JP6636747B2 - 建物の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物の揺れを低減する建物の制振構造に関する。

建物の柱梁架構の架構面にダンパー等の減衰手段を設けて、建物の揺れを低減する技術がある。例えば、特許文献１には、ブレースと減衰器を直列に接続して構成された減衰装置を柱梁架構内の対角線上に配設し、この減衰装置の両端を球面軸受又はピンを介して柱梁架構に結合して、構造物の揺れを低減する制振装置が開示されている。

しかし、建物の所定方向（梁間方向又は桁行き方向）に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けることができない場合、この所定方向に対する建物の揺れを低減することができない。例えば、平面形状が長細い長方形となる建物においては、窓や動線を確保する等の理由で、建物の短辺方向に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けるのが困難なことが多い。

特開２０００−５４６７７号公報

本発明は係る事実を考慮し、建物の所定方向に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けずに、この所定方向に対する建物の揺れを低減することを課題とする。

第１態様の発明は、第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、前記建物の最上階以外の何れかの階に一部の前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成されると共に前記第２梁と前記柱で構成された低剛性架構面と、前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、を有する建物の制振構造である。

第１態様の発明では、地震により建物が第１方向に揺れると、柱には上向きの力と下向きの力が繰り返し作用する。このとき、低剛性架構面の上部に配置された第２梁が、この上向きの力と下向きの力を受けて上下に振動する。すなわち、第１方向に対する建物の揺れが、第２梁の上下振動に変換される。そして、第２梁の上下振動を減衰手段によって吸収し、これにより、第１方向に対する建物の揺れを低減することができる。すなわち、建物の所定方向（第１方向）に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けずに、この所定方向（第１方向）に対する建物の揺れを低減することができる。

第２態様の発明は、第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、前記建物の最上階以外の何れかの階に前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成された低剛性架構面と、前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、を有し、前記減衰手段は、前記低剛性架構面を構成する前記柱、又は該柱の延長線上に配置され前記第２架構面を構成する前記柱に一端部が連結され、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁に他端部が連結されて、斜めに配置されたダンパーである。

第２態様の発明では、ダンパーにより、低剛性架構面の上部に配置された第２梁の上下振動を吸収して第１方向に対する建物の揺れを低減するとともに、第２方向に対する建物の揺れを低減することができる。

第３態様の発明は、第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、前記建物の最上階以外の何れかの階に前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成された低剛性架構面と、前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、を有し、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁に接合され直下に柱部材が設けられていない前記柱は、長方形鋼管又はＨ形鋼により構成され、前記第１方向を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように配置されている。

第３態様の発明では、低剛性架構面の上部に配置された第２梁に接合され直下に柱部材が設けられていない柱(以下、「丘立ち柱」とする）を、長方形鋼管又はＨ形鋼により構成するとともに、第１方向を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように配置することにより、丘立ち柱に接合された第２梁の端部にヒンジが発生することを抑制して、この第２梁を確実に上下振動させ、この第２梁の上下振動を減衰手段により吸収することができる。

本発明は上記構成としたので、建物の所定方向に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けずに、この所定方向に対する建物の揺れを低減することができる。

本発明の実施形態に係る建物の正面図である。 本発明の実施形態に係る建物の側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態に係る地震時の建物の挙動を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る減衰手段の配置バリエーションを示す正面図である。 本発明の実施形態に係る減衰手段の配置バリエーションを示す正面図である。 図８（ａ）は、第１梁の間に格子梁を架設していない場合における第３梁の長期荷重の負担面積を示す平面図であり、図８（ｂ）は、第１梁の間に格子梁を架設した場合における第３梁の長期荷重の負担面積を示す平面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る建物の制振構造について説明する。

図１の正面図、及び図２の側面図には、地盤１０上に建てられた鉄骨造の建物１２が示されている。図１のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、建物１２は、細長い長方形の平面形状を有し、短辺方向が第１方向としての梁間方向１４となっており、短辺方向と直交する長辺方向が第２方向としての桁行方向１６となっている。

本実施形態の建物の制振構造１８は、建物１２、低剛性架構面２０、及び減衰手段としてのオイルダンパー２２を有して構成されている。また、建物１２は、柱２４、第１梁２６、第２梁２８、第１架構面３０、及び第２架構面３２を有して構成されている。柱２４は、角形鋼管からなる鉄骨柱であり、後に説明する丘立ち柱２４Ａは、長方形鋼管からなり、丘立ち柱２４Ａ以外の柱２４は、正方形鋼管からなる。また、第１梁２６及び第２梁２８は、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁である。なお、柱２４は、正方形、長方形、丸形などの鋼管やＨ形鋼等のさまざまな断面形状の鉄骨柱であってもよい。また、第１梁２６及び第２梁２８は、正方形、長方形、丸形などの鋼管やＨ形鋼等のさまざまな断面形状の鉄骨梁であってもよい。

図３に示すように、柱２４は、桁行方向１６に沿って複数設けられている。また、図２に示すように、第１梁２６は、梁間方向１４に配置されるとともに、隣り合う柱２４と柱２４の間に架設されており、第１架構面３０は、第１梁２６と柱２４により上下方向に複数構成されている。さらに、図１に示すように、第２梁２８は、桁行方向１６に配置されるとともに、隣り合う柱２４と柱２４の間に架設されており、第２架構面３２は、第２梁２８と柱２４により上下方向に複数構成されている。

図１、及び図１のＢ−Ｂ断面図である図４に示すように、低剛性架構面２０は、建物１２の１階において梁間方向１４の左右両側に柱２４を設けないことにより、桁行方向１６に構成されている。説明の都合上、図４にはオイルダンパー２２が省略されている。

図１、及び図３に示すように、低剛性架構面２０の上部に配置された２つの第２梁２８に仕口部３４を介して接合され、直下に柱部材が設けられていない柱２４（以下、「丘立ち柱２４Ａ」とする）は、長方形鋼管からなり、梁間方向１４を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように配置されている。低剛性架構面２０の上部に配置された２つの第２梁２８は、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４を介して接合されて第３梁３６を構成している。

オイルダンパー２２は、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に一端部が接合されるとともに、地盤１０に設けられた基礎部３８に他端部が接合され、上下方向へ伸縮して振動を吸収するように略鉛直に配置されている。すなわち、オイルダンパー２２は、低剛性架構面２０に設けられ、低剛性架構面２０の上部に配置された第３梁３６（２つの第２梁２８）の上下振動を吸収する。

次に、本発明の実施形態に係る建物の制振構造の作用と効果について説明する。

本実施形態の建物の制振構造１８では、図２に示すように、地震により建物１２が梁間方向１４に揺れる（矢印４０）と、柱２４には上向きの力と下向きの力が繰り返し作用する。このとき、図５の正面図に示すように、低剛性架構面２０の上部に配置された第３梁３６が、この上向きの力と下向きの力を受けて上下に繰り返し撓んで上下振動する（矢印４２）。すなわち、梁間方向１４に対する建物１２の揺れ（矢印４０）が、第３梁３６の上下振動（矢印４２）に変換される。

そして、第３梁３６の上下振動（振動エネルギー）をオイルダンパー２２により吸収し、これにより、梁間方向１４に対する建物１２の揺れを低減することができる。すなわち、建物１２の所定方向（梁間方向１４）に配置された柱梁架構の架構面に減衰手段を設けずに、この所定方向（梁間方向１４）に対する建物１２の揺れを低減することができる。

また、本実施形態の建物の制振構造１８は、図１及び図４に示すように、建物１２の低層階（本例では、１階）の柱２４を減らして、この階の水平剛性を小さくして意図的に水平変形させ、この変形エネルギーを減衰手段（本例では、オイルダンパー２２）で吸収する、所謂、ソフトファーストストーリー制振構造とすることにより、建物１２の揺れを効率的に低減することができる。

さらに、本実施形態の建物の制振構造１８は、図１に示すように、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に一端部を接合してオイルダンパー２２を略鉛直に配置することにより、オイルダンパー２２の左右に広いスペースを確保することができる。

また、本実施形態の建物の制振構造１８は、図３に示すように、梁間方向１４を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように丘立ち柱２４Ａを配置することにより、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に接合された第２梁２８の端部にヒンジが発生することを抑制して、第２梁２８の鉛直支持力を保つことができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図１及び図４に示すように、建物１２の１階において梁間方向１４の左右両側に柱２４を設けないことにより、桁行方向１６に低剛性架構面２０を構成した例を示したが、低剛性架構面は、建物１２の最上階以外の何れかの階において一部の柱を設けないことにより桁行方向１６に構成すればよい。建物１２の下層階には、地震により建物１２が梁間方向１４に揺れるときに大きな上向きの力と下向きの力が作用するので、建物１２の下層階において一部の柱を設けないようにして低剛性架構面を構成するのが好ましい。

例えば、桁行方向１６に対し連続して複数の柱を設けないようにすることにより低剛性架構面を構成するようにしてもよい。桁行方向１６に対し連続して２つ以上の柱を設けないようにすることにより低剛性架構面を構成すれば、この低剛性架構面の上部に配置された３つ以上の第２梁が上下振動するようになる。

また、例えば、建物１２のコーナー部に柱を設けないようにすることにより低剛性架構面を構成するようにしてもよい。この場合には、左右一方に配置された柱２４と、上方に配置された第２梁２８とが正面視にてＬ字状に配置される、又は左右一方に配置された柱２４と上方に配置された第２梁２８と、下方に配置された第２梁２８が正面視にてコの字状に配置されることになるが、このようにＬ字状又はコの字状に配置された部材により囲まれた面も「低剛性架構面」となり、この低剛性架構面の上部に配置された１つ以上の第２梁２８が上下振動するようになる。

また、本実施形態では、図１に示すように、桁行方向１６に低剛性架構面２０を構成することにより梁間方向１４に対する建物１２の揺れを低減する例を示したが、桁行方向１６に低剛性架構面２０を構成するとともに、梁間方向１４に低剛性架構面を構成して、梁間方向１４と桁行方向１６に対する建物１２の揺れを低減するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、減衰手段をオイルダンパー２２とした例を示したが、減衰手段は、第３梁３６（低剛性架構面２０の上部に配置された第２梁２８）の上下振動を低減できるものであればよく、オイルダンパー以外の機構のダンパーであってもよい。例えば、減衰手段を鋼材ダンパーとしてもよい。このようにすれば、鋼材ダンパーが塑性化するまでは、建物１２の梁間方向１４の剛性を確保し、鋼材ダンパーが塑性化した後にこの鋼材ダンパーによって振動エネルギーを吸収するので、建物１２に作用する風揺れを低減することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に一端部を接合し、地盤１０に設けられた基礎部３８に他端部を接合して、上下方向へ伸縮して振動を吸収するように、略鉛直に減衰手段としてのオイルダンパー２２を配置した例を示したが、減衰手段は、図６の正面図に示すように、低剛性架構面２０にブレース状に配置してもよい。

図６では、減衰手段としてのオイルダンパー２２が、低剛性架構面２０を構成する柱２４に一端部が連結され、低剛性架構面２０の上部に配置された第２梁２８に他端部が連結されて、斜めに配置されている。そして、この斜めの方向へオイルダンパー２２が伸縮して、第３梁３６の上下振動（振動エネルギー）を吸収する。

このようにすれば、オイルダンパー２２により、第３梁３６の上下振動（振動エネルギー）を吸収して梁間方向１４に対する建物１２の揺れを低減するとともに、桁行方向１６に対する建物１２の揺れを低減することができる。なお、図６では、２つのオイルダンパー２２が設けられているが、左右一方のオイルダンパー２２のみを設けるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、低剛性架構面２０に減衰手段としてのオイルダンパー２２を設けた例を示したが、減衰手段は、図７の正面図に示すように、低剛性架構面２０の上階の第２架構面３２に設けてもよい。

図７では、減衰手段としてのオイルダンパー２２が、低剛性架構面２０を構成する柱２４の延長線上に配置され第２架構面３２を構成する柱２４に一端部が連結され、低剛性架構面２０の上部に配置された第２梁２８に他端部が連結されて、斜めに配置されている。そして、この斜めの方向へオイルダンパー２２が伸縮して、第３梁３６の上下振動（振動エネルギー）を吸収する。

このようにすれば、オイルダンパー２２により、第３梁３６の上下振動（振動エネルギー）を吸収して梁間方向１４に対する建物１２の揺れを低減するとともに、桁行方向１６に対する建物１２の揺れを低減することができる。また、低剛性架構面２０に減衰手段を設けなくてよいので、第３梁３６下に広いスペースを確保することができる。なお、図７では、２つのオイルダンパー２２が設けられているが、左右一方のオイルダンパー２２のみを設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、第３梁３６の上下振動をオイルダンパー２２により吸収し、これにより、梁間方向１４に対する建物１２の揺れを低減する例を示したが、第３梁３６の端部（第３梁３６を構成する第２梁２８における丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に接合されていない側の端部）を柱２４にピン接合するようにしてもよい。このようにすれば、第３梁３６の中央部（丘立ち柱２４Ａの仕口部３４）の撓み量を大きくして、オイルダンパー２２により吸収する振動エネルギー量を多くすることができる。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、梁間方向１４を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように丘立ち柱２４Ａを配置することにより、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に接合された第２梁２８の端部にヒンジが発生することを抑制した例を示したが、他の方法によって、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に接合された第２梁２８の端部にヒンジが発生することを抑制するようにしてもよい。

例えば、低剛性架構面２０の上部に配置される第２梁２８を高強度鋼により形成するようにしてもよい。このようにすれば、第２梁２８の撓みを保ったまま、丘立ち柱２４Ａの仕口部３４に接合された第２梁２８の端部にヒンジが発生するのを抑制することができる。

また、例えば、図８（ｂ）の平面図に示すように、第１梁２６の間に格子梁４４を架設し、第３梁３６（第２梁２８）に作用する長期荷重（鉛直荷重）を第１梁２６に伝達して、第３梁３６（第２梁２８）の負担する長期荷重（鉛直荷重）を低減するようにしてもよい。図８（ａ）の平面図には、第１梁２６の間に格子梁４４を架設していない場合における第３梁３６（第２梁２８）の長期荷重（鉛直荷重）の負担面積４６が示されており、図８（ｂ）には、第１梁２６の間に格子梁４４を架設した場合における第３梁３６（第２梁２８）の長期荷重（鉛直荷重）の負担面積４８が示されている。

また、本実施形態の建物の制振構造１８は、新築建物に対して適用してもよいし、耐震改修建物に適用してもよい。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、建物１２の平面形状を細長い長方形とした例を示したが、建物の平面形状は、正方形等の他の形状であってもよい。

また、本実施形態では、図１及び図２に示すように、建物１２を鉄骨造とした例を示したが、地震により建物１２が梁間方向１４に揺れたときに、低剛性架構面２０の上部に配置された第２梁２８が上下振動するものであれば、建物１２は、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造のものであってもよい。

例えば、図１において、左から２番目の柱２４と、右から２番目の柱２４との間の建物１２の部分を鉄骨造とし、この部分の両側を鉄筋コンクリート造とすれば、第３梁３６の中央部（丘立ち柱２４Ａの仕口部３４）の撓み量を大きくして、減衰手段により吸収する振動エネルギー量を多くすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１２ 建物
１４ 梁間方向（第１方向）
１６ 桁行方向（第２方向）
１８ 建物の制振構造
２０ 低剛性架構面
２２ オイルダンパー（減衰手段）
２４ 柱
２４Ａ 丘立ち柱（柱）
２６ 第１梁
２８ 第２梁
３０ 第１架構面
３２ 第２架構面

Claims (6)

1. 第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、
   前記建物の最上階以外の何れかの階に一部の前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成されると共に前記第２梁と前記柱で構成された低剛性架構面と、
   前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、
   を有する建物の制振構造。
2. 第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、
   前記建物の最上階以外の何れかの階に前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成された低剛性架構面と、
   前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、を有し、
   前記減衰手段は、前記低剛性架構面を構成する前記柱、又は該柱の延長線上に配置され前記第２架構面を構成する前記柱に一端部が連結され、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁に他端部が連結されて、斜めに配置されたダンパーである建物の制振構造。
3. 第１方向と前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数設けられた柱、前記第１方向に配置され前記柱間に架設された第１梁、前記第２方向に配置され前記柱間に架設された第２梁、前記第１梁と前記柱により上下方向に複数構成された第１架構面、及び前記第２梁と前記柱により上下方向に複数構成された第２架構面を有する建物と、
   前記建物の最上階以外の何れかの階に前記柱を設けないことにより前記第２方向に構成された低剛性架構面と、
   前記低剛性架構面又は前記低剛性架構面の上階の前記第２架構面に設けられ、前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁の上下振動を吸収する減衰手段と、を有し、
   前記低剛性架構面の上部に配置された前記第２梁に接合され直下に柱部材が設けられていない前記柱は、長方形鋼管又はＨ形鋼により構成され、前記第１方向を回転軸とする曲げに対して弱軸配置となるように配置されている建物の制振構造。
4. 前記第１梁の間に格子梁が架設されている請求項１〜３の何れか１項に記載の建物の制振構造。
5. 前記低剛性架構面の左の前記柱と右の前記柱の間の前記建物の部分を鉄骨造、この部分の両側を鉄筋コンクリート造とする請求項１〜４の何れか１項に記載の建物の制振構造。
6. 前記減衰手段の一端が、仕口部に接合されている請求項１〜５の何れか１項に記載の建物の制振構造。

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