JP2019065635A - 制振建物 - Google Patents

Abstract

【課題】設計自由度が高くて振動制御も容易に行える制振建物を提供する。【解決手段】内部に上下方向に延びるボイド空間Ｓを有する建物１と、ボイド空間Ｓに設けられ、建物１とは振動特性が異なるコア構造物２と、が備えられ、コア構造物２と建物１とが、少なくとも水平方向の振動を減衰する制振装置３で接続されている制振建物Ｂであって、コア構造物２として、上方側４ａが建物１に固定され、下方側４ｂが建物１に固定されていない上方固定コア構造物４が備えられ、上方固定コア構造物４の少なくとも下方側４ｂと建物１とが、制振装置３にて接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内部に上下方向に延びるボイド空間を有する建物と、前記ボイド空間に設けられ、前記建物とは振動特性が異なるコア構造物と、が備えられ、前記コア構造物と前記建物とが、少なくとも水平方向の振動を減衰する制振装置で接続されている制振建物に関する。

上記のような制振建物は、建物とそれとは振動特性が異なるコア構造物との間での振動特性の差により、地震時に建物とコア構造物との間に変位差や速度差を生じさせ、その変位差や速度差を利用し、建物とコア構造物とを接続する制振装置にて建物の振動を減衰することで、建物の振動制御を行っている。
そして、従来、このような制振建物において、ボイド空間に設けられるコア構造物として、下方側が建物に固定され、上方側が建物に固定されていない下方固定コア構造物が備えられ、下方固定コア構造物の上方側と建物とが制振装置にて接続されたものが知られている（下記特許文献１の図１（ｂ）参照）。

また、タイプは異なるが、ボイド空間における下方固定コア構造物の直上方に、上方側が建物に固定され、下方側が建物に固定されていない上方固定コア構造物が更に備えられ、下方固定コア構造物と上方固定コア構造物とが水平方向の振動を減衰する制振装置にて接続された制振建物も知られている（下記特許文献１の図４（ｄ）参照）。
このタイプの制振建物は、地震時において、ボイド空間に設けられた下方固定コア構造物と上方固定コア構造物との間で生じる水平方向の変位差や速度差を利用し、下方固定コア構造物と上方固定コア構造物とを接続する制振装置にて建物の振動を減衰することで、建物の振動制御を行っている。

特開２０１６−１１３７４８号公報

前者の制振建物では、下方固定コア構造物と建物とを制振装置にて直接接続して建物の振動制御を行うが、所望の制振性能を有する制振建物を構成するためには、ボイド空間の下端部から上方に延びる状態で好適に構築される下方固定コア構造物が所望の振動特性を有するように、下方固定コア構造物の高さを必要分だけ確保しなければならない。
そのため、建物側で比較的利用し易いボイド空間の下方側の空間が下方固定コア構造物の設置空間となりがちであり、ボイド空間の下方側の空間を商業用途等に建物側で利用したい等の建築的な要求に対応するのが難しいという不都合がある。

また、後者の制振建物では、制振装置が、下方固定コア構造物と上方固定コア構造物とを接続するものであり、振動を減衰させる対象である建物には直接接続されていないので、地震時における建物の振動の減衰作用が間接的なものとなり、その分、建物の振動制御が難しいという不都合がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、設計自由度が高くて振動制御も容易に行える制振建物を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、内部に上下方向に延びるボイド空間を有する建物と、
前記ボイド空間に設けられ、前記建物とは振動特性が異なるコア構造物と、が備えられ、
前記コア構造物と前記建物とが、少なくとも水平方向の振動を減衰する制振装置で接続されている制振建物であって、
前記コア構造物として、上方側が前記建物に固定され、下方側が前記建物に固定されていない上方固定コア構造物が備えられ、
前記上方固定コア構造物の少なくとも下方側と前記建物とが、前記制振装置にて接続されている点にある。

本構成によれば、制振装置にて建物と接続されるコア構造物が、上方側が建物に固定され、下方側が建物に固定されていない上方固定コア構造物であるので、上方固定コア構造物をボイド空間の上方側に設けて所望の制振性能を有する制振建物を構成することができる。よって、ボイド空間の下方側の空間を商業用途等に建物側で利用したい等の建築的な要求にも対応することが可能となり、制振建物としての設計自由度を高めることができる。
しかも、上方固定コア構造物の下方側は、建物に対する固定端（上端）から離れた位置にあるため、地震動が作用した場合の建物との振動特性の差に伴う変位差や速度差が大きくなる。よって、このように建物との変位差や速度差の大きい上方固定コア構造物の下方側と、振動を減衰させる対象である建物とを制振装置にて接続することで、建物の振動を効率的に減衰させることができ、建物の振動制御を容易に行うことができる。また、建物の躯体に作用する鉛直荷重は上層階側ほど小さくなることから、建物は上層階側ほど剛性が低くなる傾向にある。そのため、建物よりも剛性の高い上方固定コア構造物をボイド空間の上方側に設ければ、建物と上方固定コア構造物との振動特性の差に伴う変位差や速度差を一層大きく確保することができ、その一層大きな変位差や速度差を利用して制振装置にて建物の振動を効率的に減衰することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記コア構造物として、下方側が前記建物に固定され、上方側が前記建物に固定されていない下方固定コア構造物が更に備えられ、
前記上方固定構造物と前記下方固定コア構造物とは、前記ボイド空間の上方側に前記上方固定コア構造物が位置し、前記ボイド空間の下方側に前記下方固定コア構造物が位置する配置状態で設けられ、
前記下方固定コア構造物の少なくとも上方側と前記建物とが、前記制振装置にて接続されている点にある。

本構成によれば、ボイド空間における上方固定コア構造物の直下の空間を利用して、建物とは振動特性が異なる下方固定コア構造物を設けることができる。そして、建物との変位差や速度差の大きい下方固定コア構造物の下方側と、振動を減衰させる対象である建物とを制振装置にて接続することで、建物の振動を更に効率的に減衰させることができる。
しかも、ボイド空間における上方固定コア構造物と下方固定コア構造物の剛性や設置高さ範囲を適切に設定することで、上方固定コア構造物の振動特性と下方固定コア構造物の振動特性を建物に応じて適切に組み合わせて、建物の多種多様な振動特性に対応することができ、建物に応じた適切な制振性能を得ることができる。
更に、上方固定コア構造部と下方固定コア構造部の上下境界部付近に制振装置を集約させることができ、そのようにすることで制振装置のメンテナンス性も向上させることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記上方固定コア構造物の下方側と前記下方固定コア構造物の上方側とが、前記制振装置にて接続されている点にある。

本構成によれば、上方固定コア構造物の下方側と下方固定コア構造物の上方側との変位差や速度差を利用し、制振装置にて建物の振動を更に減衰することができる。

本発明の第４特徴構成は、前記上方固定コア構造物の上方側が、前記建物の複数階層に亘って前記建物の躯体に接合されている点にある。

本構成によれば、振動時の固定端となる上方固定コア構造物の上方側を建物の複数階層分の躯体に接合することで、振動時における上方固定コア構造物の固定端を適切に拘束して固定端の回転や揺動を抑制することができ、上方固定コア構造物と建物との振動特性の差を利用した制振装置による制振効果を適切に得ることができる。

本発明の第５特徴構成は、前記上方固定コア構造物を前記建物にて上方側から支持するように構成されている点にある。

本構成によれば、上方固定コア構造物を建物にて上方側から支持するので、上方固定コア構造物と制振装置とによる制振効果を得ながら、ボイド空間における上方固定コア構造物の下方側の空間の設計自由度を向上させることができる。
また、建物にて上方側から支持され、上方側を固定端として振動する上方側固定コア構造物が錘となるので、建物の揺れに同調して揺れる振り子の重り反力又はバネ反力を利用して建物の振動を減少させるＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）のような制振効果も期待することができ、一層制振性能の高い制振建物を構成することができる。

制振建物の平常時の状態を模式的に示す断面図 制振建物に設計時に想定した地震動が作用した状態を模式的に示す断面図 制振建物に設計時の想定を超える地震動が作用した状態を模式的に示す断面図 制振建物の別実施形態を示す説明図

本発明に係る制振建物の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は制振建物Ｂの平常時の状態を示し、図２は制振建物Ｂに設計時に想定した地震動が作用した状態を示している。

図１に示すように、この制振建物Ｂには、内部に上下方向に延びるボイド空間Ｓを有する建物１と、ボイド空間Ｓに設けられ、建物１よりも剛性が高くて建物１とは振動特性が異なるコア構造物２と、コア構造物２と建物１とを接続して建物１の水平方向の振動を減衰する制振装置３と、が備えられている。制振装置３としては、建物１の振動エネルギーに減衰力を付与可能な各種の構造を適宜に用いることができ、図示の例では、オイルダンパー等の粘弾性ダンパー３ａを用いている。なお、粘弾性ダンパー３ａとしては、複数個を連結した構造の減衰力の大きなものを好適に用いることができる。
建物１とコア構造物２とでは振動特性が異なるので、地震時において建物１とコア構造物２との間で振動特性の差に伴う変位差や速度差を生じさせることができ、その変位差や速度差を利用して建物１の振動を制振装置３にて減衰させることで建物１の振動制御を行うことができる。

そして、この制振建物Ｂでは、コア構造物２が上下方向で二つに分割構成され、ボイド空間Ｓの上方側に配置されて建物１と制振装置３で接続された上方固定コア構造物４と、ボイド空間Ｓの下方側に配置されて建物１と制振装置３で接続された下方固定コア構造物５とが設けられている。
そのため、ボイド空間Ｓにおける上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５の剛性や設置高さ範囲を適切に設定することで、上方固定コア構造物４の振動特性と下方固定コア構造物５の振動特性を建物１に応じて適切に組み合わせて、建物１の多種多様な振動特性に対応することができ、建物１に応じた適切な制振性能を得ることができる。

更に、この制振建物Ｂでは、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５との境界部位付近の空間ｓ１を制振層６とし、その制振層６に制振装置３が集約して配置されている。そのため、制振装置３のメンテナンスを容易に行うことができる。

以下、各部の具体的構成について説明を加える。
前記建物１は、例えば、柱や梁やスラブ等の躯体１Ａが鉄筋コンクリートからなる鉄筋コンクリート造の高層の集合住宅として構成されている。なお、建物１の用途は、住宅に限らず、商業等の各種の用途を採用することができる。また、建物１の構造も、鉄筋コンクリート構造に限らず、鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造等の各種の構造を採用することができる。

前記ボイド空間Ｓは、例えば、建物１の複数階に亘る高さ範囲（上下長さ）で構成され、平面視で建物１の中央側に配置されている。ボイド空間Ｓの高さ範囲は、図示の例では、１階から最上階寄りの上部階に亘る高さ範囲となっているが、１階から最上階に亘る高さ範囲や１階から上下中間階に亘る高さ範囲等であってもよく、建物１の用途や構造に応じて変更可能である。

上方固定コア構造物４や下方固定コア構造物５は、例えば、外周壁の全てを無開口の壁体で構成する等により、建物１よりも高い剛性を有し、建物１とは振動特性が異なるように構成されている。本実施形態では、上方固定コア構造物４や下方固定コア構造物５が、柱や梁等の躯体が鉄筋コンクリートからなる鉄筋コンクリート造にて構成されているが、建物１と同様、鉄筋コンクリート構造に限らず、鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造等の各種の構造を採用することができる。

上方固定コア構造物４は、上方側４ａが建物１の躯体１Ａに接合して固定され、下方側４ｂが建物１の躯体１Ａに固定されていない。そのため、上方固定コア構造物４は、地震動が作用した場合には、建物１に対して、上方側４ａを固定端側として下方側４ｂを遊端側とする状態で、建物１とは異なる振動特性にてボイド空間Ｓ内で振動する。

そして、上方固定コア構造物４の少なくとも下方側４ｂと建物１とが、制振装置３にて接続されている。具体的には、上方固定コア構造物４の下方側４ｂの下端外周部の前後左右の各面と、それら各面に相対向する建物１の躯体１Ａとしてのボイド空間Ｓの区画壁１ａの各々とが、複数の粘弾性ダンパー３ａにて接続されている。

つまり、上方固定コア構造物４の下方側４ｂは、建物１に対する固定端（上端）から離れた位置にあるため、図２に示すように、地震動が作用した場合の建物１との振動特性の差に伴う変位差や速度差が大きくなる。そのため、建物１との変位差や速度差の大きい上方固定コア構造物４の下方側４ｂと、振動を減衰させる対象である建物１とを制振装置３にて接続することで、建物１の振動を効率的に減衰させることができ、建物の振動制御を容易に行うことができる。

また、建物１の躯体１Ａに作用する鉛直荷重は上層階側ほど小さくなることから、建物１は上層階側ほど剛性が低くなる傾向にある。そのため、建物１よりも剛性の高い上方固定コア構造物４をボイド空間Ｓの上方側に設ければ、建物１と上方固定コア構造物４との振動特性の差に伴う変位差や速度差を一層大きく確保することができ、その大きな変位差や速度差を利用して制振装置３にて建物１の振動を一層効率的に減衰することができる。

図１に戻り、上方固定コア構造物４の上方側４ａは、建物１の複数階層に亘って建物１の躯体１Ａに接合されている。図示の例では、上方固定コア構造物４の上方側４ａの上端部が、躯体１Ａの最上階の屋上スラブに剛接合等の接合形態で接合され、上方固定コア構造物４の上方側４ａの外周部が、躯体１Ａの最上階よりも下方の複数階（本例では二つの階）の床スラブを貫通する状態で配置されて、複数階の床スラブの開口縁に剛接合等の接合形態で接合されている。

また、本実施形態では、上方固定コア構造物４の荷重は、建物１の躯体１Ａに上方側から支持されている。ちなみに、上方固定コア構造物４とその直下の下方固定コア構造物５との間に水平方向の相対移動を許容しながら鉛直方向の荷重を伝達可能な免震装置等を介在させることで、上方固定コア構造物４の荷重の少なくとも一部を、下方固定コア構造物５を介して建物１の躯体１Ａに下方側から支持させることもできる。

下方固定コア構造物５は、例えば、タワーパーキング等の立体駐車場の外周部及び上部囲う構造体として好適に構成することができる。この下方固定コア構造物５は、下方側５ｂが建物１の躯体１Ａに接合して固定され、上方側５ａが建物１の躯体１Ａに固定されていない。そのため、下方固定コア構造物５は、地震時においては、建物１に対して、下方側５ｂを固定端側として上方側５ａを遊端側とする状態で、建物１とは異なる振動特性にてボイド空間Ｓ内で振動する。なお、下方固定コア構造物５は、建物１だけでなく、上側固定コア構造物４とも振動特性が異なるように構成することができる。

そして、下方固定コア構造物５の少なくとも上方側５ａと建物１とが、制振装置３にて接続されている。具体的には、下方固定コア構造物５の上方側５ａの上端外周部の前後左右の各面と、それら各面に相対向する建物１の躯体１Ａとしてのボイド空間Ｓの区画壁１ａの各々とが、複数の粘弾性ダンパー３ａにて接続されている。

つまり、下方固定コア構造物５の上方側５ａは、建物１に対する固定端（下端）から離れた位置であるため、図２に示すように、地震動が作用した場合に建物１との振動特性の差に伴う変位差や速度差が大きくなる。そのため、建物１との変位差や速度差の大きい下方固定コア構造物５の上方側５ａと、振動を減衰させる対象である建物１とを制振装置３にて接続することで、建物１の振動を一層効率的に減衰することができる。

図１に戻り、下方固定コア構造物５の下方側５ｂは、建物１の躯体１Ａにおける基礎１ｂに例えば剛接合等の接合形態で接合されている。ちなみに、下方固定コア構造物５の下方側５ｂを基礎１ｂ以外に接合する場合には、建物１の複数階層に亘って躯体１Ａに接合するのが好ましい。なお、本実施形態では、基礎１ｂは、制振建物Ｂ全体の基礎として構成されている。

更に、この制振建物Ｂでは、上方固定コア構造物４の下方側４ｂと下方固定コア構造物５の上方側５ａとが、制振装置３にて接続されている。具体的には、上方固定コア構造物４の下方側４ｂの下面部と下方固定コア構造物５の上方側５ａの上面部とが、制振装置３としての粘弾性ダンパー３ａにて接続されている。
そのため、図２に示すように、上方固定コア構造物４の下方側４ｂと下方固定コア構造物５の上方側５ａとの変位差や速度差を利用して制振装置３にて建物１の振動を一層減衰することができる。

図３は、制振建物Ｂに設計時の想定を超える地震動が作用した状態を示している。同図３に示すように、制振建物Ｂに設計時の想定を超える極めて大きな地震動が作用した場合には、制振装置３にて振動を制御しきれないことも考えられる。
この制振建物Ｂは、そのような場合でも、建物１よりも剛性の高い上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５が建物１を内部から支える心棒として機能し、仮に制振装置３や建物１に破損が生じた場合でも建物１が倒壊することは阻止することができる。
具体的には、想定震度を超える極めて大きな地震動が作用した場合に、下方固定コア構造物５の上方側５ａが建物１の躯体１Ａと接触し、下方固定コア構造物５の上方側５ａが建物１の躯体１Ａと接触することで、建物１のそれ以上の撓み（曲げ）変形を抑制し、建物１が倒壊することは阻止することができる。

〔別実施形態〕
（１）前述の実施形態では、上方固定コア構造物４の直下に下方固定コア構造物５を設ける場合を例に示したが、建物１の下方側の用途等に応じて下方固定コア構造物５は適宜に省略し、その省略部分も建物１として構成してもよい。

（２）前述の実施形態では、コア構造物２を建物１よりも高い剛性で構成する場合を例に示したが、建物１を鉄筋コンクリート構造にて構成することに対してコア構造物２を鉄骨造にて構成する等により、コア構造物２を建物１よりも低い剛性で構成してもよい。
また、コア構造物２として上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５の両方を設ける場合には、例えば、上方固定コア構造物４を建物１よりも高い剛性で構成し、下方固定コア構造物５を建物１よりも低い剛性で構成したり、これとは逆に、上方固定コア構造物４を建物１よりも低い剛性で構成し、下方固定コア構造物５を建物１よりも高い剛性で構成する等、一方を建物１よりも高い剛性で構成し、他方を建物１よりも低い剛性で構成してもよい。

（３）前述の実施形態では、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５との境界近傍部位（制振層６）が、建物１の上下中央付近のやや上方側に設定されている場合を例に示したが、例えば、図４（ａ）に示すように、建物１の上部付近に設定されていたり、図４（ｂ）に示すように、建物１の下部付近に設定されていてもよく、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５との境界近傍部位（制振層６）は、建物１の振動特性に応じ、建物１に対して所望の制振性能を発揮する適切な位置に設定すればよい。

（４）前述の実施形態では、上方固定コア構造物４の下方側４ｂと下方固定コア構造物５の上方側５ａとが、制振装置３にて接続されている場合を例に示したが、図４（ｃ）に示すように、上方固定コア構造物４の下方側４ｂと下方固定コア構造物５の上方側５ａとを接続する制振装置３は省略してもよい。また、図示は省略するが、上方固定コア構造物４の下方側４ｂと下方固定コア構造物５の上方側５ａとを接続する制振装置３は残しながら、下方固定コア構造物５の上方側５ａと建物１の躯体１Ａとを接続する制振装置３を省略してもよい。

（５）前述の実施形態では、制振装置３として、オイルダンパー等の粘弾性ダンパー３ａを例に示したが、図４（ｄ）に示すように、鋼材製ダンパーや鉛ダンパー等の履歴系ダンパー３ｂを用いてもよい。また、例えば、上方固定コア構造物４と建物１及び下方固定コア構造物５と建物１は粘弾性ダンパー３ａにて接続し、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５とは履歴系ダンパー３ｂで接続してもよく、これとは逆に、上方固定コア構造物４と建物１及び下方固定コア構造物５と建物１は履歴系ダンパー３ｂにて接続し、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５とは粘弾性ダンパー３ａで接続してもよい。

（６）前述の実施形態では、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５が同一の構造（鉄筋コンクリート構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造や鉄骨造）にて構成されている場合を例に示したが、上方固定コア構造物４と下方固定コア構造物５とが異なる構造で構成されていてもよい。
例えば、上方固定コア構造物４が鉄骨造で構成され、下方固定コア構造物５が鉄筋コンクリート構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造で構成されていてもよく、場合によっては、上方固定コア構造物４の構造と下方固定コア構造物５の構造とを上記とは逆にして構成されていてよい。
また、上方固定コア構造物４が鉄筋コンクリート構造で構成され、下方固定コア構造物５が鉄骨鉄筋コンクリート構造で構成されていてもよく、場合によっては、上方固定コア構造物４の構造と下方固定コア構造物５の構造とを上記とは逆にして構成されていてよい。

Ｂ 制振建物
Ｓ ボイド空間
１ 建物
１Ａ 躯体
２ コア構造物
３ 制振装置
４ 上方固定コア構造物
５ 下方固定コア構造物
６ 制振層

Claims (5)

1. 内部に上下方向に延びるボイド空間を有する建物と、
   前記ボイド空間に設けられ、前記建物とは振動特性が異なるコア構造物と、が備えられ、
   前記コア構造物と前記建物とが、少なくとも水平方向の振動を減衰する制振装置で接続されている制振建物であって、
   前記コア構造物として、上方側が前記建物に固定され、下方側が前記建物に固定されていない上方固定コア構造物が備えられ、
   前記上方固定コア構造物の少なくとも下方側と前記建物とが、前記制振装置にて接続されている制振建物。
2. 前記コア構造物として、下方側が前記建物に固定され、上方側が前記建物に固定されていない下方固定コア構造物が更に備えられ、
   前記上方固定構造物と前記下方固定コア構造物とは、前記ボイド空間の上方側に前記上方固定コア構造物が位置し、前記ボイド空間の下方側に前記下方固定コア構造物が位置する配置状態で設けられ、
   前記下方固定コア構造物の少なくとも上方側と前記建物とが、前記制振装置にて接続されている請求項１記載の制振建物。
3. 前記上方固定コア構造物の下方側と前記下方固定コア構造物の上方側とが、前記制振装置にて接続されている請求項２記載の制振建物。
4. 前記上方固定コア構造物の上方側が、前記建物の複数階層に亘って前記建物の躯体に接合されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振建物。
5. 前記上方固定コア構造物を前記建物にて上方側から支持するように構成されている請求項１〜４のいずれか1項に記載の制振建物。
   
   
   

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