JP4964545B2 - 連結建物の制震構造 - Google Patents

Description

この発明は、アスペクト比が大きい（一般的には４以上を指す。）棟が複数ある建物を連結梁により相互に連結して成る連結建物の制震構造の技術分野に属する。

地震時等の水平力に伴い曲げ変形が支配的となるアスペクト比（建物の高さと幅の比）が大きい建物では、図１０に示したように、地震時等に発生する転倒モーメントによる引張力Ｐが柱や杭に発生する。これに対処するには、柱や杭の断面を大きくするなど高強度な構造に構築する必要があった。

また、前記建物が免震構造の場合は免震層に引張力が発生する。これに対処するには、免震層において、建物重量を支持する長期荷重用の積層ゴム体と、転倒モーメントによる引っ張りに抵抗する転倒防止用の積層ゴム体とを併用した構成の技術等があるが（例えば、特許文献１、２参照）、建物の柱及び基礎に引張力が作用することには変わりなく、柱及び基礎もある程度は高強度な構造に構築する必要があった。

このように、アスペクト比が大きい建物の地震動による曲げ変形に対応するには、一様に、建物を高強度な構造に構築しなければならず、コストが多大に嵩み、過大な引張力が作用する場合には設計不可能となる等、より経済的で安全性に優れた対策が望まれているのが実情である。しかしながら、個々の建物をそれぞれ高強度な構造に構築する技術は、コスト的にも構造力学的にも自ずと限界がある。

そこで、複数棟の建物を連結材を介して連結する連結建物に係る技術が注目される（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３には、隣接する複数棟の建物をオイルダンパ等のエネルギー吸収機構で連結することにより、任意方向の水平面内振動に対して効果的に減衰効果を発揮する技術が開示されている。

このように、連結材を使用することにより、アスペクト比が大きい建物の曲げ変形を低減することができれば、柱や杭の断面を必要以上に大きくする必要がなくなる等、従来技術と比してコスト削減に寄与することは勿論、構造設計上、より安全性の高い建物を提供できることは明らかである。

特許第２６３１４８６号公報 実公平６−１８９９６号公報 特開平１１−２７０１８８号公報

上記特許文献３に係る技術は、任意の水平面内振動に対して一応の効果は認められるものの、アスペクト比が大きい建物の曲げ変形を低減することはできない。

本発明の目的は、アスペクト比が大きい建物を連結する連結梁の構造に工夫を施すことにより、前記建物に作用する曲げ変形を低減（抑制）することができる、経済性、安全性、及び居住性に優れた連結建物の制震構造を提供することである。

上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る連結建物の制震構造は、
地震時等の水平力が発生すると曲げ変形が支配的となるアスペクト比が大きい同形・同大の三棟の建物を連結梁により相互に連結して成る連結建物の制震構造であって、
前記三棟の建物は、平面的にみて、該三棟の建物の中心が、ほぼ正三角形の頂点に相当する部位に、且つ建物外周面を前記ほぼ正三角形の中心に向けて設けられていること、
前記連結梁は、三体の短尺側の連結梁と三体の長尺側の連結梁とで構成され、前記三体の短尺側の連結梁は、前記三棟の建物外周面とで六角形を形成するように、前記建物外周面の両端部と相互に連結され、前記三体の長尺側の連結梁はそれぞれ、前記短尺側の連結梁と平行な配置で、前記建物外周面の両端部内寄り位置に相互に連結されていること、
前記短尺側の連結梁および長尺側の連結梁は、すべてトラス構造で構成されており、該トラス構造の両端部における下弦材又は上弦材に相当する前記建物外周面との連結部分に、前記建物の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収するダンパー部材が設けられていること、
前記三体の長尺側の連結梁は相互に補強梁で連結されており、該補強梁と前記三体の長尺側の連結梁と前記三体の短尺側の連結梁とを梁部材とする前記六角形のコンクリート床が構築されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した連結建物の制震構造において、前記三体の短尺側の連結梁と三体の長尺側の連結梁とで構成される連結梁は、建物の高さ方向に間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した連結建物の制震構造において、前記ダンパー部材は、オイルダンパー、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパー、或いは大振幅用ダンパーに小振幅ダンパーを直列状に結合して成る複合型ダンパーであることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した連結建物の制震構造において、前記三棟の建物はそれぞれ、その基礎部が免震構造として構成されていることを特徴とする。

請求項１〜請求項４に係る連結建物の制震構造によれば、連結梁１２の端部とアスペクト比が大きい建物１との連結部分に、前記建物１の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収するダンパー部材３を設けて実施するので、前記連結梁１２の両端部に設けたダンパー部材３、３がそれぞれ伸張・収縮を交互に繰り返して前記建物１の曲げ変形時の相対変形を低減し、ひいては、建物全体の水平変形、及び転倒モーメントを低減することができる。

よって、従来技術と比して、柱、梁等から成る構造躯体を高強度に構築する必要はないので、コスト削減に寄与することができ、構造設計上、より安全性の高い建物を提供できる。よって、経済性、及び安全性に優れている。また、これに伴い、柱や梁、或いはコア架構等をスリム化できるので、眺望性、採光性に優れた居住空間を実現することができる。

本発明に係る連結建物の制震構造は、上述した発明の効果を奏するべく、以下のように実施される。
［参考例１］

図１Ａ、Ｂは、連結建物の制震構造を模式的に簡略化して示した参考例である。この連結建物の制震構造は、地震時等の水平力が発生すると曲げ変形が支配的となるアスペクト比が大きい棟が複数ある建物１、１を連結梁２により相互に連結して成る連結建物の制震構造であって、図２Ａ、Ｂに示したように、前記連結梁２の端部と建物１との連結部分に、前記建物１の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収するダンパー部材３が設けられている。
ここで、アスペクト比が大きいとは、一般的には４以上を指すが、本参考例では、建物１の幅寸（敷地面積）が２０ｍ×２０ｍ程度であるのに対して、高さが１４０ｍ程度と、アスペクト比が７程度の建物を想定している。

図示例に係る制震構造は、二棟の建物１、１についての参考例であり、図１Ａ、Ｂに示したように、二棟の建物１、１の側面同士を、平面方向に見ると、平行な１対の連結梁２、２で連結している。また、前記１対の連結梁２、２は、正面方向に見ると、建物１、１の高さ方向に所定の間隔をあけて複数（図示例では３箇所）設けて実施している。なお、前記連結梁２の配置及び個数は図示例に限定されず、建物１の剛性、及び形状、或いは使用するダンパー部材３の性能に応じて適宜設計変更される。ただし、曲げ変形が卓越する上方部分に少なくとも１箇所は設けることが好ましい。ちなみに、本参考例では、４２階建ての建物１を想定し、前記連結梁２を、１５階、２６階、３７階部分に設けている。また、前記連結梁２を設ける箇所は、当該連結梁２を利用してコンクリート床を構築し、植栽や庭園等を設ける等して居住者の憩いの空間を提供したり、設備機器の設置スペースに利用することができる。

本参考例に係る連結梁２は、図２Ａ、Ｂに示したように、トラス構造で構成されており、前記トラス構造の両端部における下弦材に相当する部位にダンパー部材３が設けられている。前記トラス構造におけるダンパー部材３を除く部分は、Ｈ形鋼等の鉄骨部材４で実施されている。よって、前記ダンパー部材３は、その一端部は、建物１の側面部における柱梁接合部（或いは、鉄骨柱、鉄骨梁）に、ボルトや溶接等の接合手段で強固に剛結され、他端部は、前記鉄骨部材４の端部にやはり、ボルトや溶接等の接合手段で強固に剛結されている（図示省略）。
なお、前記連結梁２は、個々の連結梁２…に対してそれぞれ計４本のダンパー部材３を使用しているが、本数はこれに限定されず、連結梁２の構造に応じて適宜増減可能である。また、本参考例では、前記連結梁２としてトラス構造で実施しているがこれに限定されず、Ｈ形鋼材等で構成されるトラス構造でない連結梁でもほぼ同様に実施できる。以下の実施例１についても同様の技術的思想とする。

本参考例に係るダンパー部材３は、オイルダンパーを使用しているが、オイルダンパーの他、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパー、或いは大振幅用ダンパーに小振幅ダンパーを直列状に結合して成る複合型ダンパーを、構造設計に応じて適宜選択して適用することが好ましい。

したがって、上記構成の連結建物の制震構造によれば、地震時等の水平力が発生すると、アスペクト比が大きい建物１は曲げ変形が支配的となるので、連結梁２で連結した二棟のアスペクト比が大きい建物１、１は、図３に示したように挙動する。そうすると、前記連結梁２は、図４に示したように、その両端部の下弦材に相当する部位に設けたダンパー部材３、３がそれぞれ伸張・収縮を交互に繰り返して、建物１、１の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収することができ、その結果、図５に示したように、建物全体の水平変形、及び転倒モーメントを１／２〜１／３程度に低減することができるのである。よって、従来技術と比して、柱、梁等から成る構造躯体を高強度に構築する必要はないので、コスト削減に寄与することができ、構造設計上、より安全性の高い建物を提供できる。よって、経済性、及び安全性に優れている。また、これに伴い、柱や梁、或いはコア架構等をスリム化できるので（図７Ｂ参照）、眺望性、採光性に優れた居住空間を実現することができる。

ちなみに、図６Ａは、前記連結梁２のバリエーションを示している。図２Ａと比してトラス構造の構成部材４の取り付け位置を設計変更して、トラス構造の両端部における上弦材に相当する部位にダンパー部材３を設けて実施している。この連結梁２’によればやはり、上記連結梁２と同様に、前記ダンパー部材３、３…がそれぞれ伸張・収縮を交互に繰り返して曲げ変形時の相対変形を低減させることができ、その結果、上記連結梁２と同様の作用効果を奏することができるのである。以下の実施例１についても同様の技術的思想とする。

図８は、請求項１に記載した連結建物の制震構造の実施例を示している。この連結建物の制震構造は、上記参考例１と比して、アスペクト比が大きい建物１を三棟設けて実施していることが主に相違する。
即ち、この実施例１に係る連結建物の制震構造は、地震時等の水平力が発生すると曲げ変形が支配的となるアスペクト比が大きい同形・同大の三棟の建物１を連結梁１２により相互に連結して成る連結建物の制震構造であって、図８に平面的に示したように、前記三棟の建物１は、平面的にみて、該三棟の建物１の中心が、ほぼ正三角形の頂点に相当する部位に、且つ建物１の外周面を前記ほぼ正三角形の中心に向けて設けられている。
前記連結梁１２は、三体の短尺側の連結梁１２ｂと三体の長尺側の連結梁１２ａとで構成され、前記三体の短尺側の連結梁１２ｂは、前記三棟の建物１の外周面とで六角形を形成するように、前記建物１の外周面の両端部と相互に連結され、前記三体の長尺側の連結梁１２ａはそれぞれ、前記短尺側の連結梁１２ｂと平行な配置で、前記建物１の外周面の両端部内寄り位置に相互に連結されている。
前記短尺側の連結梁１２ｂおよび長尺側の連結梁１２ａは、すべてトラス構造で構成されており、該トラス構造の両端部における下弦材又は上弦材に相当する前記建物１の外周面との連結部分に、前記建物１の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収するダンパー部材３が設けられている。
前記三体の長尺側の連結梁１２ａは相互に補強梁５で連結されており、該補強梁５と前記三体の長尺側の連結梁１２ａと前記三体の短尺側の連結梁１２ｂとを梁部材とする前記六角形のコンクリート床が構築されている（請求項１記載の発明）。ちなみに、図８Ａ中の符号５は、隣接する連結梁１２、１２同士をバランス良く連結した補強梁を示している。

この実施例１に係る連結建物の制震構造は、図８に示したように、三棟の建物１を、ほぼ正三角形の頂点に相当する部位にバランスよく配設して実施している。また、前記建物１は、上記参考例１と同様に、建物１の幅寸が２０ｍ×２０ｍ程度であるのに対して、高さが１４０ｍ程度と、アスペクト比が７程度の建物を想定している。また、この実施例１でも、４２階建ての建物１を想定し、前記三体の短尺側の連結梁１２ｂと三体の長尺側の連結梁１２ａとで構成される連結梁１２を、１５階、２６階、３７階に設けている（図１Ｂを参照）。なお、前記連結梁１２を設ける箇所は、当該連結梁１２及び前記補強梁５を有効利用してほぼ正六角形状の広大なコンクリート床を構築できるので、上記参考例１と比して、より広大な居住者の憩いの空間等を提供することができる。

本実施例に係る連結梁１２は、上記参考例１と同様に、トラス構造で構成されており、前記トラス構造の両端部における下弦材に相当する部位にダンパー部材３が設けられている。その他、前記ダンパー部材３と建物１との連結手段等は、上記参考例１と同様なので、その説明を割愛する。

ただし、この実施例１に係る連結梁１２は、図８に示したように、三棟の建物１をシンメトリック状にバランス良く連結している関係上、左右のトラス構造の長さを異ならせて実施している。その内、長尺側の連結梁１２ａは、図９Ａに示した構成で実施され、その両端部の下弦材に相当する位置に、ダンパー部材３として、大振幅用ダンパーに小振幅ダンパーを直列状に結合して成る複合型ダンパー（所謂ブロードバンドダンパー）３で実施している。これに対して、短尺側の連結梁１２ｂは、図９Ｂに示した構成で実施され、その両端部の下弦材に相当する位置に、ダンパー部材３として、オイルダンパー３で実施している。なお、前記ダンパー部材３は、その他、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパーを構造設計に応じて適宜選択して適用できることは上記参考例１と同様である（請求項３記載の発明）。

したがって、上記構成の連結建物の制震構造によれば、地震時等の水平力が発生すると、アスペクト比が大きい建物１は曲げ変形が支配的となるので、連結梁１２で連結した三棟のアスペクト比が大きい建物１、１、１における隣接する建物１、１同士は、実質上、上記参考例１と同様に、図３に示したように挙動する。そうすると、図４に示したように、前記連結梁１２の両端部の下弦材に相当する部位に設けたダンパー部材３、３がそれぞれ伸張・収縮を交互に繰り返して、建物１、１の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収することができ、その結果、図５に示したように、建物全体の水平変形、及び転倒モーメントを１／２〜１／３程度に低減することができる。また、この実施例１に係る三棟の建物１を連結した連結建物の制震構造は、上記参考例１に係る二棟の建物１を連結した連結建物の制震構造と比して、構造力学的にもより安定した構造架構を実現することができる。よって、従来技術と比して、柱、梁等から成る構造躯体を高強度に構築する必要はないので、コスト削減に大きく寄与することができ、構造設計上、より安全性の高い建物を提供できる。よって、経済性、及び安全性に優れている。また、これに伴い、柱や梁、或いはコア架構等をスリム化できるので（図７Ｂ参照）、眺望性、採光性に優れた居住空間を実現することができる。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

例えば、本実施例１では、三棟の建物１を連結した連結建物の制震構造で実施しているが、これに限定されず、四棟、五棟以上の連結建物の制震構造でも、当該建物をシンメトリック状にバランスよく配設することにより、ほぼ同様に実施することができる。

また、上記建物１をそれぞれ、その基礎部に免震層を設け、当該免震層に積層ゴム等のアイソレーター、及び金属系や粘性系のダンパーを設置して免震構造をすれば、より安定した構造架構を実現することができる（請求項４記載の発明）。

Ａは、参考例１に係る連結建物の制震構造を概略的に示した平面図であり、Ｂは、同立面図である。 Ａは、参考例１に係る連結梁を示した正面図であり、Ｂは、ＡのＢ−Ｂ線断矢視断面図である。 曲げ変形が作用した場合の連結建物の挙動を示した立面図である。 図３のＸ部に係る連結梁を拡大して示した正面図である。 曲げ変形が吸収されている連結建物の挙動を示した立面図である。 Ａは、連結梁のバリエーションを示した正面図であり、Ｂは、建物に曲げ変形が作用した場合の連結梁の挙動を示した正面図である。 Ａは、従来技術に係るコア架構を例示した平面図であり、Ｂは、参考例１（実施例１）に係るコア架構を例示した平面図である。 実施例１に係る連結建物の制震構造を示した平面図である。 Ａ、Ｂはそれぞれ、実施例１に係る連結梁におけるトラス構造を示した正面図である。 従来技術に係るアスペクト比が大きい建物に曲げ変形が作用した場合の挙動を示した立面図である。

１ アスペクト比が大きい建物
２ 連結梁
２’ 連結梁
３ ダンパー部材
４ Ｈ形鋼等の鉄骨部材（トラス構成部材）
５ 補強梁
１２（１２ａ、１２ｂ） 連結梁

Claims (4)

1. 地震時等の水平力が発生すると曲げ変形が支配的となるアスペクト比が大きい同形・同大の三棟の建物を連結梁により相互に連結して成る連結建物の制震構造であって、
   前記三棟の建物は、平面的にみて、該三棟の建物の中心が、ほぼ正三角形の頂点に相当する部位に、且つ建物外周面を前記ほぼ正三角形の中心に向けて設けられていること、
   前記連結梁は、三体の短尺側の連結梁と三体の長尺側の連結梁とで構成され、前記三体の短尺側の連結梁は、前記三棟の建物外周面とで六角形を形成するように、前記建物外周面の両端部と相互に連結され、前記三体の長尺側の連結梁はそれぞれ、前記短尺側の連結梁と平行な配置で、前記建物外周面の両端部内寄り位置に相互に連結されていること、
   前記短尺側の連結梁および長尺側の連結梁は、すべてトラス構造で構成されており、該トラス構造の両端部における下弦材又は上弦材に相当する前記建物外周面との連結部分に、前記建物の曲げ変形時の相対変形によるエネルギーを吸収するダンパー部材が設けられていること、
   前記三体の長尺側の連結梁は相互に補強梁で連結されており、該補強梁と前記三体の長尺側の連結梁と前記三体の短尺側の連結梁とを梁部材とする前記六角形のコンクリート床が構築されていることを特徴とする、連結建物の制震構造。
2. 前記三体の短尺側の連結梁と三体の長尺側の連結梁とで構成される連結梁は、建物の高さ方向に間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した連結建物の制震構造。
3. 前記ダンパー部材は、オイルダンパー、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパー、或いは大振幅用ダンパーに小振幅ダンパーを直列状に結合して成る複合型ダンパーであることを特徴とする、請求項１又は２に記載した連結建物の制震構造。
4. 前記三棟の建物はそれぞれ、その基礎部が免震構造として構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した連結建物の制震構造。

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