JPH02240341A - 曲げ変形制御機構を有する制震架構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として高層ビルなど曲げ変形量の大きい構造
物の、地震や風などに対する応答量を低減させるための
曲げ変形制御機構を有する制震架構に関するものである
。

〔従来の技術〕

出願人は構造物の柱梁架構内に、プレースや壁などの形
で可変剛性要素を組み込み、可変剛性要素自体の剛性、
あるいは架構本体と可変剛性要素との連結状態を可変と
し、地震や風などの振動外力に対し、振動外力の特性を
コンピューターにより解析して、非共振となるよう構造
物の剛性を変化させて構造物の安全を図る能動的制置シ
ステムおよび可変剛性構造を種々提案している（例えば
特開昭６２−２６８４７９号、特開昭６３−１１４７７
０号、特開昭６３−１１４７７１号など）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、地震や風による高層ビルの揺れには、柱、梁
の曲げ変形、せん断変形によるフレームのせん断変形と
、柱の軸変形による架構全体の曲げ変形がある。通常の
場合、建物の揺れは上記２つの変形の合計として生じ、
建物の幅に対して高さの高いスレンダーな建物はど、架
構全体の曲げ変形量が大きくなる。

これに対し、従来の可変剛性構造は各層のフレームごと
剛性を制御して対処させるものが多く、曲げ変形に対処
させるためには複雑な制御が必要となり、必ずしも合理
的ではない。

本発明はこのような多層階の建物における曲げ変形を効
果的に制御するための制震架構を提供することを目的と
したものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では多層階の建物の柱に沿って、建物の高さ方向
に少なくとも複数階にわたって延びる棒状の制御部材を
設け、この制御部材の上部と下部を前記建物の一部、好
ましくは最上部と最下部に連結する。この制御部材の途
中または端部には連結状態をフリーとロックあるいは中
間の多段階で可変とした連結装置を設け、この連結状態
を調整することにより、地震や風などの振動外乱に対し
、曲げ変形の制御といった形で建物の剛性制御あるいは
減衰力の制御を行うことができる。

本発明の構造は多層階の建物の外柱に適用するのが効果
的であり、制御部材としては鋼管、形鋼、その他棒状部
材が利用される。

柱本体を角形鋼管などの鋼管とした場合には、その内側
に制御部材としての鋼管などを挿入することにより、曲
げ変形制御機構が表面に表れないようにすることができ
る。

連結装置としては、シリンダーとピストンなどからなる
油圧式の装置（以下、シリンダーロック装置と呼ぶ）が
利用でき、制御部材の連結部の一方にシリンダーを、他
方にピストンロッドを連結し、これらの相対変位を油路
に設けた開閉弁により調整し、架構を剛な状態と柔の状
態で変化させたり、架構の減衰性を調整することができ
る。

〔作　用〕

地震や風により、架構全体が曲げ変形することにより連
結装置（上述のシリンダーロック装置の場合、シリンダ
ーとピストンの間）に相対変位が生じる。

建物の最上部と最下部を連結した場合、その変形は大き
く、高層ビルでは数ｃｍにも及ぶ（層間のせん断変形に
比べて眉間の曲げ変形は少ない）。

上記の変形状態において、シリンダーロック装置などの
連結装置を制御することで、柱に沿って設けた制御部材
の効き具合を調整することができる。

このとき、制御部材はほとんど軸力のみを負担し、座屈
に関しては各層のダイヤフラムなどを利用して軸直角方
向の変位を拘束することにより、軸力に有効に抵抗させ
ることができる。

〔実施例〕

次に、実施例について説明する。

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示したもので、高
層建物の外柱２ａを構成する外側鋼管２の内側に制御部
材としての内側鋼管１を設置している。この内側鋼管１
は最上部と最下部で、接合プレート６およびダイヤフレ
ーム５によって剛接され、最上部において外側鋼管２の
軸力は内側鋼管１に伝達され、最下部において内側鋼管
１の軸力が地下の柱および基礎に伝えられる。

また、内側鋼管１は基準階では第３図に示すように、微
小な隙間をおいて柱梁接合部のダイヤフラム４から切り
離されており、内側鋼管１の下部に設けたシリンダーロ
ック装置１０の状態に応じ、軸方向の相対移動が可能と
なる。

第４図および第５図は本発明の構造を適用する建物の概
要を示したもので、本実施例においては効果の大きい建
物外周の外柱２ａのみ、上述の２重鋼管構造とし、内柱
２ｂは通常の構造としている。また、シリンダーロック
装置１０は外柱２ａの１階部分に設置されている。

第６図はシリンダーロック装置１０の概念図であり、シ
リンダー１１内に両ロッド形式のピストン１２ａが挿入
されており、ピストン１２ａの両側の油圧室１３を連結
する油路１４に開閉弁１５が設けられている。開閉弁１
５の開度を多段階に制御することで、減衰抵抗力を能動
的に変化させることができる。また、開閉弁１５の開度
を全開、全開の間で選択すれば、フリーとロックの２状
態が実現できる。なお、この場合の減衰力はシリンダー
１１とピストン１２ａの相対速度または相対速度の２乗
に比例する抵抗力として与えられる。

このシリンダーロック装置１０を上記内側鋼管１の途中
に設置し、柱２ａの伸縮による動きがシリンダーロック
装置１０のシリンダー１１とピストン１２ａの相対変位
となるよう接合する。

前述のようにシリンダーロック装置１０をフリーとロッ
クの２状態で制御する場合には、柱の伸縮を許容したり
、拘束したりして、従来の能動的制置システムおよび可
変剛性構造の場合と同様に非共振性を考慮した制御を行
うことができる。また、開閉弁１５を多段階に制御した
り、適当な開度のオリフィスを設けるなどして、シリン
ダーロック装置１０の減衰係数を調整することにより、
建物の架構特性に応じ、減衰性を考慮した制御、あるい
は非共振性と減衰性の両者を考慮した制御を行うことが
できる。

次表（表−１）および第７図〜第９図は建物の変形状態
およびシリンダーロック装置ｉ１０の状態などの関係を
まとめたものである。

表−１ 振動外乱のほとんどない常時については、第７図（ａｌ
、　（ｂｌに示すように、実質的な建物の変形がなく、
シリンダーロック装置１０の開閉弁１５は制御する必要
がない。

第８図（ａ）、　（ｂｌは開閉弁１５を全開または開い
た状態に近い状態とした場合であり、内側鋼管１があま
り効いていない状態であり、固有周期は長くなる。非共
振性のみの判断による制置システムでは、卓越周期の短
い地震動などに対し、この状態での制御が行われる。ま
た、減衰性を考慮した制御を行う場合には、振動レベル
の大きい大地震に対し、シリンダーロック装置１０の開
閉弁１５の開度を太き（する（開状態に近い状態とする
）ことにより、大きな減衰力を得ることができる。

第９図（ａ）、　（ｂ）は開閉弁１５を全閉または閉じ
た状態に近い状態とした場合であり、内側鋼管１が十分
に効いた状態であり、固有周期は短くなる。

非共振性のみの判断による制置システムでは、卓越周期
の長い地震動あるいは大凧などに対し、この状態での制
御が行われる。また、減衰性を考慮した場合には、振動
レベルの小さい中小地震に対し、シリンダーロック装置
ＩＯの開閉弁１５の開度を小さくする（閉状態に近い状
態とする）ことにより、大きな減衰力を得ることができ
る。

〔発明の効果］ 本発明は建物の複数階にわたって設けた制御部材の柱軸
方向の変位を、連結装置の連結状態の調整により制御す
るものであり、各階のフレームごと剛性を制御する場合
に比べ、効率良く制御することができ、また大きな変形
量に対処させるため、精度の向上も図れる。

また、制御部材により建物の最上部と最下部を連結する
ことにより、建物全体に対する制御を行うことができる
ので、制御システムが比較的簡単になる 連結状態を多段階に制御するなどして、減衰性を考慮し
た制御を行うことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す鉛直断面図、第２図お
よび第３図はそれぞれ第１図の１−１断面図およびｎ−
ｎ断面図、第４図は本発明を適用する建物の概要を示す
立面図、第５図は同じく平面図、第６図は連結装置とし
てのシリンダーロック装置の概念図、第７図（ａ）、第
８図（ａ）および第９図（ａ）はそれぞれ常時、地震ま
たは風に対する低減衰またはフリー状態、高減衰または
ロック状態における建物の変形状態を示す概要図、第７
図（ｂｌ、第８図（′ｂ）および第９図（ｂｌはそれぞ
れ第７図（ａｌ、第８図（ａｌおよび第９図（ａｌの建
物の変形状態に対応する連結装置の状態を示す概要図で
ある。 １・・・内側鋼管、２・・・外側鋼管、２ａ・・・外柱
、２ｂ・・・内柱、３・・・梁、４．５・・・ダイヤフ
ラム、６・・・接合プレート、 ＩＯ・・・シリンダーロック装置、１１・・・シリンダ
１２・・・ロッド、１２ａ・・・ピストン、１３・・・
油圧室、１４・・・油路、１５・・・開閉弁第 図 第 図 ｂ ｂ 第 図 ］○ 第 ワ 図 第 図 第 図 （ａ） （ａ） （ａ） 一 （ｂ） （ｂ） （ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）多層階の建物の柱に沿って、建物の高さ方向に少
   なくとも複数階にわたって延びる棒状の制御部材の上部
   と下部を前記建物の一部に連結し、前記制御部材の途中
   または端部に連結状態を可変とした連結装置を介在させ
   たことを特徴とする曲げ変形制御機構を有する制震架構
   。
2. （２）多層階の建物の外柱を構成する外側鋼管の内側に
   、建物の高さ方向に連続する内側鋼管を設け、前記内側
   鋼管の最上部と最下部をそれぞれ前記建物の上部および
   下部に連結し、前記内側鋼管の途中または端部に連結状
   態を可変とした連結装置を介在させたことを特徴とする
   曲げ変形制御機構を有する制震架構。
3. （３）前記連結装置はシリンダーと、該シリンダー内で
   往復動する両ロッド形式のピストンと、該ピストンの両
   側の油圧室を連結する油路と、該油路に設けた開閉弁と
   からなり、前記シリンダーを連結すべき一方の部材に連
   結し、前記ピストンのロッドを連結すべき他方の部材に
   連結するよう構成される連結装置である請求項１または
   ２記載の曲げ変形制御機構を有する制震架構。
4. （４）前記連結装置は前記開閉弁の開閉により、前記シ
   リンダーとピストンの相対的な移動を固定状態と非固定
   状態との間で変化させ、連結状態を可変としている請求
   項３記載の曲げ変形制御機構を有する制震架構。
5. （５）前記連結装置は前記開閉弁の調整により、減衰係
   数を変化させ、連結状態を可変としている請求項３記載
   の曲げ変形制御機構を有する制震架構。