JP5609000B2 - 制振方法、制振構造、及び耐震補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物の制振方法、制振構造、及び耐震補強方法に関し、特に、施工に要する時間、手間、及び費用を削減することができる制振方法、制振構造、及び耐震補強方法に関する。

地震力による建物の振動を抑制する制振方法及び制振構造の一例として、例えば、特許文献１には、既設建物に近接する位置に、上層階部と下層階部とに分離した新設建物を構築し、新設建物の上層階部と下層階部との間に制振装置を介装させ、新設建物の下層階部と既設建物との間を連結梁により連結した制振構造が記載されている。

このような制振構造によれば、地震等の外力が建物に入力した時に、連結梁によって既設建物及び新設建物の両方が転倒するのを防止できるとともに、既設建物及び新設建物の下層階に入力する外力に応じて、制振装置を介して新設建物の上層階部をチューンドマスダンパーの質量体として機能させることにより、既設建物及び新設建物の両方の振動を低減させることができるというものである。

また、制振構造の他の例として、特許文献２には、高剛性・低質量のセンターコアを囲むように低剛性・高質量の外周建物を構築し、センターコアと外周建物との間をばね及びダンパーを並設した連結部材を介して連結し、センターコアの上端部に外周建物の頂部を覆うようにハットトラスを設け、ハットトラスと外周建物との間にそれらの水平移動を許容する滑り部材を介在させた制振構造が記載されている。

このような制振構造によれば、地震等の外力がセンターコアに入力すると、センターコアが大きく曲げ変形されようとするが、ハットトラスが滑り部材を介して外周建物の頂部に沿って水平移動しつつ、下方への押し下げ力が発生し、この押し下げ力が外周建物によって支持されることにより、センターコアの曲げ変形が抑制され、センターコア及び外周建物の両方の振動を低減させることができるというものである。

特開平７−２５２９６７号公報 特開平１１−２００６６１号公報

ところで、特許文献１に記載の制振構造は、建物に制振機能を付加するために、上層階部と下層階部とに分離した新設建物を構築し、新設建物の下層階部と既設建物との間を連結梁で連結し、新設建物の上層階部と下層階部との間に制振装置を介装させなければならないため、施工に時間、手間、及び多大な費用がかかる。

また、特許文献１に記載の方法によって既設建物のみに制振機能を付加しようとする場合には、既設建物の頂部に制振装置を介してチューンドマスダンパーの質量体を設置しなければならない。このため、既設建物を補強してチューンドマスダンパーを支持可能な剛性にしなければならず、施工に時間、手間、及び多大な費用がかかる。

また、特許文献２に記載の制振構造は、センターコアを囲むように外周建物を構築し、センターコアの上端部にハットトラスを設置し、ハットトラスと外周建物の頂部との間に滑り部材を介装させなればならないため、施工に時間、手間、及び多大な費用がかかる。また、特許文献２に記載の方法では、既設建物に制振機能を付加するのは困難である。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、既設、新設の建物に関わらずに、容易に、短時間で、多大な費用をかけることなく、制振機能を付加できる制振方法、制振構造、及び耐震補強方法を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、既存又は新築の建物を、該建物の振動と該建物の躯体面に対向するように設けたマスダンパーの質量体の振動とを打ち消し合わせることにより制振する制振方法であって、前記質量体を滑り支承、又は球面支承によって前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持し、前記滑り支承、又は球面支承によって支持した前記質量体と前記建物の躯体との間を粘弾性体と鋼板とを交互に積層した積層構造の粘弾性ダンパーを介して連結したことを特徴とする。

本発明の制振方法によれば、地震等の外力が建物に作用すると、質量体の振動と前記建物の振動とが打ち消し合うことにより、前記建物の振動が低減されることになる。

また、建物に制振機能を付加する場合、質量体を建物の躯体面に対向するように設けて、質量体を前記建物と異なる動きができるように滑り支承、又は球面支承によって支持し、その上で、質量体と建物の躯体との間を制振装置で連結すればよいので、施工に要する時間、手間、及び費用を削減することができる。

また、本発明において、前記質量体を、前記建物の躯体面に前記滑り支承、又は球面支承を介して前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持したこととしてもよい。

本発明の制振方法によれば、質量体を建物の躯体面に前記滑り支承、又は球面支承を介して支持することにより、質量体を前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に構成することができる。

さらに、本発明において、前記質量体を、地盤上に前記滑り支承、又は球面支承を介して前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持したこととしてもよい。

本発明の制振方法によれば、質量体を地盤上に滑り支承、又は球面支承を介して支持することにより、質量体を前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に構成することができる。

さらに、本発明において、前記質量体は、前記建物の躯体面に対向して設けられる外装材であることとしてもよい。

本発明の制振方法によれば、建物の躯体面に対向して設けられる外装材を質量体として機能させることができるので、新たに質量体を設計、製作して設置する必要がなく、施工に要する時間、手間、及び費用を削減することができる。

さらに、本発明において、前記外装材は、内側外装材の外側に間隔をおいて設けられる外側外装材と、外側外装材を補強する外装フレームより構成され、前記内側外装材を前記建物の躯体面に一体に連結し、前記内側外装材と前記外側外装材との間を前記制振装置を介して連結し、前記外側外装材及び前記外装フレームを前記質量体としたこととしてもよい。

本発明の制振方法によれば、建物の躯体面に設けられる外装材の外側外装材及び外装フレームを質量体として機能させることができるので、新たに質量体を設計、製作して設置する必要がなく、施工に要する時間、手間、及び費用を削減することができる。

以上、説明したように、本発明の制振方法、制振構造、及び耐震補強方法によれば、建物に制振機能を付加する場合に、既設、新設の建物に関わらずに、容易に、短時間で、多大な費用をかけることなく施工することができる。

本発明による制振構造の一実施の形態を示した概略図である。 図１の部分拡大図である。 図２の要部拡大図である。 制振装置の平面図である。 図４の正面図である。 制振構造の変形例を示した要部拡大図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明による制振方法及び制振構造の一実施の形態が示されている。図１は制振構造の全体を示す概略図、図２は図１の部分拡大図、図３は図２の要部拡大図、図４は制振装置の平面図、図５は制振装置の正面図である。

すなわち、本実施の形態の制振方法及び制振構造は、既設、新設の建物に関わらずに、建物に制振機能を付加するのに有効なものであって、ＭＤ（マスダンパー）によって建物に制振機能を付加するように構成したものである。

建物は、例えば、四角柱状の鉄骨構造（Ｓ構造）の建物であって、図１〜図３に示すように、複数の柱２と梁３とを組み合わせて構成した柱梁架構の躯体１を備え、この躯体１面にＭＤ４を設けることにより、制振機能を付加することができるものである。

ＭＤ４は、躯体１の各面に対向して設けられる質量体５と、質量体５を躯体１と異なる動きができるよう（本実施の形態では水平方向の全方向）に移動可能に支持する支持手段１８と、質量体５と建物の躯体１との間を連結する制振装置１０とを備えている。

本実施の形態においては、躯体１に対向するようにそれぞれ質量体５を設けて、各質量体５を水平方向の全方向に移動可能に構成している。このため、躯体１の周方向に隣接する質量体５、５同士が互いに干渉しないように、躯体１の周方向に隣接する質量体５、５間に所定の隙間を設けている。

質量体５は、例えば、建物の重量の数％〜１０％程度の重量を有する外装材６であって、本実施の形態では、複数階からなる建物の躯体１の下層階（例えば、１、２階）を除く中間層階及び上層階に対向して設けている。

外装材６としては、内側外装材７の外側に間隔をおいて平行に設けられる板状の外側外装材８と、外側外装材８を補強する外装フレーム９とを備えた外装材６、一枚の板状の外装材と、この外装材を補強する外装フレームとを備えた外装材（図示せず）等があり、本実施の形態においては、内側外装材７の外側に設けられる外側外装材８と外側外装材８を補強する外装フレーム９とを備えた外装材６を使用している。

内側外装材７の外側の外側外装材８及び外装フレーム９を外装材６として使用する場合、図２及び図３に示すように、内側外装材７を躯体１面にボルト等の連結手段によって一体に連結し、外側外装材８及び外装フレーム９を支持手段１８によって躯体１の柱又は梁に支持し、水平方向の全方向に移動可能とし、外側外装材８と躯体１との間を制振装置１０で連結する。これにより、外装材６の外側外装材８及び外装フレーム９をＭＤ４の質量体５として機能させることができる。

なお、図示はしないが、内側外装材のない外装材を使用する場合には、一枚の外装材を支持手段によって躯体面の柱又は梁に支持し、水平方向の全方向に移動可能とするとともに、外装材と躯体面との間を制振装置で連結する。これにより、内側外装材のない外装材をＭＤの質量体として機能させることができる。

制振装置１０としては、例えば、弾性系、粘性系、粘弾性系、摩擦系等のダンパーがあり、本実施の形態においては、図４及び図５に示すように、粘弾性系ダンパーを制振装置１０として使用している。粘弾性系ダンパーとしては、例えば、住友スリーエム株式会社製のＶＥＭ構造用ダンパー、及びＳＲＩハイブリット株式会社の粘弾性ダンパーシステム等が有効であり、躯体１の振動エネルギーを質量体５の振動や制振装置１０の粘性抵抗によって減衰させることができるものである。

本実施の形態の制振装置１０は、図４及び図５に示すように、複数の板状の粘弾性体１１と複数の鋼板１２とを交互に積層した四角柱状のダンパー部１３と、ダンパー部１３の最上位の粘弾性体１１の上部に一体に設けられるとともに、端部がダンパー部１３から外方に突出する第１取付板１４と、ダンパー部１３の最下位の粘弾性体１１の下部に一体に設けられるとともに、端部がダンパー部１３から外方に突出する第２取付板１６とを備えている。

このような構成の制振装置１０は、図３に示すように、第１取付板１４を外側外装材８の外装フレーム９の取付部にボルトによって連結し、第２取付板１６を躯体１の柱２又は梁３の取付部にボルトによって連結することにより、外側外装材８及び外装フレーム９と躯体１の外面との間に介装させることができる。

制振装置１０は、躯体１面と外装材６との間の複数箇所に介装させる。本実施の形態においては、外装材６の躯体１への取付部に対応する位置にそれぞれ制振装置１０を介装させ、その位置において外装材６を各制振装置１０を介して躯体１の柱２又は梁３に連結している。

制振装置１０の第１取付板１４の下面、及び第２取付板１６の上面には、それぞれ三角形板状の一対の補強プレート１５、１７が一体に設けられ、制振装置１０をしっかりと固定させるだけでなく、この補強プレート１５、１７にダンパー部１３の図４及び図５の左右の面を当接させることにより、ダンパー部１３が過大に変形ことも防止できる。

なお、本実施の形態においては、制振装置１０に積層構造の粘弾性系ダンパーを用いているが、図示はしないが、粘弾性体を単体で用いた単層構造の粘弾性系ダンパーを制振装置に用いてもよい。但し、単層構造の粘弾性系ダンパーは、その製品によっては剛性が高すぎて所望の制振性能が得られなくなることがあるので、本実施の形態のように、粘弾性体１１と鋼板１２とを交互に積層して剛性を低く設定した積層構造の粘弾性ダンパーの方が有効である。

支持手段１８は、図３に示すように、外装材６を水平方向の全方向に移動可能に支持する機能を有するものであって、本実施の形態においては、支持手段１８に滑り支承１８を用いている。

滑り支承１８は、例えば、基板１９と、基板１９の上部に水平方向の全方向にスライド自在に設けられる可動板２０とを備え、基板１９を躯体１の柱２に設けた取付部にボルト等によって連結し、可動板２０に外装材６の下端部をボルト等の固定手段を介して固定することにより、外装材６を水平方向の全方向に移動可能に支持することができる。

滑り支承１８としては、外装材６を躯体１と異なる動きができるように移動可能に支持できるものであれば特に制限はなく、本実施の形態においては、日本ピラー工業株式会社製のピラーユニトン支承を滑り支承１８として用いている。

上記のように構成した本実施の形態の制振方法及び制振構造にあっては、地震等の外力が建物の躯体１に入力して建物が振動するのを、質量体５である外装材６の振動と躯体１の振動とが打ち消し合うことにより、低減させることができる。また、制振装置１０のダンパー部１３によってそれらの振動が減衰されることによっても、低減させることができる。

この場合、建物の躯体１の外面側に設けられる外装材６を利用し、この外装材６を質量体５とし、この外装材６を滑り支承１８を介して躯体１に支持して、躯体１と異なる動きができるよう移動可能とし、さらに、外装材６と躯体１との間を制振装置１０で連結するように構成することにより、建物に制振機能を付加することができるので、既設、新設の建物に関わらずに、制振機能を付加することができる。

また、建物の外装材６を質量体５として機能させているので、建物に所望の制振機能を付加するために、新たに質量体を設計、製作して設置する必要がなく、制振機能を付加する施工に要する時間、手間、及び費用を削減することができる。

さらに、外装材６は、建物の外面に本来取り付けられるものであり、建物を設計する段階で外装材６の重量も考慮されているので、外装材６を建物の躯体１面に支持するために躯体１を補強して剛性を高める必要はなく、これによっても、施工に要する時間と手間と費用を削減することができる。

さらに、ＭＤ４の質量体５として機能させる外装材６は、建物の躯体１の重量の数％〜１０％程度の重量があればよく、硬さが問題になるようなことはないので、外装材６の剛性を高めて硬くする必要はなく、これによっても、施工に要する時間と手間と費用を削減することができる。

なお、前記の説明においては、外装材６を躯体１に滑り支承１８を介して支持し、躯体１と異なる動きができるよう移動可能に構成したが、図６に示すように、外装材６を躯体１に近接する地盤２１上に滑り支承１８を介して支持し、躯体１と異なる動きができるよう移動可能に構成してもよい。このように地盤２１上に外装材６を支持することにより、躯体１に外装材６の重量による影響が及ぶのを防止しつつ、躯体１の制振性能を更に高めることができる。

また、前記の説明においては、支持手段１８に滑り支承１８を用いたが、支持手段１８に球面支承を用いて、外装材６を躯体１と異なる動きができるように移動可能に支持してもよい。

さらに、前記の説明においては、外装材６の下端部を支持手段１８によって移動可能に支持したが、図示はしないが、外装材６の上端部を支持手段によって移動可能に吊り下げた状態に支持してもよい。

さらに、前記の説明においては、躯体１の周囲を囲むように、躯体１の各面に対向して外装材６を設けて、各外装材６を質量体５として機能させたが、躯体１の何れかの面に対向するように外装材６を設けて、その外装材６を質量体５として機能させるように構成してもよい。

さらに、前記の説明においては、内側外装材７の外側にある外側外装材８及び外装フレーム９を外装材６として利用し、この外装材６を質量体５として機能させたが、内側外装材のない外装材を利用し、この外装材を質量体として機能させるように構成してもよい。

さらに、外装材に限らず、躯体１に取り付けられる各種のオブジェや、コンクリートの塊、庇、バルコニー、植栽、装飾等の質量のあるものを利用し、これらを質量体として機能させるように構成してもよい。

さらに、前記の説明においては、支持手段１８と制振装置１０とを別個に使用したが、支持手段として制振装置を兼ねたものを使用してもよい。

さらに、前記の説明においては、四角柱状の建物の躯体１を制振対象としたが、三角柱状、六角柱状等の建物や、円柱状の建物、円筒状、四角筒状等の建物等の各種の建物を制振対象としてもよい。円筒状、四角筒状等の建物を制振対象とする場合には、例えば、建物の外面と内面の両方に外装材を設け、外装材を質量体として機能させてもよい。

さらに、前記の説明においては、鉄骨構造（Ｓ構造）の建物を制振対象としたが、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）、鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）、木構造等の各種の構造の建物を制振対象として、本発明の制振方法及び制振構造を適用してもよい。

さらに、前記の説明においては、制振装置１０に粘弾性系ダンパーを使用したが、弾性体等のように粘性のないものを使用してもよいし、オイルダンパー等を使用してもよい。

１ 躯体
２ 柱
３ 梁
４ ＭＤ
５ 質量体
６ 外装材
７ 内側外装材
８ 外側外装材
９ 外装フレーム
１０ 制振装置（粘弾性系ダンパー）
１１ 粘弾性体
１２ 鋼板
１３ ダンパー部
１４ 第１取付板
１５ 補強プレート
１６ 第２取付板
１７ 補強プレート
１８ 支持手段（滑り支承）
１９ 基板
２０ 可動板
２１ 地盤

Claims (5)

1. 既存又は新築の建物を、該建物の振動と該建物の躯体面に対向するように設けたマスダンパーの質量体の振動とを打ち消し合わせることにより制振する制振方法であって、
   前記質量体を滑り支承、又は球面支承によって前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持し、前記滑り支承、又は球面支承によって支持した前記質量体と前記建物の躯体との間を粘弾性体と鋼板とを交互に積層した積層構造の粘弾性ダンパーを介して連結したことを特徴とする制振方法。
2. 前記質量体を、前記建物の躯体面に前記滑り支承、又は球面支承を介して前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持したことを特徴とする請求項１に記載の制振方法。
3. 前記質量体を、地盤上に前記滑り支承、又は球面支承を介して前記建物と異なる動きができるように水平方向の全方向について移動可能に支持したことを特徴とする請求項１に記載の制振方法。
4. 前記質量体は、前記建物の躯体面に対向して設けられる外装材であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の制振方法。
5. 前記外装材は、内側外装材の外側に間隔をおいて設けられる外側外装材と、外側外装材を補強する外装フレームより構成され、前記内側外装材を前記建物の躯体面に一体に連結し、前記内側外装材と前記外側外装材との間を前記粘弾性ダンパーを介して連結し、前記外側外装材及び前記外装フレームを前記質量体としたことを特徴とする請求項４に記載の制振方法。