JP7024311B2

JP7024311B2 - 構造物及び構造物の制振方法

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Publication number: JP7024311B2
Application number: JP2017201160A
Authority: JP
Inventors: 泰彦浅岡
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: JP2019073925A

Description

本発明は、支承部材を介して上部構造体を下部構造体で支持する構造物及び構造物の制振方法に関する。

従来、スタジアム等の大空間の構造物の屋根を、積層ゴムアイソレータ等の免震支承を介して、柱で支持する屋根免震構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の技術においては、柱の上端部の免震支持部には、横変位吸収機構を介して積層ゴムが支持されている。積層ゴムは、回転変位吸収機構を介して、屋根の屋根側支持部を支持している。回転変位吸収機構は、土台プレート、座部、及び支柱部を有している。土台プレートは、積層ゴムの上部フランジに接合され、土台プレートの上部に座部が接合されている。座部の上部には、上側に凸となった円弧状の凸部が形成されている。支柱部の下部には、下側が開口側で底部（上面）が円弧状の凹部が形成されている。座部の凸部に支柱部の凹部が摺動可能に接触している。

特開２０１６－３３３１３号公報

大空間の構造物においては、隣接する柱間の距離が長いロングスパンで屋根を支持することがある。この構造物において、風が屋根の上面（或いはは上下面）を吹き抜ける場合、上下方向に屋根が振動することがあった。

上記課題を解決する構造物は、上部構造体と、下部構造体と、前記上部構造体と前記下部構造体との間に設けられ、回転を許容する支承部材とを備えた構造物であって、前記上部構造体と前記下部構造体とに連結する制振部材を、前記支承部材の側方に設け、前記制振部材を、前記上部構造体及び前記下部構造体の少なくとも一方に回転可能に取り付けた。

本発明によれば、上部構造体における振動を抑制することができる。

実施形態における構造物の全体図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図。実施形態における構造物の要部の拡大図であって、（ａ）は柱に支持された屋根部分の斜視図、（ｂ）は（ａ）において一部構成要素を除いた状態の斜視図、（ｃ）は、柱の取付部の上面図を示す。実施形態において風力作用時の制振部材の動きの説明図であって、（ａ）は屋根の正面模式図、（ｂ）は風力が加わる前の模式図、（ｃ）は風力が加わった後の模式図。実施形態において地震による水平力作用時の制振部材の動きの説明図であって、（ａ）は水平力が加わる前の模式図、（ｂ）は水平力が加わった後の模式図。

以下、図１～図４を用いて、構造体及び構造体の制振方法を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、屋外のスタジアム等の大空間に屋根を備えた構造物として説明する。

図１（ａ）には、本実施形態の構造物１０の全体の外形状を示している。この構造物１０は、上部構造体としての屋根１１と、屋根１１の下方に配置される下部構造体としての４つの柱２０とを備えている。屋根１１は、トラス構造で構成されており、全体の平面形状が四角形状となっている。各柱２０は、屋根１１の各角にそれぞれ対応して配置されている。本実施形態では、屋根１１のＸ方向における柱２０間の距離は、Ｘ方向と水平面において直交するＹ方向における柱２０の間の距離より長い。

図１（ｂ）に示すように、屋根１１は、上弦材１１ａ、下弦材１１ｂ、斜材１１ｃ及び束材１１ｄを備える。本実施形態の屋根１１は、斜材１１ｃが上弦材１１ａ及び下弦材１１ｂとの交点で四角錐形状に配置された立体トラス構造を有している。また、屋根１１の外周部では、柱２０の外側で、下弦材１１ｂが上方に傾斜しながら上弦材１１ａの端部に接続されている。

柱２０は、垂直方向に延在する複数の縦弦材２１と、この縦弦材２１を斜めに連結する斜材２３と、水平に連結する横束材２４とを備える。柱２０の上端部には、屋根１１と交差する部分に、取付部２５及び固定端部２６を設けている。

図２（ａ）は、屋根１１と柱２０とが交差した部分の周囲を示した拡大斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）において、積層ゴムアイソレータ３０や制振部材３５の配置を明示するために、屋根１１のトラス構造の一部、柱２０の斜材２３、横束材２４及び固定端部２６を取り除いた斜視図である。

図２（ａ）に示すように、柱２０の４つの縦弦材２１の上部には、屋根１１の下端部の下方に取付部２５が固定されている。また、縦弦材２１の上端部には、屋根１１の上端部の上方に、縦弦材２１を固定する固定端部２６が固定されている。取付部２５及び固定端部２６の間におけるＸ方向に離間する縦弦材２１には、斜材２３及び横束材２４が連結されている。

本実施形態では、屋根１１の２つの上弦材１１ａ間（及び２つの下弦材１１ｂ間）に、柱２０の縦弦材２１が配置される。このため、縦弦材２１の水平方向の間隔は、上弦材１１ａ（及び下弦材１１ｂ）の間隔よりも狭い。

また、縦弦材２１には、水平方向の振動を減衰させるための制振部材２８の一端部が取り付けられている。制振部材２８の他端部は、屋根１１に取付部材（図示せず）を介して取り付けられている。この制振部材２８として、例えばオイルダンパー等の粘性減衰制振部材を用いることができる。

図２（ｂ）に示すように、取付部２５は、外側取付部２５ａ、固定部２５ｂ、接続部２５ｃ及び連結部２５ｄを備えている。
図２（ｃ）に示すように、外側取付部２５ａは、水平断面が四角枠形状をした筒体であって、縦弦材２１の外周を囲むように配置されている。
固定部２５ｂは、各縦弦材２１からＹ方向に延在し、各縦弦材２１と外側取付部２５ａのＸ方向の枠部材とを固定する。
接続部２５ｃは、Ｘ方向及びＹ方向に延在し、４つの縦弦材２１を連結する。
連結部２５ｄは、外側取付部２５ａのＸ方向の枠部材の中央部と、接続部２５ｃのＸ方向の部材の中央部とを連結する。

取付部２５の外側取付部２５ａの中央及び連結部２５ｄの上面には、２つの積層ゴムアイソレータ３０が載置されて固定されている。この積層ゴムアイソレータ３０の上には、屋根１１の下弦材１１ｂが載置されている。これにより、積層ゴムアイソレータ３０は、屋根１１を支持し、Ｙ方向を中心軸とした屋根１１の回転を許容する支承部材として機能する。

一方、Ｙ方向に延在する接続部２５ｃには、４つの制振部材３５の下端部が取り付けられている。１つの接続部２５ｃには、２つの制振部材３５が、離間して配置されている。このため、制振部材３５は、積層ゴムアイソレータ３０を挟んで、Ｘ方向の両側に位置することになる。
本実施形態では、制振部材３５として、例えばオイルダンパー等の粘性型減衰部材を用いることができる。この制振部材３５は、シリンダと、シリンダから突出し水平方向に伸縮するロッドとを備える。

各制振部材３５の下端部には、ユニバーサルジョイントが、柱２０の取付部２５の上面に３６０度回転可能に取り付けられている。
各制振部材３５は、垂直方向に延在している。
各制振部材３５の上端部には、ユニバーサルジョイントが設けられている。このユニバーサルジョイントは、取付部材１５の下面に、３６０度回転可能に取り付けられている。この取付部材１５は、Ｘ方向に配置され上弦材１１ａに固定される一対の固定部と、この一対の固定部を連結し、Ｙ方向に配置された１対の連結部とから構成されている。

次に、図３及び図４を用いて、以上のように構成された構造物１０の動作及び作用について説明する。
まず、図３を用いて、屋根１１が、Ｙ方向の横風を受けた場合について説明する。
この場合、図３（ａ）に示すように、屋根１１の下側の風の通り道には、柱等の障害物があるが、屋根１１の上側の風の通り道には、障害物がない。このため、屋根１１の上側の風速は、屋根１１の下側の風速よりも大きくなる。これにより、屋根１１には揚力が発生し、屋根１１は、中央が上に凸となる形状に撓んで、鉛直方向（上下方向）に変形する。

この場合、図３（ａ）の左側において屋根１１を支持する積層ゴムアイソレータ３０は、図３（ｂ）に示す状態（風が吹く前の状態）から、図３（ｃ）に示す状態になる。具体的には、積層ゴムアイソレータ３０は、Ｙ方向を中心軸とした回転を許容し、矢印Ｒ１方向に上面が傾斜し、回転変形する。そして、積層ゴムアイソレータ３０の両側の制振部材３５は、取付部材１５を介して取り付けられた上弦材１１ａの動きに追従して伸縮する。これにより、制振部材３５が減衰動作を行ない、屋根１１の振動を抑制する。

次に、図４を用いて、屋根１１に水平力が加わった場合について説明する。このような水平力は、例えば、地震等によって生じる。
図４（ａ）に示す状態に対して、屋根１１に水平力Ｆ１が加わった場合、図４（ｂ）に示す状態になる。具体的には、屋根１１の上端部には、水平方向に変位（水平変位）が生じ、構造物１０には水平変形が生じる。この場合、積層ゴムアイソレータ３０は、屋根１１の下弦材１１ｂを支持しているため、下弦材１１ｂの動きに追従して、上面が水平方向に引っ張られ、水平変形する。制振部材３５は、屋根１１の上弦材１１ａの移動に追従して、Ｙ方向を中心軸として回転しながら伸長する。この場合、制振部材３５の減衰動作により、屋根１１の水平方向の振動を抑制する。
なお、この場合、図２（ａ）に示した制振部材２８も、水平方向に伸縮して、減衰動作を行ない、屋根１１の振動を抑制する。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の構造物１０は、屋根１１と柱２０との間に設けられ、回転を許容する積層ゴムアイソレータ３０の側方で、屋根１１の振動を低減する制振部材３５を、屋根１１と柱２０とに連結する。この場合、制振部材３５は、屋根１１及び柱２０に対して回転可能に取り付ける。これにより、風等によって生じた屋根１１の上下方向の変形を抑制することができる。

（２）本実施形態の制振部材３５は、屋根１１と柱２０との間で立設され、積層ゴムアイソレータ３０の両側に設けられている。これにより、屋根１１の上下方向の変形を効率よく抑制することができる。

（３）本実施形態の制振部材３５は、粘性型減衰部材であるため、屋根１１の上下方向に発生した振動を減衰させることができる。
（４）本実施形態の制振部材３５は、水平力に応じた屋根１１の上弦材１１ａの移動に追従して伸長するので、地震等による水平力等によって発生した屋根１１の水平方向の変形を抑制し、振動を減衰させることができる。

（５）本実施形態においては、柱２０の縦弦材２１には、水平方向の振動を減衰させるための制振部材２８の一端部が取り付けられている。これにより、水平力が作用した屋根１１の振動を低減することができる。

（６）本実施形態の制振部材３５は、トラス構造の屋根１１の上弦材１１ａと、積層ゴムアイソレータ３０を載置固定した柱２０の取付部２５とに連結されている。これにより、長い制振部材３５を配置することができるので、ロッドの可動域を長くすることができ、大きな変形による振動を低減することができる。

また、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の構造物１０では、屋根１１及び柱２０との間に、積層ゴムアイソレータ３０を配置した。上下構造体と下部構造体との間に設けられ、回転を許容する支承部材は、積層ゴムアイソレータ３０に限られず、例えば、球面すべり支承等、他の支承部材であってもよい。球面すべり支承を用いる場合には、例えば、下部構造体及び上部構造体に、凹形の球面状のプレートを、プレート同士が対向するように設ける。そして、両プレートに摺動するスライダーを設ける。これにより、支承部材は、スライダーの上下面での回転を許容する。

・上記実施形態の制振部材３５として、粘性型減衰部材を用いた。制振部材３５は、上部構造体の上下方向及び水平方向の変位（振動）を抑制できる制振部材であれば、粘性型減衰部材に限定されず、例えば、摩擦ダンパー等の変位依存型減衰部材や粘弾性減衰部材であってもよい。

・上記実施形態においては、制振部材３５を、屋根１１の上弦材１１ａと柱２０の外側取付部２５ａとに取り付けた。制振部材３５の取付位置はこれらに限定されず、制振部材３５は、上部構造体及び下部構造体に連結できればよく、例えば、下弦材１１ｂと固定端部２６とに連結してもよい。

・上記実施形態の構造物１０は、上部構造体としての屋根１１と、下部構造体としての柱２０とを備える。上部構造体及び下部構造体は、これらに限定されない。また、上部構造体は、トラス構造以外の屋根等であってもよいし、下部構造体は、トラス構造以外の柱等であってもよい。
また、上記実施形態の柱２０は、屋根１１の下端部の下方に配置された取付部２５と、屋根１１の上端部の上方に配置された固定端部２６とを備える。柱２０の構成は、これに限らない。例えば、柱２０において、取付部２５よりも上方の部材（縦弦材２１、斜材２３、横束材２４及び固定端部２６）を除いてもよい。この場合においても、支承部材の側方の制振部材３５が、屋根１１と柱２０とを連結していればよい。例えば、柱２０の取付部２５に、支承部材を載置し、屋根１１との間に制振部材３５を取り付ける。

・上記実施形態の制振部材３５は、積層ゴムアイソレータ３０の両側に制振部材３５を配置した。支承部材の側方に配置する制振部材３５は、両側でなくても片側のみであってもよい。

１０…構造物、１１…屋根、１１ａ…上弦材、１１ｂ…下弦材、１１ｃ，２３…斜材、１１ｄ…束材、１５…取付部材、２０…柱、２１…縦弦材、２４…横束材、２５…取付部、２５ａ…外側取付部、２５ｂ…固定部、２５ｃ…接続部、２５ｄ…連結部、２６…固定端部、２８，３５…制振部材、３０…積層ゴムアイソレータ。

Claims

トラス構造を有する屋根である上部構造体と、下部構造体と、前記上部構造体と前記下部構造体との間に設けられ、前記トラス構造を構成する下弦材に上端が接続され、前記下部構造体の上端部に設けられた取付部に下端が接続され、回転を許容する支承部材とを備えた構造物であって、
前記上部構造体と前記下部構造体とに連結する制振部材を、上端を前記トラス構造の上弦材に接続し、下端を前記取付部に接続して前記支承部材の側方に設け、
前記制振部材を、前記上部構造体及び前記下部構造体の少なくとも一方に３６０度回転可能に取り付けたことを特徴とする構造物。
トラス構造を有する屋根である上部構造体と、下部構造体と、前記上部構造体と前記下部構造体との間に設けられ、前記トラス構造を構成する下弦材に上端が接続され、前記下部構造体の上端部に設けられた取付部に下端が接続され、回転を許容する支承部材とを備えた構造物であって、
前記上部構造体と前記下部構造体とに連結し、上端が前記トラス構造の上弦材に接続され、下端が前記取付部に接続されて、所定方向に離間して配置される一対の制振部材を、単一の前記支承部材の両側方に設け、
前記制振部材を、前記上部構造体及び前記下部構造体の少なくとも一方に回転可能に取り付けたことを特徴とする構造物。
前記一対の制振部材を、２セット備え、前記所定方向と直交する直交方向に、前記単一の前記支承部材を、２セット備えた柱体を有することを特徴とする請求項２に記載の構造物。
前記屋根の四隅に前記柱体が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の構造物。
請求項１～４の何れか１項に記載の構造物における制振方法であって、
前記制振部材によって、前記支承部材を変形させる前記上部構造体の振動を減衰させることを特徴とする構造物の制振方法。