JP2501648B2 - 建築構造物 - Google Patents

建築構造物

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JP2501648B2
JP2501648B2 JP1321817A JP32181789A JP2501648B2 JP 2501648 B2 JP2501648 B2 JP 2501648B2 JP 1321817 A JP1321817 A JP 1321817A JP 32181789 A JP32181789 A JP 32181789A JP 2501648 B2 JP2501648 B2 JP 2501648B2
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光生 宮崎
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勇治 光阪
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は風や地震等の外乱時の、水平及び鉛直方向
の振動を抑制する、建築構造物に関するものである。
(従来技術及び発明が解決しようとする課題) 風荷重や地震力による構造物の振動や揺れを抑え、居
住性を高める目的で、構造物の下に積層ゴム等の免震装
置を入れて振動を絶縁する免震構法や、構造物の頂部に
その振動に共振する振動体等を設置し、この装置で構造
物に入力される振動エネルギーを消費する制震構法、そ
して構造物の床を主架構の床と分離して支持することに
より主架構の振動の床への伝達を遮断する床免震構法が
現在普及しつつある。
一方、床を構造体から吊り下げる吊り構法を免震構造
物に利用しようとする提案は古くからあるものの、その
実用化は未だ図られていない。
この構法は、吊り床を支持する柱が引張材に置き換え
らるためにその部材断面を小さくすることができること
と、吊り構造体の最下階の床の下方に大スパンの空間が
得られる等、構造上及び計画上の特徴をもっている。
ところがこの吊り構造物においては、吊り床が主架構
から完全に分離されない場合には構造体に作用する水平
力は低減されず、通常の構造物と同程度,またはそれ以
上となり、その部材断面はかなりの大きさになる。そこ
で吊り床を主架構から切り離せば吊り床で発生する水平
力が低減するため主架構の負担する水平力も低減される
が、複数層の吊り床を単に連続的に吊り下げるのみでは
高次モードの短周期振動が励起され、地震動に対する十
分な振動絶縁効果が得られない。
更に主架構と吊り床とは外力作用時、別々の振動をす
ることになるが、一旦吊り床が揺れ始めると静止に至る
まで比較的長時間を要する、という吊り構造物特有の問
題を抱えている。
また鉛直方向の振動に対しては、吊り床は主架構から
切り離されないため応答加速度は通常の構造物と同程度
となる。
この発明はこの上記の吊り構造物が抱える課題に着目
してなされたもので、地震時の水平及び鉛直方向の応答
を低減すると同時に、揺れを早期に減衰させる構造物を
新たに提案しようとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明では、柱,梁,壁,または基礎それぞれ単独
で、もしくはこれらの複合により構成される主構造体か
ら懸垂し、吊り構造体を吊り支持する吊材の吊り構造物
に対する支持点を下方に位置させ、吊材の振動時の振り
子長さを大きく取ることにより吊り構造体の固有周期を
長周期化させ、比較的短周期の主構造体の固有周期との
差を大きくするとともに、吊り構造体全体が1質点系
(剛体)のような振動モードを形成するように吊り構造
体を吊り下げることにより吊り構造体全体の応答を一様
に低減させ、主構造体の負担する水平力を低減する。
吊材の上端は主構造体に、下端は吊り構造体の最上階
より下層の床にそれぞれ定着され、吊材の下端と下端の
少なくともいずれかの定着点は主構造体,または吊り構
造体に対して相対的に回転自在に接続される。
吊り構造体を主構造体に吊り支持させる吊材の下端が
吊り構造体の最上階より下層の床に定着されることと、
吊材のいずれか一方の定着点が回転自在に接続されるこ
とにより、吊り構造体全体が1質点系の振動モードを形
成し、高次モードの振動の励起はなくなり、吊り構造体
は水平2方向に免震構造化される。
また、吊材の主構造体への定着点,または吊り構造体
への定着点、もしくは吊材の中間点に、バネ等の鉛直方
向に剛性の低い部材を介在させることにより主構造体の
鉛直方向の振動が吊り構造体へ伝達されることを抑制す
る。吊り構造体は鉛直方向に剛性の低い部材が主構造体
との間に介在した場合には、水平方向に加え、鉛直方向
にも免震構造化され、3次元の免震構造物となる。
吊り構造体の揺れは、主構造体と吊り構造体間、また
は基礎,もしくは地盤と吊り構造体間、あるいはまた吊
り構造体内部,もしくは吊材の定着点位置に水平2方向
と鉛直方向の3方向の相対変位時に減衰性能を発揮する
減衰装置を介在させることにより早期に減衰させられ
る。この3方向の減衰性能を発揮する減衰装置の存在に
よって吊り構造体は共振現象が発生しない3次元の免震
構造物となる。
振動時の吊材の振り子長さが十分に取れない場合に
は、吊材の定着点位置に水平方向に剛性が低く、変形能
力がある部材を介在させることにより吊り構造体の周期
を長周期化させる。
以上の組み合わせによって吊り構造体は水平2方向及
び鉛直方向に1質点系としてのモードと最適減衰を持っ
た3次元長周期構造物となる。特に水平方向には最低で
も従来の積層ゴム系免震装置で実現困難な5秒以上の周
期を容易に実現でき、一般には周期10秒以上の構造物を
実現することが可能である。従ってこの免震構造物は地
盤の激しい地震動にも殆ど応答を生じない空間に浮遊し
た不動点を形成したことに等しい無振動構造物となる。
一方、主構造体は地盤に対して特別に免震化されてい
ないため非免震構造物のように見えるが、吊り構造体と
の間に介在する減衰装置によって制震構造物となってい
る。すなわち上記の通り、吊り構造体は主構造体に対し
て大きな質量を有し、この大質量が空間に不動点を形成
しており、主構造体は減衰装置を介してこの空間の不動
点に連結されているため、減衰装置の作用により主構造
体の振動エネルギーを吸収する制震構造物となる。
以上の通り、上記の全手段の組み合わせによる構造物
は3次元の無振動免震構造物である吊り構造体と、制震
構造物である主構造体から3次元の免震・制震複合構造
物を構成している。
(実施例) 以下本発明を、主構造体Z1を柱Cと梁Gとから構成し
た場合の一実施例を示す図面に基づいて説明する。
この発明の建築構造物Bは、例えば第1図に示すよう
に柱Cと梁Gからなる大断面の主構造体S1より懸垂する
吊材1に、これから構造的に切り離された床sと支持柱
5からなる吊り構造体S2を吊り支持させて形成される吊
り構造物を、その吊り構造体S2の水平方向の揺れを抑制
し、または減衰させ、更に吊り構造体S2の鉛直方向の振
動を絶縁する構造としたものである。
実施例は両側にコアを有するダブルコアタイプの建物
を示したものであるが、第1図,第2図−Iに示すよう
に主構造体S1は、コアを構成する空洞の柱C,Cとこれを
接続する梁Gとから例えばラーメン型に形成されてお
り、また吊り構造体S2はこれから構造的に分離し、その
梁Gから懸架される形で支持されている。この実施例は
柱Cと梁Gの複合で主構造体S1を構成した場合である
が、主構造体S1は建築構造物Bの規模や構築場所に応じ
て柱C,梁G,または基礎Fそれぞれの単独で構成すること
もできる。
第7図の主構造体S1を梁G単独で構成し、建築構造物
B全体を地下に構築した場合の実施例を示すものであ
る。
吊材1は第1図,第3図−IIに示すように柱Cの空洞
部、または並列する梁G,G間に架設された支持梁2に支
持されて上端が定着され、これが吊材1の主構造体S1
対する支点となる。
この定着部分には第3図に示すように、間隔をおいて
架設される支持梁2,2上に支持プレート8が設置され、
その上に鉛直方向の剛性が低い、コイルスプリング等か
らなる免震装置7が設置され、更にその免震装置7を挟
み込むように定着プレート3が設置される。
そして支持プレート8,免震装置7,定着プレート3に吊
材1を貫通させてネジの切られた頭部からナット4を締
め付ける等により吊材1が定着される。このとき吊材1
は間隔をおく支持梁2,2間のクリアランスによって支持
梁2,2に拘束されない状態に保たれ、主構造体S1に対し
て相対的に回転自在に接続される。
この免震装置7は吊り構造体S2に対して主構造体S1
鉛直振動を遮断する構造となっており、吊材1の吊り構
造体S2への定着点,あるいは吊材1の中間点に設置して
もよい。
一方、吊り構造体S2は第1図−IIに示すように主構造
体S1から水平方向にクリアランスをもって切り離され、
主構造体S1とは別々に振動する構造となっている。
吊材1は第2図−Iに示すようにこの吊り構造体S2
複数の床sを鉛直方向に貫通し、その下端は最上階より
下層の床s、特に最下階の床sに定着され、この下端の
定着点で吊り構造体S2を吊り支持する。
吊り構造体S2はこの吊材1とも切り離されており、吊
材1に対してはその下端の定着点を支店として振動する
ことになる。この吊材1の上端と下端の両定着点間距離
が吊り構造体S2が振動する際の振り子長さとなる。
吊り構造体S2の振動周期は吊材1の振り子長さが長い
程、すなわち吊材1の吊り構造体S2への定着点を下方に
取る程長くすることができる。
一般的に、構造物はその固有周期より短周期の外乱に
対しては、その周期の差が大きい程大きな振動遮断効果
を有している。従って、構造物の周期を、上記のように
吊材1の長さを大きく取る方法で十分に長くすることに
よって地震動等の外乱に対して加速度応答が極めて小さ
い構造物を実現することができる。
角床s,s間の、吊材1回りには第2図−I,第4図に示
すように吊材1からクリアランスを設けて筒形の支持柱
5が設置され、この支持柱5によりそれより上層の床s
の荷重が負担されながら、吊り構造体S2の鉛直荷重は吊
材1の下端の定着点において支持される。
吊材1の下端は第4図に示すように上端のそれと同様
に床sの下に支持プレート8を置き、吊材1の下側から
ナット4を締め付けることにより定着される。
また吊り構造体S2の階数が少なく、吊材1の上端と下
端の両定着点間距離、すなわち振り子長さが十分に取れ
ない場合には、第5図−Iに示すように振動時に吊材1
の上端定着部が支持梁2に対して抵抗なく滑動できるよ
う、支持プレート8の下に支持梁2との間の摩擦係数が
小さい滑り支承体を置き、更にこれに水平方向に剛性が
低く、変形能力のある、例えばスプリング等の水平可動
装置6′を接続することによって吊り構造体S2の固有周
期、すなわち振り子の周期を長周期化させることもでき
る。
この構造は第5図−IIに示すように吊材1の下端の定
着部にも適用することができる。
主構造体S1と吊り構造体S2間には第1図−IIに示すよ
うに吊り構造体S2の揺れを減衰させる減衰装置9が連結
される。減衰装置9は例えば高減衰ゴム等の弾塑性材や
粘性体を用いて構成させるダンパー等、水平2方向及び
鉛直方向の3方向のいずれの相対変位時にも減衰性能を
発揮するもので、主構造体S1と吊り構造体S2の相対的な
運動に対してエネルギー吸収能力を発揮し、吊り構造体
S2の振動を早期に停止させる働きを持つ。減衰装置9は
吊り構造体S2と主構造体S1間の他に、吊り構造体S2と基
礎F,もしくは地盤との間に設置してもよい。
第6図は請求項5記載発明の構造物の実施例を示した
ものであり、第1図,第2図に示すような、主構造体S1
と吊り構造体S2とからなるそれぞれ独立した建築構造物
Bを鉛直方向に複数段積み重ねて新たな建築構造物Bと
して構築した場合である。この場合、それぞれ独立した
建築構造物Bの吊材1,1は互いに切り離されており、ま
た各建築構造物Bは請求項1乃至請求項4記載発明のう
ちのいずれかの構造で構築される。
(発明の効果) この発明は以上の通りであり、吊り構造体を支持する
吊材の下端の定着点を下方に取り、この定着点を支点と
して吊り構造体を振動させる構造とすることにより吊り
構造体の固有周期を長周期化させたものであるため、吊
り床部分で発生する水平力が低減され、主構造体,及び
吊り構造体の振動時の応答を効果的に抑制することがで
きる。換言すれば、吊材の下端が吊り構造体の最上階よ
り下層の床に定着されることと、吊材のいずれか一方の
定着点が回転自在に接続される結果、吊り構造体全体が
1質点系の振動モードを形成し、高次モードの振動の励
起がなくなるため、吊り構造体を水平2方向に免震構造
化することができる。
特に主構造体と吊り構造体間,または基礎,もしくは
地盤と吊り構造体間、あるいはまたは吊り構造体内部,
もしくは吊材の定着点位置に接続される減衰装置により
3方向の揺れが早期に減衰されるため、この3方向の減
衰性能を発揮する減衰装置の存在によって吊り構造体は
共振現象が発生せず、僅かの振動発生時にも振動を速や
かに減衰させる3次元の免震構造物となり、吊り構造体
の居住性の無振動と呼べる状態にまで向上させることが
できる。
請求項3に記載の発明では吊材の定着点位置、または
中間点に鉛直方向に作動する免震装置を介在させること
によって吊り構造体の鉛直振動が抑制され、この場合は
水平方向に加えて鉛直方向にも免震構造化されるため、
吊り構造体を3次元の免震構造物にすることができる。
更に吊り構造体が低層で、振り子長さが十分に取れな
い場合にも、吊材定着部の滑り支承にすると同時に、水
平方向に剛性が低く、変形能力がある部材を介在させる
ことにより吊り構造体の固有周期を長周期化させること
ができるため、低層,中層,高層の全ての建築物に適用
することができる。
または請求項3に記載の発明によれば、吊り構造体が
空間に不動点として存在することに等しい無振動構造物
となり、主構造体が大質量の不動点である吊り構造体に
減衰装置を介して連結されることにより主構造体自身の
振動エネルギーを吸収する制震構造物となるため、構造
物全体としては3次元の免震・制震複合構造物を構成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図−I,IIは本発明の実施例を示したそれぞれ上層
部,中間部の平面図、第2図−I,IIは第1図−Iのそれ
ぞれX−X線,Y−Y線断面図、第3図−I,IIは吊材の上
端の定着部を示したそれぞれ立面図,平面図、第4図は
吊材の下端の定着部を示した立面図、第5図−I,IIは請
求項3記載発明の実施例を示した吊材定着部の立面図、
第6図−I,IIは請求項5記載発明の実施例を示した2方
向の断面図、第7図は本発明を地下構造物として構築し
た場合の実施例を示した断面図である。 B……建築構造物、S1……主構造体、S2……吊り構造
体、C……柱、G……梁、s……床、1……吊材、2…
…支持梁、3……定着プレート、4……ナット、5……
支持柱、6……滑り支承体、6′……水平可動装置、7
……免震装置、8……支持プレート、9……減衰装置、
F……基礎。
フロントページの続き (72)発明者 加藤 巨邦 東京都新宿区荒木町13番地の4 住友建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−232479(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】柱,梁,壁,または基礎それぞれ単独で、
    もしくはこれらの複合により構成される主構造体より懸
    垂する吊材に、主構造体から切り離された吊り構造体を
    吊り支持させ、吊り構造体を主構造体に対して振動自在
    にした構造物において、吊材の上端は主構造体に、下端
    は吊り構造体の最上階より下層の床にそれぞれ定着さ
    れ、吊材の上端と下端の少なくともいずれかの定着点は
    主構造体,または吊り構造体に対して相対的に回転自在
    に接続されており、主構造体と吊り構造体間、または基
    礎、もしくは地盤と吊り構造体間、または吊り構造体内
    部、もしくは吊り材の定着点位置に水平2方向及び鉛直
    方向の3方向の相対変位時に減衰性能を発揮する減衰装
    置を介在させてあることを特徴とする建築構造物。
  2. 【請求項2】吊材が定着された吊り構造体の下方に別の
    吊材を懸垂させ、この吊材に主構造体から切り離された
    別の吊り構造体を吊り支持させてあることを特徴とする
    請求項1記載の建築構造物。
  3. 【請求項3】吊材の主構造体への定着点,または吊り構
    造体への定着点、もしくは吊材の中間点に鉛直方向に剛
    性の低い部材を介在させてあることを特徴とする請求項
    1,または請求項2記載の記載の建築構造物。
  4. 【請求項4】吊材の定着点位置に、水平方向に剛性が低
    く、変形能力がある部材を介在させてあることを特徴と
    する請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の建築構造
    物。
  5. 【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の
    建築構造物を鉛直方向に2段以上積み重ねて構成される
    ものであること特徴とする建築構造物。
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