JP2012211506A

JP2012211506A - 制震建物、制震方法

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Publication number: JP2012211506A
Application number: JP2012137632A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Nishimura; 勝尚西村; Yoshiyuki Fukumoto; 義之福本
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: JP5704126B2; JP2009019479A; JP5076709B2

Abstract

【課題】外部建物の内側に構造体を構築し、これらを制震部材により連結する制震建物において、外部建物内に構築される構造体を有効利用する。
【解決手段】制震建物１０は、内部に鉛直方向に延びるボイド空間４０を有する外部建物２０と、ボイド空間４０内に外部建物２０との間に隙間を設けるように構築され、外部建物２０に比べて剛性の高い、立体駐車場として利用される内部建物３０と、外部建物２０と内部建物３０との間を結ぶように設けられた制震ダンパー４１と、を備え、内部建物３０は、少なくとも一部が壁構造であり、外部建物２０は、少なくとも一部がラーメン構造であり、内部建物３０は鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造であり、外部建物２０の梁剛性が、当該外部建物２０を単独の構造物とした場合に、この構造物が設計地震に対して自立し得ない大きさに設定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部にボイド空間を有する外部建物と、外部空間のボイド空間内に構築された内部建物との間に制震部材を設けることにより構成された制震建物に関する。

従来より、高層建物では、地震力や風荷重による大きな水平力が入力されると、それに応じて、大きな変位が生じるため、柱や梁の本数を増やす、柱や梁の断面積を大きくする、又は柱梁架構内に耐震壁を設けるなどの方法により、耐震性を向上している。しかしながら、これらの方法では、建物の開口面積が減ってしまったり、建物の居室空間が削られてしまったりして、平面計画の障害となるという問題があった。

そこで、本願出願人らは、建物を構成するラーメン架構を有する外部建物内に、剛性が高く振動特性の異なる耐震壁やラーメン架構などの独立部材要素を独立して設け、この外部建物と独立部材要素との間を制震ダンパーにより接続した制震構造を提案している。このような制震構造によれば、外部建物と独立部材要素とが変形モードが異なることを利用して、制震ダンパーにより効率よく振動エネルギーを吸収することができ、これにより外部建物の剛性を高くしなくても耐震性を向上できるので、上記のような問題を解消できる（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００６―２４１７８３号公報特開２００５―１８００８９号公報

しかしながら、特許文献１及び２記載の発明において、独立部材要素として、連層耐震壁を用いているが、この連層耐震壁は、外部建物の制震性を向上するためだけのものであって、有効利用されていない。

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、外部建物の内側に構造体を構築し、これらを制震部材により連結する制震建物において、外部建物内に構築される構造体を有効利用することである。

本発明の制震建物は、内部に鉛直方向に延びる空間を有する外部建物と、前記空間内に前記外部建物との間に隙間を設けるように構築され、前記外部建物に比べて剛性の高い内部建物と、前記外部建物と内部建物との間を接続するように設けられた制震部材と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記内部建物は、少なくとも一部が壁構造であり、前記外部建物は、少なくとも一部がラーメン構造であってもよい。

ここで、前記内部建物は、立体駐車場として利用されてもよい。また、前記内部建物と前記外部建物とを接続する通路が設けられており、前記内部建物は、エレベータ及び階段を設けるためのスペースとして利用されてもよい。また、前記内部建物は鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造であってもよい。
また、前記内部建物は、前記外部建物に比べて高さが低くてもよい。この場合、前記前記外部建物は、前記内部建物の上方を覆うように設けられた架構を有してもよい。また、前記外部建物に支持されて前記内部建物の上方を覆う屋根を備えてもよい。

また、前記外部建物の梁剛性が、当該外部建物を単独の構造物とした場合に、この構造物が設計地震に対して自立し得ない大きさに設定されていてもよい。また、前記外部建物の少なくとも一部が無梁構造であってもよい。
また、前記内部建物と、前記外部建物とは、これらの低層階において、構造的に接続されていてもよい。

また、本発明の建物の制震方法は、前記建物を、内部に鉛直方向に延びる空間を有する外部建物と、前記空間内に前記外部建物との間に隙間を設けるように構築され、前記外部建物に比べて剛性の高い内部建物と、により構成し、前記外部建物と内部建物との間を接続するように制震部材を設けることを特徴とする。

本発明によれば、外部建物内に構築する構造体を建物とすることにより、建物全体を有効利用することができる。

本実施形態の制震建物の構成を示す鉛直方向断面図である。制震建物の制震ダンパーが取り付けられた階の水平方向断面図である。制震建物における外部建物の固有周期Ｔ１と内部建物の固有周期Ｔ２とを複数通りに設定し、各場合の最大応答変形の低減効果を示すグラフである。梁剛性が必要梁剛性よりも低くなるような梁構造の例を示す図である。内部建物及び外部建物の低層階を構造的に接合した制震建物を示す図である。（Ａ）は、外部建物の上部を内側に突出させて、内部建物の上方を覆うように構築した場合の制震建物を示す図であり、（Ｂ）は、内部建物の直上の高さにおいて内部建物の上方を覆う構成とした場合の制震建物を示す図である。

以下、本発明の制震建物の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の制震建物１０の構成を示す鉛直方向断面図である。また、図２は、制震建物１０の制震ダンパー４１が取り付けられた階の水平方向断面図である。図１に示すように、本実施形態の制震建物１０は、内部に上下方向に伸びるボイド空間４０を有する外部建物２０と、外部建物２０のボイド空間４０内に構築された内部建物３０と、外部建物２０と内部建物３０とを接続するようにボイド空間４０内の所定の高さに設けられた複数の制震ダンパー４１と、を備える。内部建物３０は外部建物２０に比べて高さが低く、内部建物２０の上部の空間は吹抜４２となっている。外部建物２０の頂部には、吹抜４２の上部を覆うように屋根２５が設けられており、ボイド空間４０に雨が降りこむのを防ぎ、内部建物３０の置く上部に設置された設備等が雨水により劣化するのを防いでいる。図２に示すように、制震ダンパー４１は、内部建物３０の四隅より２方向に延び、外部建物２０のボイド空間４０に面する部分に接続されている。

外部建物２０は平面視矩形に形成され、内部に上下方向に延びるボイド空間４０を有する高層建物からなる。外部建物２０の各階には、その外周に沿って複数の住戸ユニット２２が配置されるともに、各住戸ユニット２２に面し、ボイド空間４０を取り囲むように廊下２４が配置されている。また、各階の廊下２４には上下階を連絡するためのエレベータシャフト２６が接続されている。外部建物２０のボイド空間４０は、自然換気を利用した換気や排気のスペースとして、また、共通室外機などの設備機器が設置され設備機器スペースとして利用されている。

外部建物２０は、一般的なラーメン架構に比べて、柱２１や梁２３の寸法が小さく形成されるとともに、柱２１間のスパンが広く、柱２１及び梁２３の数が少ない。このため、外部建物２０は一般的なラーメン架構に比べて、剛性が低くなっている。また、外部建物２０は、上記のように柱２１及び梁２３が少ないため、従来の高層建物に比べて内部空間の設計の自由度を向上することができるとともに、各住戸ユニット２２を開放的なものとすることができる。

内部建物３０は鉄筋コンクリート造の建物であり、外周壁に耐震壁が用いられている。このように外周壁に耐震壁を用いることにより、外部建物２０に比べて、高い剛性とすることができる。このため、内部建物３０は、固有周期が外部建物２０に比べて短く、制震建物１０に地震などによる外力が作用した場合には、内部建物３０と外部建物２０とは異なる振動モードで振動する。

内部建物３０の内部には立体駐車機３１が設置されており、この立体駐車機３１に車両が上下複数層に駐車されている。なお、立体駐車機３１への車両の出入りは、例えば、外部建物２０の地上階に設けられた出入口を通して行われる。

上記のように、内部建物３０は、外周壁を耐震壁としたため開口が少なく、また、外部建物２０からのアクセスも制限されてしまうため、制震建物１０全体を住戸として利用する場合には居住性が損なわれてしまう問題がある。これに対して、本実施形態では、内部建物３０を住戸からのアクセスが不要な立体駐車場として利用することにより、内部建物３０の外周壁を耐震壁により囲む構成としても、このような問題を生じることなく、内部建物３０を有効利用することができる。

また、立体駐車機３１から騒音や振動が発生するが、上記のように、内部建物３０は外周壁を耐震壁とすることにより十分な遮音性能が確保されており、さらに、内部建物３０と外部建物２０との間に隙間（ボイド空間４０）が存在するため、外部建物２０の住戸に騒音や振動が伝わるのを防ぐことができる。

また、制震ダンパー４１は、地震動などの外力が作用した場合に、外部建物２０と内部建物３０の変形差が大きくなるような階層において、内部建物３０の四隅から水平に２方向に延びるように設けられ、外部建物２０のボイド空間４０に接続されている。これにより、外力が作用して内部建物３０に対して外部建物２０が、水平方向何れの方向に相対移動しても、制震ダンパー４１により振動エネルギーを吸収することができる。このような制震ダンパー４１としては、オイルダンパー、摩擦ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、履歴型ダンパー、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。なお、本実施形態では、制震ダンパー４１を平面的に配置するものとしたが、内部建物３０と外部建物２０の異なる高さの位置を結ぶように設置することもできる。

本実施形態の制震建物１０に外力が作用すると、上記のように外部建物２０に比べて内部建物３０の剛性が高いため、外部建物２０及び内部建物３０は、異なる振動モードで振動する。この際、上記のように、制震ダンパー４１が外部建物２０と内部建物３０の変形差が大きくなるような位置を接続するように取り付けられているため、制震ダンパー４１により効率よく振動エネルギーを吸収することができる。

また、内部建物３０を鉄筋コンクリート造とし、外周壁に耐震壁を用いることにより、内部建物３０に十分な剛性を持たせることができる。これにより、外力が作用した際に、内部建物３０及び外部建物２０が異なる周期で振動することとなり、制震ダンパー４１により効率よく振動エネルギーを吸収することができる。このため、十分な耐震性を確保するために外部建物２０に高い剛性を持たせる必要がなく、外部建物２０の柱２１や梁２３の数を少なくするとともに、各部材の径を細くすることができ、住戸ユニット２２を開放的なものとし、居住性を向上することができる。

ここで、図３は、上記のような制震建物１０における外部建物２０の固有周期Ｔ１と内部建物３０の固有周期Ｔ２とを複数通りに設定し、各場合の最大応答変形の低減効果を示すグラフである。なお、グラフの縦軸は、最大応答変形比を、外部建物２０及び内部建物３０の固有周期Ｔ１，Ｔ２をともに４[ｓ]とした（すなわち、制震ダンパー４１において振動エネルギーを吸収しない）場合に対する比率で示し、横軸は制震ダンパーの減衰係数を示す。

同図に示すように、減衰係数によらず、固有周期の差を大きくするほど最大応答変形の低減効果は大きくなることがわかる。すなわち、内部建物３０の固有周期を短くし、外部建物２０の固有周期を長くするほど、制震建物１０の制震効果が向上することとなる。

ところで、上記実施形態では、外部建物２０の柱梁の数や寸法を少なくすることにより、外部建物２０の剛性を低下させて固有周期を長周期化させることにより制震建物１０の制震効果を向上していが、特に、外部建物２０の梁の剛性を低下させることにより、外部建物２０の剛性を低下させて、固有周期を長周期化させることも可能である。

一般的なラーメン架構を用いて独立した超高層建物を構築する場合には、設計用地震荷重が作用しても、これに耐え得る建物の耐震性が得られるような梁剛性（以下、必要梁剛性という）を確保することが必要である。なお、設計用地震荷重とは、構造設計の際に、十分な耐力を有するかどうかを検討するために用いられる地震荷重である。

これに対して、内部建物３０及び外部建物２０を制震ダンパー４１で結ぶことにより、内部建物３０及び外部建物２０の耐震性が向上され、外部建物２０の剛性を低下させることが可能となり、外部建物２０の梁剛性を必要梁剛性よりも低くしても、建物全体として設計用地震荷重が作用してもこれに耐え得るような耐震性を持たせることができる。このため、外部建物２０の梁構造として、例えば、図４（Ａ）に示すような無梁構造５０や、同図（Ｂ）に示すような梁せいがスラブ厚と同じような梁構造５１や、同図（Ｃ）に示すような梁せいが非常に小さい梁構造５２を採用することが可能となる。

このような梁構造を採用することにより、外部建物２０の剛性が必要梁剛性より低くし、固有周期を長くすることができるので、建物全体としての制震効果が向上し、地震時の変形を小さくすることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、外部建物２０内に構築する構造物を内部建物３０としたため、内部建物３０を含む制震建物１０全体を有効利用することができる。さらに、内部建物３０を住戸として利用した場合には、建物の開口等が少ないため、居住性が損なわれるという問題があるが、本実施形態のように内部建物３０を建築機能的に居住空間と分離可能な立体駐車場として利用することにより、居住性を損なうことなく、内部建物３０を有効利用することができる。

また、内部建物３０を住戸に比べて比較的に開口が少なくてもよい駐車場として利用することにより、内部建物３０の構造として大断面の鉄筋コンクリート造の柱梁架構を採用することができる。また、駐車場は居住空間とアクセス不要であるため、外周壁などに開口を設ける必要がなく、外周壁として無開口の耐震壁を用いることができる。このように内部建物３０を鉄筋コンクリート造の大断面の柱梁架構により構成することにより、内部建物３０に低コストで高い剛性を持たせることができる。また、立体駐車場は騒音源となるが、内部建物３０の外周壁を耐震壁とし、また、内部建物３０は外部建物２０に対して独立して設けられるため、外部建物２０への振動及び騒音を遮断することが可能となる。

なお、本実施形態では、内部建物３０を鉄筋コンクリート造として内部建物３０の剛性を高める構成としたが、これに限らず、鉄骨コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造としてもよい。また、内部建物３０の柱梁架構にブレース材を組み込むことにより、内部建物３０の剛性を高めてもよく、要するに、外部建物２０よりも高い剛性を有し、低コストで作成することができればよい。

また、本実施形態では、内部建物３０を外部建物２０よりも高さが低いものとしたが、これに限らず、同程度の高さにしても良く、また、外部建物２０よりも高くしてもよい。

また、本実施形態では、内部建物３０の外壁に開口を設けていないが、これに限らず、開口を設けて、外部建物２０との間に足場を渡して、内部建物３０と外部建物２０との間で移動可能にしてもよい。このようにすれば、内部建物３０に階段やエレベータなどの共用施設を設けたり、倉庫として利用したりすることもできる。

また、上記実施形態では、内部建物３０及び外部建物２０を夫々独立して構築するものとしたが、これに限らず、これらの建物２０、３０の低層階において、構造的に接続することも可能である。

図５は、本発明の別の実施形態である制震建物１１０を示す図である。同図に示すように、本実施形態の制震建物１１０では、外部建物１２０の低層階の梁１２３と、内部建物１３０の低層階の梁１３３とが一体に構築されており、低層階の梁１４３は内部建物１３０及び外部建物１２０を貫通するように設けられている。これにより、外部建物１２０及び内部建物１３０の低層階が構造的に接続された一体の構造として機能する。なお、上記実施形態と同様に内部建物１３０は立体駐車場として利用されており、内部建物１３０の低層階にはこの立体駐車場からの出入り口として開口が設けられている。

内部建物１３０及び外部建物１２０を高層化した場合には、内部建物１３０に外力が作用すると、建物の下層部分に非常に大きな転倒モーメントが生じることとなる。これに対して、本実施形態では、上記のように内部建物１３０及び外部建物１２０の低層階の部分を構造的に接合しているため、内部建物１３０及び外部建物１２０の低層階が一体となってこの外力に抵抗することとなり、転倒モーメントが作用することにより基礎に生じる引抜力及び圧縮力を軽減することができる。

また、内部建物１３０に外力が作用した場合には、下層階ほど大きなせん断力が作用することとなる。これに対しても、内部建物１３０及び外部建物１２０の低層階を構造的に一体とすることで、このせん断力を外部建物１２０にも負担させることが可能となり、内部建物１３０及び外部建物１２０の低層階が一体となってせん断力に抵抗することが可能となる。

また、上記のように内部建物１３０を立体駐車場として利用する場合には、内部建物１３０の下層階に車両の出入りのための開口を設ける必要がある。このように内部建物１３０の下層階に開口を設けると、内部建物１３０の剛性が低下してしまうため、外部建物１２０と内部建物１３０の固有周期の差が小さくなり、その結果、図３を参照して説明したように、制震ダンパー４１によるエネルギー吸収能力が低下する。しかしながら、本実施形態では、立体駐車場からの出入りのための開口を外部建物１２０と構造的に接続された低層階に設けることにより、開口を設けることによる内部建物１３０の剛性の低下を防止することができ、これにより、制震ダンパー４１によるエネルギー吸収能力が低下することを防ぐことができる。

また、上記各実施形態では、外部建物２０の上端に掛け渡すように屋根２５を設けた場合について説明したが、これに限らず、例えば、図６（Ａ）に示すように、外部建物２０の上部２０Ａをボイド空間４０の上部を閉塞するように構築し、外部建物２０の上部２０Ａにより内部建物３０の上方を覆う構成としてもよい。かかる構成によってもボイド空間４０内に雨水が入りこむのを防止できる。また、必ずしも、外部建物２０の上端高さにおいて内部建物３０の上方を覆う必要はなく、例えば、図６（Ｂ）に示すように、直上の高さなど、外部建物２０の上端よりも低い高さ位置において内部建物３０の上方を覆う構成としてもよい。また、上記実施形態のように、屋根２５を設ける場合においても、外部建物２０の上端高さに限らず、外部建物２０の上端よりも低い高さに設けてもよい。

１０、１１０制震建物
２０、１２０外部建物
２１柱
２２住戸ユニット
２３、１２３、１３３、１４３梁
２４廊下
２５屋根
２６エレベータシャフト
３０、１３０内部建物
３１立体駐車機
４０ボイド空間
４１制震ダンパー
４２吹抜

Claims

内部に鉛直方向に延びる空間を有する外部建物と、
前記空間内に前記外部建物との間に隙間を設けるように構築され、前記外部建物に比べて剛性の高い内部建物と、
前記外部建物と内部建物との間を接続するように設けられた制震部材と、を備え、
前記内部建物は、少なくとも一部が壁構造であり、
前記外部建物は、少なくとも一部がラーメン構造であり、
前記内部建物は鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造であり、
前記外部建物の梁剛性が、当該外部建物を単独の構造物とした場合に、この構造物が設計地震に対して自立し得ない大きさに設定されていることを特徴とする制震建物。