JP7343893B2 - 建物の制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、建物、特に木造建築に用いて好適であり、詳しくは油圧ダンパを用いた建物の制振装置に関する。

一般に、木造建物の制振装置にあって、油圧ダンパは、梁と一方の柱との間に頬杖上に斜めに取付けられる。この場合、地震に伴う梁の横変位Ｘに対する油圧ダンパの移動（変位）Ｙの比（Ｙ／Ｘ）である作動効率ｅは、１より大幅に小さい値となる。油圧ダンパは、所定ストローク伸縮してエネルギーを吸収することができるのに拘らず、上記小さな作動効率ｅによる小ストロークで大きな荷重が作用する状態で用いられ、油圧ダンパの機能を十分に発揮できないと共に、油圧ダンパの効率が低くなる。

従来、建物の２本の柱及び上梁、下梁（土台）からなる構造物に囲まれた空間内に、梁及び／又は土台に固定されて伝達架構を設け、該伝達架構の間又は該伝達架構と構造物との間に、油圧ダンパを水平方向に向けて配置した建物の制振装置が知られている（特許文献１、特許文献２）。

上記伝達架構（伝達部材）を用いて油圧ダンパを水平に配置する制振装置は、作動効率が１となり、比較的大きなストロークにより地震による揺れを吸収して、油圧ダンパを高い効率で用いることができ、これにより建物に対する油圧ダンパの設置数を低減して、コストダウン及び設計の自由度の向上を図ることができる。

上記伝達架構は、板状の平板部材からなるもの（特許文献１の図１，図２，図３、特許文献２の上部伝達部材２４、下部伝達部材２２）と、鋼材を組立てたブレース材からなるリンク形状のもの（特許文献１の図４，図５）があるが、平板部材からなるものは、重量があり、かつ構造物への固定が面倒であり、組付け性が悪い。ブレース材からなるものは、重量も軽く、かつ組付け性もよい。

特開２０００－２４０３２１号公報 特開２００２－７０３５７号公報

前記伝達架構は、梁及び／又は土台に固定されている。上記伝達架構は、地震発生時には梁の横変位に伴う極めて大きなモーメントが作用し、該伝達架構の固定部分に引張り、圧縮の大きな力が作用する。

木材１は、図９に示すように、繊維方向Ｌ、半径方向Ｒ、接線方向Ｔの互いに直交する３軸があり、これら各軸Ｌ，Ｒ，Ｔは、ＬＲ面（柾目面）、ＬＴ面（板目面）、ＲＴ面（木口面）を形成し、木材１の強度的性質は、これら軸方向によって大きく異なる。例えば、針葉樹林のヤング係数を比較すると、Ｌ軸方向のヤング率Ｅ（Ｌ）、Ｒ軸方向のヤング率Ｅ（Ｒ）、Ｔ軸方向のヤング率Ｅ（Ｔ）は、
Ｅ（Ｌ）：Ｅ（Ｒ）：Ｅ（Ｔ）＝１００：１０：５
となる。

特に、伝達架構の土台の固定部分は、地震の揺れで梁に水平方向の力が加わると、伝達架構の一方側に引張り、他方側に圧縮の大きな力が作用し、土台から浮上りと、土台自体への沈込み（めり込み）が生じてしまい、土台の木材は、ＬＴ面（板目面）又はＬＲ面（柾目面）を上面にして配置されるので、特に沈込み（めり込み）が大きく、油圧ダンパのストロークに傾き（ニゲ）を生じ、所望の油圧ダンパの性能を実現できない場合がある。

特許文献２のものは、伝達架構（伝達部材）が平板部材からなるため、重く施工が面倒であり、また撓みが生じ易いが、基礎からアンカーボルトが延びており、該アンカーボルトに下部伝達部材を締付け固定している。これにより、地震の揺れに伴う引張り方向の力（引き抜き力）に対しては、上記アンカーボルトにより耐えることが可能であっても、圧縮方向の力による土台への沈込み（めり込み）に対しては防ぐことはできず、油圧ダンパのストロークにニゲを生じる。

そこで、本発明は、伝達架構を地震による力に対して、圧縮方向の力及び引張り方向の力に対してもニゲを生ずることなく固定して、上述した課題を解決した建物の制振装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様は、基礎（１０）上に固定される土台（３）と、梁（５）と、前記土台と梁との間にて並行に配置された２本の柱（６，７）とを有する構造体（２）を含む建物に取り付けられる建物の制振装置（１１）において、
取付け装置（２１）と、
前記土台（３）に前記取付け装置（２１）により取付けられる伝達架構（１３）と、
該伝達架構の上端部に一端を連結され、前記梁の移動により略水平方向に伸縮する油圧ダンパ（１２）と、を備え、
前記取付け装置（２１）は、前記油圧ダンパ（１２）からの力による引張り方向の力を前記基礎（１０）に固定されたアンカーボルト（２５）に担持させるように構成され、
前記取付け装置（２１）は、前記土台（３）上に配置される取付け金具（２２）と、前記土台（３）を貫通して配置される支持部材（２３、２３ _１ ）と、を有し、前記支持部材（２３、２３ _１ ）の上端が前記取付け金具（２２）の下面と接しかつ前記支持部材（２３、２３ _１ ）の下端が前記基礎（１０）の上面と接することで、前記油圧ダンパ（１２）からの力により前記取付け装置（２１）に作用する圧縮方向の力を、前記支持部材（２３、２３ _１ ）を介して前記基礎（１０）に担持させるように構成されている、
ことを特徴とする建物の制振装置にある。

例えば図２，図３を参照して、前記取付け装置（２１）は、前記伝達架構（１３）の下端部を連結し、かつ前記土台（３）上に配置されると共に前記アンカーボルト（２５）に引張り方向の力に対して一体に連結される取付け金具（２２）と、前記土台（３）を貫通して配置され、前記取付け金具（２２）に作用する圧縮方向の力を前記基礎（１０）に伝達する支持部材（２３）と、を有してなる。

例えば図２を参照して、前記支持部材は、上端を前記取付け金具（２２）に接し、前記アンカーボルト（２５）を中に通して、前記取付け金具に作用する圧縮方向の力を前記基礎（１０）に伝達する円筒部材（２３）を有する。

例えば図４を参照して、前記支持部材（２３_１）は、前記円筒部材（２３ａ）の下端と前記基礎（１０）の上面との間に介在するプレート材（２３ｂ）を有する。

例えば図５を参照して、前記取付け装置（２１_２）は、前記伝達架構（１３）の下端部を連結し、前記土台（３）上に配置され、かつ前記アンカーボルト（２５）に引張り方向及び圧縮方向の力に対して一体に連結される取付け金具（２２）を有してなる。

例えば図６，７を参照して、前記伝達架構は、上端部が連結された２本のブレース材（１５，１６）を有し、
前記取付け装置（２１_３）は、前記ブレース材の下端を連結する位置（２４）の下方に、引張り方向の力を前記基礎に伝達するアンカーボルト（２５）と、前記圧縮方向の力を前記基礎に伝達する位置（２３）とが配置されてなる。

例えば図１，図６を参照して、前記伝達架構（１３）は、前記構造体（２）内の上端近傍に上端部を有し、
前記油圧ダンパ（１２）は、前記伝達架構の上端部（１９）と前記梁（５）との間に配置されてなる。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。

本発明の一態様によると、伝達架構を介して油圧ダンパを略水平方向に配置して、作動効率ｅを略１にして、高い効率で地震エネルギーを吸収できるものでありながら、伝達架構の取付け装置は、引張り方向及び圧縮方向の力を共に基礎にて担持することができ、該取付け装置が土台から浮上り又は沈込み（めり込み）を生じることを防止し、これにより油圧ダンパのストロークにニゲを生じることを防いで、油圧ダンパを地震の揺れに対応して適正にストロークして油圧ダンパの性能を確実かつ正確に実現することができる。

また、本発明のある一つの態様によると、取付け装置は、取付け金具と、土台を貫通して配置された支持部材とからなり、比較的簡単な装置で容易に組付けることができる。

また、本発明のある一つの態様によると、支持部材は、アンカーボルトを中に通した円筒部材からなるので、伝達架構に作用する引張り方向の力及び圧縮方向の力を同一の上下方向中心線で担持して、確実に取付け装置の動きを規制することができる。

また、本発明のある一つの態様によると、支持部材は、円筒部材と基礎との間にプレート材を介在するので、円筒部材に作用する大きな圧縮力をプレート材の所定面積で基礎上面に担持することができる。

また、本発明のある一つの態様によると、取付け装置は、アンカーボルトに引張り方向及び圧縮方向の力に対して一体に連結される取付け金具で足り、アンカーボルトが引張り方向及び圧縮方向の両力を伝達する部材からなり、構成の単純化を図ることができる。

また、本発明のある一つの態様によると、伝達架構を構成するブレース材の連結位置の下方に、アンカーボルトと、圧縮方向の力を基礎に伝達する支持部材とを配置したので、ブレース材からの引張り方向及び圧縮方向の力が、取付け金具に曲げ応力を作用することなく直接的基礎に伝達され、取付け金具の変形を防いで制振装置の性能を長期に亘って確実に保持することができる。

また、本発明のある一つの態様によると、伝達架構が下端を取付け装置にて固定され、かつその上端部と梁との間に油圧ダンパを配置したので、伝達架構は、構造が簡単となり、かつ取付け装置により引張り方向及び圧縮方向の力を基礎にて担持するので、油圧ダンパの性能を確実かつ正確に実現することができる。

本発明の実施の形態による建物の制振装置を示す全体正面図。 そのブレース材の土台側取付け装置を示す概略断面図。 ブレース材の土台側取付け装置を示す概略分解斜視図。 取付け装置の一部変更した実施の形態を示す断面図。 取付け装置の他の実施の形態を示す断面図。 他の実施の形態による建物の制振装置を示す全体正面図。 その取付け装置を示す正面断面図。 建物の制振装置の他の実施の形態を示す全体正面図。 木材の強度的性質を示す斜視図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。木造構造体２は、図１に示すように、建物を構成する骨組みであり、該木造構造体２が組合せられて木造建物となる。該木造構造体２は、水平方向に並行する２本の横架材である土台３及び梁５と、２本の横架材の間で連結する垂直方向に並行する２本の柱６，７とを有する。更に、２本の柱６，７の中央において、横架材３，５との間を連結する補助柱９が設けられている。上記土台３は、コンクリート製の基礎１０上に固定され、上記木造構造体２からなる木造建物は、上記基礎１０に建てられる。梁５、土台３及び柱６，７とは、柱の上端及び下端に形成されたほぞを、梁５及び土台３に形成されたほぞ穴に嵌込むことによって結合されている。該木造構造体２における結合は、静止状態にあっては固定（剛）結合であるが、地震により木造建物が揺れる場合、横架材及び柱は、平行四辺形を保って揺れるので、横架材に対して柱が回り対偶による接合構造として解析される。

上記木造構造体２の内部に制振装置１１が配置される。該制振装置１１は、油圧ダンパ１２と伝達架構１３とを有する。伝達架構１３は、鋼材からなる２本のブレース材１５，１６を有し、両ブレース材は、上端が梁５の近傍位置にてピン１７により一体に結合されている。一方のブレース材１５は、柱７に平行に延び、下端にて土台３に結合されている。他方のブレース材１６は、所定傾斜角で下方に延び、下端にて土台３に結合されている。従って、これら２本のブレース材１５，１６は、下端を土台３に固定された３点リンク構造の固定部材からなる伝達架構１３となる。ブレース材１５，１６の上端部分には取付けブラケット１９が一体に固定されており、梁５の他方側の柱６近傍にも取付けブラケット２０が梁５を貫通するボルト等により強固に固定されており、これら２個の取付けブラケット１９，２０の間に制振用の前記油圧ダンパ１２が梁５の下面に沿って略水平に取付けられている。該油圧ダンパは、本出願人が開示した特許第５６２０５９６号公報又は特開２０１６－８９９１２号公報記載の油圧ダンパが好ましい。

上記２本のブレース材１５，１６下端は、図２及び図３に示すように、取付け装置２１により土台３に固定される。取付け装置２１は、取付け金具２２と土台３の木材に貫通して配置されたスリーブ状の支持部材２３と、基礎１０から延びるアンカーボルト２５と、を有する。取付け金具２２は、鋼板からなる取付け板２２ａと、該取付け板２２ａの上面に溶接により固定されたロ字状の連結部材２２ｂとを有する。該連結部材の両側面には孔２２ｃが形成され、連結部材の空間部にブレース材１５又は１６の下端を差入れて、揃った各孔１５ａ（１６ａ），２２ｃ，２２ｃにピンボルト２４を差込んで締付け固定することによりブレース材１５又は１６が連結される。

土台３に挿入、固定された支持部材２３は、円筒部材からなり、その中にアンカーボルト２５が差込まれた状態で、土台３は、基礎１０上に固定される。上記取付け金具２２の取付け板２２ａには連結部材２２ｂを中央にして前後に孔２２ｄ，２２ｄが形成されている。上記支持部材２３は、土台の厚さと略々同じ長さからなり、上記取付け金具２２を土台３上に置くと、支持部材２３の上面が取付け板２２ａの下面に丁度当接し、支持部材２３から所定量上方に突出した状態にある上記アンカーボルト２５の上端ボルト部が上記孔２２ｄ，２２ｄから突出する。そして、該突出したアンカーボルト２５の上端ボルト部にナット２６が締付けられることにより、取付け装置２１が土台３上に固定される。

地震により木造建物が揺れると、木造構造体２も揺れて、梁５が左右に移動する。伝達架構１３は、下端が土台３に固定されており、油圧ダンパ１２は、シリンダ側が伝達架構１３に固定されてロッド側が梁５に伴って移動して、略水平状態で伸縮する。油圧ダンパ１２が伸長した状態では一方のブレース材１５に圧縮力が作用し、他方のブレース材１６に引張り力が作用し、油圧ダンパ１２が収縮した状態では一方のブレース材１５に引張り力が作用し、他方のブレース材１６に圧縮力が作用する。これら圧縮力及び引張り力は、取付け装置２１に作用するが、該力は、油圧ダンパ１２の力Ｆに比して、３，４倍（３～４Ｆ）に拡大して作用する。

取付け装置２１に作用する引張り力は、取付け金具２２からナット２６を介してアンカーボルト２５に引張り力として作用し、取付け装置２１に作用する圧縮力は、取付け金具２２から支持部材２３を介して基礎１０の上面に圧縮力として作用する。即ち、上記伝達架構１３を介して取付け装置２１に作用する大きな力は、引張り方向の力も圧縮方向の力も共に基礎１０に作用して、木材１の弱い面（ＬＴ面、ＬＲ面）からなる土台３に作用することはない。これにより、油圧ダンパ１２は、土台３を沈込む（めり込む）ような変形によるストロークニゲを生ずることなく、正確かつ確実に作用して、油圧ダンパ１２の所定の減衰特性で作用して、地震エネルギーを吸収する。

図４は、一部変形した取付け装置を示し、該取付け装置２１_１は、支持部材２３_１が円筒部材２３ａと、該円筒部材の下端に配置されたプレート材２３ｂとからなる。該プレート材２３ｂは、アンカーボルト２５用の孔を中心に有し、かつ所定面積で基礎１０の上面に当接して、支持部材２３_１に作用する圧縮力を比較的大きな面積で基礎１０に作用する。これにより、伝達架構１３から大きな力が取付け装置２１_１に作用しても、支持部材２３_１及び基礎１０の上面を変形することなく、取付け装置２１_１を正確な位置に保持する。

図５は、更に変更した取付け装置を示し、該取付け装置２１_２は、圧縮力をもアンカーボルト２５に作用する。即ち、アンカーボルト２５に、取付け金具２２の取付け板２２ａの上面に接するようにナット２６を螺合すると共に、取付け板２２ａの下面に接するようにナット２７を螺合する。これにより、取付け装置２１_２に作用する引張り方向の力は、先の実施の形態と同様に上側のナット２６によりアンカーボルト２５に引張り力として作用し、取付け装置２１_２に作用する圧縮方向の力は、取付け板２２ａから下側のナット２７を介してアンカーボルト２５に圧縮力として作用する。

これにより、伝達架構１３から取付け装置２１_２に作用する引張り方向の力及び圧縮方向の力もアンカーボルト２５を介して基礎１０で担持し、簡単な構成でもって取付け装置２１_２を一定位置に保持し得る。

ついで、図６及び図７に沿って、一部変更した取付け装置について説明する。本取付け装置２１_３は、ブレース材１５，１６の連結部の下方にアンカーボルト２５及び支持部材２３が配置される。ブレース材に作用する引張り方向の力及び圧縮方向の力が、取付け金具２２の取付け板２２ａに曲げ応力を略生じることなくアンカーボルト２５及び支持部材２３に直接作用する。取付け装置２１_３は、取付け金具２２と、支持部材２３と、アンカーボルト２５とを有し、取付け金具２２は、取付け板２２ａと連結部材２２ｂとを有する。取付け板２２ａには連結部材２２ｂのロ字状の空間Ｓ内部分にアンカーボルト２５用の孔２２ｄを有し、連結部材２２ｂは、先の実施の形態より高い構造からなり、ブレース材１５，１６を連結する孔が取付け板２２ａより離れた高い位置にある。即ち、ブレース材１５，１６の連結部２４と取付け板２２ａとの間に、ナット２６を螺合する空間を有する。取付け板２２ａは、２本のブレース材１５，１６の取付け装置２１_３に共通した一枚の長い板材とするのが好ましい。

本取付け装置２１_３は、ブレース材１５，１６を連結しない状態、即ち連結部材２２ｂのロ字状空間Ｓが空の状態で、該空間Ｓ内の孔２２ｄから突出したアンカーボルト２５の先端にＴ型ボックスレンチ等によりナット２６を締付けて取付け装置２１_３を土台３上に固定する。左右の取付け装置２１_３が土台３上に固定された状態で、連結部材２２ｂの孔及びブレース材１５又は１６の孔にピンボルト２４を差込み、ブレース材１５，１６を連結する。この際、ピンボルト２４とアンカーボルト２５の上端との間には所定隙間があり、干渉することはない。

本取付け装置２１_３は、ブレース材１５，１６からの引張り方向の力及び圧縮方向の力は、取付け板２２ａに殆ど曲げ応力として作用することなく、直接アンカーボルト２５又は支持部材２３を介して基礎１０に作用し、取付け装置２１_３が所定位置に保持される。本実施の形態によると、比較的簡単な構成にて、伝達架構１３を所定位置に保持して、油圧ダンパ１２の作用を正確に作動し得る。なお、取付け装置２１_３の構成は図２のものに限らず、図４、図５のものでもよい。上述したブレース材１５，１６の連結部２４の下方とは、連結部材２２ｂで囲まれた取付け板２２ｂの範囲内を意味する。望ましくは、連結部２４の位置と、引張り方向の力を基礎に伝達するアンカーボルト２５の位置と、圧縮方向の力を基礎に伝達する例えば支持部材２３，２３_１の位置とが、上下方向の同一中心線上に配置される。

図８に沿って、他の実施の形態による制振装置１１_２について説明する。本実施の形態は、伝達架構が梁５に固定された上伝達架構１３_１と土台３に固定された下伝達架構１３_２とからなる。上伝達架構１３_１及び下伝達架構１３_２は、それぞれ２本のブレース材１５_１，１６_１及び１５_２，１６_２からなり、それぞれ先端部をブラケット１９_１，１９_２を介して互に連結して３角形状からなる。上伝達架構１３_１のブレース材１５_１，１６_１の上端は、取付けブラケット３２，３２を介して梁５に取付けられ、下伝達架構１３_２のブレース材１５_２，１６_２の下端は、前述した取付け装置２１，２１により土台３及び基礎１０に固定される。

上伝達架構１３_１の先（下）端部と下伝達架構１３_２の先（上）端部との間に、ブラケット１９_１，１９_２を介して油圧ダンパ１２が取付けられる。上記上下伝達架構１３_１，１３_２の先端位置は、木造構造体２の高さ方向１／２の位置にあり、上記油圧ダンパ１２は、略水平方向に配置され、地震による木造構造体２の揺れに対して、土台３及び基礎１０に固定されている下伝達架構１３_２と梁５と一体に揺動する上伝達架構１３_１との間で作動効率１により伸縮し、地震エネルギーが効率よく吸収される。この際、下伝達架構１３_２の取付け装置２１は、引張り方向の力に対してアンカーボルト２５に介して、圧縮方向の力に対して支持部材２３を介して基礎１０に担持され、変位することなく下伝達架構１３_２を支持する。

なお、上述した実施の形態は、伝達架構をブレース材からなるリンク構造としたが、これに限らず、平板部材からなる壁構造のものでもよい。

２ （木造）構造体
３ 土台
５ 梁
６，７ 柱
１０ 基礎
１１，１１_２ 制振装置
１２ 油圧ダンパ
１３，１３_１，１３_２ 伝達架構
１５，１６，１５_２，１６_２ ブレース材
２１，２１_１，２１_２，２１_３ 取付け装置
２２ 取付け金具
２３，２３_１ 支持部材
２３ａ 円筒部材
２３ｂ プレート材
２５ アンカーボルト

Claims (7)

1. 基礎上に固定される土台と、梁と、前記土台と梁との間にて並行に配置された２本の柱とを有する構造体を含む建物に取り付けられる建物の制振装置において、
   取付け装置と、
   前記土台に前記取付け装置により取付けられる伝達架構と、
   該伝達架構の上端部に一端を連結され、前記梁の移動により略水平方向に伸縮する油圧ダンパと、を備え、
   前記取付け装置は、前記油圧ダンパからの力による引張り方向の力を前記基礎に固定されたアンカーボルトに担持させるように構成され、
   前記取付け装置は、前記土台上に配置される取付け金具と、前記土台を貫通して配置される支持部材と、を有し、前記支持部材の上端が前記取付け金具の下面と接しかつ前記支持部材の下端が前記基礎の上面と接することで、前記油圧ダンパからの力により前記取付け装置に作用する圧縮方向の力を、前記支持部材を介して前記基礎に担持させるように構成されている、
   ことを特徴とする建物の制振装置。
2. 前記取付け金具は、前記伝達架構の下端部と連結され、かつ前記アンカーボルトに前記引張り方向の力に対して一体に連結されるように構成されている、
   請求項１記載の建物の制振装置。
3. 前記支持部材は、前記アンカーボルトを中に通されるスリーブ状の部材である、
   請求項１又は２記載の建物の制振装置。
4. 前記支持部材は、前記アンカーボルトを中に通されるスリーブ状の部材と、前記スリーブ状の部材の下端に配置され、かつ下面が前記基礎の上面と接するように配置されたプレート材と、を有する、
   請求項１又は２記載の建物の制振装置。
5. 前記スリーブ状の部材は、円筒部材である、
   請求項３又は４記載の建物の制振装置。
6. 前記伝達架構は、上端部が連結された２本のブレース材を有し、
   前記取付け装置は、前記取付け金具が前記２本のブレース材の一方の下端部と連結され、かつ、前記下端部と前記取付け金具が連結される位置の下方に前記アンカーボルト及び前記支持部材が位置するように構成されている、
   請求項１ないし５のいずれか１項記載の建物の制振装置。
7. 前記伝達架構は、前記構造体内の上端近傍に上端部を有し、
   前記油圧ダンパは、前記伝達架構の上端部と前記梁との間に配置されるように構成されている、
   請求項１ないし６のいずれか１項記載の建物の制振装置。

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