JP4023547B2 - 制振構造物 - Google Patents

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本発明は、剛性体を建築物の内部に設けて制振作用を発揮させる構造物に関する。
建築物の耐震性を向上させるために免震装置を設置し、建築物の固有振動周期を長周期化して建築物に作用する地震力を低減させることがおこなわれている。
本出願人は、剛性体の頂部を構造物の構造部材に固定し、剛性体の基部をフリーな状態で移動可能とし、地震等の外力が構造物に作用したときに剛性体が揺動することにより、建築物に作用する地震力を減衰させる制振構造物を特許文献1(特開2003−138783号公報)で提案した。
特開2003−138783号公報 特開平7−310455号公報
特許文献1に開示された制振構造物は、図6に示すように、剛性体の頂部が建物の構造部材に固定してあり、剛性体の基部は固定されておらずフリーな状態で移動可能であり、剛性体が揺動するように取り付けてあり、建物と剛性体の固有振動周期を異ならせることにより、建物に作用する地震力を減衰させる制振構造物である。地震力が建物に作用して建物が振動すると、剛性体もそれに伴って振動を開始するが、剛性体は、建物とは異なる固有振動周期を有しており、また、剛性体の基部はフリーな状態であるので、建物の振動とは同調せずに建物とは逆方向に振動し、結果的に建物の振動を抑制して地震動に対して建物の安全性が確保されている。
本発明は、剛性体の剛性を高めることによって制振効果を高めると共に、剛性体をユニット化してコンパクト化し、剛性体の施工を容易にすると共にコストの低減を図ったものである。
剛性体の頂部及び基部が建物の構造部材に固定してあり、剛性体は分割されて分割体同士が可動に連結されたものであり、地震動などによって可動部を有する剛性体が揺動することによって建物に作用する地震力を減衰させるものである。
地震力が構造物である建物に作用して建物が振動すると、剛性体もそれに伴って振動を開始するが、剛性体は分割された分割体が可動部を介して連結されており、建物とは異なる固有振動周期を有しているので、建物の振動とは同調せずに建物とは逆方向に振動し、結果的に建物の振動を抑制している。また、分割体を連結する可動部において振動エネルギーが吸収されて、建物の振動が抑制されるものであり、地震動に対して建物の安全性が確保される。
剛性体は、鋼やコンクリート充填鋼管構造(CFT)などの剛性が大きく、ある程度の重量を有するものであればよく、材質を特に限定されず、木製であってもよい。また、断面形状は正方形、円形、楕円など適宜にデザインすることが可能である。
剛性体の建築物平面における設置位置は、建築物の幾何学的重心に配設するのが好ましいが、この場所に限定されるものでなく、建築物のプランや構造型式に応じて最適な位置に設置する。
剛性体は、基本的に基礎または1階の床面から建築物頂部までの高さを有するものであるが、地下階がある場合は、剛性体を地下階にまで延ばしてもよく、また、地上面の床面までで止めておいてもよい。
また、剛性体は、建物頂部から基礎までの全高に渡って設ける必要はなく、屋根裏から途中の階の床面までとしたり、基礎から途中の階までの高さとすることもできるのであり、剛性体の固有振動周期や重量及び建物の固有振動周期を考慮して剛性体の高さを設計する。
剛性体を構成するユニットの分割体は、鋼製の金具で相互に可動状態で連結されており、鋼製金具と粘弾性体を組合わせることにより、分割体相互の相対運動を粘弾性体で吸収し、地震等による振動エネルギーを吸収して建物本体の振動を抑制する。
更に、剛性体を基礎面または床面に設けた滑り支承やローラ支承の可動支承で支持することによって、剛性体の基部をフリーとすることもできる。
剛性体1の振動の振幅が大きくなって剛性体が収納体に衝突するのを防止するのと振動を速やかに減衰させるためにダンパーや、剛性体の運動を拘束する拘束体を剛性体と収納体の間に設置する。
実施例1
図1の立面図に示す建物は、3階建ての木造建築物である。建物10の平面は長方形であり、剛性体1は、建物10の短辺の中央に位置するように設置してある。長辺方向については、間取りの関係から中央よりずれた位置に設置してあるが、制振効果において差異は生じることはなく、剛性体1は、基礎3から屋根4まで延びる壁5で囲まれたほぼ正方形の空間内に設置されている。図2に示すように、正方形の空間の一辺には、扉51が設けてあり、空間内にアクセスすることができる。
剛性体1は、図3及び図4に示すように、鋼材を溶接またはボルトで固定した枠体状の鋼製フレーム12に構造用合板13を固定して箱体としたものであり、一側面には合板13を貼らずに、開放して内部スペースが利用できるようにしてある。この実施例においては剛性体の断面形状は矩形であるが、断面円形の鋼管などを使用してもよく、他の断面形状にしても制振性能について異なるところはない。
剛性体1は、階高の中間位置で分割してあり、分割体同士は、連結金具6によって相互に可動連結してある。図4に連結金具の詳細が示されており、上に位置する分割体の底部にはアングル60が鋼製フレーム12に対向配置して溶接してあり、チャンネル61がアングルにボルトで固定してあり、基台を形成している。下側の分割体の天井には、金属製のソール62がフレーム12にボルト固定してあり、その上に厚さ5mmから10mm程度の粘弾性体7(住友3M社製ISD112)が接着剤で固定してあり、粘弾性体7の上に、上側の分割体の金具6が載せてある。
剛性体1の頂部は、建物10の天井梁2にスチールプレートからなる添接板8を介してボルトで固定してある。また、剛性体の中間部の梁2または床に位置する部分は、頂部と同様に添接板8を介して梁2等の構造部材に固定してある。
また、必要に応じて剛性体1と剛性体1を収容する空間を区画する壁5との間に剛性体の振動(揺動)を減衰させるための油圧シリンダーや弾性材からなるダンパー部材(図示しない)が設置してあり、地震時に剛性体1の過大な揺れを抑制し、壁5に衝撃を与えるのを防止する。このダンパー部材は、剛性体1の振れが大きくなると予測される部分に適宜設置する。
地震時には、建物に作用した地震力が剛性体1に伝達され、剛性体1が振動するが、建物10の固有振動数と異なる振動数で剛性体が振動するので、建物10の振動が抑制されると共に、分割体の連結部に設けた粘弾性体7によって振動が抑制される。
実施例2
図5は、実施例1と同様に木造3階建ての建物10に本発明を適用した例である。1階から3階まで連続する剛性体とせずに、2階の天井部を剛性体1の頂部として固定したものである。
剛性体の頂部及び基部を構造部材に固定し、剛性体を分割して分割体相互を可動に連結することにより、地震時には建築物に対して異なる固有振動周期で振り子状に振動応答する構造として、建築物の振動を抑制することができ、簡単な構造でかつ低コストで大きな制振効果が得られる。
剛性体を分割することによって剛性体の剛性が大きくなり、制振効果が向上する。また、剛性体を分割することによって単位分割体が小さくなることにより運搬、設置が容易になると共に、剛性体の振幅が小さくなるので、剛性体を収容する空間を小さくすることができ、制振装置によって占有される面積を小さくすることができる。
分割することにより各階別位置でもよいため、プランニングの自由度が向上する。
制振構造物の断面図。 剛性体とそれを収容する空間の平面図。 剛性体の詳細図。 連結部の詳細図。 剛性体を2階までとした構造物の断面図。 従来の制振構造物の立面断面図。
符号の説明
1 剛性体
2 梁(床)
3 基礎
4 屋根
5 壁
6 連結金具
7 粘弾性体
8 添接板

Claims (2)

  1. 構造物内部の構造部材に、複数の中空剛性体を連結した連結体の頂部及び基部が固定してあり、中空剛性体は相互に粘弾性体を介して可動に連結してあり、中空剛性体は構造物内部に設けた壁で仕切られた中空剛性体より僅かに大きな空間内に配置されており、中空剛性体の一側面が開放してあって収納庫として利用可能であり、中空剛性体の開放面に対応する位置の中空剛性体を囲む壁に開口が設けてある制振構造物。
  2. 請求項1において、中空剛性体と壁との間にダンパー部材が設けてある制振構造物。
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