JP5290786B2 - Damping structure - Google Patents
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Description
本発明は、建物の地震や風による外力に対する性能を向上させ、建物の揺れを低減するための制震構造に関するものである。 The present invention relates to a seismic control structure for improving performance against an external force caused by an earthquake or wind of a building and reducing the shaking of the building.
近年、地震や風等に対する建物の安全性を向上させるために、種々の免震・制震構造が提案され、実用化に至っている。一般に、免震構造とは建物の基礎部分や途中階に積層ゴムや滑り支承を用いた免震装置を設置した免震層を設け、入力される外力を低減させて建物の応答を低減するものである。これによって建物全体が長周期化されるため、一般に免震構造は短周期が卓越する剛性の高い低層のRC造に適用されることが多かったが、近年では高層の鉄骨造建物や超高層建物等にも適用されている。また、制震構造とは建物に入力されたエネルギーをダンパーで吸収することで応答を低減しようとするもので、この両方を適用した高仕様の建物も現在では珍しくなくなっている。 In recent years, various seismic isolation and control structures have been proposed and put into practical use in order to improve the safety of buildings against earthquakes and winds. In general, the seismic isolation structure is a structure in which a base isolation layer is installed on the base of the building or an intermediate floor with a base isolation device using laminated rubber or sliding bearings to reduce the input external force and reduce the response of the building. It is. As a result, the entire building has a longer period, so the seismic isolation structure is often applied to low-rise RC structures with high rigidity and short periods. In recent years, however, high-rise steel structures and super-high-rise buildings have been used. Etc. are also applied. In addition, the damping structure is intended to reduce the response by absorbing the energy input to the building with a damper, and high-specification buildings that apply both of them are now not uncommon.
特許第3425609号公報に記載された発明は、アスペクト比が大きく偏平形状の主たる免震化建物は、水平力によって生じる転倒モーメントにより免震システムの設計が困難となるため、免震層に発生する水平力と同程度の大きさで同じ向きの水平力を補助建築物から付与することで、転倒モーメントを極力小さくすることを目的としたものである。 The invention described in Japanese Patent No. 3425609 is generated in the base isolation layer because the main base isolation building having a large aspect ratio and a flat shape makes it difficult to design the base isolation system due to the overturning moment generated by the horizontal force. The purpose is to minimize the overturning moment by applying a horizontal force in the same direction as the horizontal force in the same direction from the auxiliary building.
しかしながら、免震構造は建物の1層全体を免震層として構築するため、免震装置に関わる工種が増えて工期が長くなる上に、アスペクト比が大きく偏平形状な主たる高層部を免震構造とすると、転倒モーメントを極力小さくしても、主たる部分を免震化するため、免震装置自体の値段も高くなってしまう。 However, since the entire base layer of the building is constructed as a seismic isolation layer, the number of works related to the seismic isolation device increases and the construction period becomes longer, and the main high-rise part with a large aspect ratio and flat shape is seismically isolated. Then, even if the fall moment is made as small as possible, the seismic isolation device itself becomes expensive because the main part is seismically isolated.
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、耐震架構で設計された高層建物に免震構造建物を併設し、この免震建物を高層建物の応答低減に利用する制震構造を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a seismic isolation structure in which a seismic isolation structure is attached to a high-rise building designed with a seismic frame and the seismic isolation building is used for reducing the response of the high-rise building. This is the issue.
上記の課題を解決するために、本発明は、耐震構造で構成された中層または高層の第1の建物と、免震構造で構成され低層の第2の建物を含み、当該第1の建物と第2の建物が前記免震層よりも上部に設けられた接合部材によって水平力を伝達するように接合された制振建物であって、前記第2の建物単独の一次固有周期は、前記第1の建物単独の固有周期より長く設定されている制震建物を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a middle- or high-rise first building composed of an earthquake-resistant structure, and a low-rise second building constructed of a seismic isolation structure, The second building is a vibration-damped building joined to transmit a horizontal force by a joining member provided above the seismic isolation layer, and the first natural period of the second building alone is A seismic control building set longer than the natural period of one building alone is provided.
本明細書において耐震架構とは、免震装置によって支持されたもので無い架構の意味で用いる。第1の建物と第2の建物は、平面視において独立した建物であるが、共通の地下階または基礎構造の上に建設されたものであっても良い。建物の躯体とは、柱、梁、耐震壁のような荷重支持部材をいう。第1の建物と第2の建物が接合される位置は、第2の建物の最上階でもよいし、途中階でも良い。また、接合部材は複数階に設けられていても良い。水平力を伝達するように接合されているとは、接合部材が第1の建物と第2の建物に剛に接合されている場合のほか、接合部材の両端または一端のみが水平方向の相対変位に対してピン接合されている場合、粘性または履歴ダンパーで接続されている場合などがある。また、粘性または履歴ダンパーは免震層に設置してもよい。 In this specification, an earthquake-resistant frame is used to mean a frame that is not supported by a seismic isolation device. The first building and the second building are independent buildings in plan view, but may be constructed on a common basement or foundation structure. A building frame is a load support member such as a column, beam, or earthquake-resistant wall. The position where the first building and the second building are joined may be the top floor of the second building or the middle floor. Further, the joining member may be provided on a plurality of floors. The term “joined so as to transmit horizontal force” means that the joint member is rigidly joined to the first building and the second building, and that both ends or one end of the joint member are horizontally displaced relative to each other. In some cases, it is connected with a viscous or hysteretic damper. In addition, the viscous or hysteretic damper may be installed in the seismic isolation layer.
第1(第2)の建物単独の固有周期とは、前記結合部材が仮に存在しないと仮定した場合の第1(第2)の建物の固有周期の意味である。本明細書では、特に限定せずに「固有周期」と記載した場合は1次の固有周期を指すものとする。
上記の構成を有する制震建物においては、刺激係数の最も大きな1次の固有モードは、第1の建物が一方に変形すると同時に、第2の建物の免震層が同方向に変形する(図1参照、第1の建物と第2の建物の変形は接合部材の位置では実質的に同一である)モードである。このモードの場合、第2の建物の免震層の変形が大きくなるので、免震装置による振動エネルギーの吸収が有効に行われて、全体として制振建物の振動は抑制される。そのためには、第2の建物の免震装置として、摩擦係数が0.01程度の滑り支承、転がり支承を用いて、免震装置部分のシアー係数を通常の半分以下である0.05以下にするのが有効である。なお、装置部分のシアー係数とは、免震装置部分のせん断力の合計を2つの建物の全重量で割った値である。
The natural period of the first (second) building alone means the natural period of the first (second) building when it is assumed that the coupling member does not exist. In the present specification, the term “natural period” is not particularly limited and refers to a primary natural period.
In the seismic control building having the above-described configuration, the first eigenmode having the largest stimulus coefficient is deformed in one direction at the same time as the first building is deformed in one direction (see FIG. 1, the deformation of the first building and the second building is substantially the same at the position of the joining member. In this mode, since the deformation of the seismic isolation layer of the second building becomes large, the vibration energy is effectively absorbed by the seismic isolation device, and the vibration of the damping building as a whole is suppressed. For that purpose, it is effective to use a sliding bearing and a rolling bearing with a friction coefficient of about 0.01 as the seismic isolation device for the second building, and to reduce the shear coefficient of the seismic isolation device part to 0.05 or less, which is half or less of the usual. It is. The shear coefficient of the device part is a value obtained by dividing the total shear force of the seismic isolation device part by the total weight of the two buildings.
前記接合部材は、各建物の地震や風などの外力による応答の相違に起因して生じる力を伝達するもので、所定の耐力と剛性を備えていれば、鉄骨やRC造など、構造の種類は問はない。またダンパーを備えていれば、第1と第2の建物をダンパーによって接合した構造であり、備えてなければ、所定の耐力と剛性を有する部材を用いた接合構造となる。 The joint member transmits a force generated due to a difference in response due to an external force such as an earthquake or wind of each building, and if it has a predetermined proof stress and rigidity, the type of structure such as a steel frame or RC structure There is no problem. If a damper is provided, the first and second buildings are joined by a damper, and if not provided, a joined structure using a member having a predetermined strength and rigidity is obtained.
接合部材がダンパーである場合には、接合部材を除いた状態での、第1の建物と第2の建物の固有周期、固有振動モードが異なるために、両建物間に相対変位が生じる結果、地震時あるいは風荷重時の応答変位を抑制することができる。 When the joining member is a damper, the natural period and natural vibration mode of the first building and the second building with the joining member removed are different, resulting in relative displacement between the two buildings. Response displacement during an earthquake or wind load can be suppressed.
本発明は、単独建物では免震化しなければ周期の短い建物の応答を十分低減すべく免震化した上で、単独建物では比較的周期が長い主たる建物に前者の免震化建物を連結し、2つの建築物間の相対変形差が生じる部分(免震部分・連結部分)にダンパーを配することで、構造安全性を向上させるものである。 In the present invention, the seismic isolation building is connected to the main building with a relatively long cycle in the single building after the seismic isolation is performed to sufficiently reduce the response of the building with a short cycle unless the base building is seismic isolation. Structural safety is improved by placing a damper in the part (seismic isolation part / connection part) where the relative deformation difference between the two buildings occurs.
前記接合部材は、曲げモーメントを伝達しないのが好ましい。接合部材そのものが曲げモーメントを伝達しない構造である場合のほか、少なくとも端部がピン接合されている場合が該当する。 The joining member preferably does not transmit a bending moment. In addition to the case where the joining member itself has a structure that does not transmit a bending moment, the case where at least the end portion is pin-joined is applicable.
上記の構成を有する場合、接合部材から第1の建物または第2の建物の躯体にモーメントが加わらないので、建物躯体の応力設計が緩和され、一層合理的な制震設計が可能になる。 In the case of having the above configuration, since no moment is applied from the joining member to the first building or the second building frame, the stress design of the building frame is relaxed, and a more rational seismic design is possible.
接合部材にダンパーを用いることによって、第1と第2の建物の相対変位を許容しつつ、該相対変位に起因して振動エネルギーを吸収することができるので、合理的な耐震設計あるいは耐風設計が可能になる。 By using a damper as a joining member, vibration energy can be absorbed due to the relative displacement while allowing relative displacement between the first and second buildings. It becomes possible.
前記第1の建物と第2の建物は同じ高さの建物であってもよいが、第1の建物は、前記第2の建物よりも高層であってもよい。また、第2の建物が第2の建物よりも高層であっても良い。第1の建物が高層で第2の建物が低層である場合は、免震支持された第2の建物の変位を耐震架構を有する第1の建物の低層部で抑制することになり、第1の建物が低層で第2の建物が高層である場合は、免震支持された第2の建物の下層部の変位を第1の建物が抑制することになる。いずれの場合にも、地震時あるいは風荷重時の挙動が異なる2つの建物を連結することによって相互に変位を抑制する結果となる。本明細書において中層又は高層の建物とは、低層の建物との高低差を表すためのもので、階数や高さが大きく異ならない場合も含まれる。例えば、相対的な高さの差が10m以上あれば、あるいは3層以上の差が有れば、一方を低層建物、他方を中層または高層建物と考えることができる。また、単独での固有周期に実質的な差(例えば、10%以上の差)が有れば、固有周期の短い建物を低層建物、他方を中層又は高層建物と考えてもよい。 The first building and the second building may be the same height building, but the first building may be higher than the second building. Further, the second building may be higher than the second building. When the first building is a high-rise building and the second building is a low-rise building, the displacement of the second building supported by seismic isolation is suppressed at the low-rise portion of the first building having the earthquake-resistant frame. When the second building is a low-rise building and the second building is a high-rise building, the first building suppresses the displacement of the lower layer portion of the second building supported by seismic isolation. In either case, the displacement is suppressed by connecting two buildings with different behaviors during an earthquake or a wind load. In the present specification, the medium-rise or high-rise building is for representing the height difference from the low-rise building, and includes cases where the number of floors and the height are not significantly different. For example, if the relative height difference is 10 m or more, or if there is a difference of three or more layers, one can be considered as a low-rise building and the other as a middle-rise or high-rise building. Further, if there is a substantial difference (for example, a difference of 10% or more) in a single natural period, a building with a short natural period may be considered as a low-rise building and the other as a middle-rise or high-rise building.
前記第1と第2の建物の構造躯体は同種のものであってもよいが、前記第1の建物は鉄骨構造であり、前記第2の建物は鉄筋コンクリート構造または鉄骨鉄筋コンクリート構造であってもよい。特に、第1と第2の建物が同時期に建設されたもので無いような場合、両建物の構造躯体は同種のものである必要は無いので、設計の自由度が大きい。 The structural housings of the first and second buildings may be of the same type, but the first building may be a steel structure, and the second building may be a reinforced concrete structure or a steel reinforced concrete structure. . In particular, when the first and second buildings are not constructed at the same time, the structural enclosures of both buildings do not need to be of the same type, so the degree of freedom in design is great.
前記接合部材と前記免震支持位置との間には、複数の階が存在してもよい。すなわち、第2の建物が基礎部分で免震支持されており、4階の床位置で接合部材によって第1の建物と接合されているような場合であってもよいし、接合位置は第2の建物の最上階位置であってもよい。免震支持位置と接合位置の階高が離れていることによって、第2の建物の免震支持位置と接合位置との間の躯体の水平変形能力を有効に生かすことができるので、第1および第2の建物の設計上有利である。 A plurality of floors may exist between the joining member and the seismic isolation support position. That is, the second building may be seismically isolated and supported by the base portion, and may be joined to the first building by the joining member at the floor position on the fourth floor. It may be the top floor position of the building. Since the floor height of the seismic isolation support position and the joint position is separated, the horizontal deformation ability of the frame between the base isolation support position and the joint position of the second building can be effectively utilized. This is advantageous in designing the second building.
前記接合部材は第1の建物と第2の建物の梁を接合しており、該梁の構面には壁またはブレースが設置されていてもよい。地震時には接合部材を介して、第1の建物または第2の建物からの外力が加わるので、梁の構面には壁またはブレースを設置し、その架構の剛性を高め、免震層に変形を集めて減衰を取るのが好ましい。また、接合部材位置ではスラブの剛性を上げて隣接する架構へ水平力を効率よく伝達するために、鉛直荷重とともに水平力を考慮し、通常よりも厚いスラブにするのが好適である。 The joining member joins the beams of the first building and the second building, and a wall or brace may be installed on the surface of the beam. In the event of an earthquake, external force from the first building or the second building is applied via the joint member, so walls or braces are installed on the beam construction surface to increase the rigidity of the frame and to deform the seismic isolation layer. It is preferable to collect and take attenuation. In addition, in order to increase the rigidity of the slab and efficiently transmit the horizontal force to the adjacent frame at the joining member position, it is preferable to consider the horizontal force as well as the vertical load and make the slab thicker than usual.
また、接合部材位置ではスラブの剛性を上げて隣接する架構へ水平力を効率よく伝達するために、鉛直荷重とともに水平力を考慮し、通常よりも厚いスラブにするのが好適である。 In addition, in order to increase the rigidity of the slab and efficiently transmit the horizontal force to the adjacent frame at the joining member position, it is preferable to consider the horizontal force as well as the vertical load and make the slab thicker than usual.
前記接合部材は、前記第1の建物および/または第2の建物と非剛接合されているのが好ましい。ここで、非剛接合とは、水平、鉛直方向の力とモーメントを完全に伝達する接合方法以外の接合を含む意味で、鉄骨部材のウェブのみを接合する方法、ピンまたはローラ支持部材を用いる方法、ダンパーによって接合する方法等によることができる。 The joining member is preferably non-rigidly joined to the first building and / or the second building. Here, the non-rigid joint means a joint other than a joint method that completely transmits horizontal and vertical forces and moments, and a method that joins only a web of steel members, a method that uses a pin or a roller support member It is possible to use a method of joining with a damper.
本発明はまたは、耐震架構で構成された既存建物を免震構造に改修して長周期化し、これに隣接して中高層建物を建設するとともに、前記既存建物の免震支持位置よりも上部で、地震時水平力が伝達されるように前記既存建物と前記中高層建物を接合する制震建物の構築方法を提案する。 The present invention, or an existing building composed of a seismic frame is remodeled into a seismic isolation structure to make a long cycle, and a middle-high-rise building is constructed adjacent to this, above the seismic isolation support position of the existing building, The construction method of the seismic control building which joins the existing building and the middle-high-rise building so that the horizontal force at the time of earthquake is transmitted is proposed.
以下に、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明するが、添付の図面と実施例は本発明の理解を助けるために記載したものに過ぎず、本発明が添付の図面や実施例に限定される趣旨で無いことは自明である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings and embodiments are merely described to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the accompanying drawings and embodiments. It is obvious that the intention is not limited to examples.
図1は、本発明に基づく制振構造建物の1実施例を示す平面図である。耐震架構で構成された第1の建物200の3方を取り囲むように免震支持された第2の建物100が建設されており、両者は特定の階の床レベルにおいて接合部材300によって接合されている。接合部材300は、平面図においては耐震壁120またはブレースを有する躯体の延長上に設けられており、両端部は第1の建物200に剛に接合され、第2の建物100にピン接合されている結果、両建物の間で水平力を伝達するが曲げモーメントを伝達しない構造である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a vibration-damping structure building according to the present invention. A
上記実施例は、第1の建物200の3方を第2の建物が囲んだ平面構成であるが、第2の建物は第1の建物の1方または2方にだけ設けられていてもよく、四方を取り囲んでも良い。第1の建物200と第2の建物の関係は逆でも良い。つまり、第1の建物が第2の建物の3方または四方を取り囲む平面構成であっても良いし、第1の建物と第2の建物は一対一で隣接するものであっても良い。また、接合部材300は、両端がピン指示されたものであってもよく、ダンパーを内蔵又は併設したものであっても良い。
Although the said Example is a plane structure where the 2nd building surrounded 3 sides of the
図2は、本発明の第2の実施例において地震時の変形を誇張して示した縦断面図である。第2の実施例においては、耐震架構で構成された第1の建物200の両側に、免震装置110によって免震支持された第2の建物100、140が隣接して建設されており、第1の建物と第2の建物は、接合部財300、302、304によって接合されている。第1の建物200と第2の建物100を接合する接合部材300の位置は、第1の建物200の下から6層の床レベル、第2の建物100の屋上(下から第3層の屋根)位置である。第1の建物200と第2の建物140は、第2の建物140の下から第3層と第4層の床レベルで接合部材300によって接合されている。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view exaggeratingly showing deformation during an earthquake in the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the
図から明らかなように、第2の建物100は、1階床下位置で免震支持され、3階屋根で第1の建物200と接合されているので、その間には3層分の距離がある。免震装置110と接合部材300との間に3層分の距離があることによって、第2の建物は、一方では第1の建物100によって屋根位置において地震時の変形を拘束される(耐震支持される)と同時に、3層分の変形能力を有効に生かすことができる。図に示した構造とすることによって、例えば、第2の建物の1階床位置あるいは2階の床位置に接合部材を設けたような構造と比較して、第2の建物の変形能力および免震装置の変形能力を有効に生かすことになる。
As is apparent from the figure, the
第2の建物140は、図示されているように、3階床位置と4階床位置の2箇所で第1の建物200と接合されている。接合位置は複数でもよく、最上階でなくても良い。上記実施例では、第1の建物200が比較的高層の建物で、第2の建物が比較的低層の建物であるが、建物の高さはこれらに限定されない。また、第1の建物と第2の建物はそれぞれ建設の時期が異なっていても良い。例えば、在来建物である第2の建物を新たに免震支持すると共に、新規に建設された第1の建物と接合することであっても良い。
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