JP7291653B2 - 建物 - Google Patents

Description

本発明は、内部に制振ダンパを有する建物に関する。

従来より、建物内部にダンパなどの制振装置を備えた建物がある（特許文献１参照）。
特許文献１には、建物内部の吹き抜け空間に揺動体が配置された建物が示されている。この揺動体の上端部は、建物の上部に固定され、その下端部は、オイルダンパを介して建物下部に連結されている。この建物では、地震や風によって建物に外力が作用し、建物に曲げ変形が生じると、オイルダンパがこの揺れを吸収する。
特許文献２には、吹き抜け部を囲む柱梁架構にダンパが設けられた制振建物が示されている。吹き抜け部には、複数階にわたって形成されてブレースが設けられている。ブレースの上部は、ダンパを介して、吹き抜け部の天井部の柱梁架構に連結されている。
特許文献３には、構造物は、鉄筋コンクリート造の中層部と、中層部の下に設けられる鉄骨造の低層部と、中層部の上に設けられる鉄骨造の高層部と、を備える。高層部には、斜めに延びる制振装置が設けられる。

特開２０１０－２６１２４７号公報 特開２０１８－１３５６５５号公報 特開２０１９－１００１５６号公報

本発明は、吹き抜け空間を有しかつ優れた制振性能を確保できる建物を提供することを課題とする。

本発明者らは、吹き抜け空間を有する建物を対象とする制振構造として、吹き抜け空間を挟んで対向する建物内壁面同士の間または同一の建物内壁面内に、複数階を跨ぐように斜め方向に制振ダンパを設置することで、居室空間を狭めることなく、複数階の間で生じる相対変形によって振動エネルギーを吸収して高い制振性能を確保できる点に着眼して、本発明に至った。
第１の発明の建物（例えば、後述の建物１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、内部に制振ダンパ（例えば、後述の制振ダンパ４０、４０Ｃ）を有する建物であって、内部の吹き抜け空間（例えば、後述の吹き抜け空間２０）に面する所定位置を第１点（例えば、後述の第１点Ｐ）とし、前記吹き抜け空間に面するとともに前記第１点から上下方向に複数階離れてかつ水平方向に所定距離だけ離れた位置を第２点（例えば、後述の第２点Ｑ）とし、前記制振ダンパは、前記第１点と前記第２点との間に設けられることを特徴とする。

この発明によれば、吹き抜け空間に面して斜め方向に制振ダンパを配置したので、地震や強風により建物に揺れが発生しても、この建物の揺れを制振ダンパが吸収するから、建物の揺れを低減できる。よって、優れた制振性能を確保できる。

第２の発明の建物は、前記吹き抜け空間に面してかつ上下階の梁（例えば、後述の片持ち梁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ）同士の間に設けられた間柱（例えば、後述の間柱３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ）を備え、前記第１点および前記第２点は、前記間柱と前記梁との接合部に設けられることを特徴とする。
この発明によれば、吹き抜け空間に面して上下階の梁同士の間に間柱を設け、この間柱と梁との接合部に制振ダンパを設けた。よって、間柱を介して、制振ダンパの圧縮力および引張力を各階の構造体である梁に伝達できるので、建物の制振性能を向上できる。

第３の発明の建物は、前記制振ダンパは、粘性ダンパであり、前記間柱の剛性は、前記間柱が接合される前記梁の剛性よりも大きいことを特徴とする。
この発明によれば、間柱の剛性をこの間柱が接合される梁の剛性よりも大きくしたので、間柱を介して、各階の梁に制振ダンパの圧縮力および引張力を均等に負担させることができる。

本発明によれば、吹き抜け空間を有しかつ優れた制振性能を確保できる建物を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る建物の平面図である。 図１の建物のＡ－Ａ断面図である。 建物の三次元モデルの縦断面図である。 建物の地震時の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る建物の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る建物の縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る建物の平面図である。 本発明の変形例に係る建物の平面図である。

本発明者らは、吹き抜け空間を有する建物を対象とする制振構造として、吹き抜け空間を挟んで対向する建物内壁面同士の間または同一の建物内壁面内に、複数階を跨ぐように斜め方向に制振ダンパを設置した建物である。この発明の特徴は、制振ダンパの両端が、複数階を跨いで間柱と梁との接合部に設けられる点である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る建物１の平面図である。図２は、図１の建物１のＡ－Ａ断面図である。
建物１は、鉄筋コンクリート造の超高層マンションであり、柱１０、梁１１、床スラブ１２を備える。この建物１の内部の中央部には、平面視で矩形状の吹き抜け空間２０が設けられるとともに、この吹き抜け空間２０を囲んで矩形枠状の床スラブ１２からなる共用廊下２１が設けられている。
共用廊下２１は、４つの直線廊下２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄで構成されている。直線廊下２１Ａは、隣り合う一対の片持ち梁２２Ａで支持されている。また、直線廊下２１Ｃは、隣り合う一対の片持ち梁２２Ｃで支持されている。これら片持ち梁２２Ａと片持ち梁２２Ｃとは、互いに対向している。

上下に位置する片持ち梁２２Ａ、２２Ｃの先端部同士の間には、間柱３０Ａ、３０Ｃが設けられている。これら間柱３０Ａ、３０Ｃは、吹き抜け空間２０に面していることになる。間柱３０Ａ、３０Ｃの剛性は、これら間柱３０Ａ、３０Ｃが接合される片持ち梁２２Ａ、２２Ｃの剛性よりも大きくなっている。
片持ち梁２２Ａと間柱３０Ａとの接合部（第１点Ｐとする）と、この片持ち梁２２Ａから離れた片持ち梁２２Ｃと間柱３０Ｃとの接合部（第２点Ｑとする）と、の間には、制振ダンパ４０が設けられている。具体的には、第１点Ｐが設けられる片持ち梁２２Ａと間柱３０Ａとの接合部と、第２点Ｑが設けられる片持ち梁２２Ｃと間柱３０Ａとの接合部とは、上下に３層離れてかつ互いに対向している。
制振ダンパ４０は、粘性ダンパであり、軸方向の振動を吸収するものである。なお、図３に示すように、間柱３０Ａおよび制振ダンパ４０は、建物１の１階部分に必ずしも設置する必要はなく、建物１の中間階に設置できればよい。

上述の建物１の三次元モデルＭに対して地震時の挙動をシミュレーションした。
この三次元モデルＭは、平面視で図１のような構造であり、縦断面視で図３のような構造である。具体的には、共用廊下を支持する片持ち梁を、４００ｍｍ×８００ｍｍ×２０００ｍｍの鉄筋コンクリート部材とし、この片持ち梁の剛性Ｋｂを、１５４ＫＮ／ｍｍとした。また、間柱を、２５０ｍｍ×１２ｍｍ×３０００ｍｍの鉄骨部材とし、この間柱の剛性Ｋｃを、７８１ＫＮ／ｍｍとした。つまり、間柱の剛性を片持ち梁の剛性の約５倍とした。また、図３に示すように、制振ダンパは、２層置き（または３層置き）に架け渡して、この制振ダンパの最大減衰力を１５０ｔまたは２００ｔとした。また、入力する地震動は、巨大地震を想定して、国土交通省にて示された設計用長周期地震動（「基整促波のＯＳ２」）を用いた。その結果、図４に示すように、制振ダンパおよび間柱を設けない建物では、建物下層階にて最大層間変形角が１／１００を大幅に超えたが、本発明の制振ダンパおよび間柱を設けた建物では、建物の全ての階において最大層間変形角が１／１００を下回った。よって、本発明の制振ダンパおよび間柱を設けることにより、最大層間変形角を大幅に抑制できることが判った。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）吹き抜け空間２０に面して斜め方向に制振ダンパ４０を配置したので、地震や強風により建物１に揺れが発生しても、この建物１の揺れを制振ダンパ４０が吸収するから、建物１の揺れを低減できる。言い換えると、複数階を跨ぐように斜め方向に制振ダンパ４０を設けることで、地震や強風によって生じる建物変形や振動を、複数階の間で生じる相対変形によって吸収できる。よって、優れた制振性能を確保できる。

（２）吹き抜け空間２０に面して上下階の片持ち梁２２Ａ、２２Ｃ同士の間に間柱３０Ａ、３０Ｃを設け、この間柱３０Ａ、３０Ｃが接合された片持ち梁２２Ａ、２２Ｃの先端部に制振ダンパ４０を設けた。よって、間柱３０Ａ、３０Ｃを介して、制振ダンパ４０の圧縮力および引張力を各階の片持ち梁２２Ａ、２２Ｃに伝達できる。具体的には、制振ダンパ４０の両端部が、吹き抜け空間２０を挟んで対向する間柱３０Ａ、３０Ｃと梁２２Ａ、２２Ｃとの接合部分に接合されることで、制振ダンパ４０を介して伝達される圧縮力や引張力は、間柱３０Ａ、３０Ｃによって各階に伝達される。よって、建物１の制振性能を向上できる。

（３）間柱３０Ａ、３０Ｃの剛性をこの間柱３０Ａ、３０Ｃが接合される片持ち梁２２Ａ、２２Ｃの剛性よりも大きくしたので、間柱３０Ａ、３０Ｃを介して、各階の片持ち梁２２Ａ、２２Ｃに制振ダンパ４０の圧縮力および引張力を均等に負担させることができる。言い換えると、高剛性の間柱３０Ａ、３０Ｃを、上下階に亘って、片持ち梁２２Ａ、２２Ｃ同士の間に連続して配置することで、間柱３０Ａ、３０Ｃを介して、各階の片持ち梁２２Ａ、２２Ｃが一体となって制振ダンパ４０を支持する。つまり、制振ダンパ４０の両端部が高剛性の間柱３０Ａ、３０Ｃに接合されるため、制振ダンパ４０が接合された当階のみでなく、間柱３０Ａ、３０Ｃを介して、当階の上下階が制振ダンパ４０を支持するようになる。

（４）制振ダンパ４０を吹き抜け空間２０に設けるため、居室の配置計画上の自由度を確保しつつ、地震や強風に対して高い制振性能を有する建物１を実現できる。また、本発明の制振ダンパ４０は、新築建物だけでなく、既存建物にも適用可能である。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係る建物１Ａの縦断面図である。
本実施形態では、所定階において、間柱３０Ｃおよび制振ダンパ４０が設けられていない点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、ｘ（ｘは自然数）階では、間柱３０Ａは設けられているが、間柱３０Ｃおよび制振ダンパ４０が設けられていない。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態に係る建物１Ｂの縦断面図である。
本実施形態では、所定階において、間柱３０Ａ、３０Ｃの代わりに壁２３が設けられている点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、ｙ（ｙは自然数）階および（ｙ＋１）階は、機械室フロアであり、居住者の移動が少ないため、間柱３０Ａ、３０Ｃが設けられておらず、その代わりに、共用廊下２１の吹き抜け空間２０に面する部分が壁２３で塞がれている。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態に係る建物１Ｃの平面図である。
本実施形態では、制振ダンパ４０Ｃが、互いに対向する片持ち梁２２Ａ、２２Ｃ同士の間ではなく、隣り合う片持ち梁２２Ａ～２２Ｄ同士の間に設けられる点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、直線廊下２１Ｂは、隣り合う一対の片持ち梁２２Ｂで支持されている。また、直線廊下２１Ｄは、隣り合う一対の片持ち梁２２Ｄで支持されている。これら片持ち梁２２Ｂと片持ち梁２２Ｄとは互いに対向している。

上下に位置する片持ち梁２２Ｂ、２２Ｄの先端部同士の間には、間柱３０Ｂ、３０Ｄが設けられている。これら間柱３０Ｂ、３０Ｄは、吹き抜け空間２０に面していることになる。間柱３０Ｂ、３０Ｄの剛性は、これら間柱３０Ｂ、３０Ｄが接合される片持ち梁２２Ｂ、２２Ｄの剛性よりも高くなっている。

一部の制振ダンパ４０Ｃは、片持ち梁２２Ａの先端部（第１点Ｐ）と、この片持ち梁２２Ａから上下に３層離れてかつこの片持ち梁２２Ａに隣接する片持ち梁２２Ｂ、２２Ｄの先端部（第２点Ｑ）と、の間に設けられている。
また、残りの制振ダンパ４０Ｃは、片持ち梁２２Ｃの先端部（第１点Ｐ）と、この片持ち梁２２Ｃから上下に３層離れてかつこの片持ち梁２２Ｃに隣接する片持ち梁２２Ｂ、２２Ｄの先端部（第２点Ｑ）と、の間に設けられている。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の第１実施形態では、片持ち梁２２Ａ（と間柱３０Ａとの接合部）と、この片持ち梁２２Ａに対向する片持ち梁２２Ｃ（と間柱３０Ｃとの接合部）と、の間に制振ダンパ４０を設けたが、これに限らず、図８に示すように、隣り合う片持ち梁２２Ａ、２２Ｃ同士の間に制振ダンパ４０を設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、制振ダンパ４０を、吹き抜け空間２０を挟んで対向する片持ち梁２２Ａ、２２Ｃ同士の間に設けたが、これに限らず、吹き抜け空間２０を構成する建物内壁面の同一壁面内に設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、本発明を建物１の共用廊下２１で囲まれた吹き抜け空間２０に適用したが、これに限らず、建物内のエレベータシャフトや、立体駐車場の車両を格納する空間にも適用してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…建物
１０…柱 １１…梁 １２…床スラブ ２０…吹き抜け空間
２１…共用廊下 ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ…直線廊下
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ…片持ち梁 ２３…壁
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ…間柱
４０、４０Ｃ…制振ダンパ Ｐ…第１点 Ｑ…第２点

Claims (2)

1. 内部に制振ダンパを有する建物であって、
   内部の吹き抜け空間に面する所定位置を第１点とし、
   前記吹き抜け空間に面するとともに前記第１点から上下方向に複数階離れてかつ水平方向に所定距離だけ離れた位置を第２点とし、
   前記制振ダンパは、前記第１点と前記第２点との間に設けられ、
   前記吹き抜け空間に面する上下階の梁同士の間には、間柱が設けられ、
   前記第１点および前記第２点は、前記間柱と前記梁との接合部に設けられることを特徴とする建物。
2. 前記制振ダンパは、粘性ダンパであり、
   前記間柱の剛性は、前記間柱が接合される前記梁の剛性よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の建物。

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