JP6364728B2 - 制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、制振構造に関する。

例えば高層構造物において、外力（例えば地震や風）による振動をダンパーなどの減衰装置を用いて制振する制振構造が用いられている。通常、制振構造に用いる減衰装置は各々の階層ごとに設けられている。また、複数の階層を一単位として制振する装置（制振フレーム）を設けることで振動抑制効果を高めるようにした制振構造も提案されている。例えば、特許文献１には、２つの階層を一単位として制振する装置（以下、制振フレームという）を用いた制振構造が記載されている。

特開平５−３０２４５１号公報

しかしながら、特許文献１の制振構造では、制振フレームは奇数階の間に設けられて奇数階の間の相対変位を制振する構成になっている。つまり、制振フレームによって制振されない階層（この場合、偶数階）が存在する。例えば、１階と３階との間には制振フレームが設けられているので、１階と３階との相対変位は上記制振フレームによって抑制されるが、２階は他の階に対しての相対変位が抑制されないことになる。このため、制振性能が低下するおそれがある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、制振性能の向上を図ることにある。

かかる目的を達成するために本発明の制振構造は、
３以上の階層を有する構造物の制振構造であって、
前記３以上の階層よりも少ない２以上の所定の階層を一単位として制振する制振フレームを、前記構造物における水平方向の異なる位置、及び、鉛直方向の異なる位置に複数設け、
複数の前記制振フレームが設けられた間のすべての階層が制振され、
或る制振フレームと他の制振フレームとが或る階を基準として前記鉛直方向に並んで配置されており、
前記或る階を跨いで前記所定の階層離れた２つの階の相対変位を制振する別の制振フレームは、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームを含む構面において、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームと前記水平方向の同じ位置には設けられておらず、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームとは前記水平方向の異なる位置に設けられており、
前記構面に垂直な方向に見て、前記構造物に設けられたいずれの前記制振フレームも互いに重なっていないことを特徴とする。
このような制振構造によれば、制振性能の向上を図ることが可能である。

かかる制振構造であって、
複数の前記制振フレームは、
ｎ階（ｎは自然数）と、前記ｎ階よりも前記所定の階層高い階との相対変位を制振する第１の制振フレームと、
前記第１の制振フレームと前記水平方向の同じ位置に設けられておらず、前記第１の制振フレームとは前記水平方向の異なる位置に設けられ、（ｎ＋１）階と、前記(ｎ＋１)階よりも前記所定の階層高い階との相対変位を制振する第２の制振フレームと、
を有することが望ましい。
このような制振構造によれば、２以上の階層を一単位として制振する制振フレーム（第１の制振フレーム、第２の制振フレーム）を用いて、鉛直方向に隣接する階をそれぞれ制振させることが可能である。

かかる制振構造であって、各制振フレームはそれぞれダンパーを備えていることが望ましい。
このような制振構造によれば、振動を減衰させることが可能である。

かかる制振構造であって、各制振フレームはそれぞれ鉛直方向に複数の段に構成されており、前記ダンパーが設けられたダンパー設置段と、弾性変形する弾性架構段とを有し、前記ダンパー設置段と前記弾性架構段は前記鉛直方向に並んで配置されていてもよい。
このような制振構造によれば、ダンパーの変形量を大きくすることができ、ダンパーを効率よく用いることが可能である。
また、前記或る制振フレームの前記ダンパー設置段と、前記別の制振フレームの前記ダンパー設置段とは、前記鉛直方向の異なる位置に設けられており、
前記他の制振フレームの前記ダンパー設置段と、前記別の制振フレームの前記ダンパー設置段とは、前記鉛直方向の異なる位置に設けられていてもよい。

かかる制振構造であって、前記ダンパーは、ブレース型ダンパーであってもよい。また、前記ダンパーは、間柱型ダンパーであってもよい。
かかる制振構造であって、前記弾性架構段は、ブレースで補強されていてもよい。また、前記弾性架構段は、鋼製パネルで構成されていてもよい。

本発明によれば、制振性能の向上を図ることが可能である。

比較例１の制振構造を模式的に示した説明図である。 比較例２の制振構造を模式的に示した説明図である。 図３Ａは、比較例１の制振構造の２階層分を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａの制振構造が外力を受けて変位した状態を示す図である。 図４Ａは、比較例２の制振フレーム２０の一つ分を示す図であり、図４Ｂは、図４Ａの制振フレーム２０が外力を受けて変位した状態を示す図である。 第１実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。 第２実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。 第３実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。 図８Ａ〜図８Ｃは制振フレーム２０の変形例を示す説明図である。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

本実施形態では、８階建て（８階層）の鉄骨の建物に本発明を適用した例を示すが、本発明は、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：コンクリート充填鋼管構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造の建物に対して適用することができる。また、建物は８階建てには限定されず、３階建て以上であればよい。

まず、本実施形態について説明する前に比較例について説明する。

≪比較例１≫
図１は、比較例１の制振構造を模式的に示した説明図である。図において建物１は８階建ての構造物であり、柱１１と梁１２とによって形成された柱梁架構１０を水平方向（図の左右方向）と鉛直方向（図の上下方向）にそれぞれ複数有している。また、建物１には、ダンパー１４が設けられている。なお、以下の説明において、水平方向の各位置で柱梁架構１０が鉛直方向に並ぶ集まりを列ともいい、図の下部に示すように左側から順に番号を付している。例えば、図において柱梁架構１０は５列に設けられており、ダンパー１４が設けられているのは３列目である。なお、図の建物１では、柱梁架構１０の水平方向の列数は５（５列）であるが、これには限定されない。例えば、６列以上であってもよい。

柱１１は、床や梁１２などの鉛直荷重を支える構造部材である。
梁１２は、柱１１同士を水平方向につなぐ構造部材である。当該梁１２の位置に建物１の各階層の層間となる床が形成されることになる。

ダンパー１４は、地震や風などの外力によって相対変位する２つの部材間の振動を減衰させる減衰部材である。ダンパー１４はブレース型ダンパーであり、ここでは粘性流体であるオイルを用いたオイルダンパーが用いられている。ダンパー１４は、３列目の柱梁架構１０の一方の対角（右上と左下）の間に設けられている。なお、図に示すように、ダンパー１４は各階ごとに設けられている。この各階に設けられたダンパー１４によって、建物１の制振構造が構成されている。

≪比較例２≫
図２は、比較例２の制振構造を模式的に示した説明図である。なお、図２において図１と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

図２に示すように、比較例２の制振構造は、制振フレーム２０を備えている。

制振フレーム２０は、２つの階層を一単位として制振するものである。この例の場合、建物１の３列目において４つの制振フレーム２０が鉛直方向に並ぶように配設されている。具体的には１階と３階、３階と５階、５階と７階、７階と屋上の間にそれぞれ制振フレーム２０が設けられている。これらの各制振フレーム２０は全て同じ構成である。

制振フレーム２０は、鉛直方向（図の上下方向）に３つの段を有して構成されている。より具体的には、制振フレーム２０は、弾性架構段２０ａ、ダンパー設置段２０ｂ、弾性架構段２０ｃを有している。

弾性架構段２０ａは、制振フレーム２０の最上部に設けられており、弾性架構段２０ｃは制振フレーム２０の最下部に設けられている。この弾性架構段２０ａ、弾性架構段２０ｃは同じ構成であり、各段の２つの対角にはブレース１６が設けられている。そして、当該ブレース１６によって、弾性架構段２０ａ、弾性架構段２０ｃのせん断変形が抑えられる。

ダンパー設置段２０ｂは、弾性架構段２０ａと弾性架構段２０ｃの間に設けられた架構であり、ダンパー１４が設けられている。

このように、比較例２では、２つの階層を一単位として制振する制振フレーム２０を用いている。このような制振フレーム２０を用いることにより、比較例１の場合よりもダンパー１４をより有効に用いることが可能である。

以下、この理由について説明する。

＜制振フレーム２０を用いる有効性について＞
図３Ａは、比較例１（図１）の制振構造の２階層分を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａの制振構造が外力（地震、風など）を受けて変位した状態を示す図である。

また、図４Ａは、比較例２（図２）の制振フレーム２０の一つ分を示す図であり、図４Ｂは、図４Ａの制振フレーム２０が外力を受けて変位した状態を示す図である。

図においてｈは階高、ｌはスパン（支点間距離）、ｌ_１、ｌ_２はそれぞれのダンパー１４の初期長さ、γ_１、γ_２は層間変形角、ｌ_１´、ｌ_２´はダンパー１４の変形後の長さを示している。また、α_１〜α_３は弾性架構段２０ａ、ダンパー設置段２０ｂ、弾性架構段２０ｃのそれぞれについての階高ｈに対する比率である
比較例１（図３Ａ、図３Ｂ）の場合のダンパー１４の変形量Ｌ_１は、
Ｌ_１＝ｌ_１´−ｌ_１＝γ_１ｈｃｏｓθ_１
となる。一方、比較例２（図４Ａ、図４Ｂ）の場合のダンパー１４の変形量Ｌ_２は、弾性架構２０ａ、２０ｃのせん断変形をほぼゼロとした場合、
Ｌ_２＝ｌ_２´−ｌ_２＝２γ_１α_２ｈｃｏｓθ_２
となる。

ここで、ｌ＝６００、ｈ＝４００、γ_１＝１／１００、α_１＝α_２＝α_３＝２／３とすると、
Ｌ_１＝γ_１ｈｃｏｓθ_１＝３．３２８
Ｌ_２＝２γ_１α_２ｈｃｏｓθ_２＝４．８７５
よって、変形量の比は、Ｌ_２／Ｌ_１＝１．４６５となり、比較例２の方が比較例１よりも変形量が大きい。すなわち、比較例２では、比較例１と同じダンパー１４を用いて効率よく制振することが可能である。

しかしながら、比較例２の場合、図２に示すように、制振フレーム２０は、奇数階の間（１階と３階、３階と５階など）に設けられており、偶数階には設けられていない。つまり、この比較例２の制振構造では偶数階の制振を行うことが出来ないことになる。

そこで、以下に示す本実施形態では、全ての階層に対して制振を行うことができるようにすることで制振性能の向上を図っている。

≪本実施形態≫
図５は、第１実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。なお、図５において、図１、図２と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態では、鉛直方向の異なる位置のみではなく、水平方向の異なる位置（異なる列）にも制振フレーム２０を設けている。また、各階層には少なくとも一つの制振フレーム２０の端部が配置されるようにしている。説明の便宜上、これらの複数の制振フレーム２０について、鉛直方向下側から順に番号を付している。

例えば、制振フレーム２０（１）は、建物１の３列目の１階と３階の間に設けられている。そして、制振フレーム（１）は１階と３階の相対変位を制振する。

また、制振フレーム２０（２）は、制振フレーム２０（１）の右隣の列（４列目）の２階と４階の間に設けられている。そして、制振フレーム（２）は２階と４階の相対変位を制振する。

また、制振フレーム２０（３）は、制振フレーム２０（１）の直上（３列目の３階と５階の間）に設けられている。そして、制振フレーム２０（３）は、３階と５階の相対変位を制振する。

また、制振フレーム２０（４）は、制振フレーム２０（２）の直上（４列目の４階と６階の間）に設けられている。そして、制振フレーム２０（４）は、４階と６階の相対変位を制振する。

以下、同様にして、制振フレーム２０（５）〜制振フレーム２０（７）が設けられている。このように制振フレーム２０を配設することで、建物１において複数の制振フレーム２０が設けられた間のすべての階層が制振されることになる。例えば、鉛直方向に隣接する１階と２階のうち、1階は制振フレーム２０（１）により（３階に対する相対変位が）制振され、２階は制振フレーム２０（２）により（４階に対する相対変位が）制振される。よって、比較例２の制振構造と比べて、さらに制振性能の向上を図ることができる。

また、例えば、制振フレーム２０（１）と制振フレーム（３）は、３階を基準として鉛直方向に並んでいる。この場合、制振フレーム（１）は、２階を制振できず、制振フレーム（３）は４階を制振できない。そこで、制振フレーム２０（２）を２階と４階（３階を跨いで２階層離れた２つの階）の間に設けている。これにより、１階〜５階の各階層を制振することができる。同様に制振フレーム２０（４）〜（７）を設けることで、各階層の相対変位を抑制でき、制振性能の向上を図ることができる。

以上、説明したように、本実施形態の制振構造は、２つの階層を一単位として制振する制振フレーム２０を、建物１における水平方向の異なる位置（異なる列）、及び、鉛直方向の異なる位置（異なる高さ）にそれぞれ複数設け、複数の制振フレーム２０が設けられた間のすべての階層が制振されるようにしている。

こうすることにより、各階層をもれなく制振することができるので、制振性能の向上を図ることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図６は、第２実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。なお、図６において、前述の実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に複数の制振フレーム２０について下側から順に番号を付している。第１実施形態と比べると、制振フレーム２０の配置が異なっている。

例えば、制振フレーム２０（３）は、制振フレーム２０（１）の左隣の列（２列目）の３階と５階の間に設けられている。この場合においても、制振フレーム２０（３）は、３階と５階の相対変位を制振する。また、制振フレーム２０（４）は、３列目の４階と６階の間に設けられている。この場合も、制振フレーム２０（４）は、４階と６階の相対変位を制振する。

図からわかるように、第２実施形態では、各制振フレーム２０が鉛直方向（上下方向）に連続して配置されていない。例えば、制振フレーム２０（１）と制振フレーム２０（３）は、３階を基準として鉛直方向に並んでいるが、列が異なっている。

ただし、この第２実施形態の場合においても、各階層に少なくとも一つの制振フレーム２０が配置されている。これにより、複数の制振フレーム２０が設けられた間のすべての階層が制振されることになる。よって、制振性能の向上を図ることができる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図７は、第３実施形態における制振構造を模式的に示した説明図である。なお、図７において、前述の実施形態と同一構成の部分には同一符号を付し説明を省略する。

第３実施形態においても、前述の実施形態と同様に複数の制振フレーム２０について下側から順に番号を付している。

第３実施形態では、制振フレーム２０（１）は、１列目の１階と３階の間に設けられている。また、制振フレーム２０（２）は、の５列目の２階と４階の間に設けられている。また、制振フレーム２０（３）は、３列目の３階と５階の間に設けられている。以下、図に示すように制振フレーム２０（４）〜制振フレーム２０（７）が設けられている。

なお、前述の実施形態では、制振フレーム２０が配置される列は連続していたが、この第３実施形態では連続していない。例えば、１列目と３列目には制振フレーム２０が設けられているが、その間の２列目には制振フレーム２０が設けられていない。

この第３実施形態の場合においても、各階層に少なくとも一つの制振フレーム２０が配置されている。これにより、複数の制振フレーム２０が設けられた間のすべての階層が制振されることになる。よって、制振性能の向上を図ることができる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。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いうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜建物について＞
本実施形態の制振構造を適用する建物１は、新築であってもよいし、既存の建物であってもよい。また、前述したように建物１の種類は特に限定されない。

＜制振フレームについて＞
前述の実施形態では、制振フレーム２０は２つの階層を一単位として制振していたが、これには限られず３つの階層以上を一単位として制振するようにしてもよい。また、制振フレーム２０の配置位置や個数については、前述の実施形態に限定されない。各階層が制振されるように、水平方向の異なる位置、及び、鉛直方向の異なる位置にそれぞれ制振フレーム２０が複数設けられていればよい。

また、制振フレーム２０の構成は前述したものには限定されない。

図８Ａ〜図８Ｃは、制振フレーム２０の変形例を示す説明図である。

図８Ａに示す制振フレーム２０は、２段構成になっており、ダンパー１４を備えたダンパー設置段が上部に配置されており、その下には、ブレース１６が逆Ｖ字状に設けられた弾性架構段が配置されている。また、この逆の配置であってもよい。

図８Ｂに示す制振フレーム２０は、図８Ａと同様の２段構成であるが、ブレース１６がＸ字状に設けられている。

図８Ｃに示す制振フレーム２０は、ダンパー１４のみの１段構成となっている（弾性架構段は設けられていない)。

これらの変形例の各制振フレーム２０を用いた場合においても、比較例１の場合よりもダンパー１４の変形量が大きくなるので、ダンパー１４を有効に用いることができる。

また、前述の実施形態では制振を行うダンパー１４としてオイルダンパーを用いていたがダンパー１４の種類はこれには限定されない。例えば、摩擦ダンパーであってもよいし、あるいは、所定の荷重で座屈する降伏ダンパーでもよい。

さらに、前述の実施形態ではダンパー１４はブレース型ダンパーであったが、これには限定されない。たとえば、架構を構成する構面内に配置される間柱に履歴ダンパーを組込んだ間柱型ダンパーであってもよい。

また、前述の実施形態では、制振フレーム２０の弾性架構段２０ａ、２０ｃにはブレース１６を用いていたがこれには限られない。例えば、当該部位を鋼製パネルで構成して、せん断変形を抑制するようにしてもよい。

１ 建物
１０ 柱梁架構
１１ 柱
１２ 梁
１４ ダンパー
１６ ブレース
２０ 制振フレーム
２０ａ 弾性架構段
２０ｂ ダンパー設置段
２０ｃ 弾性架構段

Claims (9)

1. ３以上の階層を有する構造物の制振構造であって、
   前記３以上の階層よりも少ない２以上の所定の階層を一単位として制振する制振フレームを、前記構造物における水平方向の異なる位置、及び、鉛直方向の異なる位置に複数設け、
   複数の前記制振フレームが設けられた間のすべての階層が制振され、
   或る制振フレームと他の制振フレームとが或る階を基準として前記鉛直方向に並んで配置されており、
   前記或る階を跨いで前記所定の階層離れた２つの階の相対変位を制振する別の制振フレームは、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームを含む構面において、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームと前記水平方向の同じ位置には設けられておらず、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームとは前記水平方向の異なる位置に設けられており、
   前記構面に垂直な方向に見て、前記構造物に設けられたいずれの前記制振フレームも互いに重なっていないことを特徴とする制振構造。
2. 請求項１に記載の制振構造であって、
   複数の前記制振フレームは、
   ｎ階（ｎは自然数）と、前記ｎ階よりも前記所定の階層高い階との相対変位を制振する第１の制振フレームと、
   前記第１の制振フレームと前記水平方向の同じ位置に設けられておらず、前記第１の制振フレームとは前記水平方向の異なる位置に設けられ、（ｎ＋１）階と、前記(ｎ＋１)階よりも前記所定の階層高い階との相対変位を制振する第２の制振フレームと、
   を有することを特徴とする制振構造。
3. 請求項１又は２に記載の制振構造であって、
   各制振フレームはそれぞれダンパーを備える
   ことを特徴とする制振構造。
4. ３以上の階層を有する構造物の制振構造であって、
   前記３以上の階層よりも少ない２以上の所定の階層を一単位として制振する制振フレームを、前記構造物における水平方向の異なる位置、及び、鉛直方向の異なる位置に複数設け、
   複数の前記制振フレームが設けられた間のすべての階層が制振され、
   或る制振フレームと他の制振フレームとが或る階を基準として前記鉛直方向に並んで配置されており、
   前記或る階を跨いで前記所定の階層離れた２つの階の相対変位を制振する別の制振フレームは、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームを含む構面において、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームと前記水平方向の同じ位置には設けられておらず、前記或る制振フレーム及び前記他の制振フレームとは前記水平方向の異なる位置に設けられており、
   各制振フレームはそれぞれダンパーを備えており、
   各制振フレームはそれぞれ鉛直方向に複数の段に構成されており、
   前記ダンパーが設けられたダンパー設置段と、
   弾性変形する弾性架構段とを有し、
   前記ダンパー設置段と前記弾性架構段は前記鉛直方向に並んで配置されていることを特徴とする制振構造。
5. 請求項４に記載の制振構造であって、
   前記或る制振フレームの前記ダンパー設置段と、前記別の制振フレームの前記ダンパー設置段とは、前記鉛直方向の異なる位置に設けられており、
   前記他の制振フレームの前記ダンパー設置段と、前記別の制振フレームの前記ダンパー設置段とは、前記鉛直方向の異なる位置に設けられている
   ことを特徴とする制振構造。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記ダンパーは、ブレース型ダンパーである
   ことを特徴とする制振構造。
7. 請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の制振構造であって、
   前記ダンパーは、間柱型ダンパーである
   ことを特徴とする制振構造。
8. 請求項４又は請求項５に記載の制振構造であって、
   前記弾性架構段は、ブレースで補強されている
   ことを特徴とする制振構造。
9. 請求項４又は請求項５に記載の制振構造であって、
   前記弾性架構段は、鋼製パネルで構成されている
   ことを特徴とする制振構造。