JP2013044155A

JP2013044155A - 制震構造

Info

Publication number: JP2013044155A
Application number: JP2011182526A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Isoda; 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: JP5757197B2

Abstract

【課題】一構面内に複数のダンパーを２段にわたって設置する場合において、各ダンパーを効率的に作動させ得る有効適切な制震構造を提供する。
【解決手段】構面内にＶ形ないしΛ形のブレース３を設け、第１のダンパーをその軸線がブレースの頂点Ｏを通る状態で接合部材４に対して接続する。第２のダンパーを接合部材に対してブレースの頂点の位置で鉛直面内において相対回転可能にピン接合するとともに、構面に対して面内水平方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能に支持して設置する。第１のダンパーをオイルダンパー７ａとし、第２のダンパーを慣性質量ダンパー７ｂとしてそれに付加ばね８を直列にかつ鉛直面内において相対回転可能にピン接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は建物を対象とする制震構造、特に柱と梁とにより構成される構面内にダンパーを設置して構面に生じる層間変形をブレースおよび接合部材を介してダンパーに伝達して制震効果を得る構成の制震構造に関する。

この種の制震構造はたとえば特許文献１に示されるように周知であり、近年、広く採用されるようになってきている。
この種の制震構造の最も一般的な形態とその作動原理を図６に模式的に示す。これは、地震時に構面に生じる層間変形をブレースを介してダンパーに伝達して作動させるようにしたものである。

すなわち、柱１と梁２とにより構成される構面内に一対２本のブレース部材３ａをＶ形に組み合わせたＶ形のブレース３を設けて、そのブレース３の下端部に一体に接合した接合部材４を下側の梁２に対して面外移動拘束ガイド５により面外移動不能かつ面内水平方向（梁軸方向）の変位を許容可能に支持するとともに、構面下部両側の柱梁接合部にそれぞれダンパー取付治具６を設けて、接合部材４の両側にそれぞれダンパー７（たとえばオイルダンパー）を設置してそれら２台のダンパー７を接合部材４の両端と各ダンパー取付治具６との間に介装したものである。
これによれば、地震時に構面に層間変形が生じた際には接合部材４と下側の梁２との間で面内での相対変位が生じ、それにより各ダンパー７が伸縮するように作動して制震効果が得られるのである。

特開平１１−１７２９５９号公報

ところで、上記のように構面内にダンパー７を設置する場合、ダンパー７を設置可能な構面数は建築計画的に限定されることが一般的であり、したがってダンパー７の所要台数が多数であるような場合には一構面内に複数のダンパー７を設置しなければならない場合が生じる。

その場合、一構面内に２台のダンパー７を設置することは図６に示したパターンにより支障なく設置可能であるが、３台以上となる場合にはその設置は困難である。
すなわち、一構面内に３台以上のダンパー７を設置する場合には、たとえば図７（ａ）に示すように各ダンパー７を上下方向に２段にわたって設置する必要が生じ、そのためには接合部材４の高さ寸法を大きくしてその側部に２台のダンパー７（７ａ、７ｂ）を上下方向に間隔をおいて接続することにならざるを得ないが、その場合には各ダンパー７の作用位置が上下方向にずれることから（ｂ）に示すように接合部材４に偏心曲げ荷重が作用してしまうことになる。つまり、下段に設置したダンパー７ｂの反力Ｐ、偏心距離ｅとすると、Ｍ＝Ｐ・ｅなる偏心曲げモーメントＭが生じることになる。

そして、接合部材４にそのような偏心曲げ荷重が作用すると、接合部材４に回転が生じて層間変位がそのままダンパー７に対して伝達されるわけではなく、したがってダンパー７に変位ロスが生じて各ダンパー７の作動量が低減し制震効果が損なわれてしまうことになる。

なお、そのようにダンパー７を多段に設置する場合においても、全てのダンパー７としてオイルダンパーを使用する場合には反力重心がブレース３の頂点Ｏ（２本のブレース部材３ａの軸線の交差点の位置である仮想の頂点）を通るような設計とすることでそのような偏心曲げ荷重が生じることを回避することも可能ではある。
しかし、オイルダンパーと他の形式のダンパー（たとえば慣性質量ダンパーや鋼材ダンパー等の履歴ダンパー）とを併用する場合、特に図７（ａ）に示しているように上段側のダンパー７をオイルダンパー７ａとし下段側のダンパー７を慣性質量ダンパー７ｂとし、さらにその慣性質量ダンパー７ｂに対して付加ばね８を直列に接続するような場合には、上下のダンパー７の反力に位相差が生じることから偏心曲げ荷重を完全に回避するような設計は困難であり、したがって一構面内に敢えて多数のダンパー７を多段に設置しても個々のダンパー７の作動効率が低下してしまって所期の制震効果が得られない場合があり、不合理である。

上記事情に鑑み、本発明は一構面内に複数のダンパーを多段に設置する場合においても各ダンパーを効率的に作動させ得て制震効果の低減を防止し得る有効適切な制震構造を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、建物における柱と梁とにより構成される構面内にダンパーを設置して、前記構面に生じる層間変形をブレースおよび接合部材を介して前記ダンパーに伝達して制震効果を得る制震構造であって、前記ダンパーとして第１のダンパーと第２のダンパーとを上下２段に配置して、前記第１のダンパーおよび前記第２のダンパーをそれぞれ前記接合部材と前記構面との間に介装してなり、前記ブレースを一対２本のブレース部材をＶ形ないしΛ形に組み合わせてそれらブレース部材の軸線の交差点を仮想の頂点とするＶ型ないしΛ形のブレースとして構成して、前記接合部材を前記ブレース部材の交差部に対して一体に接合し、前記第１のダンパーをその軸線が前記ブレースの頂点を通る状態で前記接合部材に対して接続し、前記第２のダンパーを前記接合部材に対して前記頂点の位置で鉛直面内において相対回転可能にピン接合するとともに、該第２のダンパーを前記構面に対して面内水平方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能に支持した状態で、該第２のダンパーを前記接合部材と前記構面との間に介装してなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の制震構造であって、前記第１のダンパーをオイルダンパーとし、前記第２のダンパーを慣性質量ダンパーとして、該第２のダンパーに対して付加ばねを直列にかつ鉛直面内において相対回転可能にピン接続してなることを特徴とする。

本発明によれば一構面内に複数のダンパーを２段にわたって配置することが可能であるし、それら各ダンパーを設置するための接合部材に偏心曲げ荷重が作用することがなく、したがって各ダンパーを効率的に作動させ得てその性能を十分に発揮させることができ、以て優れた制震効果を得ることができる。
また、本発明によれば各ダンパーを設置するうえで特別な施工技能を必要としないし、さしてコストアップになることもなく、新築の制震建物に適用するのみならず既存建物に対する制震改修工事にも有効に適用可能である。

本発明の制震構造の実施形態を示す概略構成図である。同、下段側に設置する第２のダンパーおよびその取付部材を示す図である。同、第２のダンパーの設置状態を示す図である。同、第２のダンパーとしての慣性質量ダンパーに直列に接続する付加ばねの一例を示す図である。同、接合部材に作用する偏心曲げ荷重についての説明図である。従来一般の制震構造の一例を示す図である。従来一般の制震構造においてダンパーを多段に設置する場合の一例を示す図である。

図１は本発明の制震構造の一実施形態を示すものであるが、図６〜図７に示した従来の制震構造と共通する要素については同一符号を付してある。
本実施形態の制震構造は、図６や図７に示した従来の制震構造と同様に、柱１と梁２とによる一構面内に一対２本のブレース部材３ａをＶ形に組み合わせてＶ型のブレース３を設置して、そのブレース３の下端部（ブレース部材３ａどうしの交差部）に接合部材４を一体に接合し、その接合部材４と構面との間に複数のダンパー７を介装することを基本とするが、本実施形態では接合部材４の両側に２台のオイルダンパー７ａ（第１のダンパー）を設置したうえで、接合部材４の下方にさらに１台の慣性質量ダンパー７ｂ（第２のダンパー）を設置し、特にその慣性質量ダンパー７ｂを接合部材４に対して相対回転可能にピン接合するとともに、下側の梁２に対してリニアガイド１２により面内水平方向（梁の軸方向）にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能な状態で支持したことを主眼としている。

具体的には、上段側の第１のダンパーとしてのオイルダンパー７は、図１に示すようにその軸線がブレース３の頂点Ｏ（２本のブレース部材３ａの軸線の交差点の位置である仮想の頂点）を通る状態で接合部材４とダンパー取付部材６との間に水平に設置している。
一方、下段側の第２のダンパーとしての慣性質量ダンパー７ｂには、図２に示すようにその胴部に取付部材９を装着して溶接により一体化せしめ、その取付部材９の上部の板部によって接合部材４を両面から挟み込んだ状態でブレース３の頂点Ｏの位置においてピン１０により回転可能な状態で連結することにより、慣性質量ダンパー７ｂを接合部材４に対してピン１０を中心として鉛直面内において回転可能にピン接合している。

また、図３に示すように下側の梁２の上部にはＴ形鋼からなる２台の架台１１を間隔をおいて溶接し、それら架台１１上にリニアガイド１２のレール１２ａを設置し、レール１２ａに沿って滑らかに走行するスライダ１２ｂにアングル材１３を固定して、そのアングル材１３を慣性質量ダンパー７ｂの両側部に対してそれぞれ溶接することにより、慣性質量ダンパー７ｂの全体を２台のリニアガイド１２を介して梁２に対して軸方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能な状態で支持している。

なお、慣性質量ダンパー７ｂとしては、たとえば特開２００８−１０１７６９号公報に示されるように、小質量の回転体を回転させることで大きな回転慣性質量を発生するもの、特にブレース３および接合部材４を介して伝達される層間変位をボールネジ機構によって回転錘の回転運動に変換して大きな慣性質量を生じる形式のものが好適に採用可能である。
また、本実施形態ではその慣性質量ダンパー７ｂに対して付加ばね８を直列に接続している。付加ばね８としてはたとえば図４に示すような積層ゴムの形態のものが好適に採用可能であり、その付加ばね８の一端側を慣性質量ダンパー７ｂに対してピン１４によるピン接合によって鉛直面内において相対回転可能な状態で接続し、他端側をダンパー取付部材６を介して構面に対して接続すれば良い。

上記の構造で各ダンパー７を設置するための施工手順は以下によると良い。
(1)下側の梁２上にＴ形鋼からなる架台１１を現場溶接し、その天端が床コンクリート天端より上になるようにする。
(2)慣性質量ダンパー７ｂの胴部に取付部材９を装着して一体に溶接するとともに、慣性質量ダンパー７ｂの底部にリニアガイド１２を装着し、リニアガイド１２のレール１２ａを架台１１上面にボルト締結する。
(3)リニアガイド１２を水平方向に仮固定した状態で、接合部材４を慣性質量ダンパー７ｂに対してピン１０によりピン接合して仮固定する。
(4)付加ばね８およびオイルダンパー７ａ（第１のダンパー）を設置する。
(5)ブレース３をＨＴＢ接合により組み立てて構面内に設置した後、慣性質量ダンパー７ｂに対する接合部材４およびリニアガイド１２の仮固定を解除し、以上により施工完了となる。

本実施形態の制震構造では、一構面内に２台のオイルダンパー７ａと１台の慣性質量ダンパー７ｂとを２段にわたって設置することにより、それらの全体で優れた制震効果が得られる。
特に、慣性質量ダンパー７ｂを従来のように単に接合部材４に対して固定的に連結するのではなく、接合部材４に対して回転可能にピン接合するとともにリニアガイド１２によりスライド可能かつ鉛直方向に拘束した状態で支持して設置しているので、従来のように接合部材４に対して偏心曲げ荷重が作用することはなく、したがって従来のように接合部材４の回転による変位ロスが生じることがなく、オイルダンパー７ａおよび慣性質量ダンパー７ｂの双方をいずれも効率的に作動させることが可能である。

すなわち、本実施形態では、図５（ａ）に示すように接合部材４に作用する力は一点に会合せず、慣性質量ダンパー７ｂの負担力Ｐ、偏心距離ｅ、リニアガイド１２による支持間隔Ｌとすると、接合部材４にはダンパー水平力Ｐによる偏心曲げモーメントＭ＝Ｐ・ｅが作用する一方、慣性質量ダンパー７ｂはリニアガイド１２を介して鉛直方向に支持されており、反力Ｒによる偶力モーメントＭ＝Ｒ・Ｌが偏心曲げと逆向きに作用するから、ダンパー７ｂと取付部材９を介してピン接合された接合部材４には曲げが作用せず、したがって接合部材４には回転が生じる余地はなく、それ故に接合部材４の回転に起因する変位ロスが生じることもない。
この場合、たとえば図５（ｂ）に示すように、慣性質量ダンパー７ｂの反力Ｐ＝2000kN、偏心距離ｅ＝500mm、リニアガイド１２の支持間隔Ｌ＝2000mmとすると、リニアガイド１２の鉛直反力ＲはＲ＝Ｐ・ｅ／Ｌ＝500kN となるから、リニアガイド１２としてはそのような鉛直荷重を支持し得るものを用いれば十分である。

本発明によれば以下の効果を奏する。
従来においては図６に示したように一構面に支障なく設置し得るダンパーの台数は２台が限界であったが、本発明によればダンパー７を２段にわたって支障なく配置することが可能であるから、一構面内に多数のダンパーを設置することが可能となる。
特に、従来において図７に示したようにダンパーを２段配置する場合には接合部材４に偏心曲げ荷重が作用してそれに起因するダンパー効率低下が不可避であったが、本発明によればそのような偏心曲げ荷重が生じることを有効に回避でき、その結果、接合部材４に回転が生じることがないから各ダンパー７の変位ロスが生じることがなく、それ故に各ダンパー７を効率的に作動させ得てその性能を十分に発揮させることができ、優れた制震効果を得ることができる。
勿論、本発明は各ダンパー７を設置するうえで特別な施工技能を必要としないし、従来に比べてさしてコストアップになるものでもなく、また新築の制震建物に適用するのみならず既存建物に対する制震改修工事にも有効に適用可能である。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、すなわち接合部材に対して偏心位置に接続されるダンパーを接合部材に対して相対回転可能に接続するとともに構面に対して水平方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能に支持することによって接合部材に曲げ荷重が作用しないように構成する限りにおいて、細部の具体的な構成については適宜の変更や応用が可能であることは当然である。

たとえば、上記実施形態ではブレース３をＶ型として各ダンパー７を構面内の下部に配置するものとしたが、全体の天地を逆にしても（つまり、ブレース３をΛ型として各ダンパー７を構面内の上部に配置しても）同様に機能する。但し、その場合は全体の天地が逆になるので、上記実施形態における第１のダンパー７ａが下段側になり、第２のダンパー７ｂを上段側として上側の梁に対してスライド可能かつ鉛直変位不能に支持することになる。

また、本発明において２段に設置するダンパー７としては、上記実施形態のように第１のダンパーとしてのオイルダンパー７ａと、第２のダンパーとしての慣性質量ダンパー７ｂとを併用し、かつ慣性質量ダンパー７ｂには付加ばね８を直列に接続することが有利であるが、それに限るものでもなく、本発明における第１のダンパーおよび第２のダンパーとしては所望の制震効果が得られるものであれば各種の形式のものを任意に採用可能であるし、第１のダンパーと第２のダンパーとして同形式のダンパーを使用することを妨げるものでもない。
さらに、第２のダンパーを構面に対して水平方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能に支持するための機構としては、上記実施形態のようにリニアガイド１２が好適に採用可能であるが、それに限るものでもなく、第２のダンパーの鉛直方向の移動を拘束しつつ水平方向にスライドさせるように構成し得るものであれば適宜の機構を採用可能である。

１柱
２梁
３ブレース
３ａブレース部材
４接合部材
５面外移動拘束ガイド
６ダンパー取付治具
７ダンパー
７ａオイルダンパー（第１のダンパー）
７ｂ慣性質量ダンパー（第２のダンパー）
８付加ばね
９取付部材
１０ピン
１１架台
１２リニアガイド
１２ａレール
１２ｂスライダ
１３アングル材
１４ピン
Ｏブレースの頂点

Claims

建物における柱と梁とにより構成される構面内にダンパーを設置して、前記構面に生じる層間変形をブレースおよび接合部材を介して前記ダンパーに伝達して制震効果を得る制震構造であって、
前記ダンパーとして第１のダンパーと第２のダンパーとを上下２段に配置して、前記第１のダンパーおよび前記第２のダンパーをそれぞれ前記接合部材と前記構面との間に介装してなり、
前記ブレースを一対２本のブレース部材をＶ形ないしΛ形に組み合わせてそれらブレース部材の軸線の交差点を仮想の頂点とするＶ型ないしΛ形のブレースとして構成して、前記接合部材を前記ブレース部材の交差部に対して一体に接合し、
前記第１のダンパーをその軸線が前記ブレースの頂点を通る状態で前記接合部材に対して接続し、
前記第２のダンパーを前記接合部材に対して前記頂点の位置で鉛直面内において相対回転可能にピン接合するとともに、該第２のダンパーを前記構面に対して面内水平方向にスライド可能かつ鉛直方向に変位不能に支持した状態で、該第２のダンパーを前記接合部材と前記構面との間に介装してなることを特徴とする制震構造。
請求項１記載の制震構造であって、
前記第１のダンパーをオイルダンパーとし、前記第２のダンパーを慣性質量ダンパーとして、該第２のダンパーに対して付加ばねを直列にかつ鉛直面内において相対回転可能にピン接続してなることを特徴とする制震構造。