JP7052953B2

JP7052953B2 - 制振構造

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Publication number: JP7052953B2
Application number: JP2018227687A
Authority: JP
Inventors: 麻由美矢澤; 章西村
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP2020090812A

Description

本発明は、制振構造に関する。

地震時等に建物の揺れを低減するために、建物の躯体、即ち、柱梁架構と壁との間に制振ダンパーを配置し、柱梁架構の揺れを抑制することがある（例えば、特許文献１参照）。
このような制振ダンパーの制振効果を十分に発揮するためには、柱梁架構と壁体とが相対変位した際に、制振ダンパーが十分に変形（伸縮）し、振動エネルギーを吸収する必要がある。
柱梁架構と壁体とが相対的に変位した際に、制振ダンパーから受ける反力によって壁体が押し戻されて変形することがある。
その結果、制振ダンパーが十分に変形できず、振動エネルギーを十分に吸収できない場合がある。また、制振ダンパーの反力を下部構造体へ伝達する機構の構築が必要である。

特開平９－１７０３５３号公報

本発明は、上記事実を鑑み、制振ダンパーの制振効果を十分に得られ、制振ダンパーの反力を効率的に下部構造体へ伝達する制振構造を提供することにある。

請求項１に記載の制振構造は、下部構造体と、前記下部構造体から立設された柱梁架構と、前記下部構造体から立設され、前記柱梁架構から離間した台座と、前記台座の上部に設けられ、下側が前記台座に埋設され、上側が前記台座の上面より上方に突出された受け部材と、一端部が前記受け部材に連結されて他端が前記柱梁架構に連結され、前記受け部材と前記柱梁架構との相対変位を抑制する制振ダンパーと、前記台座に埋設され、一端が前記下部構造体に連結され、他端が前記受け部材に近接乃至連結され、張力を負担して、前記受け部材と前記下部構造体との前記相対変位に伴う前記台座の剪断力を前記下部構造体へ直接伝達する斜材と、を有する。

請求項１に記載の制振構造では、例えば、地震、強風等により柱梁架構に揺れが生じ、下部構造体と柱梁架構との間に相対変位が生じると、制振ダンパーが振動エネルギーを吸収して該相対変位を抑制する。その結果、柱梁架構の揺れが低減される。

制振ダンパーが該相対変位を抑制する際、受け部材を介して制振ダンパーの連結されている台座は、受け部材を介して制振ダンパーからの反力を受ける。台座の剛性が低い場合、台座は制振ダンパーからの反力を受けて変形する場合がある。

ここで、制振ダンパーの取り付けられている台座が変形すると、制振ダンパーへの入力が減少して大きな減衰力が得られなくなる。
請求項１に記載の制振構造では、台座を鉄筋コンクリート造の壁で構築し剪断変形を抑制する。さらに、一端が下部構造体に連結され、他端が受け部材に近接乃至連結される斜材が台座に埋設されているので、柱梁架構に揺れが生じた際に、斜材が張力を負担して、制振ダンパーからの反力を直接下部構造体に伝達する。
これにより、制振ダンパーに対して効率的に荷重（地震、強風等による水平荷重）を伝達させることができ、制振ダンパーにおいて減衰力を確実に得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制振構造において、前記相対変位の方向が、前記台座の面内方向とされ、前記受け部材は、前記台座の中央に配置され、前記台座に埋設される前記斜材は、前記受け部材から前記下部構造体に向けて傾斜した第１斜材部と、前記受け部材から前記下部構造体に向けて前記第１斜材部とは反対方向へ傾斜した第２斜材部とを含んでいる。

請求項２に記載の制振構造では、下部構造体に対して柱梁架構が相対変位すると、変位とは反対方向へ傾斜した第１斜材部、または第２斜材部が張力を負担し、直接下部構造体に伝達する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の制振構造において、前記台座と前記柱梁架構との相対変位を制限するストッパーが前記台座、または前記柱梁架構に設けられている。

請求項３に記載の制振構造では、ストッパーが台座と柱梁架構との相対変位を制限する。これにより、制振ダンパーの損傷を防ぐことができる。

以上説明したように本発明の制振構造によれば、制振ダンパーの制振効果を十分に得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る制振構造を示す正面図であるである。（Ａ）は制振構造の制振ダンパー付近を示す上面図であり、（Ｂ）は壁体の上端付近を示す水平方向断面図であり、（Ｃ）は壁体の上端付近の縦断面図である。（Ａ）は受け部材を示す斜視図であり、（Ｂ）は受け部材を示す側面図である。本発明の第２の実施形態に係る制振構造を示す正面図であるである。第２の実施形態に係る制振構造の受け部材を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る制振構造を示す正面図であるである。

［第１の実施形態］
以下、図１～図３を用いて、本発明の第１の実施形態に係る制振構造１０について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る制振構造１０は、例えば、建物等の構造物１２の柱梁架構１４に適用されるものであり、

図１に示すように、構造物１２は、下部構造体としての鉄筋コンクリート造の基礎１６によって支持され、複数本の柱１８、及び梁２０で構成された柱梁架構１４を有した鉄骨造の建築物である。基礎１６の上側には、柱１８と梁２０で囲まれる開口部２２が設けられている。

開口部２２には、台座としての鉄筋コンクリート造の壁体２４が、基礎１６の上に立設されている。壁体２４の縦方向に配筋された縦鉄筋２４Ａの下端部が基礎１６に埋設されて定着されており、また、縦鉄筋２４Ａと交差して横鉄筋２４Ｃが配筋されている。これにより、壁体２４が基礎１６と一体化されている。より詳しくは、縦鉄筋２４Ａの下端部が基礎１６と一体化している。
壁体２４の周囲には、柱梁架構１４を構成する左右の柱１８との間、及び上側の梁２０との間に隙間Ｓが設けられている。

壁体２４の上部には、幅方向中央部に、受け部材としての壁側ブラケット２６が設けられている。また、柱梁架構１４の図面左側の柱１８には、架構側ブラケット２８が設けられている。

図１、及び図２（Ａ）に示すように、壁体２４の壁側ブラケット２６と柱１８の梁２０の架構側ブラケット２８との間には、制振ダンパー３０が水平方向に配置され、制振ダンパー３０の一端がボルト、ナット等の締結部材を用いて壁側ブラケット２６に連結され、制振ダンパー３０の他端がボルト、ナット等の締結部材を用いて架構側ブラケット２８に連結されている。

制振ダンパー３０は、本実施形態ではオイルダンパーを用いているが、オイルダンパー以外の公知のダンパーであってもよく、例えば、摩擦ダンパーを用いてもよい。要は、後述するように、地震時に伸縮（変形）することでエネルギーを吸収し制振効果を発揮することが可能であれば制振ダンパー３０の構成は問わない。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、壁側ブラケット２６は、壁体２４の上端から上方に突出し、制振ダンパー３０が取り付けられる突出部２６Ａと、壁体２４に埋設される鋼製の埋設部２６Ｂとを備えている。

突出部２６Ａは水平に配置されたＨ鋼からなり、一端部には、鋼板からなるダンパー取付部材３２が溶接等で接合されており、他端部には、鋼板からなる補強板３３が溶接等で接合されている。ダンパー取付部材３２には、制振ダンパー３０を取り付ける際に用いるボルト孔３４が形成されている。

突出部２６Ａのウエブ２６Ａａには、水平方向に配置された鋼板からなる補強リブ３６が溶接等で接合されており、補強リブ３６の一端はダンパー取付部材３２に溶接等で接合されている。

埋設部２６Ｂは、突出部２６Ａの長手方向に沿って配置され、突出部２６Ａの下側のフランジ２６Ａｂの幅方向中央から下方へ延びる鋼板からなる鉛直壁部３８を備えている。鉛直壁部３８の上端は、突出部２６Ａの下側のフランジ２６Ａｂの下面に溶接等で接合されている。

鉛直壁部３８の両端部には、鉛直壁部３８と直角に配置された鋼板からなる端部フランジ４０が溶接等で接合されている。また、鉛直壁部３８の両側面には、鉛直壁部３８と直角に配置された鋼板からなる複数のリブ４２が溶接等で接合されている。なお、端部フランジ４０、及びリブ４２の上端は、突出部２６Ａの下側のフランジ２６Ａｂに溶接等で接合されている。

図１、及び図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、壁体２４の内部には、斜材４４Ｌ，４４Ｒが埋設されている。斜材４４Ｌ，４４Ｒは、壁体２４の鉄筋２４Ａよりも引張強度の高い鉄筋を用いることが望ましい。

図１に示すように、壁側ブラケット２６の左側に配置される斜材４４Ｌは、壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂの側部と平行に、かつ壁体２４を正面視したときに、埋設部２６Ｂと重なり合う位置に配置されて壁体２４の幅方向に直線状に延びる水平部４４Ｌｈと、水平部４４Ｌｈの図面左側の一端から図面左斜め下側へ傾斜して基礎１６へ向けて直線状に延びる斜材部４４Ｌｓとを含んで構成されている。斜材部４４Ｌｓの下端側には、フック部４３が形成され、フック部４３が基礎１６の内部に埋設されて基礎１６のコンクリートに定着されている。なお、斜材部４４Ｌｓは、基礎１６に埋設されている鉄筋（図示せず）に溶接等で接合されていてもよい。

一方、壁側ブラケット２６の右側に配置される斜材４４Ｒは、壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂの側部と平行に、かつ壁体２４を正面視したときに、埋設部２６Ｂと重なり合う位置に配置されて壁体２４の幅方向に直線状に延びる水平部４４Ｒｈと、水平部４４Ｒｈの図面右側の一端から図面右斜め下側へ傾斜して基礎１６へ向けて直線状に延びる斜材部４４Ｒｓとを含んで構成されている。斜材部４４Ｒｓの下端側には、フック部４３が形成され、フック部４３が基礎１６の内部に埋設されて基礎１６のコンクリートに定着されている。なお、斜材部４４Ｒｓは、基礎１６に埋設されている鉄筋（図示せず）に溶接等で接合されていてもよい。
なお、斜材４４Ｌと斜材４４Ｒとは、壁体２４を正面視した際に略対称に配置されている。このように、壁側ブラケット２６が、斜材４４Ｌと斜材４４Ｒとの上部に設けられ、かつ斜材４４Ｌと斜材４４Ｒ間の中央部（略対称）に配置されている。また、壁側ブラケット２６が、中央部に配置されることで、制振ダンパーの反力をバランス良く下部構造体へ伝達できるからである。

図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、本実施形態では、斜材４４Ｌの水平部４４Ｌｈと壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂとは離間しているが、斜材４４Ｌの水平部４４Ｌｈと壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂとは壁体２４を構成するコンクリートを介して互いに定着（応力伝達）されている。なお、斜材４４Ｒについても同様に、水平部４４Ｒｈと壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂとは離間しているが、壁体２４を構成するコンクリートで互いに定着されている。

なお、斜材４４Ｌの水平部４４Ｌｈと壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂとを溶接等で接合してもよく、同じく、斜材４４Ｒの水平部４４Ｒｈと壁側ブラケット２６の埋設部２６Ｂとを溶接等で接合してもよい。

なお、柱１８の側面には、壁体２４の上端付近の側面と対向する位置に、壁体２４と柱１８との相対変位を制限するストッパー４８が取り付けられている。なお、ストッパー４８の先端には、衝撃吸収用のゴム板４８Ａが固定されている。

（作用、効果）
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
地震等で構造物１２の柱梁架構１４が水平方向（図１の矢印Ｌ方向、及び矢印Ｒ方向）に変形すると、壁体２４に設けられた壁側ブラケット２６と柱１８に設けられた架構側ブラケット２８とに連結された制振ダンパー３０が伸縮してエネルギーを吸収し、構造物１２を制振する。

ここで、制振ダンパー３０は、壁体２４の上部に設けられた壁側ブラケット２６に連結されているので、制振ダンパー３０の反力は、壁側ブラケット２６、及び壁体２４を介して基礎１６に伝達される。

例えば、壁体２４に対して柱梁架構１４が矢印Ｌ方向に変位した場合、制振ダンパー３０には張力が作用し、壁側ブラケット２６は制振ダンパー３０によって矢印Ｌ方向に引っ張られ、壁体２４は、上端側が基礎１６に対して矢印Ｌ方向へ変位するように剪断変形しようとする。しかしながら、剛性が高い鉄筋コンクリート造の壁体２４によって剪断変形が抑制される。さらに、壁体２４の内部に傾斜して配置され、一端が壁側ブラケット２６に接合され、他端が基礎１６に接合された斜材４４Ｒが緊張（張力を負担）し、壁側ブラケット２６から入力される剪断力が基礎１６に直接伝達される。

一方、壁体２４に対して柱梁架構１４が矢印Ｒ方向に変位した場合、制振ダンパー３０には圧縮力が作用し、壁側ブラケット２６は制振ダンパー３０によって矢印Ｒ方向に引っ張られ、壁体２４は、上端側が基礎１６に対して矢印Ｒ方向へ変位するように剪断変形しようとする。しかしながら、剛性が高い鉄筋コンクリート造の壁体２４によって剪断変形が抑制される。さらに、壁体２４の内部に傾斜して配置され、一端が壁側ブラケット２６に接合され、他端が基礎１６に接合された斜材４４Ｌが緊張し、壁側ブラケット２６から入力される剪断力が基礎１６に直接伝達される。

このようにして、制振ダンパー３０の反力による壁体２４の剪断変形が抑制されることで、壁体２４の変形による制振ダンパー３０の伸縮量（変形量）の減少が抑制され、制振効果が向上する。また、制振ダンパー３０の反力が斜材４４Ｌもしくは斜材４４Ｒにより効率的に下部構造体に伝達する。
換言すると、剛性を有し剪断変形が抑制された壁体２４と柱梁架構１４との間に介在する制振ダンパー３０に、柱梁架構１４から圧縮力または張力が作用する場合に、制振ダンパー３０が軸方向に十分に変形（伸縮）することで制振効果を十分に発揮することができる。

なお、壁側ブラケット２６は、埋設部２６Ｂに、壁体２４の剪断変形方向（矢印Ｌ，Ｒ方向）に直角なリブ４２、端部フランジ４０が接合されているので、壁体２４のコンクリートに対して壁側ブラケット２６が強固に定着され、端部フランジ４０およびリブ４２が、制振ダンパー３０の反力を支圧で壁体２４へ伝達している。

ここで、壁体２４と柱梁架構１４とが過度に相対変位した場合には、ストッパー４８が壁体２４に当接し、壁体２４と柱梁架構１４との過度な相対変位を抑制することができる。また、制振ダンパー３０に入力する過度の変位を制限することもでき、制振ダンパー３０の損傷を抑制することもできる。
なお、ストッパー４８は、壁体２４の柱側の側部に設けても良い。

［第２の実施形態］
以下、図４、及び図５を用いて、本発明の第２の実施形態に係る制振構造１０について説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施形態の制振構造１０では、図５に示す壁側ブラケット５０の下部、及び斜材５２が、図４に示すように、壁体２４の内部に設けられている。
本実施形態の壁側ブラケット５０は、矩形部５４と、矩形部５４の幅方向の両側部の下方から互いに離間するように傾斜した斜め下方に延びる一対の脚部５６とを一体的に備えた本体部５８を有している。本体部５８の両側の外側縁には、本体部５８と直角に配置された外フランジ６０が溶接等で接合されている。
また、本体部５８の内側縁には、本体部５８と直角に配置された内フランジ６２が溶接等で接合されている。
さらに、本体部５８の側面には、水平方向に配置された鋼板からなる補強リブ５９が溶接等で接合されており、補強リブ５９の一端は、制振ダンパー３０が取り付けられる外フランジ６０に溶接等で接合されている。

図面左側の脚部５６と外フランジ６０と内フランジ６２とで囲まれる部分には、溝形鋼からなる斜材５２Ｌの一端部が配置され、締結部材としてのボルト、及びナット（図示省略）を用いて壁側ブラケット５０と斜材５２Ｌとが接合されている。また、図面右側の脚部５６と外フランジ６０と内フランジ６２とで囲まれる部分には、溝形鋼からなる斜材５２Ｒの一端部が配置され、締結部材としてのボルト、及びナット（図示省略）を用いて壁側ブラケット５０と斜材５２Ｒとが接合されている。
なお、壁側ブラケット５０にはボルトを挿通する孔６４が形成され、斜材５２にはボルトを挿通する孔６６が形成されている。

図面左側の斜材５２Ｌは、基礎１６へ向けて図面左斜め下側へ傾斜しており、斜材５２Ｌの下端側は、一部分が基礎１６の内部に埋設されて基礎１６のコンクリートと接合されている。なお、斜材５２Ｌの下端には、定着部材６８が溶接等で接合されている。また、図面右側の斜材５２Ｒは、基礎１６へ向けて図面右斜め下側へ傾斜しており、斜材５２Ｒの下端側は、一部分が基礎１６の内部に埋設されて基礎１６のコンクリートと接合されている。なお、斜材５２Ｒの下端には、定着部材６８が溶接等で接合されている。
（作用、効果）
本実施形態では、壁体２４に対して柱梁架構１４が矢印Ｌ方向に変位した場合、壁体２４の内部に傾斜して配置され、一端が壁側ブラケット５０に接合され、他端が基礎１６に接合された斜材５２Ｒが緊張するので、壁側ブラケット５０が矢印Ｌ方向に変位すること、即ち、壁体２４の剪断変形が抑制される。

一方、壁体２４に対して柱梁架構１４が矢印Ｒ方向に変位した場合、壁体２４の内部に傾斜して配置され、一端が壁側ブラケット５０に接合され、他端が基礎１６に接合された斜材５２Ｌが緊張し、壁側ブラケット５０から入力される剪断力が基礎１６に直接伝達される。

本実施形態では、第１の実施形態の斜材４４Ｌ，４４Ｒよりも引張強度および剛性の高い溝形鋼（鉄骨）からなる斜材５２Ｌ、及び斜材５２Ｒを用いているので、第１実施形態よりも壁体２４の剛性を上げることができ剪断変形抑制効果を向上することが可能となる。したがって、制振ダンパー３０の反力をより効果的に基礎１６へ伝達できる。

［第３の実施形態］
以下、図６を用いて、本発明の第３の実施形態に係る制振構造１０について説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図６に示すように、本実施形態の制振構造１０では、制振ダンパー３０が、架構側ブラケット７０を介して梁２０の下面に連結されている。
本実施形態の制振構造１０では、制振ダンパー３０により、梁２０と壁体２４との相対変位を抑制することで、構造物１２が制振される。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

制振ダンパーの他端は、柱梁架構のうちで、地震時等において、下部構造体との相対変位が大きい箇所、例えば、柱梁架構の上端側に連結することが好ましい。

上記実施形態では、壁体２４が基礎１６に固定されていたが、壁体２４は、上層階の床梁に固定されていてもよい。

１０制振構造
１４柱梁架構
１６基礎（下部構造体）
１８柱
２０梁
２４壁体（台座）
２６壁側ブラケット（受け部材）
３０制振ダンパー
４４Ｌ緊張材
４４Ｒ緊張材
４４Ｌｓ第１斜材部
４４Ｒｓ第２斜材部
５０壁側ブラケット（受け部材）
５２Ｌ緊張材（第１斜材部）
５２Ｒ緊張材（第２斜材部）
６８定着部材

Claims

下部構造体と、
前記下部構造体から立設された柱梁架構と、
前記下部構造体から立設され、前記柱梁架構から離間した台座と、
前記台座の上部に設けられ、下側が前記台座に埋設され、上側が前記台座の上面より上方に突出された受け部材と、
一端部が前記受け部材に連結されて他端が前記柱梁架構に連結され、前記受け部材と前記柱梁架構との相対変位を抑制する制振ダンパーと、
前記台座に埋設され、一端が前記下部構造体に連結され、他端が前記受け部材に近接乃至連結され、張力を負担して、前記受け部材と前記下部構造体との前記相対変位に伴う前記台座の剪断力を前記下部構造体へ直接伝達する斜材と、
を有する、制振構造。
前記相対変位の方向が、前記台座の面内方向とされ、
前記受け部材は、前記台座の中央に配置され、
前記台座に埋設される前記斜材は、前記受け部材から前記下部構造体に向けて傾斜した第１斜材部と、前記受け部材から前記下部構造体に向けて前記第１斜材部とは反対方向へ傾斜した第２斜材部とを含んでいる、請求項１に記載の制振構造。
前記台座と前記柱梁架構との相対変位を制限するストッパーが前記台座、または前記柱梁架構に設けられている、請求項１または請求項２に記載の制振構造。