説明

制振構造物

【課題】剛性が高い構造物の水平方向の幅や奥行きに対する高さの比が大きい場合であっても、十分な制振効果が得られるようにする。
【解決手段】外部建物20と、外部建物20と異なる固有周期を有する内部構造体30と、複数の高さ位置において外部建物20と内部構造体30とを連結する水平制振装置40と、を備えた制振構造物10に、外部建物20及び内部構造体30の上部における両者の鉛直方向の相対変位を抑制する鉛直変位抑制機構50を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固有周期の異なる複数の構造物を制振装置により連結してなる制振構造物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、高層建物では、地震力や風荷重による大きな水平力が入力されると、それに応じて建物に大きな変位が生じてしまうため、柱や梁の本数を増やしたり、柱や梁の断面積を大きしたりするなどの方法により建物の剛性を高めて耐震性を向上している。しかしながら、かかる方法では、建物の開口面積が減ってしまったり、居住空間が削られてしまったりするなど、平面計画上の障害になるという問題があった。
【0003】
そこで、本願出願人らは、建物本体を構成する外部建物内に、剛性が高く、固有周期が異なる内部構造体を設け、外部建物と内部構造体との間を制振ダンパーにより接続した制振構造物を提案している(例えば、特許文献1及び2参照)。このような制振構造物によれば、外部建物と内部構造体とが固有周期が異なることで、変形モードが異なり、制振ダンパーにより効率よく振動エネルギーを吸収することができるため、外部建物の剛性を高めなくても耐震性を持たせることができ、上記のような問題を解決することできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006―241783号公報
【特許文献2】特開2005―180089号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のような制振構造物において、内部構造体の幅や奥行きに対する高さの比が大きい場合には、地震動や制振ダンパーの反力に対する内部構造体の剛性が小さくなってしまい、外部建物との固有周期の差が小さくなるため、外部建物に対する制振効果が十分に得られなくなるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、固有周期の異なる構造物を制振装置により連結してなる制振構造物において、剛性が高い構造物の水平方向の幅や奥行きに対する高さの比が大きい場合であっても、十分な制振効果が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の制振構造物は、第1の構造体と、当該第1の構造体と異なる固有周期を有する一以上の第2の構造体と、一又は複数の高さ位置において前記第1の構造体と第2の構造体とを連結する制振装置と、を備えた制振構造物であって、前記第1の構造体と前記第2の構造体とは上部で分離しており、前記第1の構造体及び前記第2の構造体の上部における両者の鉛直方向の相対変位を抑制する鉛直変位抑制機構を有することを特徴とする。
【0008】
上記の制振構造物において、前記鉛直変位抑制機構は、前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物の上部から横方向に突出する取付部材と、前記取付部材と前記第1の構造体又は第2の構造体のうちの他方の上部とを結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなるものであってもよい。
【0009】
また、前記鉛直変位抑制機構は、異なる高さ位置において前記第1及び第2の構造体の夫々の上部から横方向に突出する取付部材と、これら取付部材の間を結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなるものであってもよい。
また、前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物は、他方の構造物を取り囲むように、又は他方の構造物の両側部に配置されており、前記鉛直変位抑制機構は、前記高い方の構造物の上部において、前記他方の構造物の上方を跨ぐように掛け渡された取付部材と、前記取付部材と、前記他方の構造物の上部とを結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなるものであってもよい。
また、前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物は、他方の構造物を取り囲むように、又は他方の構造物の両側部に配置されており、前記鉛直変位抑制機構は、前記高い方の構造物の上部において、前記他方の構造物の上部に水平方向にスライド可能に当接するように前記他方の構造物の上方に掛け渡された部材からなるものであってもよい。
【0010】
また、前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その両端が夫々、いかなる方向にも回転できるように接続されていてもよい。
また、前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうちの一方に、少なくとも水平面から外れた所定の面内で回転可能に接続されるとともに、他端が前記所定の面内で回転可能に接続され、かつ、前記所定の面と交わる方向に水平にスライド可能に接続されていてもよい。
また、前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうち一方に固定されるとともに、他端が前記第1又は第2の構造体のうちの他方に水平方向の何れの方向にもスライド可能に接続されていてもよい。
また、前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうち一方に水平方向の一方向にスライド可能に接続されるとともに、他端が前記第1又は第2の構造体のうちの他方に前記一方向とは異なる水平方向にスライド可能に接続されていてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、固有周期の異なる複数の構造物の鉛直方向変位を抑制することにより、何れかの構造物が水平方向の幅や奥行きに対する高さの比が大きい場合であっても、この構造物に曲げ変形が発生するのを抑えることができ、実質的に剛性を向上することができるため、十分な制振効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施形態の制振構造物の構成を示し、(A)は鉛直方向断面図、(B)は水平方向断面図である。
【図2】単独の内部構造物に曲げ変形が生じた様子を示す図である。
【図3】外部建物と内部構造物の上部を結ぶように設けられた鉛直変位抑制機構を示す拡大図である。
【図4】鉛直制振装置の別の接続方法を示す図である。
【図5】別の実施形態の制振構造物を示す図である。
【図6】内部構造物が外部建物に比べて高い場合の制振構造物を示す図である。
【図7】外部建物と内部構造物の高さが略等しい場合の制振構造物を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の制振構造物の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態の制振構造物10の構成を示し、(A)は鉛直方向断面図、(B)は水平方向断面図である。同図に示すように、本実施形態の制振構造物10は、内部に上下方向に延びるボイド空間21を有する外部建物20と、ボイド空間21内に構築された内部構造物30と、外部建物20と内部構造物30とを接続するように、ボイド空間21内の複数の高さ位置に設けられた水平制振装置40と、外部建物20及び内部構造物30の最上部を結ぶように設けられ、これら外部建物20と内部構造物30との鉛直方向の相対変位を抑制する鉛直変位抑制機構50と、を備える。
【0014】
外部建物20は平面視矩形に形成され、上述のように内部に上下方向に延びるボイド空間21を有する高層建物である。外部建物20としては、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。
【0015】
内部構造物30は、外部建物20と同様に、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。内部構造物30は、構造耐力を負担する構造要素として利用してもよいし、建物として利用してもよい。また、内部構造物30は、外部建物20に比べて高い剛性を有するように構築されている。さらに、内部構造物30は、その幅及び奥行きに比べて高さの比が大きい。
【0016】
水平制振装置40は、外部建物20内のボイド空間21のコーナー部と、内部構造物30のコーナー部とを結ぶように略水平に設けられている。なお、水平制振装置40としては油圧ダンパーや鋼材ダンパー等、内部構造物30と外部建物20の相対変位に合わせて変形するとともに、エネルギーを吸収する制振装置であれば用いることができる。また、水平制振装置40の接続の仕方は、必ずしも、図1(B)に示すように配置する必要はなく、外部建物20と内部構造物30の何れの方向の相対変位に対しても、何れかの水平制振装置40が変形してエネルギーを吸収できる配置であればよい。
【0017】
ここで、本実施形態の内部構造物30のように、幅及び奥行きに比べて高さの比が大きいような建物は剛性が低く、水平力が作用すると大きな曲げ変形が生じやすい。図2は、単独の内部構造物30に水平力が作用した様子を示す図である。同図に示すように、内部構造物30に図中矢印の方向の水平力が作用すると、内部構造物30には曲げ変形が生じ、上端部の図中左側が上方へと移動するとともに、上端部の図中右側が下方へ移動する。このような上下変位を抑制するべく、本実施形態では、外部建物20及び内部構造物30の最上部を結ぶように鉛直変位抑制機構50を設けている。
【0018】
図3は、外部建物20と内部構造物30の上部を結ぶように設けられた鉛直変位抑制機構50を示す拡大図である。同図に示すように、鉛直変位抑制機構50は、外部建物20の最上部に、水平方向に突出し、その先端が内部構造物30の上方まで到達するように設けられた取付部材51と、取付部材51の先端と内部構造物30とを結ぶように鉛直方向に立設された鉛直制振装置52とにより構成される。
取付部材51は、外部構造物20の梁と同様の構成であり、特に鉛直方向に大きな剛性を有する。
鉛直制振装置52としては、油圧ダンパーや鋼材ダンパーなどの鉛直方向の変形エネルギーを吸収可能な制振装置を用いることができる。
【0019】
鉛直制振装置52の上端は、自在継手54により水平視における何れの方向にも回動できるように取付部材51に接続されている。また、鉛直制振装置52の下端も、自在継手53により水平視における何れの方向にも回動できるように内部構造物30の最上部に接続されている。かかる構成により、外部建物20と、内部構造物30とが水平方向のいかなる方向に相対変位したとしても、鉛直制振装置52がこの相対変位した方向に向くように回動し、鉛直方向に対して傾斜して、この相対変位に追従することができるので、鉛直制振装置52の破損を防止して、鉛直方向の制振性能を維持することができる。
【0020】
かかる構成の制振構造物10に地震力が作用すると、内部構造物30は、図2に示すような曲げ変形をしようとする。この際、上記のように、内部構造物30の上端部の水平力の作用する側は上方へ、上端部の水平力が作用する側と反対側は下方へ移動しようとする。
【0021】
これに対して、内部構造物30と外部建物20との間を結ぶように設けられた鉛直制振装置52がこの鉛直方向の相対変位に対して抵抗する。これにより、内部構造物30に生じる曲げ変形が小さくなることで、内部構造物30は水平力に対して剛性の高い構造物と同様の挙動を示すこととなる。
【0022】
このため、高さに対して幅や奥行きが小さな内部構造物30であっても、外部建物20と内部構造物30の固有周期の差が小さくなることがなく、外部建物20と内部構造物30とが異なる振動モードで振動し、水平制振装置40により十分に振動エネルギーを吸収することができる。
【0023】
以上説明したように、本実施形態によれば、内部構造物30と外部建物20の最上階との間に鉛直制振装置52を設けることにより、これら内部構造物30と外部建物20との間で生じる鉛直方向の相対変位を抑えることができる。このため、内部構造物30が剛性の高い構造物と同様の挙動を示し、内部構造物30が幅や奥行きが小さい場合であっても、十分な制振効果が得られる。
【0024】
また、鉛直制振装置52が変形することにより振動エネルギーを吸収するため、さらに、効率良く外部建物20を制振することができる。
【0025】
なお、本実施形態では、鉛直制振装置52の両端を、夫々、水平視何れの方向にも回動可能に接続することにより、外部建物20と内部構造物30とが水平視何れの方向に相対変位したとしても、これに追従できるようにしたが、これに限らず、以下に説明するように接続することにより相対変位に追従することとしてもよい。
【0026】
図4は鉛直制振装置52別の接続方法を示す図である。同図(A)に示す例では、鉛直制振装置52の一端(図4の例では上端)を図中のXZ平面で回動可能に接続し、他方の端部(図4の例では下端)をXZ平面で回動可能、かつ、Y方向にスライド可能に接続している。
【0027】
このように接続した場合であっても、例えば、外部建物20と内部構造物30とX方向の相対変位が生じた場合には、同図(B)に示すように、鉛直制振装置52がXZ平面内で回動して傾斜することにより、この相対変位に追従することができる。また、同図(C)に示すように、Y方向の相対変位が生じた場合には、鉛直制振装置52の下端がY方向にスライドすることにより、これに追従することができる。このように鉛直制振装置52がX方向、Y方向の変位に追従可能であるため、外部建物20と内部構造物30との間に水平方向に何れの方向に変位が生じた場合であっても、これに追従することができる。
【0028】
また、図4を参照して説明した鉛直制振装置52の接続例では鉛直制振装置52の両端を水平面に対して垂直なXZ平面内を回動可能とすることにより、X方向の相対変位に追従し、下端をXZ平面に対して垂直なY方向にスライド可能に接続することによりY方向の相対変位に追従することとしたが、必ずしも、鉛直制振装置52の両端は水平面に対して垂直な面内を回動可能とする必要はなく、両端が水平面から外れた回動面内を回動可能に接続されていればよく、また、回動面に対して垂直方向にスライド可能にする必要はなく、回動面から外れた方向(すなわち、回動面に交わる方向)にスライド可能であればよい。
【0029】
さらに、鉛直制振装置52の何れか一方の端部を固定し、他方の端部を水平面上いずれの方向にもすべり可能に構成することとしてもよい。また、鉛直制振装置52の一端を水平方向に一方向にすべり可能とし、他端を前記一方向と異なる方向にすべり可能としてもよい。要するに、外部建物20と内部構造物30とが水平方向に相対変位しても、これに追従できる構成であればよい。
【0030】
また、本実施形態では、外部建物20から取付部材51を突出させ、鉛直制振装置52の上端をこの取付部材51に接続し、下端を内部構造物30の上部に接続するものとしたが、これに限らず、図5(A)に示すように、外部建物20及び内部構造物30、夫々に水平方向に突出する取付部材153、151を設け、これら取付部材153、151に鉛直制振装置152の両端を接続してもよい。また、図5(B)に示すように、外部建物20にボイド空間21の上部を跨ぐように取付部材251を掛け渡し、この取付部材251と内部構造物30の上部とを結ぶように鉛直制振装置252を設けてもよい。
【0031】
また、本実施形態では、外部建物20と、内部構造物30とを結ぶように、鉛直制振装置52の両端を接続するものとしたが、これに限らず、鉛直方向の剛性が高い剛材を接続するものとしてもよい。かかる場合であっても、内部構造物30が曲げ変形を生じようとすると、この曲げ変形が剛材により抑えられるため、内部構造物30の剛性を向上することができる。なお、この際、上端又は下端を水平視何れの方向にもすべり可能とするなど、剛材が伸縮しなくても、外部建物20と内部構造物30との間の水平変位に追従できる機構が必要となる。
【0032】
また、本実施形態では、鉛直制振装置52を鉛直方向に延びるように設置することとしたが、これに限らず、傾斜させて設置してもよく、要するに、外部建物20と内部構造物30との間の鉛直変位を抑制できればよい。なお、このように鉛直制振装置52を傾斜させて設置する場合には、鉛直制振装置52に水平制振装置としての機能も持たせることが可能となる。
【0033】
また、本実施形態では、外部建物20が内部構造物30に比べて高い場合について説明したが、これに限らず、内部構造物30が外部建物20に比べて高い場合にも本発明を適用することができる。図6は、内部構造物30が外部建物20に比べて高い場合の制振構造物10を示す図である。同図に示すように、内部構造物30が外部建物20に比べて高い場合には、内部構造物30から取付部材351を突出させ、この取付部材351に鉛直制振装置352の上端を接続し、外部建物20の上部に鉛直制振装置352の下端を接続すればよい。なお、この際、図6(A)に示すように、外部建物20の外縁に鉛直制振装置352を設けることとしてもよいし、(B)に示すように、ボイド空間21の縁に鉛直制振装置352を設けることとしてもよい。
【0034】
また、外部建物20と内部構造物30の高さが略等しい場合には、鉛直制振装置52を省略することが可能となる。この場合、図7に示すように、外部建物20にボイド空間21の上部を跨ぐように水平部材451を掛け渡し、この水平部材451と内部構造物30とをスライド可能に当接させる構成としてもよい。
【0035】
また、本実施形態では、外部建物20と、外部建物20の内部に上下方向に延びるボイド空間21内に設けられた内部構造物30とが水平制振装置40により連結されてなる制振構造物10に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、剛性の異なる(固有周期の異なる)複数の構造物が併設され、これら複数の構造物が制振装置により連結されてなる制振構造物にも本発明を適用することができる。
また、上記の各実施形態では、取付部材51、151、153、251、351を外部建物20から水平方向に突出するように設けることとしたが、これに限らず、水平方向に対して傾斜するように設けることとしてもよく、要するに横方向に突出していればよい。
【符号の説明】
【0036】
10 制振構造物
20 外部建物
21 ボイド空間
30 内部構造物
40 水平制振装置
50,150、250、350、450 鉛直変位抑制機構
51、151、153、251、351 取付部材
52、152、252、352 鉛直制振装置
53、54 自在継手
451 水平部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の構造体と、当該第1の構造体と異なる固有周期を有する一以上の第2の構造体と、一又は複数の高さ位置において前記第1の構造体と第2の構造体とを連結する制振装置と、を備えた制振構造物であって、
前記第1の構造体と前記第2の構造体とは少なくとも上部で分離しており、
前記第1の構造体及び前記第2の構造体の上部における両者の鉛直方向の相対変位を抑制する鉛直変位抑制機構を有することを特徴とする制振構造物。
【請求項2】
請求項1記載の制振構造物であって、
前記鉛直変位抑制機構は、前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物の上部から横方向に突出する取付部材と、
前記取付部材と前記第1の構造体又は第2の構造体のうちの他方の上部とを結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなることを特徴とする制振構造物。
【請求項3】
請求項1記載の制振構造物であって、
前記鉛直変位抑制機構は、異なる高さ位置において前記第1及び第2の構造体の夫々の上部から横方向に突出する取付部材と、
これら取付部材の間を結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなることを特徴とする制振構造物。
【請求項4】
請求項1記載の制振構造物であって、
前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物は、他方の構造物を取り囲むように、又は他方の構造物の両側部に配置されており、
前記鉛直変位抑制機構は、前記高い方の構造物の上部において、前記他方の構造物の上方を跨ぐように掛け渡された取付部材と、
前記取付部材と、前記他方の構造物の上部とを結ぶように取り付けられた制振装置又は鉛直剛性の高い部材と、からなることを特徴とする制振構造物。
【請求項5】
請求項1記載の制振構造物であって、
前記第1又は第2の構造体のうちの高い方の構造物は、他方の構造物を取り囲むように、又は他方の構造物の両側部に配置されており、
前記鉛直変位抑制機構は、前記高い方の構造物の上部において、前記他方の構造物の上部に水平方向にスライド可能に当接するように前記他方の構造物の上方に掛け渡された部材からなることを特徴とする制振構造物。
【請求項6】
請求項2から4何れかに1項記載の制振構造物であって、
前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その両端が夫々、いかなる方向にも回転できるように接続されていることを特徴とする制振構造物。
【請求項7】
請求項2から4何れかに1項記載の制振構造物であって、
前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうちの一方に、少なくとも水平面から外れた所定の面内で回転可能に接続されるとともに、他端が前記所定の面内で回転可能に接続され、かつ、前記所定の面と交わる方向に水平にスライド可能に接続されていることを特徴とする制振構造物。
【請求項8】
請求項2から4何れかに1項記載の制振構造物であって、
前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうち一方に固定されるとともに、他端が前記第1又は第2の構造体のうちの他方に水平方向の何れの方向にもスライド可能に接続されていることを特徴とする制振構造物。
【請求項9】
請求項2から4何れかに1項記載の制振構造物であって、
前記制振装置又は鉛直剛性の高い部材は、その一端が前記第1又は第2の構造体のうち一方に水平方向の一方向にスライド可能に接続されるとともに、他端が前記第1又は第2の構造体のうちの他方に前記一方向とは異なる水平方向にスライド可能に接続されていることを特徴とする制振構造物。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−47458(P2013−47458A)
【公開日】平成25年3月7日(2013.3.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−254267(P2012−254267)
【出願日】平成24年11月20日(2012.11.20)
【分割の表示】特願2008−101778(P2008−101778)の分割
【原出願日】平成20年4月9日(2008.4.9)
【出願人】(000000549)株式会社大林組 (1,758)
【Fターム(参考)】