制振構造、制振構造を有する建物
【課題】制振性能を向上させることを目的とする。
【解決手段】揺動体２６が、建物１２の複数層にまたがって配置されている。この揺動体２６の上端部２６Ａは建物に固定され、その下端部２６Ｂは自由端とされている。従って、地震、風等によって建物１２に外力が作用し、建物１２に曲げ変形が生じると、建物本体１３に設けられた連結部３４に対して、揺動体２６の下端部側に設けられた連結部３２が相対変位する。これにより、連結部３４、３２に連結されたオイルダンパー３０に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。
【解決手段】揺動体２６が、建物１２の複数層にまたがって配置されている。この揺動体２６の上端部２６Ａは建物に固定され、その下端部２６Ｂは自由端とされている。従って、地震、風等によって建物１２に外力が作用し、建物１２に曲げ変形が生じると、建物本体１３に設けられた連結部３４に対して、揺動体２６の下端部側に設けられた連結部３２が相対変位する。これにより、連結部３４、３２に連結されたオイルダンパー３０に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の制振構造、及び制振構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建物の振動を低減する制振構造が知られている。例えば、特許文献１には、建築物内に剛体を配置し、この剛体と基礎とをダンパー部材で連結した制振構造物が開示されている。この剛体は滑り支承で支持されると共に、その頂部が建築物の屋根部（小屋部）に固定されている。そして、地震時には、屋根部の振動が剛体に伝達され、剛体が滑り移動して当該剛体と基礎とが水平方向に相対変位する。この相対変位を利用してダンパー部材を伸縮させることにより、振動を低減している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の制振構造物では、剛体の滑り移動によって摩擦力が発生するため、剛体と基礎との相対変位量が小さくなり、ダンパー部材を効率的に伸縮させることができない。また、剛体を支持する基礎が必須となるため、コストが増大する。
【０００４】
一方、特許文献２には、架構に固定された方形枠と、この方形枠内に配置された制振パネルとをオイルダンパーで連結した制振構造が開示されている。制振パネルの上部は方形枠の上枠材に固定されており、制振パネルの下部は自由端とされている。この制振パネルの下部と方形枠の左枠材とは、オイルダンパーによって連結されている。そして、地震時に、架構に層間変形が生じると、方形枠の左枠材に対して制振パネルの下部（自由端）が相対変位する。この相対変位を利用して、オイルダンパーを伸縮させることにより、振動を低減している。
【０００５】
しかしながら、特許文献２の制振構造では、架構に方形枠及び制振パネルを設置することを前提としている。従って、制振パネルの下部と左枠材との間には、最大でも建物の一層分の層間変形に応じた相対変位しか生じ得ず、建物によっては充分な制振効果を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３８７８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、制振性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の制振構造は、建物の複数層にまたがって配置され、その上端部が該建物に固定されると共にその下端部が自由端とされた揺動体と、前記建物に設けられる第１連結部と、前記揺動体の下端部側に設けられ、前記建物に外力が作用したときに、前記第１連結部に対して相対変位する第２連結部と、に連結される減衰手段と、を備えている。
【０００９】
上記の構成によれば、揺動体が、建物の複数層にまたがって配置されている。この揺動体の上端部は建物に固定され、その下端部は自由端とされている。従って、地震、風等によって建物に外力が作用し、建物が曲げ変形すると、建物に設けられた第１連結部に対して、揺動体の下端部側に設けられた第２連結部が相対変位する。これにより、第１連結部と第２連結部とに連結された減衰手段に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。
【００１０】
ここで、第１連結部と第２連結部との相対変位量は、建物に固定された揺動体の上端部から第２連結部までの距離に応じて大きくなるところ、本発明では、揺動体が建物の複数層にまたがって配置されている。これにより、揺動体の上端部から一層以上離れた位置に第２連結部を設けることが可能となり、即ち、第１連結部と第２連結部との相対変位を大きくすることができる。従って、減衰手段による制振低減効果を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の制振構造は、請求項１に記載の制振構造において、前記揺動体が、前記建物内に形成された吹抜け空間に配置されている。
【００１２】
上記の構成によれば、建物内に形成された吹抜け空間を利用して、揺動体を設置することにより、建物内スペースの有効利用を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の制振構造は、請求項１又は請求項２に記載の制振構造において、前記第１連結部が、前記建物の固有振動モードの腹部に位置している。
【００１４】
上記の構成によれば、建物の固有振動モードの腹部、即ち、相対的に層間変形が大きくなる建物の部位に第１連結部が位置している。従って、第１連結部に対する第２連結部の相対変位が大きくなり、減衰手段による振動低減効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の建物は、請求項１〜３の何れか１項に記載の制振構造を有し、前記揺動体が配置される吹抜け空間を備えている。
【００１６】
上記の構成によれば、建物は、吹抜け空間を有している。この吹抜け空間には、揺動体が配置されている。この揺動体は、建物の複数層にまたがって配置されており、その上端部は建物に固定され、その下端部は自由端とされている。従って、地震、風等によって建物に外力が作用し、建物が曲げ変形すると、建物に設けられた第１連結部に対して、揺動体の下端部側に設けられた第２連結部が相対変位する。これにより、第１連結部と第２連結部とに連結された減衰手段に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。よって、制振性能が向上された建物を構築することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記の構成としたので、制振効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物を示す立面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る減衰手段を示す、図１の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物の変形状態を示す、模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物の変形状態を示す模式図であり、（Ａ）は変形前の状態を示し、（Ｂ）は変形後の状態を示している。
【図５】建物の振動モデルを示す図であり、（Ａ）は静止状態を示し、（Ｂ）は２次振動モードを示し、（Ｃ）は３次振動モードを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制振構造の変形例が適用された建物を示す立面図である。
【図７】建物を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る制振構造について説明する。図１は、本実施形態に係る制振構造が適用された建物１２を示す概略立面図である。
【００２０】
建物１２は、建物本体１３と、建物本体１３に支持された揺動体２６を備えている。建物本体１３は、外壁１４と、外壁１４に架設されたハットトラス１６及びトラス梁１７と、を備え、複数の床１８が上下方向に重なるように構築された多層構造とされている。建物１２の中央部にはトラス梁１７まで延びる吹抜け空間２０が上下方向に形成されており、当該吹抜け空間２０の周囲に床１８が構築されている。なお、建物本体１３内には、床１８を支持する柱２２が立設されている。
【００２１】
ハットトラス１６は建物１２の頂部に構築されており、鋼材からなる上弦材１６Ａ、下弦材１６Ｂ、及び斜材１６Ｃを連結した高剛性の立体トラス構造とされている。ハットトラス１６の下方にはトラス梁１７が構築されている。トラス梁１７は、鋼材からなる上弦材１７Ａ、下弦材１７Ｂ、及び斜材１７Ｃを連結した高剛性の立体トラス構造とされており、ハットトラス１６と略平行に配置されている。これらのハットトラス１６及びトラス梁１７は、外壁１４に剛接合されている。
【００２２】
トラス梁１７の材軸方向中央部には、下方に向かって突出する揺動体２６が設けられている。揺動体２６は、建物１２の複数層（図１では、７層）にまたがって配置されている。揺動体２６の上端部２６Ａはトラス梁１７に剛接合で固定され、自由端とされた下端部２６Ｂは吹抜け空間２０に配置されている。この揺動体２６は、鋼材からなる弦材２８Ａ及び斜材２８Ｂを連結して壁状に構築された立体トラス構造とされており、当該揺動体２６が建物本体１３に対して相対変位したときに、オイルダンパー３０から受ける反力に対して、十分に抵抗可能な剛性を備えている。
【００２３】
図１及び図２に示されるように、揺動体２６の下端部側と建物本体１３とはオイルダンパー３０（減衰手段）によって連結されており、建物１２に減衰が付与されている。オイルダンパー３０は、揺動体２６の水平方向両側にそれぞれ配置されている。各オイルダンパー３０は、揺動体２６の下端部側に設けられた連結部３２（第２連結部）と、建物本体１３の柱２２に設けられた連結部３４（第１連結部）とに、水平方向（Ａ方向）に伸縮可能に連結されている。このオイルダンパー３０は、オイルが収容されるシリンダ３０Ａと、このシリンダ３０Ａに抜き差し可能に挿入されるロット３０Ｂを備えている。
【００２４】
連結部３２は、揺動体２６の上端部２６Ａ（トラス梁１７との固定部）から一層以上離れた揺動体２６の下端部側に位置し、揺動体２６の側面を構成する弦材２８Ａに設けられている。この連結部３２と水平方向に対向する柱２２には、連結部３４が設けられている。これらの連結部３２、３４には、連結ピン３６によってシリンダ３０Ａ、及びロット３０Ｂがそれぞれ連結されており、連結部３４に対する連結部３２の相対変位に応じて、オイルダンパー３０が伸縮するようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る制震構造の作用について説明する。
【００２６】
図３、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、建物１２が一次振動モードで揺れたときの曲げ変形状態が模式的に示されている。なお、図４（Ａ）は建物１２の変形前の状態を示し、図４（Ｂ）は建物１２の変形後の状態を示している。また、図３、図４（Ｂ）は、理解を容易にするために、建物１２の変形量を誇張して示している。
【００２７】
地震、風等の外力によって建物１２が揺れ、建物本体１３の曲げ変形が卓越すると、一方の外壁１４（図３では、左側）が引張り変形し、他方の外壁１４（図３では、右側）が圧縮変形する。この結果、左右の外壁１４の頂部に高低差が生じて建物本体１３が傾倒し、建物本体１３の上層階にあるハットトラス１６及びトラス梁１７が回転変形すると共に、このトラス梁１７の回転角に応じて、当該トラス梁１７に剛接された揺動体２６が回転変形する。
【００２８】
他方、図４に示されるように、建物本体１３の中層階においても、曲げ変形によって左右の外壁１４に高低差が生じる。しかし、この高低差は、建物１２の上層階と比較して小さく、即ち、建物本体１３の中層階の傾倒角θＭが、揺動体２６の傾倒角（回転角）θＴよりも小さくなる（θＭ＜θＴ）。この上層階と中層階の傾倒角の差により、建物本体１３の中層階に設けられた連結部３４に対して、揺動体２６の下端側に設けられた連結部３２が相対変位（Ｓ１、Ｓ２）する。これにより、連結部３４、３２に連結されたオイルダンパー３０が伸縮して、振動エネルギーが吸収される。
【００２９】
ここで、建物本体１３の傾倒角は、下層階から上層階に向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。そのため、揺動体２６の上部２６Ａが固定された層の傾倒角と、連結部３２が設けられた層の傾倒角との差が大きいほど、建物本体１３に対する連結部３２の相対変位量が増大する。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌ（図１参照）を大きくすることにより、連結部３４に対する連結部３２の相対変位を増大させることができる。
【００３０】
これを床１８等の水平部材の回転角に置き換えて説明すると、建物１２が一次振動モードで揺れる場合、各層における床１８等の水平部材の回転角は、下層階から上層階へ向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。具体的には、建物本体１３の１階における水平部材は通常回転せず、その回転角は０度である。一方、建物本体１３の中〜高層階における水平部材は、建物本体１３の傾倒角に応じて回転し、建物本体１３の頂部で最大となる。例えば、図４（Ｂ）に示す模式図では、ハットトラス１６の回転角θＢが最大となる。従って、揺動体２６の上部２６Ａが固定された層の水平部材の回転角と、連結部３２が設けられた層の水平部材の回転角の差が大きいほど、建物本体１３に対する揺動体２６の相対変位が増大する。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌ（図１参照）を大きくすることにより、連結部３４に対する連結部３２の相対変位を増大させることができる。
【００３１】
本実施形態では、揺動体２６が建物１２の複数層にまたがって配置されているため、揺動体２６の上端部２６Ａから一層以上離れた位置に連結部３２を設けることができ、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌを大きくすることができる。従って、建物本体１３の連結部３４に対する揺動体２６の連結部３２の相対変位量を増大させ、オイルダンパー３０による振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３２】
一方、建物本体１３に対して揺動体２６が相対変位すると、オイルダンパー３０から反力によって、連結部３２を作用点とした撓みが揺動体２６に生じる。この撓み量は、揺動体２６を片持ち梁に置き換えて考えると、上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌの３乗に比例して大きくなる。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌが大きくなるに従って撓み量が増大し、揺動体２６に求められる剛性が大きくなる。そのため、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌを過大にすると、揺動体２６の補強コストや重量の増大を招いてしまう。
【００３３】
従って、連結部３２を設ける位置は、揺動体２６と建物本体１３との相対変位量と、オイルダンパー３０からの反力による揺動体２６の撓み量との相間関係を考慮して、設計することが望ましい。なお、本実施形態では、揺動体２６を立体トラス構造とし、オイルダンパー３０から受ける反力に対して十分に抵抗可能な剛性を確保している。
【００３４】
更に、建物１２が一次振動モードで揺れる場合、前述したように、各層における床１８等の水平部材の回転角は、下層階から上層階へ向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。本実施形態では、建物本体１３の上層階にトラス梁１７を設けているため、トラス梁１７の回転角が最大値（θＢ）付近で推移し、即ち、トラス梁１７に固定された揺動体２６の回転角θＴが最大値（θＢ）付近で推移する。従って、連結部３４に対する連結部３２の相対変位が大きくなり、オイルダンパー３０による振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、建物１２が一次振動モードで揺れた場合を例に説明したが、建物１２が高次振動モードで揺れる場合には、各振動モードの腹部にオイルダンパー３０を設置し、減衰を付与することが効果的である。例えば、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示される多質点の振動モデルのように、建物１２が二次振動モード、三次振動モードで揺れる場合、各振動モード（固有振動モード）において、水平方向の変位（層間変形）が大きくなる腹部Ｐ、又は腹部Ｐ付近に、連結部３４を設けてオイルダンパー３０を設置することで、振動エネルギーを効率的に吸収することができる。
【００３６】
また、建物１２の曲げ剛性は、建物１２の平面形状によって変化する。例えば、図７に示す建物４０のように、平面形状が長方形であって、水平二方向に建物４０が曲げ変形する場合、アスペクト比（建物の高さに対する幅の比）が小さい辺４０Ａと直交する方向（矢印Ｘ方向）の曲げ剛性が相対的に小さくなるため、曲げ変形量が大きくなる。従って、図１に示す建物１２の平面形状が長方形である場合には、オイルダンパーの伸縮方向を、アスペクト比が小さい辺と直交する方向として設置することで、振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、建物１２の上層階に構築されたトラス梁１７に揺動体２６を固定したがこれに限らない。揺動体２６は、建物１２の複数層にまたがって配置されれば良く、建物１２の低〜中層階にある部材に固定しても良い。ただし、前述した揺動体２６の回転角（傾倒角）の観点からは、図６に示されるように、建物１２の頂部に位置するハットトラス１６に揺動体２６を固定することが好ましい。また、揺動体２６の設置場所は吹抜け空間２０に限らず、建物の構造に応じて適宜変更可能である。なお、本実施形態では、吹抜け空間２０に揺動体２６を設置することにより、建物１２内スペースの有効利用を図っている。
【００３８】
また、本実施形態では、揺動体２６の両側にオイルダンパー３０を設置したが、オイルダンパー３０は少なくとも１つ設置されていれば良い。また、本実施形態では、減衰手段としてオイルダンパー３０等の粘性ダンパーを用いたが、オイルダンパー３０に替えて、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー等の種々のダンパーを用いることができる。
【００３９】
また、揺動体２６の形状は、上記した壁状に限らず、柱状、棒状であっても良い。更に、本実施形態では、トラス梁１７に揺動体２６を略直角になるように固定したが、トラス梁１７に対して揺動体２６を傾斜させて固定しても良い。
【００４０】
更に、本実施形態に係る制振構造は、耐震構造、免震構造等の種々の建物に適用可能であり、曲げ変形が卓越する中層〜高層建物に特に有効である。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１２ 建物
２０ 吹抜け空間
２６ 揺動体
３０ オイルダンパー（減衰手段）
３２ 連結部（第２連結部）
３４ 連結部（第１連結部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の制振構造、及び制振構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建物の振動を低減する制振構造が知られている。例えば、特許文献１には、建築物内に剛体を配置し、この剛体と基礎とをダンパー部材で連結した制振構造物が開示されている。この剛体は滑り支承で支持されると共に、その頂部が建築物の屋根部（小屋部）に固定されている。そして、地震時には、屋根部の振動が剛体に伝達され、剛体が滑り移動して当該剛体と基礎とが水平方向に相対変位する。この相対変位を利用してダンパー部材を伸縮させることにより、振動を低減している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の制振構造物では、剛体の滑り移動によって摩擦力が発生するため、剛体と基礎との相対変位量が小さくなり、ダンパー部材を効率的に伸縮させることができない。また、剛体を支持する基礎が必須となるため、コストが増大する。
【０００４】
一方、特許文献２には、架構に固定された方形枠と、この方形枠内に配置された制振パネルとをオイルダンパーで連結した制振構造が開示されている。制振パネルの上部は方形枠の上枠材に固定されており、制振パネルの下部は自由端とされている。この制振パネルの下部と方形枠の左枠材とは、オイルダンパーによって連結されている。そして、地震時に、架構に層間変形が生じると、方形枠の左枠材に対して制振パネルの下部（自由端）が相対変位する。この相対変位を利用して、オイルダンパーを伸縮させることにより、振動を低減している。
【０００５】
しかしながら、特許文献２の制振構造では、架構に方形枠及び制振パネルを設置することを前提としている。従って、制振パネルの下部と左枠材との間には、最大でも建物の一層分の層間変形に応じた相対変位しか生じ得ず、建物によっては充分な制振効果を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３８７８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、制振性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の制振構造は、建物の複数層にまたがって配置され、その上端部が該建物に固定されると共にその下端部が自由端とされた揺動体と、前記建物に設けられる第１連結部と、前記揺動体の下端部側に設けられ、前記建物に外力が作用したときに、前記第１連結部に対して相対変位する第２連結部と、に連結される減衰手段と、を備えている。
【０００９】
上記の構成によれば、揺動体が、建物の複数層にまたがって配置されている。この揺動体の上端部は建物に固定され、その下端部は自由端とされている。従って、地震、風等によって建物に外力が作用し、建物が曲げ変形すると、建物に設けられた第１連結部に対して、揺動体の下端部側に設けられた第２連結部が相対変位する。これにより、第１連結部と第２連結部とに連結された減衰手段に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。
【００１０】
ここで、第１連結部と第２連結部との相対変位量は、建物に固定された揺動体の上端部から第２連結部までの距離に応じて大きくなるところ、本発明では、揺動体が建物の複数層にまたがって配置されている。これにより、揺動体の上端部から一層以上離れた位置に第２連結部を設けることが可能となり、即ち、第１連結部と第２連結部との相対変位を大きくすることができる。従って、減衰手段による制振低減効果を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の制振構造は、請求項１に記載の制振構造において、前記揺動体が、前記建物内に形成された吹抜け空間に配置されている。
【００１２】
上記の構成によれば、建物内に形成された吹抜け空間を利用して、揺動体を設置することにより、建物内スペースの有効利用を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の制振構造は、請求項１又は請求項２に記載の制振構造において、前記第１連結部が、前記建物の固有振動モードの腹部に位置している。
【００１４】
上記の構成によれば、建物の固有振動モードの腹部、即ち、相対的に層間変形が大きくなる建物の部位に第１連結部が位置している。従って、第１連結部に対する第２連結部の相対変位が大きくなり、減衰手段による振動低減効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の建物は、請求項１〜３の何れか１項に記載の制振構造を有し、前記揺動体が配置される吹抜け空間を備えている。
【００１６】
上記の構成によれば、建物は、吹抜け空間を有している。この吹抜け空間には、揺動体が配置されている。この揺動体は、建物の複数層にまたがって配置されており、その上端部は建物に固定され、その下端部は自由端とされている。従って、地震、風等によって建物に外力が作用し、建物が曲げ変形すると、建物に設けられた第１連結部に対して、揺動体の下端部側に設けられた第２連結部が相対変位する。これにより、第１連結部と第２連結部とに連結された減衰手段に力が伝達され、振動エネルギーが吸収される。よって、制振性能が向上された建物を構築することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記の構成としたので、制振効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物を示す立面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る減衰手段を示す、図１の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物の変形状態を示す、模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る制振構造が適用された建物の変形状態を示す模式図であり、（Ａ）は変形前の状態を示し、（Ｂ）は変形後の状態を示している。
【図５】建物の振動モデルを示す図であり、（Ａ）は静止状態を示し、（Ｂ）は２次振動モードを示し、（Ｃ）は３次振動モードを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制振構造の変形例が適用された建物を示す立面図である。
【図７】建物を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る制振構造について説明する。図１は、本実施形態に係る制振構造が適用された建物１２を示す概略立面図である。
【００２０】
建物１２は、建物本体１３と、建物本体１３に支持された揺動体２６を備えている。建物本体１３は、外壁１４と、外壁１４に架設されたハットトラス１６及びトラス梁１７と、を備え、複数の床１８が上下方向に重なるように構築された多層構造とされている。建物１２の中央部にはトラス梁１７まで延びる吹抜け空間２０が上下方向に形成されており、当該吹抜け空間２０の周囲に床１８が構築されている。なお、建物本体１３内には、床１８を支持する柱２２が立設されている。
【００２１】
ハットトラス１６は建物１２の頂部に構築されており、鋼材からなる上弦材１６Ａ、下弦材１６Ｂ、及び斜材１６Ｃを連結した高剛性の立体トラス構造とされている。ハットトラス１６の下方にはトラス梁１７が構築されている。トラス梁１７は、鋼材からなる上弦材１７Ａ、下弦材１７Ｂ、及び斜材１７Ｃを連結した高剛性の立体トラス構造とされており、ハットトラス１６と略平行に配置されている。これらのハットトラス１６及びトラス梁１７は、外壁１４に剛接合されている。
【００２２】
トラス梁１７の材軸方向中央部には、下方に向かって突出する揺動体２６が設けられている。揺動体２６は、建物１２の複数層（図１では、７層）にまたがって配置されている。揺動体２６の上端部２６Ａはトラス梁１７に剛接合で固定され、自由端とされた下端部２６Ｂは吹抜け空間２０に配置されている。この揺動体２６は、鋼材からなる弦材２８Ａ及び斜材２８Ｂを連結して壁状に構築された立体トラス構造とされており、当該揺動体２６が建物本体１３に対して相対変位したときに、オイルダンパー３０から受ける反力に対して、十分に抵抗可能な剛性を備えている。
【００２３】
図１及び図２に示されるように、揺動体２６の下端部側と建物本体１３とはオイルダンパー３０（減衰手段）によって連結されており、建物１２に減衰が付与されている。オイルダンパー３０は、揺動体２６の水平方向両側にそれぞれ配置されている。各オイルダンパー３０は、揺動体２６の下端部側に設けられた連結部３２（第２連結部）と、建物本体１３の柱２２に設けられた連結部３４（第１連結部）とに、水平方向（Ａ方向）に伸縮可能に連結されている。このオイルダンパー３０は、オイルが収容されるシリンダ３０Ａと、このシリンダ３０Ａに抜き差し可能に挿入されるロット３０Ｂを備えている。
【００２４】
連結部３２は、揺動体２６の上端部２６Ａ（トラス梁１７との固定部）から一層以上離れた揺動体２６の下端部側に位置し、揺動体２６の側面を構成する弦材２８Ａに設けられている。この連結部３２と水平方向に対向する柱２２には、連結部３４が設けられている。これらの連結部３２、３４には、連結ピン３６によってシリンダ３０Ａ、及びロット３０Ｂがそれぞれ連結されており、連結部３４に対する連結部３２の相対変位に応じて、オイルダンパー３０が伸縮するようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る制震構造の作用について説明する。
【００２６】
図３、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、建物１２が一次振動モードで揺れたときの曲げ変形状態が模式的に示されている。なお、図４（Ａ）は建物１２の変形前の状態を示し、図４（Ｂ）は建物１２の変形後の状態を示している。また、図３、図４（Ｂ）は、理解を容易にするために、建物１２の変形量を誇張して示している。
【００２７】
地震、風等の外力によって建物１２が揺れ、建物本体１３の曲げ変形が卓越すると、一方の外壁１４（図３では、左側）が引張り変形し、他方の外壁１４（図３では、右側）が圧縮変形する。この結果、左右の外壁１４の頂部に高低差が生じて建物本体１３が傾倒し、建物本体１３の上層階にあるハットトラス１６及びトラス梁１７が回転変形すると共に、このトラス梁１７の回転角に応じて、当該トラス梁１７に剛接された揺動体２６が回転変形する。
【００２８】
他方、図４に示されるように、建物本体１３の中層階においても、曲げ変形によって左右の外壁１４に高低差が生じる。しかし、この高低差は、建物１２の上層階と比較して小さく、即ち、建物本体１３の中層階の傾倒角θＭが、揺動体２６の傾倒角（回転角）θＴよりも小さくなる（θＭ＜θＴ）。この上層階と中層階の傾倒角の差により、建物本体１３の中層階に設けられた連結部３４に対して、揺動体２６の下端側に設けられた連結部３２が相対変位（Ｓ１、Ｓ２）する。これにより、連結部３４、３２に連結されたオイルダンパー３０が伸縮して、振動エネルギーが吸収される。
【００２９】
ここで、建物本体１３の傾倒角は、下層階から上層階に向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。そのため、揺動体２６の上部２６Ａが固定された層の傾倒角と、連結部３２が設けられた層の傾倒角との差が大きいほど、建物本体１３に対する連結部３２の相対変位量が増大する。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌ（図１参照）を大きくすることにより、連結部３４に対する連結部３２の相対変位を増大させることができる。
【００３０】
これを床１８等の水平部材の回転角に置き換えて説明すると、建物１２が一次振動モードで揺れる場合、各層における床１８等の水平部材の回転角は、下層階から上層階へ向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。具体的には、建物本体１３の１階における水平部材は通常回転せず、その回転角は０度である。一方、建物本体１３の中〜高層階における水平部材は、建物本体１３の傾倒角に応じて回転し、建物本体１３の頂部で最大となる。例えば、図４（Ｂ）に示す模式図では、ハットトラス１６の回転角θＢが最大となる。従って、揺動体２６の上部２６Ａが固定された層の水平部材の回転角と、連結部３２が設けられた層の水平部材の回転角の差が大きいほど、建物本体１３に対する揺動体２６の相対変位が増大する。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌ（図１参照）を大きくすることにより、連結部３４に対する連結部３２の相対変位を増大させることができる。
【００３１】
本実施形態では、揺動体２６が建物１２の複数層にまたがって配置されているため、揺動体２６の上端部２６Ａから一層以上離れた位置に連結部３２を設けることができ、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌを大きくすることができる。従って、建物本体１３の連結部３４に対する揺動体２６の連結部３２の相対変位量を増大させ、オイルダンパー３０による振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３２】
一方、建物本体１３に対して揺動体２６が相対変位すると、オイルダンパー３０から反力によって、連結部３２を作用点とした撓みが揺動体２６に生じる。この撓み量は、揺動体２６を片持ち梁に置き換えて考えると、上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌの３乗に比例して大きくなる。従って、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌが大きくなるに従って撓み量が増大し、揺動体２６に求められる剛性が大きくなる。そのため、揺動体２６の上端部２６Ａから連結部３２までの距離Ｌを過大にすると、揺動体２６の補強コストや重量の増大を招いてしまう。
【００３３】
従って、連結部３２を設ける位置は、揺動体２６と建物本体１３との相対変位量と、オイルダンパー３０からの反力による揺動体２６の撓み量との相間関係を考慮して、設計することが望ましい。なお、本実施形態では、揺動体２６を立体トラス構造とし、オイルダンパー３０から受ける反力に対して十分に抵抗可能な剛性を確保している。
【００３４】
更に、建物１２が一次振動モードで揺れる場合、前述したように、各層における床１８等の水平部材の回転角は、下層階から上層階へ向って大きくなり、建物本体１３の頂部で最大となる。本実施形態では、建物本体１３の上層階にトラス梁１７を設けているため、トラス梁１７の回転角が最大値（θＢ）付近で推移し、即ち、トラス梁１７に固定された揺動体２６の回転角θＴが最大値（θＢ）付近で推移する。従って、連結部３４に対する連結部３２の相対変位が大きくなり、オイルダンパー３０による振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態では、建物１２が一次振動モードで揺れた場合を例に説明したが、建物１２が高次振動モードで揺れる場合には、各振動モードの腹部にオイルダンパー３０を設置し、減衰を付与することが効果的である。例えば、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示される多質点の振動モデルのように、建物１２が二次振動モード、三次振動モードで揺れる場合、各振動モード（固有振動モード）において、水平方向の変位（層間変形）が大きくなる腹部Ｐ、又は腹部Ｐ付近に、連結部３４を設けてオイルダンパー３０を設置することで、振動エネルギーを効率的に吸収することができる。
【００３６】
また、建物１２の曲げ剛性は、建物１２の平面形状によって変化する。例えば、図７に示す建物４０のように、平面形状が長方形であって、水平二方向に建物４０が曲げ変形する場合、アスペクト比（建物の高さに対する幅の比）が小さい辺４０Ａと直交する方向（矢印Ｘ方向）の曲げ剛性が相対的に小さくなるため、曲げ変形量が大きくなる。従って、図１に示す建物１２の平面形状が長方形である場合には、オイルダンパーの伸縮方向を、アスペクト比が小さい辺と直交する方向として設置することで、振動エネルギー吸収効率を高めることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、建物１２の上層階に構築されたトラス梁１７に揺動体２６を固定したがこれに限らない。揺動体２６は、建物１２の複数層にまたがって配置されれば良く、建物１２の低〜中層階にある部材に固定しても良い。ただし、前述した揺動体２６の回転角（傾倒角）の観点からは、図６に示されるように、建物１２の頂部に位置するハットトラス１６に揺動体２６を固定することが好ましい。また、揺動体２６の設置場所は吹抜け空間２０に限らず、建物の構造に応じて適宜変更可能である。なお、本実施形態では、吹抜け空間２０に揺動体２６を設置することにより、建物１２内スペースの有効利用を図っている。
【００３８】
また、本実施形態では、揺動体２６の両側にオイルダンパー３０を設置したが、オイルダンパー３０は少なくとも１つ設置されていれば良い。また、本実施形態では、減衰手段としてオイルダンパー３０等の粘性ダンパーを用いたが、オイルダンパー３０に替えて、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー等の種々のダンパーを用いることができる。
【００３９】
また、揺動体２６の形状は、上記した壁状に限らず、柱状、棒状であっても良い。更に、本実施形態では、トラス梁１７に揺動体２６を略直角になるように固定したが、トラス梁１７に対して揺動体２６を傾斜させて固定しても良い。
【００４０】
更に、本実施形態に係る制振構造は、耐震構造、免震構造等の種々の建物に適用可能であり、曲げ変形が卓越する中層〜高層建物に特に有効である。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１２ 建物
２０ 吹抜け空間
２６ 揺動体
３０ オイルダンパー（減衰手段）
３２ 連結部（第２連結部）
３４ 連結部（第１連結部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の複数層にまたがって配置され、その上端部が該建物に固定されると共にその下端部が自由端とされた揺動体と、
前記建物に設けられる第１連結部と、前記揺動体の下端部側に設けられ、前記建物に外力が作用したときに、前記第１連結部に対して相対変位する第２連結部と、に連結される減衰手段と、
を備える制振構造。
【請求項２】
前記揺動体が、前記建物内に形成された吹抜け空間に配置されている請求項１に記載の制振構造。
【請求項３】
前記第１連結部が、前記建物の固有振動モードの腹部に位置している請求項１又は請求項２に記載の制振構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の制振構造を有し、前記揺動体が配置される吹抜け空間を備える建物。
【請求項１】
建物の複数層にまたがって配置され、その上端部が該建物に固定されると共にその下端部が自由端とされた揺動体と、
前記建物に設けられる第１連結部と、前記揺動体の下端部側に設けられ、前記建物に外力が作用したときに、前記第１連結部に対して相対変位する第２連結部と、に連結される減衰手段と、
を備える制振構造。
【請求項２】
前記揺動体が、前記建物内に形成された吹抜け空間に配置されている請求項１に記載の制振構造。
【請求項３】
前記第１連結部が、前記建物の固有振動モードの腹部に位置している請求項１又は請求項２に記載の制振構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の制振構造を有し、前記揺動体が配置される吹抜け空間を備える建物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６１２４７（Ｐ２０１０−２６１２４７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１３６９１（Ｐ２００９−１１３６９１）
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月８日（２００９．５．８）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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