JPH0328470A - 複数層エネルギー集中型耐震構造物 - 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の外力に対して良好な耐震効果を示
す複数層エネルギー集中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おいては、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、その外力の量的な把握も難しいために、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。

以上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機能を備えた
建築構造物として、第３図に示す建築構造物を提案して
いる。

第３図に示す建築構造物は、鉄骨構造の建築構造物Ａの
ｌ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階部分の柱（柔部材）ｌａ・・と、
１階部分の往１ａよりも径が大きな他の階の柱ｌ・・・
と、１｛形調からなる梁２・・・を主体として構威され
ている。また、１階部分の柱１　ａ．　Ｉ　ａの間の地
盤Ｇには、鋼材からなる塑性化部材（剛部材）４．４が
立設され、塑性化部材４．４の上端はｌＩ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
が鋼製のプレース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。

なお、前記建築構造物Ａの躯体を構戊する各部材は、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、最大規模の地震エネルギー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、最大級の地震のエネルギーによる外
力を前記塑性化部材４．４に伝達することで塑性化部材
４．４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
の階に地震エネルギーによる外力の大郎分を吸収させる
構成であるので、前記特定のｌつの階のエネルギー吸収
能力をかなり大きく設計しなくてはならず、設計の自由
度が低い問題があった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、従
来よりも建築上あるいは製造上の制約が少なくて容易に
適用できるとともに、地震エネルギーなどによる外力を
効果的に吸収することができる複数層エネルギー集中型
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
複数の層に他の層よりも強度を弱めたエネルギー吸収層
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複数組み付けて構威し
、エネルギー吸収層以外の層を前記最大規模の地震エネ
ルギーによる外力で弾性変形する構造材で構威してなる
ものである。

「作用　」 柔部材と剛部材を組み合わせて構成されたエネルギー吸
収層を複数の層に設けて建築構造物を構成するので、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
エネルギー吸収層の強度計算に余裕が生じ、設計の自由
度が向上ずる。

「実施例」 第ｌ図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、１階部分と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。

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階部分の柱（柔部材）Ｉ　ｌａ・・・と、１
階部分の柱１１ａよりも径が大きな２〜４階部分の柱１
１・・・と、高張力鋼からなり、２〜４階部分の柱１１
よりも径が小さな５階部分の柱（柔部材）ｔｔｂ・・・
と、Ｈ型鋼などの鋼材からなる梁ｌ２・・・を主体とし
て構威されている。また、１階部分の柱１１ａ．１１ａ
の間の地盤Ｇには、一般構造用鋼材からなる剛部材（塑
性化部材）６　２　．６　２が立設され、剛部材６２．
６２の上端はＨ形鋼などの鋼材からなる連結部材６４に
より連結されるとともに、連結部材６４の両端部が鋼製
のプレース６８を介して往１１ａと梁１２の接合された
仕口部分に連結されている。

また、建築構造物Ｋの５階部分の隣接する注ｌｉｂ，ｚ
ｂの中間部には、高張力鋼からなる柱状の剛部材６３が
立設され、この剛部材６３が接続される４階と５階の梁
の中央部分は、他の部分よりも径の大きな大径部１２ａ
とされている。このような大径郎１２ａを設ける理由は
、前記剛部材６３の往頭部分および柱脚部分が十分に塑
性化し、剛部材６３のエネルギー吸収能力を十分に発揮
させるために、大径部＋２ａの曲げ変形を抑止する必要
があるためである。従って剛郎材６３に対して大径部１
２ａの剛比を十分に大きくすることが必要である。

前記柱１１ａ，ｌｌｂ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１１ａ，１ｌｂ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、柔郎材１１ａ，１ｌｂ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。

前記剛部材６２．６３は、一般構造用鯛材などからなり
、第ｌ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一によって柱に加わる
ことが予想される外力が、剛部材６２．６３の降伏応力
限度を超えるように、かつ、前記外ノノで剛部材６２．
６３が塑性変形可能なようにその材質と断面形状が決定
される。即ち、剛部材６２．６３は前記柔部材より剛性
が大きく、塑性変形能力の大きな部材からなる。

第ｌ図に示す建築構造物Ｋの２〜４階部分に用いられる
柱１１・・・と梁１２・・・にあっては、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に
よる外力に対して発生する応力が、柱ＩＩと梁＋２の許
容応力限度以内であるように、その材質と断面形状が決
定される。

前記構造の建築構造物Ｋにおいては、１階部分と５階部
分において径が小さい往１１ａ・・・，ｌ　ｌｂ・・・
が用いられているので、１階部分および５階部分の強度
（降伏剪断力係数）と２〜４階部分の強度に格差が生じ
、地震等により水平外力が作用した場合、各階は水平に
変形し、剪断力を受けるが、相対的に強度の弱いｌ階部
分と５階部分にエネルギーが集中される。よって、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
の地震が発生して外力が負荷された場合、１階部分の往
ｌｌａと５階部分の往１ｌｂ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１ｔ！！震による外力が加えられた場合、
！階部分と５階部分に集中的に外力が作用する。そして
この場合は、１階部分の剛郎Ｉｔ６２・・・、あるいは
、５階部分の剛部材６３・・・のいずれもが降伏し、こ
れにより外力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の２〜４階への耐震効果
を得ることができる。従って２〜４階においては塑性変
形能力等の耐震的配慮が不要になる。

また、２〜４階の柱ｌ！は自身の大きな弾性変形能力に
より、前記最大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、エネルギー吸収層である！階部分と５
階部分の最大変形、残留変形の増大を抑止し、変形時に
生じた水平変形によるＰ−６効果で建築構造物Ｋの劣化
を防止し、復元力を確保する。

前記構造を建築構造物Ｋに適用するならば、従来の如く
地震エネルギーによる外力の大郎分をｌ階部分のみで吸
収する必要がなくなり、前記外力を１階部分と５階部分
で協同して負担できるので、ｌ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み、鋼材数量
を低減できるとともに、十分に満足な耐震効果を得るこ
とができる。

ここで、第２図に示すように、縦軸に層の数を横軸に降
伏剪断力係数をとった場合、最適分布（あるいはＡｔ分
布）をδｉとすると、第２図に示す曲線を描くことがで
きる。ここで、多層建築物の第１階と最上階にエネルギ
ー吸収層を組み込み、それらの強度（降伏剪断力係数α
）を他の階に比較して弱くする場合、最適分布の曲線か
ら外れてαが小さくなるように第１階と最上階の降伏剪
断力係数を設定する。第２図においてα１＊は最適分布
とした場合の第１階の降伏剪断力係数を示す。そしてこ
の場合、集中層においては、 α，＝ｌｌδ１α１＊ αｎ＝ａａｎα　１＊ ただし　　　　　ａ≦０．８ なる関係が戊立し、他の層においては、αｉ一δｉα　
＊ なる関係が成立する。ここに、δｉ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　
：階散）ｆ（ｘ）−１＋１．５９２７ｘ−１１．８５１
９ｘ″＋４２．５８３３Ｘ３−５９．４Ｂ２７ｘ’＋３
０．１５８６ｘ’ 第４図にエネルギー吸収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〜ｌ．
Ｏｃ一程度に小さく設定し、柔部材の降伏変形ｒδｙは
Ｓδｙの値の１０倍程度（５〜１０ｃｍ程度）とする。

また、降伏剪断力の柔、剛比はｒＱｙ／ｓＱｙ＝ｂ／ａ
≧１とする。

なおまた、前記実施例においては、エネルギー吸収層と
して第１層および最上層としているが、第１層および第
２層、最上層およびその直下層、第１層および中間層、
最上層および中間層など、いろいろな組み合わせにも適
用できる。

さらに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、建築構造物に複数のエネ
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、複数層に設けた剛
部材の塑性変形によりエネルギー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減少させることが
できるので、構造物に免震効果を発揮させることができ
る。また、複数層にエネルギー吸収層を設けているので
、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図はこの発明を適用して構築された建築構造物の一
例を示す側面図、第２図は降伏剪断力係数と層の関係を
示す線図、第３図は本出願人が先に提案している耐震建
築構造物を示す側面図、第４閏は層剪断力と層間変位の
関係を示す線図である。 第３図 Ｋ・・・建築構造物、１１・・・柱、ｌｌａ，ｌｌｂ・
・・柱（柔部材）、６２．６３・・・剛部材、１２・・
・梁、Ｇ・・・地盤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多層建築構造物の複数の層に他の層よりも強度を弱めた
   エネルギー吸収層を設けてなり、前記各エネルギー吸収
   層が、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とを
   複数接合して構成され、エネルギー吸収層以外の層が前
   記最大規模の地震エネルギーによる外力で弾性変形する
   構造材で構成されてなることを特徴とする複数層エネル
   ギー集中型耐震構造物。