JP5324906B2 - 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制震装置を備えたユニット建物に関する。

建築物の地震等による揺れを抑えるために、制震装置を備えた建物が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特開２００６―２３６４号公報 特開２００５―２３５９６号公報 特許第３８２８６９５号公報

特許文献１，２の建物では、制震装置の一端を梁に立設した一方のスタッドに連結し、制震装置の他端を梁に立設した別のスタッドに連結した構成となっているが、スタッドの剛性は梁に比較して低く、スタッドの変形により、減衰手段への荷重（力）伝達の効率が低下する問題がある。

特許文献３の建物では、制震装置が梁に取り付けられており、特許文献１，２の建物に比較すれば、減衰手段への荷重（力）伝達の効率が向上する構成となっている。しかしながら、地震等で建物が揺れた際に、減衰手段の取り付けられている部位にて梁が変形し、これによって減衰手段への荷重伝達の効率が低下することが判明した。

本発明は上記事実を考慮し、建物の揺れを効率的に制震できるユニット建物の提供を目的とする。

請求項１に記載のユニット建物は、上下に積層される複数の建物ユニットと、前記建物ユニットの床梁と天井梁とを連結し、前記床梁と前記天井梁との相対変位を抑制する減衰手段と、前記減衰手段の連結された前記床梁と下側に隣接する他の建物ユニットの天井梁とを梁長手方向中間部分で連結する第１の連結手段、及び前記減衰手段の連結された前記天井梁と上側に隣接する他の建物ユニットの床梁とを梁長手方向中間部分で連結する第２の連結手段の少なくとも一方を備え、さらに、前記第１の連結手段及び前記第２の連結手段は、床梁の下フランジに一方側が固定されかつ他方側が梁側面から外側へ突出した状態で配置された鋼板と、天井梁の上フランジに一方側が固定されかつ他方側が梁側面から外側へ突出された状態で配置された別の鋼板と、これら二枚の鋼板を重ね合せた状態で双方の突出した部分を締結固定するボルト及びナットと、を含んで構成されている。

次に、請求項１に記載のユニット建物の作用を説明する。
請求項１に記載のユニット建物では、地震、強風等によりユニット建物に揺れが生じ、建物ユニットの床梁と天井梁との間に相対変位が生じると、減衰手段が該相対変位を抑制し、その結果、ユニット建物の揺れが低減される。

減衰手段が該相対変位を抑制する際、減衰手段の連結されている床梁、及び天井梁は、減衰手段からの反力を受ける。床梁、及び天井梁の剛性が低い場合、床梁、及び天井梁は減衰手段からの反力を受けて変形する場合がある。また、床梁、及び天井梁は、両端部分は柱に連結されているため、柱近傍では変形は少ないが、梁中央側では両端側よりも相対的に変形が大きくなる。

ここで、床梁、及び天井梁において、減衰手段の取り付けられている部分が変形すると、減衰手段への入力が減少して大きな減衰力が得られなくなるが、請求項１に記載のユニット建物では、互いに隣接する床梁と天井梁とが、梁長手方向中間部分で第１の連結手段または第２の連結手段で連結されて一体化し、互いを補強し合う。このため、減衰手段の連結されている梁の変形が抑えられ、減衰手段に対して効率的に荷重（力）を伝達させることができ、十分な減衰力を得ることができる。

なお、第１の連結手段、及び第２の連結手段は、当然ながら床梁、及び天井梁のうちで地震時等で変形が大きい方へ優先的に取り付けることが好ましく、第１の連結手段、及び第２の連結手段の両方を設けることが更に好ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のユニット建物において、前記第１の連結手段及び前記第２の連結手段の少なくとも一方は、前記減衰手段の梁連結部分の鉛直線上に設けられている。

次に、請求項２に記載のユニット建物の作用を説明する。
梁の変形を抑えるには、減衰手段、天井梁、及び床梁を最短距離で連結することが好ましい。したがって、請求項２に記載のユニット建物では、第１の連結手段及び第２の連結手段の少なくとも一方を、減衰手段の梁連結部分の鉛直線上に設けることで、減衰手段、天井梁、及び床梁を最短距離で連結している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のユニット建物において、前記床梁は、上フランジ、前記上フランジの下方に位置する下フランジ、及び前記上フランジと前記下フランジとを連結するウエブを備え、前記床梁の内部には、前記床梁の前記上フランジと前記床梁の前記下フランジとを連結する床梁補強部材が設けられている。

次に、請求項３に記載のユニット建物の作用を説明する。
床梁が、上フランジと、上フランジの下方に位置する下フランジと、上フランジと下フランジとを連結するウエブとからなる、例えば、断面Ｃ字状の開断面形状となっている場合、床梁の内部に上フランジと下フランジとを連結する床梁補強部材を設けることで、床梁補強部材を設けた部分が閉断面形状となって剛性が向上し、床梁の変形が抑えられるのでさらに好ましい形態となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のユニット建物において、前記天井梁は、上フランジ、前記上フランジの下方に位置する下フランジ、及び前記上フランジと前記下フランジとを連結するウエブを備え、前記天井梁の内部には、前記天井梁の前記上フランジと前記天井梁の前記下フランジとを連結する天井梁補強部材が設けられている。

次に、請求項４に記載のユニット建物の作用を説明する。
天井梁が、上フランジと、上フランジの下方に位置する下フランジと、上フランジと下フランジとを連結するウエブとからなる、例えば、断面Ｃ字状の開断面形状となっている場合、天井梁の内部に上フランジと下フランジとを連結する天井梁補強部材を設けることで、天井梁補強部材を設けた部分が閉断面形状となって剛性が向上し、天井梁の変形が抑えられるので更に好ましい形態となる。

なお、減衰手段の梁取り付け部分、天井梁補強部材、及び床梁補強部材を、第１の連結手段、第２の連結手段に対して鉛直線上に配置することが、梁の変形を抑える上で最も好ましい形態である。

以上説明したように本発明のユニット建物によれば、建物の揺れを効率的に制震できる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明に係るユニット建物の一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に示すように、本実施形態に係るユニット建物８は、３階建であり、複数個の建物ユニット６０によって構成されている。

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。

（１階の制震装置設置構造）
次に、本実施形態の制震装置設置構造の要部について詳細に説明する。
先ず、１階の建物ユニット６０について説明する。
図１、乃至図３に示すように、１階の建物ユニット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１階の床大梁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、第２のダンパ取付板７２から構成されている。

床大梁５２の上面には、制震装置１０を構成するフレーム１２が設置されている。
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部材１８を備え、正面視でアルファベットのＡ字形状とされている。なお、フレーム１２の形状は他の形状であっても良い。

図４に示すように、第１の柱部材１４の下端には、床大梁５２に取り付けるためのフランジ板２０が溶接されている。このフランジ板２０には、後述するアンカーボルト３４を挿通する丸孔（符号省略）が一対形成されており、この丸孔の上側にウエルドナット２２が溶接されている。なお、第２の柱部材１６の下端にも同様のフランジ板２０が溶接されている。

図３に示すように、第２の柱部材１６の上端は、第１の柱部材１４の側面上側に溶接されている。また、連結部材１８は、一端が第１の柱部材１４の側面に、他端が第２の柱部材１６の側面に溶接されている。
床大梁５２には、第１の柱部材１４の丸孔と対向する位置に、後述するアンカーボルト３４を挿通する丸孔（符号省略）が形成されている。

図４に示すように、床大梁５２の内部には、鋼板で形成された枠形のブラケット２６が挿入されており、ブラケット２６の上面は床大梁５２の上フランジ５２Ａ、ブラケット２６の下面は床大梁５２の下フランジ５２Ｂに密着している。
このブラケット２６の上面、及び下面には、床大梁５２の丸孔と対向する位置に、後述するアンカーボルト３４を挿通する丸孔（符号省略）が形成されている。

第１の柱部材１４の丸孔、床大梁５２の丸孔、及びブラケット２６の丸孔には、鉛直方向に基礎連結部としてのアンカーボルト３４が挿通され、アンカーボルト３４の上端付近は第１の柱部材１４のウエルドナット２２に螺合している。

また、アンカーボルト３４の中間部分には、ナット３０が２個螺合されており、上側のナット３０とウエルドナット２２とで、第１の柱部材１４のフランジ板２０と床大梁５２の上フランジ５２Ａとを挟み込んでいる。一方、アンカーボルト３４の中間部分に螺合された下方のナット３０は、ブラケット２６の下フランジ２６Ａに密着している。

アンカーボルト３４は、下側が床大梁５２の下面よりも突出しており、突出した部分が基礎３６のアンカーホール３８に挿入されている。アンカーホール３８にはグラウド材４０が充填されており、アンカーボルト３４を基礎３６に固定している。

図３、及び図４に示すように、第１の柱部材１４の上端付近の側面には、第１のダンパ取付板７０が溶接されている。
天井大梁４２の下面には、第２のダンパ取付板７２が取り付けられている。

天井大梁４２の内部には、鋼板で形成された枠形のブラケット８０が挿入されており、ブラケット８０の上面は天井大梁４２の上フランジ４２Ａ、ブラケット８０の下面は天井大梁４２の下フランジ４２Ｂに密着している。

図３に示すように、第２のダンパ取付板７２、天井大梁４２の下フランジ４２Ｂ、及びブラケット８０は、これらを貫通するボルト８２とナット８４により相互に連結固定されている。また、ブラケット８０の上部は、天井大梁４２の上フランジ４２Ａに対してボルト８２とナット８４により固定されている。

第１のダンパ取付板７０と第２のダンパ取付板７２との間にはダンパ７４が水平かつ天井大梁４２と平行に配置されており、ダンパ７４は、一端がピン４８を介して第１のダンパ取付板７０に連結され、他端がピン４８を介して第２のダンパ取付板７２に連結されている。

ダンパ７４は、第１のダンパ取付板７０と第２のダンパ取付板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。

図３、及び図５に示すように、第１の柱部材１４の上端には、スライド板７６が垂直に取り付けられている。
一方、天井大梁４２の下面には、第１の柱部材１４の上方に、ガイド部材７８が取り付けられている。

ガイド部材７８は、スライド板７６を挟み込む格好のコ字形状を呈しており、スライド板７６は、ガイド部材内に梁長手方向に沿ってスライド自在に挿入されており、フレーム１２が面外方向へ倒れることを防止している。なお、面外方向の「面」とは、天井大梁４２と床大梁５２とを結ぶ仮想の面を意味する。

（２階の制震装置設置構造）
次に、２階の建物ユニット６０について説明する。
図２、及び図６に示すように、本実施形態のユニット建物８では、２階の建物ユニット６０にも１階の建物ユニット６０と同様に、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。

２階の床大梁５２の内部には、第１の柱部材１４の下側、及び第２の柱部材１６の下側に各々ブラケット８５が固定され、さらに、この床大梁５２の下側に隣接している１階の天井大梁４２の内部にも、２階の床大梁５２に配置されたブラケット８５の鉛直下側に、各々ブラケット８５が固定されている。なお、ブラケット８５は、ボルト８７、ナット８９、及び皿ボルト９６にて梁内部に固定されている。

図６〜９に示すように、２階の床大梁５２の下フランジ５２Ｂの下面には、床大梁５２に設けたブラケット８５の下側に、矩形の鋼板８６（ここでは本発明の第１の連結手段）が取り付けられている。
鋼板８６には、一方の側に丸孔８８が２個、他方の側に皿モミ部を下側に形成した皿モミ付き丸孔９０が２個形成されている。

床大梁５２の下フランジ５２Ｂには、皿モミ付き丸孔９０と同軸的に丸孔（図示せず）が形成され、床大梁５２の内部に配置されたブラケット８５には、同じく皿モミ付き丸孔９０と同軸的にネジ孔９２が形成されている。

鋼板８６の皿モミ付き丸孔９０、下フランジ５２Ｂの丸孔を下側から上側に向けて挿通させた皿ボルト９６（図８，９では、図示省略）を、ブラケット８５のネジ孔９２にねじ込むことで、鋼板８６が下フランジ５２Ｂ、及びブラケット８５に固定されている。

また、１階の建物ユニット６０の天井大梁４２の上面には、天井大梁４２に設けたブラケット８５の上側に、床大梁５２と同様の鋼板８６が上下逆に取り付けられている。

天井大梁４２の上フランジ４２Ａには、皿モミ付き丸孔９０と同軸的に丸孔９８が形成され、天井大梁４２の内部に配置されたブラケット８５には、同じく皿モミ付き丸孔９０と同軸的にネジ孔（図示せず）が形成されている。

鋼板８６の皿モミ付き丸孔９０、上フランジ４２Ａの丸孔９８を上側から下側に向けて挿通させた皿ボルト９６（図８，９では、図示省略）を、ブラケット８５のネジ孔にねじ込むことで、鋼板８６が上フランジ４２Ａ、及びブラケット８５に固定されている。

図９に示すように、床大梁５２に取り付けた鋼板８６、及び天井大梁４２に取り付けた鋼板８６は、何れも略半分が梁側面から外側へ突出しており、一方の鋼板８６の丸孔８８と他方の鋼板８６の丸孔８８とを同軸的に挿通させたボルト１００にナット１０２を螺合することで、２枚の鋼板８６が互いに連結され、床大梁５２と天井大梁４２とが２枚の鋼板８６を介して互いに連結されて相互に力の伝達が可能な構成となっている。

なお、本実施形態では、鋼板８６が、予め工場等で床大梁５２、及び天井大梁４２に緊結されており、建築現場にて建物ユニット６０を積層した際に互いに密着した２枚の鋼板８６同士をボルト１００、及びナット１０２で固定している。
また、床大梁５４と天井大梁４４においても、床大梁５２と天井大梁４２と同様に連結されている。

（作用）
次に、制震装置１０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を生じると、天井大梁４２と床大梁５２との間に配置された制震装置１０が該相対変位を抑制し、建物ユニット６０の揺れを低減する。なお、天井大梁４４と床大梁５４との間に相対変位が生じた場合には、天井大梁４４と床大梁５４との間に配置された制震装置１０が該相対変位を抑制し、建物ユニット６０の揺れを低減する。

ところで、床大梁５２が変形して床大梁５２に連結された制震装置１０のフレーム１２が振れると、ダンパ７４への荷重（力）伝達が減少し、ダンパ７４の減衰力を十分に得ることが出来なくなる。
本実施形態の建物ユニット６０では、１階部分の制震装置１０のフレーム１２が、上述したようにアンカーボルト３４を介して基礎３６に対して連結され、さらに、ブラケット２６で補強された床大梁５２に対して連結されるので、基礎３６からダンパ７４までの間の力の伝達ロスが抑えられ、ダンパ７４への荷重（力）伝達の効率化が図られ、十分な減衰力を得ることができる。

また、２階部分の制震装置１０は、２階の床大梁５２との取り付け部分において、床大梁５２がブラケット８５で補強されると共に、鋼板８６を介してブラケット８５で補強された１階の天井大梁４２に連結されているため、制震装置１０の取り付けられた２階の床大梁５２の変形が抑えられ、２階の床大梁５２からダンパ７４までの間の力の伝達ロスが抑えられ、ダンパ７４への荷重（力）伝達の効率化が図られ、十分な減衰力を得ることができる。

なお、床大梁５２、天井大梁４２、及びこの両者に連結される制震装置１０においても同上の作用効果が得られるのは勿論である。
このように、本実施形態のユニット建物８では、１階、及び２階に設けた制震装置１０の各々が、その能力を十分に発揮できるので、ユニット建物８の揺れを効率的、かつ確実に制震することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態では、フレーム１２の取り付けられた２階の床大梁５２の梁長手方向中間部を、鋼板８６を介して１階の天井大梁４２の長手方向中間部に連結し、第２のダンパ取付板７２の取り付けられた２階の天井大梁４２は、ブラケット８０で補強したのみであったが、第２のダンパ取付板７２の取り付けられた２階の天井大梁４２を、鋼板８６（ここでは本発明の第２の連結手段に相当）を介して３階の床大梁５２に連結し、さらに、３階の床大梁５２をブラケット８５で補強する構成としても良い。これにより、２階の天井大梁４２の変形を抑えることができ、ダンパ７４への荷重（力）伝達の効率化を更に向上させることが可能となる。

上記実施形態では、２枚の鋼板８６を、梁側面から突出した部分でボルト固定したが、図１０に示すように、鋼板８６を梁側面から突出しないように幅狭に形成し、フレーム１２のフランジ板２０、床大梁５２、床大梁５２のブラケット８５、鋼板８６、天井大梁４２、及び天井大梁４２のブラケット８５を貫通する長いボルト１０４とナット１０６で固定しても良い。

また、上記実施形態では、床大梁５２と天井大梁４２とを、制震装置１０の取り付け部分で鋼板８６を介して連結したが、図１１に示すように、さらに、床大梁５２の側面と天井大梁４２の側面とを、鋼板１０８とボルト１１０で連結しても良い。これにより、床大梁５２と天井大梁４２との一体化が進み、複合梁としての効果がより大きくなり、高い補強効果を得ることができ、さらに梁の変形を抑えることが可能となる。

上記実施形態の制震装置１０では、上下方向の寸法が長いフレーム１２が床大梁５２に固定され、フレーム１２よりも上下方向の寸法の短い第２のダンパ取付板７２が天井大梁４２に固定されていたが、制震装置１０を上下逆にしてフレーム１２を天井大梁４２に固定し、第２のダンパ取付板７２を床大梁５２に固定しても良い。この場合、上下方向の寸法が長いフレーム１２が取り付けられた天井大梁４２と、その上側に配置された床大梁５２とを優先的に連結する。

また、上記実施形態の制震装置１０では、フレーム１２が上下方向に長く、第２のダンパ取付板７２がフレーム１２よりも短い構成であるが、フレーム１２と第２のダンパ取付板７２の上下方向の長さを同じにしても良い（この場合、第２のダンパ取付板７２は、板状ではなく、フレーム１２と同様のトラス状の構成とすることが好ましい。）。この場合、制震装置１０の上側、及び下側において、各々天井大梁４２と床大梁５２とを連結することが好ましい。

なお、本実施形態の建物ユニット６０は３階建であったが、４階建以上であっても良く、３階以上に制震装置１０を設置し、３階以上の床大梁５２と天井大梁４２を上記の様に鋼板８６等で連結しても良い。

ユニット建物の斜視図である。 ユニット建物の正面図である。 １階に設置された制震装置の正面図である。 制震装置の基礎への取付部分を示す正面図である。 制震装置の上端付近を示す側面図である。 ２階に設置された制震装置の正面図である。 １階の天井梁と２階の床梁との連結構造を示す分解斜視図である。 １階の天井梁と２階の床梁との連結構造を示す正面図である。 １階の天井梁と２階の床梁との連結構造を示す斜視図である。 参考例に係るユニット建物の、１階の天井梁と２階の床梁との連結構造を示す断面図である。 他の実施形態に係るユニット建物の、１階の天井梁と２階の床梁との連結構造を示す正面図である。

符号の説明

８ ユニット建物
１０ 制震装置
２６ ブラケット（床梁補強部材）
４２ 天井大梁
４２Ａ 上フランジ
４２Ｂ 下フランジ
４４ 天井大梁
５２ 床大梁
５２Ａ 上フランジ
５２Ｂ 下フランジ
５４ 床大梁
６０ 建物ユニット
８０ ブラケット（天井梁補強部材）
８５ ブラケット（天井梁補強部材）
８６ 鋼板（第１の連結手段、第２の連結手段、力伝達部材）
９６ 皿ボルト（第１の連結手段、第２の連結手段、力伝達部材）
１００ ボルト（第１の連結手段、第２の連結手段、力伝達部材）
１０２ ナット（第１の連結手段、第２の連結手段、力伝達部材）

Claims (4)

1. 上下に積層される複数の建物ユニットと、
   前記建物ユニットの床梁と天井梁とを連結し、前記床梁と前記天井梁との相対変位を抑制する減衰手段と、
   前記減衰手段の連結された前記床梁と下側に隣接する他の建物ユニットの天井梁とを梁長手方向中間部分で連結する第１の連結手段、及び前記減衰手段の連結された前記天井梁と上側に隣接する他の建物ユニットの床梁とを梁長手方向中間部分で連結する第２の連結手段の少なくとも一方を備え、
   さらに、前記第１の連結手段及び前記第２の連結手段は、床梁の下フランジに一方側が固定されかつ他方側が梁側面から外側へ突出した状態で配置された鋼板と、天井梁の上フランジに一方側が固定されかつ他方側が梁側面から外側へ突出された状態で配置された別の鋼板と、これら二枚の鋼板を重ね合せた状態で双方の突出した部分を締結固定するボルト及びナットと、を含んで構成されている、ユニット建物。
2. 前記第１の連結手段及び前記第２の連結手段の少なくとも一方は、前記減衰手段の梁連結部分の鉛直線上に設けられている、請求項１に記載のユニット建物。
3. 前記床梁は、上フランジ、前記上フランジの下方に位置する下フランジ、及び前記上フランジと前記下フランジとを連結するウエブを備え、
   前記床梁の内部には、前記床梁の前記上フランジと前記床梁の前記下フランジとを連結する床梁補強部材が設けられている、請求項１又は請求項２に記載のユニット建物。
4. 前記天井梁は、上フランジ、前記上フランジの下方に位置する下フランジ、及び前記上フランジと前記下フランジとを連結するウエブを備え、
   前記天井梁の内部には、前記天井梁の前記上フランジと前記天井梁の前記下フランジとを連結する天井梁補強部材が設けられている、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のユニット建物。

Images