JP4908910B2

JP4908910B2 - 制振建物

Info

Publication number: JP4908910B2
Application number: JP2006124602A
Authority: JP
Inventors: 和貴二川
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007297783A

Description

本発明は、例えば地震や風などの外的要因に対する制振構造を備えた制振建物に関する。

従来、高層建築物などでは、地震による揺れを低減するために、従来より建築物躯体内に、建築物と同様の振動特性を持つ錘と減衰材を配して振動を吸収させる受動的な制振装置や、機械的に振動を制御する積極的な制振装置を組み込むことが行われている。

このように建物躯体内に受動的制振装置や機械的制振装置を組み込むことは、設置スペースやコストの観点から大規模な建築物等には容易に適用できても、中〜低層建築物には適用しにくい。

これを解消するため、建物自体の構成部材で建物振動を減衰することができることに着目し、外壁パネルと建物躯体との間に高減衰部材を介装した制振建物が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この制振建物では、高減衰部材として硬化後に弾性性状を示す接着剤、或いは同性状をもった粘着テープにより壁パネルと建物躯体を両面固定するようにしている。

また、他の制振建物としては、発泡プラスチックスやゴム状弾性体等の高減衰部材による制振テープを壁パネルと建物躯体との間に配設すると共に、この制振テープを壁パネルと建物躯体とに接着するか、或いは制振テープを非接着で壁パネルと建物躯体との間で圧接固定するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開2001-3455号公報特開2001-323685号公報

しかしながら、この制振建物では、例えば主たる構造部材である柱や梁と、付随する部材である外壁や内壁との空隙は建物の施工上ある程度の誤差が生じ得るため、高減衰部材が壁パネルや柱に十分に圧着されないこともある。この場合には、高減衰部材の性能が十分発現しないことや、高減衰部材が周囲の建材を押し広げて外壁や内壁に反りや変形を生じさせたり、主要な構造部分に予期しない有害な影響を与える可能性もある。

そこで本発明では、上記のような問題に着目し、特別な受動的制振装置や機械的制振装置を組み込むことなく、建物の主要構造と別の付随する部分に振動を吸収する機構を設け、建物の主要構造の変形に応じて振動吸収部材の機能を制御するようにした制振建物を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項1 の発明は、複数の主柱と梁を主要構造とする建物躯体が設けられ、前記主柱間を閉成する壁パネルが設けられていると共に、前記建物躯体の外力による変形に追従可能に前記壁パネルを保持する補助柱が前記複数の主柱間に設けられた制振建物であって、前記建物躯体の外力による変形時に外部から加わったエネルギーを吸収する高減衰部材が前記壁パネルと前記補助柱との間に介装され、前記壁パネルは、これに対向する前記補助柱の挿通孔に挿通され且つ前記高減衰部材を貫通する軸状の固定部材によって前記補助柱にそれぞれ取り付けられ、更にこの挿通孔の内径は前記軸状の固定部材の外径より大きく且つ前記補助柱と前記軸状の固定部材との相対変位を可能とする大きさに設定されていることを特徴とする。

また、請求項2の発明は、請求項１に記載の制振建物において、前記の高減衰部材がそれ自体の変形によりエネルギー減衰性を有する高減衰粘弾性材料とすることを特徴とする。この高減衰粘弾性材料としては、例えば熱可塑性エラストマーを用いることができる。

更に、請求項3 の発明は、請求項１又は２に記載の制振建物において、前記高減衰部材とこれに接触する前記壁パネルとの相対変位が生じた際、前記高減衰部材と前記壁パネルとの間の摩擦抵抗によりエネルギー減衰性を有するよう、前記高減衰部材と前記壁パネルの接触面の一方を粗面とすることを特徴とする。

このような制振建物にあっては、特別な受動的制振装置や機械的制振装置を組み込むことなく、外壁や内壁、非構造部材などの建物自体の構成部材を生かし、また主要な構成部材を傷めることながない。しかも、非常に容易、安価、そして施工性を損なわずに大きく建物の振動や変形量を低減することができる制振機構（制振構造）を提供できる。このような制振機構は、設置スペース、コスト等の観点から、中〜低層建築物に有効に適用できる。

しかも、請求項１の発明の構成によれば、建物の振動によって外壁や内壁等の壁パネルが補助的な柱との間に相対的な変位が生じると、前記高減衰部材により減衰力が生じ建物の揺れを小さくできる。

また、請求項２の発明の構成によれば建物の振動によって外壁や内壁等の壁パネルが補助的な柱との間に相対的な変位が生じると、前記高減衰部材自体の弾性変形と内部摩擦により減衰力が生じ、建物の揺れを大きく低減する。

更に、請求項３の発明の構成によれば建物の振動による壁パネル（外壁や内壁）と前記建物躯体との相対変位が大きくなり、高減衰部材（振動吸収部材）の一方の面の摩擦力を超えると、高減衰部材は摩擦と併せたある程度の減衰力を保持しつつも、変形に追従することにより、高減衰部材に接する部材を損傷することなく安全に建物の揺れを低減することが可能となる。また、前記高減衰部材（振動吸収部材）の最大静止摩擦係数、動摩擦係数を適切に設定することにより、制振を発現する変位量、発現後の制振性能を適切に制御することが可能である。

以下、図１〜図２に基づき、この発明の実施の形態の制振建物と制振材料について詳述する。
[構成]
図1 は制振建物（全体図示略）に用いる建物ユニット（建物躯体）１の概略斜視図である。

この建物ユニット１は、長方形状の床フレーム２と、この床フレーム２の四隅にそれぞれ取り付けられた４本の主柱３，４，５，６と、この四本の主柱３，４，５，６の上端部に四隅が取り付けられた天井フレーム７を有する。

床フレーム２は、左右の主柱３，４の下端部間及び主柱５，６の下端部間にそれぞれ配設された床桁梁８，８と、主柱３，５の下端部間及び主柱４，６の下端部間にそれぞれ配設された床妻梁９，９と、床桁梁８，８間に渡架された多数の小梁１０を有する。

また、天井フレーム７は、左右の主柱３，４の上端部間及び主柱５，６の上端部間にそれぞれ配設された天井桁梁１１，１１と、主柱３，５の上端部間及び主柱４，６の上端部間にそれぞれ配設された天井妻梁１２，１２と、天井桁梁１１，１１間に渡架された多数の小梁（図示せず）を有する。

また、図１の建物ユニット１の一構面における主要構造Ａは、図２に示したように、主柱３，４と床桁梁８，天井桁梁１１から方形枠状に且つラーメン構造に形成されている。しかも、この主要構造Ａは、地震や風等による大きな外力が制振建物に入力されると、この外力によりそれ自体が柔軟に変形して外力エネルギーを吸収することにより、外力に対する強度が得られるような一般的な建物の構造方法である。従って、主要構造Ａの主柱３，４の桁梁８，１１への取付部の詳細な説明は省略する。

この主柱３，４間には、これらと平行な多数（複数）の間柱１３が間隔をおいて補助柱として配設されている。この複数の間柱１３のうち２本は主柱３，４の近傍に僅かな間隔をおいて配置されている。

この間柱１３は、図４に示したように横断面形状がコ字状に形成された柱部１３ａと、図３，図５に示したように柱部１３ａの上下端に設けられた端壁１３ｂ，１３ｃを有する。この端壁１３ｂ，１３ｃは折曲により形成されている。そして、端壁１３ｂが天井桁梁１１のフランジ１１ａにボルト１４とナット１５で固定され、端壁１３ｃが床桁梁８のフランジ８ａにボルト１６とナット１７で固定されている。このような間柱１３と桁梁８，１１の接合部は、端壁１３ｂ，１３ｃが変形可能であるために、一般に主要構造Ａに影響を与えないよう非剛接合となっている。

また、柱部１３ａは、対向側壁１３ａ１，１３ａ１と、この対向側壁１３ａ１，１３ａ１の一側部を連設している壁取付壁１３ａ２を有する。この壁取付壁１３ａ２には、上下に間隔をおいて複数の挿通孔１８が形成されている。この複数の挿通孔１８は、主柱３，４に隣接する間柱１３には縦に一列形成され、残りの中間の間柱１３には縦に二列に形成されている。

このような複数の間柱１３，１３間の外側には、複数の外壁パネル（非構造部材）１９が配設されている。各外壁パネル１９の両側部には間柱１３がそれぞれ対向させられている。そして、各外壁パネル１９の両側部とこの両側部に対向する間柱１３，１３の壁取付壁１３ａ２，１３ａ２との間には図４，図５に示したように高減衰部材２０が緩衝材としてそれぞれ配設されている。各高減衰部材２０は、壁取付壁１３ａ２の略全面に渡って接触している。この高減衰部材２０には高減衰粘弾性材料が用いられている。この高減衰粘弾性材料としては例えば熱可塑性エラストマーを用いることができる。

しかも、外壁パネル１９の両側部は、これに対向する間柱１３，１３の挿通孔１８，１８に挿通され且つ図４，図５から明らかなように高減衰部材２０の両側部を貫通する軸状の固定部材であるリベット２１，２１(図3，図７参照）によって間柱１３，１３にそれぞれ取り付けられている。この挿通孔１８の内径は図４，図５，図８に示したようにリベット２１の外形より大きく設定されていて、リベット２１と間柱１３とが相対変移できるようになっている。

この状態で、高減衰部材２０は、外壁パネル１９の側部と間柱１３との間で挟持されて、自己の粘着力により外壁パネル１９の側部と間柱１３とに粘着固定し、外壁パネル１９が下方に移動しないように保持している。

また、このように外壁パネル１９と間柱１３の間には高減衰部材２０を介在させることにより、外壁パネル１９と間柱１３は相互に完全拘束されていない態様にある。これにより、地震や風等による外力が制振建物に作用して、制振建物が横揺れしたときに、この揺れの周期に呼応して、間柱１３と外壁パネル１９とは相対変位を生じる構成となっている。尚、隣接する外壁パネル１９，１９の側壁部間には図４から明らかなように間隙（符号省略）が形成されている。そして、図示は省略したが、隣接する外壁パネル１９，１９間の側壁部間は、弾性変形可能なガスケット等のカバー部材によりカバーされる。

また、高減衰部材２０とこれに接触する外壁パネル１９との相対変位が生じた際、高減衰部材２０と外壁パネル１９との間の摩擦抵抗によりエネルギー減衰性を有するよう、高減衰部材２０と外壁パネル１９の接触面の少なくとも一方が粗面となっている。この構造とすることで、高減衰部材２０と外壁パネル１９との間に生ずる摩擦により振動エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減することができる。
[作用]
次に、このような構成の制振建物の作用を説明する。

このような構成によれば、地震や風等によって建物ユニット１からなるユニット建物（制振建物）に桁方向（図１０の左右方向）の横揺外力が加えられると、例えば、主要構造Ａの主柱３，４が先ず図１０に示したように桁方向に傾動して、主要構造Ａの天井桁梁８が桁梁１１に対して桁方向にずれると共に、桁梁８，１１の間隔が狭くなる。

これに伴い複数の間柱１３も主要構造Ａの主柱３，４と同方向に傾斜し、壁パネル１９も図１０に示したように同方向に傾斜する。この際、図１０に示したように、壁パネル９の左側部が桁梁８，１１との位置を殆ど変えず、壁パネル１９の右側部が下方にずれた場合、この壁パネル１９の右側部を保持するリベット２１が高減衰部材２０を弾性変形させながら挿通孔１８内を下方に変移する。

この後、主要構造Ａの主柱３，４が図１０とは反対方向で桁方向に傾動すると、壁パネル１９も図１０とは逆方向に傾動して、壁パネル１９の右側部が高減衰部材２０の弾性力により現状に復帰する方向に上昇すると共に、壁パネル１９に左側部が下方にずれて、この壁パネル１９の左側部を保持するリベット２１が高減衰部材２０を弾性変形させながら挿通孔１８内を下方に変移する。

このような主要構造Ａの左右への揺れの繰り返しに伴い、高減衰部材２０自体が弾性変形をすることで、外力によるユニット建物（図示せず）の振動エネルギーを吸収し、ユニット建物の揺れを低減する。

また、建物ユニット１からなるユニット建物（制振建物）の縦揺れに際しても、高減衰部材２０により振動エネルギーが吸収されることは勿論のことである。

更に、地震や風等によって建物ユニット１からなるユニット建物（制振建物）に桁方向の横揺外力が加えられて、高減衰部材２０とこれに接触する外壁パネル１９との相対変位が生じ、高減衰部材２０と外壁パネル１９とが相対的にずれるような場合、高減衰部材２０と外壁パネル１９との間の摩擦抵抗により、横揺外力による振動エネルギーが減衰させられ、建物の揺れを低減することができる。

尚、上述した制振構造は、外壁パネル１９について説明したが、建物の内壁（内壁パネル）にも適用できる。また、挿通孔１８は、図９に示したように縦長に形成することもできる。

以上説明したように、この発明の実施の形態の制振建物は、複数の主柱３，４と梁８，１１を主要構造Ａとする建物躯体が設けられ、前記主柱３，４間を閉成する壁パネル１９が設けられていると共に、前記建物躯体の外力による変形に追従可能に前記壁パネル１９を保持する補助柱（間柱１３）が前記複数の主柱３，４間に設けられている。しかも、前記建物躯体の外力による変形時に外部から加わったエネルギーを吸収する高減衰部材２０が前記壁パネル１９と補助柱（間柱１３）との間に介装されている。

このような制振建物にあっては、特別な受動的制振装置や機械的制振装置を組み込むことなく、壁パネル（外壁や内壁）、非構造部材である補助柱（間柱１３）などの建物自体の構成部材を生かし、また主要な構成部材を傷めることながない。しかも、非常に容易、安価、そして施工性を損なわずに大きく建物の振動や変形量を低減することができる制振機構（制振構造）を提供できる。このような制振機構は、設置スペース、コスト等の観点から、中〜低層建築物に有効に適用できる。

しかも、建物の振動によって外壁や内壁等の壁パネルが補助柱（間柱１３）との間に相対的な変位が生じると、高減衰部材２０により減衰力が生じ建物の揺れを小さくできる。

また、この発明の実施の形態の制振建物において、前記の高減衰部材２０がそれ自体の変形によりエネルギー減衰性を有する高減衰粘弾性材料とする。この構成によれば建物の振動によって外壁や内壁等の壁パネルが補助柱（間柱１３）との間に相対的な変位が生じると、高減衰部材２０自体の弾性変形と内部摩擦により減衰力が生じ、建物の揺れを大きく低減する。

更に、この発明の実施の形態の制振建物は、前記高減衰部材２０とこれに接触する前記壁パネル１９との相対変位が生じた際、前記高減衰部材２０と前記壁パネル１９との間の摩擦抵抗によりエネルギー減衰性を有するよう、前記高減衰部材２０と前記壁パネル１９の接触面の一方を粗面としている。

この構成によれば建物の振動による壁パネル（外壁や内壁）と前記建物躯体との相対変位が大きくなり、高減衰部材（振動吸収部材）２０の一方の面の摩擦力を超えると、高減衰部材２０は摩擦と併せたある程度の減衰力を保持しつつも、変形に追従することにより、高減衰部材２０に接する部材を損傷することなく安全に建物の揺れを低減することが可能となる。また、前記高減衰部材（振動吸収部材）２０最大静止摩擦係数、動摩擦係数を適切に設定することにより、制振を発現する変位量、発現後の制振性能を適切に制御することが可能である。

この発明に係る制振建物に用いる建物ユニットの概略斜視図である。図１の建物ユニットの収容構造の説明図である。図１の外壁パネルの取付部を建物ユニット内側から見た説明図である。図３のＡ１−Ａ１線に沿う断面図である。図３のＡ２１−Ａ２線に沿う断面図である。図４の高減衰部材と間柱との位置関係を示す概略部分斜視図である。図５の背面図である。図３の要部拡大説明図である。図８の変形例を示す説明図である。図１の制振建物の作用説明図である。

符号の説明

１・・・建物ユニット（制振建物の一部）
３〜６・・・主柱
８・・・床桁梁
１１・・・天井桁梁
１３・・・間柱（補助柱）
１９・・・壁パネル
２０・・・高減衰部材
Ａ・・・主要構造

Claims

複数の主柱と梁を主要構造とする建物躯体が設けられ、
前記主柱間を閉成する壁パネルが設けられていると共に、
前記建物躯体の外力による変形に追従可能に前記壁パネルを保持する補助柱が前記複数の主柱間に設けられた制振建物であって、
前記建物躯体の外力による変形時に外部から加わったエネルギーを吸収する高減衰部材が前記壁パネルと前記補助柱との間に介装され、
前記壁パネルは、これに対向する前記補助柱の挿通孔に挿通され且つ前記高減衰部材を貫通する軸状の固定部材によって前記補助柱にそれぞれ取り付けられ、更にこの挿通孔の内径は前記軸状の固定部材の外径より大きく且つ前記補助柱と前記軸状の固定部材との相対変位を可能とする大きさに設定されていることを特徴とする制振建物。
前記の高減衰部材が、それ自体の変形によりエネルギー減衰性を有する高減衰粘弾性材料とすることを特徴とする請求項1に記載の建物に用いる制振建物。
前記高減衰部材とこれに接触する前記壁パネルとの相対変位が生じた際、前記高減衰部材と前記壁パネルとの間の摩擦抵抗によりエネルギー減衰性を有するよう、前記高減衰部材と前記壁パネルの接触面の一方を粗面とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の建物に用いる制振建物。
前記複数の壁パネルは互いに隣接する側壁部を有し、前記補助柱は前記隣接する両側壁部に対向し且つ前記両側部に対向する前記挿通孔がそれぞれ設けられた壁取付壁を有すると共に、前記隣接する両側壁部は前記壁取付壁に前記挿通孔に挿通した前記軸状の固定部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の制振建物。
前記複数の壁パネルは互いに隣接する側壁部間は弾性変形可能なカバー部材によりカバーされていることを特徴とする請求項４記載の制振建物。
前記カバー部材は弾性変形可能なガスケットであることを特徴とする請求項５記載の制振建物。
前記固定部材は、リベットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の制振建物。
前記挿通孔は、縦長であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の制振建物。