建物の慣性質量制振装置
【課題】 本発明は、建物本体に手を加えることなく、かつ低コストで高い制振効果が得られる建物の慣性質量制振装置を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】 建物Ａの周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材１と、建物Ａを跨ぎ複数の鉛直荷重支持部材１に架け渡される横架材２と、該横架材２と建物Ａとの間に介在する復元部材３及び減衰部材４と、横架材２で支持された積載物５とを有して構成したことを特徴とする。
【解決手段】 建物Ａの周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材１と、建物Ａを跨ぎ複数の鉛直荷重支持部材１に架け渡される横架材２と、該横架材２と建物Ａとの間に介在する復元部材３及び減衰部材４と、横架材２で支持された積載物５とを有して構成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の慣性質量制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物の屋上や最上階に復元部材及び減衰部材を介して質量を付加することで地震時の建物の振動形を変化させ、建物の振動を抑制する機構を有する慣性質量制振装置があった。しかし、付加する質量分だけ建物の架構に作用する鉛直荷重が増加し、この鉛直荷重に対する柱や梁の耐力を増さなければならない場合があり、工業化住宅など既に構成部材が規格化されている建物の場合、対応が難しいという問題があった。また、工業化住宅に限らず既存の建物に対してこのような制振装置を付加する場合も対応が困難なケースがあった。
【０００３】
一方、既存建築物の外側に柱梁からなる新規構造物を構築し、既存建築物と新規構造物とを制振機器で連結して構成した制振補強構造が特許文献１に記載されている。この制振補強構造によれば、既存建築物にあまり手を加えることなく補強を行うことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１５５６７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、特許文献１の構成は、新規構造物の質量を既存建築物の最上階に付加して地震時の建物の振動形を変化させて建物の振動を抑制するようなものではなく、あくまでも既存建築物に連結する制振機器のアンカーとして新規構造物を構築するものである。また、柱には鉛直荷重とともに地震時に新規構造物に作用する水平荷重を負担し得る強度が必要であり、必要な柱の本数が増える、あるいは柱の断面が大きくなり、柱設置のためのスペースの確保に苦慮するという問題や、コストがかさむという問題がある。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、建物本体に手を加える必要がなく、省スペースで、コストも抑えることができ、しかも高い制振効果が得られる建物の慣性質量制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第１の構成は、建物の周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材と、前記建物を跨ぎ前記複数の鉛直荷重支持部材に架け渡される横架材と、前記横架材と前記建物との間に介在する復元部材及び減衰部材と、前記横架材で支持された積載物とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記復元部材及び減衰部材は、前記建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第３の構成は、前記第１、第２の構成において、前記積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第４の構成は、前記第１乃至第３の構成において、前記積載物は、前記建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して前記横架材に支持されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第１の構成によれば、建物の周囲に立設された複数の鉛直荷重支持部材は、鉛直荷重のみを支持しうるように構成されているので、建物に積載物の荷重を負担させることがなく、建物本体には制振装置を付加しない状態のままとすることが出来る。また、鉛直荷重支持部材は積載物と横架材からの鉛直荷重のみを支持し得る強度が有れば良いので、本数を最小限とするあるいは断面を小さくすることが出来、経済的な制振装置とすることが可能であり、外部空間の計画に与える影響も小さくすることが出来る。
【００１２】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第２の構成によれば、復元部材及び減衰部材は、建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であるので、様々な構造種別や構造区分の建物に同一の装置で対応することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第３の構成によれば、積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置としたので、従来、有効利用できなかった既存建物の最上階（屋根面）の上方の空間を有効利用することができ、日射利用装置の質量も慣性質量制振装置を構成するために不可欠な質量として有効活用することが出来る。また既存建物を紫外線や雨水から守り建物の寿命を延命する効果も期待出来る。
【００１４】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第４の構成によれば、積載物は、建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して横架材に支持されるので、建物の屋根面の日射による劣化から保護することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る建物の慣性質量制振装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】復元部材の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図により本発明に係る建物の慣性質量制振装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る建物の慣性質量制振装置の構成を示す断面模式図、図２は復元部材の一例を示す図である。
【００１７】
図１において、１は既存の建物Ａの周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材であり、２は建物Ａを跨ぎ複数の鉛直荷重支持部材１に架け渡される横架材である。鉛直支持部材１は、鉛直荷重を支持し得る断面性能を有する、角形鋼管、Ｈ型鋼等からなる。また、横架材２は、Ｈ型鋼等からなり、更に横架材２には、ＰＣ板、デッキプレート等からなる床部材（不図示）が建物Ａの屋根面全面を覆うように架け渡されている。
【００１８】
鉛直荷重支持部材１は、下端部を地盤面付近に設けられた基礎（不図示）の上に立設され、上端部で積載物５や床部材を支持する横架材２を支持している。鉛直荷重支持部材１は、上下端ともにピン接合されており、慣性質量制振装置の付加質量として機能する積載物５、床部材、横架材２の鉛直荷重のみを支持し得るが、鉛直荷重支持部材１と横架材２からなる架構体は不安定構造であり、この架構体では水平力は負担し得ない。
【００１９】
横架材２と建物Ａとの間には、図２に示すように、天然ゴム系積層ゴム３ａと剛性可変装置３ｂとからなる復元部材３と、オイルダンパーからなる減衰部材４とが介在して設けられている。減衰部材４は、地震時の建物Ａの屋根面と横架材２との間の相対的変位を減衰させる機能を有するものであり、復元部材３は、付加質量である積載物５、床部材及び横架材２の、建物Ａに対する水平方向の相対変位を復元させるために、建物Ａと横架材２とを連結するものである。復元部材３は、建物Ａと横架材２とを連結するものの、復元部材３を介して付加質量による鉛直荷重が建物Ａに伝達されることはない。
【００２０】
積載物５は、建物Ａの屋根面を覆うように形成された床部材を介して横架材２に支持されている。本実施形態の積載物５は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置である。
【００２１】
上記構成の復元部材３及び減衰部材４は、建物Ａの耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能に構成されている。即ち、復元部材３を構成する剛性可変装置３ｂは、図２に示すように、建物Ａの屋上に設けられた摩擦板3b1に当接接触して移動可能に構成されたピストンロッド3b2が横架材２に設けられている。そして、ピストンロッド3b2に油圧をかけて先端部を摩擦板3b1に押付けたり緩めたりして摩擦力を可変させることで、横架材２の建物Ａに対する水平方向の移動後の復元力特性を変更して復元部材３の剛性を調整可能に構成されている。また、減衰部材４は、オイルダンパーの電磁式アクチュエーターを駆動して該オイルダンパー内のオリフィス(通油口)を大小に変化させることで減衰力を可変させて減衰部材４の減衰性を調整可能としている。
【００２２】
復元部材３の剛性や減衰部材４の減衰力は、建物の重量及び剛性、鉛直荷重支持部材１で支持された積載物５と横架材２等からなる付加質量の重量に基づき、解析によって最適な値に設定されている。すなわち、地震時には建物Ａの剛性よりも小さな剛性を有する復元部材３によって付加質量が建物Ａの変位よりも大きな変位を持って振動するように設定されている。
【００２３】
上記構成とすることによって、建物Ａの振動形（固有ベクトル）が変わって地震時の建物Ａの層間変形を小さくすることができ、地震時の建物Ａの損傷を抑制することが出来る。
【００２４】
また、鉛直荷重支持部材１で支持された積載物５と横架材２等からなる付加質量による鉛直荷重を建物Ａが負担する必要がないので、建物Ａに対して特別な補強を施す必要がない。従って、特に、既存建物を耐震補強する場合や部材が規格化されている工業化住宅の部材規格を改変することなく耐震性を向上させる場合に好適である。
【００２５】
なお上記構成の他に、復元部材３としては、積層ゴム、粘弾性部材、鋼部材などを用いることが出来る。また、減衰部材４としては、弾性とともに減衰性を併せ持つ粘弾性ダンパー、塑性変形する時に減衰効果がある鋼製ダンパー、摩擦ダンパーなどを用いることが出来る。減衰性が調整可能な減衰部材としては、オイルダンパーの他にＭＲ（磁気粘性流体）ダンパー等を採用することができる。また、復元部材３の機能と減衰部材４の機能を兼ね備えた高減衰ゴムなどの粘弾性部材でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の活用例として、建物の慣性質量制振装置に適用出来る。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ…建物
１…鉛直荷重支持部材
２…横架材
３…復元部材
３ａ…天然ゴム系積層ゴム
３ｂ…剛性可変装置
3b1…摩擦板
3b2…ピストンロッド
４…減衰部材
５…積載物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の慣性質量制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物の屋上や最上階に復元部材及び減衰部材を介して質量を付加することで地震時の建物の振動形を変化させ、建物の振動を抑制する機構を有する慣性質量制振装置があった。しかし、付加する質量分だけ建物の架構に作用する鉛直荷重が増加し、この鉛直荷重に対する柱や梁の耐力を増さなければならない場合があり、工業化住宅など既に構成部材が規格化されている建物の場合、対応が難しいという問題があった。また、工業化住宅に限らず既存の建物に対してこのような制振装置を付加する場合も対応が困難なケースがあった。
【０００３】
一方、既存建築物の外側に柱梁からなる新規構造物を構築し、既存建築物と新規構造物とを制振機器で連結して構成した制振補強構造が特許文献１に記載されている。この制振補強構造によれば、既存建築物にあまり手を加えることなく補強を行うことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１５５６７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、特許文献１の構成は、新規構造物の質量を既存建築物の最上階に付加して地震時の建物の振動形を変化させて建物の振動を抑制するようなものではなく、あくまでも既存建築物に連結する制振機器のアンカーとして新規構造物を構築するものである。また、柱には鉛直荷重とともに地震時に新規構造物に作用する水平荷重を負担し得る強度が必要であり、必要な柱の本数が増える、あるいは柱の断面が大きくなり、柱設置のためのスペースの確保に苦慮するという問題や、コストがかさむという問題がある。
【０００６】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、建物本体に手を加える必要がなく、省スペースで、コストも抑えることができ、しかも高い制振効果が得られる建物の慣性質量制振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第１の構成は、建物の周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材と、前記建物を跨ぎ前記複数の鉛直荷重支持部材に架け渡される横架材と、前記横架材と前記建物との間に介在する復元部材及び減衰部材と、前記横架材で支持された積載物とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記復元部材及び減衰部材は、前記建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第３の構成は、前記第１、第２の構成において、前記積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第４の構成は、前記第１乃至第３の構成において、前記積載物は、前記建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して前記横架材に支持されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第１の構成によれば、建物の周囲に立設された複数の鉛直荷重支持部材は、鉛直荷重のみを支持しうるように構成されているので、建物に積載物の荷重を負担させることがなく、建物本体には制振装置を付加しない状態のままとすることが出来る。また、鉛直荷重支持部材は積載物と横架材からの鉛直荷重のみを支持し得る強度が有れば良いので、本数を最小限とするあるいは断面を小さくすることが出来、経済的な制振装置とすることが可能であり、外部空間の計画に与える影響も小さくすることが出来る。
【００１２】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第２の構成によれば、復元部材及び減衰部材は、建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であるので、様々な構造種別や構造区分の建物に同一の装置で対応することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第３の構成によれば、積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置としたので、従来、有効利用できなかった既存建物の最上階（屋根面）の上方の空間を有効利用することができ、日射利用装置の質量も慣性質量制振装置を構成するために不可欠な質量として有効活用することが出来る。また既存建物を紫外線や雨水から守り建物の寿命を延命する効果も期待出来る。
【００１４】
また、本発明に係る建物の慣性質量制振装置の第４の構成によれば、積載物は、建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して横架材に支持されるので、建物の屋根面の日射による劣化から保護することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る建物の慣性質量制振装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】復元部材の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図により本発明に係る建物の慣性質量制振装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る建物の慣性質量制振装置の構成を示す断面模式図、図２は復元部材の一例を示す図である。
【００１７】
図１において、１は既存の建物Ａの周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材であり、２は建物Ａを跨ぎ複数の鉛直荷重支持部材１に架け渡される横架材である。鉛直支持部材１は、鉛直荷重を支持し得る断面性能を有する、角形鋼管、Ｈ型鋼等からなる。また、横架材２は、Ｈ型鋼等からなり、更に横架材２には、ＰＣ板、デッキプレート等からなる床部材（不図示）が建物Ａの屋根面全面を覆うように架け渡されている。
【００１８】
鉛直荷重支持部材１は、下端部を地盤面付近に設けられた基礎（不図示）の上に立設され、上端部で積載物５や床部材を支持する横架材２を支持している。鉛直荷重支持部材１は、上下端ともにピン接合されており、慣性質量制振装置の付加質量として機能する積載物５、床部材、横架材２の鉛直荷重のみを支持し得るが、鉛直荷重支持部材１と横架材２からなる架構体は不安定構造であり、この架構体では水平力は負担し得ない。
【００１９】
横架材２と建物Ａとの間には、図２に示すように、天然ゴム系積層ゴム３ａと剛性可変装置３ｂとからなる復元部材３と、オイルダンパーからなる減衰部材４とが介在して設けられている。減衰部材４は、地震時の建物Ａの屋根面と横架材２との間の相対的変位を減衰させる機能を有するものであり、復元部材３は、付加質量である積載物５、床部材及び横架材２の、建物Ａに対する水平方向の相対変位を復元させるために、建物Ａと横架材２とを連結するものである。復元部材３は、建物Ａと横架材２とを連結するものの、復元部材３を介して付加質量による鉛直荷重が建物Ａに伝達されることはない。
【００２０】
積載物５は、建物Ａの屋根面を覆うように形成された床部材を介して横架材２に支持されている。本実施形態の積載物５は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置である。
【００２１】
上記構成の復元部材３及び減衰部材４は、建物Ａの耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能に構成されている。即ち、復元部材３を構成する剛性可変装置３ｂは、図２に示すように、建物Ａの屋上に設けられた摩擦板3b1に当接接触して移動可能に構成されたピストンロッド3b2が横架材２に設けられている。そして、ピストンロッド3b2に油圧をかけて先端部を摩擦板3b1に押付けたり緩めたりして摩擦力を可変させることで、横架材２の建物Ａに対する水平方向の移動後の復元力特性を変更して復元部材３の剛性を調整可能に構成されている。また、減衰部材４は、オイルダンパーの電磁式アクチュエーターを駆動して該オイルダンパー内のオリフィス(通油口)を大小に変化させることで減衰力を可変させて減衰部材４の減衰性を調整可能としている。
【００２２】
復元部材３の剛性や減衰部材４の減衰力は、建物の重量及び剛性、鉛直荷重支持部材１で支持された積載物５と横架材２等からなる付加質量の重量に基づき、解析によって最適な値に設定されている。すなわち、地震時には建物Ａの剛性よりも小さな剛性を有する復元部材３によって付加質量が建物Ａの変位よりも大きな変位を持って振動するように設定されている。
【００２３】
上記構成とすることによって、建物Ａの振動形（固有ベクトル）が変わって地震時の建物Ａの層間変形を小さくすることができ、地震時の建物Ａの損傷を抑制することが出来る。
【００２４】
また、鉛直荷重支持部材１で支持された積載物５と横架材２等からなる付加質量による鉛直荷重を建物Ａが負担する必要がないので、建物Ａに対して特別な補強を施す必要がない。従って、特に、既存建物を耐震補強する場合や部材が規格化されている工業化住宅の部材規格を改変することなく耐震性を向上させる場合に好適である。
【００２５】
なお上記構成の他に、復元部材３としては、積層ゴム、粘弾性部材、鋼部材などを用いることが出来る。また、減衰部材４としては、弾性とともに減衰性を併せ持つ粘弾性ダンパー、塑性変形する時に減衰効果がある鋼製ダンパー、摩擦ダンパーなどを用いることが出来る。減衰性が調整可能な減衰部材としては、オイルダンパーの他にＭＲ（磁気粘性流体）ダンパー等を採用することができる。また、復元部材３の機能と減衰部材４の機能を兼ね備えた高減衰ゴムなどの粘弾性部材でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の活用例として、建物の慣性質量制振装置に適用出来る。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ…建物
１…鉛直荷重支持部材
２…横架材
３…復元部材
３ａ…天然ゴム系積層ゴム
３ｂ…剛性可変装置
3b1…摩擦板
3b2…ピストンロッド
４…減衰部材
５…積載物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材と、
前記建物を跨ぎ前記複数の鉛直荷重支持部材に架け渡される横架材と、
前記横架材と前記建物との間に介在する復元部材及び減衰部材と、
前記横架材で支持された積載物と、
を有することを特徴とする建物の慣性質量制振装置。
【請求項２】
前記復元部材及び減衰部材は、前記建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の建物の慣性質量制振装置。
【請求項３】
前記積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建物の慣性質量制振装置。
【請求項４】
前記積載物は、前記建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して前記横架材に支持されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の建物の慣性質量制振装置。
【請求項１】
建物の周囲に立設された鉛直荷重のみを支持し得る複数の鉛直荷重支持部材と、
前記建物を跨ぎ前記複数の鉛直荷重支持部材に架け渡される横架材と、
前記横架材と前記建物との間に介在する復元部材及び減衰部材と、
前記横架材で支持された積載物と、
を有することを特徴とする建物の慣性質量制振装置。
【請求項２】
前記復元部材及び減衰部材は、前記建物の耐震構造特性に応じて剛性及び減衰性が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の建物の慣性質量制振装置。
【請求項３】
前記積載物は、屋上庭園装置、太陽光発電装置、太陽熱給湯装置等の日射利用装置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建物の慣性質量制振装置。
【請求項４】
前記積載物は、前記建物の屋根面を覆うように架け渡された床部材を介して前記横架材に支持されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の建物の慣性質量制振装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１７４４９５（Ｐ２０１０−１７４４９５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６８８（Ｐ２００９−１７６８８）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
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