JP2014194116A - 建物の制振構造 - Google Patents

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Shiro Takeda
史朗 竹田
Shinya Miwa
晋也 三輪
Kazuki Chiba
一樹 千葉
Manabu Toyoshima
学 豊嶋
Satoshi Suzuki
敏志 鈴木
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Tokyu Construction Co Ltd
東急建設株式会社
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Abstract

【課題】風や小地震による小規模の振動を最小限に抑えることができるうえに、大地震時にも建物内部の相対変位の発生を極力抑えることが可能な耐震性に優れた建物の制振構造を提供する。
【解決手段】基礎部13又は梁12と柱11とによって枠組み10が形成される建物の制振構造である。そして、枠組みの内部に配置されて上下に対向する基礎部と梁を接続させる摩擦壁2と、摩擦壁が配置された同じ枠組みの内部に配置されるオイルダンパ3とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、基礎部又は梁と柱とによって枠組みが形成される建物の制振構造に関するものである。
地震などによって建物に作用する地震のエネルギーを、建物に配置された制振装置によって減衰させることで、建物の振動を低減させて損傷を抑える建物の制振構造が知られている(特許文献1−3など参照)。
例えば特許文献1,2には、低降伏点鋼によって形成される制振ダンパとオイルダンパとを組み合わせた制振構造が開示されている。低降伏点鋼は、大きな外力が作用すると比較的早く降伏して塑性変形を起こすが、この塑性変形によって地震のエネルギーが吸収されて建物の揺れを抑えることができる。
このような低降伏点鋼を使った制振ダンパは、低降伏点鋼が塑性変形するような大きな地震の際には、エネルギーを吸収して振動を抑える効果を発揮するが、風揺れや小地震では振動の抑制効果を発揮することができない。
そこで特許文献1,2の制振構造では、制振ダンパにオイルダンパを組み合わせることによって、風や小地震などによって発生する揺れを抑えるようにしている。すなわち、特許文献1,2では、オイルダンパを小さな振動を吸収させるために使用している。
一方、特許文献3には、滑り板と摩擦板との間に摩擦材を介在させ、ボルトによって滑り板と摩擦板を締め付ける摩擦ダンパが開示されている。この摩擦ダンパは、滑り板と摩擦板との間に滑りが生じる方向の力が所定以上の大きさで働くと、摩擦しながら滑りを生じることによってエネルギーを吸収させる構成となっている。
特許第3618236号公報 特許第3377770号公報 特許第4019511号公報
しかしながら、特許文献1,2に開示されたような低降伏点鋼を使用する制振構造では、大地震が起きて低降伏点鋼が降伏すると、再利用できないため交換をしなければならない。交換には手間と費用がかかるうえに、余震などで大きな地震が連続した場合に、振動を抑える効果を充分に発揮できないおそれがある。
また、風や小地震などに起因する振動に対してオイルダンパで減衰させる場合は、完全に振動を抑えることができず、ピン接合などのオイルダンパの取付治具が振幅する程度の振動は発生することになる。
一方、特許文献3に開示された摩擦ダンパは、摩擦抵抗のある滑りを発生させることによって振動エネルギーを吸収させる原理である。このため、すべての振動エネルギーを摩擦ダンパのみで吸収させようとすると、摩擦ダンパの減衰力を大きくする必要があり、それらと壁との接合部などに大きな応力が発生することになって、補強が必要になる場合がある。
そこで、本発明は、風や小地震による小規模の振動を最小限に抑えることができるうえに、大地震時の耐震性に優れた建物の制振構造を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明の建物の制振構造は、基礎部又は梁と柱とによって枠組みが形成される建物の制振構造であって、前記枠組みの内部に配置されて上下に対向する前記基礎部と梁又は梁どうしを接続させる壁状摩擦ダンパと、前記壁状摩擦ダンパが配置された同じ枠組みの内部に、少なくとも水平方向成分の変位によって伸縮するように配置される粘性系ダンパとを備えたことを特徴とする。
ここで、前記壁状摩擦ダンパは、前記基礎部又は梁の対向する位置にそれぞれ固定される上側固定部及び下側固定部と、前記上側固定部から下方に向けて突出される上側壁部と、前記下側固定部から上方に向けて突出されて前記上側壁部に重ねられる下側壁部と、前記上側壁部と前記下側壁部との間に介在される摩擦材と、所定以上の水平方向の力が作用した際に前記上側壁部と前記下側壁部との間に前記摩擦材を介した水平方向の滑りが生じるように双方を締め付ける締結部とを有する構成にすることができる。
また、前記締結部は、前記上側壁部又は下側壁部の少なくとも一方に形成された水平方向が長手方向となる長穴に通される軸力ボルトとナットとを有する構成にすることができる。
さらに、前記建物の下層階の枠組み内に前記壁状摩擦ダンパ及び粘性系ダンパが配置することができる。また、前記建物の下層階は上層階に比べて剛性が低く形成されていることが好ましい。
このように構成された本発明の建物の制振構造は、建物の枠組みの内部に壁状摩擦ダンパと粘性系ダンパとが配置されている。
このため、大地震が起きれば、壁状摩擦ダンパの摩擦減衰力が発揮されて振動が抑制されるうえに、壁状摩擦ダンパの滑りによって発生する水平方向成分の変位で粘性系ダンパが伸縮する。そして、壁状摩擦ダンパによる変形範囲内であっても、それ以上の振動エネルギーの吸収性能、すなわち壁状摩擦ダンパの摩擦減衰力に粘性系ダンパによる減衰力を加えた振動エネルギーの吸収性能が得られるようになるため、耐震性に優れている。
さらに、壁状摩擦ダンパは、摩擦滑りが発生した後も減衰性能が維持されて使用し続けることができるので、大地震後にも交換する必要がない。また、余震などで大きな地震が連続する場合でも、振動を抑える効果をその都度発揮させることができる。
また、壁状摩擦ダンパは、所定以上の水平方向の力が作用しないと滑りが生じないように締結部によって締め付けられた構成にすることができる。
この結果、風や小地震による小規模の振動では枠組みに制振構造に起因する変形が発生しないばかりか、壁状摩擦ダンパが耐震壁のように機能して建物の揺れを最小限に抑えることができる。
所定以上の水平方向の力が作用した際に上側壁部と下側壁部との間に水平方向の滑りが生じるような締結部の構成は、軸力ボルトと長穴との組み合わせによって容易に形成することができるうえに、確実に機能させることができる。
また、建物の下層階にのみ集中して壁状摩擦ダンパ及び粘性系ダンパを配置することで、ダンパの設置総量を削減することができる。特に、1階などの下層階が店舗であったり駐車場であったりして階高が高かったり開口率が大きかったりすると、剛性が低くなるため、免震建物に似た振動エネルギーの入力を低減させる効果が期待できる。
本発明の実施の形態の建物の制振構造の挙動を説明する図であって、(a)は小規模の振動が作用した場合の状態を示す説明図、(b)は中規模から大規模の振動が作用した場合の状態を示す説明図である。 下層階に制振構造が設けられた中高層ビルの概略構成を説明する立面図である。 本発明の実施の形態の建物の制振構造の原理を説明する図であって、(a)は挙動及び作用する力を模式的に示した説明図、(b)は組み合わせの効果を示す説明図である。 本発明の実施の形態の建物の制振構造の効果を実験結果によって説明する図である。 実施例1の建物の制振構造の構成を説明する立面図である。 実施例2の建物の制振構造において併用制振装置の配置箇所を説明するための平面図である。
以下、本発明の実施の形態の建物の制振構造について図面を参照して説明する。まず、図1,2を使って、本実施の形態の建物の制振構造の概略構成について説明する。
ここで建物は、図1(a)又は図2に示すように、基礎部13と梁12と柱11,11、又は上下の梁12,12と柱11,11とによって枠組み10が形成される建物であれば、いずれの形態の建物であってもよい。
例えば適用可能な建物には、図2に示すような10階建て程度の中高層ビル1、それよりも低い低層ビル、それよりも高い高層ビルなどがある。また、適用可能な建物の構造としては、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造、鉄骨構造などいずれの構造であってもよい。さらに、柱11と梁12の接合部が剛接合となるラーメン構造であっても、それ以外の骨組み構造であってもいずれでもよい。
以下では、柱11と梁12との接合部が剛接合となるラーメン構造の複数の枠組み10,・・・が形成された中高層ビル1を例に説明する。まず、図1(a)を参照しながら、中高層ビル1の1階の枠組み10の概略構成について説明する。
この枠組み10は、上面が水平面となる基礎部13と、その基礎部13上に水平方向に間隔を置いて立てられる柱11,11と、柱間11,11に基礎部13上面に平行に架け渡される梁12とによって形成される。
この梁12の水平方向の両端部は、それぞれの柱11,11の側面に剛接合される。また、梁12の上面には、床部14が形成される。そして、このように形成された長方形の枠組み10の内部に、壁状摩擦ダンパとしての摩擦壁2と、粘性系ダンパとしてのオイルダンパ3とが配置される。以下では、この摩擦壁2とオイルダンパ3とが組み合わされた制震装置を、併用制振装置5と呼ぶ。
この摩擦壁2は、上下に対向する基礎部13と梁12とを接続させるように枠組み10の構面内に配置される。この摩擦壁2は、梁12の下面に固定される上側固定部21と、基礎部13の上面に固定される下側固定部22と、上側固定部21から下方に向けて突出される上側壁部23と、下側固定部22から上方に向けて突出される下側壁部24と、上側壁部23と下側壁部24との間に介在される摩擦材26と、これらを締め付ける締結部25とによって主に構成される。
この図1に示した上側固定部21には、オイルダンパ3に接続させる基部211が設けられている。この上側固定部21は、基部211を介して梁12に固着されており、梁12が移動したり変形したりすると、それに追従して上側固定部21に変位が発生することになる。
そして、その上側固定部21から下方に向けて突出される上側壁部23も、上縁が上側固定部21の下縁に固着されている。よって、上側固定部21が変位すると、それに追従して上側壁部23も変位することになる。
同様に、下側固定部22は、基礎部13の上面に固着されており、基礎部13が移動したり変形したりすると、それに追従して下側固定部22に変位が発生することになる。
そして、その下側固定部22から上方に向けて突出される下側壁部24も、下縁が下側固定部22の上縁に固着されている。よって、下側固定部22が変位すると、それに追従して下側壁部24も変位することになる。
このように配置される上側壁部23と下側壁部24とは、大半が重なり合っている。すなわち、上側壁部23の垂下した部分に下側壁部24の鉛直上向きに立ち上げられた部分が、構面の奥行き方向(図1の紙面直交方向)に重ねられる。
この上側壁部23と下側壁部24の詳細については、実施例2で例示するが、それぞれ1枚の板材で形成されていても、構面の奥行き方向に間隔を置いて複数の板材が配置されるように形成されていても、いずれの形態であってもよい。例えば、上側壁部23と下側壁部24がそれぞれ1枚の板材で形成されている場合は、上側壁部23と下側壁部24の対峙面は1組になる。また、上側壁部23が平行に間隔を置いた4枚の板材で形成されている場合は、それらの間に挟まれるように下側壁部24を3枚の板材で形成して、6組の対峙面を設けることもできる。
そして、上側壁部23と下側壁部24の対峙面間には、摩擦材26を介在させる。要するに、構面の奥行き方向に上側壁部23、摩擦材26、下側壁部24と順に並ぶ箇所が、対峙面が1組の場合は1箇所でき、対峙面が6組の場合は6箇所できる。
下方に向けて突出された上側壁部23と上方に向けて突出された下側壁部24とは、重ねられるだけで固着されないため、上側壁部23と下側壁部24との間では相対変位の発生が許容される。例えば、図1(b)に示すように下側壁部24が左方向に変位すると上側壁部23が相対的に右方向に変位することになり、上側壁部23と下側壁部24との間にずれ(滑り)が生じることになる。
ここで、上側壁部23と下側壁部24との間には摩擦材26が介在されるので、この上側壁部23と下側壁部24との間の滑りは、摩擦材26を介した滑りになる。
この摩擦材26には、摩擦係数が一定の材料が使用できる。例えば摩擦係数が0.2程度と小さい四フッ化エチレンや超高分子量ポリエチレン、摩擦係数が0.5程度と中くらいのステンレス板、摩擦係数が1.0程度と大きい鋼板などが、摩擦材26として使用できる。さらに、自動車用のブレーキパッド等に使用される軟質ウーブン、ゴムモールド、レジンモールドなどを摩擦材26に使用することもできる。また、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維、炭素繊維などの繊維材料と、カシューダスト、鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とを、熱硬化型樹脂を結合材として複合摩擦材に形成することもできる。
上側壁部23と摩擦材26と下側壁部24とは締結部25によって締め付けられているため、この締結部25によって導入される締結力に基づいた摩擦滑りが、上側壁部23と下側壁部24との間では発生することになる。
この締結力に基づいた摩擦滑りとは、上側壁部23と摩擦材26と下側壁部24の接触面の材質が同じであっても、締結部25によって導入される上側壁部23と下側壁部24とを密着させる力(締結力)の大きさによって摩擦抵抗の大きさが変化することになるため、このような表現となる。
要するに上側壁部23と下側壁部24との間の摩擦抵抗は、締結部25によって導入される締結力の大きさによって調整することができる。例えば、制振機能を発揮させたいと想定した大地震による力(所定以上の水平方向の力)が作用した際にだけ、上側壁部23と下側壁部24との間に摩擦材26を介した水平方向の摩擦滑りが生じるように調整することができる。
このように滑りが生じ始める力の大きさは締結部25の締結力の大きさによって調整するが、滑る方向は長穴251の向きによって調整することができる。すなわち、締結部25が軸力ボルトなどの軸状部材によって形成されている場合に、その軸力ボルトを通す長穴251の長手方向が水平方向となっていれば、軸力ボルトは長穴251の範囲内であれば締結力や摩擦抵抗以外の抵抗を受けることなく移動することができる。
この長穴251は、上側壁部23又は下側壁部24の少なくとも一方に形成されていればよい。上側壁部23及び下側壁部24の両方に設けることもできる。
このように長手方向が水平方向となるように長穴251を設けておけば、図1(b)に示すように下側壁部24に対する上側壁部23の水平方向の相対変位が発生しても、上側壁部23及び下側壁部24の軸力ボルト(締結部25)を通した穴が塑性変形するなどの破損が生じることがない。
一方、オイルダンパ3は、シリンダ31と、そのシリンダ31に装着されて往復運動するピストンロッド32とによって主に構成される。シリンダ31の内部にはオイルが充填されており、ピストンロッド32はシリンダ31に対して相対変位する際に、そのオイルの粘性による流動抵抗を受けて減衰力を発生させる。この流動抵抗による減衰力は、ピストンロッド32の相対変位時の速度が大きいほど大きくなる。
このオイルダンパ3は、摩擦壁2が配置された枠組み10の内部、すなわち同じ構面内に並列に配置される。図1(a)では、摩擦壁2の右隣に隣接して配置されている。
この図では、オイルダンパ3のシリンダ31を接続する架台33は、基礎部13の上面に建てられている。オイルダンパ3が基部211の高さに配置される大きさの架台33を設置し、その架台33にピン接合によってシリンダ31の端部を接続する。
そして、ピストンロッド32の先端を基部211の側面にピン接合する。このように摩擦壁2にオイルダンパ3を接続すれば、基部211が水平方向に変位するとオイルダンパ3が伸縮して減衰力が発揮されることになる。なお、図1では、摩擦壁2にオイルダンパ3を直結させたが、これに限定されるものではなく、後述する実施例1のようにオイルダンパ3を枠組み10に接続させることもできる。
このような摩擦壁3とオイルダンパ3とを並列に配置して組み合わせた併用制振装置5は、例えば図2に示すように、中高層ビル1の下層階1aに配置し、上層階1bには配置しない。この図2では、中高層ビル1の1階に、隣接する枠組み10,・・・に対して一つ置きに配置している。
次に、本実施の形態の建物の制振構造の挙動及び作用について、図1,3を使って説明する。
図1(a)は、作用する振動の振幅が比較的に小さい場合、例えば強風を受けた場合や小規模の地震が発生した場合の併用制振装置5の挙動を示している。このように振幅が小さい場合は、摩擦壁2の上側壁部23と下側壁部24との間に滑り(水平方向の相対変位)が生じず、オイルダンパ3も伸縮しない。
このように小規模の振動に対しては併用制振装置5に起因する変位が発生しないため、中高層ビル1の振動は、摩擦壁2によって基礎部13と梁12とが連結された分だけ抑えられることになる。
一方、図1(b)は、作用する振動の振幅が比較的に大きい場合、例えば中規模や大規模の地震が発生した場合の併用制振装置5の挙動を示している。このように振幅が中程度よりも大きくなる場合は、摩擦壁2の上側壁部23と下側壁部24との間に摩擦滑り(水平方向の相対変位)が生じ、振動エネルギーが減衰されることになる。
さらに、基部211の振幅に伴ってオイルダンパ3も伸縮し、その伸縮する速度に応じた減衰力によっても振動エネルギーが吸収されることになる。この併用制振装置5の大地震時の作用について、図3を参照しながらさらに説明する。
図3(a)に示すように、摩擦壁2においては、上側壁部23と下側壁部24との間の摩擦滑りによる摩擦減衰力(格子模様で図示)が発現されている。一方、オイルダンパ3においては、オイルの流動抵抗による粘性減衰力(ドット模様で図示)が発現されている。
図3(b)は、摩擦減衰力と粘性減衰力とをそれぞれ左辺の項に示している。この模式図では、発生する相対変位(δ)を横軸にしてそのとき得られる減衰力Pを縦軸にして示している。例えば摩擦壁の項の長方形で囲まれた面積が、摩擦壁2によって吸収可能なエネルギーの大きさを表している。オイルダンパの項では、楕円形で囲まれた面積が、オイルダンパ3によって吸収可能なエネルギーの大きさを表している。
そして、右辺には、2つを足し合わせた併用制振装置5の吸収可能なエネルギーの大きさを示した。この併用制振装置5によって吸収可能なエネルギーの大きさは、当然、摩擦壁2単独の場合に吸収可能なエネルギーの大きさよりも大きくなっている。
さらに着目すべき特徴は、併用制振装置5であればエネルギーの吸収性能(図3(b)の併用型の長円で囲まれた面積)が高まっても、最大相対変位(δ=±a)時の減衰力Pの大きさが摩擦壁2単独の場合(δ=±a)と同じになる点である。最大相対変位時の減衰力Pが大きくなると、過大な応力が各所に発生して損傷するリスクが高まる。これに対して、最大相対変位時の減衰力Pを抑えても大きなエネルギー吸収性能が発揮できるような構成にすれば、建物の破損を防いだうえで耐震性能を向上させることができる。
また、摩擦壁2が振動エネルギーを熱エネルギーに変換することでエネルギー吸収を行うのに対して、オイルダンパ3は変位速度に依存してエネルギーの吸収を行うので減衰力が発生されるタイミングが異なっている。このため、オイルダンパ3を追加しても、枠組み10などの構造体に付加的な過剰な応力を作用させることを防ぐことができる。
図4は、本実施の形態の併用制振装置5の効果を実証実験で確認した結果を示した図である。図中の実線は、本実施の形態の併用制振装置5の履歴特性を示し、破線は比較のために摩擦壁2のみの履歴特性を示している。
この実験では、上下の梁間12,12間の相対変位に相当する層間変位と、減衰力との関係を測定した。この結果を見ると、層間変位の絶対値の最大値のときの減衰力は、本実施の形態の併用制振装置5の履歴も摩擦壁2の履歴も同じになっていることがわかる。すなわち、オイルダンパ3を追加しても、最大変形時には枠組み10への付加応力が増加しないことがわかる。よって、図3(b)を使って説明した理論が正しいことが確認できた。
このように構成された本実施の形態の建物の制振構造は、中高層ビル1の枠組み10の内部に摩擦壁2とオイルダンパ3とを並列させた併用制振装置5が配置されている。この摩擦壁2は、所定以上の水平方向の力が作用しないと滑りが生じないように締結部25によって締め付けられている。
このため、交通振動又は風や小地震による小規模の振動では枠組み10に制振構造による変形が発生しない。すなわち、オイルダンパ3のみで小規模の振動を抑えようとすれば、ピン接合などの取付治具の遊び分の振動は発生することになる。これに対して摩擦壁2があれば、小規模の振動では上側壁部23と下側壁部24との間に相対変位(滑り)が発生しないため、制振構造に起因する変位が発生しないといえる。
それに加えて、基礎部13と梁12間又は梁12,12間が摩擦壁2という耐力壁で連結されて高剛性になるため、併用制振装置5を配置しない場合と比べて変形を抑えることができ、中高層ビル1の揺れを最小限に抑えることができる。
一方、大地震が起きれば、摩擦壁2の摩擦減衰力が発揮されて振動が抑制されるうえに、摩擦壁2の滑りによって発生する水平方向成分の変位でオイルダンパ3が伸縮する。このため、摩擦壁2による変形範囲内であっても、それ以上の振動エネルギーの吸収性能、すなわち摩擦壁2の摩擦減衰力にオイルダンパ3による粘性減衰力を加えた振動エネルギーの吸収性能が得られる。よって、併用制振装置5が配置された中高層ビル1は、耐震性に優れている。さらに、発生する相対変位は摩擦壁2の滑り範囲内に収められるので、建物内部の相対変位の発生を極力抑えることができる。
そして、どのような規模の地震(振動)に対して摩擦壁2の摩擦減衰力を発揮させるかは、地震の規模を水平方向の力に置き換えて締結部25の締結力の大きさを設定することで調整することができる。
さらに、所定以上の水平方向の力が作用した際に上側壁部23と下側壁部24との間に水平方向の摩擦滑りが生じるような締結部25の構成は、軸力ボルトと長穴251とナットとの組み合わせによって容易に形成することができるうえに、確実に機能させることができる。
また、摩擦壁2は、摩擦滑りが発生した後も減衰性能を低下させることなく使用し続けることができる。すなわち摩擦壁2は、摩擦滑りが発生した距離(変位量)に基づいて摩擦減衰力が発現されるため、どの位置からでも(上側壁部23と下側壁部24とがずれた位置からでも)摩擦減衰力を発揮させることができる。
このため、大地震後にも摩擦壁2などの併用制振装置5を交換する必要がない。また、余震などで大きな地震が連続する場合でも、振動を抑える効果をその都度発揮させることができる。
また、中高層ビル1の下層階1aにのみ集中して併用制振装置5,・・・を配置することで、ダンパの設置総量を削減することができることも地震応答解析によって確認できている。この地震応答解析では、10階建てのビルのモデルに比較のために全階に剛性比例でダンパを配置した場合(全階分配ケース)と、1階から4階までの下層階に集中してダンパを配置した場合(下層階集中ケース)の解析を行った。
全階分配ケースと下層階集中ケースでは、配置されるダンパの性能は同じにして、配置するダンパの総量は下層階集中ケースの方を3割削減した。この結果、下層階集中ケースでは、ダンパの総量が全階分配ケースよりも3割少ないにもかかわらず、各階の最大層間変位はほぼ同じになることが確認できた。
このように中高層ビル1の下層階1aにのみ集中して併用制振装置5,・・・を配置することで、ダンパの設置総量が削減できれば経済的である。また、併用制振装置5を設置する構面数(枠組み10の数)も減らすことができるようになるため、基準階の建築計画の制限が緩和されることになる。
ここで、1階などの下層階1aが店舗であったり駐車場であったりして階高が高かったり開口率が大きかったりすると、枠組み10の剛性は低くなる。大地震によって摩擦壁2が滑り始めると摩擦壁2自体の剛性はほぼなくなるため、下層階1aは構造体自体の剛性に戻ることになる。このため、下層階1aの方が上層階1bに比べて剛性が低い場合は、下層階1aに免震装置が配置されているような状態になって地震エネルギーの入力が低減されることになり、結果的に耐震性能を向上させことができる。
また、摩擦壁2に滑りが生じてそれ自体の剛性がなくなって枠組み10が変形しやすくなると、摩擦壁2及びオイルダンパ3のエネルギー吸収効率を高めることができる。
以下、前記実施の形態の建物の制振構造で説明した併用制振装置5とは別の形態の併用制振装置5Aについて、図5を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
前記実施の形態で説明した併用制振装置5は、発明の概念を説明するために簡略化した構成で図示している。この実施例1では、それよりも具体的にした併用制振装置5Aの構成について説明する。
この併用制振装置5Aは、上下の梁12,12と左右の柱11,11とに囲まれた枠組み10A内に配置される。併用制振装置5Aは、壁状摩擦ダンパとしての摩擦壁2Aと、粘性系ダンパとしてのオイルダンパ3Aとを備えている。
摩擦壁2Aは、上方の梁12の下面に固定される上側固定部21Aと、下方の梁12の上面に固定される下側固定部22Aと、上側固定部21Aから下方に向けて突出される上側壁部23Aと、下側固定部22Aから上方に向けて突出される下側壁部24Aと、上側壁部23Aと下側壁部24Aとの間に介在される摩擦材26Aと、これらを締め付ける締結部25Aとによって主に構成される。
この摩擦壁2Aでは、下側壁部24Aの複数箇所に長穴251,・・・が設けられ、その長穴251を上下に挟むように摩擦材26A,・・・が配置されている。この摩擦壁2Aによって、上下の梁12,12間が接続される。
一方、オイルダンパ3Aは、摩擦壁2Aが配置された枠組み10Aの同じ構面内に配置されるが、前記実施の形態で説明したオイルダンパ3とは異なり、上方の梁12と右側の柱11とを接続するように配置される。
すなわち枠組み10A内には、逆二等辺三角形状の伝達機構35が設けられ、それを介してオイルダンパ3Aが取り付けられる。この伝達機構35は、上方の梁12の下面に上端が固定される2本の斜材351,351と、V字状に配置された斜材351,351の交点手前に配置される節点部352とによって形成される。要するに斜材351は、上端が梁12に固定され、下端が節点部352の上縁に固定される。
この節点部352には、図5の右側の柱11の下部側面から張り出されるオイルダンパ3Aが接続される。このオイルダンパ3Aは、シリンダ31側の端部が連結部34aを介して柱11にピン接合される。また、ピストンロッド32側の端部は、連結部34bを介して節点部352の側面にピン接合される。
このような伝達機構35を介して梁12と柱11とをオイルダンパ3Aで接続すると、大地震などによって発生する枠組み10Aの変形の水平方向成分の変位がオイルダンパ3Aに入力されることになる。
そして、摩擦壁2Aが配置された同じ枠組み10A内に並列して伝達機構35が配置されていれば、摩擦壁2A内で発生する滑りと略同じ大きさの水平方向の変位がオイルダンパ3Aに入力されることになる。
この結果、摩擦壁2Aの摩擦減衰力にオイルダンパ3Aによる粘性減衰力を加えた振動エネルギーの吸収性能が得られることになる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
以下、前記実施の形態の中高層ビル1に設けられた制振構造とは別の形態の建物の制振構造について、図6を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例1で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
この実施例2では、併用制振装置5Bの平面的な配置について説明する。ここで、併用制振装置5Bは、摩擦壁2,2Aなどの壁状摩擦ダンパと、オイルダンパ3,3Aなどの粘性系ダンパとを並列に組み合わせて構成される。
図6に示した建物としての中高層ビル1Aは、建物の主構造となるコア部16,16が、平面図の左下に偏った偏心した構造となっている。このような構造の中高層ビル1Aには、コア部16,16と反対側の構面に併用制振装置5B,・・・を配置することで、建物の偏心率を小さくすることができる。
すなわち併用制振装置5Bの壁状摩擦ダンパは、変形初期など小規模の振動では変位が発生しない剛性の高い耐力壁と評価できるため、偏った位置に配置されたコア部16,16に対して全体のバランスがよくなるように併用制振装置5B,・・・を配置することで、小振幅時のねじれ振動を抑える効果を発揮させることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態及び実施例では、長手方向が水平方向となる長穴251に軸力ボルトを通す場合について説明したが、これに限定されるものではなく、滑り方向を特定しない場合は例えば軸力ボルトの直径よりも滑らせたい距離分だけ直径を大きくしたルーズホールにすることもできる。
また、前記実施の形態又は実施例1では、オイルダンパ3,3Aを水平方向に向けて配置したが、これに限定されるものではなく、斜めに配置することもできる。例えば、前記実施の形態で説明した基部211と枠組み10の右下隅角部とに斜めに粘性系ダンパを配置することができる。さらに、上側壁部23の右側面と枠組み10の右下隅角部を斜めに結ぶ粘性系ダンパを配置するとともに、下側壁部24の左側面と枠組み10の左上隅角部を斜めに結ぶ粘性系ダンパを配置する構成にすることもできる。
1,1A 中高層構造ビル(建物)
1a 下層階
1b 上層階
11 柱
12 梁
13 基礎部
2,2A 摩擦壁(壁状摩擦ダンパ)
21,21A 上側固定部
22,22A 下側固定部
23,23A 上側壁部
24,24A 下側壁部
25,25A 締結部
251 長穴
26,26A 摩擦材
3,3A オイルダンパ(粘性系ダンパ)
5,5A,5B 併用制振装置

Claims (5)

  1. 基礎部又は梁と柱とによって枠組みが形成される建物の制振構造であって、
    前記枠組みの内部に配置されて上下に対向する前記基礎部と梁又は梁どうしを接続させる壁状摩擦ダンパと、
    前記壁状摩擦ダンパが配置された同じ枠組みの内部に、少なくとも水平方向成分の変位によって伸縮するように配置される粘性系ダンパとを備えたことを特徴とする建物の制振構造。
  2. 前記壁状摩擦ダンパは、前記基礎部又は梁の対向する位置にそれぞれ固定される上側固定部及び下側固定部と、前記上側固定部から下方に向けて突出される上側壁部と、前記下側固定部から上方に向けて突出されて前記上側壁部に重ねられる下側壁部と、前記上側壁部と前記下側壁部との間に介在される摩擦材と、所定以上の水平方向の力が作用した際に前記上側壁部と前記下側壁部との間に前記摩擦材を介した水平方向の滑りが生じるように双方を締め付ける締結部とを有することを特徴とする請求項1に記載の建物の制振構造。
  3. 前記建物の下層階の枠組み内に前記壁状摩擦ダンパ及び粘性系ダンパが配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の建物の制振構造。
  4. 前記建物の下層階は上層階に比べて剛性が低く形成されていることを特徴とする請求項3に記載の建物の制振構造。
  5. 前記締結部は、前記上側壁部又は下側壁部の少なくとも一方に形成された水平方向が長手方向となる長穴に通される軸力ボルトとナットとを有することを特徴とする請求項2に記載の建物の制振構造。
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