JPH04189953A - 大スパン構造物 - 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−： 本発明は、大ホール、屋内競技場、格納庫などの床や屋
根として好適に用いられる大スパン構造物に関する。

「従来の技術」 この種の大スパン構造物は、広大な空間を確保できる構
造物として従来より良く知られているが、鉄骨構造で大
スパン構造物の床や屋根を構築する方法は従来より種々
提案されている。

かかる大スパン構造物は、一般に静的なたわみ量を少な
くするために軽量化されているが、この軽量化により、
上下方向の地震動人力を受けた時の上下振動、強風時に
おける屋根トラスの上下振動、工場における作業時の上
下振動等が問題となることか少なくない。このような上
下振動を低減することは、大スパン構造物の安全性と快
適性につながるため、大スパン構造物の解決すべき重要
課題の一つとされている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来の鉄骨造りの大スパン構造物におい
ては、高々１〜２％程度の内部減衰に期待した設計を行
っているのに過ぎず、大スパン構造物の上下振動を有効
に低減させるには、決して満足のいくものではなかった
。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、大スパン
構造物に生じる上下振動を有効に抑制できる大スパン構
造物を提供することを目的としている。

１課題を解決するための手段」 そこで、本発明の大スパン構造物は、大スパン構造物の
上弦材中央部および下弦材中央部に一端を固定した引張
部材をそれぞれ左右対称に斜張して、大スパン構造物の
下弦材端部あるいは上弦材端部に位置する滑車を介して
大スパン構造物の端部にそれぞれ引き込み、かつ、大ス
パン構造物の各端部に引き込んだ引張部材の他端同士を
上下方向に結合し、さらに、大スパン構造物の各端部に
引張部材に生じる引張力を吸収する減衰装置を設置する
ようにした。

また、本発明の大スパン構造物は、大スパン構造物の上
弦材中央部および下弦材中央部に一端を固定した引張部
材をそれぞれ左右対称に斜張して、下弦材あるいは上弦
材に位置する滑車に交互に導きつつ、大スパン構造物の
端部にそれぞれ引き込み、かつ、大スパン構造物の各端
部に引き込んだ引張部材の端部同士を上下方向に結合し
、さらに、大スパン構造物の各端部に引張部材に生しる
引張力を吸収する減衰装置を設置するようにした。

「作用」 一連の引張部材は大スパン構造物中央部の上弦材位置を
一方の固定端として大スパン構造物端部の減衰装置を経
て、再び大スパン構造物中央部の下弦材位置を他方の固
定端として導かれる。また、一連の引張部材には適度な
張力が与えられている。

このように大スパン構造物の中央部と端部とを引張部材
で直接つなぐことで、比較的小さな大スパン構造物の変
形に対しても引張部材の大きな振幅が得られ、引張部材
の固定端と大スパン構造物の端部の上下方向相対変位そ
のものを取り出すことができる。これにより、減衰装置
に対する入力が大きくなり、少ない減衰装置で効率よく
上下振動エネルギを吸収することが可能となる。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明す
る。

第１図は請求項１記載の発明に係る大スパン構造物の基
本構造、第２図は請求項２記載の発明に係る大スパン構
造物の基本構造を示している。

第１図および第２図に示す大スパン構造物ｌは、基本的
に、地上Ｇに柱２．２が立設され、柱２．２相互間にト
ラス構造３が架設された構成とされ、トラス構造３は上
弦材４、下弦材５、その間の斜め材６から構成されてい
る。

そして第１図における大スパン構造物１は、トラス粱３
の上弦材４中央部にワイヤーやロッドなどの引張部材７
．７の各固定端（一端）７８が取り付けられ、各引張部
材７．７は左右対称に斜め下方に張設され、下弦材５端
部に位置する端部滑車８．８を介してトラス構造３の端
部に引き込まれている。またトラス構造３の下弦材５中
央部に引張部材９．９の各固定端（一端）９ａが取り付
けられ、各引張部材９．９が左右対称に斜め上方に張設
され、上弦材４端部に位置する端部滑車８．８を介して
トラス構造３の端部に引き込まれている。

そして、トラス構造３の各端部に引き込まれた引張部材
７．９の他端同士は上下方向に結合されている。さらに
、トラス構造３の両端部には、引張部材７．９に生じる
引張力を吸収する減衰装置１０．１０が設置されている
。

第２図における大スパン構造物１は、トラス柔構造の上
弦材４中央部に引張部材７．７の固定端（一端）７ａが
固定され、各引張部材７．７は左右対称に斜め下方に張
設され、トラス構造３の下弦材５に位置する中間部滑車
１１，１１、さらに上弦材４に位置する中間部滑車１１
．１１を介して再び上弦材４に引き込まれ、そこから左
右対称に再び斜め下方に張設され、下弦材５端部に位置
する端部滑車８．８を介してトラス構造３端部に引き込
まれている。同様に、トラス構造３の下弦材５中央部に
引張部材９．９の固定端（一端）９ａか固定され、各引
張部材９．９は左右対称に斜め上方に張設され、トラス
構造３の上弦材４に位置する中間部滑車１１，１１、さ
らに下弦材５に位置する中間部滑車１１．１１を介して
再び下弦材５に引き込まれ、そこから再び左右対称に斜
め上方に張設され、上弦材４端部に位置する端部滑車８
．８を介してトラス構造３の端部に引き込まれている。

そして、トラス構造３の各端部に引き込まれた引張部材
７．９の他端同士は上下方向に互いに結合され、トラス
構造３の各端部には前記同様な減衰装置１Ｏ１１０が設
置されている。

なお、中間部滑車ｌｌは２重の滑車となっており、引張
材７．９が別々に取りまわされている。

第３図は第１図で示した大スパン構造物の基本構造の応
用例を示している。なお、第１図と同一部材には同一符
号を付しである。

第３図では、一連のワイヤー７．９がトラス構造３の中
央部付近の上弦材４位置からトラス構造３の端部の減衰
装置ｌ０１１０を経て、再び、トラス構造３の中央部付
近の下弦材５位置へと導かれている。そして、一連のワ
イヤー７．９には遊びをなくすための適度な張力が与え
られており、また、左右対称に各ワイヤー７．９が張ら
れている。

ワイヤー７（ワイヤー９）の固定端７ａ（固定端９Ｂ）
は、それぞれトラス構造３の中央部付近の上弦材４（下
弦材５）に固定された固定具１２に結合ピンで固定され
ている。また固定端７ａ（固定端９−ａ）の周りの上弦
材４（下弦材５）はワイヤー７（ワイヤー９）がもたら
す力をトラス梁３全体に伝えるのに十分なだけ補強され
ている。

中間部滑車１１は、上弦材４（下弦材５）とトラス接合
部位置に固定されており、斜めに張られているワイヤー
７（ワイヤー９）を中間部下（上）端部に導きワイヤー
７（ワイヤー９）を水平方向に方向転換し、端部滑車８
に導くようになっている。

なお、第２図の場合は、斜めに張られているワイヤー７
（ワイヤー９）を下方（上方）の中間部滑車ｌｌを通し
て鉛直に方向転換して上方（下方）の中間部滑車１１に
導き、再びそのワイヤー７（ワイヤー９）を斜め方向に
導く、というパターンを繰り返して、最終的にワイヤー
７（ワイヤー９）を端部滑車８に導くようになっている
。

端部滑車８は、トラス構造３の上弦材４（下弦材５）と
柱２の接合部に固定されている。端部滑車８の役割は地
上部分では水平あるいは斜めに張られているワイヤー７
（ワイヤー９）を柱２に沿って鉛直に方向転換して減衰
装置１０に導くことである。また端部滑車８に直接回転
式の減衰装置ｌＯ（第６図参照）を組み込むことにより
、鉛直にさし渡されたワイヤー７（ワイヤー９）に取り
付く減衰装置ＩＯを設置しないことも可能である。

上記のように、トラス構造３の中央部と端部をワイヤー
７．９で直接つなぐことで、比較的小さなトラス構造３
の変形に対してし大きなワイヤー端部の振幅が得られる
。すなわち、ワイヤー７．９の各固定端７ａ、９ａとト
ラス構造３の端部との上下方向相対変位そのものを取り
出すことができる。これにより、減衰装置ｌＯに対する
入力が大きくなり、少数の減衰装置ｌＯで効率よくエネ
ルギ吸収することが可能となる。

なお、−次回有振動数だけに効果があればよいのならト
ラス構造３の中央部にだけ引張部材７．９を取り付けれ
ばよい。トラス構造３の各部にも引張部材７．９を取り
付けた場合には、高次振動数に対しても効果がある。っ
まり引張部材７．９で振動モードの腹と節に相当する部
分を結合すればそのモードに対して効率よく制振できる
。

上記実施例のトラス構造物によれば、ワイヤー７．９を
それぞれ左右対称に互いにクロスに張ってそれをループ
状としたことにより、圧縮時にワイヤー７．９のたるみ
を生じないようにするとともに、履歴ダンパーを用いた
ときに残留変形が生じるたびにその分だけ釣り合い点が
移動して減衰機構の働かなくなる領域が拡大していくと
いう問題を解決することができる。

なお、減衰装置１０は、ストロークが大きく左右両方向
とも全く同じ性能を持っているものであれば何でも適用
できる。たとえば高減衰ゴムを用いたもの、鉛入り積層
ゴムを用いたもの、オイルダンパーとてこの原理を用い
たもの、履歴ダンパーを用いたもの、など既に実用化さ
れているものや提案されているものを単独で、あるいは
組み合わせで使用すればよい。

次に、第１図に示すトラス構造の作動原理を第４図を参
照して説明する。

今、トラス構造３が第４図点線に示すような釣り合い位
置にある状態から、トラス構造３が地震力または風力等
を受けて上下振動し、ある瞬間には実線に示す位置に鉛
直に下方変形したとする。

この結果、トラス構造３の中央部と端部の間の相対距離
が増大し、よって中央下弦材位置の固定端９ａから左右
斜め上方に張られたワイヤー９は引っ張られ、その変位
は端部滑車８を経て減衰装置】０に伝えられる（この中
央下弦材位置から減衰装置ｌＯに至る部分のワイヤーを
引張側ワイヤーと呼ぶ）。引張側ワイヤー９はその張力
により弾性変形し、固定端９ａと端部滑車８との間の上
下方向相対変位のうち幾分かを吸収するが、大部分は減
衰装置１０に対する入力となる。減衰装置１０は入力変
位もしくは入力速度に比例した減衰力を発生し、ワイヤ
ー９の張力と釣り合う。こうしてトラス構造３の下方向
への変形に対し、ワイヤー９と減衰装置１０によってそ
の変形を抑える方向に力が発生し、トラス構造３に上方
向への振動抑制力が作用する。

一方、トラス構造３の中央の上弦材位置とトラス粱３の
端部の相対距離は減少するので、減衰袋ｇ］０から端部
滑車８を経てトラス構造３の中央の上弦材位置に至る部
分のワイヤー（圧縮側ワイヤーと呼ぶ）７には大きな張
力は働かず、ただ引張側ワイヤー９に引かれるまま、た
るみを生じることなく引張側に移動する。

これと反対に、次の瞬間にはトラス構造３が鉛直に上方
向に変形したとすると、トラス構造３の中央の上弦材位
置とトラス構造３の端部との上下方向相対変位が増大し
、よってトラス構造３の中央の上弦材位置から左右斜め
方向に張られたワイヤー７は引っ張られ、減衰装置１０
は入力変位もしくは入力速度に比例した減衰力を発生し
、ワイヤー７の張力と釣り合う。このようにしてトラス
構造３の上方向の変形に対し、下方向への振動抑制力が
発生する。なお、第４図において、太い矢印Ａは下弦材
５に働く力、細い矢印Ｂはワイヤーの移動方向を示して
いる。

第５図ないし第７図は、第３図で示したワイヤーによる
大スパン構造物の制振法を、スーパーウィング構法を採
用して構築した大スパン構造物に対して適用した例を示
している。

第５図に示す大スパン構造物は３階立てとされ、１階は
大空間Ｓとなるようにスーパーウィング構法が採用され
、２階部分がトラス構造３となっている。また、トラス
構造３の下弦材５に沿わせて柱２．２相互には、トラス
構造３にプレストレス力を導入するためのＰＣｊｌｉ材
２０が材膜０れている。

そして第５図に示すように、１次の上下振動に対して有
効にワイヤー制振が働くように、ワイヤー７．９は、ト
ラス構造３の中央部と端部を結ぶように取りまわされて
いる。また、端部滑車８、中間部滑車１１は第３図のト
ラス構造３と同一位置に配置されている。

第６図はトラス構造３の下弦材５上に設置された中間部
滑車１１の詳細を示している。この中間部滑車１１はト
ラス構造３の斜め材６と鉛直材６８の交わる床２１上に
取付はプレート２２により固定されている。またこの中
間部滑車１１はワイヤー７の張力により生ずる力が接合
部を局所的に変形させたりしないように補強プレート２
３により補強されている。なお、この補強プレート２３
は、トラス構造３の斜め材６と鉛直材６ａを下弦材５に
取り付けるガセットプレートの代わりとなる。また、ワ
イヤー７は中間部滑車１１で水平方向に曲げられ、端部
滑車８へと向かうようになっている。

第７図は各階のトラス構造３の端部に設置された端部滑
車８の詳細を示している。なお、端部滑車８の取付けは
、柱・梁接合部に取り付けられている以外は、中間部滑
車１１と同様である。

また第７図には減衰装置１０の一例を示している。この
減衰装置１０は、トラス構造３の端部の上弦材４および
下弦材５の上に、それぞれ１機ずつ設置されている。こ
の減衰装置ｌＯは、ワイヤーを２重３重に巻き付ける装
置上部の同軸プーリー２４と、この同軸プーリー２４を
回転可能に支持する有底筒状の装置下部］Ｏａと、装置
下部１０ａの内部に満たされた粘性体（ゴム状物質）２
５とから構成されており、前記装置下部１０ａは各階の
床２１上に固定されている。そして、ワイヤーの移動量
に応じて同軸プーリー２４が回転することにより、同軸
プーリー２４と装置下部］Ｏａとの間に相対運動が生じ
、このとき粘性体２５の粘性作用により運動の向きと反
対方向に力か発生する。この力により建物（大スパン構
造物）のエネルギーは最終的には粘性体２５の熱エネル
ギーとなって消費される。

このように、トラス構造３で発生した上下方向の床振動
はワイヤー７．９により直接取り出され、減衰装置１０
においてその床振動エネルギーが吸収されることにより
、効率よく上下床振動が抑制される（制振される）こと
になる。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、本発明の大スパン構造物に
よれば、大スパン構造物に生じる上下振動を大スパン構
造物に取りまわされた一連の引張部材により直接取り出
すとともに、引張部材か導かれる減衰装置において上下
振動エネルギーを効率よく吸収することができる。これ
により大スパン構造物に生じる上下振動を効果的にかつ
効率よく抑制することができる。この結果、大スパン構
造物の安全性と快適性を向上させることができる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明に係る大ビ スパン構造物の基本構造、第３図は１図に示す大スパン
構造物の応用例、第４図は第１図に示す大スパン構造物
の上方向変形時の力学状態を示す図、第５図ないし第７
図は第１図に示す大スパン構造物に、スーパーウィング
構法による大スパン構造物を適用した例であって、第５
図は大スパン構造の全体構造図、第６図は第５図の円Ｃ
の拡大図、第７図は第５図の円りの拡大図である。 ｌ・・・・・・大スパン構造物、 ３・・・・・・　トラス構造、 ４・・・・・・上弦材、５　・・　・・・下弦材、７．
９　・・・　・　ワイヤー（引張部材）、７ａ、９ａ・
・・・・・固定端（一端）、ｌＯ・・　・・　減衰装置
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）大スパン構造物の上弦材中央部および下弦材中央
   部に一端を固定した引張部材がそれぞれ左右対称に斜張
   されて、大スパン構造物の下弦材端部あるいは上弦材端
   部に位置する滑車を介して大スパン構造物の端部にそれ
   ぞれ引き込まれ、かつ、大スパン構造物の各端部に引き
   込まれた引張部材の他端同士が上下方向に結合され、さ
   らに、大スパン構造物の各端部には引張部材に生じる引
   張力を吸収する減衰装置が設置されていることを特徴と
   する大スパン構造物。
2. （２）大スパン構造物の上弦材中央部および下弦材中央
   部に一端を固定した引張部材がそれぞれ左右対称に斜張
   されて、下弦材あるいは上弦材に位置する滑車に交互に
   導かれつつ、大スパン構造物の端部にそれぞれ引き込ま
   れ、かつ、大スパン構造物の各端部に引き込まれた引張
   部材の端部同士が上下方向に結合され、さらに、大スパ
   ン構造物の各端部には引張部材に生じる引張力を吸収す
   る減衰装置が設置されていることを特徴とする大スパン
   構造物。