JP3690440B2 - 建築物の制振構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物に設置されて、その振動応答を減少させるための建築物の制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震時または強風時等において、建築物の振動応答を減少させるための建築物の制振構造としては、近年、種々のものが実現している。その代表的な例としては、架構に対してダンパーを設置し、架構の振動エネルギーを吸収させるものが挙げられる。
【０００３】
これらのダンパーとしては、摩擦ダンパー、履歴ダンパー、オイルダンパーなど種々のものが提案されているが、特に、エネルギー減衰性能に優れ、また大地震から中小地震および風振動にまで幅広く対処できるダンパーとして、粘性体や粘弾性体を用いたダンパーが知られている。
【０００４】
粘性体や粘弾性体を用いたダンパーは、架構の振動エネルギーを、粘性体の抵抗力や粘弾性体の変形により、主に熱エネルギーに変換するものであり、その一例としては、互いに相対変位可能な二部材間に粘性体もしくは粘弾性体を介装して、減衰力を発揮させるようにしたものが挙げられる。特に、粘性体もしくは粘弾性体のせん断抵抗力を、架構の振動エネルギーの減衰に効率よく利用できるように、上述の相対変位可能な二部材を平面状に形成し、これらの間に粘性体もしくは粘弾性体を配置させた積層構造を採用したものが多く見られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような積層構造が採用されたダンパーのエネルギー吸収能力は、使用部材の面積によって決定されることとなるが、エネルギー吸収性能向上のため、使用部材の面積を大きくしたものは、設置スペースや施工納まり等に制約が生じる。例えば、このようなダンパーを建築物の内部において設置する場合には、架構に対して制振壁として鉛直方向に延在するように設置することが考えられるが、この場合には、建築物の内部空間が分断されたり、柱と梁によって囲まれた開口部が閉塞されたりすることによって、採光や内部空間の使い勝手を阻害してしまうという問題点が生じる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み行われたもので、優れた振動エネルギー吸収機能を発揮することが可能であり、なおかつ、建築物内部においても内部空間を分断したり、開口部を大きく閉塞することのない建築物の制振構造を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の建築物の制振構造は、
建築物の架構内の左右の柱と上下の梁で囲まれた開口部に、構造材が設置されてなり、
該構造材は、その一端が該架構の一部に固定されるとともに、他端がダンパー部を介して該架構の他の部分に取り付けられ、
該ダンパー部は、前記柱または梁側に固定され、水平に配置された板状の第一のダンパー構成材と、前記構造材側に固定され、水平に配置された板状の第二のダンパー構成材と、前記第一、第二のダンパー構成材間に配置される第三のダンパー構成材とからなる積層構造を備えて構成され、
前記第一のダンパー構成材は、前記柱または梁にそのフランジの上面が固定されたＴ型鋼のウェブから、該ウェブと直交するとともに、該フランジと平行な状態で延出する第一の板状部材からなり、
前記第二のダンパー構成材は、前記構造材側に固定された鋼板の一方の面から、該鋼板と直交状態に延出する第二の板状部材からなり、
該第一および第二の板状部材は、互いに対向するように配置され、これらの間に、第三のダンパー構成材が充填されることにより、前記積層構造が形成されることを特徴とする。
【０００８】
この建築物の制振構造は、上記のような構成とされているため、積層構造を構成する各部材の面積を大きくしても、建築物の内部空間が分断されたり、柱と梁によって囲まれた開口部が閉塞されることがない。
また、この建築物の制振構造においては、上記のような構成とされるため、各部材の面積を広くとることによって高性能の振動減衰機能が期待できる。
【０００９】
請求項２記載の建築物の制振構造は、請求項１記載の建築物の制振構造であって、前記第三のダンパー構成材は、粘性体からなる材料から構成されていることを特徴とする。
また、請求項３記載の建築物の制振構造は、請求項１記載の建築物の制振構造であって、前記第三のダンパー構成材は、粘弾性体からなる材料から構成されていることを特徴とする。
【００１０】
これらの建築物の制振構造においては、第三のダンパー構成材として、上記のようなものが使用されるため、大地震から中小地震または風振動に至るまで、広い範囲の振幅において振動エネルギーの減衰作用が期待できる。
【００１３】
請求項４記載の建築物の制振構造は、請求項１ないし３のいずれかに記載された建築物の制振構造であって、前記構造材がブレースであることを特徴とする。
【００１４】
この建築物の制振構造は、上記のような構成とされるため、十分な開口をとることができる。また、架構の振動エネルギーも効率よく吸収することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施の形態を示す図であり、符号１は建築物の制振構造を表す。建築物の制振構造１は、架構２を構成する柱３および梁４によって囲まれた開口部５に対して設置されたものであり、架構２に対して一端が固定されたブレースである構造材６と、梁４に固定されるとともに、その下端が構造材６の一端側に接合されたダンパー部７とから構成されている。また、構造材６は、架構２に接合された下側部材６ａと、ダンパー部７側に接合された上側部材６ｂと、下側部材６ａと上側部材６ｂとの間に配置された中央部材６ｃとが接合されることによって形成されている。
【００１６】
図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示した図である。図中に示すように、ダンパー部７は、梁４の下面に対して固定された第一の鋼板組立体８と、第一の鋼板組立体８の側部および下部に配置された第二の鋼板組立体９と、第二の鋼板組立体９の下部に配置され、図２に示した構造材６に接合される第三の鋼板組立体１０とを備えて構成される。
【００１７】
図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面を示した図である。図中に示すように、第二の鋼板組立体９の妻側の部分には、鉄骨と鋼板からなる一対の妻側部材１１が接合され、第二の鋼板組立体の外枠部９ａおよび妻側部材１１によって第一の鋼板組立体８を囲む枠鉄骨１２が形成されている。
【００１８】
図１は、図３に示したダンパー部７の断面形状を拡大して示した図である。このように、第一の鋼板組立体８は、梁４に対してそのフランジ１４ａが固定されたＴ型鋼１４と、Ｔ型鋼１４のウェブ１４ｂに対して固定され、ウェブ１４ｂと直交するとともにフランジ１４ａと平行な状態でウェブ１４ｂから側方へ延出する板状の第一のダンパー構成材１５、１５、…からなっている。
【００１９】
一方、第二の鋼板組立体９は、第三の鋼板組立体１０側に固定される鋼板１６と、鋼板１６の外面１６ａに固定され、鋼板１６を補強する外枠部９ａと、鋼板１６の外面１６ａとは反対側の内面１６ｂに対して固定され、鋼板１６から側方へ延出する板状の第二のダンパー構成材１７、１７、…からなっている。また、第二のダンパー構成材１７、１７、…のうち、最も下部に位置する底板１７ａは、鋼板１６の双方と接合されている。
【００２０】
第一のダンパー構成材１５、１５、…および第二のダンパー構成材１７、１７、…は、ともに水平に配置され、これらの間には、ゴムアスファルトからなる第三のダンパー構成材１８が充填されて、これらによって積層構造１９が形成されている。なお、積層構造１９の中央位置Ｖcは、図２に示した構造材６の成方向の中心線６ｄが交差する位置Ｌと一致する構成とされている。
【００２１】
また、図１に示すように、鋼板１６の内面１６ｂ側に固定された第三の鋼板組立体１０は、Ｈ型鋼２０と、Ｈ型鋼２０のウェブ２０ａの両側方に、ウェブ２０ａおよびフランジ２０ｂに対して直交するように取り付けれたリブプレート２１とを備えて構成されている。リブプレート２１は、Ｈ型鋼２０の延在方向に複数間隔を置いて配置され、これらリブプレート２１間には断面Ｔ字型の型鋼２２が配置されている。図中に示すように、型鋼２２は、そのウェブ２２ａが、Ｈ型鋼２０のウェブ２０ａと直交状態となるように配置され、またフランジ２２ｂが、鋼板１６に対して高力ボルト２３によって固定された構成とされる。高力ボルト２３に対しては、鋼板１６の外面１６ｂ側からのみナット２４が取り付けられており、このことによって高力ボルト２３の取り付け操作は、外面１６ａ側のみから行うことが可能とされている。
【００２２】
図５は、第一のダンパー構成材１５、および第二のダンパー構成材１７のうち底板１７ａ以外のものの先端部を示した図である。このように第一のダンパー構成材１５および第二のダンパー構成材１７の先端部には、ピン２７が接合されている。ピン２７は、第一、第二のダンパー構成材１５、１７間に適切な間隔が保持されるように機能する。
【００２３】
以上が本実施の形態の主要な構成であるが、次に、建築物の制振構造１の施工方法を図６ないし図１１を参照して説明する。まず、図６に示すように第一の鋼板組立体８を製作するとともに、図７に示すように第二の鋼板組立体９のうち、平側の部分を構成する一対の平側部材９ｂを形成する。平側部材９ｂは、外枠部９ａ、鋼板１６、および第二のダンパー構成材１７から構成されるが、図１において示した第三のダンパー構成材１７のうち底板１７ａは、この時点においてはまだ、鋼板１６に対して接合されていない。
【００２４】
次に、図８に示すように第一の鋼板組立体８の両側方に平側部材９ｂを配置するとともに、平側部材９ｂ間に図中に示すように底板１７ａを配置する。ついで、図９に示すように平側部材９ｂの両端に対して妻側部材１１を接合する。この後、底板１７ａの全周を、平側部材９ｂおよび妻側部材１１に対して溶接する。
【００２５】
このようにして、第一の鋼板組立体８および第二の鋼板組立体９を形成したら、
次に、図１０に示すように、第一のダンパー構成材１５、１５、…、および第二のダンパー構成材１７、１７、…間に、加熱して溶解させたゴムアスファルトを流し込み、その後、これらを冷却することによって、第三のダンパー構成材１８を充填する。このとき、図中に示すように、ゴムアスファルトが固化するまで、その流出を防止するための流出防止シート２８を配置しておく。
【００２６】
上記のようにして、第一、第二の鋼板組立体８、９および第三のダンパー構成材１８を一体化した後、これらの下側に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第三の鋼板組立体１０を接合する。このとき、第三の鋼板組立体１０の下側には、構造材６の上側部材６ｂを溶接しておく。
【００２７】
最後に、図１０のように形成されたダンパー部７、および構造材６の上側部材６ｂを、架構２内に設置する。この際の手順としては、まず、図１２に示すように、開口部５内に、構造材６の下側部材６ａおよび中央部材６ｃを設置しておき、次に、図１１に示したダンパー部７および上側部材６ｂを一体的に形成したものを開口部５内に吊り込み、ダンパー部７を梁４に、上側部材６ｂを中央部材６ｃに、それぞれ接合することによって、図２に示したような建築物の制振構造１が実現される。
【００２８】
上述の建築物の制振構造１においては、地震等によって架構２に水平方向に力が作用し、層間変位が生じた際に、第一のダンパー構成材１５と第二のダンパー構成材１７とが水平方向に相対変位し、その結果、これらの間に介装された第三のダンパー構成材１８が、せん断変形することによって、架構２の振動エネルギーを吸収する。このとき、図２に示した構造材６の中心線６ｄ同士の交差する位置Ｌは、積層構造１９の中央位置Ｖcと一致しているため、架構２が振動した際に積層構造１９が回転変形する可能性が減少し、これによって、第三のダンパー構成材１８が良好に架構２の振動エネルギーを吸収することが可能となる。さらに、このとき、構造材６に対してせん断力のみが伝達し、発生するモーメントが吸収されるように、枠鉄骨１２が機能する。この場合の枠鉄骨１２の曲げモーメント図を示した図が、図１３である。図中には、枠鉄骨１２の変位方向を矢印によって示す。矢印方向に変位が生じた際には、発生するモーメントは、枠鉄骨１２によって図１３に示すように処理され、構造材６に対しては、せん断力のみが伝達することとなる。
【００２９】
本実施の形態の建築物の制振構造１は、上記のように機能するために、優れた制振効果を発揮することが可能となる。特に、積層構造１９の積層方向が水平とされているために、積層構造１９を構成する各部材の面積を大きくして、制振機能を高めるようにしても、開口部５が閉塞されない。したがって、建築物の制振構造１によれば、優れた制振機能が実現されると同時に、建築物の内部空間が分断されるようなことがなく、採光等の内部環境にも配慮することができる。
【００３０】
また、建築物の制振構造１においては、第三のダンパー構成材１８が粘弾性体であるゴムアスファルトから構成されているために、高度な減衰性能を有する制振構造が実現されることとなる。
【００３１】
さらに、第三のダンパー構成材１８は、板状に形成され、互いに対向するように配置された第一、第二のダンパー構成材１５、１７の間に介装された積層構造とされているため、積層構造を構成する各部材の面積を広くとることによって、より高性能の振動減衰作用が期待できることとなる。また、この積層構造を何層にもわたって積層させて形成すれば、さらなる振動減衰作用の高性能化を実現することが可能とされる。
【００３２】
そして、本実施の形態においては、構造材６がブレースとされるために、開口部５に十分な開口をとることができ、したがって、従来の制振構造のように、内部空間の居住性を阻害することがない。また、構造材６がブレースとされるために、架構２に水平力が作用した際に、その振動エネルギーが効率よくダンパー部７に伝達することとなり、高性能の振動エネルギー吸収能力を発揮することが可能とされる。
【００３３】
以上において、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定されるものでなく、材料や形態等の変更を施すようにしてもよい。
例えば、第三のダンパー構成材１８の材質としては、ゴムアスファルト以外にも、高減衰ゴムやアクリル系材料などによって形成された粘弾性体を用いるようにしてもよい。また、第三のダンパー構成材１８の材質として、粘性体を用いるようにしてもよく、この場合には、ブテン系材料やシリコンオイルなどが好適に用いられる。
【００３４】
また、本発明の建築物の制振構造は、必ずしも図２に示すような形状とする必要はなく、例えば、図１４に示すように、構造材６をＶ型ブレースとし、開口部５を形成する下側の梁４にダンパー部７を設けるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る建築物の制振構造においては、建築物の架構内の左右の柱と上下の梁で囲まれた開口部に設置された構造材の一端が、ダンパー部を介して架構の他の部分に取り付けられる。また、ダンパー部は、柱または梁側に固定され、水平に配置された板状の第一のダンパー構成材と、構造材側に固定され、水平に配置された板状の第二のダンパー構成材と、前記第一、第二のダンパー構成材間に配置される第三のダンパー構成材とからなる積層構造を備えて構成される。このような構成とされることから、この建築物の制振構造においては、積層構造を構成する各部材の面積を大きくしても、開口部が閉塞されることがなく、したがって、優れた制振機能が実現されるとともに、建築物の内部空間が分断されるようなことがなく、採光等の内部環境にも配慮することができる。
また、請求項１記載の建築物の制振構造においては、第一のダンパー構成材は、柱または梁にそのフランジの上面が固定されたＴ型鋼のウェブから、ウェブと直交するとともに、フランジと平行な状態で延出する第一の板状部材からなり、第二のダンパー構成材は、前記構造材側に固定された鋼板の一方の面から、該鋼板と直交状態に延出する第二の板状部材からなり、これら第一および第二の板状部材は、互いに対向するように配置され、これらの間に、第三のダンパー構成材が充填されている。したがって、積層構造を構成する各部材の面積を広くとれば、高性能の振動減衰作用が期待できることとなり、また、この積層構造を何層にもわたって積層させて形成すれば、さらなる振動減衰作用の高性能化を実現することが可能とされる。
【００３６】
請求項２に係る建築物の制振構造は、第三のダンパー構成材が、粘性体からなる材料から構成され、また、請求項３に係る建築物の制振構造は、前記第三のダンパー構成材は、粘弾性体からなる材料から構成される。
これらの建築物の制振構造においては、第三のダンパー構成材として、上記のようなものが使用されるため、優れた振動減衰機能が実現できるだけでなく、大地震から中小地震または風振動に至るまで、広い範囲の振幅において振動エネルギーの減衰作用が期待できる。
【００３８】
請求項４記載の建築物の制振構造によれば、構造材がブレースから構成されることから、開口部に十分な開口をとることができ、したがって、従来の制振構造のように、内部空間の居住性を阻害することがない。また、架構に水平力が作用した際に、その振動エネルギーが効率よくダンパー部に伝達することとなり、高性能の振動エネルギー吸収能力を発揮することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す、建築物の制振構造の拡大断面図である。
【図２】 本発明の建築物の制振構造の外観側面図である。
【図３】 図２に示した建築物の制振構造のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】 図２に示した建築物の制振構造のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】 図２に示した建築物の制振構造における第一、第二のダンパー構成材の端部を拡大して示した断面図である。
【図６】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための第一の鋼板組立体の斜視図である。
【図７】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための第二の鋼板組立体の一部の斜視図である。
【図８】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための図であって、図６に示した第一の鋼板組立体と図７に示した第二の鋼板組立体の一部とを組み合わせた際の状態を示す側面図である。
【図９】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための図であって、第一の鋼板組立体と第二の鋼板組立体とを組み合わせた際の状態を示す斜視図である。
【図１０】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための図であって、第一の鋼板組立体と第二の鋼板組立体とを組み合わせ、さらにこれらの間に第三のダンパー構成材を充填した際の状況を示す側面図である。
【図１１】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための図であって、（ａ）は、第一の鋼板組立体、第二の鋼板組立体、および第三の鋼板組立体を組み合わせた際の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、同側面図である。
【図１２】 本発明の建築物の制振構造の施工手順を示すための図であって、図１０に示した第一の鋼板組立体、第二の鋼板組立体、および第三の鋼板組立体を組み合わせたものを設置する前の開口部の状態を示す側面図である。
【図１３】 本発明の建築物の制振構造の作用を示すための図であって、枠鉄骨に変位が生じた際の曲げモーメント図である。
【図１４】 本発明の他の実施の形態を示す、建築物の制振構造の外観側面図である。
【符号の説明】
１ 建築物の制振構造
２ 架構
３ 柱
４ 梁
５ 開口部
６ 構造材
７ ダンパー部
１４ Ｔ型鋼
１４ａ フランジ
１４ｂ ウェブ
１５ 第一のダンパー構成材
１６ 鋼板
１７ 第二のダンパー構成材
１８ 第三のダンパー構成材
１９ 積層構造

Claims (4)

1. 建築物の架構内の左右の柱と上下の梁で囲まれた開口部に、構造材が設置されてなり、
   該構造材は、その一端が該架構の一部に固定されるとともに、他端がダンパー部を介して該架構の他の部分に取り付けられ、
   該ダンパー部は、前記柱または梁側に固定され、水平に配置された板状の第一のダンパー構成材と、前記構造材側に固定され、水平に配置された板状の第二のダンパー構成材と、前記第一、第二のダンパー構成材間に配置される第三のダンパー構成材とからなる積層構造を備えて構成され、
   前記第一のダンパー構成材は、前記柱または梁にそのフランジの上面が固定されたＴ型鋼のウェブから、該ウェブと直交するとともに、該フランジと平行な状態で延出する第一の板状部材からなり、
   前記第二のダンパー構成材は、前記構造材側に固定された鋼板の一方の面から、該鋼板と直交状態に延出する第二の板状部材からなり、
   該第一および第二の板状部材は、互いに対向するように配置され、これらの間に、第三のダンパー構成材が充填されることにより、前記積層構造が形成されることを特徴とする建築物の制振構造。
2. 請求項１記載の建築物の制振構造であって、前記第三のダンパー構成材は、粘性体からなる材料から構成されていることを特徴とする建築物の制振構造。
3. 請求項１記載の建築物の制振構造であって、前記第三のダンパー構成材は、粘弾性体からなる材料から構成されていることを特徴とする建築物の制振構造。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された建築物の制振構造であって、前記構造材がブレースであることを特徴とする建築物の制振構造。

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