JP5615599B2 - 制振装置及び建物 - Google Patents

Description

本発明は、建物の環境振動問題を解決するための制振装置及び該制振装置を備えた建物に関する。

住宅等の建物を計画する場合、図１に例示するように、前面道路側の１階外周構面を開放し、建物内部に自動車の駐車スペース（ピロティ車庫）１を形成することがある。特に間口が小さな狭隘敷地の場合、間口方向は１スパンで構成することが多い。また、間口が比較的大きい敷地であっても、複数の自動車を並列して駐車したいという要望がある場合には、複数のスパンにわたって前面道路側の１階外周構面が開放されることになる。そして、車庫の奥の領域には室内空間２等が形成されるのが一般的である。

その結果、図２に例示する建物のように、前面道路側の外周構面の一部が開放されるのに対して、前面道路の反対側の面、つまり開放面と対向するもう一方の外周構面は外装パネル３や窓やドアが組み込まれた開口パネル３’で閉塞される。そのため、前面道路側の外周構面と前面道路の反対側の外周構面とでは、外壁を構成するパネルの配置に偏りが生じる。

中低層の鉄骨造建物のように、元来軽量で、列車や大型自動車等の通行等による環境振動等の外部の振動源の影響を受けやすい建物で、且つ外装パネルが比較的重量のあるＰＣ（プレキャストコンクリート）やＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）で構成されている場合、外壁を構成するパネル及びその目地部に充填されるシーリング材によって、建物の振動が抑制されることが知られている。
しかし、上記のような一部が開放された外周構面においては、全ての面がパネルで覆われた外周構面と比べて振動が大きくなる傾向があり、外壁を構成する外装パネルが偏って配置されることによって、環境振動の影響を受けて、予期しない振動が発生することがある。

例えば特許文献１には、柱梁接合部近傍に取り付けられる方杖タイプの制振ダンパーに関する技術が開示されている。この技術は、ピン接合の柱梁接合部に用いる場合は高い制振効果が期待できる。しかし、ラーメン構造、即ち柱と梁とが剛に接合された建物に用いた場合には、接合部近傍の変形量が少なく、高い制振効果が期待できないという問題があった。

特開２００３−２６１９９３号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決し、構造形式によらず、環境振動に対する高い制振効果が発揮される制振装置及び該制振装置を備えた建物を提供することを目的とする。

本発明によれば、柱と該柱に接合された大梁とを含む主架構に付加される制振装置が提供される。
該制振装置は、主架構の上階の大梁の下端よりも低い一対の柱と該柱に剛接合され主架構の大梁と略同一の長さを有する梁とから形成され、主架構の外周構面に対し略平行に配置される門形のサブフレームと、主架構と該サブフレームとの間に介装されるダンパーと、
を備えており、前記ダンパーが、前記外周構面と直交する方向に配置された主架構の大梁間に架け渡されたサブフレーム直上の連結材とサブフレームの梁との間に介装されており、
前記連結材の上端は、前記大梁の上端よりも低く、上階の床を支持しないように構成されたことを特徴とする。
上記構成からなる制振装置では、上階の荷重が作用し、外的要因により水平方向に大き
く変形する主架構と、自重のみしか作用せず変形量の小さな門形のサブフレームとをダン
パーで連結することによって、構造形式によらず環境振動に対する高い制振効果を発揮す
ることができる。

ここで、主架構とは、建物の間口方向１スパン分の架構を意味する。間口方向に複数のスパンが連続する架構で１スパン分取り出したものも主架構と定義される。

サブフレーム上に、前記外周構面と直交する方向に配置された主架構の大梁間に架け渡された連結材を設けることにより、主架構の大梁と干渉しない限り、制振装置を任意の位置に設置可能となる。

また、本発明の一態様によれば、柱と該柱に接合された大梁とを含む主架構に付加される制振装置であって、主架構の上階の大梁の下端よりも低い一対の柱と該柱に剛接合され主架構の大梁と略同一の長さを有する梁とから形成され、主架構の外周構面に対し略平行に配置される門形のサブフレームと、主架構と該サブフレームとの間に介装されるダンパーと、を備えており、前記ダンパーが、主架構の大梁または該大梁と平行に架け渡された小梁と、前記外周構面と直交する方向に配置された主架構の大梁と、に跨って持ち出された連結材と、サブフレームの梁と、の間に介装されたことを特徴とする。
上記のような連結材を用いることにより、間口方向のスパン長に応じた連結材を複数種
用意しておく必要がなく、コスト面で有利である。

また、本発明によれば、上記制振装置を備えたことを特徴とする建物が提供される。上記制振装置を備えた建物は、環境振動に対する高い制振効果を有する。

本発明の一態様によれば、上記建物は、前記制振装置が、建物の剛性の偏りが緩和される側に設けられたことを特徴とする。
上記制振装置を備えた建物は、剛性の偏りの緩和によって、環境振動に対する更に高い制振効果を発揮することができる。

本発明の構成によれば、構造形式によらず環境振動に対する高い制振効果を発揮することができる。

１階外周構面の一部を開放した建物の１階部分の間取り図である。 図１の建物の斜視図である。 本実施形態に係る制振装置を備える建物の主架構の斜視図である。 実施形態１に係る制振装置を説明する図である。 実施形態１に係る制振装置のダンパーを説明する図である。 実施形態１に係る制振装置のダンパー部分での断面図である。 実施形態２に係る制振装置を説明する図である。 実施形態２に係る制振装置のダンパーを説明する図である。 実施形態２に係る制振装置のダンパー部分での断面図である。

Ａ 建物
１ 駐車スペース
２ 室内空間
３ 外装パネル
３’ 開口パネル
４ 制振装置
５ 主架構の柱
６ 主架構の大梁
７ 主架構
８ 基礎
９ 小梁
１０ 制振装置の柱
１１ 制振装置の梁
１２ サブフレーム
１３ ダンパー
１４ 連結材
１５ 挟持片
１６ 摩擦板
１７ ボルト

以下に、本発明に係る制振装置及び該制振装置を備えた建物を実施形態に基づいて説明するが、これらの実施形態は本発明の理解を助けるために記載するものであって、本発明を以下に記載されたものに限定する趣旨で無いことは自明である。

［実施形態１］
本実施形態に係る制振装置４は、柱５と該柱５に接合された大梁６とを含む主架構７に付加されるものである。

（主架構部分の構成）
本実施形態の建物Ａは、図３に示すような、３０５ｍｍの平面モジュールを有する鉄骨造３階建ての工業化住宅であり、構造形式は直交する通り芯の交点上に通し柱５が配置され、各階層の床を支持する大梁６が隣接する通し柱５に架け渡されて剛接合されて構成されたラーメン構造である。

主架構７は、直交する「通り芯」（柱や大梁の配置基準線）上に格子状に構築された鉄筋コンクリート造の布基礎８の交点上（通り芯の交点上）に、第１層から最上層まで連続する通し柱５を配置し、各階層において隣接する通し柱５の間に大６梁を掛け渡し、その端部を通し柱５に剛接合して構成されている。

通し柱５は断面角形の鋼管からなる。下端部にはアンカーボルト挿通用の孔が穿設されたベースプレートが溶接されている。該孔に布基礎８から突設されたアンカーボルトを挿通しナットで締結することで露出型固定柱脚が形成され、保有耐力接合が実現されている。

大梁６はＨ形鋼からなる。大梁６の端部の柱接合部は、大梁６の両端部に溶接された接合プレートで構成され、接合プレートには、同一径の複数のボルト挿通孔が穿たれている。柱接合部と、ボルト挿通孔に対応してタップ孔が形成された通し柱５の梁接合部とを当接し、トルシア形高力ボルトにて締結することによって、剛接合が実現されている。
大梁６は平面モジュールの整数倍に対応して複数種類の長さのものが設定されており、スパン長に応じて適宜選択される。

この主架構７を構築したのち、相対する大梁６の間に小梁９を適宜架け渡した上でＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）からなる床パネル（図示略）を梁の上フランジに載置して床が構成され、外周構面（建物の外通り）の大梁６にＡＬＣからなる外装パネル３や開口パネル３’を取り付けることによって外壁が構成され、図２に示すような躯体が完成する。

外壁を構成するパネルの取り付けには、水平力が作用した際に、主架構の層間変形に応じてロッキングするロッキング工法が採用されている事が好ましい。
外装パネル３や開口パネル３’の目地部分には湿式不定形のシール材が充填され、パネルとシール材の表面には吹き付け塗装がなされて仕上げられる。

図２の建物Ａは、都市の狭隘な敷地に建設されることが想定されたものであり、間口方向についてはスパン数が１で、奥行き方向については同一のスパン長でスパン数が３の構成である。そして、１階の手前側には間口方向の外周構面が開放されてピロティ車庫（駐車スペース１）が形成されており、その奥側の領域には外装パネル３や開口パネル３’がめぐらされて居室部が形成されている。従って、通し柱５の配置は極めてバランスがよいが、間口方向については外壁を構成する外装パネルが奥側に偏って配置されている。
すなわち、本建物Ａにおいては、間口方向については、剛心（剛性の中心）が建物の重心位置（建物の隅角部を結ぶ対角線の交点にほぼ一致する位置）よりも居室部側に偏っている。
なお、居室部の床は布基礎上端面に載置された床パネルにて形成され、ピロティは居室部よりも３０００〜４００ｍｍ程度低いレベルで土間コンクリートにて仕上げられている。

（制振装置）
本実施形態に係る制振装置４は、主架構７の２階の大梁６の下端よりも低い一対の柱１０と該柱１０に剛接合され主架構７の大梁６と略同一の長さを有する梁１１とから形成され、主架構７の外周構面に対し略平行に配置される門形のサブフレーム１２と、主架構７と該サブフレーム１２との間に介装されるダンパー１３と、を備えたことを特徴とする。

図３に示すように、上記構成の建物Ａにおいて、制振装置４はピロティの開放面（開放された外周構面）に隣接して配置される。

図４に示すように、制振装置４は、門形のサブフレーム１２、建物Ａの主架構７に取り付けられる連結材１４、サブフレーム１２と連結材１４との間に介装されるダンパー１３とからなる。

制振装置４のサブフレーム１２は、一対の柱１０と一対の柱１０間に掛け渡された梁１１とからなる。柱１０及び梁１１の構成は、夫々、主架構７の通し柱５及び大梁６の構成に準じており、そのスパン長も主架構７に一致しているか、あるいは略同一の長さである。ただし、サブフレーム１２の高さ（梁１１の設置レベル）、即ち柱１０の長さについては、主架構７との干渉を防ぐ為に主架構７の大梁６よりも低く設定されている。
サブフレーム１２は、芯−芯間の寸法で外周構面から平面モジュールの１倍の位置に主架構７に対し平行に配置されている。

ダンパー１３は、摩擦ダンパー（あるいはブレーキダンパー）の範疇に属するもので、図５又は６に示すような断面Ｌ字状の一対の挟持片１５で、ステンレス鋼板をフッ素樹脂等の合成樹脂板でサンドイッチした摩擦板１６をボルト１７を用いて挟持し、挟持片１５と摩擦板１６とが摺動する際に生じる摩擦力によって振動を減衰させるものである。
また、ボルト１７の締め付けの度合いに応じて摩擦力を変化させることができ、ダンパー１３の減衰力を変化させることができる。

連結材１４は、Ｈ形鋼からなり、対向する奥行方向の一対の大梁６に掛け渡されている。上階の床パネルと干渉しないように、梁成は大梁６よりも小さく、且つ、下フランジのレベルが大梁６に一致するように設定されている。

上記構成の制振装置４は、サブフレーム１２が主架構７と同等の剛性を有しながら、建物の荷重を負担していない。従って、主架構７と比較して振動時の振幅は小さく抑えられるので、主架構７の大梁６と梁１１との間に水平方向の変位差が生じる。この変位差をダンパー１３によって速やかに収束させることで建物Ａの振動を減衰させることができる。
特に本実施例では、制振装置４が剛性の小さい開放面側、すなわち剛性の偏りが緩和される側に配置されているので、振動の減衰効果が極めて高い。

また、上記構成の制振装置４を建物に組み込んでもピロティの有効幅に変化はない。一部天井を低くする必要はあるが、前述の通りピロティは床のレベルが低いので機能上の問題は生じない。

特に実施形態１の例では、ダンパー１３が、主架構７の大梁６間に架け渡されたサブフレーム１２直上の連結材１４とサブフレーム１２の梁１１との間に介装されている。
このように、サブフレーム１２上に、主架構７の大梁６間に架け渡された連結材１４を設けることにより、主架構７の大梁６と干渉しない限り、制振装置４を任意の位置に設置可能となる。

［実施形態２］
実施形態２に係る制振装置４は、第１実施例における連結材１４の構成とその取り付け位置を変更したものである。

実施形態２の連結部材１４は、図７ないし図９に示すように、開放された外周構面の大梁６（ピロティの開放面に位置する大梁）のウェブと奥行方向の大梁６のウェブに跨って持ち出された連結材１４で構成されている。

なお、連結材１４の取り付け対象となる梁は、開放された外周構面の大梁６（ピロティの開放面に位置する大梁）に限らず、該大梁６と平行に架け渡される（奥行方向の大梁６で支持される）小梁９であっても構わない。

実施形態２に係る連結部材１４は、大梁６又は小梁９に隣接させなければならない為、第１実施例に比べて設置位置の制約が生じるが、間口方向のスパン長に応じた連結材１４を複数種用意しておく必要がないという点で優れている。また、材料の節約という観点からすればコストダウンにも寄与する。

上記実施形態では、間口方向に１スパンの鉄骨造ラーメン構造の建物の主架構７に対しひとつの制振装置４をピロティの開放面に隣接して組み込んだものについて説明した。しかし、本発明に係る制振装置はこれらに限定されるものではない。例えば、間口方向に複数のスパンを有する建物に適用してもよい。
また、本発明に係る制振装置は木造等他の構造種別の建物や、軸組ブレース構造等他の構造形式を有する建物にも適用が可能である。

また、第１実施形態の制振装置は、大梁と干渉しない限りどこにでも、またいくつでも組み込み可能であり、第２実施形態の制振装置も、任意の大梁に隣接していくつでも組み込むことができる。

また、天井高さが小さくなることによって支障が生じることがなければ、ピロティ等の外部空間に限らず居室内部に組み込んでもよい。また、外装パネルの偏在による剛性の偏りをもった建物に限定されるものでもなく、そもそもの架構の剛性が小さいあるいは剛性に偏りがある建物に組み込んでもよい。

また、上記ダンパーは主架構の一部と制振装置のサブフレームとに介装されるものであれば特に限定されず、先述のような摩擦ダンパーに限らず、粘弾性体ダンパー、オイルダンパー、鋼材ダンパー等の公知の各種ダンパーを用いることができる。

Claims (4)

1. 柱と該柱に接合された大梁とを含む主架構に付加される制振装置であって、
   主架構の上階の大梁の下端よりも低い一対の柱と該柱に剛接合され主架構の大梁と略同一の長さを有する梁とから形成され、主架構の外周構面に対し略平行に配置される門形のサブフレームと、
   主架構と該サブフレームとの間に介装されるダンパーと、
   を備えており、
   前記ダンパーが、前記外周構面と直交する方向に配置された主架構の大梁間に架け渡されたサブフレーム直上の連結材とサブフレームの梁との間に介装されており、
   前記連結材の上端は、前記大梁の上端よりも低く、上階の床を支持しないように構成されたことを特徴とする制振装置。
   
2. 柱と該柱に接合された大梁とを含む主架構に付加される制振装置であって、
   主架構の上階の大梁の下端よりも低い一対の柱と該柱に剛接合され主架構の大梁と略同一
   の長さを有する梁とから形成され、主架構の外周構面に対し略平行に配置される門形のサ
   ブフレームと、
   主架構と該サブフレームとの間に介装されるダンパーと、
   を備えており、
   前記ダンパーが、
   主架構の大梁または該大梁と平行に架け渡された小梁と、前記外周構面と直交する方向に配置された主架構の大梁と、に跨って持ち出された連結材と、
   サブフレームの梁と、
   の間に介装されたことを特徴とする制振装置。
   
3. 請求項１又は２に記載の制振装置を備えたことを特徴とする建物。
   
   
4. 前記制振装置が、建物の剛性の偏りが緩和される側に設けられたことを特徴とする請求項
   ３に記載した建物。