JP5561972B2 - 制震構造体 - Google Patents

Description

本発明は、建築および土木構造物のアンボンドプレストレスコンクリート圧着コア壁等での複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化してなる制震構造体に関するものであり、構造物に大きな地震が作用した時にそのエネルギーを効率良く制御し、構造物の損傷を回避できるようにしたものである。

地震時の応答低減効果を期待した制震構造は、鉄骨構造あるいは鉄筋コンクリート構造にダンパ等の制震装置を組み合わせて構築されているものが一般的である。しかし、これらは構造躯体自体が制震装置となっているものではない。

一方、複数のコンクリートブロックどうしを緊結して一体化した耐震壁に関し、例えば特許文献１、２記載の発明がある。

特許文献１には、建物躯体の柱および梁からなる支持用枠体に配設される耐震壁を、複数のＰＣ版で構成し、耐震壁周囲の柱間および梁間に配設するときの取付け構造が示されている。各ＰＣ版は、上下の梁方向または左右の柱方向へ複数配設されており、梁および柱方向である各ＰＣ版の幅方向に貫通させた高強力度鋼線に緊張力が導入され、耐震壁が一体化している。

特許文献２には、高強度のプレキャストコンクリート部材をプレストレスコンクリート緊張材で縦方向に圧着接合した連層形式のプレキャストプレストレストコンクリートコア壁を建築物の平面視中央部に備えた高層建築物が示されている。

特開平０６−２８０３２５号公報 特開２００７−２５５１６６号公報

前述した特許文献１、２記載の発明は、プレストレスを利用してＰＣ版を一体化させ、耐震壁に組み込む技術であり、特許文献２の場合は、地震後の残留変形が小さくなる超高層建物が示されている。しかし、これらは耐震構造に関する技術であり、制震性能は有していない。

このように、上記いずれにおいても、プレストレス構造を用いた圧着接合において、プレストレス力を調整したものであって、制震効果を期待したものではない。

本発明は、複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化してなる構造体において、構造体自身が制震装置の一部として機能し、地震時のエネルギーを効率良く吸収または制御し、構造物の損傷等を回避できるようにすることを目的したものである。

本願の請求項１に係る発明は、複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体であって、前記コンクリートブロックどうしの接触面に摩擦を調整するための摩擦低減材または粘弾性体を介在させて、圧着させた前記コンクリートブロックどうしの間で、せん断力の伝達が抑制され、制震効果により構造物全体の応答を低減させるようにしたあることを特徴とするものである。

アンボンドプレストレス部材で緊張して一体化してなる制震構造体の各コンクリートブロックどうしの接触面に、摩擦低減材あるいは粘弾性体を介在させることで、各コンクリートブロック間に生じる摩擦力を抑制し、あるいはエネルギーを吸収し、建物の震動を減衰させる。

パッシブコントロールを行う場合には、想定地震動に対して効果のあるコンクリートブロック間の摩擦係数を検討し、適切な摩擦係数を調整する摩擦低減材を設けたり、あるいは粘弾性体を介在させるようにする。

請求項２は、請求項１に係る制震構造体において、前記コンクリートブロックどうしの接触面の摩擦係数が０．２以下の範囲となるように調整してあることを特徴とする。

摩擦係数が０．２以下の範囲である摩擦低減材を各コンクリートブロックどうしの接触面に設けることで、摩擦力によるせん断力の伝達を大幅に抑制することができ、免震的効果により各コンクリートブロックの振動を抑制し、建物全体の揺れを抑え、損傷が軽減させる。

請求項３は、請求項１または２に係る制震構造体において、前記摩擦低減材は、プラスチック系、油脂系、ポリマー系、石油系の材料またはグリースであることを特徴とするものである。

好ましくは摩擦係数が０．２以下の範囲にあるプラスチック系、油脂系、ポリマー系、石油系の材料あるいはグリースを、各コンクリートブロックどうしの接触面に設け、各コンクリートブロック間の摩擦を低減させることにより、圧着されたコンクリートブロックどうしの間で、せん断力の伝達が抑制され、免震的効果が得られ、構造物全体の応答を低減させることができる。

請求項４は、請求項１に係る制震構造体において、前記粘弾性体は、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系、ジエン系、シリコン系等の高分子化合物からなる粘弾性体であることを特徴としている。

上記のような高分子化合物からなる粘弾性体を各コンクリートブロックの間に挟み込むことにより、両側のコンクリートブロックから受ける振動エネルギーを粘弾性体が吸収し、構造体全体の振動を減衰させることができる。

請求項５に係る発明は、複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体であって、前記各コンクリートブロックの端部に緊張装置を設け、地震および／または構造物の応答に応じて、前記各アンボンドプレストレス部材の張力を制御するようにしたことを特徴とする制震構造体である。

緊張装置は、例えば油圧ジャッキやアクチュエータであり、複数並列する各コンクリートブロックの端部に緊張装置を設置し、各コンクリートブロックを繋いでいる各アンボンドプレストレス部材の張力を調整することで、構造体自体の振動を制御して、制震効果を高める。

ここで言う制御には、想定される地震に対しあらかじめ所定の張力を導入しておく場合と、地震動あるいは構造物の応答に応じてアクティブコントロールを行う場合の両者が含まれる。

本願の請求項６に係る発明は、請求項５に係る制震構造体において、地震および／または構造物の応答をセンサーによって検知し、検知した振動をコンピュータで解析し、その解析に応じて、前記緊張装置による張力を制御することを特徴としている。

地震動は構造物内外のセンサーあるいは地震計によって検知され、遠方のセンサーなどからも通信回線を通じて情報を得ることができる。構造物の応答は、構造物の各所に設置したセンサー等により検知される。

検知された振動をコンピュータで判断し、緊張装置の張力を調整することで、アクティブコントロールを可能にする。なお、ここで言うコンピュータには、マイクロコンピュータ的なものも含まれる。

本願の請求項７に係る発明は、請求項６に係る制震構造体において、前記コンクリートブロックどうしの接触面に摩擦を調整するための摩擦低減材および／または粘弾性体を介在させてあることを特徴とするものである。

摩擦低減材を各コンクリートブロック間に挟み込んだ場合は、せん断力の伝達を抑制し、粘弾性体の場合は、コンクリートブロックの振動を吸収しながら、さらに各コンクリートブロックの端部に設置した緊張装置によって、各コンクリートブロックが受ける振動エネルギーを制御することができる。

本願の請求項８に係る制震構造体は、請求項１〜７に係る制震構造体を単位構造体として、前記単位構造体どうしの間にダンパまたは制震装置を設置してあることを特徴とするものである。

各コンクリートブロックどうしの接触面に摩擦低減材または粘弾性体を介在させた制震構造体、あるいは各コンクリートブロックの端部に緊張装置が設置されている制震構造体を単位構造体として複数繋ぐ際、単位構造体の間にダンパもしくは制震装置を設けることで、さらに制震効果を高める効果が期待できる。

本願の請求項９に係る制震構造体は、複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体を単位構造体として複数設け、前記単位構造体どうしの間にダンパまたは制震装置を設置してあることを特徴とするものである。

本発明は以上のような構成からなり、地震時に構造物自身の剛性が変化すること、列柱間の滑りあるいはエネルギー吸収による減衰効果を期待できることにより、構造物全体としての制震効果が期待できる。

また、構造躯体は概ね弾性範囲に留めて損傷させないことが可能となり、地震時の安全性確保、家財保全だけでなく、地震後の継続使用が可能となる。

本発明に係る制震構造体において、コンクリートブロック間に摩擦低減材または粘弾性体を介在させた場合の原理図である。 本発明に係る制震構造体において、アンボンドプレストレス部材の端部に緊張装置を設置した場合の原理図である。 本発明に係る制震構造体において、制震構造体の間にハニカムダンパを設置した場合の原理図である。 本発明に係る制震構造体において、緊張装置と摩擦低減材または粘弾性体を組み合わせた場合の原理図である。 本発明に係る制震構造体において、摩擦低減材または粘弾性体とハニカムダンパ（弾塑性ダンパー）を組み合わせた場合の原理図である。 本発明を高層建物に適用した場合の立面図である。 図６に対応する振動時の立面図である。 アクティブコントロールにおけるせん断力と変形の関係を概念的に示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る制震構造体１ａにおいて、各コンクリートブロック２に摩擦低減材または粘弾性体４を用いた場合の原理図である。この制震構造体１ａは、コンクリートブロック２の接触面に摩擦低減材もしくは粘弾性体４を挟み込み、各コンクリートブロック２をアンボンドプレストレス部材３によって垂直方向および水平方向に圧着し、一体化している。

摩擦低減材４を各コンクリートブロック２どうしの接触面に塗布するなどして、各コンクリートブロック２間の摩擦を低減させることで、圧着されたコンクリートブロック２どうしの間で、せん断力の伝達が抑制され、免震的効果により構造物全体の応答を低減させることができる。

上記のようなコンクリートブロック２の摩擦力の低減による制震効果を得るためには、摩擦係数が０．２以下の範囲となるような摩擦低減材を用いることが望ましい。

摩擦係数が０．２以下の範囲である摩擦低減材としては、例えば摩擦係数が０．０４程度のプラスチック系の摩擦低減材や、フッ素樹脂シート、あるいはフッ素樹脂をコーティングしたもの等が挙げられる。

具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パープルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

また、ブラスチック系材料の他に、油脂類、ポリマー類、石油系潤滑油、リチウムグリース等の好ましくは摩擦係数が０．２以下の範囲であるものを摩擦低減材として使用することもできる。

粘弾性体としては、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系、ジエン系、シリコン系等の高分子化合物を、各コンクリートブロック２の間に挟み込んで使用することができ、粘弾性体自体が振動エネルギーを吸収することによって、各コンクリートブロックの振動が抑制され、構造物全体に対しての制震効果が期待できる。

図２は、本発明に係る制震構造体１ｂにおいて、各コンクリートブロック２を圧着しているアンボンドプレストレス部材３の端部に緊張装置５を設置した場合の原理図である。

各コンクリートブロック２をアンボンドプレストレス部材３によって垂直および水平方向に圧着して一体化してなる制震構造体１ｂ中のアンボンドプレストレス部材３の端部に緊張装置５を設置して、アンボンドプレストレス部材３のプレストレス力を制御することで、複数のコンクリートブロック２からなる制震構造体１ｂの剛性を地震動あるいは構造物の応答に応じて調整することができる。

各プレストレス力のアクティブコントロールを行う緊張装置５は、アクチュエータあるいは油圧ジャッキ等を用いるのが好ましく、緊張装置５が地震時の建物挙動を把握するための各種センサーと振動データを解析するためのコンピュータを設置しておく必要がある。

設置したセンサーによって振動を検知し、その振動に関するデータをコンピュータに送信して解析した結果に基づいて、緊張装置５によってアンボンドプレストレス部材３の張力を調整することができ、アクティブコントロールを可能にする。

また、更なる制震効果を得るために、ダンパと組み合わせる場合もあり、後述する図５に例を示した。

図３は、本発明に係る制震構造体として、単位構造体としての制震構造体１ｃどうしの間に弾塑性ダンパとしてのいわゆるハニカムダンパ６を設置した場合の原理図である。

各コンクリートブロック２をアンボンドプレストレス部材３で垂直および水平方向に圧着し、一体化してなる制震構造体１ｃを単位構造体とし、単位構造体の接触面に弾塑性ダンパとしてのハニカムダンパ６を設置している。

アンボンドプレストレス部材３によるプレストレス力によってコンクリートブロック２からなる単位構造体である制震構造体１ｃに耐震効果を与え、制震構造体１ｃの接触面に設置したハニカムダンバ６によって、各制震構造体１ｃが受ける振動エネルギーを吸収し、制震効果が期待できる。

図４は、本発明に係る制震構造体１ｄにおいて、緊張装置５と摩擦低減材または粘弾性体４を組み合わせた場合の原理図である。

各コンクリートブロック２の間には摩擦低減材または粘弾性体４を設け、各コンクリートブロック２の振動を抑制しつつ、各コンクリートブロック２を圧着しているアンボンドプレストレス部材３の端部に緊張装置５を設置することで、アンボンドプレストレス部材３の張力を調整することができる。

図５は、コンクリートブロック２の間に摩擦低減材もしくは粘弾性体４を設けた制震構造体１ａを単位構造体とし、単位構造体どうしの接続面に弾塑性ダンパとしてのいわゆるハニカムダンパ６を設置した制震構造体の原理図である。

摩擦低減材もしくは粘弾性体４を各コンクリートブロック２に挟み込むことによって、単体構造体としての制震構造体１ａ自体に制震機能を与え、さらに、単位構造体どうしの間にハニカムダンパ６を設けることによって、ハニカムダンパ６が単位構造体１ａの振動エネルギーを吸収していることで、より制震効果を高めている。

本実施例では単位構造体間に組み込むダンパのとして、弾塑性ダンパであるいわゆるハニカムダンパを図示しているが、粘性ダンパや摩擦ダンパ等でも構わない。

図６は、本発明を高層建物に適用した場合の立面図であり、図７はその振動時の立面図である。

図１〜図５に示した制震構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、例えば図６、図７におけるアンボンドプレストレストコンクリート壁１に用いることができる。

アンボンドプレストレストコンクリート壁１を構成するコンクリートブロックどうしの相対変位において減衰力が生じ、また、緊張装置を用いたアクティブコントロールの場合には、緊張力を緩めることによる離散化により長周期化させ、緊張力を増すことにより壁の一体性を高め短周期化させ、構造物の応答を制御することができる。

図８は、このアクティブコントロールにおけるせん断力と変形の関係を概念的に示したものであり、緊張力を緩めたときはせん断変形型の挙動となり、緊張力を増したときは曲げ型の挙動を示す。

本発明は、アンボンドプレストレスコンクリート圧着コア壁を活用するものであり、建築および土木構造物に適用することで、構造物の制震効果を向上させることができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…制震構造体（アンボンドプレストレストコンクリート壁）、２…コンクリートブロック、３…アンボンドプレストレス部材、４…摩擦低減材（粘弾性体）、５…緊張装置、６…ダンパ、３１…柱、３２…アンボンドフラットスラブ

Claims (9)

1. 複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体であって、前記コンクリートブロックどうしの接触面に摩擦を調整するための摩擦低減材または粘弾性体を介在させて、圧着させた前記コンクリートブロックどうしの間で、せん断力の伝達が抑制され、制震効果により構造物全体の応答を低減させるようにしたことを特徴とする制震構造体。
2. 前記コンクリートブロックどうしの接触面の摩擦係数が０．２以下の範囲となるように調整してあることを特徴とする請求項１記載の制震構造体。
3. 前記摩擦低減材は、プラスチック系、油脂系、ポリマー系、石油系の材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の制震構造体。
4. 前記粘弾性体は、ゴム系、アスファルト系、アクリル系、スチレン系、ジエン系、シリコン系等の高分子化合物からなることを特徴とする請求項１記載の制震構造体。
5. 複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体であって、前記各コンクリートブロックの端部に緊張装置を設け、地震または構造物の応答に応じて、前記各アンボンドプレストレス部材の張力を制御するようにしたことを特徴とする制震構造体。
6. 地震または構造物の応答をセンサーによって検知し、検知した振動をコンピュータで解析し、その解析に応じて、前記緊張装置による張力を制御することを特徴とする請求項５記載の制震構造体。
7. 前記コンクリートブロックどうしの接触面に摩擦係数を調整するための摩擦低減材または粘弾性体を介在させてあることを特徴とする請求項６記載の制震構造体。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の制震構造体を単位構造体として、前記単位構造体どうしの間にダンパまたは制震装置を設置してあることを特徴とする制震構造体。
9. 複数のコンクリートブロックを水平および垂直方向にアンボンドプレストレス部材で緊張して一体化したアンボンドプレストレスコンクリート壁からなる制震構造体を単位構造体として複数設け、前記単位構造体どうしの間にダンパまたは制震装置を設置してあることを特徴とする制震構造体。

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