JP3890530B2 - ねじれ防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物において、コア構造部と一般構造部との間に生じるねじれ変位を制御するねじれ防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、防災意識の高まりとともに、免震構造を採用する構造物が増大してきた。当初は、低層で床面積も小さかったが、最近では高層あるいは超高層にも免震構造が適用されており、平面形状も単純な矩形から、次第に複雑なものが増加している。一般に、免震構造は積層ゴムや滑り支承といった免震装置を使用して構造物の長期化を図っているが、免震層の水平剛性を低下させるとねじれ剛性も低下し、風荷重に対して揺れやすくなり、特に高層構造物では居住性に関する大きな問題となっていた。
また、最近では図８に示すように、構造物１５の中央部にコア構造部１６を構築するとともに、該コア構造部１６の頂部に免震装置１８を配置し、この上に設置したハットトラス１９から居室部１７を吊り下げる振り子免震方式の構造物１５が構築されている。このような構造では、免震装置１８が構造物１５の平面中心近傍に配置されているため、ねじれ剛性が小さい構造になっている。このため、長周期化により地震力は大きく低減されるが、風によるねじれが大きくなるといった課題を有していた。
このような中、免震構造を採用した構造物１５に対して、コア構造部１６と居室部１７を連結するように配され、免震構造の水平方向の並進剛性はそのままに、鉛直方向の変位を伴うねじれを制御する制御装置２０が考案されている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
東野雅彦、外１名、「免震用ねじれ制御ダンパーの基礎的検討」、日本建築学会大会学術講演梗概集、2002年８月、p.527-528
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ねじれを制御する制御装置２０の構成は煩雑で、装置自身の製作にコストがかかるとともに、構造物１５に生じるねじれ変形を十分許容できる程度に制御できるまでには至っておらず、簡略な構成で、制御効率の良いねじれ変形を防止する合理的な方法が求められている。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で制御効率の良く、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える構造物の、ねじれ変形を制御するねじれ防止装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のねじれ防止装置は、地盤上に剛に構築されたコア構造部と、該コア構造部と所定の離間空間を挟んで隣り合うように構築され、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物の、前記離間空間に配され、コア構造部と一般構造部とを連結するねじれ防止装置であって、前記コア構造部を構成する床スラブの端辺近傍で、長さ方向を該端辺に沿わせて配されて固着される第１の固定端梁と、該第１の固定端梁に対して平行に配されるとともに、前記一般構造部の床スラブの端辺近傍に固着される第２の固定端梁と、該第２の固定端梁及び第１の固定端梁に挟まれる中間位置で、両者と平行に配される中間梁と、該中間梁と前記第１の固定端梁、及び中間梁と前記第２の固定端梁の各々の両端部どうしを連結するように配されて、ピン結合される対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材とにより構成され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁及び中間梁が、同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されるとともに、第１の連結材どうし、及び第２の連結材どうしも、各々同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されて、隣り合う第１の連結材及び第２の連結材が、連続する同一線分を形成することなく配置され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁、中間梁、対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材が、何れも上下フランジ及びウェブを備えたＨ形鋼により構成され、何れも前記ウェブが、鉛直軸と同軸となるように配置されるとともに、対をなす第１の連結材と第１の固定端梁及び中間梁、対をなす第２の連結材と第２の固定端梁及び中間梁は、何れも上下フランジ各々でピン結合されることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載のねじれ防止装置は、前記中間梁の上面には、長さ方向に移動自在な突部が設けられるとともに、剛性に優れた板材よりなる補強部材が、前記中間梁と交差し、第１の固定端梁、第２の固定端梁の隣り合う端部どうしを連結するように配されて、第１の連結材及び第２の連結材とともにピン接合されており、該補強部材が、長さを伸縮自在に構成されるとともに、長さ方向にスリットを設けられて、該補強部材のスリットに、前記中間梁の突部が嵌合されて、スリットの長さ方向に自在に移動することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のねじれ防止装置を図１から図７に示す。本発明のねじれ防止装置は、水平方向には自在に変形するものの、鉛直方向には剛に形成されており、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持された一般構造部とを備える構造物の、免震クリアランスとして設けられた離間空間に配置して、両者を連結することにより、一般構造部の水平方向の並進挙動は自由にするものの相対回転を制御し、コア構造部に対する一般構造部のねじれを抑制するものである。
【００１０】
図１に示すように、該ねじれ防止装置１は、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５、対をなす第２の連結材６により構成されている。第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４は、鉄骨材や中空にコンクリートを充填した充填鋼管コンクリート等、剛性に優れた棒状の部材が用いられており、何れも同一の部材長を有している。また、前記対をなす第１の連結材５、及び対をなす第２の連結材６も同様に、剛性に優れた棒状の部材が用いられており、各々で同一の部材長を有している。
これらは、第１の固定端梁２、中間梁４、第２の固定端梁３の順に、所定の離間距離を設けて平行に配置されて、第１の固定端梁２と中間梁４の両端部どうしを連結するように対をなす第１の連結材５が配されて、ボルト等の締結手段７を介してピン結合されている。一方、第２の固定端梁３と中間梁４の両端部どうしにも、これらを連結するように対をなす第２の連結材６が配されて、ボルト等の締結手段７を介してピン結合されている。
【００１１】
なお、図２に示すように、本実施の形態では、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６に、一般に建材として用いられているＨ形鋼を用いており、何れもウェブが鉛直軸と平行となるように配されている。また、Ｈ形鋼を用いた場合には、対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６と、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４との連結は、各々上フランジどうし、及び下フランジどうしが、端部を重ね合わされた状態でボルト等の締結手段７が貫通されて締結されることによりピン結合される構成となっている。このとき、重なり合う上フランジどうし、及び下フランジどうしの間には、滑り材８を配しておき、ピン結合部が水平方向に回転しやすい構成としておく。
【００１２】
このようなねじれ防止装置１は、平面視で中間梁４を共有する２組の平行四辺形が形成されることとなるが、先にも述べたように、前記対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６は、何れも第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、及び中間梁４に対してピン結合されている。したがって、ねじれ防止装置１に水平方向の外力が加わると、２組形成された平行四辺形各々の内角が変位し、図１に示すように、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４を平行としたまま、様々な大きさの２組の平行四辺形が隣接して形成されることとなる。なお、鉛直方向には剛に構成されているため、外力を与えられた場合にも相対回転することはない。
【００１３】
上述する構成のねじれ防止装置１を免震構造物１１に用いた場合の、ねじれ防止装置１の配置条件及びその機能を以下に詳述する。
【００１４】
図３に示すように、前記免震構造物１１は、地盤中に構築された図示しない基礎構造に剛に構築されたコア構造部１２と、図示しない免震装置に支持されて立設する一般構築部１３とにより構成されている。これらは、免震構造物１１の中央部に平面視四角形上のコア構造部１２が構築され、該コア構造部１２を囲うように一般構築部１３が構築されており、コア構造部１２と一般構築部１３とは、向かい合う側壁面１２ａ、１３ａを平行に構築されている。また、両者の間には、地震時に免震装置に支持された一般構築部１３が水平挙動を示すことを考慮し、離間空間１４、いわゆる免震クリアランスが設けられている。
このような免震構造物１１に備えられた離間空間１４には、前記ねじれ防止装置１が配置されている。本実施の形態では、前記コア構造部１２と一般構築部１３の向かい合うすべての側壁面１２ａ、１３ａに、前記ねじれ防止装置１が配置されているが、必ずしもすべての面に配置する必要はない。
【００１５】
図４に示すように、該ねじれ防止装置１は、先に述べたように、ウェブが鉛直軸と平行となるように配されており、第１の固定端梁２が、長さ方向をコア構造部１２の側壁面１２ａ、つまり床スラブ１２ｂの端辺に平行に配置されて、第１の固定端梁２の上フランジと床スラブ１２ｂの下面が一体となるように固着されている。一方、第２の固定端梁３も、長さ方向を一般構造部１３の側壁面１３ａ、つまり床スラブ１３ｂの端辺に平行に配置されて、第２の固定端梁３の上フランジと床スラブ１３ｂの下面が一体となるように固着されている。
なお、第１の固定端梁２、及び第２の固定端梁３の上フランジの上面には、スタッド２ａ、３ａが所定の離間間隔を持って複数配置されており、床スラブ１２ｂ及び床スラブ１３ｂとの接合強度を高めている。
【００１６】
このように、ねじれ防止装置１は、前記免震構造物１１の離間空間１４に配されて、コア構造部１２と一般構造部１３とを連結するように取り付けられているが、その平面視形状は、少なくとも通常時において、水平面状のあらゆる方向に伸張可能な、前記中間梁４を中心としてシンメトリーな平行四辺形が形成された状態を確保するように配置している。これは、地震等が生じた際に、免震装置に支持された前記一般構造部１３が、水平面上のあらゆる方向に変位することを考慮し、このような水平方向の何れの挙動にも追従することを目的としたものである。
なお、隣り合う２組の平行四辺形は、例えば、同形状の平行四辺形もしくは長方形が２組隣接するような、隣り合う第１の連結材５と第２の連結材６が、連続する同一直線上に位置し、水平面上の何れかの方向に最も伸張した形状となっていなければ、必ずしもシンメトリーを形成している必要はない。
【００１７】
上述するように、前記免震構造物１１に設置されたねじれ防止装置１は、通常時には、図５（ａ）に示すように、前記中間梁４を中心としてシンメトリーな平行四辺形が形成された状態を維持しているが、地震等が発生して、一般構造部１３が離間空間１４の幅方向で外方へ水平移動すると、図５（ｂ）に示すように平面視形状が略長方形となって伸張する。また、一般構造部１３が離間空間１４の長さ方向に移動すると、図５（ｃ）に示すように、ねじれ防止装置１も挙動に応じて変形し、ねじれ防止装置１全体の長さを伸張するものである。
つまり、ねじれ防止装置１は、免震構造物１１を構成する一般構造部１３の水平挙動に対し、水平面上の如何なる方向にもその平面視形状を変形することで追従する。
【００１８】
なお、本実施の形態では、ねじれ防止装置１を構成する第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５、対をなす第２の連結材６には、直線部材を用いているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、適用する免震構造物１１が、例えば、コア構造部１２の側壁面１２ａが曲面を有しており、該コア構造部１２に隣接する一般構造部１３の側壁面１３ａもこれと平行する曲面を有している場合には、第１の固定端梁２をコア構造部１２の側壁面１２ａ、つまり床スラブ１２ｂの端辺に平行に配置できるような曲線に成形し、これに伴い第２の固定端梁３、中間梁４も同一形状の曲線に成形すればよい。
また、コア構造部１２の床スラブ１２ｂ及び一般構造部１３の床スラブ１３ｂの耐力と剛性が十分ある場合には、第１の固定端梁２及び第２の固定端梁３を省略し、第１の連結材５及び第２の連結材６を直接床スラブ１２ｂ、１３ｂにピン接合することもできる。
【００１９】
また、前記免震構造物１１の一般構造部１３の水平挙動に追従して変形するねじれ防止装置１の最適形状は、図６を参照して、以下のように求められる。
まず、ねじれ防止装置１を構成する第１の連結材５、及び第２の連結部材６には、同一の部材を用いるものと仮定し、部材長をａとする。このとき、前記ねじれ防止装置１における第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの可動範囲Ａは、第２の固定端梁３の一方の端部３ｂを中心点とした、２ａを半径とする半円から、中間梁４がコア構造部１２の側壁面と合致した時点における、中間梁４の一方の端部４ａを中心とした半径ａの半円を除いた領域として表現することができる。
一方で、一般構造部１３の変位量をｘとすると、第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの移動範囲Ｂは、半径をｘとする円で表すことができる。
したがって、一般構造部１３の変位量ｘを最大とするのは、中間梁４の一方の端部４ａを中心とした半径ａの半円と、一般構造部１３の変位量をｘとした際の第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの移動範囲Ｂの円が接する場合であることがわかる。これらが接点を有する条件は、（１）式で算出することができる。
【００２０】
（ａ＋ｘ）２ ＝ａ２＋（２ａ−ｘ）２ ・・・・・・・・（１）
ａ：第１の連結材５及び第２の連結部材６の部材長
ｘ：一般構造部１３の変位量
【００２１】
（１）式を解くと、変位量ｘに対応するための第１の連結材５及び第２の連結部材６の部材長ａは、３／２ｘ以上であれば良いことがわかる。
ところで、一般構造部１３の変位量ｘにおいて、一般構造部１３とコア構造部１２との距離Ｌは、（２）式で表すことができる。
【００２２】
Ｌ ＝２ａ−ｘ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００２３】
したがって、（１）式の結果よりｘに２／３ａを代入すれば、一般構造部１３とコア構造部１２との距離Ｌは、４／３ａとなる。これにより、第１の連結材５及び第２の連結部材６は、前記一般構造部１３の側壁面１３ａの直交線に対して、（３）式を満足する角度、すなわち約４８°の角度をもった平行四辺形を形成すれば良いことがわかる。
【００２４】
ｃｏｓθ ＝（２／３ａ）／ａ ＝ ２／３ ・・・・・（３）
【００２５】
さらに、上述するねじれ防止装置１について、中間梁４の鉛直方向の変形を拘束することを目的とした構成を有する他の事例を以下に示す。
図７に示すように、中間梁４に交差するとともに、第１の固定端梁２と第２の固定端梁３の端部どうしを連結する位置には、補強部材９が配されており、第１の連結材５及び第２の連結材６とともに、第１の固定端梁２と第２の固定端梁３の端部に、ボルト等の締結手段７を介して回転自在にピン結合されている。該補強部材９は、剛性に優れた板材によりなり、長さを自在に伸縮できる構成を有するとともに、長さ方向に伸びるスリット９ａが設けられている。したがって、補強部材９は、第１の固定端梁２及び第２の固定端梁３とのピン結合により配置角度を自在に変位できるとともに、部材長も伸縮自在であるため、ねじれ防止装置１の水平方向の変形を拘束することはない。
一方で、中間梁４には、長さ方向にスライドするボタン１０を取り付けられており、該ボタン１０は前記補強部材９のスリット９ａに嵌合されている。
【００２６】
これにより、中間梁４は、ボタン１０を介して補強部材９に接合されるものの、ボタン１０が、中間梁４及び補強部材９の何れの長さ方向にも自在に移動するため、ねじれ防止装置１自身の水平方向の変形を拘束することなく、鉛直方向の強度を増し、面外移動を抑制できるものである。
【００２７】
上述する構成によれば、剛に構築されたコア構造部１２と、免震装置に支持された一般構造部１３を備える免震構造物１１に、内角を自在に変形できる２つの平面視平行四辺形が隣接する構成の前記ねじれ防止装置１を適用し、コア構造部１２と一般構造部１３とを連結したことから、地震等が生じた際にも、一般構造部１３の水平方向の相対変形は自在とすることができるものの、相対回転を抑制することができ、一般構造部１３のコア構造部１２に対するねじれ変形を防止することが可能となる。
前記ねじれ防止装置１は、複数の鋼材をボルト等の締結手段により連結するのみの構成であるため、簡略な構成で変形ロスが少ないとともに、低コストで製作することが可能となる。
【００２８】
また、ねじれ防止装置１に用いる鋼材にはＨ形鋼を適用し、ウェブを鉛直軸と平行とするように配置したことから、鉛直方向の部材強度が増し、水平方向には容易に変形するものの、鉛直方向の変形を抑制することが可能となる。
【００２９】
さらに、上述するねじれ防止装置１に対し、新たに第１の固定端梁２と第２の固定端梁３を連結するものの、一般構造部１３の水平方向の変形に追従できる補強部材９を取り付け、該補強部材９と中間梁４とを、両者の長さ方向に自在に移動できるボタン１０を用いて連結することから、ねじれ防止装置１自身の水平方向の変形を拘束することなく、面外方向の強度を増すことができるため、ねじれ防止装置１の効果を一層高めることができるとともに、剛性の小さいローコストな部材を用いることもでき、コンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、前記ねじれ防止装置１を、免震構造物１１に備えられた離間空間１４で、前記コア構造部１２と一般構築部１３の向かい合うすべての側壁面１２ａ、１３ａに配置することにより、ねじりを抑制する力を分散させて作用させることができ、１個あたりの作用力を低減させて、ねじれ防止装置１のコンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載のねじれ防止装置によれば、地盤上に剛に構築されたコア構造部と、該コア構造部と所定の離間空間を挟んで隣り合うように構築され、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物の、前記離間空間に配され、コア構造部と一般構造部とを連結するねじれ防止装置であって、前記コア構造部を構成する床スラブの端辺近傍で、長さ方向を該端辺に沿わせて配されて固着される第１の固定端梁と、該第１の固定端梁に対して平行に配されるとともに、前記一般構造部の床スラブの端辺近傍に固着される第２の固定端梁と、該第２の固定端梁及び第１の固定端梁に挟まれる中間位置で、両者と平行に配される中間梁と、該中間梁と前記第１の固定端梁、及び中間梁と前記第２の固定端梁の各々の両端部どうしを連結するように配されて、ピン結合される対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材とにより構成され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁及び中間梁が、同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されるとともに、第１の連結材どうし、及び第２の連結材どうしも、各々同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されて、隣り合う第１の連結材及び第２の連結材が、連続する同一線分を形成することなく配置されることから、地震等が生じた際にも、一般構造部の水平方向の相対変形は自在とすることができるものの、相対回転を抑制することができ、一般構造部のコア構造部に対するねじれ変形を防止することが可能となる。
また、前記ねじれ防止装置が、複数の鋼材をボルト等の締結手段により連結するのみの構成であるため、簡略な構成で変形ロスが少ないとともに、低コストで製作することが可能となる。
【００３２】
また、請求項１記載のねじれ防止装置によれば、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁、中間梁、対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材が、何れも上下フランジ及びウェブを備えたＨ形鋼により構成され、何れも前記ウェブが、鉛直軸と同軸となるように配置されるとともに、対をなす第１の連結材と第１の固定端梁及び中間梁、対をなす第２の連結材と第２の固定端梁及び中間梁は、何れも上下フランジ各々でピン結合されることから、鉛直方向の部材強度が増し、水平方向には容易に変形するものの、鉛直方向の変形を抑制することが可能となる。
【００３３】
請求項２記載のねじれ防止装置によれば、前記中間梁の上面には、長さ方向に移動自在な突部が設けられるとともに、剛性に優れた板材よりなる補強部材が、前記中間梁と交差し、第１の固定端梁、第２の固定端梁の隣り合う端部どうしを連結するように配されて、第１の連結材及び第２の連結材とともにピン接合されており、該補強部材が、長さを伸縮自在に構成されるとともに、長さ方向にスリットを設けられて、該補強部材のスリットに、前記中間梁の突部が嵌合されて、スリットの長さ方向に自在に移動することから、面外方向の強度を増すことができるため、ねじれ防止装置の効果を一層高めることができるとともに、剛性の小さいローコストな部材を用いることもでき、コンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るねじれ防止装置の平面を示す図である。
【図２】 本発明に係るねじれ防止装置の側面を示す図である。
【図３】 本発明に係る免震高層物の平面を示す図である。
【図４】 本発明に係るねじれ防止装置の免震構造物への設置を示す図である。
【図５】 本発明に係るねじれ防止装置の平面視形状を示す図である。
【図６】 本発明に係るねじれ防止装置の水平方向の挙動を示す図である。
【図７】 本発明に係るねじれ防止装置の他の事例を示す図である。
【図８】 従来のねじれ防止装置が取り付けられた免震構造物を示す図である。
【符号の説明】
１ ねじれ防止装置
２ 第１の固定端梁
２ａ スタッド
２ｂ 端部
３ 第２の固定端梁
３ａ スタッド
３ｂ 端部
４ 中間梁
４ａ端部
５ 第１の連結材
６ 第２の連結材
７ 締結手段
８ 滑り材
９ 補強部材
９ａ スリット
１０ ボタン
１１ 免震構造物
１２ コア構造部
１２ａ 側壁面
１２ｂ 床スラブ
１３ 一般構造部
１３ａ 側壁面
１３ｂ 床スラブ
１４ 離間空間
１５ 構造物
１６ コア構造部
１７ 居室部
１８ 免震装置
１９ ハットトラス
２０ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物において、コア構造部と一般構造部との間に生じるねじれ変位を制御するねじれ防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、防災意識の高まりとともに、免震構造を採用する構造物が増大してきた。当初は、低層で床面積も小さかったが、最近では高層あるいは超高層にも免震構造が適用されており、平面形状も単純な矩形から、次第に複雑なものが増加している。一般に、免震構造は積層ゴムや滑り支承といった免震装置を使用して構造物の長期化を図っているが、免震層の水平剛性を低下させるとねじれ剛性も低下し、風荷重に対して揺れやすくなり、特に高層構造物では居住性に関する大きな問題となっていた。
また、最近では図８に示すように、構造物１５の中央部にコア構造部１６を構築するとともに、該コア構造部１６の頂部に免震装置１８を配置し、この上に設置したハットトラス１９から居室部１７を吊り下げる振り子免震方式の構造物１５が構築されている。このような構造では、免震装置１８が構造物１５の平面中心近傍に配置されているため、ねじれ剛性が小さい構造になっている。このため、長周期化により地震力は大きく低減されるが、風によるねじれが大きくなるといった課題を有していた。
このような中、免震構造を採用した構造物１５に対して、コア構造部１６と居室部１７を連結するように配され、免震構造の水平方向の並進剛性はそのままに、鉛直方向の変位を伴うねじれを制御する制御装置２０が考案されている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
東野雅彦、外１名、「免震用ねじれ制御ダンパーの基礎的検討」、日本建築学会大会学術講演梗概集、2002年８月、p.527-528
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ねじれを制御する制御装置２０の構成は煩雑で、装置自身の製作にコストがかかるとともに、構造物１５に生じるねじれ変形を十分許容できる程度に制御できるまでには至っておらず、簡略な構成で、制御効率の良いねじれ変形を防止する合理的な方法が求められている。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で制御効率の良く、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える構造物の、ねじれ変形を制御するねじれ防止装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のねじれ防止装置は、地盤上に剛に構築されたコア構造部と、該コア構造部と所定の離間空間を挟んで隣り合うように構築され、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物の、前記離間空間に配され、コア構造部と一般構造部とを連結するねじれ防止装置であって、前記コア構造部を構成する床スラブの端辺近傍で、長さ方向を該端辺に沿わせて配されて固着される第１の固定端梁と、該第１の固定端梁に対して平行に配されるとともに、前記一般構造部の床スラブの端辺近傍に固着される第２の固定端梁と、該第２の固定端梁及び第１の固定端梁に挟まれる中間位置で、両者と平行に配される中間梁と、該中間梁と前記第１の固定端梁、及び中間梁と前記第２の固定端梁の各々の両端部どうしを連結するように配されて、ピン結合される対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材とにより構成され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁及び中間梁が、同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されるとともに、第１の連結材どうし、及び第２の連結材どうしも、各々同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されて、隣り合う第１の連結材及び第２の連結材が、連続する同一線分を形成することなく配置され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁、中間梁、対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材が、何れも上下フランジ及びウェブを備えたＨ形鋼により構成され、何れも前記ウェブが、鉛直軸と同軸となるように配置されるとともに、対をなす第１の連結材と第１の固定端梁及び中間梁、対をなす第２の連結材と第２の固定端梁及び中間梁は、何れも上下フランジ各々でピン結合されることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載のねじれ防止装置は、前記中間梁の上面には、長さ方向に移動自在な突部が設けられるとともに、剛性に優れた板材よりなる補強部材が、前記中間梁と交差し、第１の固定端梁、第２の固定端梁の隣り合う端部どうしを連結するように配されて、第１の連結材及び第２の連結材とともにピン接合されており、該補強部材が、長さを伸縮自在に構成されるとともに、長さ方向にスリットを設けられて、該補強部材のスリットに、前記中間梁の突部が嵌合されて、スリットの長さ方向に自在に移動することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のねじれ防止装置を図１から図７に示す。本発明のねじれ防止装置は、水平方向には自在に変形するものの、鉛直方向には剛に形成されており、剛に構築されたコア構造部と、免震装置に支持された一般構造部とを備える構造物の、免震クリアランスとして設けられた離間空間に配置して、両者を連結することにより、一般構造部の水平方向の並進挙動は自由にするものの相対回転を制御し、コア構造部に対する一般構造部のねじれを抑制するものである。
【００１０】
図１に示すように、該ねじれ防止装置１は、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５、対をなす第２の連結材６により構成されている。第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４は、鉄骨材や中空にコンクリートを充填した充填鋼管コンクリート等、剛性に優れた棒状の部材が用いられており、何れも同一の部材長を有している。また、前記対をなす第１の連結材５、及び対をなす第２の連結材６も同様に、剛性に優れた棒状の部材が用いられており、各々で同一の部材長を有している。
これらは、第１の固定端梁２、中間梁４、第２の固定端梁３の順に、所定の離間距離を設けて平行に配置されて、第１の固定端梁２と中間梁４の両端部どうしを連結するように対をなす第１の連結材５が配されて、ボルト等の締結手段７を介してピン結合されている。一方、第２の固定端梁３と中間梁４の両端部どうしにも、これらを連結するように対をなす第２の連結材６が配されて、ボルト等の締結手段７を介してピン結合されている。
【００１１】
なお、図２に示すように、本実施の形態では、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６に、一般に建材として用いられているＨ形鋼を用いており、何れもウェブが鉛直軸と平行となるように配されている。また、Ｈ形鋼を用いた場合には、対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６と、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４との連結は、各々上フランジどうし、及び下フランジどうしが、端部を重ね合わされた状態でボルト等の締結手段７が貫通されて締結されることによりピン結合される構成となっている。このとき、重なり合う上フランジどうし、及び下フランジどうしの間には、滑り材８を配しておき、ピン結合部が水平方向に回転しやすい構成としておく。
【００１２】
このようなねじれ防止装置１は、平面視で中間梁４を共有する２組の平行四辺形が形成されることとなるが、先にも述べたように、前記対をなす第１の連結材５及び対をなす第２の連結材６は、何れも第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、及び中間梁４に対してピン結合されている。したがって、ねじれ防止装置１に水平方向の外力が加わると、２組形成された平行四辺形各々の内角が変位し、図１に示すように、第１の固定端梁２、第２の固定端梁３及び中間梁４を平行としたまま、様々な大きさの２組の平行四辺形が隣接して形成されることとなる。なお、鉛直方向には剛に構成されているため、外力を与えられた場合にも相対回転することはない。
【００１３】
上述する構成のねじれ防止装置１を免震構造物１１に用いた場合の、ねじれ防止装置１の配置条件及びその機能を以下に詳述する。
【００１４】
図３に示すように、前記免震構造物１１は、地盤中に構築された図示しない基礎構造に剛に構築されたコア構造部１２と、図示しない免震装置に支持されて立設する一般構築部１３とにより構成されている。これらは、免震構造物１１の中央部に平面視四角形上のコア構造部１２が構築され、該コア構造部１２を囲うように一般構築部１３が構築されており、コア構造部１２と一般構築部１３とは、向かい合う側壁面１２ａ、１３ａを平行に構築されている。また、両者の間には、地震時に免震装置に支持された一般構築部１３が水平挙動を示すことを考慮し、離間空間１４、いわゆる免震クリアランスが設けられている。
このような免震構造物１１に備えられた離間空間１４には、前記ねじれ防止装置１が配置されている。本実施の形態では、前記コア構造部１２と一般構築部１３の向かい合うすべての側壁面１２ａ、１３ａに、前記ねじれ防止装置１が配置されているが、必ずしもすべての面に配置する必要はない。
【００１５】
図４に示すように、該ねじれ防止装置１は、先に述べたように、ウェブが鉛直軸と平行となるように配されており、第１の固定端梁２が、長さ方向をコア構造部１２の側壁面１２ａ、つまり床スラブ１２ｂの端辺に平行に配置されて、第１の固定端梁２の上フランジと床スラブ１２ｂの下面が一体となるように固着されている。一方、第２の固定端梁３も、長さ方向を一般構造部１３の側壁面１３ａ、つまり床スラブ１３ｂの端辺に平行に配置されて、第２の固定端梁３の上フランジと床スラブ１３ｂの下面が一体となるように固着されている。
なお、第１の固定端梁２、及び第２の固定端梁３の上フランジの上面には、スタッド２ａ、３ａが所定の離間間隔を持って複数配置されており、床スラブ１２ｂ及び床スラブ１３ｂとの接合強度を高めている。
【００１６】
このように、ねじれ防止装置１は、前記免震構造物１１の離間空間１４に配されて、コア構造部１２と一般構造部１３とを連結するように取り付けられているが、その平面視形状は、少なくとも通常時において、水平面状のあらゆる方向に伸張可能な、前記中間梁４を中心としてシンメトリーな平行四辺形が形成された状態を確保するように配置している。これは、地震等が生じた際に、免震装置に支持された前記一般構造部１３が、水平面上のあらゆる方向に変位することを考慮し、このような水平方向の何れの挙動にも追従することを目的としたものである。
なお、隣り合う２組の平行四辺形は、例えば、同形状の平行四辺形もしくは長方形が２組隣接するような、隣り合う第１の連結材５と第２の連結材６が、連続する同一直線上に位置し、水平面上の何れかの方向に最も伸張した形状となっていなければ、必ずしもシンメトリーを形成している必要はない。
【００１７】
上述するように、前記免震構造物１１に設置されたねじれ防止装置１は、通常時には、図５（ａ）に示すように、前記中間梁４を中心としてシンメトリーな平行四辺形が形成された状態を維持しているが、地震等が発生して、一般構造部１３が離間空間１４の幅方向で外方へ水平移動すると、図５（ｂ）に示すように平面視形状が略長方形となって伸張する。また、一般構造部１３が離間空間１４の長さ方向に移動すると、図５（ｃ）に示すように、ねじれ防止装置１も挙動に応じて変形し、ねじれ防止装置１全体の長さを伸張するものである。
つまり、ねじれ防止装置１は、免震構造物１１を構成する一般構造部１３の水平挙動に対し、水平面上の如何なる方向にもその平面視形状を変形することで追従する。
【００１８】
なお、本実施の形態では、ねじれ防止装置１を構成する第１の固定端梁２、第２の固定端梁３、中間梁４、対をなす第１の連結材５、対をなす第２の連結材６には、直線部材を用いているが、必ずしもこれにこだわるものではなく、適用する免震構造物１１が、例えば、コア構造部１２の側壁面１２ａが曲面を有しており、該コア構造部１２に隣接する一般構造部１３の側壁面１３ａもこれと平行する曲面を有している場合には、第１の固定端梁２をコア構造部１２の側壁面１２ａ、つまり床スラブ１２ｂの端辺に平行に配置できるような曲線に成形し、これに伴い第２の固定端梁３、中間梁４も同一形状の曲線に成形すればよい。
また、コア構造部１２の床スラブ１２ｂ及び一般構造部１３の床スラブ１３ｂの耐力と剛性が十分ある場合には、第１の固定端梁２及び第２の固定端梁３を省略し、第１の連結材５及び第２の連結材６を直接床スラブ１２ｂ、１３ｂにピン接合することもできる。
【００１９】
また、前記免震構造物１１の一般構造部１３の水平挙動に追従して変形するねじれ防止装置１の最適形状は、図６を参照して、以下のように求められる。
まず、ねじれ防止装置１を構成する第１の連結材５、及び第２の連結部材６には、同一の部材を用いるものと仮定し、部材長をａとする。このとき、前記ねじれ防止装置１における第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの可動範囲Ａは、第２の固定端梁３の一方の端部３ｂを中心点とした、２ａを半径とする半円から、中間梁４がコア構造部１２の側壁面と合致した時点における、中間梁４の一方の端部４ａを中心とした半径ａの半円を除いた領域として表現することができる。
一方で、一般構造部１３の変位量をｘとすると、第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの移動範囲Ｂは、半径をｘとする円で表すことができる。
したがって、一般構造部１３の変位量ｘを最大とするのは、中間梁４の一方の端部４ａを中心とした半径ａの半円と、一般構造部１３の変位量をｘとした際の第１の固定端梁２の一方の端部２ｂの移動範囲Ｂの円が接する場合であることがわかる。これらが接点を有する条件は、（１）式で算出することができる。
【００２０】
（ａ＋ｘ）２ ＝ａ２＋（２ａ−ｘ）２ ・・・・・・・・（１）
ａ：第１の連結材５及び第２の連結部材６の部材長
ｘ：一般構造部１３の変位量
【００２１】
（１）式を解くと、変位量ｘに対応するための第１の連結材５及び第２の連結部材６の部材長ａは、３／２ｘ以上であれば良いことがわかる。
ところで、一般構造部１３の変位量ｘにおいて、一般構造部１３とコア構造部１２との距離Ｌは、（２）式で表すことができる。
【００２２】
Ｌ ＝２ａ−ｘ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００２３】
したがって、（１）式の結果よりｘに２／３ａを代入すれば、一般構造部１３とコア構造部１２との距離Ｌは、４／３ａとなる。これにより、第１の連結材５及び第２の連結部材６は、前記一般構造部１３の側壁面１３ａの直交線に対して、（３）式を満足する角度、すなわち約４８°の角度をもった平行四辺形を形成すれば良いことがわかる。
【００２４】
ｃｏｓθ ＝（２／３ａ）／ａ ＝ ２／３ ・・・・・（３）
【００２５】
さらに、上述するねじれ防止装置１について、中間梁４の鉛直方向の変形を拘束することを目的とした構成を有する他の事例を以下に示す。
図７に示すように、中間梁４に交差するとともに、第１の固定端梁２と第２の固定端梁３の端部どうしを連結する位置には、補強部材９が配されており、第１の連結材５及び第２の連結材６とともに、第１の固定端梁２と第２の固定端梁３の端部に、ボルト等の締結手段７を介して回転自在にピン結合されている。該補強部材９は、剛性に優れた板材によりなり、長さを自在に伸縮できる構成を有するとともに、長さ方向に伸びるスリット９ａが設けられている。したがって、補強部材９は、第１の固定端梁２及び第２の固定端梁３とのピン結合により配置角度を自在に変位できるとともに、部材長も伸縮自在であるため、ねじれ防止装置１の水平方向の変形を拘束することはない。
一方で、中間梁４には、長さ方向にスライドするボタン１０を取り付けられており、該ボタン１０は前記補強部材９のスリット９ａに嵌合されている。
【００２６】
これにより、中間梁４は、ボタン１０を介して補強部材９に接合されるものの、ボタン１０が、中間梁４及び補強部材９の何れの長さ方向にも自在に移動するため、ねじれ防止装置１自身の水平方向の変形を拘束することなく、鉛直方向の強度を増し、面外移動を抑制できるものである。
【００２７】
上述する構成によれば、剛に構築されたコア構造部１２と、免震装置に支持された一般構造部１３を備える免震構造物１１に、内角を自在に変形できる２つの平面視平行四辺形が隣接する構成の前記ねじれ防止装置１を適用し、コア構造部１２と一般構造部１３とを連結したことから、地震等が生じた際にも、一般構造部１３の水平方向の相対変形は自在とすることができるものの、相対回転を抑制することができ、一般構造部１３のコア構造部１２に対するねじれ変形を防止することが可能となる。
前記ねじれ防止装置１は、複数の鋼材をボルト等の締結手段により連結するのみの構成であるため、簡略な構成で変形ロスが少ないとともに、低コストで製作することが可能となる。
【００２８】
また、ねじれ防止装置１に用いる鋼材にはＨ形鋼を適用し、ウェブを鉛直軸と平行とするように配置したことから、鉛直方向の部材強度が増し、水平方向には容易に変形するものの、鉛直方向の変形を抑制することが可能となる。
【００２９】
さらに、上述するねじれ防止装置１に対し、新たに第１の固定端梁２と第２の固定端梁３を連結するものの、一般構造部１３の水平方向の変形に追従できる補強部材９を取り付け、該補強部材９と中間梁４とを、両者の長さ方向に自在に移動できるボタン１０を用いて連結することから、ねじれ防止装置１自身の水平方向の変形を拘束することなく、面外方向の強度を増すことができるため、ねじれ防止装置１の効果を一層高めることができるとともに、剛性の小さいローコストな部材を用いることもでき、コンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３０】
また、前記ねじれ防止装置１を、免震構造物１１に備えられた離間空間１４で、前記コア構造部１２と一般構築部１３の向かい合うすべての側壁面１２ａ、１３ａに配置することにより、ねじりを抑制する力を分散させて作用させることができ、１個あたりの作用力を低減させて、ねじれ防止装置１のコンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載のねじれ防止装置によれば、地盤上に剛に構築されたコア構造部と、該コア構造部と所定の離間空間を挟んで隣り合うように構築され、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物の、前記離間空間に配され、コア構造部と一般構造部とを連結するねじれ防止装置であって、前記コア構造部を構成する床スラブの端辺近傍で、長さ方向を該端辺に沿わせて配されて固着される第１の固定端梁と、該第１の固定端梁に対して平行に配されるとともに、前記一般構造部の床スラブの端辺近傍に固着される第２の固定端梁と、該第２の固定端梁及び第１の固定端梁に挟まれる中間位置で、両者と平行に配される中間梁と、該中間梁と前記第１の固定端梁、及び中間梁と前記第２の固定端梁の各々の両端部どうしを連結するように配されて、ピン結合される対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材とにより構成され、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁及び中間梁が、同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されるとともに、第１の連結材どうし、及び第２の連結材どうしも、各々同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されて、隣り合う第１の連結材及び第２の連結材が、連続する同一線分を形成することなく配置されることから、地震等が生じた際にも、一般構造部の水平方向の相対変形は自在とすることができるものの、相対回転を抑制することができ、一般構造部のコア構造部に対するねじれ変形を防止することが可能となる。
また、前記ねじれ防止装置が、複数の鋼材をボルト等の締結手段により連結するのみの構成であるため、簡略な構成で変形ロスが少ないとともに、低コストで製作することが可能となる。
【００３２】
また、請求項１記載のねじれ防止装置によれば、前記第１の固定端梁、第２の固定端梁、中間梁、対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材が、何れも上下フランジ及びウェブを備えたＨ形鋼により構成され、何れも前記ウェブが、鉛直軸と同軸となるように配置されるとともに、対をなす第１の連結材と第１の固定端梁及び中間梁、対をなす第２の連結材と第２の固定端梁及び中間梁は、何れも上下フランジ各々でピン結合されることから、鉛直方向の部材強度が増し、水平方向には容易に変形するものの、鉛直方向の変形を抑制することが可能となる。
【００３３】
請求項２記載のねじれ防止装置によれば、前記中間梁の上面には、長さ方向に移動自在な突部が設けられるとともに、剛性に優れた板材よりなる補強部材が、前記中間梁と交差し、第１の固定端梁、第２の固定端梁の隣り合う端部どうしを連結するように配されて、第１の連結材及び第２の連結材とともにピン接合されており、該補強部材が、長さを伸縮自在に構成されるとともに、長さ方向にスリットを設けられて、該補強部材のスリットに、前記中間梁の突部が嵌合されて、スリットの長さ方向に自在に移動することから、面外方向の強度を増すことができるため、ねじれ防止装置の効果を一層高めることができるとともに、剛性の小さいローコストな部材を用いることもでき、コンパクト化、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るねじれ防止装置の平面を示す図である。
【図２】 本発明に係るねじれ防止装置の側面を示す図である。
【図３】 本発明に係る免震高層物の平面を示す図である。
【図４】 本発明に係るねじれ防止装置の免震構造物への設置を示す図である。
【図５】 本発明に係るねじれ防止装置の平面視形状を示す図である。
【図６】 本発明に係るねじれ防止装置の水平方向の挙動を示す図である。
【図７】 本発明に係るねじれ防止装置の他の事例を示す図である。
【図８】 従来のねじれ防止装置が取り付けられた免震構造物を示す図である。
【符号の説明】
１ ねじれ防止装置
２ 第１の固定端梁
２ａ スタッド
２ｂ 端部
３ 第２の固定端梁
３ａ スタッド
３ｂ 端部
４ 中間梁
４ａ端部
５ 第１の連結材
６ 第２の連結材
７ 締結手段
８ 滑り材
９ 補強部材
９ａ スリット
１０ ボタン
１１ 免震構造物
１２ コア構造部
１２ａ 側壁面
１２ｂ 床スラブ
１３ 一般構造部
１３ａ 側壁面
１３ｂ 床スラブ
１４ 離間空間
１５ 構造物
１６ コア構造部
１７ 居室部
１８ 免震装置
１９ ハットトラス
２０ 制御装置
Claims (2)
- 地盤上に剛に構築されたコア構造部と、該コア構造部と所定の離間空間を挟んで隣り合うように構築され、免震装置に支持されて立設する一般構造部とを備える免震構造物の、前記離間空間に配され、コア構造部と一般構造部とを連結するねじれ防止装置であって、
前記コア構造部を構成する床スラブの端辺近傍で、長さ方向を該端辺に沿わせて配されて固着される第１の固定端梁と、
該第１の固定端梁に対して平行に配されるとともに、前記一般構造部の床スラブの端辺近傍に固着される第２の固定端梁と、
該第２の固定端梁及び第１の固定端梁に挟まれる中間位置で、両者と平行に配される中間梁と、
該中間梁と前記第１の固定端梁、及び中間梁と前記第２の固定端梁の各々の両端部どうしを連結するように配されて、ピン結合される対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材とにより構成され、
前記第１の固定端梁、第２の固定端梁及び中間梁が、同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されるとともに、第１の連結材どうし、及び第２の連結材どうしも、各々同一の形状及び同一の部材長を有する剛性に優れた棒状部材により構成されて、
隣り合う第１の連結材及び第２の連結材が、連続する同一線分を形成することなく配置され、
前記第１の固定端梁、第２の固定端梁、中間梁、対をなす第１の連結材、及び対をなす第２の連結材が、何れも上下フランジ及びウェブを備えたＨ形鋼により構成され、
何れも前記ウェブが、鉛直軸と同軸となるように配置されるとともに、
対をなす第１の連結材と第１の固定端梁及び中間梁、対をなす第２の連結材と第２の固定端梁及び中間梁は、何れも上下フランジ各々でピン結合されることを特徴とするねじれ防止装置。 - 請求項１記載のねじれ防止装置において、
前記中間梁の上面には、長さ方向に移動自在な突部が設けられるとともに、
剛性に優れた板材よりなる補強部材が、前記中間梁と交差し、第１の固定端梁、第２の固定端梁の隣り合う端部どうしを連結するように配されて、第１の連結材及び第２の連結材とともにピン接合されており、
該補強部材が、長さを伸縮自在に構成されるとともに、長さ方向にスリットを設けられて、
該補強部材のスリットに、前記中間梁の突部が嵌合されて、スリットの長さ方向に自在に移動することを特徴とするねじれ防止装置。
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