JPS63156170A - 可変剛性建物 - 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、高層建築や量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、安全性をチェ
ッ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免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ットを設け、
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頬性の問題がある。

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っ
た制置方法を提案している。

上記の制置方法では柱、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、コンピューターの指令によ
り連結状態が変化する制御装置を設け、次のようにして
、建物の制置を行なう。

■　地震の発生を建物を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ューターに伝達する。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、風力等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、コンピューターにより地震
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。

■　コンピュ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ュ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った場合の実際の振動が検
知でき、これをフィードバックして、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置方法におい
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。

■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ィルムをかぶせ、模型に
あらかじめ、あけである細大より真空ポンプで空気を吸
引し、フィルムを模型に密着させる。

■　側面の鋳枠をかぶせ、フィルム上に砂を充填する。

■　その上からさらにフィ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３５０〜４５０　ｍｍＨｇ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置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ィルムで
包んだ後、真空ポンプで内部の空気を吸引すると瞬時に
砂が固く締った固結状態となり、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■
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ィルムで密封した砂
を設置しておき、フィ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
力抵抗部材となり、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
弁はコンピュ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、
振動時に可変とすることもできる。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
可変でもよい。

〔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ｌの部材中にフィルム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ｌが軸力Ｎに抵抗した
り、抵抗しなかっ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にフィルム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るかあるい
はフィルター等を介して、内部の空気を吸引する。砂３
をフィルム４で密封する方法としては、あらかじめフィ
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、−面をあけた状態で砂３を充填し
、上からフィルム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を密封したフィルム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ｌを構成する部材１ａ、　ｌｂ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ｌ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
ィルム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４００〜５００　ａ＋ｌＩｇ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、フィルム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の部材中にフィルム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
かっ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およびフィルム
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＋　を介して応力が一伝達される。

第３図は上述の圧縮抵抗材ｌ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。抵抗、無抵抗の変換はコンピューター制御による。

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、軸方向の圧縮力には抵抗せず、引張力
に対し可変となる。

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が抵抗、無抵抗の間で可変となる。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が抵抗、無抵抗の間で可変となるようにした
もので、第６図（ｂ）に示すように、引張抵抗材２の下
端２゛がフィルム４で密封した砂３を介して支持部材ｌ
Ｏ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）はフィルム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っている。

〔発明の効果］ ■　砂あるいは砂状物質をフィルムで密封し、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。

■　コンピュ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
。

■　コンピューターを用いた制置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Ｉ−［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。 ｌ・・・圧縮抵抗材、２・・・引張抵抗材、３・・・砂
、４・・・フィルム、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 −二 喜 ｚｌＮＺｌ（Ｎ ｍ＝゛ −一一７−一一一

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）建物架構の構成部材中または構成部材接合部に、
   砂または砂状物質をフィルムを用いて密封し、真空ポン
   プに接続してなる可変剛性装置を介在させたことを特徴
   とする可変剛性建物。
2. （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. （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. （４）フィ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。