JPH0370073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は制震構造の可変剛性建物に関するも
ので、建物に入力する地震、風等に応じて建物の
剛性を変化させ、地震等に対処させるものであ
る。

〔発明の背景〕

従来、高層建築や重要構造物等の耐震設計にお
いては地震時の地盤の動きや建物の応答を計算
し、安全性をチエツクする動的設計が行われてい
る。

耐震の方法としては建物と基礎の間に積層ゴム
支承やダンパーを介在させた色震構法あるいは減
震構法、建物構成部材のうち、非主要部材の破壊
により地震エネルギーを消費させる方法、壁ある
いは柱等にスリツトを設け、建物を最適の剛性に
調整する方法等がある。

ところで、現行の耐震設計手法により設計され
た建物の地震時における安全性の確認は、構造物
の塑性化を伴なう履歴特性による吸収エネルギー
が構造物に作用する地震エネルギーを上回るとい
う基本思想によるが、これには履歴ループ特性に
対する信頼性の問題がある。

また、従来の方法はいずれも地震や風等の自然
外力に対し、受身の耐震構造を与えるものであ
り、建物が特定の固有振動数を有するため地震と
いう不確定な入力に対し、共振現象を避けて通る
ことはできない。

これに対し、出願人は特願昭61−112026号（特
開昭62−268479号）において、上述のような受身
の耐震方法でなく、感知した地震動に基づく応答
予測システムの判断のもとに建物自体の剛性を変
化させ、共振領域外または共振の少ない状態と
し、建物および建物内の機器、居住者等の安全を
図つた制震方法を提案している。

上記の制震方法では柱、はり、ブレース、壁並
びにそれらの接合部の全部もしくは一部、または
建物と基礎あるいは隣接する建物との間に、コン
ピユーターの指令により連結状態が変化する制御
装置を設け、次のようにして、建物の制震を行な
う。

地震の発生を建物の中心に狭域および広域に
配置した地震感知装置により感知し、観測デー
タを有線、無線の通信網によりコンピユーター
に伝達する。広域の地震感知装置は既設の地震
観測点における地震計あるいは専用に設置した
ものをマイクロ回線あるいは電話回線等で結
ぶ。また狭域の地震感知装置は建物の周辺ある
いは周辺地盤内に設けた地震計や、建物基部や
建物内に設置した振動センサーからなり、風力
通の影響は建物内の振動センサーで感知する。

感知した地震について、コンピユーターによ
り地震の規模の判断、周波数特性の分析、応答
量の予測等を行ない、建物の振動を制御すべき
か否か、また制御すべき場合の制御量につい
て、共振をかわし、地震応答量の少ない最適剛
性（固有振動数）を与えるものとして判断を下
す。

コンピユーターの指令を建物の各部の制御装
置に伝え、建物の剛性をコンピユーターの予測
に基づく最適剛性となるよう制御装置を作動さ
せる。連結状態の調整は固定状態の連結解除状
態を油圧機構、電磁石等によりオン、オフで調
整するものや、固定状態、連結解除状態の外、
緊張力の導入や任意の位置での固定を油圧機構
あるいは特殊合金等を用いて調整するもの等が
考えられる。

また、建物内に配した振動センサーにより、
建物各部における応答量並びに制御を行つた場
合の実際の振動が検知でき、これをフイードバ
ツクして、制御量の修正等を行なうことができ
る。

この発明の可変剛性建物は上述のような制震方
法において、柱、はり、ブレースあるいは耐震壁
等の建物架構構成部材中または構成部材接合部
に、金属の鋳造方法として知られているＶプロセ
スの原理を応用した可変剛性装置を介在させ、建
物の剛性を変化させて地震等に対処できるように
したものである。

Ｖプロセスは鋳型内の空気を抜いて減圧すると
砂粒子が強く結合して形状を保ち得ることを利用
したもので、鋳造工程は次のようになる。

模型面にビニール膜等のフイルムをかぶせ、
模型にあらかじめあけてある細穴より真空ポン
プで空気を吸引し、フイルムを模型に密着させ
る。

側面の鋳枠をかぶせ、フイルム上の砂を充填
する。

その上からさらにフイルムをかぶせて密閉
し、鋳型内の空気を吸引し、減圧する。通常
350〜450mmHgの真空圧力が与えられ、砂粒子
の結合により、鋳型は強固なものとなる。

模型側の圧力を戻して模型を引抜く。

同様に形成された型と合わせて、減圧状態の
まま注湯する。

溶湯を凝固させる。

鋳型内を常圧に戻すことにより、砂は結合力
を失ない、簡単に型ばらしを行なうことができ
る。

なお、この発明は上述の制震方法への利用にの
み限定するものではなく、上記方法の改良方法に
利用したり、単に剛性を変化させるために使用す
ることも可能である。

〔発明の構成〕

この発明の可変剛性建物における可変剛性装置
はサラサラの砂あるいは砂状の物質をビニール膜
等のフイルムで包んだ後、真空ポンプで内部の空
気を吸引すると瞬時に砂が固く締つた固結状態と
なり、真空ポンプを停止し、弁をはずすと瞬時に
元の砂の状態に戻るという上述のＶプロセスの原
理を利用したものである。

すなわち、例えば軸方向部材中にフイルムで密
封した砂を設置しておき、吸引口よりフイルター
等を介して真空ポンプを作動させて内部の空気を
吸引すれば砂が固結状態になり軸方向抵抗部材と
なり、真空ポンプを止めて、弁をはずせば砂が緩
んで、軸力に抵抗しなくなる。真空ポンプおよび
弁はコンピユーターの指令により瞬時に作動させ
ることができ、この可変剛性装置を地震等の振動
特性に合わせて作動させることにより、建物の剛
性を変化させ、地震等に対処することができる。

可変剛性装置は建物架構の構成部材としての
柱、はり、ブレース等の部材中あるいは部材接合
部、耐震壁と柱または梁との間等に介在させるこ
とができ、配置を工夫することにより、地震等の
振動特性に応じ、建物の固有周期を種々に変化さ
せて、共振をかわすことができる。

なお、密封した砂または砂状物質は真空ポンプ
で吸引した後、すぐ弁を閉じればかなり長時間
（例えば２〜３時間）固結状態を維持できるので、
常時は固結状態とし、振動時に固結状態と緩んだ
状態との間で可変とすることができる。もちろ
ん、常時は真空ポンプを使わず緩んだ状態（非抵
抗材）とし、振動時に真空ポンプを働かせ、固結
状態と緩んだ状態との間で可変とすることもでき
る。

〔実施例〕

次に、図示した実施例について説明する。第１
図ａ，ｂ，ｃは圧縮方向の軸力Ｎを受ける圧縮抵
抗材１の部材中にフイルム４で密封した砂３を設
け、砂３の固結状態と緩んだ状態の間で可変とす
ることにより、圧縮抵抗材１が軸力Ｎに抵抗した
り、抵抗しなかつたりするようにした場合であ
る。可変剛性装置は金属製の形材等からなる枠材
５にフイルム４を取り付け、内部に砂３を詰める
ようにし、真空ポンプ（図示せず）に接続して、
内部の空気を吸引できるようにしたものである。
真空ポンプによる吸引は中空の枠材５の吸引口６
から行ない、砂３と接する部分に多数の小孔を設
けて形成したフイルター、あるいは別個に設けた
フイルターを介して、内部の空気を吸引する。砂
３をフイルム４で密封する方法としては、あらか
じめフイルム４を枠材５に貼り付けておき、枠材
５に投入口を設けて蓋をする方法や、一面をあけ
た状態で砂３を充填し、上からフイルム４を貼り
付ける方法等が考えられる。また枠材５は箱状に
形成したものでも、部分的に取り付けたものでも
よく、その他、砂３を密封したフイルム４内を減
圧できる構造であれば、その手段は限定されな
い。図中７は圧縮抵抗材１を構成する部材１ａ，
１ｂと枠材５を連結するフレキシブルな枠支持部
材であり、例えば圧縮抵抗材１に引張方向の軸力
が作用した場合でも、枠材５を支持して砂３部分
が脱落しないようにしたものである。

第１図ｂは圧縮力に抵抗させるときの可変剛性
装置部分の断面図であり、真空ポンプにより吸引
口６からフイルム４内の減圧を行ない砂３を固結
状態とする。真空圧力としては400〜500mmHg程
度あれば十分と考えられる。第１図ｃは無抵抗時
の状態を示したもので、フイルム４内の圧力を戻
すと砂３が緩んだ状態となる。

第２図ａ，ｂは引張方向の軸力Ｎを受ける引張
抵抗材２の部材中にフイルム４で密封した砂３を
設け、砂３の固結状態と緩んだ状態の間で可変と
することにより、引張抵抗材２が軸力Ｎに抵抗し
たり、抵抗しなかつたりするようにした場合であ
る。引張抵抗材２を構成する一方の部材２ａは他
方の部材２ｂおよびフイルム４で密封した砂３中
を貫通し、砂３の固結状態では頭部２a′を介して
応力が伝達される。

第３図は上述の圧縮抵抗材１を建物架構のブレ
ース中に設けた場合であり、軸力に対しては砂３
に真空圧力をかけ砂３を固結状態としたときに圧
縮方向の軸力に抵抗する。軸力に抵抗可能な固結
状態と、軸力に対し無抵抗となる緩んだ状態との
間の変換はコンピユーター制御による。第４図は
ブレースの接合端部に支持部材９を介して可変剛
性装置を介在させた引張抵抗材２の例を示したも
のである。この場合、引張抵抗材２は軸方向の圧
縮力には抵抗せず、真空ポンプを作動させて砂３
を固結状態と緩んだ状態との間で変換させれば、
引張力に対する可変剛性構造となる。

第５図は可変剛性装置を建物最下層の軸力用柱
の下端に設けたもので、圧縮方向の軸力に対し、
軸力用柱としての圧縮抵抗材１が砂を固結状態と
したときは抵抗し、砂を緩んだ状態としたときは
抵抗しなくなる。第６図ａは引張方向の軸力に対
し、軸力用柱としての引張抵抗材２が砂を固結状
態としたときは抵抗し、砂を緩んだ状態としたと
きは抵抗しなくなるようにしたもので、第６図ｂ
に示すように、引張抵抗材２の下端２′がフイル
ム４で密封した砂３を介して支持部材１０と係合
している。これら第５図および第６図ａ，ｂの軸
力用柱は建物架構において組み合わせた形で用い
ることもできる。

第７図ａ，ｂはフイルム４で密封した砂３を耐
震壁８と柱１１およびはり１２の間に介在させ、
真空ポンプの作動により砂３を固結状態とした場
合のみ、耐震壁８が本来の機能を発揮し、砂が緩
んだ状態では耐震壁８は地震力に対して抵抗しな
い構造となつている。

〔発明の効果〕 砂あるいは砂状物質をフイルムで密封し、真
空ポンプで減圧すると砂が固結状態となり、圧
力を戻すと固結状態が緩んだ元の状態となるこ
とを利用したもので、建物架構の構成部材中ま
たは構成部材接合部に適用することにより、簡
単な装置で建物の剛性を変化させることができ
る。

コンピユーターで建物架構の各所に設けた可
変剛性装置を作動させることにより、建物の剛
性を制御し、個々の地震特性に応じて建物の固
有周期等を変動させ、共振現象による建物の大
きな変形を抑制することができる。

コンピユーターを用いた制震方法に利用する
ことにより、共振がなく、揺れの少ない快適な
居住空間が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ、この発明におけ
る可変剛性装置を圧縮抵抗材の部材中に設けた場
合の平面図、抵抗時の断面図、および無抵抗時の
断面図、第２図ａ，ｂはそれぞれ可変剛性装置を
引張抵抗材の部材中に設けた場合の断面およびそ
の−断面図、第３図および第４図はブレース
への適用例を示す正面図、第５図は建物最下層に
おける圧縮抵抗可能な軸力用柱として利用した場
合の正面図、第６図ａ，ｂはそれぞれ引張抵抗可
能な軸力用柱として利用した場合の正面図および
要部の断面図、第７図ａ，ｂは耐震壁への適用例
を示す正面図である。 １……圧縮抵抗材、２……引張抵抗材、３……
砂、４……フイルム、５……枠材、６……吸引
口、７……枠支持部材、８……耐震壁、９，１０
……支持部材、１１……柱、１２……はり。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 砂または砂状物質をフイルムを用いて密封
   し、前記フイルムに対し内部を減圧するための吸
   引口および砂または砂状物質の通過を阻止するた
   めのフイルターを設け、前記吸引口に真空ポンプ
   を接続してなる可変剛性装置を、建物架構の構成
   部材中または構成部材接合部に介在させたことを
   特徴とする可変剛性建物。 ２ 建物架構の構成部材は柱、はりまたはブレー
   スである特許請求の範囲第１項記載の可変剛性建
   物。 ３ 建物架構の構成部材は耐震壁である特許請求
   の範囲第１項記載の可変剛性建物。 ４ フイルムはビニール膜である特許請求の範囲
   第１項、第２項、または第３項記載の可変剛性建
   物。