JP3701486B2 - 建物の制振構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の制振構造に係り、特に一般住宅や中低層の商用ビルやアパート等の建物において地震や交通振動に起因する建物の揺れを抑制するための制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物の制振構造として、エネルギー吸収型ダンパーや同調振動系（ＴＭＤ）型ダンパー、或いは免震構造等により制振作用を受動的に期待するパッシブ制振構造や、制振力（ＡＭＤ，ＨＭＤ）型や可変構造特性（ＡＶＳ）型等のように制御システムを駆動させて制振作用を能動的に行うアクティブ制振構造が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記エネルギー吸収型ダンパーは専用ダンパーを多数設置する必要があるため高価となり、同調振動系（ＴＭＤ）型ダンパーは建物内に専用の設置空間を設ける必要があるため建物の利用空間が制限され、小型の建築物においては設置スペースの確保が困難であるという問題がある。
【０００４】
また、免震構造やアクティブ制振構造は一般に高価であるため大型のビル等には適しているが一般住宅や中低層ビル等には不経済であるため、特に一般住宅や中低層の商用ビルやアパート等の建物において地震や交通振動に起因する建物の揺れを抑制するための制振構造として普及し難いという問題があった。
【０００５】
一方、外壁や内壁等の壁パネルが建物の構造躯体に夫々独立して揺動自在に支持される所謂ロッキング工法では地震等により構造躯体が変形した際に個々の壁パネルが略同期して揺動することで壁パネルの破損を防止する構造を提供するが、この際に隣設された壁パネル間の目地部に使用されるシーリング材は、あくまで建物の防水を目的として設けられているものであり、制振効果を目的としたものではない。
【０００６】
例えば、建物の外壁に用いられるカーテンウォールをパッシブ制振の質量体として積極的に用いた従来例として特開平6-10535号公報に開示された技術が提案されている。
【０００７】
この技術は、図６に示すように、カーテンウォール51の重心Ｇから上方に所定距離Ｌだけ離れた位置を枢軸52を介して揺動可能に建物本体側に取り付け、カーテンウォール51の枢軸52と重心Ｇとの間の距離Ｌをカーテンウォール51の固有振動数が建物を制振しようとする振動領域と一致するように予め設定する。
【０００８】
そして、カーテンウォール51の隣設されるもの同士の間に目地部となる間隙δを設け、この間隙δの部分に減衰性を有する塑性材料からなる目地材53を充填したものである。
【０００９】
建物の揺動に伴ってカーテンウォール51は枢軸52を中心に該枢軸52と重心Ｇとの距離Ｌにより決定される所定の固有振動数をもって揺動されるため、この固有振動数を建物を制振しようとする振動領域に設定することでパッシブ制振の質量体として用いることが出来、カーテンウォール51の揺動は目地材53により減衰されるとしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、図６に示した技術では、カーテンウォール51の固有振動数を建物を制振しようとする振動領域に設定する必要があるため建築する建物の固有振動数に合わせてカーテンウォール51の枢軸52と重心Ｇとの距離Ｌを個々に設定する必要があり、設計や施工に手間がかかる上、カーテンウォール51の種類が増大してコスト高になるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的とするところは、建物の構造躯体に夫々独立して揺動自在に支持して隣設された壁パネル間の目地部に設ける制振シーリング材の性能や目地幅、目地ピッチの条件により十分な制振性能を発揮し、且つ経済的な建物の制振構造を提供せんとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る建物の制振構造は建物の構造躯体にロッキング工法により夫々独立して揺動自在に支持して隣設された軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地部で該軽量気泡コンクリート壁パネルの小口面に制振シーリング材を接着して設けた建物の制振構造であって、前記隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地幅が５mm以上４０mm以下で、且つ目地ピッチが３００mm以上１１００mm以下であり、且つ前記制振シーリング材の単位面積当たりの長さが１m/m^２以上３m/m^２以下で、且つ０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率の対数が６より大で１０より小さく、且つ０℃以上５０℃以下における損失正接の最低値が０．２以上で構成されることを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地幅を５mm以上４０mm以下、好ましくは５mm以上２５mm以下とすることで制振シーリング材の施工が容易で且つ十分な制振効果が発揮出来る。隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地幅を５mm未満とした場合には制振シーリング材の施工が困難となり、同目地幅が４０mmよりも大きい場合には制振効果が低下し、制振シーリング材の施工に手間や時間がかかる上、該制振シーリング材の量が増大してコストがかかり、更には意匠上の美観を低下させる。
【００１４】
また、隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地ピッチを３００mm以上１１００mm以下とすることで制振シーリング材の施工が容易で且つ十分な制振効果が発揮出来る。隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地ピッチを３００mm未満とした場合には制振シーリング材の施工に手間や時間がかかる上、該制振シーリング材の量が増大してコストがかかり、同目地ピッチが１１００mmよりも大きい場合には制振効果が低下する。
【００１５】
また、制振シーリング材の単位面積当たりの長さ（軽量気泡コンクリート壁パネル及び目地部により形成される壁面の面積に対する制振シーリング材の目地方向の長さ）を１m/m^２以上３m/m^２以下とすることで十分な制振効果が発揮出来る。制振シーリング材の単位面積当たりの長さを１m/m^２未満とした場合には制振効果が低下し、制振シーリング材の単位面積当たりの長さが３m/m^２よりも大きい場合には制振シーリング材の施工に手間や時間がかかる上、該制振シーリング材の量が増大してコストがかかり、更には意匠上の美観を低下させる。
【００１６】
また、制振シーリング材の０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率(dyn/cm^２) の対数(log) を６より大で１０より小さくすることで十分な制振効果が発揮出来、軽量気泡コンクリート壁パネルの保全が確保出来る。前記動的貯蔵弾性率の対数を１０以上とした場合には制振シーリング材の変形量が小さくなり過ぎて振動エネルギー吸収量が低下するため制振効果が低下し、動的貯蔵弾性率の対数が６以下の場合には制振シーリング材の変形量が大きくなりすぎて軽量気泡コンクリート壁パネル間の拘束力が低下し、制振効果が低減する。
【００１７】
また、制振シーリング材の０℃以上５０℃以下における損失正接（tanδ；変形の間に運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、放熱により散逸されるエネルギー量の尺度）の最低値を０．２以上、好ましくは０．２５以上、更に好ましくは０．３以上で構成することで十分な制振効果が発揮出来る。
【００１８】
前記０℃以上５０℃以下における損失正接の最低値が０．２より小さい場合には変形の間に運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、放熱により散逸されるエネルギー量が低下するため制振効果が低下する。
【００１９】
尚、上記「動的貯蔵弾性率」及び「損失正接」についてはJIS K 7198に記載された定義に準拠するものである。
【００２０】
また、前記制振シーリング材をウレタンシーリング材で構成すれば、上記条件の制振シーリング材を容易に得ることが出来、好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る建物の制振構造の一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係る建物の制振構造の制振効果を測定するための実験装置の構成を示すモデル図、図３は隣設された壁パネル間の目地部に制振シーリング材を設けた様子を示す図、図４は振動の減衰曲線を示す図、図５は壁パネル間の目地部に制振シーリング材を設けた場合と設けない場合とで振動の減衰を比較した図である。
【００２２】
本発明に係る建物の制振構造は、図１〜図３に示すように、図示しない建物の構造躯体にロッキング工法等により夫々独立して揺動自在に支持して隣設された壁パネルとなる軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネル１間の目地部２にウレタンシーリング材等の制振シーリング材３を設けたものである。
【００２３】
隣設するＡＬＣパネル１間の目地幅は５mm以上４０mm以下であり、好ましくは５mm以上２５mm以下で形成される。また、制振シーリング材３が配置される目地ピッチは出隅、入り隅等のコーナー部の役物部分を除き、３００mm以上１１００mm以下で形成される。制振シーリング材３は隣設するＡＬＣパネル１間の各目地部２に充填することでも良いし、飛び飛びの目地部２に充填することでも良い。
【００２４】
また、制振シーリング材３は図３に示すように単位面積当たりの長さ（ＡＬＣパネル１及び目地部２により形成される壁面の面積に対する制振シーリング材３の目地方向の長さ）が１m/m^２以上３m/m^２以下で、隣設するＡＬＣパネル１の小口面に接着した状態で充填される。
【００２５】
制振シーリング材３の０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率（dyn/cm^２)の対数(log) は６より大で１０より小さいものを使用する（１dyn＝１ｇ・cm/s^２)。
【００２６】
また、制振シーリング材３の０℃以上５０℃以下における損失正接（tanδ；変形の間に運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、放熱により散逸されるエネルギー量の尺度）の最低値が０．２以上のものを使用する。制振シーリング材３の０℃以上５０℃以下における損失正接の最低値は、０．２５以上であれば好ましく、０．３以上であれば更に好ましい。
【００２７】
制振シーリング材３はウレタンシーリング材の他にも上記条件を満たすような材料であれば良く、他の各種の有機高分子粘弾性体を含む。
【００２８】
図１及び図２は本発明に係る建物の制振構造の制振効果を測定するための実験装置の構成を示すモデル図であり、建物の構造躯体に見立てた上下フレーム４，５が支柱６により支持され、更に上下フレーム４，５に複数のＡＬＣパネル１が夫々独立して揺動自在に支持されている。
【００２９】
上フレーム４は支柱６に対して水平方向（図１及び図２の左右方向）に移動可能に構成され、該上フレーム４に図示しない加振機が連結されている。また、上フレーム４上部に振動センサ７が配置されており、該振動センサ７によりＡＬＣパネル１の移動時の加速度を測定する。
【００３０】
図２に示すように、上フレーム４に連結された図示しない加振機により一定の加速度（cm/s^２)を与えて上フレーム４を共振振動数で加振した後、加振機を停止して上フレーム４を自由振動させ、その振動減衰を振動センサ７により測定する。
【００３１】
振動センサ７により測定された振動減衰曲線は図４に示すように時間の経過と共に振幅が減衰し、加振機を停止した時点ｔ_０でのピークの振幅ｙ_０と１周期後の時点ｔ_１でのピークの振幅ｙ_１を用いて、対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄ（ｄ＝ｙ_０／ｙ_１）を求める。
【００３２】
以下に具体的な実験例について説明する。以下の各実験例では、図１及び図２に示すように、ＡＬＣパネル１の長尺方向の長さが２８７０mm、厚さが７５mmで、幅が６１０mmのものを中央に３枚、幅が３０５mmのものを両側に２枚配置し、隣設するＡＬＣパネル１間の目地幅が１０mmで、制振シーリング材３は図３に示す位置に設けて以下の各条件で実験を実施した。
【００３３】
尚、制振シーリング材３の動的粘弾性は（株）レオロジ社製のＦＴレオスペクトラーＤＶＥ・Ｖ４を用い、試験片の状態調節を実験設備の置かれた環境下で行う以外は、JIS K 7198（Ａ法）に準拠して周波数５Hzにおいて測定する。
【００３４】
制振シーリング材３の一例として、以下の各実験例で使用したウレタンシーリング材、変性シリコーンシーリング材、天然ゴムシーリング材の０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率（dyn/cm^２)の範囲、及び損失正接（tanδ）の最低値は以下の表１の通りである。
【００３５】
【表１】
【００３６】
損失正接（tanδ）は粘弾性物質が外力によって変形を受ける場合、その変形の間に熱として散逸されるエネルギー量の尺度となる。即ち、一般的には損失正接（tanδ）の値が高いほど制振性能も高くなる。
【００３７】
〔実験例１〕
以下に示す表２及び図５では、図１に示すＡＬＣパネル１間の目地部２に制振シーリング材３を設けた場合と制振シーリング材３を設けない場合との比較を示す。この実験例１の条件としては、目地ピッチが６１０mm、制振シーリング材３としてウレタンシーリング材を使用し、その単位面積当たりの長さを１．６４m/m^２とした。
【００３８】
そして、制振シーリング材３を設けた場合と設けない場合の対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを夫々算出し、制振シーリング材３を設けない場合の対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを１とした場合の制振シーリング材３を設けた場合の減衰率比を表２に示し、図５に夫々の振動の減衰を示す。図５において、実線は制振シーリング材３を設けた場合、破線は制振シーリング材３を設けない場合の振動の減衰を夫々示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
表２及び図５に示すように、上記条件で制振シーリング材３を設けた場合には、制振シーリング材３を設けない場合と比較して顕著な制振効果を発揮することが判明した。
【００４１】
〔実験例２〕
以下に示す表３では、図１に示すＡＬＣパネル１間の目地部２に設ける制振シーリング材３の材質が異なる場合の比較を示す。この実験例２の条件としては、目地ピッチが６１０mm、制振シーリング材３としてウレタンシーリング材、変性シリコーンシーリング材、天然ゴムシーリング材を用い、夫々の単位面積当たりの長さを２．１８m/m^２とした。
【００４２】
そして、夫々の制振シーリング材３を設けた場合の対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを夫々算出し、前記表２及び図５で示した制振シーリング材３を設けない場合の対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを１とした場合の各種の制振シーリング材３を設けた場合の減衰率比を表３に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
表３に示すように、上記条件で制振シーリング材３としてウレタンシーリング材を用いた場合には、変性シリコーンシーリング材、天然ゴムシーリング材と比較して顕著な制振効果を発揮することが判明した。
【００４５】
ウレタンシーリング材の場合、分子間での極性基間の相互作用があるため分子間にずれが生じた場合に熱に変換されるエネルギー量が変性シリコーンシーリング材等と比較して大きくなるため損失正接（tanδ）の大きな制振シーリング材３が得られ易いものと推定される。
【００４６】
〔実験例３〕
以下に示す表４では、図１に示すＡＬＣパネル１間の目地部２に制振シーリング材３を設けるに当たって、その単位面積当たりの長さを変化させた場合の比較を示す。この実験例３の条件としては、目地ピッチを適宜、６１０ｎ（ｎ＝１，１．５，２）mmとし、制振シーリング材３としてウレタンシーリング材を使用した。
【００４７】
そして、各単位面積当たりの長さでの対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを夫々算出し、前記表２及び図５に示した制振シーリング材３を設けない場合（単位面積当たりの長さ＝０）の対数減衰率ｌｏｇ_ｅｄを１とした場合の各単位面積当たりの長さでの減衰率比を表４に示す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
表４に示すように、上記条件で制振シーリング材３を設けた場合、該制振シーリング材３の単位面積当たりの長さが１．６４m/m^２、１．２３m/m^２の場合には、該単位面積当たりの長さが０．８２m/m^２の場合と比較して顕著な制振効果を発揮することが判明した。
【００５０】
更に詳細な実験結果から、制振シーリング材３の単位面積当たりの長さを１m/m^２以上３m/m^２以下とすることで十分な制振効果が発揮出来ることが判明した。尚、制振シーリング材３の単位面積当たりの長さを１m/m^２未満とした場合には制振効果が低下し、制振シーリング材３の単位面積当たりの長さが３m/m^２よりも大きい場合には制振シーリング材３の施工に手間や時間がかかる上、該制振シーリング材３の量が増大してコストがかかり、更には意匠上の美観を低下させる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、建物の構造躯体にロッキング工法により夫々独立して揺動自在に支持して隣設された軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地部で該軽量気泡コンクリート壁パネルの小口面に接着して設ける制振シーリング材の性能や目地幅、目地ピッチの条件により十分な制振性能を発揮し、且つ経済的な建物の制振構造を提供することが出来る。
【００５２】
即ち、隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地幅が５mm以上４０mm以下で、且つ目地ピッチが３００mm以上１１００mm以下であり、且つ前記制振シーリング材の単位面積当たりの長さが１m/m^２以上３m/m^２以下で、且つ０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率の対数が６より大で１０より小さく、且つ０℃以上５０℃以下における損失正接の最低値が０．２以上で構成することで顕著な制振効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る建物の制振構造の制振効果を測定するための実験装置の構成を示すモデル図である。
【図２】 本発明に係る建物の制振構造の制振効果を測定するための実験装置の構成を示すモデル図である。
【図３】 隣設された壁パネル間の目地部に制振シーリング材を設けた様子を示す図である。
【図４】 振動の減衰曲線を示す図である。
【図５】 壁パネル間の目地部に制振シーリング材を設けた場合と設けない場合とで振動の減衰を比較した図である。
【図６】 公知例を説明する図である。
【符号の説明】
１…ＡＬＣパネル
２…目地部
３…制振シーリング材
４，５…上下フレーム
６…支柱
７…振動センサ

Claims (2)

1. 建物の構造躯体にロッキング工法により夫々独立して揺動自在に支持して隣設された軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地部で該軽量気泡コンクリート壁パネルの小口面に制振シーリング材を接着して設けた建物の制振構造であって、
   前記隣設する軽量気泡コンクリート壁パネル間の目地幅が５mm以上４０mm以下で、且つ目地ピッチが３００mm以上１１００mm以下であり、且つ前記制振シーリング材の単位面積当たりの長さが１m/m^２以上３m/m^２以下で、且つ０℃以上５０℃以下における動的貯蔵弾性率の対数が６より大で１０より小さく、且つ０℃以上５０℃以下における損失正接の最低値が０．２以上で構成されることを特徴とする建物の制振構造。
2. 前記制振シーリング材をウレタンシーリング材で構成したことを特徴とする請求項１に記載の建物の制振構造。