JP2017101516A - 免制振併用構造物 - Google Patents

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【課題】免震支持された低層部の上に高層部が構築された免制振併用構造物における高層部の変形及び振動の増幅を抑制する。【解決手段】高層部50の最下階70の剛性が低く変形し易くしている。よって、地震時の最下階70が制振階として、長周期化及び集中制振(集中変形)し、高層部50の変形及び振動の増幅が抑制される。よって、高層部50、特に最上階54の近傍の地震時の揺れ(加速度)が低減する。【選択図】図1

Description

本発明は、免制振併用構造物に関する。
特許文献1には、鉄骨造建物や高層ないし超高層建物等の長周期建物の耐震性の向上に関する技術が開示されている。
この先行技術では、当該建物の任意の階層に積層ゴム等の免震装置を設置した免震層を設けて、該免震層よりも上層の階全体を免震装置により支持している。更に免震装置により支持した上層の階の全体を、免震装置により直接支持する低層部と、該低層部の上方に塔状に連なる高層部とに区分し、該高層部にダンパー等の制振装置を組込んでいる。
特許文献2には、免震層に設置した免震装置により上部構造体を免震支持する免震構造に関する技術が開示されている。
この先行技術では、上部構造体の低層部に、該上部構造体の他の層の層剛性よりも低剛性、かつ免震層の層剛性よりも高剛性の柔層を配置している。また、免震層に免震装置と並列に回転慣性質量ダンパーと付加減衰を設置し、柔層に該柔層の層剛性と並列に回転慣性質量ダンパーと付加減衰を設置している。
特許3677706号 特許5316850号
ここで、免震建物であっても、建物構造によっては、免震支持された低層部の上に構築された高層部で変形及び加速度が増幅し、高層部の最上階近傍の地震時の揺れが大きくなることがある。
しかし、特許文献1に記載の技術では、高層部全体を制振構造とするため高コストであり、構造が複雑である。
また、特許文献2に記載の技術では、免震層及び柔層のそれぞれに並列に回転慣性質量ダンパーと付加減衰を設置する必要があるので、やはり高コストであり、構造が複雑である。
本発明は、上記事実に鑑み、免震構造の低層部の上に高層部が構築された免制振併用構造物における高層部の変形及び振動の増幅を抑制することが課題である。
請求項1の発明は、免震構造の低層部と前記低層部の上に構築された高層部と、前記高層部の少なくとも最下階に設けられ、前記高層部の他の階よりも変形し易い制振階と、を備えた免制振併用構造物である。
請求項1に記載の発明では、高層部の少なくとも最下階に変形し易い制振階を設けることで、この制振階が長周期化及び集中制振(集中変形)し、高層部の変形及び振動の増幅が抑制される。よって、高層部の最上階近傍の地震時の揺れ(加速度)が低減する。
請求項2の発明は、前記制振階の階高は、前記高層部における前記制振階以外の階の階高よりも高い、請求項1に記載の免制振併用構造物である。
請求項2に記載の発明では、制振階の階高を該制振階以外の階の階高よりも高くすることで、制振階が変形し易くなる。
請求項3の発明は、前記制振階は、免震支持された柱と、免震支持されていない柱と、が混在している、請求項1又は請求項2に記載の免制振併用構造物である。
請求項3に記載の発明では、免震支持された柱と免震支持されていない柱とが混在することで、制振階が変形し易くなる。
本発明によれば、免震支持された低層部の上に高層部が構築された建物における高層部の変形及び振動の増幅を容易に抑制することができる。
本発明の一実施形態の免制振併用構造物の斜視図である。 図1に示す免制振併用構造物を上方から見た平面図である。 (A)は図1に示す免制振併用構造物の応答モデル図であり、(B)は(A)の最下階(制振階)の近傍の拡大応答モデル図である。 第一変形例の積層ゴムを組み込んで柔軟に動くようにした柱を示す一部断面の正面図である。 (A)は第二変形例の別のダンパーの例の間柱に組み込まれたダンパーの正面図であり、(B)は(A)を下側から見た下面図である。 地震時における本実施形態の免制振併用構造物における長辺方向の層間変形角を示すグラフである。 地震時における本実施形態の免制振併用構造物における短辺方向の層間変形角を示すグラフである。 地震時における比較例の構造物における長辺方向の層間変形角を示すグラフである。 地震時における比較例の構造物における短辺方向の層間変形角を示すグラフである。 地震時における本実施形態の免制振併用構造物における長辺方向の加速度を示すグラフである。 地震時における本実施形態の免制振併用構造物における短辺方向の加速度を示すグラフである。 地震時における比較例の構造物における長辺方向の加速度を示すグラフである。 地震時における比較例の構造物における短辺方向の加速度を示すグラフである。
<実施形態>
本発明の一実施形態に係る免制振併用構造物について説明する。
[構造]
先ず、免制振併用構造物10の構造について説明する。
図1に示すように、免制振併用構造物10は、複数階の低層部20と、この低層部20の上に構築された複数階の高層部50と、を有する構造となっている。
低層部20は、基礎梁23が免震基礎22に設置された免震装置24によって免震支持されている。なお、このように本実施形態の免制振併用構造物10の低層部20は、地下一階柱頭免震構造であるが、これに限定されない。例えば、基礎免震構造であってもよいし、中間免震構造であってもよい。
また、本実施形態においては、低層部20は、鉄骨鉄筋コンクリート造又はコンクリート充填鋼管構造の柱26と鉄骨造の梁28とコア耐震壁架構30(図2も参照)とで構成された耐震壁を有するラーメン構造とされている。また、免震基礎22はTOFT併用パイルドラフト基礎とされ、図示されていない床は、例えばフェローデッキスラブや在来スラブ及びQLデッキスパンクリート等の合成スラブで構成されている。なお、低層部20における低層部最上階32の一部には、トラス架構34が設けられている。
図2に示すように、免制振併用構造物10における高層部50は、平面視において、低層部20よりも面積が小さく、またアスペクト比が大きい形状とされている。
図1に示すように、高層部50の最下階70は、高層部50の他の階よりも階高が高くなっている。また、高層部50の最下階70以外の他の階には、ブレース52が配置されている。なお、高層部50における最上階54には、トラス架構56が設けられている。よって、高層部50の最下階70は、他の階よりも剛性が低く変形し易くなっている。
なお、本実施形態においては、高層部50は、鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の柱60と鉄骨造の梁62とで構成されたブレースを有するラーメン構造とされている。
よって、免制振併用構造物10は、低層部20が高層部50よりも高剛性且つ高耐力であり、高層部50を支持する基壇部として機能する。なお、柱60は、鉄骨造及びコンクリート充填鋼管造以外、例えば鉄筋コンクリート造であってもよい。
[作用及び効果]
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
高層部50の最下階70の剛性が低く変形し易いので、地震時に最下階70が制振階として、長周期化及び集中制振(集中変形)し、高層部50の変形及び振動の増幅が抑制される。よって、高層部50、特に最上階54の近傍の地震時の揺れ(加速度)が低減する。
なお、本実施形態では、高層部50の最下階(制振階)70の階高を、最下階70(制振階)以外の階の階高よりも高くすることで、容易に変形し易くなっている。
更に、本実施形態では、高層部50の最下階70以外の他の階には、ブレース52を配置することで、更に最下階70が変形し易くなっている。
このように、高層部50の最下階70を変形し易い制振階とすることで、この最下階(制振階)70が長周期化及び集中制振(集中変形)し、高層部50の変形及び振動の増幅が抑制される。よって、高層部50、特に最上階54近傍の地震時の揺れ(加速度)が低減する。
なお、図2に示すように、免制振併用構造物10における高層部50は、平面視において、低層部20よりも面積が小さく、またアスペクト比が大きい形状とされている。このような構造は、高層部50の応答が増幅されるので、本発明を適用して、高層部50、特に最上階54近傍の地震時の揺れ(加速度)を低減することは好適である。
ここで、本実施形態の高層部50の最下階70を変形し易くした場合と、比較例の高層部50の最下階70にブレースを設けて最下階70の変形をし難くした場合と、で揺れの大きさと加速度の大きさとをコンピューターシミュレーションで計算した結果が図6〜図13のグラフである
なお、図3(A)はコンピューターシミュレーションを行う免制振併用構造物10の応答モデル図であり、図3(B)は高層部50の最下階70の拡大応答モデル図である。なお、図2におけるX方向が長辺方向とし、Y方向が短辺方向とする。また、各図のグラフの「−●−」は国土交通省公示スペクトル直交波のランダム位相地震動で、「−▲−」は阪神淡路大震災時の神戸位相の地震動であり、「−■−」は東日本大震災時の八戸位相の地震動である。また、各図の縦軸は免制振併用構造物10の高さであり、Sは高層部50の最下階70の位置を示している。
そして、本実施形態の免制振併用構造物10における長辺方向の層間変形角を図6に示し、短辺方向の層間変形角を図7に示している。比較例の構造物における長辺方向の層間変形角を図8に示し、短辺方向の層間変形角を図9に示している。なお、各図のグラフにおけるRは、1/200radを示している。
また、本実施形態の免制振併用構造物10における長辺方向の加速度を図10に示し、短辺方向の加速度を図11に示している。比較例の構造物における長辺方向の加速度を図12に示し、短辺方向の加速度を図13に示している。なお、各図のグラフにおけるGは、200galを示している。
図6及び図7に示すように、本実施形態の免制振併用構造物10は最下階70が大きく変形しているが、高層部50の他の階は変形が小さい。これに対して、図8及び図9に示すように、比較例の構造物は最下階70の変形は小さいが、高層部50の他の階(中間階)は変形が大きい。つまり、本実施形態の免制振併用構造物10は、高層部50の最下階(制振階)70が長周期化及び集中制振(集中変形)していることが判る。
そして、図10及び図11に示すように、本実施形態の免制振併用構造物10は、高層部50全体の加速度が小さく、また最上階54の加速度も小さい。これに対して、図12及び図13に示すように、比較例の構造物は高層部50全体に加速度が大きく、特に最上階54の加速度が大きい。つまり、本実施形態の免制振併用構造物10は、比較例に比べ、高層部50の変形及び振動の増幅が抑制され、高層部50、特に最上階54近傍の地震時の揺れ(加速度)が低減していることがわかる。
<変形例>
次に、本実施形態の変形例について説明する。
[第一変形例]
上記実施形態では、下記(A)及び(B)によって、本実施形態の免制振併用構造物10の高層部50の最下階70を高層部50の他の階よりも変形し易くしている。
(A)高層部50の最下階(制振階)70の階高を、最下階70(制振階)以外の階の階高よりも高くする。
(B)高層部50の最下階70以外の他の階にブレース52を配置し、最下階70にはブレース52を設けない、すなわち、高層部50の最下階70は、最下階70以外の他の階によりもブレース52等の耐震部材の配置数を少なくする。
しかし、上記(A)及び(B)以外の方法で高層部50の最下階70を高層部50の他の階よりも変形し易くしてもよい。
よって、高層部50の最下階70を高層部50の他の階よりも変形し易くする他の例を第一変形例として説明する。
図4に示すように、第一変形例では、一部の柱60(図1参照)を最下階70で切断し、上側柱160Aと下側柱160Bとの間に積層ゴム100を設けた柱160を最下階70に設けている。つまり、積層ゴム100を組み込んで柔軟に動くようにした柱160と剛性を持った柱60(図1参照)との両方を最下階70に設けている。別の観点から説明すると、最下階70には、免震支持された柱160と免震支持されていない柱60とが混在している。
このような構成によって、高層部50の最下階70を高層部50の他の階よりも変形し易くなっている。
なお、積層ゴム100以外の免震装置で免震支持された柱であってもよい。
また、上記実施形態の(A)、(B)及び第一変形例は適宜組み合わせてもよい。また、これらとは別の方法、例えば、最下階70の梁62の一部を連結しない構造やピン接合にする等の方法によって、最下階70を低剛性化してもよい。要は免制振併用構造物10の高層部50の最下階70を高層部50の他の階よりも低剛性化し変形し易くすればよい。
[第二変形例]
図6及び図7に示すように、本実施形態の免制振併用構造物10の高層部50の最下階70が大きく変形する。よって、高層部50の最下階70に地震エネルギーを吸収するエネルギー吸収手段を設けて、地震エネルギーを集中して吸収することは有効である。よって、高層部50の最下階70にエネルギー吸収手段を設けた例を第二変形例として説明する。
第二変形例では、図示は省略するが、エネルギー吸収手段としてオイルダンパーを最下階70に設け、地震エネルギーを集中して吸収している。なお、オイルダンパーの設置構造は特に限定されない。例えば、梁又はスラブの上に設けられた逆V字状の支持フレームの上端部と左右の柱との間にオイルダンパーを設置した構造やV字や逆V字等のブレースにオイルダンパーを組み込んだ構造でもよい。
なお、エネルギー吸収手段は、オイルダンパーに限定されない。例えば、金属ダンパーや摩擦ダンパー等であってもよい。
ここで、別の例のダンパー200及びその設置構造を図5に示す。この図5に示すように、間柱260を設けると共にこの間柱260を最下階70で切断し、ダンパー200で連結している。
本例のダンパー200は、水平変形(せん断)と鉛直変形(浮き上がり)に対して減衰効果を発揮する。別の観点で説明すると、ダンパー200は、せん断と曲げとの両方に対してエネルギー吸収可能となっている。
具体的には、ダンパー200は、正面視でU字形状の芯材210と、この芯材210の外側に樹脂系摩擦材215を間に挟んでボルト接合したプレート材220と、を有する構成とされている。芯材210には下側間柱260Bが図示していないブラケットを介して接続され、プレート材220には上側間柱260Aが図示していないブラケットを介して接合されている。
このような構成のダンパー200を設けることにより、せん断と曲げとの両方に対してエネルギーが吸収されるので、免制振併用構造物10の高層部50の最上階54及びその近傍の揺れ(加速度)が効果的に低減する。
<その他>
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、免制振併用構造物10における高層部50は、平面視において、低層部20よりも面積が小さく、またアスペクト比が大きい形状とされていたが、これに限定されない。例えば、平面視において高層部の面積と低層部との面積が同じであってもよい。
また、例えば、上記実施形態では、高層部50の最下階70のみを変形し易い制振階としたが、これに限定されない。高層部に複数の制振階を設けてもよい。なお、別の観点から説明すると、制振階(複数ある場合は最下の制振階)よりも下階が低層部と定義される。ここで、本実施形態の高層部50における最下階70よりも上階に変形し易い制振階を設けてもよい。このように、高層部50における最下階70よりも上階に変形し易い制振階を設けた場合(最下階70が制振階でない場合)、高層部50の最下の制振階よりも下階(最下階70を含む下階)及び低層部20が、[特許請求の範囲]に記載の低層部に相当する。繰り返しになるが、制振階(複数ある場合は最下の制振階)よりも下階が低層部であり、最下の制振階を含む上階が高層部である。
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
10 免制振併用構造物
24 免震装置
20 低層部
50 高層部
60 柱(制振階の免震支持されていない柱)
70 制振階(高層部の最下階)
100 免震ゴム(免震装置の一例)
160 柱(制振階の免震支持された柱)

Claims (3)

  1. 免震構造の低層部と
    前記低層部の上に構築された高層部と、
    前記高層部の少なくとも最下階に設けられ、前記高層部の他の階よりも変形し易い制振階と、
    を備えた免制振併用構造物。
  2. 前記制振階の階高は、前記高層部における前記制振階以外の階の階高よりも高い、
    請求項1に記載の免制振併用構造物。
  3. 前記制振階は、免震支持された柱と、免震支持されていない柱と、が混在している、
    請求項1又は請求項2に記載の免制振併用構造物。
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