JP4846424B2 - 構造物の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の架構面を有する構造物の制振構造に関し、特に地震時において発生する構造物の応答を効果的に低減する際に好適な構造物の制振構造に関する。

地震時に予想される構造物の応答は、発生した地震のモードや強さ、震源地の方向等によって異なる。このため、例えば、水平方向に振動する地震に対する不安定挙動や、上下振動に対する応答を定量的に予測し、これを効果的に低減する試みが従来より行われてきている。

オフィスビルやプラント建家等、内部に空間を確保する必要がある建物において、妻面架構をブレース構造とし、中間架構をラーメン構造とする場合がある。これらの建物において上記の耐震性を確保するために、例えば、構造物の柱や梁等の主要部材を大断面化する方法が提案されている。この方法では、構造物の変形量を十分低減させることができるが、この大断面化のためにコストが大幅に増加してしまうという問題点がある。

また床面や小屋面に水平ブレースまたはスラブを配置し、この水平ブレースまたはスラブを介して妻面架構へと力を流す方法も提案されている。この方法では構造物の変形量を十分に低減させることができるが、高剛性の水平ブレースまたはスラブを用い、かつ妻面架構には高剛性の鉛直ブレースを用いなければならず、このために構造物の重量増が避けられず、結果として施工コストが増加してしまうという問題点がある。

あるいは特許文献１のように、床面にスラブを配置し、妻面架構へと力を流し、妻面架構に制震鉛直ブレースを配置し、制震鉛直ブレースの効果により妻面架構で地震エネルギーを吸収して、構造物の変形量を低減させる方法があるが、高剛性のスラブを用いなければならず、このために構造物の重量増が避けられず、結果として施工コストが増加してしまうという問題点がある。
特開２００４−２２５３４７号公報

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、地震時において発生する構造物の応答を、安価にしかも効果的に低減することが可能な構造物の制振構造を提供することにある。

本発明は、架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするとともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることにより、中間架構の剛性よりも妻面架構の剛性を高くし、その結果、地震等が発生した場合には、妻面架構の変形よりも中間架構の変形が大きくなることで、妻面架構の梁、中間架構の梁、およびつなぎ梁によって構成される矩形が平行四辺形に変形する点に着目し、床面または小屋面に配置される水平ブレースを履歴ダンパーで構成することにより、地震時における応答の低減を図ることとした。

即ち、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、上記妻面架構と中間架構を水平に連結する床面に水平ブレースを配置し、上記床面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

また、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、上記妻面架構と中間架構を水平に連結する小屋面に水平ブレースを配置し、上記小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

また、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、上記妻面架構と中間架構を水平に連結する床面と小屋面に水平ブレースを配置し、上記床面と小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

また、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する床面に水平ブレースを配置し、上記床面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

また、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する小屋面に水平ブレースを配置し、上記小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

また、本発明に係る構造物の制振構造は、複数の架構面を有する構造物の制振構造において、上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架構の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する床面及び小屋面に水平ブレースを配置し、上記床面及び小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、地震による床面の変形に対して先ずブレースを塑性変形させることにより、柱と梁の塑性変形を抑制することができる。そして、このブレースの塑性変形を介して地震によるエネルギーを吸収することが可能となる。その結果、柱と梁自体は弾性変形するにとどまり、塑性変形するのを防止することが可能となる。

また本発明では、中間架構において柱と梁の断面を小さくすることができ、妻面架構において鉛直ブレースの断面を小さくすることができ、施工コストを削減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、複数の架構面を有する構造物の制振構造に関し、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る制振構造は、図１に示すように、妻面架構１２と中間架構１３とを有する鉄骨架構構造４に適用される。

妻面架構１２は、鉄骨架構構造４の両端に形成されてなる架構面であり、妻面架構の梁２１がそれぞれ架設されている。また、この妻面架構１２には、軸ブレース２２が配置される。

中間架構１３は、鉄骨架構構造４において妻面架構１２の中間に形成される架構面であり、中間架構の梁２３がそれぞれ架設されている。ちなみに、この中間架構１３は、ブレースを配置しない、いわゆるラーメン構造とされている。

妻面架構１２と中間架構１３との間、また２つの中間架構１３の間には、つなぎ梁２６が架設されている。また妻面架構１２と中間架構１３との間に形成される水平空間、また２つの中間架構１３の間に形成される水平空間には、ブレースが配置される。以下、床面に相当する水平空間において配置されるブレースを、以下床ブレース２４といい、小屋面に相当する水平空間において配置されるブレースを、以下小屋ブレース２５という。

このような構成からなる鉄骨架構構造４においては、中央部分の剛性よりも端部の妻面側の剛性を高くすることが可能となる。

図２(a)は、比較的大きな地震が発生した後の鉄骨架構構造４の平面図である。ブレースが配置されていないラーメン構造の中間架構で構成される従来型の鉄骨架構構造５では、中央部分の変形量と、端部の妻面側の変形量とは、変形差δをもって互いに異なるものとなる。これに対して、本発明を適用した鉄骨架構構造４では、軸ブレース２２が配設された妻面架構１２の梁２１の変形そのものを抑えることが可能となる。

なお、床ブレース２４や小屋ブレース２５は、例えば図３(a)に示す平面図のようにクロス状に配置される場合に限定されるものではなく、図３(b)に示すように、片方のブレースのみで構成されていてもよい。

床ブレース２４の全部又は一部は、例えば特開２００５−４２５３７号公報に記載されている制振ブレースに代表されるものであって、例えば図４に示すように、軸方向に作用する引張力又は圧縮力に対して耐力を発揮する軸力部材５２と、この軸力部材５２の周囲に設けられている拘束部材５３とを有している。軸力部材５２は、この周囲に設けられた拘束部材５３により拘束され、更に、この軸力部材５２と拘束部材５３との間には、両者の付着を防止するための付着防止皮膜５４が形成されている。

軸力部材５２は、所定の大きさ以上の引張力又は圧縮力が負荷された場合に塑性変形してエネルギーを吸収する。この軸力部材５２は、均一な厚さの一枚の鋼板によって形成されており、中央には塑性化部６１が形成されている。この塑性化部６１の両外側には、塑性化部６１よりも幅の広い第１の拡幅部６４が設けられ、さらにその外側に第１の拡幅部６４よりも拡径された第２の拡幅部６５が設けられている。また、軸力部材５２の両端部には補剛リブ５５が設けられている。

このような制振ブレースとして具体化される床ブレース２４の配設例を図５に示す。この床ブレース２４は、梁２１（２３、２６）に溶接されるガセットプレート４１に対して連結ボルト４２により連結される。

図６は、この床ブレース２４に対して負荷される荷重に対する変形量の関係を示している。

床ブレース２４を制振ブレースとしない場合においては、図中で示されるような荷重−変形特性を示し、負荷される荷重と変形量が共に増加してしまう。これに対して、床ブレース２４を制振ブレースとする場合には、図中実線で示されるような荷重−変形特性を示し、床ブレース２４を低い荷重で塑性変形させて地震により構造物に伝わってきたエネルギーを吸収することが可能となる。

即ち、地震による床面の変形に対して先ず床ブレース２４を塑性変形させることにより、中間架構１３の柱と梁の塑性変形を抑制することができる。そして、この床ブレース２４の塑性変形を介して地震によるエネルギーを吸収することが可能となる。その結果、中間架構１３の柱と梁自体は弾性変形するにとどまり、塑性化するのを防止することが可能となる。また、変形量を低減させることも可能となり、床ブレース２４を配置しない場合と比較して、５０％以上低減させることが可能となる。その結果、大地震に対しても倒壊することのない建築構造を実現することが可能となる。

また、この中間架構１３においてブレースの配置を省略した本発明では、ブレースの配設数量を低減させることができ、施工労力、コストを削減することが可能となる。

なお、本発明では、全ての水平空間において床ブレース２４を設ける必要はなく、例えば図７(a)〜(c)に示すように、何れかの水平空間における床ブレース２４の配設の一部を省略するようにしても、上述と同様の効果を得ることができることは勿論である。

即ち、この図７(a)〜(c)の例では、床面に配置される床ブレース２４のうち、妻面架構１２とそれに隣接する中間架構１３の間に配置されている床ブレース２４の全部又は一部に上述の如き制振ブレースとしている。

また、上述した実施の形態においては、床ブレース２４について、制振ブレースとする場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、床ブレース２４の代わりに小屋ブレース２５を制振ブレースとして構成するようにしてもよい。また、この床ブレース２４及び小屋ブレース２５の双方を制振ブレースとして構成するようにしてもよい。

本発明に係る制振構造が適用される鉄骨架構構造を示す図である。 鉄骨架構構造の床面に相当する水平空間の平面図である。 片方のブレースのみで構成する例を示す図である。 制振ブレースの構成図である。 制振ブレースとして具体化される床ブレースの配設例を示す図である。 ブレースに対して負荷される荷重に対する変形量の関係を示す図である。 何れかの妻面架構におけるブレースの配設を省略した例を示す図である。

符号の説明

４ 鉄骨架構構造
１２ 妻面架構
１３ 中間架構
２４ 床ブレース
２５ 小屋ブレース
２６ つなぎ梁

Claims (6)

1. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   上記妻面架構と中間架構を水平に連結する床面に水平ブレースを配置し、
   上記床面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであること
   を特徴とする構造物の制振構造。
2. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   上記妻面架構と中間架構を水平に連結する小屋面に水平ブレースを配置し、
   上記小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであること
   を特徴とする構造物の制振構造。
3. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   上記妻面架構と中間架構を水平に連結する床面と小屋面に水平ブレースを配置し、
   上記床面と小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであること
   を特徴とする構造物の制振構造。
4. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する床面に水平ブレースを配置し、
   上記床面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする構造物の制震構造。
5. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する小屋面に水平ブレースを配置し、
   上記小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする構造物の制震構造。
6. 複数の架構面を有する構造物の制振構造において、
   上記架構面を構成する妻面架構に鉛直ブレースを配置することによりブレース構造とするともに、その中間に配設されている中間架構には鉛直ブレースを配置しないラーメン構造とすることによって、当該中間架講の剛性よりも当該妻面架構の剛性を高くし、
   少なくとも上記妻面架構とそれに隣接する中間架構を水平に連結する床面及び小屋面に水平ブレースを配置し、
   上記床面及び小屋面に配置される水平ブレースの全部または一部は、所定の大きさの引張力又は圧縮力が作用したときに塑性変形しエネルギーを吸収し得る履歴ダンパーであることを特徴とする構造物の制震構造。

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