JP5116335B2 - 建物用制振装置、建物ユニット、及びユニット建物 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の揺れを低減させる建物用制振装置、建物ユニット、及びユニット建物に関する。

建築物の地震等による揺れを低減させる技術として制振工法がある（例えば、特許文献１参照。）。
これらの制振工法では、地震時の揺れを抑えるために、上大梁と下大梁の相対変位を上下大梁からの延材により減衰手段に伝達する制振装置が設けられている。

従来の制振工法では、上大梁と下大梁とが相対変位した際に、延材が面外に変形する場合があり、延材が面外に変形した場合には、効果的に相対変位を減衰手段に伝達することができず、期待する制振効果が得られない場合がある。なお、ここでいう面とは、上大梁と下大梁とを連結する仮想の面を指す。

延材が面外に変形する理由としては、以下のようなものが考えられる。
（１） 地震時入力される振動は、上下左右様々な方向からの振動であり、慣性力により面外方向への力も減衰手段に入力される場合がある。
（２） ユニット工法の上下大梁は、チャンネル等の左右対称形状でない開断面の部材にて構成されることが多く、制振装置が機能すると、反力としてユニット大梁に力が加わり、部材の断面の形状に起因して接合部で面外に倒れるような部材の変形が生じる。
（３） 上記のような面外方向への変形（所謂はらみ）を防止する既存の技術（例えば、特許文献２）もあるが、作動時の緩衝、またはそれにより音の発生が懸念される。
特開２００１―９０３７９号公報。 特開２００１―１５２６９５号公報。

本発明は上記事実を考慮し、部材間の相対変位を効果的に減衰手段に入力させることのできる建物用制振装置、建物ユニット、及びユニット建物の提供を目的とする。

請求項１に記載の建物用制振装置は、上梁及び下梁の何れか一方に設けられ、上梁及び下梁の何れか他方に向けて延びる第１の延材と、上梁及び下梁の何れか他方に設けられ、上梁及び下梁の何れか一方に向けて延びる第２の延材と、前記第１の延材と前記第２の延材とを連結する減衰手段と、前記第１の延材の先端側と、前記上梁及び前記下梁の内で前記第２の延材が設けられている側とを連結し、前記上梁及び下梁の長手方向に対応する方向の剛性よりも、前記上梁と前記下梁とを連結する仮想面と交差する方向の剛性が高く設定された面外変形抑制部材と、を備え、前記面外変形抑制部材は、弾性体を含んで少なくとも水平方向に弾性変形可能として減衰力を発生する振動減衰部と、前記仮想面と交差する方向の前記振動減衰部の変形を抑える変形抑制部と、を有し、前記振動減衰部は、弾性体層と前記弾性体層よりも高剛性の高剛性層とが鉛直方向に積層され、鉛直方向の剛性が水平方向の剛性よりも高く設定されている、ことを特徴としている。

次に、請求項１に記載の建物用制振装置の作用を説明する。
地震、強風等により建物に揺れが生じると、上梁と下梁との間に梁長手方向（水平方向）の相対変位が生じるが、上梁及び下梁の何れか一方に設けられた第１の延材と上梁及び下梁の何れか他方に設けられた第２の延材とを連結する減衰手段が該相対変位を抑制し、その結果、建物の揺れが低減される。

ここで、面外変形抑制部材は、第１の延材と、上梁及び下梁の内で第２の延材が設けられている側とを連結し、第１の延材を支持する役目を有している。

この面外変形抑制部材は、上梁及び下梁の長手方向に対応する方向の剛性が相対的に低く設定されているので、上梁と下梁との相対移動を阻害することが無い。また、面外変形抑制部材、上梁と下梁とを連結する仮想面と交差する方向の剛性が相対的に高く設定されているので、第１の延材の仮想面外方向の倒れ込みを抑えることができる。
このため、上梁と下梁との上記相対変位を効率的に減衰手段に入力させることができ、建物の揺れを効率的に低減することが可能となる。

特に、第１の延材の設けられている梁の剛性が均一で無い場合、例えば、梁がチャンネル（断面形状がコ字状）で構成されており、第１の延材が第２の延材よりも長く設定されているような場合、第１の延材は仮想面外方向へ倒れ込み易く、請求項１に記載の建物用制振装置を用いることの効果を格段に発揮することができる。なお、梁がチャンネルで構成されていなくとも、請求項１に記載の建物用制振装置の効果は十分に発揮できることは勿論である。

次に、請求項２に記載の建物用制振装置の作用を説明する。
この面外変形抑制部材は、弾性体を含んだ振動減衰部が、水平方向に弾性変形して振動の減衰を行う。また、この面外変形抑制部材は、変形抑制部が、振動減衰部の仮想面外方向の変形を抑えるので、第１の延材の仮想面外方向の倒れ込みを抑えることができる。

次に、請求項３に記載の建物用制振装置の作用を説明する。
振動減衰部は、弾性体層と弾性体層よりも高剛性の高剛性層とが鉛直方向に積層されているため、鉛直方向の剛性が水平方向の剛性よりも高くなる。このため、鉛直荷重によって弾性体層が大きく変形することが防止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の建物用制振装置において、前記第１の延材及び前記第２の延材に各々着脱可能とされ、前記第１の延材と前記第２の延材とを仮止めする仮止め部材を有する、ことを特徴としている。

次に、請求項２に記載の建物用制振装置の作用を説明する。
請求項２に記載の建物用制振装置は、仮止め部材を用いることで、第１の延材と前記第２の延材とを仮止めすることができ、第１の延材と前記第２の延材とを一時的に一体化することができる。

請求項３に記載の建物ユニットは、請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の建物ユニットは、請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えているので、上梁と下梁との上記相対変位を効率的に減衰手段に入力させることができ、建物ユニットの揺れを効率的に低減することが可能となる。

請求項４に記載のユニット建物は、請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えたことを特徴としている。

請求項４に記載のユニット建物は、請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えているので、上梁と下梁との上記相対変位を効率的に減衰手段に入力させることができ、ユニット建物の揺れを効率的に低減することが可能となる。

以上説明したように本発明の建物用制振装置、建物ユニット、及びユニット建物によれば、部材間の相対変位を効果的に減衰手段に入力させることができる。

以下、図１〜図３を用いて、本発明に係る建物用制振装置の実施形態について説明する。
（本実施形態に係るユニット建物の全体構成）
図１には、鋼製の部材からなる建物ユニット６０が示されている。なお、建物ユニット６０を１乃至複数連結することによって様々なユニット建物を構成することができる。

なお、説明の便宜上、建物ユニット６０の各部材に名称付けをしておく。建物ユニット６０は、４本の柱３２と、互いに平行に配置された長短二組の天井大梁４２、４４と、これらの天井大梁４２、４４に対して上下に平行に配置された長短二組の床大梁５２、５４とを備えており、梁の端部を天井と床の仕口に溶接することによりラーメン構造として構成されている。但し、ユニット構成は上記に限られることなく、他の箱形の架構構造としてもよい。
本実施形態では、天井大梁４２、４４、及び床大梁５２、５４に、断面コ字形状のチャンネル鋼（溝形鋼）が用いられている。

建物ユニット６０は、矩形枠状に組まれた天井フレーム６２と床フレーム６４とを備えており、これらの間に４本の柱３２が立設される構成となっている。天井フレーム６２は四隅に天井仕口部（柱）６６を備えており、この天井仕口部６６に長さが異なる天井大梁４２、４４の長手方向の端部が溶接されている。
同様に、床フレーム６４は四隅に床仕口部（柱）６８を備えており、この床仕口部６８に長さが異なる床大梁５２、５４の長手方向の端部が溶接されている。

そして、上下に対向して配置された天井仕口部６６と床仕口部６８との間に、柱３２の上下端部が溶接により剛接合されて及びボルトにより仮固定されて建物ユニット６０が構成される。

次に、本実施形態の制震装置１０について詳細に説明する。
図１、及び図２に示すように、本実施形態の建物ユニット６０には、床大梁５２と天井大梁４２との間、及び天井大梁４４と床大梁５４との間に制震装置１０が取り付けられている。
なお、以下に、代表して床大梁５２と天井大梁４２との間に設置される制震装置１０を説明する。本実施形態の制震装置１０は、以下に説明する、フレーム１２、ダンパ７４、ダンパ取付支柱７２、面外変形抑制部材７６を備えている。

図２に示すように、床大梁５２は、図示しないアンカーボルトにて基礎３６に固定されており、床大梁５２の上面には、制震装置１０を構成するフレーム１２がボルト２０で固定されている。

フレーム１２は、鉛直方向に延びる鋼製の第１の柱部材１４、及び第１の柱部材１４に対して傾斜する第２の柱部材１６、及び第１の柱部材１４と第２の柱部材１６の中間部同士を連結する連結１８を備えている。なお、フレーム１２の形状は他の形状であっても良い。

図２に示すように、第１の柱部材１４には、上側側面にダンパ取付板７０が溶接等で固着されており、このダンパ取付板７０に第２の柱部材１６の上端が固定されている。
天井大梁４２の下面には、ダンパ取付支柱７２がボルト２２で固定されている。ダンパ取付支柱７２とダンパ取付板７０との間にはダンパ７４が水平に配置されており、ダンパ７４は、一端がピン４８を介してダンパ取付板７０に連結され、他端がピン４８を介してダンパ取付支柱７２に連結されている。

なお、ダンパ取付支柱７２の長さ（鉛直方向）は、フレーム１２の長さ（鉛直方向）に対して極めて短く設定されている。これにより、ダンパ取付支柱７２に力が作用した時のダンパ取付支柱７２の面外方向の倒れ込み変形量が極力抑えられている。

ダンパ７４は、ダンパ取付板７０とダンパ取付支柱７２との相対変位時に減衰力を発生するものであれば、オイルダンパ、粘弾性ダンパ等の周知のダンパを用いることができる。

第１の柱部材１４の上端には、第１の柱部材１４と天井大梁４２とを連結するように面外変形抑制部材７６が取り付けられている。
図３に示すように、面外変形抑制部材７６は、第１の柱部材１４に取り付けるための第１の取付部２４と、天井大梁４２に取り付けるための第２の取付部２６を備えている。

図１に示すように、第１の取付部２４はボルト５０によって第１の柱部材１４の上部に取り付けられ、第２の取付部２６はボルト５１によって天井大梁４２の下面に取り付けられる。
第１の取付部２４の上部、及び第２の取付部２６の下部は、各々水平は平面状とされ、ゴム層２８と鋼板３０とが鉛直方向に積層された減衰部３４Ａ、３４Ｂを備えている。なお、これら減衰部３４Ａ、３４Ｂは、地震の震動を抑える免震装置と同様の構成である。したがって、減衰部３４Ａ、３４Ｂは、鉛直方向の剛性が、水平方向の剛性よりも高く設定されている。なお、地震の震動を抑えるため、ゴム層２８には減衰力の高いゴムを用いることが好ましい。

また、第１の取付部２４と第２の取付部２６との間には、天井大梁４２と床大梁５２とを結ぶ仮想面に対して直角方向かつ鉛直方向に延びる複数の縦板３８が設けられている。なお、「面外変形」とは、上記仮想面に対して交差する方向に変形することを意味する。

本実施形態の縦板３８は鋼板である。なお、縦板３８は、水平に配置された鋼板３０とは接触しているだけであり、鋼板３０とは面外方向（上記仮想面に対して交差する方向）に相対移動可能である。
なお、ゴム層２８は、鋼板３０、及び縦板３８に対して接着されており、これら３者は一体化している。

次に、本実施形態の作用を説明する。
地震、強風等により建物ユニット６０に揺れが生じ、天井大梁４２と床大梁５２との間に梁長手方向の相対変位が生じると、ダンパ７４が伸縮して減衰力を発生し、また、面外変形抑制部材７６が剪断変形して減衰力を発生し、ダンパ７４の減衰力と面外変形抑制部材７６の減衰部３４Ａ、３４Ｂの減衰力によって建物ユニット６０の揺れを低減することができる。

ここで、本実施形態の面外変形抑制部材７６は、ゴム層２８と鋼板３０とが鉛直方向に積層された減衰部３４Ａ、３４Ｂを備えているため、鉛直方向よりも水平方向の剛性が低く、水平方向に変形容易となっているが、天井大梁４２と床大梁５２とを結ぶ仮想面に対して直角方向かつ鉛直方向に延びる複数の縦板３８が、梁長手方向の変形は殆ど拘束せず、面外方向の変形を拘束するように作用する。

したがって、面外変形抑制部材７６と連結されたフレーム１２は、ダンパ取付支柱７２よりも長いにもかかわらず、面外方向の倒れ込みが十分に抑えられ、天井大梁４２と床大梁５２との相対変位を効率的にダンパ７４に入力させることができ、建物ユニット６０の揺れを効率的に低減することができる。

［その他の実施形態］
なお、この制震装置１０を建物ユニット６０に取り付ける前の状態として、図４に示すように、ダンパ取付板７０とダンパ取付支柱７２を、ボルト７８、及びボルト８０を用いて仮止め部材８２で連結し、ダンパ取付板７０に対してダンパ取付支柱７２がふら付かないように、即ち、図４の配置状態を維持するようにダンパ取付板７０に対してダンパ取付支柱７２を固定することが好ましい。

これにより、図４の配置状態を維持したまま、天井大梁４２と床大梁５２との間に制震装置１０を配置して、制震装置１０を天井大梁４２、及び床大梁５２に対して一度に取り付けることができる。なお、制震装置１０を天井大梁４２、及び床大梁５２に取り付けた後、制震機能が得られるように仮止め部材８２を取り外す。

上記実施形態では、床大梁５２にフレーム１２を連結し、天井大梁４２にダンパ取付支柱７２、及び面外変形抑制部材７６を連結したが、天井大梁４２にフレーム１２を連結し、床大梁５２にダンパ取付支柱７２、及び面外変形抑制部材７６を連結しても良い。

上記実施形態では、制震装置１０を床大梁と天井大梁とに連結した例を説明したが、本発明はこれに限らず、相対変位する梁であれば、制震装置１０の連結対象は、床大梁や天井大梁以外であっても良い。

また、面外変形抑制部材７６の構造は、図３に示すものに限定されことはなく、梁長手方向に弾性変形して減衰力を発生し、面外の変形を抑えるものであれば他の構造であっても良い。

ユニット建物の分解斜視図である。 建物ユニットに取り付けた制震装置の正面図である。 （Ａ）は面外変形抑制部材の正面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）に示す面外変形抑制部材の３（Ｂ）−３（Ｂ）線断面図である。 仮止めされた制震装置の正面図である。

符号の説明

１０ 制震装置
１２ フレーム（第１の延材）
２８ ゴム層（弾性体層）
３０ 鋼板（高剛性層）
３４Ａ 振動減衰部
３４Ｂ 振動減衰部
３８ 縦板（変形抑制部）
７４ ダンパ（減衰手段）
７６ 面外変形抑制部材
８２ 仮止め部材

Claims (4)

1. 上梁及び下梁の何れか一方に設けられ、上梁及び下梁の何れか他方に向けて延びる第１の延材と、
   上梁及び下梁の何れか他方に設けられ、上梁及び下梁の何れか一方に向けて延びる第２の延材と、
   前記第１の延材と前記第２の延材とを連結する減衰手段と、
   前記第１の延材の先端側と、前記上梁及び前記下梁の内で前記第２の延材が設けられている側とを連結し、前記上梁及び下梁の長手方向に対応する方向の剛性よりも、前記上梁と前記下梁とを連結する仮想面と交差する方向の剛性が高く設定された面外変形抑制部材と、
   を備え、
   前記面外変形抑制部材は、弾性体を含んで少なくとも水平方向に弾性変形可能として減衰力を発生する振動減衰部と、前記仮想面と交差する方向の前記振動減衰部の変形を抑える変形抑制部と、を有し、
   前記振動減衰部は、弾性体層と前記弾性体層よりも高剛性の高剛性層とが鉛直方向に積層され、鉛直方向の剛性が水平方向の剛性よりも高く設定されている、ことを特徴とする建物用制振装置。
2. 前記第１の延材及び前記第２の延材に各々着脱可能とされ、前記第１の延材と前記第２の延材とを仮止めする仮止め部材を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の建物用制振装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えた建物ユニット。
4. 請求項１または請求項２に記載の建物用制振装置を備えたユニット建物。

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