JP6099374B2 - 制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、制振構造に関し、特に、鋼材からなる上部梁と鉄筋コンクリートからなる下部梁とを備えた建物の制振構造に関する。

従来、制振構造については数多くの研究開発がなされており、特に、オイルダンパを用いた制振構造が公知となっている。特許文献１には、逆Ｖ字形状あるいはＶ字形状を成すブレースの先端部分と梁との間にオイルダンパが介装された構造物の制振構造が開示されている。

特開平５−３１１９２０号公報

特許文献１に記載された制振構造のようにブレースと梁との間にオイルダンパを介装した場合、ブレースの取り付け位置（例えば、梁の中間部でたわみが生じやすい位置）によっては、オイルダンパが縮退する方向に水平力が作用した際に、オイルダンパからの反力によって梁がたわみ、オイルダンパの一端が上下方向にぶれてしまう。このような状態では、オイルダンパはスムーズに縮退せず、減衰効果を充分に発揮することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、オイルダンパを効果的に縮退させることができ、振動の減衰効果を高めることができる制振構造を提供することを目的とする。

本発明の制振構造は、上部梁と、下部梁と、上部梁から垂下した上部支持体と、下部梁から起立し、高さ方向の所定領域において上部支持体に対向する下部支持体と、所定領域に配置されると共に上部支持体の第１部分および下部支持体の第２部分に接合され、層間変形に伴って上部支持体および下部支持体の間で伸縮するオイルダンパと、上部支持体に接合され、上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側からオイルダンパを覆う上部カバー部材と、下部支持体に接合され、上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側からオイルダンパを覆う下部カバー部材と、を備えることを特徴とする。

この制振構造によれば、水平方向の変位である層間変形が生じると、層間変形に伴って、上部支持体の第１部分および下部支持体の第２部分に接合されたオイルダンパが、上部支持体および下部支持体の間で伸縮する。よって、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパに伝達させることができる。したがって、変位に応じてオイルダンパを効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果を高めることができる。上部カバー部材と下部カバー部材を有する構成によれば、層間変形が生じ、オイルダンパが縮退する方向に力が作用した場合、オイルダンパはカバー部材に接触するので、オイルダンパの面外方向へのぶれを規制することができ、オイルダンパをスムーズに縮退させることができる。上部支持体には上部カバー部材が接合され、下部支持体には下部カバー部材が接合される。すなわち、カバー部材が２つの部材に分かれるため、夫々のカバー部材の上部支持体あるいは下部支持体からの持ち出し長さを小さくすることができ、オイルダンパの面外方向への移動を一層効果的に規制することができる。

本発明の制振構造において、上部梁は鋼材からなり、下部梁は鉄筋コンクリートからなり、上部梁と上部支持体の第１部分との距離は、下部梁と下部支持体の第２部分との距離よりも短い。上部支持体においてオイルダンパが接合される第１部分と上部梁との距離は、下部支持体においてオイルダンパが接合される第２部分と下部梁との距離よりも短い。すなわち、オイルダンパは、上部梁と下部梁との間において、上部梁寄りに設けられている。鋼材からなる上部梁は、鉄筋コンクリートからなる下部梁よりも剛性が低くたわみやすいが、オイルダンパが上部梁寄りに設けられているため、層間変形が生じた際に上部梁に作用するオイルダンパからの反力による曲げが低減され、上部梁のたわみが抑制される。これによって、オイルダンパをスムーズに縮退させることができる。

本発明の制振構造において、上部カバー部材および下部カバー部材は、上部梁の延在方向と直交する水平方向において互いに重なる重なり部分を有する。この構成によれば、上部カバー部材および下部カバー部材は、重なり部分において互いに重なるため、オイルダンパが縮退する方向に力が作用した際の、オイルダンパからの反力による上部支持体および下部支持体の先端部分（自由端側）の面外方向へのぶれが規制される。これに伴って、オイルダンパの面外方向へのぶれも規制され、オイルダンパをスムーズに縮退させることができる。

本発明によれば、振動に応じてオイルダンパを効果的に縮退させることができ、振動の減衰効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る制振構造の正面図である。 図１中のオイルダンパ付近を拡大して示す正面図である。 （ａ）は図１のIIIＡ−IIIＡ線断面図であり、（ｂ）は図４のIIIＢ−IIIＢ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制振構造の正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、第１実施形態の制振構造１は、鉄骨造の軸組を有する建物に用いられる構造である。制振構造１は、たとえば地震などにより建物に振動が発生し、水平方向の変位である層間変形が生じた場合に、振動を効果的に減衰させるためのものである。

制振構造１は、鋼材からなる上部梁２と、鉄筋コンクリートからなる下部梁３とを備える。上部梁２は、たとえばＨ形鋼からなり、下部梁３から起立した柱（不図示）によって支持され水平方向に延在する。下部梁３は、たとえば布基礎であり、上部梁２に対向するようにして上部梁２と平行に延在する。制振構造１が設けられる建物は、単層建物または多層建物である。制振構造１は、建物の１階に設けられている。

制振構造１は、上部梁２から鉛直方向下方に垂下するように設けられた上部架構４と、下部梁３から鉛直方向上方に起立するように設けられた下部架構６とを備える。下部架構６は、上部架構４よりも高さ方向の長さが長くなっている。上部架構４の下端部および下部架構６の上端部は、上部梁２寄りの高さ位置で互いに近接している。上部架構４および下部架構６は、略水平方向に配置された４本のオイルダンパ３０ａ〜３０ｄ（図２参照）によって、互いに連結されている。

上部架構４は、上部梁２のフランジ部２ａに接合されて、上部梁２から鉛直方向下方に垂下した片持ち状の上部支持体７と、上部支持体７に接合された２枚の鋼板製のサイドカバー（上部カバー部材）１６とを有する。上部支持体７は、上部梁２の延在方向に所定の間隔を有して配置された一対の第１上部支持体８および第２上部支持体９からなっている。第１上部支持体８および第２上部支持体９は、互いに平行に配置されている。

第１上部支持体８は、フランジ部２ａにボルト接合されたジョイントボックス１０と、ジョイントボックス１０の下端に溶接された柱状部材１１と、柱状部材１１の第２上部支持体９側の側面に溶接されたカバー取付部材１２とを有する。第２上部支持体９は、フランジ部２ａにボルト接合されたジョイントボックス１３と、ジョイントボックス１３の下端に溶接された柱状部材１４と、柱状部材１４の第１上部支持体８側の側面に溶接されたカバー取付部材１５とを有する。

柱状部材１１および柱状部材１４のそれぞれは、たとえば角形鋼管からなる。各角形鋼管の上端および下端には、正方形の鋼板が溶接されている。カバー取付部材１２およびカバー取付部材１５は、たとえば溝形鋼からなる。本実施形態では、一方（図示左側）のカバー取付部材１５よりも他方（図示右側）のカバー取付部材１２の方が長く、柱状部材１１から下方に延出している。

２枚のサイドカバー１６は、上部梁２の延在方向と直交する水平方向（図１の紙面垂直方向；以下、面外方向という）から見て重なるようにして設けられている（図３（ａ）参照）。２枚のサイドカバー１６は、カバー取付部材１２およびカバー取付部材１５の両側面に溶接されて、互いに所定の間隔を有して対面している。サイドカバー１６には、軽量化のための円形の孔が多数形成されている。

下部架構６は、下部梁３の上面３ａに接合されて、下部梁３から鉛直方向上方に起立した片持ち状の下部支持体１７と、下部支持体１７に接合された２枚の鋼板製のサイドカバー（下部カバー部材）２６と、下部支持体１７に接合されると共に２枚のサイドカバー２６間に配置された連結板２７とを有する。下部支持体１７は、下部梁３の延在方向に所定の間隔を有して配置された一対の第１下部支持体１８および第２下部支持体１９からなっている。第１下部支持体１８および第２下部支持体１９は、互いに平行に配置されている。

第１下部支持体１８は、第１上部支持体８の直下に配置される。すなわち、第２下部支持体１９は、第２上部支持体９の直下に配置される。第１上部支持体８および第２上部支持体９の間隔は、第１下部支持体１８および第２下部支持体１９の間隔に等しい。

第１下部支持体１８は、下部梁３の上面３ａにボルト接合されたジョイントボックス２０と、ジョイントボックス２０の上端に溶接された柱状部材２１と、柱状部材２１の第２下部支持体１９側の側面に溶接されたカバー取付部材２２とを有する。第２下部支持体１９は、下部梁３の上面３ａにボルト接合されたジョイントボックス２３と、ジョイントボックス２３の上端に溶接された柱状部材２４と、柱状部材２４の第１下部支持体１８側の側面に溶接されたカバー取付部材２５とを有する。

柱状部材２１および柱状部材２４のそれぞれは、たとえば角形鋼管からなる。各角形鋼管の上端および下端には、正方形の鋼板が溶接されている。カバー取付部材２２およびカバー取付部材２５は、たとえば溝形鋼からなる。本実施形態では、一方（図示右側）のカバー取付部材２２よりも他方（図示左側）のカバー取付部材２５の方が長く、柱状部材２４から上方に延出している。カバー取付部材２５と、上記した上部支持体７のカバー取付部材１２とは、上部梁２の延在方向において対向している。

２枚のサイドカバー２６は、第１下部支持体１８および第２下部支持体１９の上端部において、面外方向から見て重なるようにして設けられている（図３（ａ）参照）。２枚のサイドカバー２６は、カバー取付部材１２およびカバー取付部材１５の両側面に溶接されて、互いに所定の間隔を有して対面している。サイドカバー２６には、軽量化のための円形の孔が多数形成されている。

さらに、第１下部支持体１８の柱状部材２１と、第２下部支持体１９の柱状部材２４との間には、１枚の長方形状の連結板２７が設けられている。連結板２７の左右の端縁は、柱状部材２１および柱状部材２４の互いに対向する側面に溶接されている。連結板２７には、軽量化のための円形の孔が多数形成されている。

上記の構成を有する上部架構４および下部架構６では、高さ方向の所定領域Ａ（図２参照）において、第２下部支持体１９のカバー取付部材２５の上部は、第１上部支持体８のカバー取付部材１２の下部に対向している。すなわち、上部支持体７および下部支持体１７は、高さ方向の所定領域Ａにおいて互いに対向している。言い換えれば、上部支持体７および下部支持体１７は、上部梁２の延在方向に対向している。以下の説明において、この所定領域Ａをオーバーラップ領域Ａという。

ここで、制振構造１は、上述した４本のオイルダンパ３０ａ〜３０ｄ（図２参照）から構成されるオイルダンパ３０を備えている。オイルダンパ３０は、オーバーラップ領域Ａに配置されている。オイルダンパ３０は、カバー取付部材１２のダンパ取付部分３１およびカバー取付部材２５のダンパ取付部分３２に接合されている。ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２は、略等しい高さに位置する。

図３（ａ）に示されるように、オイルダンパ３０は、シリンダ部等を含む固定部３６がカバー取付部材１２に接合され、ロッド部等を含む伸縮部３７がカバー取付部材２５に接合されている。すなわち、カバー取付部材１２およびカバー取付部材２５は、サイドカバー１６，２６を上部支持体７及び下部支持体２５に取り付ける機能と、オイルダンパ３０を上部支持体７及び下部支持体２５に取り付ける機能とを兼ねている。オイルダンパ３０を構成する各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄ（図２参照）は、層間変形に伴って、上部支持体７および下部支持体１７の間で略水平方向に伸縮する。

さらに、図１に示されるように、上部梁２と上部支持体７のダンパ取付部分３１との距離は、下部梁３と下部支持体１７のダンパ取付部分３２との距離よりも短くされている。すなわち、オイルダンパ３０は、上部梁２と下部梁３との間において、上部梁２寄りに設けられている。言い換えれば、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２は、上部梁２と下部梁３との中間位置よりも高い位置にある。

図２に示されるように、本実施形態におけるオーバーラップ領域Ａの大部分は、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複している。したがって、オーバーラップ領域Ａは、上部梁２と下部梁３との間において、上部梁２寄りに設けられている。オーバーラップ領域Ａは、上部梁２と下部梁３との中間位置よりも高い位置にある。

このような位置にダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成され、オイルダンパ３０が配置されることにより、層間変形が生じた際、下部梁３に比して剛性の低い上部梁２に作用するオイルダンパからの反力による曲げが低減され、上部梁２のたわみが抑制される。

図３（ａ）は、図１のIIIＡ−IIIＡ線断面図である。図３（ａ）に示されるように、２枚のサイドカバー１６は、面外方向の両側からオイルダンパ３０を覆っている。２枚のサイドカバー２６は、面外方向の両側からオイルダンパ３０を覆っている。サイドカバー２６が接合されるカバー取付部材２５の幅は、サイドカバー１６が接合されるカバー取付部材１２の幅よりも小さくなっている。

図２に示されるように、サイドカバー１６には、斜辺部１６ａが形成されている。サイドカバー２６には、斜辺部２６ａが形成されている。サイドカバー１６およびサイドカバー２６のそれぞれは、面外方向において互いに重なる重なり部分１６ｂおよび重なり部分２６ｂを有している（図３（ａ）も参照）。重なり部分１６ｂは、斜辺部１６ａにそって形成される。重なり部分２６ｂは、斜辺部２６ａに沿って形成される。重なり部分１６ｂと重なり部分２６ｂとの間には、僅かな隙間が形成されている。

次に、制振構造１に層間変形が加えられたときの動作について説明する。たとえば、上部梁２に、図１の右方向への力が加えられると、上部梁２が下部梁３に対して右側に移動する。これに伴い、上部梁２および上部支持体７（上部架構４）が右側に移動する。このとき、オイルダンパ３０（各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄ）が伸長する。また、上部梁２に、図１の左方向への力が加えられると、上部梁２が下部梁３に対して左側に移動する。これに伴い、上部梁２および上部支持体７（上部架構４）が左側に移動する。このとき、オイルダンパ３０（各オイルダンパ３０ａ〜３０ｄ）が縮退する。地震時には、このような動作の繰り返しによりエネルギーが吸収され、振動が減衰される。

本実施形態の制振構造１によれば、層間変形に伴って、上部支持体７のダンパ取付部分３１および下部支持体１７のダンパ取付部分３２に接合されたオイルダンパ３０が、上部支持体７および下部支持体１７の間で伸縮する。よって、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパ３０に伝達させることができる。したがって、変位に応じてオイルダンパ３０を効果的に伸縮させることができ、振動の減衰効果が高められる。しかも、ダンパ取付部分３１と上部梁２との距離は、ダンパ取付部分３２と下部梁３との距離よりも短い。鋼材からなる上部梁２は、鉄筋コンクリートからなる下部梁３よりも剛性が低いが、オイルダンパ３０が上部梁２寄りに設けられているため、層間変形が生じた際に上部梁２に作用するオイルダンパからの反力による曲げが低減され、上部梁２のたわみが抑制される。これによって、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。

また、オイルダンパ３０が縮退する方向に力が作用した場合、オイルダンパ３０はカバー部材１６またはカバー部材２６に接触するので、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれを規制することができ、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。

また、上部支持体７にはサイドカバー１６が接合され、下部支持体１７にはサイドカバー２６がそれぞれ接合されるため、すなわち、カバー部材を２つの部材に分かれるため、サイドカバー１６の上部支持体７からの持ち出し長さ、および、サイドカバー２６の下部支持体１７からの持ち出し長さを小さくすることができ、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれを一層効果的に規制することができる。

また、サイドカバー１６およびサイドカバー２６は、重なり部分１６ｂ，２６ｂにおいて互いに重なるため、オイルダンパ３０が縮退する方向に力が作用した際の、オイルダンパ３０からの反力による上部支持体７および下部支持体１７の先端部分（自由端側）の面外方向へのぶれが規制される。これに伴って、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれも規制され、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。

図４は、第２実施形態に係る制振構造１Ａの正面図である。図４に示す制振構造１Ａが図１および図２に示した制振構造１と違う点は、重なり部分１６ｂおよび重なり部分２６ｂを有するサイドカバー１６およびサイドカバー２６に代えて、重なり部分を有しないサイドカバー１６Ａおよびサイドカバー２６Ａを用いた点である。この場合、サイドカバー１６Ａの斜辺部１６ａとサイドカバー２６Ａの斜辺部２６ａとの間には隙間２９が形成される（図３（ｂ）も参照）。

このような制振構造１Ａによっても、層間変形によって生じた力を確実にオイルダンパ３０に伝達させることができる。また、オイルダンパ３０が上部梁２寄りに設けられているため、層間変形が生じた際に上部梁２に作用するオイルダンパ３０からの反力による曲げが低減され、上部梁２のたわみが抑制される。これによって、オイルダンパ３０をスムーズに縮退させることができる。さらに、サイドカバー１６Ａおよびサイドカバー２６Ａによって、オイルダンパ３０の面外方向へのぶれが効果的に規制される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。オーバーラップ領域Ａの大部分が、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複している場合に限られず、オーバーラップ領域Ａのごく一部分が、ダンパ取付部分３１およびダンパ取付部分３２が形成される領域に重複していてもよい。オイルダンパ３０ａ〜３０ｄは、略水平方向以外の方向に配置されてもよい。オイルダンパの本数は１本であってもよいし、４本以外の複数本であってもよい。サイドカバー１６およびサイドカバー２６を省略してもよい。

１，１Ａ…制振構造、２…上部梁、３…下部梁、７…上部支持体、１７…下部支持体、３０…オイルダンパ、１６，１６Ａ…サイドカバー（上部カバー部材）、１６ｂ…重なり部分、２６，２６Ａ…サイドカバー（下部カバー部材）、２６ｂ…重なり部分、３１…ダンパ取付部分（第１部分）、３２…ダンパ取付部分（第２部分）。

Claims (3)

1. 上部梁と、
   下部梁と、
   前記上部梁から垂下した上部支持体と、
   前記下部梁から起立し、高さ方向の所定領域において前記上部支持体に対向する下部支持体と、
   前記所定領域に配置されると共に前記上部支持体の第１部分および前記下部支持体の第２部分に接合され、層間変形に伴って前記上部支持体および前記下部支持体の間で伸縮するオイルダンパと、
   前記上部支持体に接合され、前記上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側から前記オイルダンパを覆う上部カバー部材と、前記下部支持体に接合され、前記上部梁の延在方向と直交する水平方向の両側から前記オイルダンパを覆う下部カバー部材と、を備えることを特徴とする制振構造。
2. 前記上部梁は鋼材からなり、
   前記下部梁は鉄筋コンクリートからなり、
   前記上部梁と前記上部支持体の前記第１部分との距離は、前記下部梁と前記下部支持体の前記第２部分との距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の制振構造。
3. 前記上部カバー部材および前記下部カバー部材は、前記上部梁の延在方向と直交する水平方向において互いに重なる重なり部分を有することを特徴とする請求項１または２に記載の制振構造。

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