JPH09221852A - 建物の制振装置 - Google Patents

建物の制振装置

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JPH09221852A
JPH09221852A JP2901196A JP2901196A JPH09221852A JP H09221852 A JPH09221852 A JP H09221852A JP 2901196 A JP2901196 A JP 2901196A JP 2901196 A JP2901196 A JP 2901196A JP H09221852 A JPH09221852 A JP H09221852A
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vibration
beams
lead
plate
link
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JP2901196A
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Yasuhiko Takahashi
泰彦 高橋
Yuji Shinabe
祐児 品部
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Obayashi Corp
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Obayashi Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の一般的制振装置では中・大地震時の制
振効果を期待して作られており、日常発生する小変形領
域での制振効果は得ることができなかった。 【解決手段】 梁1と柱2の間に立設配置された間柱3
の中間位置にはリンク4が配置されている。このリンク
4は、鋼板製の仕切り板7cの両面に縦横に升目状に鋼
板製のスチフナ7a,7bを配して接合し、多段箱枠状
のユニット7として形成されており、下部間柱3a及び
上部間柱3bに連結板5及び多数のボルト6を介して連
結されている。そして、このユニット7の各仕切られた
箱枠内部には、仕切板7cの前後面にボルト8によって
固定されて制振材料である複数の板状鉛9が設けられて
おり、この板状鉛9は鋼板の弾性変形域内の低荷重小変
位の下で早期に塑性化して、その塑性変形により鋼板の
振動を吸収減衰する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、各階設置形の制
振装置に関し、特に微小振動に対する制振効果を得られ
るようにした建物の制振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】各階設置形の制振装置として、荷重履歴
に伴う非線形的な挙動により振動エネルギーを吸収す
る、いわゆる履歴形ダンパーが知られている。これらダ
ンパーは、一般に間柱、偏心ブレース、鋼板耐震壁の一
部(リンク)に耐力の低い鋼材などの材料を組込むこと
により構成され、中・大地震時においてこれら材料が柱
・梁の主架構に先行して降伏することによって制振効果
を得る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に建物
に対しては、地震や風などの大きな自然振動が入力され
るだけでなく、日常的には建物内部にあっては歩行振動
や、機械設備からの振動が常時作用し、建物外部からは
近隣の道路・鉄道からの交通振動や、近隣の工事などに
伴う衝撃振動が断続的あるいは間欠的に入力されてい
る。
【0004】しかしながら、上記のように間柱、偏心ブ
レース、鋼板耐震壁の一部に耐力の低い鋼材などを組込
んだ従来の履歴形ダンパーによる制振装置では中・大地
震の振動の減衰を行わせるように設定しているので、こ
の種の日常的な小変形の振動に対する制振効果は殆ど得
ることができなかった。
【0005】従って、建物内外からの日常振動の入力に
より、建物自体は絶えず微小振動しており、このため例
えば精密機器を設置している建物ではこれら機器に対し
て微小振動が影響を及ぼしたり、事務所、マンションな
どの建物にあっては居住快適性を阻害するといった問題
があった。
【0006】この発明は、以上の問題を解決するもので
あって、その目的は、特に日常振動などの小変形領域で
の振動に対する制振効果が得られる建物の制振装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では建物の制振装置を以下のように構成する
ことを特徴とする。
【0008】請求項1の建物の制振装置では、上・下階
の梁とこれら梁を上下に接続する柱とで区画される空間
内に配設される間柱に、該間柱の小変位の振動を塑性変
形で吸収する板状鉛を一体的に取り付けた。
【0009】この請求項1の構成にかかる建物の制振装
置では、上・下階の梁に生じる層間変位が間柱に伝えら
れてこれに変形が生じるとその変形に追従して間柱に取
り付けた鉛が変形する。そして、この鉛は間柱の弾性変
形域内の低荷重小変位の下で早期に塑性化して、その塑
性変形により間柱の振動を吸収減衰するので、小振動の
日常振動が制振されることになる。
【0010】請求項2の建物の制振装置では、上・下階
の梁とこれら梁を上下に接続する柱とで区画される空間
内で、上階の梁に垂設した上部間柱と下階の梁から上方
へ立設した下部間柱とをこれら上部間柱及び下部間柱よ
りも耐力の低いリンクで結合し、該リンクに該リンクの
小変位の振動を塑性変形で吸収する鉛を一体的に取り付
けた。
【0011】また、請求項3の建物の制振装置では、上
・下階の梁とこれら梁を上下に接続する柱とで区画され
る空間内で、上階の梁に垂設したリンクの下端部に、下
階の梁から斜め上方へ立設したプレースの上端部を結合
し、該リンクは、該ブレースよりも耐力を低く形成し、
該リンクに該リンクの振動を塑性変形で吸収する鉛を一
体的に取り付けた。
【0012】上記請求項2,3にかかる構成の建物の制
振装置では、上・下階の梁に生じる層間変位がリンクに
伝えられてこれに変形が生じると、その変形に追従して
リンクに一体的に取り付けた鉛が変形する。そして、こ
の鉛はリンクの弾性変形域内の低荷重小変位の下で早期
に塑性化して、その塑性変形により鋼板の振動を吸収減
衰するので、小振幅の日常振動が制振される。また、中
・大振幅の振動に対してはリンクあるいは耐震壁が主架
構に先んじて降伏して塑性変形することにより主架構の
振動が制振される。
【0013】ここで、請求項4の建物の制振装置に示す
ように、前記請求項2,3におけるリンクは、水平方向
と垂直方向とにスチフナを升目状に配して鋼板で形成し
たユニットを用い、該鋼板の表面に前記鉛を板状にして
一体的に取り付けた構成とし得る。この場合、ユニット
の升目の開口形状やユニットへの取付け方法に応じて板
状鉛には種々の形状を与えることができ、板厚、取付け
個数、配置などは、予め予測される振動の入力エネルギ
ーレベルにあわせて最適特性となるように容易に設定し
得る。
【0014】請求項5の建物の制振装置では、上・下階
の梁とこれら梁を上下に接続する柱とで区画される空間
内に、これら柱・梁の主架構に結合させて耐震壁を配設
し、該耐震壁に該耐震壁の小変位の振動を塑性変形で吸
収する鉛を一体的に取り付けた。
【0015】この請求項5にかかる構成の建物の制振装
置では、上・下階の梁に生じる層間変位が、耐震壁に伝
えられてこれに変形が生じると、その変形に追従して耐
震壁に一体的に取り付けた鉛が変形する。そして、この
鉛はリンクの弾性変形域内の低荷重小変位の下で早期に
塑性化して、その塑性変形により鋼板の振動を吸収減衰
するので、小振幅の日常振動が制振される。
【0016】ここで、請求項6の建物の制振装置に示す
ように、前記請求項5における耐震壁は、水平方向と垂
直方向とにスチフナを升目状に配して鋼板で形成し、該
鋼板の表面には前記鉛を板状にして一体的に取り付けた
構成とし得る。この場合、耐震壁の升目の開口形状やユ
ニットへの取付け方法に応じて板状鉛には種々の形状を
与えることができ、板厚、取付け個数、配置などは、予
め予測される振動の入力エネルギーレベルにあわせて最
適特性となるように容易に設定し得る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0018】図1は、建物の間柱に制振機能をもたせる
ようにした建物の制振装置を示すものである。同図
(a)に示すように、上・下階の梁1,1とこれら梁
1,1を上下に接続する柱2,2とで区画される空間内
に間柱3が立設配置される。この間柱3は上階の梁1に
垂設した上部間柱3bの下端部と下階の梁1から上方へ
立設した下部間柱3aの上端部とをリンク4で結合して
なる。ここで、下部間柱3a並びに上部間柱3bにはH
型鋼等の型鋼材が用いられている。
【0019】また、リンク4は、同図(b)、(c)に
示すように、鋼板の仕切り板7cの両面に垂直方向と水
平方向とに沿わせてやはり鋼板のスチフナ7a,7bを
縦横に配して升目状に一体的に接合形成した鋼板製ユニ
ット7でなり、多段の箱枠状を呈して上下の両端部が下
部間柱3a及び上部間柱3bに連結板5及び多数のボル
ト6を介して連結される。
【0020】そして、このユニット7には小変形の振動
を塑性変形することで吸収する鉛が一体的に取り付けら
れている。本図示例では、鉛は板状に形成されてユニッ
ト7の鋼板表面に取り付けられている。より具体的に
は、ユニット7の箱枠状の各仕切内において、仕切板7
cの前後面に板状鉛9がボルト8によって一体化されて
複数固定配置されていて、ユニット7の剪断変形に追従
してこの板状鉛9が変形する様になっており、かつ当該
板状鉛9の厚みはユニット7の弾性域内における小変形
の振動を主に剪断降伏による塑性変形で吸収し得る程度
に設定されている。
【0021】すなわち、上部間柱3bと下部間柱3aと
からユニット7に伝えられる層間変位により、このユニ
ット7が弾性変形すると、その変位に追従してユニット
7の仕切り板7cの鋼板表面に一体的に取り付けた板状
鉛9が主に剪断力を受けて変形し、当該板状鉛9は鋼板
の弾性変形域内の低荷重小変位の下で早期に剪断降伏し
て塑性化する。そして、以後その塑性変形により鋼板の
振動を吸収減衰する。
【0022】なお、上記ユニット7はその上下に配され
る上部及び下部間柱3a,3bよりも耐力が低く形成さ
れていて、中・大地震時においては柱・梁等の主架構に
先行して降伏するようになっている。
【0023】また、図1においては板状鉛9の形状をス
チフナ7a,7bによる枠形状に応じて平板状として仕
切板7c部分のみに取り付けるようにしたが、他の形状
とすることもでき、図2にその形状の他の形態例を示
す。すなわち、板状鉛9は図2の(a)に示す矩形平板
状のほか、(b)に示す様に中央に凹部を形成したもの
や、(c)に示す様に上下両側に断面コ字形となるよう
に取付け用フランジを形成して、このフランジを上下の
スチフナに固定して取り付けるようにしたもの、もしく
は(d)に示す様に上下左右の周縁部全周にフランジを
形成して枡形形状にして周囲の4面のスチフナに固定し
て取り付ける様にしたものなど、ユニット7の開口形状
やユニット7への取付け方法に応じて種々の形状を与え
ることができる。また、板厚、取付け個数、配置など
は、予め予測される振動の入力エネルギーレベルにあわ
せて最適特性となる値に設定される。
【0024】図3は、前記板状鉛9の履歴減衰特性を表
し、その履歴曲線は面積を伴ったものとなっており、板
状鉛9がエネルギーを消費(あるいは吸収)できること
を示している。また、図4のグラフは力と変位との関係
を表すもので、(イ)は板状鉛が取り付けられていない
単体のユニット、(ロ)は単体の板状鉛、(ハ)は板状
鉛が取り付けられたユニットをそれぞれ示しており、図
示するように板状鉛が取り付けられていない単体のユニ
ットではユニット自身が塑性化する降伏点まで履歴減衰
能力は発揮しないが、板状鉛を取り付けたユニットでは
その板状鉛の降伏点から履歴減衰能力が発揮される。
【0025】従って、ユニット7に板状鉛9を取り付け
た制振装置を用いた建物にあっては、建物内部の歩行振
動や、機械設備からの振動、あるいは近隣の道路・鉄道
からの交通振動や、近隣の工事などに伴う衝撃振動など
の日常の微小振動も可及的に吸収し得るようになり、精
密機器などへの影響を防止できるとともに、居住快適性
を向上できることになる。
【0026】図5(a),(b)は、ユニット7の他の
形状例を示している。同図におけるユニット7では、そ
の中央部には仕切り板のない開口部7dが上下に並んで
形成され、この開口部7dをふさぐように板状鉛9が設
置される。
【0027】図6に曲げ降伏型の板状鉛20を示す。図
6(a)においては、板状鉛20に多数の縦長状のスリ
ット20aを縦列状態に開口し、振動入力時にスリット
20a両脇の連結部20bを曲げ降伏させることで振動
を吸収する構造としている。また図6(b)において
は、連結部20bの付け根近傍を傾斜させて傾斜面20
cを形成し、連結部20bの厚みを他部より減ずること
でより曲げ降伏しやすい形状としている。さらに、図6
(c)では各スリット20cの形状を鼓状とすることに
より曲げ降伏の入力エネルギーに対応した物理形状とし
ている。つまり、この曲げ降伏型の板状鉛20はスリッ
ト20aを形成することにより、その両脇の連結部20
bの付け根部分に剪断力に応じたモーメントを生じさせ
て、これにより曲げ変形させるものである。
【0028】これら曲げ降伏型板状鉛20は、例えば図
5に示したユニット7の開口部7dをふさぐように設置
され、その開口形状に応じた寸法や取付け形状に設定さ
れることは勿論である。
【0029】なお、図1および図5に示した実施例では
上部間柱3aと下部間柱3bとをユニット7で繋いだ間
柱3に対し、そのユニット7の鋼板に板状鉛9を一体的
に取り付けるようにしたものを示したが、本発明はユニ
ットを有さず上・下に分割されていない単一の型鋼材等
で形成した間柱3の表面に板状鉛を一体的に取り付ける
ようにしても良い。このように構成した場合にも、間柱
3の変形に追従して表面に取り付けた板状鉛は変形する
ので、間柱3の弾性変形域内の低荷重小変位の下で早期
に塑性化することにより間柱3の振動を吸収減衰し得、
小振幅の日常振動を制振することができ、しかも既存の
建物に容易に適用できる。
【0030】図7は、建物の偏芯ブレースに制振機能を
もたせるようにした建物の制振装置を示すものである。
同図に示すように、上・下階の梁1,1とこれら梁1,
1を上下に接続する柱2,2とで区画される空間内に
は、上階の梁1より垂設されてリンク4が設けられ、こ
のリンク4の下端部には下階の梁1から斜め上方へ立設
した偏芯ブレース30の上端部が結合されている。
【0031】そして、このリンク4は偏心ブレース30
よりも耐力が低く形成されるとともに、小変形の振動を
塑性変形することで吸収する鉛が一体的に取り付けられ
ている。この図示例においてもリンク4には前述の図1
(b)、(c)に示すものとほぼ同一構成の鋼板製のユ
ニット31が使用され、このユニット31にもその鋼板
表面に剪断降伏型の板状鉛9が一体的に取り付けられ
て、上階の梁1と偏芯ブレース30との取り合い部分の
振動を吸収するようにしている。
【0032】図8は、建物の耐震壁に制振機能をもたせ
るようにした建物の制振装置を示すものである。同図に
示すように、上・下階の梁1,1とこれら梁1,1を上
下に接続する柱2,2とで区画される空間内には、これ
ら柱・梁の主架構に結合されて主架構よりも耐力が低い
耐震壁40が配設されており、この耐震壁40には小変
形の振動を塑性変形することで吸収する鉛が一体的に取
り付けられている。ここで、図示例の耐震壁40は鋼板
の表面に垂直方向と水平方向とに沿わせてやはり鋼板製
のスチフナ40a,40bを縦横に配して升目状に一体
的に接合して形成したものであり、多段の箱枠状を呈し
ている。そして、縦横に升目状に配したスチフナ40
a,40bで囲われた耐震要素の面に板状鉛9を固定し
て、この部分の振動を吸収するようにしている。また中
・大振幅の振動に対しては耐震壁が主架構に先んじて降
伏して塑性変形することにより主架構の振動を制振する
ことができる。
【0033】なお、以上のほかに梁、壁、柱、トラス及
びそれらの取合い部分など、建物の架構計画に応じて多
様なパターンの構造や取付けが可能である。
【0034】また、前述の曲げ降伏型の板状鉛20を使
用する場合には、当該板状鉛20は図8のスチフナ40
a、40bで囲まれた升状の部分にふたをするような態
様で取り付けられて、スチフナの変形に追従して振動を
制振する。
【0035】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
この発明にかかる建物の制振装置にあっては、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0036】請求項1にかかる建物の制振装置では、上
・下階の梁に生じる層間変位が間柱に伝えられてこれに
変形が生じるとその変形に追従して鉛が変形し、この鉛
は間柱の弾性変形域内の低荷重小変位の下で早期に塑性
化してその塑性変形により間柱の振動を吸収減衰する。
これ故、小振動の日常振動を可及的に制振することがで
き、もって建物内部の歩行振動や、機械設備からの振
動、あるいは近隣の道路・鉄道からの交通振動や、近隣
の工事などに伴う衝撃振動などの日常の微小振動を吸収
して、精密機器などへの影響を防止できるとともに、居
住快適性を向上できる利点があり、しかも既存の建物に
も容易に適用できる。
【0037】請求項2,3にかかる建物の制振装置で
は、上・下階の梁に生じる層間変位が、リンクに伝えら
れてこれに変形が生じると、その変形に追従してリンク
に一体的に取り付けた鉛が変形し、リンクの弾性変形域
内の低荷重小変位の下で早期に塑性化して、その塑性変
形によりリンクの振動を吸収減衰するので、小振幅の日
常振動を可及的に制振することができ、精密機器などへ
の影響を防止できるとともに居住快適性を向上できる利
点があるだけでなく、さらに中・大振幅の振動に対して
はリンクが主架構に先んじて降伏して塑性変形すること
により主架構の振動を制振することができる。
【0038】請求項4にかかる建物の制振装置では、水
平方向と垂直方向とにスチフナを升目状に配して鋼板で
形成したユニットをリンクとして用い、当該鋼板の表面
に板状鉛を一体的に取り付けるので、ユニットの升目の
開口形状やユニットへの取付け方法に応じて板状鉛には
種々の形状を与えることができ、かつ板厚、取付け個
数、配置などは、予め予測される振動の入力エネルギー
レベルにあわせて最適特性となるように容易に設定する
ことができる。
【0039】請求項5にかかる構成の建物の制振装置で
は、上・下階の梁に生じる層間変位が、耐震壁に伝えら
れてこれに変形が生じると、その変形に追従して耐震壁
に一体的に取り付けた鉛が変形し、この鉛はリンクの弾
性変形域内の低荷重小変位の下で早期に塑性化して、そ
の塑性変形により鋼板の振動を吸収減衰するので、小振
幅の日常振動が制振され、もって建物内部の歩行振動
や、機械設備からの振動、あるいは近隣の道路・鉄道か
らの交通振動や、近隣の工事などに伴う衝撃振動などの
日常の微小振動を吸収して、精密機器などへの影響を防
止できるとともに、居住快適性を向上できる利点があ
る。
【0040】請求項6にかかる建物の制振装置では、耐
震壁を水平方向と垂直方向とにスチフナを升目状に配し
て鋼板で形成し、該鋼板の表面に鉛を板状にして一体的
に取り付けるので、耐震壁の升目の開口形状やユニット
への取付け方法に応じて板状鉛には種々の形状を与える
ことができ、板厚、取付け個数、配置などは、予め予測
される振動の入力エネルギーレベルにあわせて最適特性
となるように容易に設定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】間柱に制振機能をもたせるようにした本発明の
制振装置を示すもので、(a)は全体正面図、(b)は
要部正面図、(c)は(b)のA−A線断面図である。
【図2】(a)〜(d)は剪断降伏型の板状鉛の各種形
状例を示す斜視図である。
【図3】板状鉛の履歴減衰特性を示す特性図である。
【図4】板状鉛に作用する力と変位との関係を示す特性
図である。
【図5】リンクの変形例を示し、(a)は要部正面図、
(b)は(a)のB−B線断面図である。
【図6】(a)〜(c)は曲げ降伏形板状鉛の各種形状
例を示す斜視図または断面図である。
【図7】偏心ブレースに制振機能をもたせるようにした
本発明の制振装置の全体正面図である。
【図8】耐震壁に制振機能もたせるようにした本発明の
制振装置の全体正面図である。
【符号の説明】
1 梁 2 柱 3 間柱 4 リンク 7 ユニット 7a,7b スチフナ 9 剪断降伏型板状鉛 20 曲げ降伏型板状鉛 20a,20d スリット 30 偏心ブレース 31 ユニット 40 耐震壁 40a,40b スチフナ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上・下階の梁とこれら梁を上下に接続す
    る柱とで区画される空間内に配設される間柱に、該間柱
    の小変位の振動を塑性変形で吸収する鉛を一体的に取り
    付けたことを特徴とする建物の制振装置。
  2. 【請求項2】 上・下階の梁とこれら梁を上下に接続す
    る柱とで区画される空間内で、上階の梁に垂設した上部
    間柱と下階の梁から上方へ立設した下部間柱とをこれら
    上部間柱及び下部間柱よりも耐力の低いリンクで結合
    し、 該リンクに該リンクの小変位の振動を塑性変形で吸収す
    る鉛を一体的に取り付けたことを特徴とする建物の制振
    装置。
  3. 【請求項3】 上・下階の梁とこれら梁を上下に接続す
    る柱とで区画される空間内で、上階の梁に垂設したリン
    クの下端部に、下階の梁から斜め上方へ立設したブレー
    スの上端部を結合し、 該リンクは、該ブレースよりも耐力を低く形成して該リ
    ンクに該リンクの小変位の振動を塑性変形で吸収する鉛
    を一体的に取り付けたことを特徴とする建物の制振装
    置。
  4. 【請求項4】 前記リンクは、水平方向と垂直方向とに
    スチフナを升目状に配して鋼板で形成したユニットで構
    成し、該鋼板の表面には前記鉛を板状にして一体的に取
    り付けたことを特徴とする請求項2または3に記載の建
    物の制振装置。
  5. 【請求項5】 上・下階の梁とこれら梁を上下に接続す
    る柱とで区画される空間内に、これら柱・梁の主架構に
    結合させて耐震壁を配設し、 該耐震壁に該耐震壁の小変位の振動を塑性変形で吸収す
    る鉛を一体的に取り付けたことを特徴とする建物の制振
    装置。
  6. 【請求項6】 前記耐震壁は、水平方向と垂直方向とに
    スチフナを升目状に配して鋼板で形成し、該鋼板の表面
    には前記鉛を板状にして一体的に取り付けたことを特徴
    とする請求項5に記載の建物の制振装置。
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