JP2017198026A - 建物 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に挙動が異なる棟の境界部分にエキスパンションジョイントを設けずに地震による損傷を抑制した建物を提供する。【解決手段】建物１０は、耐震要素（座屈拘束ブレース３０）を用いて剛性が付加された第１棟（高層棟２０）と、第１棟と梁及びスラブで一体に接合された第１棟より剛性が小さい第２棟（低層棟４０）と、一体に接合された第１棟及び前記第２棟の剛心からみて重心よりも離れた位置において第２棟に配置された制振部材（オイルダンパー５０）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、建物に関する。

下記特許文献１には、地震等に起因して、隣接した建物同士に相対的なずれが生じても、建物に過剰な負荷を与えることなく建物間の隙間を塞ぐことができるエキスパンションジョイントが開示されている。

特開平１１−２５６７０２号公報

上記特許文献１のように、隣接した建物の境界部分にエキスパンションジョイントを設置した場合、境界部分からの水漏れを防止するために止水処理が必要となる。また、地震時に隣接した建物は独立して揺れるため、境界部分の仕上げ材が破損することがある。

本発明は上記事実を考慮して、地震時に挙動が異なる棟の境界部分にエキスパンションジョイントを設けずに地震による損傷を抑制した建物を提供することを目的とする。

請求項１に記載の建物は、耐震要素を用いて剛性が付加された第１棟と、前記第１棟と梁及びスラブで一体に接合され、前記第１棟より剛性が小さい第２棟と、一体に接合された前記第１棟及び前記第２棟の剛心からみて重心よりも離れた位置において前記第２棟に配置された制振部材と、を有する。

一般に剛性や平面形状が異なる建物は、地震時の挙動が異なる（振動特性が異なる）ため、エキスパンションジョイントを設けて構造設計上建物の棟をそれぞれ独立させることで、応力の伝達を遮断して損傷が生じないようにしている。

請求項１に記載の建物は、第１棟と第２棟とが梁及びスラブで一体に接合された建物とされている。第１棟と第２棟とは互いに剛性が異なるため地震時の挙動が異なるが、第１棟は耐震要素を用いて剛性が付加されているので、建物の偏心による捩じれの影響が小さい。また、第２棟は第１棟よりも剛性が小さく、第１棟と第２棟とが一体に接合された建物の剛心からみて重心よりも離れた揺れの大きい位置に制振部材が設けられているので、効率よく地震エネルギーを吸収することができる。

したがって、地震時に挙動が異なる第１棟と第２棟との境界部分にエキスパンションジョイントを設けなくても、建物の損傷を抑制することができる。このため、エキスパンションジョイントを設けた場合における仕上げ材の破損や水漏れを発生しにくくできる。

請求項２に記載の建物は、前記耐震要素は金属の変形により制振性能を発揮する履歴系ダンパーとされ、前記制振部材は粘性体の粘性抵抗により制振性能を発揮する粘性系ダンパーとされている。

請求項２の建物によると、履歴系ダンパーは設置された部分の剛性を高めることができると共に、大振幅の揺れを低減できる。また、粘性系ダンパーは設置された部分の剛性を変化させにくく、大振幅の揺れだけでなく小振幅の揺れを低減することができる。
このため、履歴系ダンパーが設けられた第１棟は、剛性が高められて建物の捩じれによる影響が低下されると共に、地震エネルギーを吸収することができる。また、粘性系ダンパーが設けられた第２棟は剛性が変えられることなく、中小規模の地震エネルギーを吸収することができる。

請求項３に記載の建物は、一体に接合された前記第１棟と前記第２棟とが、平面Ｌ型とされている。

請求項３に記載の建物は平面Ｌ型とされているため、例えば平面矩形状とされている場合と比較して捩じれが生じやすいが、剛性が付加された第１棟に設けられた履歴系ダンパーと、剛性が小さい第２棟に設けられた粘性系ダンパーにより、地震エネルギーを効果的に吸収することができる。

本発明に係る建物は、地震時に挙動が異なる棟の境界部分にエキスパンションジョイントを設けずに地震による損傷を抑制できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る建物の斜視図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態に係る建物の低層部分を示す平断面図であり、（Ｃ）は高層部分を示す平断面図であり、（Ｄ）は立面図である。 本発明の実施形態に係る建物の高層棟と低層棟との境界部分を示した立断面図である。 本発明の実施形態に係る建物の高層棟に配置された座屈拘束ブレースを示した立面図である。 本発明の実施形態に係る建物の高層棟に配置された座屈拘束ブレースの配置の変形例を示した立面図である。 本発明の実施形態に係る建物の低層棟に配置されたオイルダンパーを示した立面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る剛心が重心に近接した建物の捩じれの挙動を示した模式図であり、（Ｂ）は比較例に係る剛心が重心から離隔した建物の捩じれの挙動を示した模式図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る高層棟と低層棟とが一体化された境界部分を示した平面拡大図であり、（Ｂ）は比較例に係る高層棟と低層棟とが分離された境界部分にエキスパンションジョイントが設けられた建物を示した平面拡大図である。

（建物）
図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本実施形態の建物１０は長方形の平面形状を持つ高層棟２０と、長方形の平面形状を持ち高層棟２０よりも低層とされた低層棟４０と、を備えている。建物１０は、低層棟４０の短辺４０Ａが高層棟２０の長辺２０Ｂの端部寄りに接合された平面Ｌ型の形状とされている。図１（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ｄ）におけるＢ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図である。図１（Ｂ）、（Ｃ）においては、高層棟２０、低層棟４０それぞれの外形線及び柱２２、４２のみが示されており、梁、壁、開口部その他は省略されている。また、図１（Ａ）、（Ｄ）においては高層棟２０、低層棟４０それぞれの外形線のみが示されている。なお、高層棟２０、低層棟４０はそれぞれ本発明における第１棟、第２棟の一例であり、高層棟２０は低層棟４０と比較して高重量とされている。

建物１０は鉄骨造とされており、一部にＣＦＴ造（コンクリート充填鋼管構造）の柱やＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）の柱梁架構を含んで構成されている。なお、建物１０の構造種別は適宜選択可能であり、全体がＳＲＣ造やＲＣ造（鉄筋コンクリート造）などとされていてもよい。

高層棟２０と低層棟４０とは、図２に示すように、高層棟２０と低層棟４０との境界部分で高層棟２０の柱２２と低層棟４０の柱４２の間に梁１４が架け渡されている。この梁１４の上にはスラブ１６が設けられ、高層棟２０のスラブ２６及び低層棟４０のスラブ４６と同じ床高とされている。つまり、従来であればエキスパンションジョイントで接続される高層棟２０と低層棟４０との境界部分が梁１４とスラブ１６とで一体に接合されている。

図１（Ｂ）に示すように、高層棟２０の低層部には、本発明における履歴系ダンパーとしての座屈拘束ブレース３０が外周寄りに配置されている。また、低層棟４０には、本発明における粘性系ダンパーとしてのオイルダンパー５０が高層棟２０から離れた部分の外周寄りに配置されている。さらに、図１（Ｃ）に示すように、高層棟２０の高層部には、座屈拘束ブレース３０及びオイルダンパー５０が高層棟２０の中央部に配置されている。

高層棟２０は座屈拘束ブレース３０によって剛性が高められている。一方、オイルダンパー５０は配置される部分の剛性に与える影響が小さいため、低層棟４０の剛性の向上は抑制されている。このため、高層棟２０と低層棟４０とを比較すると、高層棟２０の剛性が高い。

（座屈拘束ブレース）
図３（Ａ）に示すように、高層棟２０における柱２２と梁２４から成る架構の構面内には、柱２２と梁２４との接合部２３間に座屈拘束ブレース３０が斜めに配置されている。座屈拘束ブレース３０は、柱２２及び梁２４に溶接された接合プレート３２と、接合プレート３２にスプライスプレート３４を介して接合されたブレース本体３６と、ブレース本体３６を被覆する補剛鋼管３８と、を備えている。

ブレース本体３６は低降伏点鋼で形成されたＨ形鋼とされ、接合プレート３２に接合されたウェブ３６Ａが柱２２と梁２４の構面の面内方向と平行になるように配置されている。低降伏点鋼は通常用いられる構造用鋼材と比較して変形しやすく延性が高い鋼材であり、地震の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。また、このブレース本体３６を補剛鋼管３８で被覆することによりブレース本体３６は座屈が抑制され、エネルギー吸収効果を効果的に発揮することができる。このように、座屈拘束ブレース３０は高層棟２０の剛性を高くする耐震要素として機能すると共に、塑性変形することにより制振要素としても機能する。

なお、本実施形態において座屈拘束ブレース３０は柱２２と梁２４との接合部２３間に配置されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図３（Ｂ）に示すように、ブレース本体３６の一方の端部を柱２２及び梁２４に溶接された接合プレート３２に接合し、他方の端部を梁２４の中央部に溶接された接合プレート３３に接合することで、Ｖ字型のブレース構造としてもよい。

また、本実施形態においては履歴系ダンパーとして低降伏点鋼を用いた座屈拘束ブレース３０を用いたが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば鉛の塑性変形により振動エネルギーを吸収する鉛ダンパーや、摩擦抵抗を利用して振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパー等を用いてもよい。さらに、耐震要素として履歴系ダンパーを設置する代わりに、耐震壁を設置したり柱梁の断面積を大きくするなどにより高層棟２０の剛性を高めてもよい。

（オイルダンパー）
図４に示すように、低層棟４０における柱４２と梁４４から成る架構の構面内には、柱４２と梁４４との接合部４３間にオイルダンパー５０が斜めに配置されている。オイルダンパー５０は、ピストンロッド５２とピストンロッド５２が内挿されたシリンダ５４とを備えており、ピストンロッド５２及びシリンダ５４の先端部が、支持ピン５６を介して柱４２及び梁４４に溶接された接合プレート５８に揺動可能に連結されている。

オイルダンパー５０においては、シリンダ５４の内部に粘性体が封入されており、架構が変形してピストンロッド５２とシリンダ５４とが相対的に変位したとき、粘性体が抵抗することにより地震の振動エネルギーを吸収する。粘性体はわずかな変位に対しても抵抗力を発揮するため、オイルダンパー５０は大振幅の揺れだけでなく中〜小振幅の揺れを低減することができる。

なお、本実施形態においてオイルダンパー５０は柱４２と梁４４との接合部４３間に配置されているが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば座屈拘束ブレース３０と同様に、ピストンロッド５２及びシリンダ５４の何れか一方の端部を梁４４の中央部に溶接された接合プレートに接合し、Ｖ字型のブレース構造としてもよい。あるいは、必要に応じて水平方向に配置するなどしてもよい。

また、本実施形態においては粘性系ダンパーとしてシリンダ型のオイルダンパー５０を用いたが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば、粘性体を充填した外部鋼板（粘性体容器）の間に、内部鋼板（抵抗板）を挿入した壁型ダンパーを用いてもよい。壁型ダンパーを用いることで、シリンダ型のオイルダンパー５０を用いる場合と比較してダンパーが格納される部分の厚みを薄くすることができる。さらに、制振部材として粘性系ダンパーを設置する代わりに、履歴系ダンパーを用いてもよい。履歴系ダンパーを用いる場合は、低層棟４０の剛性が高層棟２０の剛性よりも高くならないように配置や数量を調整すればよい。

（作用・効果）
図５（Ａ）には、高層棟２０と低層棟４０とが梁１４、スラブ１６（図２参照）で一体に接合された建物１０の重心Ｇ、剛心Ｓが示されている。本実施形態の建物１０は、高層棟２０の剛性が、座屈拘束ブレース３０が配置されることにより低層棟４０よりも高くなっている。このため、建物１０は、高重量・高剛性の高層棟２０と、低重量・低剛性の低層棟４０により構成されている。このため、建物１０は、重心Ｇと剛心Ｓとが近接している。

これに対して、例えば図５（Ｂ）に示す比較例に係る建物１００では、低層棟４００の剛性が座屈拘束ブレース３０等により大きくされている。この場合、建物１０と比較して剛心Ｓの位置が低層棟４００側へずれ、重心Ｇから離隔する。このため、地震時の建物の捩じれが大きくなる。

このように、本実施形態の建物１０では、座屈拘束ブレース３０により高層棟２０の剛性が高められることにより、建物１０全体の捩じれが抑制されている。

さらに、低層棟４０において高層棟２０から離れた部分の外周寄りにオイルダンパー５０が配置されている。図５（Ａ）を用いて説明すると、オイルダンパー５０は、地震時の捩じれの中心点である剛心Ｓからみて重心Ｇよりも離れた位置であって、剛心Ｓから最も離れた位置に配置されている。捩じれの中心点から離れると変位が大きくなるので、オイルダンパー５０は建物１０において変位が最も大きい位置に配置されている。このため、建物１０は地震の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。

したがって、地震時に互いに挙動が異なる高層棟２０と低層棟４０との間にエキスパンションジョイントを設けなくても、建物１０の捩じれを低減できる。さらに、高層棟２０と低層棟４０とを一体とすることで建物１０はエキスパンションジョイントを設けた場合における仕上げ材の破損や水漏れの発生を抑制することができる。このため建物１０は例えば修復工事に要する時間を最小限に抑えたい商業用建築物としての用途に好適である。

なお、本実施形態においてオイルダンパー５０は低層棟４０における剛心Ｓから最も離れた位置に配置されているが、本発明の実施形態はこれに限られず、剛心Ｓから最も離れた位置と剛心Ｓとの間の部分にも設けることができる。このような位置にもオイルダンパー５０を設けることで、制振効果をより高めることができる。

また、本実施形態の建物１０は、低層棟４０の短辺４０Ａが高層棟２０の長辺２０Ｂの端部寄りに接合された平面Ｌ型の形状とされている。このため、例えば低層棟４０の短辺４０Ａが高層棟２０の長辺２０Ｂの中央部に接合された平面Ｔ型の建物と比較して、建物の偏心が大きくなり、地震時において剛心Ｓから離れた低層棟４０の端部の変位が大きくなる。建物１０は、このように変位が大きい位置にオイルダンパー５０が配置されているため、振動エネルギーを効率よく吸収することができる。

なお、本実施形態において建物１０の形状は平面Ｌ型とされているが、本発明の実施形態はこれに限られない。すなわち長軸方向の長さが同一又は異なる２棟の端部同士が、０〜１８０度の角度を有して繋がる形状、例えばＬ型、へ型、Ｖ型などや、上述したような平面Ｔ型であってもよいし、２棟が直線状に配置された平面Ｉ型であってもよい。さらには、直線状の棟の両端からそれぞれ同方向へ突出した棟が配置された平面コ型、直線状の棟の両端からそれぞれ異なる方向へ突出した棟が配置されたクランク型、４つの棟が空間を囲繞する平面ロ型など、複数の棟で形成された各種の平面形状を備えた建物とすることができる。

また、図６（Ｂ）に示す比較例のように、仮に高層棟２０と低層棟４０との間にエキスパンションジョイント６０を設けた場合、例えば低層棟４０の梁４４が片持ちとならないように、高層棟２０と低層棟４０の境界部付近に柱４２Ａを設置する必要がある。このため高層棟２０と低層棟４０の境界部付近に柱が多く必要となる。

これに対し、図６（Ａ）に示す本実施形態の建物１０においては、高層棟２０と低層棟４０の境界部において、高層棟２０の柱２２と低層棟４０の柱４２に梁１４、スラブ１６が架け渡され、梁は片持ちとならない。したがって、高層棟２０と低層棟４０の境界部付近の柱を削減することができる。

また、図１（Ｂ）に示すように高層棟２０における低層部は高層棟２０の外周寄りに座屈拘束ブレース３０が配置されているため、内部空間が座屈拘束ブレース３０によって仕切られない。このため内部空間を広く確保することができる。したがって、模様替えや催事に伴うレイアウト変更の融通性が高く、商業用建築物としての利用価値が高められている。

さらに、図１（Ｃ）に示すように高層棟２０における高層部は座屈拘束ブレース３０及びオイルダンパー５０が中央部に配置されている。このため高層棟２０は構造バランスがよい。また、中央部にエレベーターや共用階段、設備室などを集約することで、日射を得られる外周部が広い空間として確保されるので執務空間としても利用することができる。

１０ 建物
２０ 高層棟（第１棟）
２４ 梁
２６ スラブ
３０ 座屈拘束ブレース（履歴系ダンパー、耐震要素）
４０ 低層棟（第２棟）
４４ 梁
４６ スラブ
５０ オイルダンパー（粘性系ダンパー、制振部材）

Claims (3)

1. 耐震要素を用いて剛性が付加された第１棟と、
   前記第１棟と梁及びスラブで一体に接合され、前記第１棟より剛性が小さい第２棟と、
   一体に接合された前記第１棟及び前記第２棟の剛心からみて重心よりも離れた位置において前記第２棟に配置された制振部材と、を有する建物。
2. 前記耐震要素は金属の変形により制振性能を発揮する履歴系ダンパーとされ、
   前記制振部材は粘性体の粘性抵抗により制振性能を発揮する粘性系ダンパーとされた、請求項１に記載の建物。
3. 一体に接合された前記第１棟と前記第２棟とが、平面Ｌ型とされている、請求項１又は請求項２に記載の建物。

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