JP3677703B2

JP3677703B2 - 制振建物

Info

Publication number: JP3677703B2
Application number: JP20809697A
Authority: JP
Inventors: 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: JPH1150688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の水平断面の中心部にコア部を有する制振建物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地震力を低減して耐震性能の向上を図った制振建物が開発されている。これは、振動特性の異なる構造物の間に減衰機構（ダンパ）を入れ、減衰機構により地震エネルギを吸収して、建物の振動を低減しようとするものである。
【０００３】
一般的な制振建物では、上下階の間にダンパを介在させ、層間変位に応じて地震エネルギを吸収するようにしている。しかし、ＲＣ系の建物の場合、層間変位が小さいため、上下階の間にダンパを配置しても、振動低減効果が上らないという問題があった。
【０００４】
そこで、図７に示すような制振構造物が開発されている。図（ａ）は側面図、図（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。これは特開平８−７４４４２号公報に記載されたもので、コア部１０１と外周柱１０２とそれらを連結するハットトラス等の水平架構１０３とで主架構１１０を構成し、その主架構１１０の中に、エキスパンションジョイント（相対変位を可能にする空隙）１１２を介して副架構（図中メッシュを施した部分）１２０を配置し、主架構１１０と副架構１２０とをダンパ１３０で連結している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この制振構造物の場合、ハットトラス等の水平架構が必要である上、主架構の構成要素である各外周柱と、副架構との間にエキスパンションジョイントを配置しなくてはならないため、建物の水平断面のデッドスペースが増大するという問題があった。また、屋根や外壁等にエキスパンションジョイントが露出するため、その可動部分に対する雨仕舞いや防水対策を講じなくてはならなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、ハットトラス等の水平架構が不要で、エキスパンションジョイントのためのデッドスペースも少なくでき、しかも可動部分に対する雨仕舞いや防水対策も最小限に抑えることのできる制振建物を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物の水平断面の中心部に、剛性大且つ重量小なる筒状のコア部が立設され、その周囲に、外周柱を備えると共に前記コア部より剛性小且つ重量大なる一般架構部が立設され、コア部と一般架構部との境界に両者の水平方向の相対変位を許容するエキスパンションジョイントが配され、コア部と一般架構部とが、両者間の水平方向の相対変位を吸収する減衰機構を介して連結されてなる制振建物であって、前記コア部に一般架構部の各階の重量の一部を受ける受部が設けられ、該受部に、一般架構部の各階スラブであるフラットプレートが、水平変位を許容する支承体を介して支持され、前記支承体の少なくとも一部に減衰機能を持つ粘弾性体が採用され、該粘弾性体が前記減衰機構の少なくとも一部に相当するとともに、前記粘弾性体として積層ゴムが採用され、前記一般架構部が、建物の外周に列設された前記外周柱と、コア部寄りの内周部にコア部を取り巻くように列設されたコア周囲柱と、前記フラットプレートを備え、各階荷重がこれら外周柱とコア周囲柱とで支持され、かつ、前記コア周囲柱にはＰＣ鋼線が挿入されてその下端部が途中階に定着され、該ＰＣ鋼線によって、前記コア部に反力を取って前記コア周囲柱に上方から引っ張り緊張力を与えることにより、コア周囲柱の軸力の一部をコア部で負担したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記コア部に、ダンパとして機能する境界梁を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態の制振建物（３０階余の高層の建物）の全体構成を示す側断面図、図２は同建物の水平断面図である。また、図３は図２のコア部の拡大図、図４はコア部と一般架構部の境界部分の拡大側断面図である。
【００１４】
この制振建物１では、建物の水平断面の中心部に剛性大且つ重量小なる筒状のコア部２が立設され、その周囲にコア部２より剛性小且つ重量大なる一般架構部３が立設され、コア部２と一般架構部３との境界に両者の水平方向の相対変位を許容するエキスパンションジョイント（空き寸法５０〜１００ｍｍ程度）７が配されている。エキスパンションジョイント７は、最下階と最上階屋根に挟まれた中間階の全部に設けられている。ただし、必ずしも中間階の全てに設ける必要はなく、いくつかの階ではコア部２と一般架構部３を接続しておいてもよい。
【００１５】
コア部２は、剛性の大きいＲＣ壁やブレース架構からなる矩形筒状のコアウォール２ａで構成されており、コアウォール２ａと一般架構部３とは、両者間の水平方向の相対変位を吸収するダンパ（減衰機構）を介して連結されている。ここでは、図４に示す積層ゴム式ダンパ１６が利用されている。
【００１６】
一般架構部３は、オフィスの執務スペースや住宅の居住スペースを確保する部分であり、剛性の小さいラーメン架構等で構成され、建物の外周に列設された外周柱４と、コア部２寄りの内周部にコア部２を取り巻くように列設されたコア周囲柱６とを備えている。そして、各階のスラブ５はフラットプレートにより形成され、その外周部には外周梁８（図２参照）がフラットプレートに内蔵されていて、各階のスラブ５の荷重を、これら外周柱４とコア周囲柱６と外周梁８とで支持している。なお、建物の外周柱４は、鉄骨造、ＣＦＴ（充填鋼管コンクリート）、ＳＲＣ造、またはＲＣ造とし、外周梁８は鉄骨梁、ＳＲＣ梁、またはＲＣ梁とする。
【００１７】
図４に示すように、コア部２には、一般架構部３の各階の重量の一部を受ける受部１３が設けられ、この受部１２に、一般架構部３の各階スラブ（フラットプレート）５の端部が、水平変位を許容する滑り支承（支承体）１５及び積層ゴム式ダンパ（支承体の一つ）１６を介して支持されている。滑り支承１５は、受部１２側のプレート１３とスラブ５側のプレート１４間に挟まれている。また、積層ゴム式ダンパ１６は、スラブ５側のプレート１７ａと、受部１２側のプレート１７ｂとを交互に配置し、プレート１７ａ、１７ｂ間に粘弾性ゴム１９を挟んだ構成とされている。１８は、プレート１７ａの間隔を適当に保つためのフィラープレートである。
【００１８】
なお、滑り支承１５の代わりに転がり支承や高減衰積層ゴム支承を用いても勿論よい。高減衰積層ゴムを用いた場合にはそれ自身がダンパ機能をもつため、ダンパ１６を省略できる。また、ダンパ１６はエキスパンションジョイント７を設けた全ての階に設ける必要はなく、一部の階のみ設置してもよい。
【００１９】
また、図１に示すように、コア周囲柱６には、１０階レベルに下端の定着をとったＰＣ鋼線２０が挿入されており、躯体構築後に、建物頂部でコア部２を反力にしてコア周囲柱６に引張り緊張力（上向き引き上げ力のプレストレス）が与えられている。それにより、コア周囲柱６の軸力の一部をコア部２により負担している。コア部２での負担の度合いは、一般架構部３の荷重や支配面積に応じて決めることができる。なお、この場合の緊張力はコア周囲柱６の軸力を大きく超えないよう設定する。
【００２０】
また、コア部２を構成するコアウォール２ａには、出入口等の開口１０を利用して、地震時にダンパ機能を果たす境界梁１１が形成されており、この境界梁１１を低降伏点鋼材で構成することにより、地震時のエネルギ吸収効果を更に高めることができる。
【００２１】
この制振建物１においては、コア部２は剛性が大きく重量が小さいため固有振動数が高く、一般架構部３は剛性が小さく重量が大きいため固有振動数が低い。従って、これら振動性能の異なる両者がダンパ１６を介して連結されていることにより、建物１の振動を低減することができる。特に、同一階に、異なる振動性状を持つ架構が混在することになるので、上下階間にダンパを設置した場合と比較して、大きな相対変位を取り出すことができ、地震エネルギを効率よく吸収して、建物の振動を低減することができる。
【００２２】
また、曲げ変形の卓越するコア部２と、せん断変形の卓越する一般架構部３との相対変形がダンパ１６に与えられることになるから、十分な減衰性能を発揮できるようになる。よって、一般架構部３に要求される剛性や耐力が小さくてすむことになり、これによりフラットプレート構造の採用が可能となっている。その結果、梁による建築計画上及び設備計画上の制約がなくなり、階高の圧縮が可能となる。これは、高さ制限のある地域で容積率を稼ぎたい場合や、日影制限、斜線制限のある地区で所定の階数を収納する場合には極めて有効な手段であり、コストダウンにも貢献できる。また、一般架構部３に作用する地震力が小さくなることで、一般架構部３の柱の本数や柱の断面も減少でき、建築計画上での自由度の拡大も図れる。
【００２３】
図５及び図６は従来例と本発明を比較して示す特性図である。これらの図に示すように、コア部２と一般架構部３とを分離して両者をダンパ１６で連結した本発明の場合、最大応答加速度及び最大応答層剪断力が従来に比して大幅に低減された。特に、最大応答加速度は中〜高層階では半減する結果が得られた。これにより、建物自身の被害が小さくなるばかりか、家具や什器備品の転倒落下といった被害も防止することが可能となり、住人の不安感の低減や居住性の向上が図れるようになる。なお、風荷重に対しても、従来の架構形式に比較してダンパーによる減衰が大きいため、居住性の向上が図れる。
【００２４】
また、上記の制振建物１では、外壁に可動部分（エキスパンションジョイント７）が露出しないため、雨仕舞や防水仕上げの問題が生じなくなる。また、最上階でコア部２と一般架構部３を一体化しても制振効果はほとんど変化しないことから、屋根にも可動部分が不要となり、雨仕舞や防水仕上げの問題が生じなくなる。従って、建物の信頼性や耐久性を向上させることができる。
【００２５】
また、ハットトラスがなくても十分な制振効果を発揮できるため、ハットトラスのないシンプルでローコストな建築計画を立てることも可能になる。また、ハットトラスが不要なことで、日影規制や道路斜線制限のある場合にも法定内で建築空間を有効に活用する計画を立てられる。
【００２６】
更に、外周柱４を一般架構部３に組み込み、コア部２と一般架構部３との境界のみにエキスパンションジョイント７を配しているので、エキスパンションジョイント７によるデッドスペースの増大を最小限に抑えることができる。即ち、コア部２以外には、一般架構部３を貫く鉛直架構がなくなることから、この部分での床開口や可動対策や防火区画対策が不要となり、建築計画上の制約が小さくなると共に、コストダウンにもなる。
【００２７】
また、コア部２で一般架構部３の荷重の一部を負担することにより、コア部２の転倒モーメントを低減することができる。従って、アスペクト比（建物幅に対する高さの比）の大きい建物で、従来ならば設計しがたいような、いわゆるスレンダーで細長い建物でも、合理的な設計を進めることができる。勿論、曲げ変形が卓越する建物以外にも適用可能で、ずんぐりとしたアスペクト比の大きくない建物や柱が多い建物にも適用することができる。
【００２８】
また、免震工法とは異なり、コア部２も一般架構部３の基礎と一体化することができるので、設備配管のために特殊なフレキシブルジョイントやボールジョイントが不要となる。因みにコア部２と一般架構部３に跨がるダクト等の配管は、弛ませる程度で対処できる。また、免震工法で使用する免震ピット階や免震クリアランスも不要になるために、矮小な敷地や基礎の一部に浮き上がりを生じるような建物に対しても本発明は有効性を発揮できる。
【００２９】
なお、一般架構部３の外周柱４と外周梁８でチューブ架構を構成するので、建物の剪断変形とねじれに対する耐力と剛性の向上が可能である。但し、外周梁８は上記実施形態のようにフラットプレートによるスラブに内蔵すべきである。
【００３０】
また、上記のように支承体の一つとして積層ゴム式ダンパ１６を使用したので、それ以外にダンパ（減衰機構）を設ける必要はないが、より減衰性能を高めるために、別の箇所に、同種あるいは別種のダンパを付加してもよい。また、ダンパとしては、オイルダンパ等の粘性系、ＳＡＶＥダンパや高減衰ゴム等の粘弾性体系、鋼材や鉛ダンパ等の履歴系、あるいは鉛入り積層ゴム等があり、積層ゴム式ダンパ１６と組み合わせてこれらの中から１種類または複数種類のダンパを選定し、ねじりを生じないように適切に配置すればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、外周柱を組み込んだ一般架構部とコア部とを分離して両者を減衰機構を介して連結し、一般架構部とコア部との境界のみにエキスパンションジョイントを配したので、ハットトラス等の水平架構を不要とした上で、エキスパンションジョイントのためのデッドスペースを小さくすることができる。しかも、エキスパンションジョイントの部分が外壁に露出しないので、可動部分に対する雨仕舞いや防水対策も最小限に抑えることができる。
【００３２】
また、コア部に一般架構部の各階の重量の一部を受ける受部を設け、該受部に、一般架構部の各階スラブであるフラットプレートを水平変位を許容する支承体を介して支持し、かつ、コア周囲柱にＰＣ鋼線を挿入してその下端部を途中階に定着し、該ＰＣ鋼線によってコア部に反力を取ってコア周囲柱に上方から引っ張り緊張力を与え、コア周囲柱の軸力の一部をコア部で負担することにより、コア部で一般架構部の荷重の一部を負担するようにすると、コア部の転倒モーメントに対する抵抗力を増大できる。
また、支承体の少なくとも一部に減衰機能を持つ粘弾性体を採用し、該粘弾性体が減衰機構の少なくとも一部に相当するとともに、粘弾性体として積層ゴムを採用することにより、ダンパを別の箇所に設ける必要がなくなる。
また、一般架構部を、建物の外周に列設された外周柱と、コア部寄りの内周部にコア部を取り巻くように列設されたコア周囲柱と、フラットプレートとにより構成し、各階荷重をこれら外周柱とコア周囲柱とで支持して、一般架構部を外周柱とコア周囲柱で自立させるので、コア部に過度の負担をかけることもなくなり、床のスパンを小さくすることができる。
また、請求項２の発明のように、コア部に境界梁を設けると、更に地震時のエネルギ吸収効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の側断面図である。
【図２】同実施形態の水平断面図である。
【図３】同実施形態のコア部の拡大図である。
【図４】同実施形態のコア部と一般架構部の境界の構成を示す拡大断面図である。
【図５】同実施形態の特性図である。
【図６】同実施形態の別の特性図である。
【図７】従来の制振構造物の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
１制振建物
２コア部
２ａコアウォール
３一般架構部
４外周柱
５スラブ（フラットプレート）
６コア周囲柱
７エキスパンションジョイント
１１境界梁
１２受部
１５滑り支承（支承体）
１６積層ゴム式ダンパ（減衰機構）
２０ＰＣ鋼線

Claims

建物の水平断面の中心部に、剛性大且つ重量小なる筒状のコア部が立設され、その周囲に、外周柱を備えると共に前記コア部より剛性小且つ重量大なる一般架構部が立設され、コア部と一般架構部との境界に両者の水平方向の相対変位を許容するエキスパンションジョイントが配され、コア部と一般架構部とが、両者間の水平方向の相対変位を吸収する減衰機構を介して連結されてなる制振建物であって、
前記コア部に一般架構部の各階の重量の一部を受ける受部が設けられ、該受部に、一般架構部の各階スラブであるフラットプレートが、水平変位を許容する支承体を介して支持され、
前記支承体の少なくとも一部に減衰機能を持つ粘弾性体が採用され、該粘弾性体が前記減衰機構の少なくとも一部に相当するとともに、前記粘弾性体として積層ゴムが採用され、
前記一般架構部が、建物の外周に列設された前記外周柱と、コア部寄りの内周部にコア部を取り巻くように列設されたコア周囲柱と、前記フラットプレートを備え、各階荷重がこれら外周柱とコア周囲柱とで支持され、
かつ、前記コア周囲柱にはＰＣ鋼線が挿入されてその下端部が途中階に定着され、該ＰＣ鋼線によって、前記コア部に反力を取って前記コア周囲柱に上方から引っ張り緊張力を与えることにより、コア周囲柱の軸力の一部をコア部で負担したことを特徴とする制振建物。
前記コア部に、ダンパとして機能する境界梁を設けたことを特徴とする請求項１記載の制振建物。