JP6889506B1

JP6889506B1 - 制振吊建物

Info

Publication number: JP6889506B1
Application number: JP2020178699A
Authority: JP
Inventors: 矢野　昭彦; 昭彦矢野
Original assignee: Shelter Japan Corp
Current assignee: Shelter Japan Corp
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-10-26
Also published as: JP2022069814A

Abstract

【課題】建物がずれたときに容易に復元できて、摩擦力の管理が容易で、さらに摩擦部材の取り換えが容易な摩擦力を利用した制振吊建物を提供する。【解決手段】建物３０が、フレーム２０と、支持ユニット５０の双方に支持される建築物である。また、フレーム２０は、基礎１０に固定されている。支持ユニット５０は、建物３０の下端部の四隅に固定されており、接触体、スライド筒、バネ、ジャッキを有している。ジャッキと、スライド筒は建物３０に固定されている。地震時において、建物３０に地震に起因する水平力が作用した場合、支持ユニット５０は、基礎１０に沿って滑る。このとき、支持ユニット５０と、基礎１０との間に、動摩擦力が生じる。動摩擦力によるエネルギー吸収効果によって、建物３０の変位は抑制されるとともに、建物のダメージは低減される。【選択図】図１

Description

本発明は、吊構造の建物である制振吊建物に関する。

阪神淡路大震災では、高力ボルト摩擦接合継手が滑る現象によって、鋼構造物が変形するなど、様々な被害が生じた。しかし、高力ボルト摩擦接合継手が滑ることによって変形した鋼構造物は、亀裂が入る、座屈するなどの被害が、他の鋼構造物に比べて小さかったことが知られている。摩擦力が、地震のエネルギーを吸収して、制振し、鋼構造物が受けるダメージを低減したためであると考えられている。

このように、摩擦力を利用した制振構造は、大きな制振効果、ダメージ低減効果があるにもかかわらず、普及していないのが現状である。原因として、以下の要因が考えられる。
１）摩擦力を利用してエネルギーを吸収する場合、滑ることによって接合する部材同士がずれることになり、必ずしも元の位置に戻らないことから、変形は復元されない。
２）滑る部材同士の摩擦力を長期にわたり維持することが難しい。
３）部材同士が滑って損耗したとき、取り換える必要があるが、取り換えに多大な労力を要する。

摩擦力を利用した制振構造を建物に適用する場合、建物自体が傾くなど、もとの位置からずれることによる居住性の悪化が懸念される。また、復元は、比較的大掛かりな施工を伴い、一般的に、建物に居住した状態での復元は困難である。最悪の場合、復元は不可能となり、建物自体を取り壊す必要が生じる。

特開２０１４−１６９５６７号公報

本発明の目的は、建物がずれたときに容易に復元できて、摩擦力の管理が容易で、さらに摩擦部材の取り換えが容易な摩擦力を利用した制振吊建物を提供することである。

上記課題を解決するための発明は、制振吊建物であって、基礎に固定されるフレームと
、フレームに吊下げられる建物と、建物に固定される状態で基礎に接触して、建物の自重
の一部を支持する支持ユニットを備え、支持ユニットは、建物に着脱可能な状態で上下方向にスライド可能に固定されて基礎に接触する接触体と、建物に固定されるジャッキと、ジャッキの操作によって接触体を基礎の方向に付勢するバネを有し、地震時において、接触体と基礎との間に生じる摩擦力で、建物を制振することを特徴とする。

この構成によれば、通常時は、支持ユニットと基礎との間に生じる静止摩擦力によって
、風などによる建物の横移動を抑止出来る。地震時は、支持ユニットと基礎との間に生じる動摩擦力によって地震エネルギーを吸収できるので建物の横揺れを抑制できるとともに、地震に起因する建物のダメージを軽減できる。また、建物はフレームに吊下げられるので、基礎を単純な形状にできる。
また、この構成によれば、基礎に接触する接触体は、建物に着脱可能に固定されるので、仮に何らかの要因（例えば、損耗、破損。）で、接触体を交換する必要が生じたとしても、接触体を、新しいものに簡単に取り換えることができる。
また、この構成によれば、建物の水平方向の移動に伴って、建物と基礎との間に存する隙間が増大したとしても、接触体は、増大する変化に追従して基礎に接した状態を保ち得る。

好ましくは、基礎と、接触体は、コンクリート同士が接触することを特徴とする。

この構成によれば、基礎と、接触体は、コンクリート同士が接触するので、大きな摩擦力を得ることができる。また、コンクリートという安価な材料を用いることができるので、コストダウンを図れる。

好ましくは、フレームは、上面に太陽光パネルが配設されることを特徴とする。

この構成によれば、フレームの上面に太陽光パネルが配設されるので、建物の屋根に太陽光が直接当たることを大幅に回避できる。また、太陽光パネルと屋根の間の通風が確保できる。これにより、建物の室内の温度を抑制できる。

本実施形態における制振吊建物の正面図である。同、平面断面図である。（ａ）は支持ユニットを説明する正面図である。（ｂ）は、同、平面断面図である。（ａ）は地震時における支持ユニットの挙動を説明する部分図であり、（ｂ）は通常時における支持ユニットの建物の支持状態を説明する部分図である。

本発明の実施形態について、図１〜４を参照して説明する。

図１に示す通り、制振吊建物１（以後吊建物１という。）は、建物３０が、フレーム２０と、支持ユニット５０の双方に支持される建築物である。また、フレーム２０は、基礎１０に固定されている。

基礎１０は、地面１００の上方に突出して設けられ、平面視で矩形の連結部１０ａと、連結部１０ａの外周を帯状に取り囲む基礎部１０ｂを有している。基礎部１０ｂの隅部にフレーム２０の支柱２２が固定されている。基礎部１０ｂは鉄筋コンクリート製であることが好ましい。

図２に示す通り、連結部１０ａは、平面視が矩形の平板であり、基礎部１０ｂの内部領域を全領域に渡って覆っている。これにより、地面１００からの湿気の上昇を抑制するとともに、建物３０の下方の雑草等の生育を抑制することができる。連結部１０ａは、基礎部１０ｂと構造的に連結するものであってもよいし、単に基礎部１０ｂと接続するものであってもよい。基礎部１０ｂと構造的に連結する場合は、鉄筋コンクリート製、単に接続する場合は無筋コンクリート製であることが好ましい。接続形式は、地盤の状況、建物３０の規模や重量を勘案して適宜定めればよい。

フレーム２０は、立体ラーメン構造である。具体的には、基礎部１０ｂに固定された支柱２２に、格子状に組まれた梁２３が固定されている構造である。梁２３の上面は、太陽光パネル２１が配設されている。太陽光パネル２１によって、太陽光が遮蔽されて、屋根３１への太陽光の照射は、極わずかとなる。また、太陽光パネル２１で降雨も遮られ、さらに、屋根３１との間の通風が確保される。このように太陽光パネル２１を屋根３１の上方に配設することで、建物３０自体の建設コストを低減できる他、居住環境の改善を図り得る。

建物３０は、人が居住できる住居であり、通常時においては、フレーム２０と支持ユニット５０の双方に支持された状態で、基礎１０の上方に配設されている。

建物３０の上端部は四隅で、ハンガー２４を介し梁２３と接続している。本実施計形態では、ハンガー２４と建物３０の接続部は、屋根３１の近傍に設けられているが、屋根３１と床３２の中間部に設けてもよい。さらに、床３２の近傍に設けてもよい。ハンガー２４と建物３０の接続部は、可能な限り建物の下端部に設けることが好ましい。ハンガー２４の長さを長く設定することで、ハンガー２４の傾きに伴う、建物３０の鉛直方向の移動を低減できるからである。また、本実施形態ではハンガー２４の本数は４本であるが、これより多くしてもよい。

支持ユニット５０は、建物３０の下端部の四隅に固定されており、図３（ａ）に示す通り、接触体５１、スライド筒５２、バネ５３、ジャッキ５４を有している。ジャッキ５４と、スライド筒５２は建物３０に固定されている。

ジャッキ５４は、バネ５３を上下方向に移動させるためのものであり、バネ５３に接続する移動部５４ａを有する。ジャッキ５４を動作して移動部５４ａを上下方向に移動させることで、接触体５１は、バネ５３を介して、建物３０の自重の一部を支持する。ジャッキ５４は手動式、電動式のいずれであってもよい。

バネ５３は、接触体５１を下方に付勢するためのものであり、自然長に比べて短い状態で移動部５４ａと、接触体５１に接続している。すなわち、圧縮された状態となっている。これにより、ハンガー２４の傾斜に伴って建物３０が上方に移動した場合でも、バネ５３が伸びることで接触体５１は、基礎１０に接触した状態を保ち得る。本実施形態のバネ５３は、圧縮コイルバネであるが、板バネとしてもよい。

接触体５１は、円筒形の無筋コンクリート製であり、建物３０に対して上下方向にスライドできる状態で、スライド筒５２に内挿されている。上端部は、バネ５３に接続し、下端部は、基礎１０と接触している。

スライド筒５２は、固定部５２ｂと、開閉部５２ａを有しており、固定部５２ｂと開閉部５２ａは協働して接触体５１がスライドできる円筒空間を画定している。固定部５２ｂは建物３０に固定されており、開閉部５２ａは、ボルト５５によって、固定部５２ｂと固定・分離できる構造である。開閉部５２ａを固定部５２ｂから分離することで、接触体５１を簡単に取り外すことができる。

通常時、および地震時における建物３０の挙動について説明する。

通常時においては、建物３０は、フレーム２０と支持ユニット５０の双方に支持されている。建物３０に水平方向の力が作用した場合、例えば風が吹いた場合、支持ユニット５０と、基礎１０との間で発生する静止摩擦力で建物３０は水平方向に変位することなく静止状態を保つ。想定される風速の風が吹いたとしても、建物３０が水平変位しない静止摩擦力となるように、フレーム２０と支持ユニット５０の建物３０の支持の負担割合を定めることが好ましい。

支持ユニット５０が支持する鉛直力が小さくて、風による建物３０の水平変位を抑制するために必要な最大静止摩擦力を得られない場合は、支持ユニット５０に作用する鉛直力を増加させることが好ましい。建物３０に錘を載せて建物の自重を増加させる、建物３０の四隅にステー３５を設けるなどである。

ステー３５は、弾力性に富む紐状の部材が好ましく、図３に示す通り、引張力が付与された状態で、一方の端部が基礎１０に、他方の端部が建物３０の四隅の下端部に接続する。これにより、強制的に建物３０を下方に押下げ得る。

建物３０の居住環境を向上させるために、凸部１２を設けてもよい（図１、２参照）。凸部１２は、通常時においては、原則として建物３０の下面に接触するのみであって、建物３０の荷重を負担することはない。これにより、主に建物３０の内部での人の移動等に起因する建物３０の傾き、微振動を抑制できる。

地震時において、建物３０に地震に起因する水平力が作用した場合、水平力が最大静止摩擦力よりも小さいときは、支持ユニット５０は、位置ずれを起こすことなく基礎１０の上に静止している（図４（ｂ）参照）。水平力が最大静止摩擦力よりも大きくなったときは、支持ユニット５０は、基礎１０に沿って滑る。このとき、支持ユニット５０と、基礎１０との間に、動摩擦力が生じる。

フレーム２０と、建物３０の間に相対変位が生じ、ハンガー２４は斜めに傾いた状態となる。このとき、図４（ａ）に示す通り、建物３０と基礎１０の間に生じる隙間ｈは、通常時と比べ大きくなる。隙間ｈが大きくなった場合でも、バネ５３が伸びることで、基礎１０と支持ユニット５０は接触状態を保ち、所定の動摩擦力を生じた状態で、支持ユニット５０は、基礎１０に沿って滑る。このときの接触体５１と基礎１０との間に生じる動摩擦力によるエネルギー吸収効果によって、建物３０の変位は抑制されるとともに、建物３０のダメージは低減される。

地震が終息したとき、建物３０が元の位置からずれて静止した場合は、ジャッキ５４を動作して基礎１０と支持ユニット５０の接触状態を解き、斜めに傾いたハンガー２４を元の状態に戻すことで、建物３０を元の位置に復元できる。その後、再度、ジャッキ５４を動作して支持ユニット５０に建物３０の自重を支持させればよい。

接触体５１の摩耗等により、所定の摩擦力が得られないと判断したときは、既存の接触体５１を、新しいものに交換すればよい。

交換は、バネ５３が自然長の長さとなるようにジャッキ５４を動作した後、ボルト５５を緩めて開閉部５２ａと固定部５２ｂを分離する。このとき、建物３０は、フレーム２０のみで支持される状態となっており、接触体５１は建物３０の自重を支持していない。そのため、接触体５１を簡単に取り外すことができる。新しい接触体５１は、取外しと逆の手順を踏むことで、簡単に取り付けることができる。

ハンガー２４については、ジャッキ５４を動作して建物３０の全ての自重を支持ユニット５０に負担させて、ハンガー２４に建物３０の自重を支持させない状態とすることで、取り換えを簡単に行うことができる。

本実施形態は、例示であり、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で改変できることは勿論である。例えば、本実施形態では、支持ユニットは四隅に設けられているが、さらに四隅の中間部に設けてもよい。

本発明に係る免振吊建物は、支持ユニットと基礎との間に生じる摩擦力によって建物の横移動を抑止できると共に建物がずれたときに容易に復元でき、また、摩擦部材である接触体の取り換えが容易である。さらに、屋根と分離して、フレームに太陽光パネルを取り付けることで、建物を軽量化できるので、建物の耐震性能を向上できる。また、災害時の電力を自給できる。特に巨大地震が予想される地域における活用が期待できることから、産業上の利用可能性は大である。

１：吊建物
１０：基礎
２０：フレーム
２１：太陽光パネル
３０：建物
５０：支持ユニット
５１：接触体

Claims

基礎に固定されるフレームと、
前記フレームに吊下げられる建物と、
前記建物に固定される状態で前記基礎に接触して、前記建物の自重の一部を支持する支
持ユニットと、を備え、
前記支持ユニットは、前記建物に着脱可能な状態で上下方向にスライド可能に固定されて前記基礎に接触する接触体と、前記建物に固定されるジャッキと、前記ジャッキの操作によって前記接触体を前記基礎の方向に付勢するバネと、を有し、地震時において、前記接触体と前記基礎との間に生じる摩擦力で、前記建物を制振することを特徴とする制振吊建物。
前記基礎と、前記接触体は、コンクリート同士が接触することを特徴とする請求項１に
記載の制振吊建物。
前記フレームは上面に太陽光パネルが配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の制振吊建物。