JP6354125B2

JP6354125B2 - 制振建物及び制振方法

Info

Publication number: JP6354125B2
Application number: JP2013160227A
Authority: JP
Inventors: 福本　義之; 義之福本
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: JP2015031027A

Description

本発明は、制振建物及び制振方法に関する。

連結制振構造を適用した制振建物として、内部に鉛直方向に延びるボイド空間を有する外部建物と、ボイド空間内に外部建物と間隔を空けて設けられた内部建物とを制振ダンパーで連結したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の制振建物では、内部建物が外部建物よりも高剛性とされており、これらが地震時に互いに異なる振動モードで振動することにより、制振ダンパーによって振動エネルギーが吸収される。

特開２００９―１９４７９号公報

近年、従前の想定を越える極大地震（断層近傍強震動等）が指摘されているが、この極大地震の発生時に、制振ダンパーが、許容量を超える長さだけ収縮又は伸長して損壊することを防止する必要がある。そのためには、制振ダンパーのストローク長を従前より大きく設定することが考えられるが、外部建物と内部建物との間隔を従前よりも大きくしなければならず、建築計画に支障が生じることになり、経済的にもデメリットが生じることになる。また、制振ダンパーが大型化するため、高コストになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、制振建物を極大地震に対応可能にするにあたり、建築計画に支障が生じないようにすると共に、制振ダンパーのコストの増大を抑制することを課題とするものである。

本発明の制振建物は、内部に上下方向に延びる空間が形成された外部建物と、前記空間に前記外部建物と間隔を空けて設けられた内部建物と、前記外部建物と前記内部建物との間に伸縮可能に配され、前記外部建物と前記内部建物とを連結する制振ダンパーとを備え、前記制振ダンパーの設置高さにおける周方向の複数箇所において、前記外部建物と前記内部建物との間隔が、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定されている制振建物であって、前記制振ダンパーの設置高さにおいて、前記外部建物及び前記内部建物の一方に、当該一方の一部が前記外部建物及び前記内部建物の他方の側に突出してなる凸部が形成され、前記制振ダンパーは、前記凸部の側部と、前記外部建物及び前記内部建物の他方との間に、前記内部建物の外壁及び前記外部建物の内壁に対して傾斜するように接続され、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方との間隔が、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定され、かつ、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方とが当接した状態で、前記制振ダンパーが前記外部建物及び前記内部建物の何れにも接触しないように構成されていることを特徴とする。

前記制振建物では、前記内部建物が前記外部建物より高剛性であり、前記外部建物の下部に免震層が設けられてもよい。

また、また、本発明に係る制振方法は、内部に上下方向に延びる空間を形成した外部建物と、前記空間に前記外部建物と間隔を空けて設けた内部建物とを、前記外部建物と前記内部建物との間に伸縮可能に配した制振ダンパーにより連結し、前記制振ダンパーの設置高さにおける周方向の複数箇所において、前記外部建物と前記内部建物との間隔を、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定する制振方法であって、前記制振ダンパーの設置高さにおいて、前記外部建物及び前記内部建物の一方に、当該一方の一部が前記外部建物及び前記内部建物の他方の側に突出してなる凸部を形成し、前記制振ダンパーを、前記凸部の側部と、前記外部建物及び前記内部建物の他方との間に、前記内部建物の外壁及び前記外部建物の内壁に対して傾斜するように接続し、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方との間隔を、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定し、かつ、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方が当接した状態で、前記制振ダンパーは前記外部建物及び前記内部建物の何れにも接触しないように構成することを特徴とする。

本発明によれば、制振建物を極大地震に対応可能にするにあたり、建築計画に支障が生じないようにすると共に、制振ダンパーのコストの増大を抑制することができる。

一実施形態に係る制振建物を示す立断面図である。制振ダンパーの設置階の平断面図である。地震発生時の制振建物の作用を示す立断面図である。極大地震発生時の制振建物の上層における制振ダンパーの設置階での作用を示す平断面図である。極大地震発生時の制振建物の上層における制振ダンパーの設置階での作用を示す平断面図である。極大地震発生時の制振建物の上層における制振ダンパーの設置階での作用を示す平断面図である。他の実施形態に係る制振建物を示す立断面図である。地震時の制振建物の作用を示す立断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る制振建物１０を示す立断面図であり、図２は、制振ダンパー４０の設置階の平断面図である。これらの図に示すように、制振建物１０は、内部に上下方向に延びるボイド空間１２が形成された外部建物２０と、ボイド空間１２内に設けられた内部建物３０と、外部建物２０と内部建物３０とを連結する複数の制振ダンパー４０とを備えている。

ボイド空間１２は、平面視で矩形状に形成され、そのボイド空間１２に平面視で矩形状の内部建物３０が設けられており、外部建物２０の内周側の壁２０Ａと内部建物３０の外壁３０Ａとが間隔を空けて対面している。制振ダンパー４０は、複数階（高さ方向の複数位置）に設置されており、各設置階には複数の制振ダンパー４０が設置されている。この制振ダンパー４０は、油圧ダンパーであり、伸縮して振動エネルギーを吸収する。

外部建物２０は、鉄骨造、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造等の建物である。また、内部建物３０は、鉄骨造、鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造等の建物であり、外部建物２０よりも高剛性に構築されている。このため、内部建物３０は、外部建物２０に比して固有周期が短くなっており、制振建物１０に地震等による外力が作用した場合には、内部建物３０と外部建物２０とは異なる振動モードで振動する。

また、外部建物２０と内部建物３０とは、所定の剛性・耐力等の性状が得られるように設計されており、外部建物２０と内部建物３０とが衝突した際に、該衝突による制振建物１０の応答特性及び制振建物１０に入力する地震力を把握することができる。

なお、本実施形態に係る制振建物１０では、外部建物２０と内部建物３０とが下層階で一体化されており、ボイド空間１２は、それよりも上方に設けられているが、外部建物２０と内部建物３０とを下層階で一体化せずに、ボイド空間１２を１階もしくは地下階から上層階まで設けてもよい。

図２に示すように、ボイド空間１２は、平面視で、図中上下方向が長辺、図中左右方向が短辺の長方形であり、外部建物２０の内周の図中左右方向に対向する壁２０Ａは、図中上下方向に対向する壁２０Ｂよりも幅が広くなっている。また、内部建物３０の図中左右の外壁３０Ａは、図中上下の外壁３０Ｂよりも幅が広くなっている。

制振ダンパー４０の設置階では、壁２０Ａと外壁３０Ａとの間に一対の制振ダンパー４０が配され、壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの隙間に一対の制振ダンパー４０が配されている。壁２０Ａ、２０Ｂの幅方向中央部には、一対の制振ダンパー４０の一端を取り付けるための基礎２２が設けられ、外壁３０Ａ、３０Ｂの幅方向両端部には、一対の制振ダンパー４０の他端を取り付けるための基礎３２が設けられている。

基礎２２は、外部建物２０のスラブ２１の一部が、ボイド空間１２側へ突出した平面視で長方形状の凸部であり、基礎２２の突出方向に対して直交する方向の側部２２Ａに、制振ダンパー４０の一端が取り付けられている。また、基礎３２は、内部建物３０の図中左右の外壁３０Ａの幅方向両端にボイド空間１２側へ突出するように設けられた凸部であり、基礎３２の突出方向に対して直交する方向の側部３２Ａに、制振ダンパー４０の他端が取り付けられている。また、制振ダンパー４０の一端は、ヒンジ４２を介して基礎２２の側部２２Ａに回動可能に取り付けられ、制振ダンパー４０の他端は、ヒンジ４４を介して基礎３２の側部３２Ａに回動可能に取り付けられている。

ここで、互いに対面する壁２０Ａと外壁３０Ａ、壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの壁面同士の間隔は、所定間隔Ｄ１であり、基礎２２と外壁３０Ａ、基礎２２と外壁３０Ｂの間隔は、所定間隔Ｄ２（＜Ｄ１）である。なお、基礎３２と外壁３０Ａ、基礎３２と壁２０Ｂの間隔は、所定間隔Ｄ３（＞Ｄ２，＜Ｄ１）である。それに対して、図中左右方向に対面する壁２０Ａと外壁３０Ａとの間の制振ダンパー４０は、図中上下方向への伸長ストローク量および収縮ストローク量が最大でＳ（＞Ｄ２）であり、図中上下方向に対面する外壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間の制振ダンパー４０は、図中左右方向の伸長ストローク量および収縮ストローク量が最大でＳ（＞Ｄ２）である。

また、基礎２２と外壁３０Ａ、基礎２２と外壁３０Ｂの間隔Ｄ２は、極大地震よりも小さい通常想定される地震・風で生じる外部建物２０と内部建物３０との水平方向への相対変位量を上回るが、極大地震で生じる外部建物２０と内部建物３０との水平方向への相対変位量は下回るように設定されている。

図３は、地震発生時の制振建物１０の作用を示す立断面図であり、図４〜図６は、極大地震発生時の制振建物１０の上層における制振ダンパー４０の設置階での作用を示す平断面図である。図３に示すように、地震発生時には、外部建物２０と内部建物３０とが相対的に水平方向に変位する。この際、上層階ほど、外部建物２０と内部建物３０との水平方向への相対変位量が大きくなり、外部建物２０の内周の壁２０Ａと内部建物３０の外壁３０Ａとの距離、又は外部建物の内周の壁２０Ｂと内部建物３０の外壁３０Ｂとの距離が小さくなる。

図４〜図６に示すように、極大地震発生時に制振建物１０の制振ダンパー４０の設置階において、外部建物２０と内部建物３０との図中上下方向又は左右方向への相対変位量が、基礎２２と外壁３０Ａ、基礎２２と外壁３０Ｂの間隔Ｄ２以上の場合、基礎２２と外壁３０Ａ又は外壁３０Ｂとが衝突する。

ここで、ヒンジ４２とヒンジ４４とが接近する制振ダンパー４０は、収縮して振動エネルギーを吸収し、ヒンジ４２とヒンジ４４とが離間する制振ダンパー４０は、伸長する。図４に示すように、地震力が制振建物１０に図中左右方向に作用して、外部建物２０が内部建物３０に対して相対的に図中左側へ変位した場合、壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間では、基礎２２に対して図中左側の制振ダンパー４０が収縮して振動エネルギーを吸収し、基礎２２に対して図中右側の制振ダンパー４０が伸長する。また、図中右側の壁２０Ａと外壁３０Ａとの間では、上下一対の制振ダンパー４０が共に収縮して振動エネルギーを吸収し、図中左側の壁２０Ａと外壁３０Ａとの間では、上下一対の制振ダンパー４０が共に伸長する。この際、収縮する制振ダンパー４０の図中左右方向の収縮ストローク量と、伸長する制振ダンパー４０の図中左右方向の伸長ストローク量とが最大量Ｓ未満の状態で、基礎２２と外壁３０Ａとが衝突する。

また、図５に示すように、地震力が制振建物１０に図中上下方向に作用して、外部建物２０が内部建物３０に対して相対的に図中下方向へ変位した場合、壁２０Ａと外壁３０Ａとの間では、基礎２２に対して図中下側の制振ダンパー４０が収縮して振動エネルギーを吸収し、基礎２２に対して図中上側の制振ダンパー４０が伸長する。また、図中上側の壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間では、左右一対の制振ダンパー４０が共に収縮して振動エネルギーを吸収し、図中下側の壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間では、左右一対の制振ダンパー４０が共に伸長する。この際、収縮する制振ダンパー４０の図中上下方向の収縮ストローク量と、伸長する制振ダンパー４０の図中上下方向の伸長ストローク量とが最大量Ｓ未満の状態で、基礎２２と外壁３０Ａとが衝突する。

さらに、図６に示すように、地震力が制振建物１０にその対角線方向（図中斜め方向）に作用して、外部建物２０が内部建物３０に対して相対的に図中右下方向へ変位した場合、図中上側の壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間では、基礎２２より図中右側の制振ダンパー４０が収縮して振動エネルギーを吸収し、基礎２２より図中左側の制振ダンパー４０が伸長して振動エネルギーを吸収する。また、図中左側の壁２０Ａと外壁３０Ａとの間では、基礎２２より図中下側の制振ダンパー４０が収縮して振動エネルギーを吸収し、基礎２２より図中上側の制振ダンパー４０が伸長して振動エネルギーを吸収する。さらに、図中下側の壁２０Ｂと外壁３０Ｂとの間、及び図中左側の壁２０Ａと外壁３０Ａとの間では、全ての制振ダンパー４０が伸長する。この際、収縮する制振ダンパー４０の図中上下方向及び左右方向の収縮ストローク量と、伸長する制振ダンパー４０の図中上下方向及び図中左右方向の伸長ストローク量とが最大量Ｓ未満の状態で、基礎２２と外壁３０Ａとが衝突し、基礎２２と外壁３０Ｂとが衝突する。

以上説明したように、本実施形態に係る制振建物１０は、内部に上下方向に延びるボイド空間１２が形成された外部建物２０と、ボイド空間１２に外部建物２０と間隔を空けて設けられた内部建物３０と、外部建物２０と内部建物３０との間に伸縮可能に配され、外部建物２０と内部建物３０とを連結する制振ダンパー４０とを備える。ここで、制振ダンパー４０の設置階における周方向の４箇所において、外部建物２０と内部建物３０との間隔が、該間隔が広くなったり狭くなったりする方向（壁２０Ａに対して直交する水平方向）についての制振ダンパー４０の収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定されている。これによって、極大地震発生時に、制振ダンパー４０の収縮又は伸長のストローク量が最大量Ｓ未満の状態で、外部建物２０と内部建物３０とが衝突する。

従って、極大地震発生時に、制振ダンパー４０が許容量を超える長さだけ収縮又は伸長して損壊することを防止できる。これにより、制振ダンパー４０のストローク長を従前と同様に設定でき、外部建物２０と内部建物３０との間隔Ｄ１を従前と同様に設定できるため、建築計画に支障が生じることがなく、経済的にもデメリットは生じない。また、制振ダンパー４０の大型化によるコストの増加を防止できる。

また、制振ダンパー４０の設置階において、外部建物２０に、内部建物３０の側に突出する凸部である基礎２２が設けられ、該基礎２２と内部建物３０の外壁３０Ａ、３０Ｂとの間隔Ｄ２が、該間隔Ｄ２が広狭する方向についての制振ダンパー４０の収縮又は伸長の最大ストローク量Ｓよりも狭く設定されている。これによって、極大地震発生時に、外部建物２０の基礎２２と内部建物３０とを衝突させて、制振ダンパー４０の収縮又は伸長のストローク量を最大量Ｓ未満に抑えることができる。

図７は、他の実施形態に係る制振建物１００を示す立断面図である。この図に示すように、制振建物１００では、外部建物２０の下部のみに免震層５０が設けられている。免震層５０には、複数の免震装置５２が間隔を空けて設置されている。この免震装置５２は、積層ゴム、滑り支承、又は積層ゴムと滑り支承とを組み合わせたもの等である。

免震装置５２は、基礎又は地下躯体と外部建物２０の底部との間に設置されており、外部建物２０を内部建物３０に対して相対的に水平変位可能に支持している。ここで、免震装置５２の水平方向への限界変形量は、基礎２２（図２等参照）と外壁３０Ａ又は外壁３０Ｂとの間隔Ｄ２よりも大きく設定されている。

図８は、地震時の制振建物１００の作用を示す立断面図である。この図に示すように、地震発生時には、外部建物２０が内部建物３０に対して相対的に水平方向に変位する。この際、免震装置５２が水平方向に変形することにより、上記実施形態に比して、下層から上層にかけての全体で、外部建物２０と内部建物３０との水平方向への相対変位量が大きくなり、外部建物２０の内周の壁２０Ａと内部建物３０の外壁３０Ａとの距離、又は外部建物の内周の壁２０Ｂと内部建物３０の外壁３０Ｂとの距離が小さくなる。

本実施形態においても、極大地震発生時に制振建物１００の制振ダンパー４０の設置階において、外部建物２０と内部建物３０との図中上下方向又は左右方向への相対変位量が、基礎２２と外壁３０Ａ、基礎２２と外壁３０Ｂの間隔Ｄ２以上の場合、基礎２２と外壁３０Ａ又は外壁３０Ｂとが衝突する（図４〜６参照）。この際、制振ダンパー４０の図中上下方向又は左右方向の収縮又は収縮ストローク量が最大量Ｓ未満の状態で、基礎２２と外壁３０Ａ又は外壁３０Ｂとが衝突する。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、外部建物２０の内周側の壁２０Ａに凸部である基礎２２を設けたが、内部建物３０の外壁３０Ａに凸部を設けて、この凸部と外部建物２０の壁２０Ａとの間隔を、制振ダンパー４０の収縮又は伸長の最大ストローク量未満としてもよい。また、凸部を制振ダンパー４０の基礎２２としたが、基礎２２とは別に凸部を設けてもよい。

また、基礎２２と内部建物３０の外壁３０Ａの何れかに、ゴムや発泡材等の緩衝材・減衰材を設けたり、基礎２２をセメント系複合改良材で構築する等してもよい。ここで、セメント系複合改良材は、セメントに廃タイヤチップと繊維材とを複合したものや、セメントに高減衰ゴムチップと繊維材とを複合したもの等のセメントに緩衝材・減衰材を複合したもの等が挙げられる。

さらに、上述の実施形態では、制振ダンパー４０として油圧ダンパーを例に挙げたが、鋼材ダンパーや摩擦ダンパー等を用いてもよい。さらに、制振ダンパー４０の配置は適宜変更してもよい。

１０制振建物、１２ボイド空間、２０外部建物、２０Ａ、２０Ｂ壁、２１スラブ、２２基礎、２２Ａ側部、３０内部建物、３０Ａ、３０Ｂ外壁、３２基礎、３２Ａ側部、４０制振ダンパー、４２、４４ヒンジ、５０免震層、５２免震装置、１００制振建物

Claims

内部に上下方向に延びる空間が形成された外部建物と、
前記空間に前記外部建物と間隔を空けて設けられた内部建物と、
前記外部建物と前記内部建物との間に伸縮可能に配され、前記外部建物と前記内部建物とを連結する制振ダンパーと
を備え、
前記制振ダンパーの設置高さにおける周方向の複数箇所において、前記外部建物と前記内部建物との間隔が、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定されている制振建物であって、
前記制振ダンパーの設置高さにおいて、前記外部建物及び前記内部建物の一方に、当該一方の一部が前記外部建物及び前記内部建物の他方の側に突出してなる凸部が形成され、
前記制振ダンパーは、前記凸部の側部と、前記外部建物及び前記内部建物の他方との間に、前記内部建物の外壁及び前記外部建物の内壁に対して傾斜するように接続され、
前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方との間隔が、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定され、かつ、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方とが当接した状態で、前記制振ダンパーが前記外部建物及び前記内部建物の何れにも接触しないように構成されていることを特徴とする制振建物。
前記内部建物が前記外部建物よりも高剛性であり、前記外部建物の下部に免震層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制振建物。
内部に上下方向に延びる空間を形成した外部建物と、前記空間に前記外部建物と間隔を空けて設けた内部建物とを、前記外部建物と前記内部建物との間に伸縮可能に配した制振ダンパーにより連結し、
前記制振ダンパーの設置高さにおける周方向の複数箇所において、前記外部建物と前記内部建物との間隔を、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定する制振方法であって、
前記制振ダンパーの設置高さにおいて、前記外部建物及び前記内部建物の一方に、当該一方の一部が前記外部建物及び前記内部建物の他方の側に突出してなる凸部を形成し、
前記制振ダンパーを、前記凸部の側部と、前記外部建物及び前記内部建物の他方との間に、前記内部建物の外壁及び前記外部建物の内壁に対して傾斜するように接続し、
前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方との間隔を、該間隔が広狭する方向についての前記制振ダンパーの収縮又は伸長の最大ストローク量よりも狭く設定し、かつ、前記凸部と前記外部建物及び前記内部建物の他方が当接した状態で、前記制振ダンパーは前記外部建物及び前記内部建物の何れにも接触しないように構成することを特徴とする制振方法。