JPH0328469A - エネルギー分散型耐震構造物 - 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」 この発明は地震などによる外力に対して良好な耐震効果
を示すエネルギー分散型耐震構造物に関する。

「従来の技術」 従来一般の多層建築構造物にあっては、地震エネルギー
による外力を吸収する層を特定することは困難であり、
また、その外力の量的む把握ら難しいために、地震エネ
ルギーに対処するには、多層建築構造物の総ての階層に
耐震的な配慮が要求され、この結果、柱や梁の強度を必
要以上に高めなくてはならない傾向があり、極めて不経
済であった。

そこで近年、多層建築構造物の耐用年限内に発生が予想
される最大級の地震で負荷される外力に対し、建築構造
物が倒壊しない程度にその一部分に若干の塑性変形を許
容し、この塑性変形によって前記外力を吸収するという
考え方が認められており、このいわゆる、塑性化を指向
した終局設計法と呼ばれる設計法が実際に適用されつつ
ある。

このような背景に基づいて本願発明者らは先に、地震エ
ネルギーにより作用する外力を吸収するエネルギー吸収
層を備えた建築構造物として、第６図に示す建築構造物
を提案している。

第６図に示す建築構造物は、鉄骨構造の建築構造物Ａの
１階部分を前記外力のエネルギー吸収層として構成した
もので、建築構造物Ａの躯体は、地盤Ｇ上に立設された
高張力鋼からなる１階部分の往（柔部材）ｌａ・・・と
、１階部分の柱１ａよりも径が大きな他の階の柱ｌ・・
・と、各階の梁２・・・を主体として構戊されている。

また、１階部分の柱１ａ，ｌａの間の地盤Ｇには、鋼材
製の塑性化部材（剛部材）４，４が立設され、塑性化部
材４．４の上端はト！形鋼製の連結部材５により連結さ
れるとともに、連結部材５の両端部か鋼製のプレース３
を介して柱１ａと梁２の接合された仕口部分に連結され
ている。

そして、前記建築構造物Ａの躯体を構成する各部材は、
建築構造物Ａの耐用年限内に数回程度発生が予想される
地震のエネルギーによる外力に対して十分に耐えるよう
に設計されるが、その中で塑性化部材４は、前記地震の
うち、最大規模の地震の外力により降伏するように設計
されている。

即ち前記構造では、最大級の地震の外力を前記塑性化部
材４．４に伝達することで塑性化部材４４を降伏させ、
これにより前記エネルギーを吸収することができるよう
になっている。

「発明が解決しようとする課題」 前記構造の建築構造物においては、地震エネルギーによ
る外力を吸収する効果は十分に高いものの、特定の１つ
の層に地震エネルギーによる外力の大郎分（例えば８０
〜１００％）を吸収させる構戊であるので、前記特定の
１つの層のエネルギー吸収能力をかなり大きく設計しな
くてはならない問題があった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、特
定の１つの層に特別に大きなエネルギー吸収能力を持た
せる必要がなく、容易に実施できるとともに、地震エネ
ルギーを効果的に吸収することができるエネルギー分散
型耐震構造物を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は前記課題を解決するために、多層建築構造物の
総ての層に地震などによる外力を吸収するエネルギー吸
収層を設けてなり、前記各エネルギー吸収層を、多層建
築構造物に作用する最大規模の地震エネルギーによる外
力で弾性変形する柔部材と、Ａ？ｌ記最大規模の地震エ
ネルギーによる外力で塑性変形する剛部材を接合して構
成するとともに、各エネルギー吸収層の降伏剪断力係数
を建築構造物の降伏剪断力係数の最適分布に合わせて設
定したものである。

「作用　」 柔部材と剛部材を組み合わせて構威されたエネルギー吸
収層を各層に設けて建築構造物を構成し、しかも各エネ
ルギー吸収層の降伏剪断力係数を最適分布に合致させて
おり、また、柔部材の付加強度の作用により、地震など
による外力のエネルギーが特定の層に集中することなく
総ての層に分散して付加される。このため１つの層にエ
ネルギー吸収層を設けていた構造に比較して各エネルギ
ー吸収層の強度計算に余裕が生じる。また、剛部材が塑
性化した後でも柔部材の椰性復元力により過大な層間変
形を抑制でき、さらに、地震終了後の残留変形を大幅に
低減できる。

「実施例」 第ｌ図ないし第２図（ｂ）は本発明の一実施例を示すも
ので、この例では、５階建の建築構造物Ｋにおいて、！
〜５階部分にそれぞれエネルギー吸収層を設けた構成に
なっている。

第ｌ図に示す建築構造物Ｋの躯体は、地盤Ｇ上に立設さ
れた高張力鋼からなる１〜５階部分の柱（柔部材）１１
・・・と、Ｈ型鋼などの鋼材からなる各階の粱ｌ２・・
・を主体として構成されている。また、１階部分の柱ｔ
　ｔ，ｉ　ｔの間の地盤Ｇには、鋼材などからなる剛部
材（塑性化部材）６２が立設され、剛部材６２の上端に
はＨ形鋼などの鯛材からなる連結郎材６４が連結される
とともに、連結部材６４の両端郎が取付プレート１３と
高張力鋼製のプレース６８とガセットプレート！４を介
して柱ｌｌと梁ｌ２の接合された仕口部分に連結されて
エネルギー吸収層Ｆが形成されている。

このエネルギー吸収層Ｆは多層建築構造物Ｋの総ての層
に設けられているが、剛部材６２と連結郎材６４と取付
プレートｌ３とプレース６８とガセットプレートｌ４と
が、２階部分ではｉ階部分と上下逆向きに設けられ、３
階部分では１階部分と上下同じ向きに、４階部分では１
階部分と上下逆向きに、５階部分ではｌ階部分と上下同
じ向きにそれぞれ設けられている。

前記柱（柔部材）１　１．１　１は、高張力鋼などから
なり、第１図に示す建築構造物Ｋの耐用年限内に発生を
予想される最大規模の地震のエネルギーによって柱に加
わることが予想される外力が柔部材１１．，１１の許容
応力限度内になるように、その材質と断面形状が決定さ
れる。即ち、柔部材ｌ１は、剛性が小さく、自身の大き
な弾性変形能力により、前記最大級の規模の地震の外力
に対しても弾性状態を保つことにより、エネルギー吸収
層の最大変形と残留変形の増大を抑制する。

前記剛郎材６２は、一般構造用鋼材などからなり、第１
図に示す建築構造物Ｋの耐用年限内に発生が予想される
最大規模の地震のエネルギーによって剛部材６２に加わ
ることが予想される外力が、剛部材６２の降伏応力限度
を超えるように、かつ、前記外力で剛部材６２が塑性変
形可能なようにその材質と断面形状か決定される。即ち
、剛部材６２は前記柔部材より剛性が大きく、かつ、降
伏変形か小さな部材からなる。

なお、前記各エネルギー吸収層Ｆの降伏剪断力係数は、
後述する最適分布に合うように決定され、地震などのエ
ネルギーによる外力が多層建築物Ｋに作用した場合に、
外力が総てのエネルギー吸収層Ｆに均等に負荷されるよ
うになっている。

前記構造の建築構造物Ｋにおいては、建築構造物Ｋの耐
用年限内に数度程度発生が予想される規模の地震か発生
して外力が負荷された場合、ｌ〜５階部分の柱１１・・
・と梁ｌ２・・・と剛部材６２とプレース６８は復元力
特性における弾性域内で挙動することになる。

また、建築構造物Ｋの耐用年限内で発生が予想される最
大級の規模の地震による外力が加えられた場合、各階の
柱１ｌと梁１２が弾性変形している間に各階の剛郎材６
２・・・のいずれかが降伏し、これにより外力のエネル
ギーの大部分が塑性歪エネルギーとして吸収されるので
、これ以外の部分に伝達されるエネルギーが減少して建
築構造物Ｋへの耐震効果を得ることができる。

前記構造を建築構造物Ｋに適用するならば、地震エネル
ギーによる外力の大部分を！階部分のみで吸収する必要
がなくなり、前記外力をｉ〜５階の各階で協同して負担
することができ、１階部分のみにエネルギー吸収層を設
けた場合に比較して各エネルギー吸収層に吸収するべき
エネルギーを小さく設定できるので、エネルギー吸収層
の設計が容易にできるようになり、剛部材に塑性変形能
力の大きな部材を用いれば所要強度が少なくて済むとと
もに、十分に満足な耐震効果を得ることができる。

ここで以下に、エネルギー吸収層に用いる柔部材と剛部
材を設計ずる場合の設計理論について説明する。

地震による荷重効果をエネルギーとして評価するエネル
ギー理論に基づく耐震極限設計法によれば、建築構造物
の各層の強度（降伏剪断力）の最適分布、言い替えれば
第ｉ層における降伏剪断力係数分布δｉは一義的に求め
ることができ、これは次式で与えられる（秋山宏著、「
建築物の耐震極限設計」、東京大学出版会による）。

ａ　ｉ＝　　ｆ（（ｉ　−　１　）／Ｎ）　　　（Ｎ　
；階敢）ｆ（ｘ）−１　＋　１．５９２７ｘ　−　１１
．８５１９ｘ”＋　４２．５８３３ｘ３５９．４８２７
Ｘ’＋　３０．１５８６Ｘ５そしてある層の強度αｉが
、この最適分布δｉよりも小さい場合、この層に地震等
による外力のエネルギーが集中することになる。逆に、
この原理を利用すれば、各層の強度αｉを適宜調節する
ことで、外力のエネルギーを所望の割合で各層に配分す
ることができる。

また、第３図に各層の降伏剪断力係数分布（層あるいは
柔部材，剛部材の降伏耐力をその層の上層の全重量で除
したもの。）を示す。

また、剛部材の係数分布をＳα１１柔部材の係数分布ｒ
αｉおよび層全体の係数分布αｌは、いずれも最適分布
δｉ（Ａ　ｉ分布でも良い）に従うように設定する。即
ち、 ｓａ　ｉ＝ａ７ｉｉａ　＋，ｒａ　ｉ＝ｂｉｔ　ｉａ　
，，ａ　ｉ＝　ａ　ｉα，ここで、前述の式から、 ２２　ｉ＝　１　＋　１．５９２７Ｋ’−１１．８５１
９Ｋ”　＋　４２．５８３３Ｘ’　”５９．４８２７ｘ
”　＋　３０．１５８６Ｋ”ｘ’＝（ｉ　−　１）／Ｎ
　　　　（Ｎ；階数）ａ＋ｂ＝１　　　　　ｂ／ａ≧１ なる関係となるので、以上の式にあてはめることにより
多層建築物の各エネルギー吸収層の係数分布を選定でき
る。

一方、第４図に各層の柔部材および剛部材の復元力特性
を示す。剛部材の降伏変形Ｓδｙは０．５〜１．０Ｃ一
程度に小さく設定し、柔部材の降伏変形ｆδｙはＳδｙ
の値の１０倍程度（５〜１０ｃ一程度）とする。また、
降伏剪断力の柔，剛比はｆＱｙ／ｓＱｙ＝ｂ／ａ≧１と
する。

第５図は本発明の第２実施例を示すもので、先の実施例
と同等の部分には同一の符号を付してそれらの説明を省
略する。第５図に示す実施例においては、柔部材の柱ｔ
　１．１　ｔの間に剛部材６２を２本設けた構戊であり
、このような構成によっても先の実施例と同等の効果が
得られる。

以上のように各部材を設定すると、地震エネルギーによ
る外力はある特定の層に集中することがなくなり、各層
にバランス良く吸収させることができるようになり、本
発明の効果を満足に発揮させることができる。

ところで、前記実施例においては、鉄骨構造の建築構造
物Ｋにこの発明を適用しているが、鉄骨鉄筋コンクリー
ト構造の建築構造物にこの発明を適用しても良いのは勿
論である。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、建築構造物の各層にエネ
ルギー吸収層を設け、このエネルギー吸収層を柔部材と
剛部材とから構成することで、最大規模の地震による外
力が建築構造物に付加された場合に、柔部材が弾性変形
をしている間に剛部材を降伏させ、この降伏変形により
塑性歪エネルギーとして地震の外力を吸収することがで
き、他の部材に伝達されるエネルギーを大幅に減少させ
ることかできるので、構造物に耐震効果を発揮させるこ
とがセきる。また、各層全部にエネルギー吸収層を設け
、各エネルギー吸収層の降伏剪断力係数を最適分布に合
わせ、総てのエネルギー吸収層に均等に分散させて外力
を負荷させることができるので、１つの層にのみエネル
ギー吸収層を設ける場合に比較して各エネルギー吸収層
で吸収するべきエネルギーを小さく設定することができ
、各エネルギー吸収層の設計に自由度が生まれ、設計が
容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図（ｂ）はこの発明を適用して構築さ
れた建築構造物の躯体の一例を示すもので、第１図は側
面図、第２図（ａ）は要部拡大図、第２図（ｂ）は他の
要部拡大図、第３図は降伏剪断力係数と層の関係を示す
線図、第４図は層剪断力と層間変位の関係を示す線図、
第５図は本発明の第２実施例を示す側面図、第６図は本
発明の出願人が先に提案している耐震建築構造物の賄体
の一例を示す側面図である。 Ｋ・・・建築構造物、Ｆ・・・エネルギー吸収層、１１
・・・往、１ｌ・・・往（柔部材）、６２・・・剛部材
、ｌ２・・梁、Ｇ・・・地盤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多層建築構造物の総ての層に地震などによる外力を吸収
   するエネルギー吸収層を設けてなり、前記各エネルギー
   吸収層を、多層建築構造物に作用する最大規模の地震エ
   ネルギーによる外力で弾性変形する柔部材と、前記最大
   規模の地震エネルギーによる外力で塑性変形する剛部材
   を接合して構成するとともに、各エネルギー吸収層の降
   伏剪断力係数を建築構造物の降伏剪断力係数の最適分布
   に合わせて設定してなることを特徴とするエネルギー分
   散型耐震構造物。