JP7364335B2 - 建物 - Google Patents
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Description
特許法第３０条第２項適用 平成３０年７月２０日 一般社団法人 日本建築学会発行 「２０１８年度日本建築学会大会（東北）学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集（ＤＶＤ版）」にて公開 平成３０年９月５日 一般社団法人 日本建築学会主催 「２０１８年度 日本建築学会大会（東北）」にて公開
本発明は、建物に関する。
下記特許文献１には、建物の下層部に、上層部より層剛性を低下させた制振階を設けた制振構造が記載されている。この制振構造においては、建物の変位が集中するように設定した制振階に制振装置を配置して、制振効果を得ている。
上記特許文献１の制振構造は、建物の下層部に生じる振動を低減することにより建物全体に対して制振効果を得るものであるが、さらに上層部に生じる振動を低減することが求められている。
本発明は上記事実を考慮して、上層部に生じる振動を低減することにより建物全体の制振効果を高めることができる建物を提供することを目的とする。
請求項１の建物は、粘弾性ダンパーが設置された上層部と、吹き抜けを有さない階であって、床スラブと天井スラブとの間に粘性ダンパーが設置された階を備え、前記上層部より層剛性が小さく、層内の剛性に偏りのある下層部と、を有し、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さく、前記粘性ダンパーは、前記下層部の平面上において、前記下層部の剛心から最も離れた外周部に配置されている。
請求項１の建物によると、粘弾性ダンパーが設置された上層部より粘性ダンパーが設置された下層部の層剛性が小さい。これにより、地震時における変形を下層部に集中させる。この変形に対して粘性ダンパーが機能することで振動を効率よく低減できる。
また、建物の上層部に設置されている粘弾性ダンパーは変形及び速度の双方に依存して地震エネルギーを吸収できるため、微小変形においても制振性能を発揮できる。このため、上層部に生じる振動を低減することができる。これにより、建物全体の制振効果を高めることができる。
一態様の建物は、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さい。
一態様の建物では、粘弾性ダンパー及び粘性ダンパーが設置されない状態で、上層部より下層部の層剛性が小さい。上層部に粘弾性ダンパーを設置することにより上層部に剛性が付与される。一方、下層部に粘性ダンパーを設置しても下層部に剛性は付与され難い。このため、粘弾性ダンパー及び粘性ダンパーの設置後の上層部及び下層部の剛性差を設置前より大きくすることができる。これにより、下層部に設置した粘性ダンパーの性能を発揮し易くすることができる。
一態様の建物は、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性と同じである。
一態様の建物では、粘弾性ダンパー及び粘性ダンパーが設置されない状態で、上層部と下層部との層剛性が同じである。しかし、粘弾性ダンパーを上層部に設置することで、上層部の層剛性を高くすることができる。これにより上層部と下層部に剛性差が生じ、下層部に設置する粘性ダンパーの性能を発揮し易くすることができる。
請求項２の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より長く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項３の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より細く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項４の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱の一部をブレース状に形成し、隣接する前記柱間の間口を広くすることにより前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項５の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より少なく形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項２の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より長く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項３の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より細く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項４の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱の一部をブレース状に形成し、隣接する前記柱間の間口を広くすることにより前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
請求項５の建物は、請求項１に記載の建物において、前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より少なく形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている。
本発明に係る建物によると、上層部に生じる振動を低減することにより建物全体の制振効果を高めることができる。
（建物）
図１には、本発明の実施形態に係る建物１０の架構の概略を示す立面図が示されている。建物１０は、柱１２及び柱１２に架け渡された梁１４で形成されたラーメン構造の多層建築物である。
図１には、本発明の実施形態に係る建物１０の架構の概略を示す立面図が示されている。建物１０は、柱１２及び柱１２に架け渡された梁１４で形成されたラーメン構造の多層建築物である。
建物１０における１階の階高Ｈ１は、２階以上の各階の階高Ｈ２より高く形成されている。また、柱１２の太さは、１階（柱１２Ａ）と２階以上の各階（柱１２Ｂ）とで等しく形成されている。これにより、１階の柱１２Ａの細長比が２階以上の各階における柱１２Ｂの細長比より大きい。このため、１階の層剛性が、２階以上の各階の層剛性より小さい。換言すると、１階の層間変位が、２階以上の各階の層間変位より小さい。
なお、柱１２Ｂは柱１２Ａより細く形成してもよいが、この場合、２階以上の各階の層剛性が１階の層剛性を上回らないように形成するものとする。
なお、１階は本発明における下層部の一例であり、２階以上の各階は本発明における上層部の一例である。以下の説明においては、建物１０の１階を下層部２０と称し、２階以上の階を総称して上層部３０と称す場合がある。
（ダンパー）
下層部２０には粘性ダンパー２２が設置されている。粘性ダンパー２２は、一例として粘性流体を密閉封入したシリンダー及びピストンで構成された制振装置であり、建物１０に伝わる地震の揺れを、粘性流体の摩擦抵抗により低減する。
下層部２０には粘性ダンパー２２が設置されている。粘性ダンパー２２は、一例として粘性流体を密閉封入したシリンダー及びピストンで構成された制振装置であり、建物１０に伝わる地震の揺れを、粘性流体の摩擦抵抗により低減する。
下層部２０における粘性ダンパー２２の配置としては特に限定されるものではないが、下層部２０の剛性に偏りが少ない場合は、下層部２０の平面上に偏り無く配置することが好ましい。例えば、粘性ダンパー２２は平面視で四角形状とされている建物１０の各外周面の中央部にそれぞれ設けられる。
また、下層部２０の剛性に偏りがある場合は、粘性ダンパー２２は下層部２０の平面上において、剛心から離れた位置（すなわち、揺れが大きい位置）に配置することが好ましい。
上層部３０には粘弾性ダンパー３２が設置されている。粘弾性ダンパー３２は、一例として粘弾性体と鋼板とを積層配置した制振装置であり、粘弾性体の粘性によって発揮される減衰力及び弾性によって発揮される復元力により、建物１０に伝わる地震の揺れを低減する。
上層部３０における粘弾性ダンパー３２の配置としては特に限定されるものではないが、上層部３０の剛性に偏りが少ない場合は、上層部３０の平面上に偏り無く配置することが好ましい。例えば、粘弾性ダンパー３２は平面視で四角形状とされている建物１０の各外周面の中央部にそれぞれ設けられる。
また、上層部３０の剛性に偏りがある場合は、粘弾性ダンパー３２は上層部３０の平面上において、剛心の近傍（揺れの小さい位置）に設置してもよいが、剛心から離れた位置（すなわち、揺れが大きい位置）に配置するとさらに好適である。
（作用・効果）
本発明の実施形態に係る建物１０においては、１階の層剛性が、２階以上の各階の層剛性より小さい。すなわち、下層部２０の層剛性が、上層部３０の層剛性より小さい（所謂ソフトファーストストーリー）。ここで、下層部２０の層剛性は、粘性ダンパー２２が設置されていない状態で、粘弾性ダンパー３２が設置されていない上層部３０の層剛性より小さい。
本発明の実施形態に係る建物１０においては、１階の層剛性が、２階以上の各階の層剛性より小さい。すなわち、下層部２０の層剛性が、上層部３０の層剛性より小さい（所謂ソフトファーストストーリー）。ここで、下層部２０の層剛性は、粘性ダンパー２２が設置されていない状態で、粘弾性ダンパー３２が設置されていない上層部３０の層剛性より小さい。
下層部２０には粘性ダンパー２２が設置され、上層部３０には粘弾性ダンパー３２が設置されている。粘弾性ダンパー３２は設置箇所の剛性を高める一方、粘性ダンパー２２は粘弾性ダンパー３２と比較して、設置箇所の剛性を高め難い。これにより、建物１０においては、粘性ダンパー２２及び粘弾性ダンパー３２の設置前の状態と比較して、下層部２０と上層部３０の層剛性差が大きくなる。
これにより、地震時における下層部２０へ変形を集中させる。この変形に対して粘性ダンパー２２が機能することで振動を効率よく低減できる。
また、上層部３０に設置されている粘弾性ダンパー３２は変形及び速度の双方に依存して地震エネルギーを吸収できるため、微小変形においても制振性能を発揮できる。このため、上層部３０に生じる振動を低減することができる。これにより、建物１０全体の制振効果を高めることができる。
（その他の実施形態）
本実施形態において、１階の柱１２Ａを２階以上の各階における柱１２Ｂより長く形成することによって、下層部２０の層剛性を上層部３０の層剛性より小さくしているが、本発明の実施形態はこれに限らない。
本実施形態において、１階の柱１２Ａを２階以上の各階における柱１２Ｂより長く形成することによって、下層部２０の層剛性を上層部３０の層剛性より小さくしているが、本発明の実施形態はこれに限らない。
例えば下層部２０の層剛性を上層部３０の層剛性より小さくするために、１階の柱１２Ａを、２階以上の各階における柱１２Ｂより細く形成してもよい。又は、例えば図２に示す建物４０のように、１階の柱の一部（柱１２Ｃ）をブレース状に形成し、隣接する柱１２間の間口Ｗを広くしてもよい。さらに、図３に示す建物４２のように、１階の柱１２Ａを適宜省略し、１階をピロティ状に形成してもよい。なお、１階の柱１２Ａを省略する場合、必要な構造強度に応じて、適宜１階の梁１４Ａの梁せいを大きく形成することが好適である。
また、本実施形態においては、下層部２０を１階のみとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。すなわち、その他の階（上層部３０）と比較して層剛性を小さくする階は、１階だけでなく例えば図４に示す建物４４のように、１階及び２階としてもよい。又は、３階以上の複数階に亘ってその他の階と比較して層剛性を小さくしてもよい。
すなわち、本発明における「下層部」は、上層部の下方における単数又は複数の階を示すものである。同様に、本発明における「上層部」は、下層部の上方における単数又は複数の階を示すものである。また、「下層部」には１階より低い位置にある地下階を含んでもよい。この場合、地下階と地盤との間には、適宜クリアランスを設け、建物１０と地盤との接触を抑制する。
このように、下層部を複数階に亘って形成することにより、粘性ダンパー２２による振動低減効果を大きくすることができる。
また、図４においては、粘性ダンパー２２を下層部２０における全ての階に設置し、粘弾性ダンパー３２を上層部３０における全ての階に設置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば粘性ダンパー２２を下層部２０における一部の階に設置し、粘弾性ダンパー３２を上層部３０における一部の階に設置してもよい。
また、下層部２０に設置するダンパーは、粘性ダンパー２２のみに限定されるものではなく、粘性ダンパー２２に加えて粘弾性ダンパー３２、履歴系ダンパー等を併設してもよい。同様に、上層部３０に設置するダンパーは、粘弾性ダンパー３２のみに限定されるものではなく、粘弾性ダンパー３２に加えて粘性ダンパー２２、履歴系ダンパー等を併設してもよい。各種のダンパーを設置した状態において、上層部３０の剛性が下層部２０の剛性より低ければよい。
また、本実施形態において、粘性ダンパー２２及び粘弾性ダンパー３２が設置されていない状態で、下層部２０の層剛性を上層部３０の層剛性より小さくしているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、粘性ダンパー２２及び粘弾性ダンパー３２が設置されていない状態で、下層部２０の層剛性と上層部３０の層剛性とを等しくしてもよい。
一例として、図５に示す建物４６のように、１階の階高を、２階以上の各階の階高と等しくする（階高Ｈ２）ことで、各階の剛性を等しくすることができる。このように、下層部２０と上層部３０の剛性が等しい建物においては、上層部３０に粘弾性ダンパー３２を設置することにより、上層部３０の層剛性を下層部２０より大きくし、下層部２０に配置した粘性ダンパー２２の振動低減効果を高めることができる。
このように、本発明における「粘弾性ダンパーが設置された上層部と、粘性ダンパーが設置され、前記上層部より層剛性が小さい下層部」とは、粘弾性ダンパー３２及び粘性ダンパー２２を設置する前の状態における上層部３０と下層部２０との間に剛性差がある場合と、無い場合と、の双方を含む。このように、本発明は様々な態様で実施することができる。また、これらの態様は適宜組み合わせて用いる事ができる。
１０ 建物
２０ 下層部
２２ 粘性ダンパー
３０ 上層部
３２ 粘弾性ダンパー
４０ 建物
４２ 建物
４４ 建物
４６ 建物
２０ 下層部
２２ 粘性ダンパー
３０ 上層部
３２ 粘弾性ダンパー
４０ 建物
４２ 建物
４４ 建物
４６ 建物
Claims (5)
- 粘弾性ダンパーが設置された上層部と、
吹き抜けを有さない階であって、床スラブと天井スラブとの間に粘性ダンパーが設置された階を備え、前記上層部より層剛性が小さく、層内の剛性に偏りのある下層部と、
を有し、
前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さく、
前記粘性ダンパーは、前記下層部の平面上において、前記下層部の剛心から最も離れた外周部に配置されている、
建物。 - 前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、
前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、
前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より長く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている、
請求項１に記載の建物。 - 前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、
前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、
前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より細く形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている、
請求項１に記載の建物。 - 前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、
前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、
前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱の一部をブレース状に形成し、隣接する前記柱間の間口を広くすることにより前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている、
請求項１に記載の建物。 - 前記上層部は層内の剛性に偏りがあり、
前記粘弾性ダンパーは、前記上層部の平面上において、前記上層部の剛心から最も離れた外周部に配置され、
前記粘性ダンパーが設置されていない状態における前記下層部の層剛性は、下層部の柱を上層部の柱より少なく形成することにより、前記粘弾性ダンパーが設置されていない状態における前記上層部の層剛性より小さくされている、
請求項１に記載の建物。
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