JP2014105544A - 制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】振動に応じてオイルダンパを効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる制振構造を提供する。
【解決手段】制振構造１では、層間変形に伴って、上部梁２及び上部支持体７が下部梁３及び下部支持体８に対して水平方向に移動し、これに伴いオイルダンパ３０が上部支持体７および下部支持体８の間で伸縮する。オイルダンパ３０の伸縮により、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパ３０に伝達する。これにより、振動に応じてオイルダンパ３０を効果的に伸縮させ、振動の減衰効果を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、梁と柱とを備える建物の制振構造に関する。

従来、制振構造については数多くの研究開発がなされており、特に、オイルダンパを用いた制振構造が公知となっている。特許文献１には、逆Ｖ字形状あるいはＶ字形状を成すブレースの先端部分と梁との間にオイルダンパが介装された構造物の制振構造が開示されている。

特開平５−３１１９２０号公報

ところで、特許文献１のようにブレースと梁との間にオイルダンパを介装する場合、オイルダンパのストローク伸縮量を確保して振動の減衰効果を発揮させるためには、ブレースの幅を大きくして剛性を高めるとともに、制振構造を導入するための広い空間が必要となり開口部の設置位置に制約が生じるという問題があった。このように、オイルダンパを介装した制振構造を導入するには種々の制約が生じるため、オイルダンパを導入してもそのストローク伸縮量を確保できず、振動の減衰効果を十分に発揮できていないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、振動に応じてオイルダンパを効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる制振構造を提供することを目的とする。

本発明の制振構造は、上部梁と、下部梁と、上部梁と下部梁との間に立設された２本の柱と、２本の柱それぞれの上端寄りの位置に接合され、当該接合箇所から垂下する上部支持体と、２本の柱それぞれの下端寄りの位置に接合され、当該接合箇所から起立すると共に高さ方向の所定領域において上部支持体に対向する下部支持体と、所定領域に配置されると共に上部支持体および下部支持体に接合され、層間変形に伴って上部支持体および下部支持体の間で伸縮するオイルダンパと、を備える。

この制振構造によれば、層間変形に伴って、上部梁及び上部支持体が下部梁及び下部支持体に対して水平方向に移動し、これに伴いオイルダンパが上部支持体および下部支持体の間で伸縮する。よって、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパに伝達させることができる。したがって、変位に応じてオイルダンパを効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる。

本発明の制振構造は、上部支持体または下部支持体に接合され、上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側からオイルダンパを覆うカバー部材を有する。この構成によれば、層間変形が生じ、オイルダンパが縮退する方向に力が作用した場合、オイルダンパは少なくとも一方のカバー部材に接触するので、オイルダンパの面外方向へのぶれを規制することができ、オイルダンパをスムーズに縮退させることができる。

本発明の制振構造は、上部支持体に接合されたカバー部材である上部カバー部材と、下部支持体に接合されたカバー部材である下部カバー部材とを有する。この構成によれば、上部支持体には上部カバー部材が接合され、下部支持体には下部カバー部材が接合されるため、サイドカバーの上部支持体からの持ち出し長さ、および、サイドカバーの下部支持体からの持ち出し長さを小さくすることができ、オイルダンパの面外方向へのぶれを一層効果的に規制することができる。

本発明の制振構造において、上部カバー部材および下部カバー部材は、上部梁の延在方向と直交する水平方向において互いに重なる重なり部分を有する。この構成によれば、上部カバー部材および下部カバー部材は、重なり部分において互いに重なるため、オイルダンパが縮退する方向に力が作用した際の、オイルダンパからの反力による上部支持体および下部支持体の先端部分（自由端側）の面外方向へのぶれが規制される。これに伴って、オイルダンパの面外方向へのぶれも規制され、オイルダンパをスムーズに縮退させることができる。

上部支持体及び下部支持体は、柱に接合するためのクサビ部を備え、柱は、上部支持体及び下部支持体に接合するためのクサビ受け部を備え、クサビ部及びクサビ受け部は、水平方向に対して傾斜して形成される勾配面をそれぞれ有し、上部支持体及び下部支持体が２本の柱のそれぞれに接合されるとき、クサビ部の勾配面とクサビ受け部の勾配面とが当接する。この構成によれば、上部支持体及び下部支持体側のクサビ部の勾配面と、柱側のクサビ受け部の勾配面とが当接することにより、層間変形が生じた場合における上部支持体及び下部支持体と柱との接合部の滑りが抑制されることとなり、より一層効果的にオイルダンパを伸縮させることができる。

本発明によれば、振動に応じてオイルダンパを効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る制振構造の正面図である。 図１中の柱及び上部支持体の接合部分を示す断面図である。 図１中のオイルダンパ付近を拡大して示す正面図である。 （ａ）は図５のIVＡ−IVＡ線断面図であり、（ｂ）は図５のIVＢ−IVＢ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制振構造の正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、第１実施形態の制振構造１は、鉄骨造の軸組を有する建物に用いられる構造である。この建物は、鉄骨柱である柱４，６と、鉄骨梁である上部梁２及び下部梁３とを接合して構成された軸組を有する多層建物である。図示しない柱に架け渡された上部梁２及び下部梁３によってＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルからなる床が支持されており、各階層は下階の床と上階の床とによって挟まれた領域に形成される。

制振構造１は、たとえば地震などにより建物に振動が発生し、水平方向の変位である層間変形が生じた場合に、振動を効果的に減衰させるためのものである。制振構造１は、建物の複数階のそれぞれに設けられている。以下の説明では、一つの階層を例として、制振構造１について説明する。なお、制振構造１が１階部分に設けられる場合には、下部梁３は、鉄筋コンクリート製の基礎梁となる。

制振構造１は、水平方向に延びる上部梁２および下部梁３と、上部梁２および下部梁３の間に立設された２本の柱４，６と、２本の柱４，６の間に設けられた上部支持体７および下部支持体８とを備える。上部梁２および下部梁３は、Ｈ形鋼などからなる。上部梁２および下部梁３は、対向するようにして互いに平行に延在する。

柱４，６の下端部は、下部梁３の上面３ａにボルト接合されている。これにより、柱４，６は、下部梁３に立設されている。柱４，６のそれぞれは、角形鋼管からなる柱本体４ａ，６ａと、柱本体４ａ，６ａの下端に溶接されたジョイントボックス４ｂ，６ｂと、柱本体４ａ，６ａの上端に形成された円柱状の突出部４ｃ，６ｃとを有する。上部梁２の下フランジ２ａには、柱４，６の直上位置において、ジョイントボックス１３，１４がボルト接合により取り付けられている。突出部４ｃ，６ｃのそれぞれは、ジョイントボックス１３，１４に形成された嵌入孔に嵌入されている。突出部４ｃ，６ｃとジョイントボックス１３，１４との間には、若干の隙間が形成されている。

上記構成により、柱４，６の上端部は、上部梁２に対して鉛直ローラー接合されている。鉛直ローラー接合とは、上下方向の力は伝達しないが、水平方向の力は伝達する接合構造である。すなわち、柱４，６のそれぞれには、上部梁２から上下方向の力が伝達されず、水平方向の力のみが伝達される構造となっている。なお、柱４，６が鉛直ローラー接合される場合に限られず、柱４および柱６の少なくとも一方が、上部梁２に対して、上下方向の力が伝達されるようにボルト接合されてもよい。その場合、上部梁２からの荷重は、柱４および柱６の少なくとも一方により支持され、下部梁３に伝達される。

上部支持体７は、柱本体４ａ，６ａ（柱４，６）の上端寄りの位置に接合され、その接合箇所から垂下している。上部支持体７は、柱本体４ａ，６ａ間で水平方向に延在する上部横架材１０と、上部横架材１０の延在方向の両端部７０，７０（図１の左右の端部）を柱本体４ａ，６ａに接合する接合部４２，４１と、上部横架材１０の下端に接合されて垂下する縦材１２，１５と、縦材１２，１５の間に設けられた連結板１７とを備える。

上部横架材１０は、上部梁２と平行に延在しており、たとえばＨ形鋼およびこれに溶接された補剛用の鋼板からなる。上部横架材１０の両端部７０には、柱本体４ａ，６ａに対面する鋼板製の端板７０ａが設けられる。

図２に示されるように、接合部４１は、上部横架材１０の端部７０を柱本体６ａにボルト接合するためのボルト７１と、端部７０に形成された一対のクサビ部７２，７２と、柱本体６ａの表面から突出してクサビ部７２，７２を受け入れる一対のクサビ受け部７３，７３と、柱本体６ａの内面側に配置され、ボルト７１に螺合するタップ孔が形成された裏当て板７４と、を備えている。

上部横架材１０の端部７０に設けられた端板７０ａには、ボルト７１が挿通される孔７０ｂが形成されている。クサビ部７２，７２は、孔７０ｂを挟むようにして上下に設けられており、端部７０に対面する柱本体６ａの表面には、クサビ部７２，７２に対応して上下一対のクサビ受け部７３，７３が設けられている。柱本体６ａには、一対のクサビ受け部７３，７３で挟まれた部位にボルト７１が挿通する孔７１ａが形成されており、その裏側には裏当て板７４が納められている。

端板７０ａ側のクサビ部７２と柱本体６ａ側のクサビ受け部７３とには、それぞれ、水平方向に対して傾斜する勾配面７２ａ，７３ａが形成されている。これらの勾配面７２ａ，７３ａ同士が、ボルト７１の螺合によって摺接し、クサビ部７２がクサビ受け部７３に嵌り込み、強固に固定される。

図１に示されるように、接合部４２は、接合の対象が柱４となる以外は接合部４１と同様の要素や部材を備えており、同様の要素や部材には接合部４１と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

上部横架材１０の下端に接合された縦材１２および縦材１５は、上部横架材１０の延在方向（上部梁２の延在方向）に所定の間隔を有し、互いに平行に配置されている。縦材１２，１５は、たとえば溝形鋼からなる。縦材１２，１５の上端は、上部横架材１０の下端に溶接されている。本実施形態では、一方（図示左側）の縦材１５よりも他方（図示右側）の縦材１２の方が長い。

連結板１７は、縦材１２，１５同士を連結する。連結板１７の両端縁（図１の左右の端縁）は、縦材１２および縦材１５の互いに対向する側面に沿って溶接されている。連結板１７の上下方向の長さは、縦材１５の長さに略等しい。よって、上記の縦材１２は、縦材１５および連結板１７の下端から下方に延出している。なお、連結板１７には、軽量化のための円形の孔が多数形成されている。

下部支持体８は、柱本体４ａ，６ａ（柱４，６）の下端寄りの位置に接合され、その接合箇所から起立している。下部支持体８は、柱本体４ａ，６ａ間で水平方向に延在する下部横架材１１と、下部横架材１１の延在方向の両端部７０，７０（図１の左右の端部）を柱本体４ａ，６ａに接合する接合部４４，４３と、下部横架材１１の上端に接合されて起立する縦材２２，２５と、縦材２２，２５の間に設けられた連結板２７とを備える。

下部横架材１１は、下部梁３と平行に延在しており、たとえばＨ形鋼およびこれに溶接された鋼板からなる。下部横架材１１の両端部７０には、柱本体４ａ，６ａに対面する鋼板製の端板７０ａが設けられる。

接合部４３，４４は、上述した接合部４１，４２と同様の要素や部材を備えており、同様の要素や部材には接合部４１，４２と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

上記のような接合部４１〜４４を採用することにより、柱４、柱６、上部支持体７、および下部支持体８をそれぞれ別体として現場に搬入することができる。よって、各パーツが小さくなり、搬入しやすい。さらには、現場での組立ても容易である。

下部横架材１１の上端に接合された縦材２２および縦材２５は、下部横架材１１の延在方向（下部梁３の延在方向）に所定の間隔を有し、互いに平行に配置されている。縦材２２，２５は、たとえば溝形鋼からなる。縦材２２，２５の下端は、下部横架材１１の上端に溶接されている。本実施形態では、一方（図示右側）の縦材２２よりも他方（図示左側）の縦材２５の方が長い。

連結板２７は、縦材２２，２５同士を連結する。連結板２７の両端縁（図１の左右の端縁）は、縦材２２および縦材２５の互いに対向する側面に沿って溶接されている。連結板２７の上下方向の長さは、縦材２２の長さに略等しい。よって、上記の縦材２５は、縦材２２および連結板２７の上端から上方に延出している。縦材２５と、上記した上部支持体７の縦材１２とは、上部梁２および下部梁３の延在方向において対向している。なお、連結板２７には、軽量化のための円形の孔が多数形成されている。

上部支持体７と下部支持体８とは、形状や寸法が全く同一であり、同一構面内において互いに１８０度回転対称の関係となるように取り付けられている。

上記の構成を有する上部支持体７および下部支持体８では、高さ方向の所定領域Ａ（図３参照）において、下部支持体８の縦材２５の端縁は、上部支持体７の縦材１２の端縁に対向している。すなわち、上部支持体７および下部支持体８は、高さ方向の所定領域Ａにおいて互いに対向している。言い換えれば、上部支持体７および下部支持体８は、上部梁２および下部梁３の延在方向に対向している。以下の説明において、この所定領域Ａをオーバーラップ領域Ａという。

本実施形態の制振構造１は、４本のオイルダンパ３０ａ〜３０ｄ（図３参照）から構成されるオイルダンパ３０と、上部支持体７に接合されてオイルダンパ３０を覆う２枚のサイドカバー（上部カバー部材）１６と、下部支持体８に接合されてオイルダンパ３０を覆う２枚のサイドカバー（下部カバー部材）２６とを備える。

上部支持体７および下部支持体８は、略水平方向に沿って配置された４本のオイルダンパ３０ａ〜３０ｄによって、互いに連結されている。言い換えれば、上部支持体７および下部支持体８は、オイルダンパ３０ａ〜３０ｄを支持している。オイルダンパ３０は、オーバーラップ領域Ａに配置されている。オイルダンパ３０は、縦材１２の下端部であるダンパ取付部分３１および縦材２５の上端部であるダンパ取付部分３２に接合されている。ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２は、略等しい高さに位置する。

図４（ａ）に示されるように、オイルダンパ３０は、シリンダ部等を含む固定部３６が縦材１２に接合され、ロッド部等を含む伸縮部３７が縦材２５に接合されている。オイルダンパ３０を構成する各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄは、層間変形に伴って、上部支持体７および下部支持体８の間で略水平方向に伸縮する。

図１に示されるように、上部梁２と上部支持体７のダンパ取付部分３１との距離は、下部梁３と下部支持体８のダンパ取付部分３２との距離と略等しくされている。すなわち、オイルダンパ３０は、上部梁２と下部梁３との中間位置に設けられている。

図３に示されるように、本実施形態におけるオーバーラップ領域Ａの大部分は、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複している。したがって、オーバーラップ領域Ａも、上部梁２と下部梁３との中間位置に設けられている。

２枚のサイドカバー１６は、上部支持体７の下端部において、上部梁２の延在方向と直交する水平方向（図１の紙面垂直方向；以下、面外方向という）から見て重なるようにして設けられている。２枚のサイドカバー１６は、縦材１２および縦材１５の両側面に溶接されて、互いに所定の間隔を有して対面している。サイドカバー１６には、軽量化のための円形の孔が多数形成されてもよい。

２枚のサイドカバー２６は、下部支持体８の上端部において、面外方向から見て重なるようにして設けられている。２枚のサイドカバー２６は、縦材２２および縦材２５の両側面に溶接されて、互いに所定の間隔を有して対面している。サイドカバー２６には、軽量化のための円形の孔が多数形成されてもよい。

このように、縦材１２は、上部支持体７に対するオイルダンパ３０の取り付け機能と、サイドカバー１６の取り付け機能とを兼ね、縦材２５は、下支持体８に対するオイルダンパ３０の取り付け機能と、サイドカバー２６の取り付け機能とを兼ねている。

図４（ａ）は、図１のIVＡ−IVＡ線断面図である。図４（ａ）に示されるように、２枚のサイドカバー１６は、面外方向の両側からオイルダンパ３０を覆っている。２枚のサイドカバー２６は、面外方向の両側からオイルダンパ３０を覆っている。サイドカバー２６が接合される縦材２５の幅は、サイドカバー１６が接合される縦材１２の幅よりも小さくなっている。

図３に示されるように、サイドカバー１６には、斜辺部１６ａが形成されている。サイドカバー２６には、斜辺部２６ａが形成されている。サイドカバー１６およびサイドカバー２６のそれぞれは、面外方向において互いに重なる重なり部分１６ｂおよび重なり部分２６ｂを有している（図４（ａ）も参照）。重なり部分１６ｂは、斜辺部１６ａにそって形成される。重なり部分２６ｂは、斜辺部２６ａに沿って形成される。重なり部分１６ｂと重なり部分２６ｂとの間には、僅かな隙間が形成されている。

次に、制振構造１に層間変形が加えられたときの動作について説明する。たとえば、上部梁２に、図１の右方向への力が加えられると、上部梁２が下部梁３に対して右側に移動する。これに伴い、鉛直ローラー接合された２本の柱４，６が右側に傾き、上部支持体７が下部支持体８に対して右側に平行移動する。このとき、オイルダンパ３０（各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄ）が上部梁２の移動分だけ伸長する。また、上部梁２に、図１の左方向への力が加えられると、上部梁２が下部梁３に対して左側に移動する。これに伴い、鉛直ローラー接合された２本の柱４，６が左側に傾き、上部支持体７が下部支持体８に対して左側に平行移動する。このとき、オイルダンパ３０（各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄ）が上部梁２の移動分だけ縮退する。地震時には、このような動作の繰り返しによりエネルギーが吸収され、振動が減衰される。

本実施形態の制振構造１によれば、層間変形に伴って、上部梁２及び上部支持体７が下部梁３及び下部支持体８に対して水平方向に移動し、これに伴いオイルダンパ３０が上部支持体７および下部支持体８の間で伸縮する。よって、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパ３０に伝達させることができる。したがって、変位に応じてオイルダンパ３０を効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる。

また、層間変形が生じ、オイルダンパ３０が縮退する方向に力が作用した場合、オイルダンパ３０はカバー部材１６またはカバー部材２６に接触するので、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれを規制することができ、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。

また、上部支持体７にはサイドカバー１６が接合され、下部支持体１７にはサイドカバー２６がそれぞれ接合されるため、すなわち、カバー部材が２つの部材に分かれるため、サイドカバー１６の上部支持体７からの持ち出し長さ、および、サイドカバー２６の下部支持体１７からの持ち出し長さを小さくすることができ、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれを一層効果的に規制することができる。

また、サイドカバー１６およびサイドカバー２６は、重なり部分１６ｂ，２６ｂにおいて互いに重なるため、オイルダンパ３０が縮退する方向に力が作用した際の、オイルダンパ３０からの反力による上部支持体７および下部支持体１７の先端部分（自由端側）の面外方向へのぶれが規制される。これに伴って、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれも規制され、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。

また、制振構造１では、上部支持体７および下部支持体８が２本の柱４，６の各々に接合されるとき、上部横架材１０側のクサビ部７２の勾配面７２ａと柱６側のクサビ受け部７３の勾配面７３ａとが当接するようになっている（図２参照）。このような構成とすることにより、層間変形が生じた場合における上部支持体７と柱６との接合部の滑りが抑制されることとなり、より一層効果的にオイルダンパ３０を伸縮させることができる。なお、上部支持体７と柱４との関係、上部横架材１０と柱６との関係、下部支持体８と柱４との関係においても同様である。

図５は、第２実施形態に係る制振構造１Ａの正面図である。図５に示す制振構造１Ａが図１および図２に示した制振構造１と違う点は、重なり部分１６ｂおよび重なり部分２６ｂを有するサイドカバー１６およびサイドカバー２６に代えて、重なり部分を有しないサイドカバー１６Ａおよびサイドカバー２６Ａを用いた点である。この場合、サイドカバー１６Ａの斜辺部１６ａとサイドカバー２６の斜辺部２６ａとの間には隙間２９が形成される（図４（ｂ）も参照）。

このような制振構造１Ａによっても、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパ３０に伝達させることができる。さらに、サイドカバー１６Ａおよびサイドカバー２６Ａによって、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれが効果的に規制される。

以上、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られるものではない。オーバーラップ領域Ａの大部分が、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複している場合に限られず、オーバーラップ領域Ａのごく一部分が、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複していてもよい。オイルダンパ３０ａ〜３０ｄは、略水平方向以外の方向に配置されてもよい。オイルダンパの本数は１本であってもよいし、４本以外の複数本であってもよい。オイルダンパ３０は、上部梁２と下部梁３との中間位置ではなく、上部梁２寄りまたは下部梁３寄りに設けられてもよい。サイドカバー１６およびサイドカバー２６を省略してもよい。

１，１Ａ…制振構造、２…上部梁、３…下部梁、４，６…柱（２本の柱）、７…上部支持体、８…下部支持体、３０…オイルダンパ、１６，１６Ａ…サイドカバー（上部カバー部材）、１６ｂ…重なり部分、２６，２６Ａ…サイドカバー（下部カバー部材）、２６ｂ…重なり部分、７２…クサビ部、７３…クサビ受け部、７２ａ，７３ａ…勾配面（水平方向に対して傾斜して形成される勾配面）。

Claims (5)

1. 上部梁と、
   下部梁と、
   前記上部梁と前記下部梁との間に立設された２本の柱と、
   前記２本の柱それぞれの上端寄りの位置に接合され、当該接合箇所から垂下する上部支持体と、
   前記２本の柱それぞれの下端寄りの位置に接合され、当該接合箇所から起立すると共に高さ方向の所定領域において前記上部支持体に対向する下部支持体と、
   前記所定領域に配置されると共に前記上部支持体および前記下部支持体に接合され、層間変形に伴って前記上部支持体および前記下部支持体の間で伸縮するオイルダンパと、
   を備えることを特徴とする制振構造。
2. 前記上部支持体または前記下部支持体に接合され、前記上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側から前記オイルダンパを覆うカバー部材を有することを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
3. 前記上部支持体に接合された前記カバー部材である上部カバー部材と、前記下部支持体に接合された前記カバー部材である下部カバー部材とを有することを特徴とする請求項２に記載の制振構造。
4. 前記上部カバー部材および前記下部カバー部材は、前記上部梁の延在方向と直交する水平方向において互いに重なる重なり部分を有することを特徴とする請求項３に記載の制振構造。
5. 前記上部支持体及び前記下部支持体は、前記柱に接合するためのクサビ部を備え、
   前記柱は、前記上部支持体及び前記下部支持体に接合するためのクサビ受け部を備え、
   前記クサビ部及び前記クサビ受け部は、水平方向に対して傾斜して形成される勾配面をそれぞれ有し、
   前記上部支持体及び前記下部支持体が前記２本の柱のそれぞれに接合されるとき、前記クサビ部の勾配面と前記クサビ受け部の勾配面とが当接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の制振構造。

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