ 保持器
５２ｃ ストッパ
６０ 制振部材
６１ 上側プレート
６２ 下側プレート
６６ 粘弾性体
７２ 上部スペーサ
７４ 下部スペーサ
７６、７８、８０ カバー
８２ 蝶番
８４ 蓋材
１００ 制振ユニット
１２０ 基礎
１４０ 上部フレーム
１６０ 下部フレーム
２００ 建物本体
２０２、２０４ 梁
２０６、２０８ 柱
２１０ 開口
４００ 建物
Ａ ヒステリシスループ
ｘ 長辺方向
ｙ 短辺方向
ｚ 高さ方向

Claims (12)

1. 上下一対の取付部材；
   前記上下一対の取付部材の間に配置され、上側の取付部材から下側の取付部材に向けて上下方向に作用する力を支持するとともに、上下一対の取付部材のせん断変位を許容する上下方向支持部材；及び、
   前記上下一対の取付部材の間に配置された制振部材；を備え、
   前記制振部材は、対向するプレートと、前記対向するプレートの間に配設され、各プレートにそれぞれ接着された粘弾性体とを有し、
   前記対向するプレートのうち一方のプレートは前記上下一対の取付部材のうち一方の取付部材に連結され、他方のプレートは他方の取付部材に連結されている、制振ユニット。
2. 前記上下方向支持部材は、上下一対の取付部材にそれぞれ球面滑り軸受けを介して取り付けられた柱材で構成された、請求項１に記載された制振ユニット。
3. 前記上下方向支持部材は、鋼板とゴム板を交互に積層した積層ゴムであって、積層方向の一端が前記上下一対の取付部材の一方に取り付けられ、積層方向の他端が前記上下一対の取付部材の他方に取り付けられた積層ゴムを備えた、請求項１に記載された制振ユニット。
4. 前記上下方向支持部材は、前記積層ゴムと、前記上下一対の取付部材のうち少なくとも何れか一方の取付部材との間に介在した滑り支障部材を備えた、請求項３に記載された制振ユニット。
5. 前記上下方向支持部材は、前記上下一対の取付部材の間に配置された滑り支承部材を備えた、請求項１に記載された制振ユニット。
6. 前記上下方向支持部材は、前記上下一対の取付部材の間に配置された転がり支承部材を備えた、請求項１に記載された制振ユニット。
7. 前記上下一対の取付部材の間の側面にカバーを設けた、請求項１から６までの何れか一項に記載された制振ユニット。
8. 前記カバーは、前記上側の取付部材の側縁部に蝶番を介して揺動可能に取り付けられた蓋材で構成された、請求項７に記載された制振ユニット。
9. 前記建物本体に上下に対向するように取り付けられた上下一対のフレームの間に、請求項１から８までの何れか一項に記載された制振ユニットが配置されており、前記上下一対のフレームに、前記制振ユニットの前記上下一対の取付部材がそれぞれ連結された、建物。
10. 前記建物本体の側部に基礎が敷設されており、
    前記上下一対のフレームのうち下側の下部フレームは、前記基礎に連結されている、請求項９に記載された建物。
11. 前記建物本体は、
    上下方向に間隔を開けて配置され、水平方向の延びた一対の梁；
    前記一対の梁の間に水平方向に間隔を開けて配置され、上下方向に延びて前記一対の梁に連結された一対の柱；及び、
    前記一対の梁と、一対の柱で囲まれた開口；を備え、
    前記上下一対のフレームと、前記制振ユニットとは、前記建物本体の前記開口を囲むように配置された、請求項９又は１０に記載された建物。
12. 建物本体を補強する建物補強工法であって、
    前記建物本体の側部に基礎を設ける基礎敷設工程；
    前記基礎敷設工程で設けられた基礎から前記建物本体の側面に沿って立ち上がるとともに、前記建物本体に連結された下部フレームを設ける下部フレーム設置工程；
    前記下部フレームに対して上部に対向する位置に、前記建物本体に連結された上部フレームを設ける上部フレーム設置工程；
    下部フレーム設置工程で設けられた前記下部フレームの上に、請求項１から７までの何れか一項に記載された制振ユニットを取り付ける工程；及び、
    前記上部フレーム設置工程で設けられた前記上部フレームと前記制振ユニットとを連結する工程とを備えた、建物補強工法。

Images