JP5574326B2

JP5574326B2 - 構造体の連結制震構造

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Publication number: JP5574326B2
Application number: JP2010039375A
Authority: JP
Inventors: 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: JP2011174298A

Description

本発明は、構造体の連結制震構造に関し、特に、ねじれ振動を防止することができる構造体の連結制震構造に関するものである。

従来、複数の建物などの構造体をダンパーを介して接続し、地震や風に対するこれら構造体の応答を低減する連結制震構造が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

図４に示すように、この連結制震構造は、隣り合う建物Ａ、Ｂ同士を制震ダンバー１（オイルダンパー）で連結する構造であり、新築建物同士を連結する方式や、既存建物と新築建物とを連結する方式がある。特に、既存建物と隣接した新築建物との間を連結する方式は、既存建物の内部構造の補強が殆ど不要であり意匠性を損なわないことから、制震レトロフィットとして採用した事例が増えている。

しかしながら、この連結制震構造は、連結部のダンパー反力により、各々の建物に偏芯がなくてもねじれ振動を誘発することがあり、せっかく重心位置での応答を低減したのに制震効果が相殺されてしまうという問題があった。

例えば、図５に示すように、建物Ａ、Ｂ間をＸ、Ｙ両方向に効く粘弾性ダンパー２で連結制震した場合には、ダンパー２中心から建物Ａの重心までの距離をｅとすると、Ｙ方向入力による負担力Ｑｙのとき、建物ＡにＭ＝Ｑｙ・ｅのねじりモーメントが作用し、ねじれ振動を誘発してしまう。

このねじれ振動に対しては、一般に、下記の３つの対策が採られる。
（１）図６に示すように、建物のＸ、Ｙ方向に連結制震しても偏芯しないような建物配置とし、建物Ａを応答低減対象として建物Ｂ、Ｃとの間に制震ダンパー１を設置する。しかしながら、この場合には、建物の平面配置を制約することになり、建築計画の自由度が損なわれてしまう。また、建物Ｂ、Ｃをこのように都合良く配置できる場合は少ないという問題がある。

（２）図７に示すように、建物Ａ、Ｂ間にＸ方向の応答低減だけを対象にした制震ダンパー１を配置する。しかしながら、この場合には、Ｙ方向については、全く応答低減ができなくなってしまうという問題がある。

（３）上記の（２）において、建物Ａ、Ｂ間をＸ、Ｙ方向に制震ダンパー１で連結し、ねじれ振動を考慮した計画とする。しかしながら、建物Ａが既存建物の場合には、ねじれ振動によって構造性能を維持できない部分が出てくるという問題がある。

ところで、特許文献２に示される制震構造は、図８および図９に示すように、低層の既存建物Ａの屋上と高層の新設建物Ｂの外壁面との間に制震ダンパー３を有する制震部材４を設置して既存建物Ａを制震補強した構造である。この構造は、Ｙ方向地震力が作用した場合には、制震部材４の反力中心が屋根架構５上において外壁より建物Ａ重心側に位置するため、既存建物Ａの重心と制震部材Ａの反力中心との偏芯距離ｅを、上記の図５における距離ｅに比べて小さくできる特長がある。

しかしながら、この特許文献２の制震構造は、既存建物Ａに作用するねじりモーメントは上記の図５におけるねじりモーメントＭよりかなり小さくなるものの、完全になくせるわけではない。また、完全になくすためには、屋根架構５を既存建物Ａの重心位置まで延長する必要があり、大幅なコストアップを招いてしまう。さらに、この制震構造は既存屋根上にしか適用できず、中間階には適用できないといった問題がある。

特許第４２３８９９０号公報特開２００９−２８１０７４号公報

ところで、「２つの建物の壁面間にダンパーを設置して、Ｘ、Ｙ２方向に制震作用を働かせながら制震時のダンパー反力によるねじれ振動を生じさせない」ためには、２つの建物の重心位置が一致することが必要である。これは、図１０（ａ）に示すように、建物Ａを囲むように建物Ｂを２軸対称に配置することで実現可能であるが、建築計画上の制約からこうした配置を採用する例は少ない。

一方、図１０（ｂ）は最も現実的に多い配置であるが、上記の従来の連結制震構造を適用して２つの建物の壁面間にダンパーを設置して、Ｘ、Ｙ２方向に制震作用を働かせながらねじれ振動を生じさせないようにすることは難しい。このため、図１０（ｂ）のような配置に対し、２つの構造体（建物）の壁面間にダンパーを設置して、Ｘ、Ｙ２方向に制震作用を働かせながらねじれ振動を防止することができる技術の開発が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ねじれ振動を防止することができる構造体の連結制震構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る構造体の連結制震構造は、重心位置の異なる２つの構造体を複数の軸抵抗型ダンパーで連結して制震する連結制震構造であって、前記２つの構造体のうち一方の構造体は既存建物であり、他方の構造体は地震動入力時に作用するねじりモーメントに抵抗し得る耐力と剛性とが付与された新築構造物であり、前記軸抵抗型ダンパーのうち軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に前記一方の構造体の重心が位置するように設置したことを特徴とする。なお、ここでいう構造体の重心は、ある高さで水平断面における２次元的重心を意味する。

また、本発明の請求項２に係る構造体の連結制震構造は、上述した請求項１において、前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、水平に設置したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る構造体の連結制震構造は、上述した請求項１または２において、前記構造体の重心位置が高さによって異なる場合に、前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に当該高さにおける重心が位置するように設置したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る構造体の連結制震構造は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記構造体は建物であり、前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを前記建物の梁成位置の壁面に連結したことを特徴とする。

本発明によれば、重心位置の異なる２つの構造体を複数の軸抵抗型ダンパーで連結して制震する連結制震構造であって、前記軸抵抗型ダンパーのうち軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に一方の構造体の重心が位置するように設置したので、この一方の構造体にはこれら２つの軸抵抗型ダンパーによるねじりモーメントは作用しない。したがって、制震時のねじれ振動の発生を防止することができる。

図１は、本発明に係る構造体の連結制震構造の実施例を示す平面図である。図２は、本発明に係る構造体の連結制震構造の実施例を示す斜視図である。図３は、軸抵抗型ダンパーの一例を示す斜視図である。図４は、従来の連結制震構造の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図５は、従来の連結制震構造のねじれ振動を説明する平面図である。図６は、従来の連結制震構造の一例を示す平面図である。図７は、従来の連結制震構造の他の一例を示す平面図である。図８は、従来の特許文献２の連結制震構造を示す正面図である。図９は、従来の特許文献２の連結制震構造を示す平面図である。図１０は、２つの建物の配置例を示す平面図であり、（ａ）は２つの建物が２軸対称に配置されて重心位置が同じ場合、（ｂ）は２つの建物が隣接する一般的な場合である。

以下に、本発明に係る構造体の連結制震構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本発明に係る構造体の連結制震構造１０は、重心位置が異なるように互いに水平方向に距離を隔てて配置された建物Ａと建物Ｂ（２つの構造体）を上側と下側の各々において軸方向が平行でない各２つの軸抵抗型ダンパー１２で連結して、建物Ａの震動応答を低減して制震するパッシブ制震構法による連結制震構造である。各軸抵抗型ダンパー１２は、その軸方向の延長線上に建物Ａ（一方の構造体）の重心が位置するように設置してある。なお、ここでいう建物Ａの重心とは、建物Ａのある高さの水平面内における２次元的な重心を意味するものである。

建物Ａは、鉄骨造、ＲＣ造、ＳＲＣ造あるいはハイブリッド構造などの任意の構造形式の建物でよく、耐震、制震あるいは免震構造のいずれであってもよい。また、新築建物、既存建物のいずれであってもよい。既存建物の場合には、制震改修（レトロフィット）となる。

建物Ｂは、剛性と耐力とが十分確保された構造物としてある。建物Ａと建物Ｂの組み合わせとしては、例えば、建物Ａが歴史的な価値をもつ既存建物であり、建物Ｂはそれに隣接する高耐力な新築構造物である場合が考えられる。

軸抵抗型ダンパー１２は、図３に示すような軸方向速度に応じた軸方向力を生じるオイルダンパー（粘性ダンパー）や粘弾性ダンパーで構成することができる。また、ダンパー両端間の軸方向変位に応じた軸方向力を生じる鋼材ダンパーや摩擦ダンパー、軸方向相対加速度に応じた軸方向力を生じる慣性質量ダンパーで構成してもよく、いずれか１種類のみを使用してもよいし、複数種のダンパーを併用しても構わない。

軸抵抗型ダンパー１２は、基本的に水平に配置して各建物Ａ、Ｂの梁成内（床位置）の壁面に連結することが好ましいが、建物Ａ、Ｂ同士の階高が異なる場合等においては必ずしも同一高さでなくてもよい。また、重心位置が各階（高さ）で異なる場合には、当該階に対応して設置する各ダンパーの軸方向を建物Ａの当該階重心に向けて設置することが好ましい。同一階に複数のダンパーを異なる方向に向けて設置することで、水平面内で互いに直角なＸ方向、Ｙ方向の両方向に効かせることが可能である。

軸抵抗型ダンパー１２の設置箇所数は、図１および図２に示すような４箇所に限るものではなく、水平面内で互いに直角なＸ方向、Ｙ方向の両方向に制御力を働かせながら地震時のダンパー反力によるねじれ振動を抑制することが可能であれば何箇所であってもよい。

次に、本発明によって得られる効果について説明する。
（１）軸抵抗型ダンパー１２の軸方向が建物Ａの重心を通るため、建物Ａにはダンパー反力によるねじりモーメントは作用しない。このため、Ｙ方向の地震動入力時において応答低減対象の建物Ａにねじれ振動が励起することはない。

（２）Ｘ方向の地震動入力時には、水平面内でＸ軸に関してθだけ傾斜配置された軸抵抗型ダンパー１２のＸ方向成分（剛性や減衰係数や慣性質量をｃｏｓ^２θ倍したもの）がＸ方向に配置されたダンパー諸元とみなせる。同様に、Ｙ方向の地震動入力時については、軸抵抗型ダンパー１２のＹ方向成分（剛性や減衰係数や慣性質量をｓｉｎ^２θ倍したもの）がＹ方向に配置されたダンパー諸元とみなせる。したがって、Ｘ、Ｙ両方向に応答低減効果を発揮することができる。

（３）一方、建物ＢにはＹ方向の地震動入力時にねじりモーメントが作用するが、例えば、建物Ａが既存建物であり、建物Ｂが新設建物である場合には、新築する建物Ｂに大きな耐力と剛性を付与することは容易である。また、新築する建物Ｂを建物Ａと重心を一致させるように配置計画する必要はないので、新築する建物Ｂの配置計画に制約を与えない。

（４）軸抵抗型ダンパー１２としては、製品化されているものをそのまま用いることができ、建物Ａと建物Ｂとの間への設置工事も容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、重心位置の異なる２つの構造体を複数の軸抵抗型ダンパーで連結して制震する連結制震構造であって、前記軸抵抗型ダンパーのうち軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に一方の構造体の重心が位置するように設置したので、この一方の構造体にはこれら２つの軸抵抗型ダンパーによるねじりモーメントは作用しない。したがって、制震時のねじれ振動の発生を防止することができる。

以上のように、本発明に係る構造体の連結制震構造は、２つの構造体（建物）の壁面間にダンパーを設置して、Ｘ、Ｙ２方向に制震作用を働かせながらダンパー反力によるねじれ振動を防止するのに有用であり、特に、既存建物の制震改修において、新設建物の配置の制約を受けずに制震時のねじれ振動を簡便に防止するのに適している。

１，３制震ダンバー
２粘弾性ダンパー
１０構造体の連結制震構造
１２軸抵抗型ダンパー

Claims

重心位置の異なる２つの構造体を複数の軸抵抗型ダンパーで連結して制震する連結制震構造であって、
前記２つの構造体のうち一方の構造体は既存建物であり、他方の構造体は地震動入力時に作用するねじりモーメントに抵抗し得る耐力と剛性とが付与された新築構造物であり、
前記軸抵抗型ダンパーのうち軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に前記一方の構造体の重心が位置するように設置したことを特徴とする構造体の連結制震構造。
前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、水平に設置したことを特徴とする請求項１に記載の構造体の連結制震構造。
前記構造体の重心位置が高さによって異なる場合に、前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを、その軸方向の延長線上に当該高さにおける重心が位置するように設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の構造体の連結制震構造。
前記構造体は建物であり、前記軸方向が平行でない少なくとも２つの軸抵抗型ダンパーを前記建物の梁成位置の壁面に連結したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の構造体の連結制震構造。