JP4710039B2 - 柱又は梁と壁との接合部のエネルギー吸収構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物の柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物を柔構造にすると共に、地震等による横揺れを可及的に早期に減衰させるために、これら構造物を制振構造にすることが種々提案されている。
【０００３】
提案されているものとして、構造物の壁に制振装置を配置して、この制振装置により下階壁に対する上階壁の横揺れエネルギーを吸収して、構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させる所謂制震壁がある。
【０００４】
制震壁では、壁厚をそれなりに厚くできる場合には、その設置にそれ程困難がないのであるが、壁厚を厚くし得ない場合等では、設置が困難になる。また、制震壁では、横揺れエネルギーの吸収に対しては好ましいのであるが、化粧壁板内が空洞のようになるために、構造物の強度を低下させる虞がある。
【０００５】
制震壁以外に、地震等による構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させるために、構造物の床スラブと基礎との間に鋼棒ダンパ等のダンパ装置を配する技術も提案されているが、この技術では、床スラブと基礎との間での横揺れエネルギーの吸収であるために、換言すれば、集中型の横揺れエネルギーの吸収であるために、一個あたりにおいて大きなエネルギー吸収能を必要とし、したがって、大型にならざるを得ず、取り扱いなどが面倒になる。
【０００６】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易である、柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造は、一部が、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱又は梁と壁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、この鋼棒を取り囲んで前記空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備している。
【０００８】
第一の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の一部が柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定され、鉛又は粘弾性体が柱又は梁と壁とのうちの他方に形成された空所に充填されてなるために、構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が極めて容易である。
【０００９】
本発明に用いる鉛としては、所望のエネルギー吸収を行わせるために、高純度、例えば純度９９．９％以上のものがよく、一方、粘弾性体としては、エポキシ系高分子材料、シリコーンゲル又は高減衰ゴムからなる粘弾性体を好ましい例として挙げることができる。
【００１０】
本発明の第二の態様のエネルギー吸収構造では、第一の態様のエネルギー吸収構造において、柱又は梁と壁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、鋼棒は、空所を通って、当該穴に摺動自在に装着されている。
【００１１】
第二の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が穴においても摺動自在に支持されて、しかも、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【００１２】
なお、地震における空所での鋼棒の体積変化を吸収するために、加圧、減圧により実質的に体積変化が生じる粘弾性体等を用いてもよい。
【００１３】
本発明の第三の態様のエネルギー吸収構造では、第一又は第二の態様のエネルギー吸収構造において、柱又は梁と壁とのうちの他方に埋め込まれた鋼製の筒体を更に具備しており、筒体内に鉛又は粘弾性体が収容されている。
【００１４】
第三の態様のエネルギー吸収構造によれば、筒体内に鉛又は粘弾性体を収容するために、鉛又は粘弾性体の充填、収容作業が容易となる上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、鉛又は粘弾性体を所定位置に保持できる。筒体としては、円筒状のものに限らず、四角等の角筒状のものであっても、截頭円錐台状又は鼓状等のいずれの形状ものであってもよい。なお、筒体の外周面に凹凸を付して、この凹凸により筒体を、柱と壁とのうちの他方にしっかりと保持させるようにしてもよく、更に、このような凹凸を筒体の内周面にも付すことにより、筒体内において鉛又は粘弾性体の外周面側をしっかりと保持できるために更に好ましい。
【００１５】
本発明の第四の態様のエネルギー吸収構造では、第三の態様のエネルギー吸収構造において、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されている。
【００１６】
第四の態様のエネルギー吸収構造によれば、第三の態様のエネルギー吸収構造と同様に又はそれ以上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、長期に亘って鉛又は粘弾性体を所定位置に保持でき、加えて、第二の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を更に好ましく達成できる。
【００１７】
本発明の第五の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第四のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有している。
【００１８】
第五の態様のエネルギー吸収構造によれば、地震での空所における膨大部の相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて好ましく振動エネルギー吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる。
【００１９】
本発明の第六の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、壁に形成された空所に配されている。
【００２０】
第六の態様のエネルギー吸収構造によれば、壁に空所を形成し、柱又は梁に鋼棒の一端部を固着するために、空所による柱又は梁の強度低下が生じなく、したがって、本発明のエネルギー吸収構造を具備した構造物において、特に強度の高い太い柱又は梁を用いる必要がない。
【００２１】
本発明の第七の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の中間部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、壁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に形成された空所に配されている。
【００２２】
第七の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の中間部をしっかりと固定できて、鋼棒の両端部をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【００２３】
本発明の第八の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱又は梁を貫通した空所に配されている。
【００２４】
第八の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒の中間部が空所に配されているために、第二の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じなく、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【００２５】
本発明の第九の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、空所には鉛が充填されており、本発明の第十の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、空所には粘弾性体が充填されている。
【００２６】
なお、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込んで固定する場合に、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部に、その抜け出しを防止してしっかりと当該一方に固定するための固定用の鍔状の係止部材を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、この係止部材と共に鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を当該一方に埋め込むとよい。
【００２７】
本発明の第十一の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第十のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、異形鋼棒からなる。
【００２８】
第十一の態様のエネルギー吸収構造では、第五の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震での空所における相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて十分な振動エネルギー吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる上に、柱又は梁と壁とのうちの一方への固定をしっかりとできる。
【００２９】
本発明では、柱及び柱間に渡される梁を構成するコンクリートとしては、プレキャスト−プレストレスコンクリート（ＰＣａ−ＰＣ）でも、プレキャスト鉄筋コンクリート（ＰＣａ−ＲＣ）のいずれでもよく、また、壁としては、鉄筋コンクリート（ＲＣ）壁が好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００３１】
図１及び図２において、構造物としての高層事務所ビルの隣接するＰＣａ−ＰＣ製の柱１及び２の側面３、４、５及び６の夫々には、ＰＣａ−ＰＣ製の下階梁７〜１０及び上階梁１１〜１３の夫々がプレストレスを与えられた状態でＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒などのＰＣ鋼材１４を介して互いに圧着されて取付けられている。斯かるプレストレスを与えられた状態でＰＣ鋼材１４を介して柱１及び２の側面３〜６の夫々に梁７〜１３の夫々を圧着して取り付けると、柱１及び２の夫々と梁７〜１３の夫々との接合部を、比較的柔構造であるが強固なものとすることができ、本発明のエネルギー吸収構造との関連で好ましい。なお、ＰＣ鋼材１４を必要に応じて複数本用いてもよいのは勿論である。
【００３２】
本例のエネルギー吸収構造２１は、柱１及び２の夫々並びに梁７〜１３の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の接合部に、縦方向及び横方向においては等間隔に複数個、また、柱１及び２の夫々の回りにおいては８個毎組（特に図２参照）になって配されており、梁７〜１３の夫々には、その上下面３５及び３６において２個毎組になって配されており、いずれのエネルギー吸収構造２１も同様に形成されているので、柱１と、柱１の側面５に側面３７が当接した壁２３との間の一つのエネルギー吸収構造２１について詳述する。
【００３３】
なお、エネルギー吸収構造２１を、本例のように、柱１及び２の夫々並びに梁７〜１３の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の全ての接合部に設けてもよいが、柱１及び２の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の接合部のみに若しくは梁７〜１３の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の接合部のみに少なくとも一個を、又は柱１及び２の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の接合部に少なくとも一個を、梁７〜１３の夫々と壁２３〜３４の夫々との間の接合部に少なくとも一個を夫々設けてもよい。
【００３４】
柱１と壁２３との間の一つのエネルギー吸収構造２１は、一部としての一端部４１が、角柱状の柱１と壁２３とのうちの一方、本例では柱１に埋め込まれて固定されていると共に、一端部４１から柱１と壁２３とのうちの他方、本例では壁２３に向かって突出して、当該壁２３に形成された空所としての円柱状の凹所４２に、壁２３と隙間をもって配された丸棒からなる鋼棒４３と、鋼棒４３を取り囲んで凹所４２に密に充填された鉛４４とを具備している。本例では、鋼棒４３の他端部４５は、凹所４２の中間に位置しており、したがって、鋼棒４３は、柱１に片持ち支持されている。なお、鋼棒４３としては、丸棒に代えて、異形鋼棒であってもよい。
【００３５】
柱１と壁２３との間の接合部のエネルギー吸収構造２１では、地震により水平方向Ｈ１の振動が生じて柱１が撓んで傾くと共に、壁２３が水平方向Ｈ１に振動すると、柱１の側面５と側面５に当接する壁２３の側面３７との間に滑り変位が生じて、これにより鋼棒４３が凹所４２において壁２３に対して相対的に変位し、この変位により鉛４４に塑性流動を生じさせ、鉛４４の塑性流動により柱１の壁２３に対する相対的な振動エネルギーが吸収されることになる。梁と壁との間の接合部のエネルギー吸収構造２１も、梁の水平方向Ｈ１の振動で上記と同様に動作する。
【００３６】
そしてエネルギー吸収構造２１では、柱１及び２並びに梁７〜１３の夫々と壁２３〜３４との間に配されるものであるために、高層事務所ビル等の構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、高層事務所ビルの全体に分散して配置でき、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、柱１及び２並びに梁７〜１３と壁２３〜３４との形成と共に形成し得るために、その設置が容易であり、更に、壁２３〜３４に各凹所４２を形成し、柱１及び２並びに梁７〜１３に各鋼棒４３の一端部４１を固着するために、凹所４２による柱１及び２並びに梁７〜１３の強度低下が生じなく、したがって、エネルギー吸収構造２１を具備した高層事務所ビル等の構造物において、特に強度の高い太い柱１及び２並びに梁７〜１３を用いる必要がない。
【００３７】
エネルギー吸収構造２１では、壁２３〜３４に形成された各凹所４２にそのまま鉛４４を充填、収容したが、図３に示すように、壁２３に鋼製の円筒状の筒体５１を埋め込み、空所としての筒体５１の内部５２に鉛４４を収容してもよい。このように、筒体５１に鉛４４を収容すると、鉛４４の設置作業が容易となる上に、鉛４４の壁２３への散逸を防ぐことができ、鉛４４を所定位置に保持できる。本例では、筒体５１の外周面５３には、複数の環状の凹凸５４及び５５が付されており、凹凸５４及び５５により筒体５１は壁２３にしっかりと固定されるようになっている。
【００３８】
また、図３に示すように、鋼棒４３の他端部４５を、壁２３に形成された丸穴５７に摺動自在に装着してもよく、このようにすると、鋼棒４３が両端で支持されることになり、しかも、地震において内部５２での鋼棒４３の体積変化が生じないために、鋼棒４３の水平方向Ｈ１の相対的振動において、内部５２に密に充填された鉛４４に確実に塑性流動を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。図３に示す筒体５１の両端は、蓋部材であるゴム板等の弾性体５８及び５９で閉塞されており、鋼棒４３は、弾性体５８及び５９を摺動自在に貫通して配されている。斯かる構成では、鉛４４の漏出を更に確実に防止できる上に、鉛４４に圧力を加え易く、加えて、弾性体５８及び５９の弾性変形により、壁２３に対する鋼棒４３の鉛直方向（縦方向）Ｖの相対変動が容易となり、好ましい。
【００３９】
更に図３に示すように、鋼棒４３において、鉛４４に取り囲まれた部位に膨大部６０を形成して、壁２３に対する鋼棒４３の水平方向Ｈ１の相対的振動において、鉛４４に大きな塑性流動抵抗を生じさせ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に行わせるようにしてもよい。
【００４０】
なお、図３に示すように、鋼棒４３の一端部４１に、鍔状の係止部材６１を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、鋼棒４３の一端部４１の柱１からの抜け出しを防止して、鋼棒４３の一端部４１が柱１にしっかりと固定されるようにしてもよい。
【００４１】
上記では、柱１及び２の各側面及び梁７〜１３の上下面に独立な鋼棒４３を設けて各エネルギー吸収構造２１を形成したが、これに代えて、図４及び図５に示すように、鋼棒４３の一部としての中間部６５を柱１に埋め込んで、当該柱１に鋼棒４３を固着し、鋼棒４３の一端部４１を、側面５に対向する側面３側の壁２４に形成された凹所４２に配し、鋼棒４３の他端部４５を、側面３側の壁２４との間で柱１を挟む隣接壁である側面５の壁２３に形成された凹所４２に配して、一つの鋼棒４３を二つのエネルギー吸収構造２１に共用してもよい。なお、一つの鋼棒４３を二つのエネルギー吸収構造２１に共用する場合、柱１と壁３３との接合部及び柱１と壁３４との接合部におけるエネルギー吸収構造２１は、図４及び図６に示すように、柱１の縦方向において、柱１と壁２４との接合部及び柱１と壁２３との接合部におけるエネルギー吸収構造２１の配置位置と異なる位置に、これらと同様にして形成される。
【００４２】
図４、図５及び図６に示すエネルギー吸収構造２１では、鋼棒４３の中間部６５をしっかりと固定できて、鋼棒４３の両端部４１及び４５をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【００４３】
図１及び図２並びに図４、図５及び図６に示すエネルギー吸収構造２１では、鋼棒４３を片持ち支持させているが、これに代えて、図７及び図８に示すように鋼棒４３を両持ち支持してエネルギー吸収構造２１を構成してもよい。
【００４４】
すなわち、図７に示す柱１と壁３３との接合部及び柱１と壁２３及び２４との接合部における各エネルギー吸収構造２１では、鋼棒４３の一端部４１は、柱１の側面３側の壁２４に埋め込まれて固着され、鋼棒４３の他端部４５は、柱１の側面３側の壁２４との間で柱１を挟む隣接壁２３に埋め込まれて固着されて、鋼棒４３の中間部６５は、柱１を貫通した空所としての貫通孔７１に配されており、貫通孔７１に鉛４４が密に充填、収容されている。図８に示す柱１と壁３３及び３４との接合部におけるエネルギー吸収構造２１も、柱１の縦方向における異なる位置で同様に形成されている。
【００４５】
図７及び図８に示すエネルギー吸収構造２１では、鋼棒４３が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒４３の中間部６５が貫通孔７１に配されているために、上記と同様に、地震において貫通孔７１での鋼棒４３の体積変化が生じなく、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【００４６】
以上の例では、凹所４２、内部５２又は貫通孔７１に鉛４４を充填したが、鉛４４に代えて粘弾性体を凹所４２、内部５２又は貫通孔７１に充填、収容してもよいのである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易である、柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態の一例の断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態の他の例の断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の断面図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４に示すＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の図５に相当する断面図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の図６に相当する断面図である。
【符号の説明】
１ 柱
２１ エネルギー吸収構造
２３ 壁
４１ 一端部
４２ 凹所
４３ 鋼棒
４４ 鉛

Claims (8)

1. 柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造であって、一部が、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱又は梁と壁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、柱又は梁と壁とのうちの他方に埋め込まれていると共に内部に前記空所を形成している鋼製の筒体と、鋼棒を取り囲んで前記筒体内の空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備しており、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されており、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有しており、柱又は梁と壁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、一方では、筒体の一端を閉塞した一方の弾性体を貫通した鋼棒は、他方では、筒体の内部に形成された空所、この空所に充填されていると共に当該鋼棒の膨大部を取り囲んだ鉛又は粘弾性体及び筒体の他端を閉塞した他方の弾性体を貫通して、当該穴に摺動自在に装着されているエネルギー吸収構造。
2. 鋼棒の一端部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、壁に形成された空所に配されている請求項１に記載のエネルギー吸収構造。
3. 鋼棒の中間部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、壁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に形成された空所に配されている請求項１に記載のエネルギー吸収構造。
4. 鋼棒の一端部は壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱又は梁を貫通した空所に配されている請求項１に記載のエネルギー吸収構造。
5. 空所には鉛が充填されている請求項１から４のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
6. 空所には粘弾性体が充填されている請求項１から４のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
7. 鋼棒は、異形鋼棒からなる請求項１から６のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造を具備した高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物。

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