JP3289602B2 - 建築物の制振構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物の制振構
造、とりわけ、主架構が柱部材と梁部材とにより矩形状
に構成される建築物の制振構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の建築物の制振構造としては、例
えば実開平４−１１１８７０号公報（Int.Cl. E04H 9/0
2 ）に開示されたものがある。これは図４に示すよう
に、主架構を構成する隣接する柱部材１，１と天井相当
部分の梁２との両交差部分からＶ字状のブレース３を垂
設し、このブレース３下端と前記両柱部材１，１との間
に鉛押し出しダンパーとして構成される弾塑性ダンパー
４，４を設けると共に、ブレース３下端と水平材６との
間に粘性剪断ダンパーとして構成される粘性ダンパー５
を設けるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記弾塑性ダンパー
４，４は、これが降伏することによって振動エネルギー
が吸収される構造となっており、この弾塑性ダンパー
４，４では大きな振動の減衰に有効となる。しかしなが
ら、前記弾塑性ダンパー４，４は、これが塑性化するま
での比較的小さな振動に対しては制振効果が得られない
こと、当該ダンパー４，４が塑性化すると高い制振効果
が得られるが、入力振動終了後に主架構と弾塑性ダンパ
ー４，４の双方に変形や応力が残留することなどの問題
がある。

【０００４】一方、前記粘性ダンパー５は粘性流体が移
動するときの減衰抵抗によって振動を減衰できるように
なっており、小さな振動から振動減衰の効果が期待でき
る。この粘性ダンパー５に関しては非常に高い粘性減衰
係数を有する高減衰力オイルダンパーなどが提案され実
用化に向けて開発が進められているが、粘性ダンパー５
としてこのような高性能なものを用いる場合、大振動の
入力時にこの粘性ダンパー５から主架構に伝達される高
い減衰力に対応するため、ダンパー５と主架構の接続部
や主架構自体に補強などを施したり、ダンパー５の粘性
減衰特性に非線形性を持たせてダンパー５からの入力を
制限するなどの配慮が必要となる。

【０００５】そして、かかる従来の建築物の制振構造に
あっては、ブレース３下端に設けられる弾塑性ダンパー
４，４と粘性ダンパー５とは互いに並列関係に配置され
るようになっている。このため、柱部材１、１と梁２と
からなる主架構に入力された振動は常に前記弾塑性ダン
パー４，４と前記粘性ダンパー５とに独立して入力され
ることになる。このため、建築物に微小振動が入力され
た場合には、粘性ダンパー５で微小振動を効果的に吸収
したとしても、別経路を介して弾塑性ダンパー４，４に
振動が伝達されてしまうため、この弾塑性ダンパー４，
４によって振動が伝播されてしまう。このため、前記弾
塑性ダンパー４，４と粘性ダンパー５とを併設したにも
かかわらず、粘性ダンパー５による微小振動の減衰効果
が十分に得られない場合もある。

【０００６】また、建築物に大きな振動が入力された場
合には、粘性ダンパー５と並列関係にあってブレース３
下端と柱部材１，１との間に独立に強固に固定した弾塑
性ダンパー４，４には残留変形や残留応力が生じ、これ
に伴って主架構にも変形や応力が残留するので、これら
弾塑性ダンパー４，４の交換が必要になることもある。
これら弾塑性ダンパー４，４の交換を行う際には、前記
弾塑性ダンパー４，４周りの変形を矯正してから行う必
要があるなど、その交換作業が非常に煩雑であるという
各種課題があった。

【０００７】そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑み
て、建築物に小さな振動および大きな振動のいずれが入
力された場合にも効果的に振動を減衰すると共に、大き
な振動の入力により残留変形が生じた弾塑性ダンパーの
交換を容易に行うことができる建築物の制振構造を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明は、水平方向および上下方向に適宜間隔を隔
てて配置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架
構が構成された建築物において、この矩形状の主架構の
一辺の両端部または両端角部にそれぞれの一端をピン接
合してＶ字状に一対の斜方ブレースを設け、このＶ字状
の斜方ブレースの他端には粘性ダンパーをピン結合し、
この粘性ダンパーには弾塑性ダンパーをピン結合し、こ
の弾塑性ダンパーは前記主架構の他辺または他の角部に
結合して、直列に配置したこれら弾塑性ダンパーおよび
粘性ダンパーを介してＶ字状の斜方ブレースの他端を前
記主架構の他辺または他の角部に結合することにより構
成する。

【０００９】以上の構成により本発明の建築物の制振構
造にあっては、矩形状の主架構の一辺の両端部または両
端角部に、それぞれの一端がピン接合されてＶ字状に配
置された一対の斜方ブレースの各他端が、弾塑性ダンパ
ーと粘性ダンパーとを介して主架構に結合されるが、こ
のとき、これら弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとは直列
に配置されているので、建築物に入力された振動力は前
記弾塑性ダンパーと前記粘性ダンパーとの相関性をもっ
て減衰することができる。従って、建築物に小さな振動
が入力された場合には、粘性ダンパーが作用して振動減
衰し、大きな振動が入力された場合には、弾塑性ダンパ
ーと粘性ダンパーとが作用して振動減衰する。このた
め、建築物に入力される振動の大小にかかわらず効果的
に振動減衰することができる。

【００１０】また、大きな振動入力により前記弾塑性ダ
ンパーに残留変形や残留応力が生じてこれを交換する際
にも、この弾塑性ダンパーと直列配置されている粘性ダ
ンパーが変形吸収機能を備えていることにより、新たな
弾塑性ダンパーの取付け時に粘性ダンパーで融通を利か
せることができて、この弾塑性ダンパーの交換作業が著
しく容易になる。

【００１１】更に、弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを
直列配置したことにより、主架構に弾塑性ダンパーの降
伏耐力以上の荷重が入力されるのを防止でき、主架構の
設計を簡単化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。図１および図２は本発明
にかかる建築物の制振構造の一実施形態を示し、図１は
制振構造の概略構成図、図２は入力荷重による主架構の
変形状態を示す説明図である。

【００１３】即ち、本実施形態の建築物は、それぞれ適
宜間隔をもって配置される柱部材１０，１０…および梁
部材１２，１２…によってラーメン構造となる主架構１
４が矩形状に構築されている。尚、図１はラーメン構造
によって門形フレームとして構成される１つの主架構１
４を便宜上示してある。

【００１４】矩形状に形成された前記主架構１４には、
上辺となる梁部材１２の両端角部１２ａ，１２ａに、Ｖ
字状に配置された一対の斜方ブレース１８，１８のそれ
ぞれの上端がピン結合され、これら斜方ブレース１８，
１８は前記上辺の梁部材１２から垂設された状態で取付
けられる。前記斜方ブレース１８，１８の各下端はこれ
にピン結合された弾塑性ダンパー２０および粘性ダンパ
ー２２を介して下辺となる梁部材１２の一端部１２ｂに
固設またはピン結合される。

【００１５】前記弾塑性ダンパー２０と粘性ダンパー２
２とは互いに直列関係をもって配置され、粘性ダンパー
２２は前記一対の斜方ブレース１８，１８の下端から水
平方向に配置されると共に、前記弾塑性ダンパー２０は
前記粘性ダンパー２２にピン結合されて垂直方向に配置
されて下辺の梁部材１２に連結される。

【００１６】ここで、前記弾塑性ダンパー２０は降伏す
る時の塑性吸収エネルギーで振動を減衰するようになっ
ており、このときの降伏耐力が大きいことから大きな振
動に対して減衰力を発生する。一方、前記粘性ダンパー
２２は粘性流体の移動で振動減衰するので、小さな振動
から減衰力を発生するが、この粘性ダンパー２２には高
い減衰係数を付与して大きな振動領域まで減衰効果が発
揮されるように設定される。

【００１７】以上の構成により本実施形態の建築物の制
振構造にあっては、建築物に地震等による振動力が入力
されると、矩形状の主架構１４は地震発生時等に生ずる
水平方向の荷重Ｆに対して図２に示すように変形され
る。即ち、ラーメン構造を構成する主架構１４では四隅
の角部の剛結状態を保持しつつ柱部材１０，１０…およ
び梁部材１２，１２…がたわみ変形される。そして、こ
のような主架構１４の変形に伴って斜方ブレース１８，
１８がその長さ方向に引張歪や圧縮歪を生じ、この変形
に伴って弾塑性ダンパー２０および粘性ダンパー２２に
振動力が入力される。すなわち、前記斜方ブレース１
８，１８のそれぞれの一端は梁部材１２にピン結合され
ているため、前記柱部材１０，１０…および前記梁部材
１２，１２…のたわみ変形時に軸力のみが斜方ブレース
１８，１８に作用することになる。

【００１８】前記弾塑性ダンパー２０と前記粘性ダンパ
ー２２とは直列に配置されているので、建築物に入力さ
れた振動力は、これら弾塑性ダンパー２０と粘性ダンパ
ー２２との双方に作用し、弾塑性ダンパー２０および粘
性ダンパー２２両者の相関性をもって振動減衰すること
ができる。

【００１９】従って、主架構１４に小さな振動が入力さ
れた場合には、粘性ダンパー２２が作用して振動が減衰
される一方、大きな振動が入力された場合には、弾塑性
ダンパー２０が降伏し、この弾塑性ダンパー２０と前記
粘性ダンパー２２とが同時に作用して振動が減衰される
ことになる。このため、主架構１４に入力される振動の
大小にかかわらず弾塑性ダンパー２０および粘性ダンパ
ー２２の特徴を十分に活用して効果的に振動減衰するこ
とができる。

【００２０】また、前記弾塑性ダンパー２０と前記粘性
ダンパー２２とが直列配置されていることにより、主架
構１４には前記弾塑性ダンパー２０の降伏耐力以上の荷
重が入力されるのが防止される。この点を詳述すると、
例えば上述した高い粘性減衰係数のエネルギー吸収能に
優れた粘性ダンパーを単独で用いると、層間応答速度が
大きくなるにつれて減衰力が非常に大きくなり、主架構
に損傷を及ぼすおそれがある。従って、このような高性
能粘性ダンパーを組込む場合には、主架構に対して損傷
に対する対策を施す必要がある。ここに、降伏すること
によってエネルギー吸収を行う弾塑性ダンパー２０を採
用し、この弾塑性ダンパー２０と前記粘性ダンパー２２
とを直列配置することで、主架構１４には弾塑性ダンパ
ー２０の降伏耐力以上の荷重が入力されないことから、
この主架構１４の設計を著しく簡単化することができ
る。

【００２１】更に、本実施形態では前記主架構１４に大
きな振動が入力されて前記弾塑性ダンパー２０に残留変
形や残留応力が生じた場合に、この弾塑性ダンパー２０
を交換する必要があるが、この弾塑性ダンパー２０の交
換時には、この弾塑性ダンパー２０と前記粘性ダンパー
２２との両者が直列配置されていることにより、弾塑性
ダンパー２０の交換作業が容易になる。即ち、直列配置
された前記粘性ダンパー２２が変形吸収機能を備えてい
ることにより、この粘性ダンパー２２の当該機能で弾塑
性ダンパー２０の残留変形分を吸収して、新たな弾塑性
ダンパー２０の取付けを容易にすることができる。

【００２２】以上の説明をまとめると、中小の振動入
力に対しては、主に粘性ダンパー２２によって振動吸収
効果が得られる。大きな振動入力に対しては、小振幅
時には主に粘性ダンパー２２が働き、大振幅時には粘性
ダンパー２２と弾塑性ダンパー２０の両方が働いて振動
吸収効果を発揮する。弾塑性ダンパー２０の降伏耐力
を適当に設定することにより、粘性ダンパー２２および
弾塑性ダンパー２０からなるダンパー系と主架構１４と
の接続部や主架構１４自体に伝達される減衰力が過大と
ならないように容易に制御できる。振動入力終了時に
主架構１４とダンパー系の双方に応力が残留しない。こ
のため、仮に弾塑性ダンパー２０を交換する必要が生じ
ても交換が容易である。

【００２３】本実施形態にあっては一対の斜方ブレース
１８，１８のＶ字状となったそれぞれの一端（図示上
端）を、上辺の梁部材１２の両端角部１２ａ，１２ａに
ピン結合した場合を開示したが、これに限ることなく前
記斜方ブレース１８，１８の当該一端は、上辺の梁部材
１２の両端部にピン結合してもよく、また、下辺の梁部
材１２の両端角部または両端部にピン結合することもで
きる。一方、前記斜方ブレース１８，１８の他端（図示
下端）についても、これに弾塑性ダンパー２０および粘
性ダンパー２２を直列配置して、下辺の梁部材１２の一
端部１２ｂに結合した場合を開示したが、これに限るこ
となく上辺の梁部材１２またはその端部の角部に結合し
てもよい。

【００２４】図３は他の実施形態を示し、前記実施形態
と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略
して述べる。尚、図３は図１に対応した概略構成図であ
る。この実施形態では前記実施形態と同様に、Ｖ字状に
配置された一対の斜方ブレース１８，１８の各上端を、
上辺となる梁部材１２の両端角部１２ａ，１２ａにピン
結合しているが、これら一対の斜方ブレース１８，１８
の各下端に連結される一組の弾塑性ダンパー２０および
粘性ダンパー２２についてはこれらを左右に一対設けて
ある。もちろん、このように左右に一対設けた弾塑性ダ
ンパー２０および粘性ダンパー２２は、それぞれ直列に
配置してある。

【００２５】従って、この実施形態では前記実施形態と
同様の機能を発揮することはもちろんのこと、弾塑性ダ
ンパー２０と粘性ダンパー２２とをそれぞれ一対設けた
ので、全体的な振動減衰力をより増大できる。一方、弾
塑性ダンパー２０と粘性ダンパー２２とがそれぞれ一対
設けられることにより、前記実施形態と同等の振動減衰
効果を得るためには、これら弾塑性ダンパー２０および
粘性ダンパー２２の小型化を図ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の建築物の制
振構造にあっては、矩形状の主架構の一辺の両端部また
は両端角部に一端をピン結合してＶ字状に配置した一対
の斜方ブレースの他端に粘性ダンパーをピン結合し、こ
の粘性ダンパーには弾塑性ダンパーをピン結合し、この
弾塑性ダンパーは前記主架構の他辺または他の角部に結
合して、直列に配置したこれら弾塑性ダンパーおよび粘
性ダンパーを介してＶ字状の斜方ブレースの他端を前記
主架構の他辺または他の角部に結合したので、建築物に
入力された振動力は前記弾塑性ダンパーと前記粘性ダン
パーとの相関性をもって減衰することができる。従っ
て、建築物に小さな振動が入力された場合には、粘性ダ
ンパーが作用して振動減衰し、大きな振動が入力された
場合には、弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとの双方が作
用して振動減衰する。このため、建築物に入力される振
動の大小にかかわらず効果的に振動減衰することができ
る。

【００２７】また、大きな振動入力により残留変形や残
留応力が生じて前記弾塑性ダンパーを交換する際にも、
この弾塑性ダンパーが変形吸収機能を備えた粘性ダンパ
ーと直列配置されていることにより、新たな弾塑性ダン
パーの取付けを容易化することができる。

【００２８】更に、弾塑性ダンパーと粘性ダンパーとを
直列配置したことにより、主架構に弾塑性ダンパーの降
伏耐力以上の荷重が入力されるのを防止でき、主架構の
設計を容易にできるという各種優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる建築物の制振構造の一実施形態
を示す概略構成図である。

【図２】本発明の制振構造の一実施形態に示す主架構に
水平荷重が作用したときの変形状態を示す説明図であ
る。

【図３】本発明にかかる建築物の制振構造の他の実施形
態を示す概略構成図である。

【図４】従来の制振構造を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ 柱部材 １２ 梁部材 １４ 主架構 １８ 斜方ブレース ２０ 弾塑性ダンパー ２２ 粘性ダンパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 311 E04H 9/02 351 E04B 1/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向および上下方向に適宜間隔を隔
   てて配置された柱部材と梁部材とによって矩形状の主架
   構が構成された建築物において、この矩形状の主架構の
   一辺の両端部または両端角部にそれぞれの一端をピン接
   合してＶ字状に一対の斜方ブレースを設け、このＶ字状
   の斜方ブレースの他端には粘性ダンパーをピン結合し、
   この粘性ダンパーには弾塑性ダンパーをピン結合し、こ
   の弾塑性ダンパーは前記主架構の他辺または他の角部に
   結合して、直列に配置したこれら弾塑性ダンパーおよび
   粘性ダンパーを介してＶ字状の斜方ブレースの他端を前
   記主架構の他辺または他の角部に結合したことを特徴と
   する建築物の制振構造。