JP4529564B2 - 吊り天井の耐震構造 - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルームや事務所等の天井として用いられる、上部構造から吊下げ部材を介して吊り下げ支持された吊り天井の耐震構造に関するものである。

従来より、クリーンルーム等に使用される吊り天井として、例えば図８に示すように、複数本のフレームを格子状に組みたてるとともに当該格子内にパネルを嵌め込んで天井２０を構成し、これを上端部２１ａが上部構造２２にピン接合された丸棒等からなる吊下げ部材２１によって吊り下げた振り子型吊設構造のシステム天井が知られている。

このシステム天井によれば、予め天井２０のフレームにファンフィルターユニット、照明器具、電源線あるいは制御線等の設備機器を取り付けて、これらを一体的に施工することができるとともに、上記設備機器の増設等も容易に行うことができるという利点がある反面で、一般の天井構造よりも上部構造２２からの天井２０の吊り長さが大きくなるうえに、当該天井２０には、重量が嵩む各種の上記設備機器が取り付けられているために、何等かの耐震手段を講じる必要がある。

そこで、上記振り子型吊設構造のシステム天井においては、吊下げ部材２１間にブレース２３をそれぞれ配することによって、耐震性を高めている。
しかしながら、上記振り子型の吊設構造は、中小の地震時には吊下げ部材２１に作用する水平力を許容値以下に抑えることが可能になるものの、大地震時にはブレース２３および吊下げ部材２１が早期に座屈を起こし、この結果天井２０が振り子のように揺れて壁面等に衝突し、大きな被害を生じるおそれがあった。

このため、図９に示すように、吊下げ部材２１間に、パイプ材等を用ることにより剛性や耐力を高めた吊下げ部材２５を設けることにより、大地震に対して吊下げ部材２５により他の部材２１、２３の座屈を防止するようにした吊設構造が知られている。すなわち、この吊設構造によれば、大きな地震力に対しても剛性の高い吊下げ部材２５が弾性域で変形するために、上記振り子型の吊設構造のように、吊下げ部材２１やブレース２３が座屈して、天井２０が振り子のように揺れることにより壁面等に衝突することを防止することが可能になる。

ところが、図９に示す吊り天井においては、地震が大きくなるにしたがって天井２０に作用する水平力も大きくなるため、大地震時にはシステム天井自体が耐えられずに、天井２０を構成するフレームの継ぎ手部分が破断したり、フレームに取り付けた設備機器やパネル等が脱落したりするおそれがあった。

そこで、本発明者等は、上記課題を解決すべく、先に下記特許文献１に示すような耐震構造を有する吊り天井の吊設構造を提案した。
この吊り天井の耐震構造は、図１０に示すように、上部構造２２から天井２０を吊り下げる吊下げ部材として、丸棒等からなる上記吊下げ部材２１とともに、さらに上端部２７ａが躯体２２に剛接合されるとともに、下端部２７ｂが天井２０に連結され、地震時に天井２０が水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮する履歴減衰部材２７を用いたものである。

図１０に示す吊り天井の耐震構造によれば、地震時に履歴減衰部材２７が履歴減衰効果を発揮することにより、その履歴ループ内の面積に相当する地震エネルギーが吸収されることになるので、地震時に天井２０に作用する水平力および天井２０の水平方向変位をそれぞれ低減することができるという利点がある。
特開２００３−３０６９９０公報

しかしながら、図９または図１０に示した従来の吊り天井の耐震構造にあっては、吊下げ部材を設置すべき位置の上方に、剛性や耐力を高めた吊下げ部材２５や履歴減衰部材２７を固定するに適当な上部構造躯体が存在するとは限らない。このため、これら吊下げ部材２５や履歴減衰部材２７を設置する位置が制約されてしまうという問題点がある。

また、丸棒等によって構成された吊下げ部材２１が、天井２０の上下方向の変位を拘束しないのに対して、上記吊下げ部材２５や履歴減衰部材２７は、上下方向の変位を拘束するために、地震時の天井２０に面外方向における動きが局所的に異なってしまい、この結果、天井２０を構成するパネルの落下等を招くおそれがある。加えて、上記天井２０を構成するフレームには、面外方向への曲げモーメントが作用することになるために、当該フレームの損傷を防ぐために、別途曲げ補強を施す必要もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、吊下げ部材の位置に拘わらず、上部構造に対応した最適位置に履歴減衰部材を設けることができ、よって効果的に地震時における天井の振れ幅を許容値以下に抑えることができるとともに、地震時に、天井に面外方向への曲げモーメントが作用することがない、吊り天井の耐震構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、上部構造から吊下げ部材を介して天井を吊り下げ支持するとともに、上記上部構造と上記天井との間に、上記吊下げ部材とは別体の履歴減衰部材を介装してなり、かつ上記履歴減衰部材は、上端部が上記上部構造に剛接合されるとともに、上記天井に連結部材が固定され、かつ上記履歴減衰部材の下端部および上記連結部材のいずれか一方が他方内に挿入されることにより、上記下端部が上記天井に、当該天井に対して上下方向に相対変位可能であって、かつ上記天井が地震時に水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮するように連結されていることを特徴とするものである。

ここで、「吊下げ部材を上部構造に剛接合する」とは、想定される地震力（水平力）が天井に作用したときに吊下げ部材を弾塑性変形させるに十分な剛性によって、両者を接合することを云う。その接合構造としては、例えば吊下げ部材の上端部にベースプレートを設け、このベースプレートを上部構造にアンカーボルトで緊結するとともに、ベースプレートと吊下げ部材との入隅部にリブプレートを取り付けることによって、吊下げ部材の上端部を上部構造に剛接合する構造や、吊下げ部材の上端部を上部構造に接合し、当該吊下げ部材の中途部から上部構造に向けて斜材を架設することにより、吊下げ部材を全体として上部構造に剛接合する構造などが好適である。

また、「履歴減衰部材の下端部を、天井に上下方向に相対変位可能であって、かつ上記天井が地震時に水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮するように連結する」とは、想定される地震力（水平力）が天井に作用したときに、当該水平力が履歴減衰部材の下端部に伝達されて履歴減衰部材を弾塑性変形させるとともに、上下方向については天井の自由な移動を拘束しないように連結することを云う。

このような連結構造としては、例えば請求項２に記載の発明のように、履歴減衰部材の下端部を管状部材によって形成し、上記天井側に、外法が上記管状部材の内法よりも小さい連結部材、または内法が上記管状部材の外法よりも大きい連結部材を固定し、上記管状部材の下端部に上記連結部材を挿入し、または上記管状部材の下端部を上記連結部材に挿入する構造が挙げられる。

この際に、請求項３に記載の発明は、上記履歴減衰部材の下端部と上記連結部材との間に、衝撃緩衝部材が介装されていることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、上部構造と天井との間に、吊下げ部材とは別体の履歴減衰部材を介装しているので、吊下げ部材を設けるべき位置の如何に拘わらず、上部構造に対応した取り付け易い最適位置に履歴減衰部材を設けることができ、よって設計の自由度が増す。そして、地震時に履歴減衰部材が履歴減衰効果を発揮することにより、その履歴ループ内の面積に相当する地震エネルギーが吸収されることとなるので、地震時に天井に作用する水平力および天井の水平方向変位をそれぞれ低減することができる。

加えて、上記履歴減衰部材を、上記天井に対して上下方向に相対変位可能に設けているので、地震時に吊下げ部材が天井の上下動を許容しても、履歴減衰部材を上記天井の上下動に追従させることができ、よって天井に局部的な曲げ応力が作用してパネルが落下する等の弊害を生じることもない。

さらに、請求項２に記載の発明によれば、構造が簡易であるとともに、天井に対する上下方向の相対変位を可能としつつ、かつ水平方向の全方向に対して、天井に作用する地震力（水平力）を確実に履歴減衰部材に伝達して、履歴減衰効果を発揮させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、上記履歴減衰部材の下端部と上記連結部材との間に介装した衝撃緩衝部材によって、履歴減衰部材の下端部と連結部材との間のガタを無くすことができる。ここで、上記緩衝部材としては、例えばゴムが好適であり、当該ゴムの硬度としては、地震時に履歴減衰部材が弾塑性変形する際に、両者の傾きが１／１０以下に納まるように設定するのが好ましい。

（第１の実施形態）
図１〜図４は、本発明に係る吊り天井の耐震構造の第１の実施形態を示すものであり、図中符号１が天井である。
この天井１は、複数本のフレームを格子状に組みたて、この格子内にパネルを嵌め込んで構成されたもので、上下端部２ａ、２ｂがピン接合された丸棒等からなる吊下げ部材２によって上部構造の例えば梁３から吊り下げ支持されている。

そして、この吊り天井の耐震構造においては、梁３と天井１との間の所定箇所には、吊下げ部材２とは別体の履歴減衰部材４が介装されている。
この履歴減衰部材４は、その上端部４ａが梁３に剛接合されるとともに、下端部４ｂが天井１に上下方向に相対変位可能であって、かつ上記天井が地震時に水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮するように連結されている。

すなわち、この履歴減衰部材４は、下端部４ｂに連結した天井１が地震時に水平方向へ大きく変位した際に弾塑性変形して履歴減衰効果を発揮する角型鋼管（靭性部材）からなるもので、上端部４ａには、矩形状のベースプレート５が一体に設けられている。ここで、このベースプレート５と履歴減衰部材４との入隅部分には、直交する方向に複数のリブプレート６が取り付けられている。これらリブプレート６は、水平面内で互いに直交する２方向から履歴減衰部材４を挟むようにそれぞれ対向配置されている。

そして、ベースプレート５は、高力ボルト７または中ボルトによって、梁３のフランジに緊結されることにより、履歴減衰部材４の上端部４ａが梁３に剛接合されている。
他方、履歴減衰部材４の下端部４ｂに位置する天井１には、連結部材８が固定されている。

この連結部材８は、図４に示すように、多数のボルト８ｃによって天井１に固定された矩形状のベースプレート８ａと、このベースプレート８ａに一体的に接合された角型鋼管からなる連結管８ｂとから構成されたもので、連結管８ｂの外周における各辺の寸法は、履歴減衰部材４の内周における各辺の寸法よりも短く設定されている。そして、履歴減衰部材４の下端部４ｂ内に、連結部材８の連結管８ｂが緩く挿入されている。

また、連結管８ｂの外周と履歴減衰部材４の内壁との間には、所定の硬度を有するゴム（緩衝部材）９が介装されている。ここで、ゴム９は、地震時に履歴減衰部材が弾塑性変形する際に、両者の傾きが１／１０以下に納まるような硬度に設定されている。

（第２の実施形態）
図５〜図７は、本発明に係る吊り天井の耐震構造の第２の実施形態を示すものであり、図１〜図４に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この吊り天井の耐震構造においては、梁３と天井１との間の所定箇所に、吊下げ部材２とは別体の履歴減衰部材１１が介装されている。この履歴減衰部材１１は、天井１が地震時に水平方向へ大きく変位した際に弾塑性変形して履歴減衰効果を発揮する丸型鋼管（靭性部材）からなるもので、上端部１１ａに矩形状のベースプレート１２が一体に設けられている。

そして、ベースプレート１２が、高力ボルト１３または中ボルトによって、梁３のフランジに緊結されるとともに、履歴減衰部材１１の上部から梁３に向けて複数の斜材１４が架設されることによって、履歴減衰部材１１が全体として梁３に剛接合されている。

すなわち、履歴減衰部材１１の上部には、各斜材１４の取付プレート１５が履歴減衰部材１１の外周面から梁間方向および桁行方向に延出するように取り付けられている。そして、各取付プレート１５にボルト穴が穿設されるとともに、これらボルト穴から斜材１５の下端部に穿設されたボルト穴を通して中ボルト１６が挿通され、ナットで締め付けられることにより、斜材１４の下端部が取付プレート１５に連結されている。

他方、梁３の下面に沿ってブラケット１７が固定され、このブラケット１７に斜材１４の上端部が中ボルト１６によって連結されている。
また、履歴減衰部材１１の下端部１１ｂに位置する天井１には、連結部材１８が固定されている。

この連結部材１８は、図７に示すように、多数のボルト１８ｃによって天井１に固定された矩形状のベースプレート１８ａと、このベースプレート１８ａに一体的に接合された丸型鋼管からなる連結管１８ｂとから構成されたもので、連結管１８ｂの外径は、履歴減衰部材１１の内径よりも小さく設定されている。そして、履歴減衰部材１１の下端部１１内に、連結部材１８の連結管１８ｂが緩く挿入されている。

さらに、本実施形態においても、連結管１８ｂの外周と履歴減衰部材１１の内壁との間には、地震時に履歴減衰部材１１が弾塑性変形する際に、連結管１８ｂに対する傾きが１／１０以下に納まるような硬度に設定たゴム（緩衝部材）１９が介装されている。

以上の第１および第２の実施形態に示した吊り天井の制振構造によれば、上部構造の梁３と天井１との間に、吊下げ部材２とは別体の履歴減衰部材４、１１を介装しているので、吊下げ部材２を設けるべき位置の如何に拘わらず、上部構造に対応した取り付け易い最適位置に履歴減衰部材４、１１を設けることができ、設計の自由度が増す。また、地震時に履歴減衰部材４、１１が履歴減衰効果を発揮することにより、地震時に天井１に作用する水平力および天井の水平方向変位をそれぞれ低減することができる。

また、履歴減衰部材４、１１を、連結部材８、１８を介して天井１に対し上下方向に相対変位可能に設けているので、地震時に吊下げ部材２が天井１の上下動を許容した場合においても、履歴減衰部材４、１１が連結部材８、１８に対して相対的に上下動することにより、天井１の上下動に追従させることができる。この結果、天井１に局部的な曲げ応力が作用してパネルが落下する等の弊害を生じることもない。
さらに、履歴減衰部材４、１１の下端部４ｂ、１１ｂと連結部材８、１８との間隙にゴム９、１９を介装しているので、両者間のガタを無くすこともできる。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、履歴減衰部材４、１１として、角型鋼管または丸型鋼管を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、地震時に天井１が水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮する部材であれば、他の断面形状の鋼管や、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、鋳鋼等であってもよい。

また、履歴減衰部材４、１１の上端部４ａ、１１ａを剛接合する上部構造についても、上述した梁３に限るものではなく、これら履歴減衰部材４、１１を剛接合して充分な履歴減衰効果を発揮させ得るものであれば、鉄筋コンクリート梁や床スラブ等であってもよい。

さらに、上記実施の形態においては、いずれも履歴減衰部材４、１１の下端部４ｂ、１１ｂに、連結管８ｂ、１８ｂを挿入することにより相対的に上下動自在に設けたが、逆に、履歴減衰部材４、１１の下端部４ｂ、１１ｂを、連結管８ｂ、１８ｂに挿入するようにしてもよい。また、これら履歴減衰部材４、１１についても、その全長に亘って単一の材料により形成する必要はなく、本体部と下端部とを異なる材質によって形成することも可能である。

本発明に係る吊り天井の耐震構造の第１の実施形態を示す正面図である。 図１の履歴減衰部材を示す正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線視断面図である。 図２の連結部材を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の第２の実施形態における履歴減衰部材を示す正面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線視断面図である。 図５の連結部材を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 従来の吊り天井の耐震構造を示す正面図である。 従来の他の吊り天井の耐震構造を示す正面図である。 本発明者等が先に提案した吊り天井の耐震構造を示す正面図である。

符号の説明

１ 天井
２ 吊下げ部材
３ 梁（上部構造）
４、１１ 履歴減衰部材
４ａ、１１ａ 上端部
４ｂ、１１ｂ 下端部
８、１８ 連結部材
８ａ、１８ａ ベースプレート
８ｂ、１８ｂ 連結管
９、１９ ゴム（緩衝部材）

Claims (3)

1. 上部構造から吊下げ部材を介して天井を吊り下げ支持するとともに、上記上部構造と上記天井との間に、上記吊下げ部材とは別体の履歴減衰部材を介装してなり、
   かつ上記履歴減衰部材は、上端部が上記上部構造に剛接合されるとともに、上記天井に連結部材が固定され、かつ上記履歴減衰部材の下端部および上記連結部材のいずれか一方が他方内に挿入されることにより、上記下端部が上記天井に、当該天井に対して上下方向に相対変位可能であって、かつ上記天井が地震時に水平方向へ変位した際に履歴減衰効果を発揮するように連結されていることを特徴とする吊り天井の耐震構造。
2. 上記履歴減衰部材は、上記下端部が管状部材によって形成されるとともに、上記天井側に、外法が上記管状部材の内法よりも小さい連結部材、または内法が上記管状部材の外法よりも大きい連結部材を固定し、上記管状部材の下端部に上記連結部材が挿入され、または上記管状部材の下端部が上記連結部材に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の吊り天井の耐震構造。
3. 上記履歴減衰部材の下端部と上記連結部材との間には、衝撃緩衝部材が介装されていることを特徴とする請求項２に記載の吊り天井の耐震構造。

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