制震建物

【課題】ラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体が鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接するように並立され、両構造体が前記の間隔部分を相互に短スパン梁若しくは境界梁等に代わる連結手段である回転式摩擦ダンパーユニットで連結して構築した制震建物を提供する。
【解決手段】梁材３０の両側に一対の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを連結してなる回転式摩擦ダンパーユニット３が、鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接し並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１の間隔部分２の鉛直方向に間隔を開けて複数配置され、回転式摩擦ダンパーユニット３の両側に位置する回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの端部６ａを、並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と緊結して構築されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体が鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接するように並立され、両構造体が前記の間隔部分を相互に短スパン梁若しくは境界梁等に代わる連結手段である回転式摩擦ダンパーユニットで連結して構築した制震建物の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の耐震設計法としては、建物の躯体を構成する柱、梁、壁などを地震力に抵抗する耐震要素とし、これらの各耐震要素に一定の強度、剛性を付与する設計法により、例えば中小の地震には各耐震要素の剛性で抵抗し、中以上の大地震に対してはいずれかの耐震要素が降伏して地震入力を吸収し減衰して建物の倒壊を防ぐ技術的思想が採用されている。
その一例として、ラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体が鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接するように並立する場合に、両構造体を前記の間隔部分で相互に短スパン梁若しくは境界梁等により連結した制震建物が知られている。
しかし、上記の耐震設計法は、中小規模の地震に対しては各耐震要素の剛性が大きすぎたり、部材寸法と重量が大きすぎるという不経済性が発生しやすい。あるいは逆に、中規模以上の大地震に対しては耐震要素の降伏応力が小さすぎ、建物倒壊の危険を招く懸念があるなど、設計の自由度が制限される問題点が知られている。
【０００３】
上記問題点の解決を目的として、下記の特許文献１に開示された発明「柔剛混合構造」は、建物のコア部をＲＣ造の連層壁で構成すると共に該連層壁の中央部に上下方向に連続する隙間部を設け、この隙間部に水平に鉄骨梁（ダンパー）を配置して、その両端を連層壁へ埋設し連結した構成が提案されている。前記の鉄骨梁は、普通鋼材又は極低降伏点鋼材からなるものとし、前記連層壁が形成する上下方向の隙間部へ、上下方向に所定の間隔を開けて複数配置されている。
したがって、上記鉄骨梁（鋼材ダンパー）の種類、材質、形状および配置の位置などを連層壁の剛性、耐力に応じて選択、調製することにより、躯体を構成する柱や梁などは大地震時においても弾性的挙動の範囲内に納まる設計法が可能となり、耐震性に優れた建物構造を設計する自由度があると説明している。
また、特許文献１の発明は、ダンパーとして、上記鉄骨梁（鋼材ダンパー）のほかに、履歴減衰型ダンパーや粘性減衰型ダンパーを適用可能であるとも説明している（段落番号０００８の５行～１０行目）。
【０００４】
一方、下記の特許文献２には、建物の免震化手段として、免震層へ、水平方向に回転させる態様で回転式摩擦ダンパーを設置した免震建物が提案されている。
【特許文献１】特許第３８０７０６５号（特開平１１－１７２９５３号）公報
【特許文献２】特開２００６－１６１３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された「柔剛混合構造」は、ダンパーとして鉄骨梁（鋼材ダンパー）のほか、履歴減衰型ダンパーや粘性減衰型ダンパーを適用可能であると説明しているが、その耐震性の作用原理は、大規模な地震が発生して連層壁が変形した際に、内蔵された鉄骨梁が剪断及び／又は曲げ降伏することによって地震エネルギーを吸収し、ラーメン架構は地震時の変形に応じて弾性的挙動をすることにより変形に追従するもの（同公報の段落番号００１３の５行以下の記載）と認められる。
つまり、鉄骨梁が剪断及び／又は曲げ降伏することで地震エネルギーを吸収する作用に耐震性能を依存していることが明らかで、鉄骨梁が剪断及び／又は曲げ降伏をする以前の弾性的挙動の範囲内、換言すれば、中小以下の地震に対しては制震作用を期待できないことが明らかである。
【０００６】
本発明の目的は、制震架構に回転式摩擦ダンパー（回転式摩擦ダンパーユニット）を採用することにより、地震応答によりラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体が大なり小なりの変形を生ずる限り、その変形を利用して地震エネルギーの吸収、減衰作用を効率行わしめることができ、地震の規模の大小にかかわらず、必要な制震機能を発揮する制震建物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係る制震建物は、
ラーメン構造体１又は耐震壁付きラーメン構造体１１が鉛直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立され、両構造体が前記の間隔部分を相互に短スパン梁若しくは境界梁等で連結される制震建物において、
梁材３０の両側に一対の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを連結してなる回転式摩擦ダンパーユニット３が、短スパン梁若しくは境界梁等に代わる連結手段として、前記鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接し並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１の前記間隔部分２の鉛直方向に間隔を開けて複数配置され、前記回転式摩擦ダンパーユニット３の両側に位置する回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの端部６ａを、並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と緊結して構築されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した制震建物において、
上記回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂは、共通な回転軸３４の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアーム３１、３２で構成され、前記ダンパーアーム３１、３２はプレート材で構成され、前記二方向のダンパーアーム３１、３２の回転軸３４回りの側面の相互間に摩擦パッド３３が挟まれ、前記回転軸３４の両端部へ締結したナット３７の加圧力が前記摩擦パッド３３とダンパーアーム３１、３２との接触面へ面圧力として付与されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した制震建物において、
上記回転式摩擦ダンパーユニット３は、上記共通な回転軸３４の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアーム３１、３２で構成された回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの一方のダンパーアーム３２を中間に位置する梁材３０と緊結して同梁材３０の両側に対をなす二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂが連結された構成であり、前記二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂそれぞれの他方のダンパーアーム３１の端部が、並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と緊結されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の制震建物は、鉛直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立する二つのラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１が、地震応答により、剪断変形が卓越する剪断変形モード又は/及び曲げ変形が卓越する曲げ変形モードの変形を発生すると、これら並立する二つの構造体１、１又は１１、１１を連結した回転式摩擦ダンパーユニット３を構成する両側二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂが、その中間に位置する剛体としての梁材３０を挟んで二次元的に屈曲する変形をし、各回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの二方向のダンパーアーム３１、３２に相対的な回転変位を与える。こうしたダンパーアーム３１、３２の相対的な回転変位に伴い、両者間の摩擦パッド３３に一定大きさの摩擦力が発生して地震エネルギーを吸収し減衰する。
即ち、回転式摩擦ダンパーユニット３は、従前の短スパン梁若しくは境界梁等とは異なり、両側二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂそれぞれの二方向のダンパーアーム３１、３２に相対的な回転変位が与えられるかぎり、同回転変位の大小に拘わらず、摩擦パッド３３に一定大きさの摩擦力を発生して、相対的な回転変位量に比例する大きさの地震エネルギーを吸収し減衰するから、並立するラーメン構造体１又は耐震壁付きラーメン構造体１１の地震応答を軽減して制震効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
梁材３０の両側に一対の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを連結してなる回転式摩擦ダンパーユニット３を、短スパン梁若しくは境界梁等に代わる連結手段として、鉛直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１の前記間隔部分２の鉛直方向に間隔を開けて複数配置し、前記回転式摩擦ダンパーユニット３の両側に位置する回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの端部６ａを、並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と緊結して制震架構を構築する。
【００１２】
上記回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂは、共通な回転軸３４の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアーム３１、３２で構成する。前記ダンパーアーム３１、３２はプレート材で構成し、前記二方向のダンパーアーム３１、３２の回転軸３４回りの側面の相互間に摩擦パッド３３を挟ませ、前記回転軸３４の両端部へ締結したナット３７の加圧力を前記摩擦パッド３３とダンパーアーム３１、３２との接触面へ面圧力として付与する。
上記回転式摩擦ダンパーユニット３は、上記共通な回転軸３４の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアーム３１、３２で構成された回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの一方のダンパーアーム３２を、中間に位置する梁材３０と緊結して同梁材３０の両側に対をなす二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂと連結した構成である。前記二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂそれぞれの他方のダンパーアーム３１の端部を、並立するラーメン構造体１、１又は耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と緊結する。
【実施例１】
【００１３】
次に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１Ａ、Ｂに示した制震建物は、二つの純ラーメン構造体１、１が鉛直方向に連続する間隔２を開けて隣接するように並立する場合に、前記の間隔部分２において構造体１、１を相互に連結する手段として、図２Ａ、Ｂに示す構成の回転式摩擦ダンパーユニット３が使用されている。即ち、前記回転式摩擦ダンパーユニット３が、前記間隔部分２の鉛直（上下）方向に間隔を開けて複数配置され、対をなす両側の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの端部を、並立する二つの純ラーメン構造体１、１と緊結して制震架構が構築されている。
したがって、図２Ｂ中に細線で例示したようにせん断変形が卓越するせん断変形モードが支配的な地震応答の建物について、図２Ａ、Ｂに示す構成の回転式摩擦ダンパーユニット３による制震作用で前記の地震応答を低減し減衰する構成である。
図１Ｂ中に示す符号８は、前記回転式摩擦ダンパーユニット３の設置位置よりも少し上方の位置に、隣接する二つの純ラーメン構造体１、１を連絡するべく設けた跳ね出しスラブである。
【００１４】
上記回転式摩擦ダンパーユニット３の具体的な構成を図２Ａ、Ｂに拡大して示した。
上記したように間隔２を開けて隣接し並立する二つの純ラーメン構造体１、１を相互に連結する回転式摩擦ダンパーユニット３は、中間位置に軸力を負担可能な梁材３０を備え、同梁材３０の両側に、一対をなす二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを対称的配置に連結した構成とされている。
前記梁材３０は、並立する二つの純ラーメン構造体１、１の間隔２の大きさに応じてその長さが調整される材で、回転式摩擦ダンパーユニット３が負担する設計荷重の軸力に耐える構造であれば、ＲＣ造又はＳＲＣ造であるか、又は単なる鉄骨造であるかの別を問わない。
梁材３０の両側に対称的配置に連結された二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの構成は共通しており、回転軸３４の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアーム３１、３２を主要部として構成されている。前記二方向のダンパーアーム３１、３２は鋼板等の広幅なプレート材で構成されている。該二方向のダンパーアーム３１、３２は互い違いの配置とされ、回転軸３４回りの側面の相互間に摩擦パッド３３が挟み込まれている。前記回転軸３４には、両端にねじ切りしたボルト構造の軸材が使用され、前記摩擦パッド３３との接触面へ一定大きさの面圧力を恒常的に付与する弾性体として図示例では皿バネ３５を介在させた上で、前記回転軸３４の両端へねじ込んだナット３７で、前記ダンパーアーム３１、３２と摩擦パッド３３との接触面間に設計大きさの面圧力を加えた構成とされている。
【００１５】
上記のように、ナット３７の締結力により発生した面圧力の大きさが、二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂにおいて、二方向のダンパーアーム３１、３２が相対的な回転変位を生じた際に発生する摩擦力の大きさを決定する。よって、前記ナット３７により加える締結力、及び皿バネ３５の圧力が摩擦パッド３３とダンパーアーム３１、３２の接触面へ平均して作用するように、回転軸３４の両端部に摩擦パッド３３とほぼ同径の座金３６が使用されている。因みに、前記摩擦パッド３３としては、例えばアラミド繊維に真鍮や鉄などの金属繊維を編み込んだ摩擦繊維を、熱硬化性樹脂で接着して平板状に固めた、いわゆるブレーキパッドなどが好適に使用される。
また、図２Ａ、Ｂに示した実施例の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂは、図２Ａが分かりやすいように、二方向のダンパーアーム３１、３２がそれぞれ、地震力を受けて座屈を生じないように、構造物１、１と緊結する側（両外側）のダンパーアーム３１は、間隔を開けて配置した２枚のプレート材で構成され、反対側（梁材３０と緊結する側）のダンパーアーム３２は、前記外側のダンパーアーム３１とは互い違いに配置した３枚のプレート材で構成されている。そして、各ダンパーアーム３１、３２は、各々の相互間に摩擦パッド３３を挟んで効率良く摩擦力を発生する構成とされている。
したがって、各回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂが発生する摩擦力の大きさ（初期値）は、回転軸３４へ締結したナット３７の締め付けトルクの大きさに比例するものとして、設置時に広範囲に精度良く確実に設定することができる。
上記二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂはそれぞれ、梁材３０と緊結する側のダンパーアーム３２の先端ベース板６ａを、梁材３０を貫通する配置で予め埋設して用意したアンカーボルト５ａを利用し、ダブルナット５ｃにより緊結して回転式摩擦ダンパーユニット３が構成されている。
【００１６】
上記構成の回転式摩擦ダンパーユニット３は、図２Ａ、Ｂに示した構成で、上記図１Ｂに示したように並立する二つの純ラーメン構造体１、１の連結に使用し制震架構が構築されている。即ち、柱１ａと梁１ｂ、および桁材１ｃ等で構成された純ラーメン構造体１、１が垂直方向に連続する若干の間隔２を開けて隣接し並立する場合に、前記の間隔部分２を形成する両隣りの柱１ａ、１ａにおける各階の梁位置近傍の外側面に、間隔部分２の方へ若干突き出る取り付け座１ｄを設けると共に、前記取り付け座１ｄには予めアンカーボルト５を埋設して用意する。その上で、取り付け座１ｄのアンカーボルト５へ、回転式摩擦ダンパーユニット３における両側の回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂの両外側のダンパーアーム３１の先端ベース板６ａをダブルナット５ｃにより緊結して連結が行われている。
かくして、図１Ｂのように並立する二つの純ラーメン構造体１、１は、回転式摩擦ダンパーユニット３の中間に位置する梁材３０と、その両側に対称的に配置された二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂとが一直線状に延びた配置形態で連結されている。したがって、隣接する二つの純ラーメン構造体１、１が、地震応答として、図１Ｂ中に細線で例示したせん断変形が卓越するせん断変形モードの変形を生ずると、二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを構成する二方向のダンパーアーム３１、３２には、太線の模擬線イで例示したように二次元の相対的な回転変位が付与され、上述した摩擦力による制震作用が奏される。
【００１７】
即ち、図１に示す実施例の制震建物が、地震応答として、隣接する二つの純ラーメン構造体１、１に図１Ｂ中に細線で例示した剪断変形を発生すると、二つの純ラーメン構造体１、１の変形にしたがい、各回転式摩擦ダンパーユニット３における二つのダンパーアーム３１、３２に相対的な回転変位が伝達され、その回転変位に比例する摩擦力で抵抗しつつ地震エネルギーを吸収して制震効果を発揮するのである。
この制震作用と制震効果は、当該制震建物を構成する二つの隣接する純ラーメン構造体１、１を間隔部分２において相互間を連結した複数の回転式摩擦ダンパーユニット３が発生する摩擦力の総和として働くから、必要十分に大きな制震効果を発揮するのである。
【００１８】
なお、図１Ａは、当該制震建物は、隣接する二つの純ラーメン構造体１、１がコア部を構成する場合の実施例として示したが、この限りではない。極端な場合、純ラーメン構造で成る二つの建物が、相互間に垂直方向に連続する一定の間隔を開けて隣接し並立する場合にも、同様な制震架構を構成して実施することができる。
【実施例２】
【００１９】
次に、図３に示した制震建物は、ラーメン架構の面内に耐震壁９を付設して成る耐震壁付きラーメン構造体１１、１１が、やはり鉛直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立する場合に、その間隔部分２において、両隣の構造体１１、１１を、上記図２Ａ、Ｂで説明した構成の回転式摩擦ダンパーユニット３を鉛直（上下）方向に間隔を開けて複数配置して連結し制震架構を構築した実施例を示す。その具体的な構成は、上記実施例１と大部分共通するので、その説明を援用して、更なる重複説明は省略する。
本実施例２の制震建物の場合も、その地震応答は、図３中に細線で例示したように、せん断変形が卓越するせん断変形モードの変形を生ずるので、上記実施例１と同様に、回転式摩擦ダンパーユニット３は、地震応答時には両側二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂを構成する二方向のダンパーアーム３１、３２が、太線の模擬線ロで例示したように二つの純ラーメン構造体１１、１１のせん断変形に応じて相対的な回転変位を伝達され、その回転変位に比例する摩擦力で抵抗しつつ地震エネルギーを吸収して制震効果を発揮するのである。
【実施例３】
【００２０】
更に、図４に示した制震建物は、図３の実施例と同じく、ラーメン架構の面内に耐震壁９を付設して成る耐震壁付きラーメン構造体１１、１１が、垂直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立する場合に、その間隔部分２において隣接する二つの構造体１１、１１を相互に上記構成の回転式摩擦ダンパーユニット３で連結して制震架構が構築されている。
但し、本実施例３の場合は、並立する耐震壁付きラーメン構造体１１、１１のアスペクト比が大きく、よって地震応答は細線で例示したように曲げ変形が卓越する曲げ変形モードの変形を生ずることが特徴である。
しかし、本実施例３の場合も、上記構成の回転式摩擦ダンパーユニット３は、垂直方向に連続する間隔２を開けて隣接し並立する間隔部分の鉛直方向にを開けて複数配置し、各回転式摩擦ダンパーユニット３の両側二つの回転式摩擦ダンパー３Ａ、３Ｂそれぞれのダンパーアーム３１の端部（先端ベース板６ａ）を、両隣りの耐震壁付きラーメン構造体１１、１１と図２Ａ、Ｂに例示した構成態様で緊結して制震架構が構築されている。その具体的な構成は、大部分が上記実施例１、２と共通するので、その説明を援用する。
【００２１】
図４に示した制震建物の地震応答は、図中に細線で例示したように曲げ変形が卓越する曲げ変形モードの変形を生ずるので、間隔部分２で両構造体１１、１１を連結する回転式摩擦ダンパーユニット３の上下方向の間隔は、図１Ｂおよび図３のそれがほぼ等間隔であるのに対して、図４の実施例では、曲げ変形が集中する上階部分の間隔を狭めて集中的に設置し、地震エネルギーの吸収、減衰の効果を高める構成としている。
【００２２】
以上に本発明を実施例に基づいて説明したが、もとより、本発明の技術的範囲は実施例の構成に限定されるものではない。いわゆる当業者が必要に応じて行う設計変更や変形応用の範囲も包含することを念のため申し添える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Ａ、Ｂは本発明に係る制震建物の実施例１を概念的に示した平面図と立面図である。
【図２】Ａ、Ｂは回転式摩擦ダンパーユニットの実施例を制震建物への適用状態で示した平面図と正面図である。
【図３】本発明に係る制震建物の実施例２を概念的に示した立面図である。
【図４】本発明に係る制震建物の実施例３を概念的に示した立面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ラーメン構造体
１１耐震壁付きラーメン構造体
２間隔部分
３回転式摩擦ダンパーユニット
３Ａ、３Ｂ一対の回転式摩擦ダンパー
３０梁材
３１、３２ダンパーアーム
３３摩擦パッド
３４回転軸
３５弾性体（皿バネ）
３７ナット
６ａ先端ベース板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体が鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接し並立され、両構造体が前記間隔部分を相互に短スパン梁若しくは境界梁等で連結される制震建物において、
梁材の両側に一対の回転式摩擦ダンパーを連結して成る回転式摩擦ダンパーユニットが、短スパン梁若しくは境界梁等に代わる連結手段として、前記鉛直方向に連続する間隔を開けて隣接し並立するラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体の前記間隔部分に鉛直方向に間隔をあけて複数配置され、前記回転式摩擦ダンパーユニットの両側に位置する回転式摩擦ダンパーの端部を並立するラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体と緊結して構築されていることを特徴とする、制震建物。
【請求項２】
回転式摩擦ダンパーは、共通な回転軸の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアームで構成され、前記のダンパーアームはプレート材で構成され、前記二方向のダンパーアームの回転軸回りの側面の相互間に摩擦パッドが挟まれ、前記回転軸の両端部へ締結したナットの加圧力が前記摩擦パッドとダンパーアームとの接触面へ面圧力として付与されていることを特徴とする、請求項１に記載した制震建物。
【請求項３】
回転式摩擦ダンパーユニットは、上記共通な回転軸の回りを相対的に回転する二方向のダンパーアームで構成された回転式摩擦ダンパーの一方のダンパーアームを中間に位置する梁材と緊結して同梁材の両側に対をなす二つの回転式摩擦ダンパーが連結された構成であり、前記二つの回転式摩擦ダンパーそれぞれの他方のダンパーアームの端部が、並立するラーメン構造体又は耐震壁付きラーメン構造体と緊結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した制震建物。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

[ Back to top ]

制震建物

Site menu:

次の公報 »

« 前の公報