木造多重塔の制振構造
【課題】 塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔において、地震や台風等により木造多重塔が振動しても、木製心柱の損傷を抑制する制振構造を提供する。
【解決手段】 塔身４と、その内部に設置されて前記塔身４と独立に挙動する木製心柱２と、を有する木造多重塔１の振動を制御する構造において、木造多重塔１の振動発生時に、木製心柱２における相輪２ａ頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱２と塔身４の相対変位の最も大きな位置に設置した。このダンパー１０により、木製心柱２と塔身４の相対変位は、ダンパー１０に吸収され、木製心柱２の損傷を抑制することが可能となる。
【解決手段】 塔身４と、その内部に設置されて前記塔身４と独立に挙動する木製心柱２と、を有する木造多重塔１の振動を制御する構造において、木造多重塔１の振動発生時に、木製心柱２における相輪２ａ頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱２と塔身４の相対変位の最も大きな位置に設置した。このダンパー１０により、木製心柱２と塔身４の相対変位は、ダンパー１０に吸収され、木製心柱２の損傷を抑制することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造多重塔に係り、特にその制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
社寺等における三重，五重，七重又は十三重などの木造多重塔として知られる塔は、日本古来の木造建築物である。前記木造多重塔１は、図１１に示すように、内部中心に吹き抜けが形成されて階層を重ねた塔身４と、その塔身４の吹き抜け状の内部中心に設けられた木製心柱２と、を有する。前記木製心柱２は、その上端が塔身４の最上層の屋根３から上部に突き出ており、この部分が相輪２ａと呼ばれている。また、前記木製心柱２は、下端部が地上から自立しているものや、地上から浮いて振り子のように揺動可能に設けられているものがある。
【０００３】
前記木造多重塔１は、地盤や構造など細かい相違点はあるものの、古来より耐震性に優れていることが指摘されている。特に、地震による木造五重塔の被災記録に限ると、塔身に甚大な被害を受けた記録は残っていない（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大山瑞穂，藤田香織「伝統的木造五重塔の振動特性に関する研究 その１ 歴史地震による被災状況」、日本建築学会学術講演便覧集、２００２年８月、ｐ．２４９〜２５０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記木造多重塔１は、上述したとおり塔身４に甚大な被害を受けた記録はないが、木製心柱２に損傷を受けた記録が報告されている。
【０００６】
この木製心柱２の損傷は、地震により相輪２ａの根元と塔身４とが接触することが起因と考えられる。さらに、木造多重塔１の木製心柱２は、デザイン上その太さが決められており、強度を増すために直径寸法を大きくすることができないという問題点があった。
【０００７】
また、上述したとおり、木造多重塔１は地震に強い構造と考えられているが、台風によって倒壊した事例も報告されている。
【０００８】
さらに、木造多重塔１の木製心柱２は塔身４の全重量に対して１〜２％程度の重量しかなく、既存の制振構造では本問題を解決することができない。
【０００９】
また、木造多重塔１のほとんどは、経験に基づいて定性的に設計されたものであり、定量的な評価はされていなかった。
【００１０】
以上示したようなことから、木造の塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔において、地震や台風等により木造多重塔が振動しても、木製心柱の損傷を抑制する制振構造を提供することが主な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、塔身と、その内部に設置されて前記塔身と独立に挙動する木製心柱と、を有する木造多重塔の振動を制御する構造であって、木造多重塔の振動発生時に、木製心柱における相輪頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱と塔身の相対変位の最も大きな位置に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、その一態様として、前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、前記木製心柱は、前記塔身の内部吹き抜けに、下端部が地上から浮いて、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出た状態で、吊下部材によって吊下げられていることを特徴とする。
【００１３】
また、その別の態様として、前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、前記木製心柱は、前記塔身の内部中心の吹き抜けに、下端部が地上から自立し、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出ていることを特徴とする。
【００１４】
また、その一態様として、前記ダンパーは、複数個で木製心柱の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱を抱持固定する抱持部材と、前記抱持部材のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体と、前記複数個のダンパー本体の他端と塔身との間に介挿される架台と、を有し、前記抱持部材とダンパー本体、ダンパー本体と架台は、互いに穿設されたピン孔にピンを挿通して、回動自在に支持されたことを特徴とする。
【００１５】
また、その一態様として、前記抱持部材は、略弧状に形成された基部と、前記基部の木製心柱側端部から垂直に立設した当接部と、前記基部の周方向両端から垂直に立設した連結壁と、を有し、隣り合う抱持部材の連結壁を、バネ部材に挿通されたボルトとナットで連結することを特徴とする。
【００１６】
また、その一態様として、前記木製心柱におけるダンパーの設置位置に、炭素繊維板が貼り付けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、木造の塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔において、地震や台風等により木造多重塔が振動しても、木製心柱の損傷を抑制する制振構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における木造多重塔の断面図である。
【図２】実施形態における木造多重塔の側面図である。
【図３】実施形態における木造多重塔の平面図である。
【図４】実施形態における木製心柱とダンパーの縦断面図である。
【図５】実施形態における木製心柱とダンパーの横断面図である。
【図６】実施形態におけるダンパー本体の詳細図である。
【図７】実施形態における抱持部材の平面図である。
【図８】実施形態における木製心柱を示す図である。
【図９】実施形態における木製心柱の断面図である。
【図１０】応答解析に用いた地震動のグラフである。
【図１１】従来の一般的な木造多重塔の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明者は、伝統的木造建築物である木造多重塔を定量的に解析し、木製心柱の特定の位置にダンパーを設置することによって、木製心柱の損傷を抑制する木造多重塔の制振構造を見出した。本発明は、この結果から、塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔についての制振構造を提供するものである。以下、実施形態において、具体的な木造多重塔の制振構造を説明する。
［実施形態］
図１は、本実施形態における木造多重塔１を示す縦断面図，図２は側面図，図３は横断面図である。なお、図３の横断面図は、（ａ）初重層，（ｂ）二重層，（ｃ）三重層，（ｄ）四重層，（ｅ）五重層，を示す。
【００２０】
図１〜図３に示すように、本実施形態における木造多重塔（五重塔）１は、塔身４と、その塔身４の中心内部に設けられた木製心柱２と、を有する。
【００２１】
前記塔身４は、内部中心に吹き抜けを形成して、地上層（初重層）４ａから最上層（五重層）４ｅまで階層を重ねて構成されている。この塔身４は、地上層４ａから最上層４ｅまでの通し柱を持たず、各階層を支える構造は、各階層で分断された側柱６ａ，四天柱６ｂおよび外壁６ｃで構成されている。
【００２２】
前記塔身４における二重層４ｂ以上の内部空間は、使用することが目的とされていないため、側柱６ａは太く短い柱が用いられている。なお、塔身４の各部は、貫やホゾなどの伝統的工芸に基づいて接合されており、木造住宅のような取付金具等による強固な接合ではない。そのため、木造多重塔１の変形時に生じる木材同士のめり込みに対する剛性を考慮して設計する必要がある。
【００２３】
前記木製心柱２は、前記塔身４における内部中心の吹き抜けに吊下部材（例えば、鎖等）５によって吊られており、その下端部が地上から浮いて振り子のように揺動可能に設けられている。また、前記木製心柱２は、図４に示すように、当該木製心柱２の変位を吸収するダンパー１０を介して塔身４に支持されている。
【００２４】
前記木製心柱２の頂部は、図１，図２に示すとおり、最上層の屋根３の中心部から突き出ており、この部分が相輪２ａとなる。前記相輪２ａは、露盤，伏鉢，請花，九輪，水煙，竜車，宝珠等の装飾が施された仏教上のシンボルであり、卒塔婆の形状に由来するとされている。
【００２５】
前記ダンパー１０は、図５に示すように、木製心柱２を抱持固定する複数個の抱持部材１２と、その抱持部材１２のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体１３と、前記ダンパー本体１３の他端と塔身４との間に介挿される複数個の架台１１と、を具備する。前記架台１１は、四天柱６ｂを跨って架設する横フレーム８ｂに設置されている。
【００２６】
図６（ａ）平面図，（ｂ）側面図は、前記ダンパー本体１３の構成図である。前記ダンパー本体１３は、２枚のプレート１３ａ１，１３ａ１と、そのプレート１３ａ１の長手方向に若干ずらして当該２枚のプレート１３ａ１，１３ａ１の間に配設された１枚のプレート１３ａ２と、を有し、前記２枚プレート１３ａ１，１３ａ１と１枚のプレート１３ａ２との間に、粘弾性体（例えば、下記表１に示す配合のジエン系粘弾性体ＳＤＭ−１）１３ｂが介設されている。
【００２７】
【表１】
【００２８】
また、前記２枚のプレート１３ａ１の一端は塔身側ブラケット１３ｃ１に支持され、１枚のプレート１３ａ２の一端は心柱側ブラケット１３ｃ２に支持されている。この塔身側ブラケット１３ｃ１，心柱側ブラケット１３ｃ２には、それぞれピン孔１３ｆ，１３ｆが穿設されており、前記架台１１，抱持部材１２にも、同様のピン孔が穿設されている。
【００２９】
この塔身側ブラケット１３ｃ１のピン孔１３ｆと架台１１とのピン孔にピン１３ｄを挿通することにより、ダンパー本体１３が架台１１に回動自在に支持される。同様に、心柱側ブラケット１３ｃ２のピン孔１３ｆと抱持部材１２のピン孔にピン１３ｄを挿通することにより、ダンパー本体１３が抱持部材１２に回動自在に支持される。なお、前記ピン１３ｄには、ピン孔１３ｆに挿通された状態で留め輪１３ｅ，１３ｅが巻着され、ピン孔１３ｆからの抜止めが施されている。
【００３０】
前記抱持部材１２は、図７に示すように、複数個で木製心柱２の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱２を抱持固定するものである。本実施形態では、４つの抱持部材１２によって木製心柱２の外周一周を囲い、各抱持部材１２は中心角９０°の略弧状に形成されている。
【００３１】
前記抱持部材１２は、略弧状に形成された基部１２ｃと、前記基部１２ｃの木製心柱側端部から垂直に立設した当接部１２ａと、前記基部１２ｃの周方向両端から垂直に立設した連結壁１２ｂ，１２ｂと、で形成されている。なお、本実施形態は、木製心柱２が横断面八角形状に形成されているため、基部１２ｃの内周も八角形状に形成されている。
【００３２】
前記抱持部材１２により木製心柱２を抱持固定する際には、４つの抱持部材１２を木製心柱２の外周一周を囲うように配置し、隣り合う連結壁１２ｂ，１２ｂのボルト孔にボルト１４を挿通してナット１４ａで締め付ける。ここで、ボルト１４とナット１４ａを強く締め付け、周方向に隣り合う抱持部材１２同士を接近させる程、木製心柱２は抱持部材１２に強く抱持固定されることとなる。
【００３３】
また、本実施形態では、前記ボルト１４の頭部と連結壁１２ｂとの間に当該ボルト１４に挿通された状態でバネ部材（例えば、スプリング）１４ｂが設けられている。
【００３４】
このように、ダンパー１０を設置することにより、木造多重塔１に振動が発生した際には、木製心柱２の変位のエネルギーがダンパー本体１０により吸収される。すなわち、前記プレート１３ａ１，１３ａ２の長手方向に対する木製心柱２の変位のエネルギーは、粘弾性体１３ｂの弾性力により吸収される。また、ダンパー本体１３が架台１１および抱持部材１２に対して回動自在に支持されているため、前記プレート１３ａ１，１３ａ２の厚み方向に木製心柱２が変位した際には、ダンパー本体１３は、木製心柱２の変位に伴って回動する。
【００３５】
本実施形態では、木製心柱２に４方向からダンパー本体１３を設けているため、どの方向に木製心柱２が変位したとしても、何れか２つ以上のダンパー本体１３の弾性力によって、木製心柱２における変位のエネルギーは吸収されることとなる。
【００３６】
また、ボルト１４の頭部と連結壁１２ｂとの間にバネ部材１４ｂを設けることにより、ボルト１４とナット１４ａの締め付けが緩んでも、隣り合う抱持部材１２同士は接近された状態が維持される。そのため、木材から成る木製心柱２は経年に共って次第に痩せ直径寸法が小さくなる可能性はあるものの、木製心柱２は抱持部材１２により強く抱持固定された状態が維持される。
【００３７】
次に、木製心柱２について、図８に基づき詳細に説明する。木製心柱２は接合部が無い木材を基本とするが、本実施形態では、図８（ａ：木製心柱２の側面図）に示すように、１番木２ｂ，２番木２ｃ，３番木２ｄを長さ方向に２箇所で接合して形成されている。前記１番木２ｂの天端，２番木２ｃの下端には継ぎ手（例えば、貝の口継ぎ手）７が形成されており、１番木２ｂの天端と２番木２ｃの下端とが接合される。同様に、２番木２ｃの天端と３番木２ｄの下端には継ぎ手７が形成されており、２番木２ｃの天端と３番木２ｄの下端とが接合される。前記継ぎ手７には補強リング７ａが巻かれると共に、貫通ボルト７ｂが挿通され、接合が補強される。
【００３８】
また、木製心柱２には、ヒノキ，杉等の木材が使用され、前記木製心柱２の重量は、木造多重塔１全体の重量よりも遥かに軽く、木造五重塔を例にすると全体の１〜２パーセント程度である。
【００３９】
図８（ｂ：木製心柱２の下端部および初重層４ａ天井の図）に示すように、初重層４ａの天井部には、前記四天柱６ｂ間を跨って横フレーム８ａが架設され、前記横フレーム８ａには前記木製心柱２を囲う枠材８が支持されている。これにより、木製心柱２下端部の水平方向の揺れが抑制される。
【００４０】
図９は、ダンパー１０設置位置における木製心柱２の断面図を示す。前記木製心柱２の断面は、略八角形状に形成されており、各辺に切り欠き２ｂが形成されている。前記切り欠き２ｂには、炭素繊維板９が貼り付けられる。木製心柱２は、デザインによって直径寸法が決められてしまい太くすることができないが、炭素繊維板９を貼り付けることにより、ダンパー１０設置位置における強度が確保される。また、木製心柱２の断面形状を円形から八角形に変更することにより、炭素繊維板９の貼付作業や強度計算が容易になる。
【００４１】
次に、ダンパー１０の設置位置の決定方法について説明する。ダンパー１０の設置位置の決定は、以下の手順により行われる。
（１）木造五重塔の仕口を回転剛性とせん断剛性を持つバネとして解析モデルを作成する。ここでは、塔身４から吊下部材５で吊るされた木製心柱２にダンパー１０を設置した木造五重塔を解析に用いたものとして説明する。
（２）木製心柱２は、通常、上方へ向かうにしたがって細くなっていくものが多いため、各重で区切ってモデル化し、部材同士を剛接合する。
（３）塔身４と木製心柱２に対して振動解析を行い、塔身４と木製心柱２との相対変位が最も大きくなる位置を特定する。
（４）前記相対変位が最も大きくなる位置に、ダンパー１０の設置が可能かを検討する。ダンパー１０の設置が不可能な場合には、（３）に戻り、その他の位置で相対変位が最も大きな位置を探す。
（５）（４）により特定された位置にダンパー１０を設置し、再度振動解析を行う。
（６）ダンパー１０の設置前後における振動解析の結果を比較し、効果が得られていることを確認する。
【００４２】
前記（１）〜（６）の手順により、本実施形態では、木製心柱２の相輪２ａ根元付近の位置にダンパー１０を設置することが決定された。
【００４３】
次に、本実施形態における木造多重塔１の地震応答解析結果について説明する。下記表２は、解析に用いた地震動のデータを示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
前記表２において、（ａ）神戸Ｌ２はＪＭＡ神戸ＮＳにおけるＬ２（極めて稀に発生する地震；震度６〜７）の位相を用いた模擬地震動，（ｂ）八戸Ｌ２は八戸ＮＳにおけるＬ２の位相を用いた模擬地震動，（ｃ）福岡Ｌ２は福岡西方沖地震ＦＫ００６におけるＬ２の位相を用いた模擬地震動，（ｄ）福岡ＲＥは福岡西方沖地震ＦＫ００６を現地（建設予定地）地盤で引き戻した地震動を示す。
【００４６】
図１０に、前記表２で示した（ａ）神戸Ｌ２，（ｂ）八戸Ｌ２，（ｃ）福岡Ｌ２，（ｄ）福岡ＲＥの地震動を、縦軸に加速度（ｃｍ／ｓ2），横軸に時刻（ｓ）で表したグラフを示す。
【００４７】
下記表３は、前記（ａ）〜（ｄ）の地震動発生時における木製心柱２頂部（相輪２ａ頂部）の応答変位を表にして示したものである。この表３では、ダンパー１０を設置した場合の木製心柱２頂部の変位，ダンパー１０を設置しなかった場合の木製心柱２頂部の変位、ダンパー１０を設置した場合と設置しなかった場合の木製心柱２頂部の変位の割合を示している。
【００４８】
【表３】
【００４９】
上記表３から見て取れるように、地震動によって差はあるものの、ダンパー１０を設置した場合は、設置しなかった場合と比較して、平均４割弱ほど木製心柱２頂部（相輪２ａ頂部）の応答変位が減少している。
【００５０】
このように、ダンパー１０を木製心柱２と塔身４の相対変位の最も大きな位置に設置することにより、地震や台風により木造多重塔１が振動しても、木製心柱２の変位を抑制することができる。その結果、木造多重塔１の木製心柱２は、塔身４の全重量に対して１〜２％程度の重量しかないものの、木製心柱２と塔身４の相対変位が抑制され、心柱２が塔身４に接触して損傷を受けることを抑制することが可能となる。
【００５１】
また、ダンパー１０を設置することにより、木製心柱２に支点ができてしまうものの、木製心柱２のダンパー１０設置位置に炭素繊維板９を設けることにより、木製心柱２の強度が増し、木製心柱２の損傷を抑制することが可能となる。さらに、木製心柱２のダンパー１０設置付近を横断面八角形状に形成することにより、炭素繊維板９を貼り付けるための切り欠き２ｂを設けることや、炭素繊維板９の貼付作業が容易となり、さらに、木製心柱２の強度計算も容易となる。
【００５２】
さらに、木製心柱２に４方向からダンパー本体１３を設け、ダンパー本体１３をピン１３ｄによって、架台１１，抱持部材１２に回動自在に支持することにより、地震動や台風により木造多重塔１が多方向に振動しても、木製心柱２の変位のエネルギーを吸収することが可能となる。
【００５３】
また、隣り合う抱持部材１２をボルト１４とナット１４ａによって接続する際、ボルト１４にバネ部材１４ｂを挿通させることにより、木材から成る木製心柱２が、経年と共にやせ細っても、強く抱持固定された状態を維持することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００５５】
例えば、実施形態では、木製心柱２が塔身４に吊られており、その下端部が地上から浮いている木造多重塔１について説明したが、木製心柱２が自立（例えば、基壇（初重層の床）や初重層天井裏から自立）した木造多重塔でもよい。
【００５６】
また、実施形態のダンパー本体１３は、粘弾性ダンパーを適用したが、それ以外のオイルダンパー，粘性ダンパー，摩擦ダンパーを適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…木造多重塔
２…木製心柱
２ａ…相輪
４…塔身
５…吊下部材
９…炭素繊維板
１０…ダンパー
１１…架台
１２…抱持部材
１２ａ…当接部
１２ｂ…連結壁
１２ｃ…基部
１３…ダンパー本体
１３ｄ…ピン
１３ｅ…ピン孔
１４…ボルト
１４ａ…ナット
１４ｂ…バネ部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造多重塔に係り、特にその制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
社寺等における三重，五重，七重又は十三重などの木造多重塔として知られる塔は、日本古来の木造建築物である。前記木造多重塔１は、図１１に示すように、内部中心に吹き抜けが形成されて階層を重ねた塔身４と、その塔身４の吹き抜け状の内部中心に設けられた木製心柱２と、を有する。前記木製心柱２は、その上端が塔身４の最上層の屋根３から上部に突き出ており、この部分が相輪２ａと呼ばれている。また、前記木製心柱２は、下端部が地上から自立しているものや、地上から浮いて振り子のように揺動可能に設けられているものがある。
【０００３】
前記木造多重塔１は、地盤や構造など細かい相違点はあるものの、古来より耐震性に優れていることが指摘されている。特に、地震による木造五重塔の被災記録に限ると、塔身に甚大な被害を受けた記録は残っていない（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大山瑞穂，藤田香織「伝統的木造五重塔の振動特性に関する研究 その１ 歴史地震による被災状況」、日本建築学会学術講演便覧集、２００２年８月、ｐ．２４９〜２５０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記木造多重塔１は、上述したとおり塔身４に甚大な被害を受けた記録はないが、木製心柱２に損傷を受けた記録が報告されている。
【０００６】
この木製心柱２の損傷は、地震により相輪２ａの根元と塔身４とが接触することが起因と考えられる。さらに、木造多重塔１の木製心柱２は、デザイン上その太さが決められており、強度を増すために直径寸法を大きくすることができないという問題点があった。
【０００７】
また、上述したとおり、木造多重塔１は地震に強い構造と考えられているが、台風によって倒壊した事例も報告されている。
【０００８】
さらに、木造多重塔１の木製心柱２は塔身４の全重量に対して１〜２％程度の重量しかなく、既存の制振構造では本問題を解決することができない。
【０００９】
また、木造多重塔１のほとんどは、経験に基づいて定性的に設計されたものであり、定量的な評価はされていなかった。
【００１０】
以上示したようなことから、木造の塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔において、地震や台風等により木造多重塔が振動しても、木製心柱の損傷を抑制する制振構造を提供することが主な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、塔身と、その内部に設置されて前記塔身と独立に挙動する木製心柱と、を有する木造多重塔の振動を制御する構造であって、木造多重塔の振動発生時に、木製心柱における相輪頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱と塔身の相対変位の最も大きな位置に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、その一態様として、前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、前記木製心柱は、前記塔身の内部吹き抜けに、下端部が地上から浮いて、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出た状態で、吊下部材によって吊下げられていることを特徴とする。
【００１３】
また、その別の態様として、前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、前記木製心柱は、前記塔身の内部中心の吹き抜けに、下端部が地上から自立し、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出ていることを特徴とする。
【００１４】
また、その一態様として、前記ダンパーは、複数個で木製心柱の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱を抱持固定する抱持部材と、前記抱持部材のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体と、前記複数個のダンパー本体の他端と塔身との間に介挿される架台と、を有し、前記抱持部材とダンパー本体、ダンパー本体と架台は、互いに穿設されたピン孔にピンを挿通して、回動自在に支持されたことを特徴とする。
【００１５】
また、その一態様として、前記抱持部材は、略弧状に形成された基部と、前記基部の木製心柱側端部から垂直に立設した当接部と、前記基部の周方向両端から垂直に立設した連結壁と、を有し、隣り合う抱持部材の連結壁を、バネ部材に挿通されたボルトとナットで連結することを特徴とする。
【００１６】
また、その一態様として、前記木製心柱におけるダンパーの設置位置に、炭素繊維板が貼り付けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、木造の塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔において、地震や台風等により木造多重塔が振動しても、木製心柱の損傷を抑制する制振構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態における木造多重塔の断面図である。
【図２】実施形態における木造多重塔の側面図である。
【図３】実施形態における木造多重塔の平面図である。
【図４】実施形態における木製心柱とダンパーの縦断面図である。
【図５】実施形態における木製心柱とダンパーの横断面図である。
【図６】実施形態におけるダンパー本体の詳細図である。
【図７】実施形態における抱持部材の平面図である。
【図８】実施形態における木製心柱を示す図である。
【図９】実施形態における木製心柱の断面図である。
【図１０】応答解析に用いた地震動のグラフである。
【図１１】従来の一般的な木造多重塔の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明者は、伝統的木造建築物である木造多重塔を定量的に解析し、木製心柱の特定の位置にダンパーを設置することによって、木製心柱の損傷を抑制する木造多重塔の制振構造を見出した。本発明は、この結果から、塔身と木製心柱とが独立して挙動する木造多重塔についての制振構造を提供するものである。以下、実施形態において、具体的な木造多重塔の制振構造を説明する。
［実施形態］
図１は、本実施形態における木造多重塔１を示す縦断面図，図２は側面図，図３は横断面図である。なお、図３の横断面図は、（ａ）初重層，（ｂ）二重層，（ｃ）三重層，（ｄ）四重層，（ｅ）五重層，を示す。
【００２０】
図１〜図３に示すように、本実施形態における木造多重塔（五重塔）１は、塔身４と、その塔身４の中心内部に設けられた木製心柱２と、を有する。
【００２１】
前記塔身４は、内部中心に吹き抜けを形成して、地上層（初重層）４ａから最上層（五重層）４ｅまで階層を重ねて構成されている。この塔身４は、地上層４ａから最上層４ｅまでの通し柱を持たず、各階層を支える構造は、各階層で分断された側柱６ａ，四天柱６ｂおよび外壁６ｃで構成されている。
【００２２】
前記塔身４における二重層４ｂ以上の内部空間は、使用することが目的とされていないため、側柱６ａは太く短い柱が用いられている。なお、塔身４の各部は、貫やホゾなどの伝統的工芸に基づいて接合されており、木造住宅のような取付金具等による強固な接合ではない。そのため、木造多重塔１の変形時に生じる木材同士のめり込みに対する剛性を考慮して設計する必要がある。
【００２３】
前記木製心柱２は、前記塔身４における内部中心の吹き抜けに吊下部材（例えば、鎖等）５によって吊られており、その下端部が地上から浮いて振り子のように揺動可能に設けられている。また、前記木製心柱２は、図４に示すように、当該木製心柱２の変位を吸収するダンパー１０を介して塔身４に支持されている。
【００２４】
前記木製心柱２の頂部は、図１，図２に示すとおり、最上層の屋根３の中心部から突き出ており、この部分が相輪２ａとなる。前記相輪２ａは、露盤，伏鉢，請花，九輪，水煙，竜車，宝珠等の装飾が施された仏教上のシンボルであり、卒塔婆の形状に由来するとされている。
【００２５】
前記ダンパー１０は、図５に示すように、木製心柱２を抱持固定する複数個の抱持部材１２と、その抱持部材１２のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体１３と、前記ダンパー本体１３の他端と塔身４との間に介挿される複数個の架台１１と、を具備する。前記架台１１は、四天柱６ｂを跨って架設する横フレーム８ｂに設置されている。
【００２６】
図６（ａ）平面図，（ｂ）側面図は、前記ダンパー本体１３の構成図である。前記ダンパー本体１３は、２枚のプレート１３ａ１，１３ａ１と、そのプレート１３ａ１の長手方向に若干ずらして当該２枚のプレート１３ａ１，１３ａ１の間に配設された１枚のプレート１３ａ２と、を有し、前記２枚プレート１３ａ１，１３ａ１と１枚のプレート１３ａ２との間に、粘弾性体（例えば、下記表１に示す配合のジエン系粘弾性体ＳＤＭ−１）１３ｂが介設されている。
【００２７】
【表１】
【００２８】
また、前記２枚のプレート１３ａ１の一端は塔身側ブラケット１３ｃ１に支持され、１枚のプレート１３ａ２の一端は心柱側ブラケット１３ｃ２に支持されている。この塔身側ブラケット１３ｃ１，心柱側ブラケット１３ｃ２には、それぞれピン孔１３ｆ，１３ｆが穿設されており、前記架台１１，抱持部材１２にも、同様のピン孔が穿設されている。
【００２９】
この塔身側ブラケット１３ｃ１のピン孔１３ｆと架台１１とのピン孔にピン１３ｄを挿通することにより、ダンパー本体１３が架台１１に回動自在に支持される。同様に、心柱側ブラケット１３ｃ２のピン孔１３ｆと抱持部材１２のピン孔にピン１３ｄを挿通することにより、ダンパー本体１３が抱持部材１２に回動自在に支持される。なお、前記ピン１３ｄには、ピン孔１３ｆに挿通された状態で留め輪１３ｅ，１３ｅが巻着され、ピン孔１３ｆからの抜止めが施されている。
【００３０】
前記抱持部材１２は、図７に示すように、複数個で木製心柱２の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱２を抱持固定するものである。本実施形態では、４つの抱持部材１２によって木製心柱２の外周一周を囲い、各抱持部材１２は中心角９０°の略弧状に形成されている。
【００３１】
前記抱持部材１２は、略弧状に形成された基部１２ｃと、前記基部１２ｃの木製心柱側端部から垂直に立設した当接部１２ａと、前記基部１２ｃの周方向両端から垂直に立設した連結壁１２ｂ，１２ｂと、で形成されている。なお、本実施形態は、木製心柱２が横断面八角形状に形成されているため、基部１２ｃの内周も八角形状に形成されている。
【００３２】
前記抱持部材１２により木製心柱２を抱持固定する際には、４つの抱持部材１２を木製心柱２の外周一周を囲うように配置し、隣り合う連結壁１２ｂ，１２ｂのボルト孔にボルト１４を挿通してナット１４ａで締め付ける。ここで、ボルト１４とナット１４ａを強く締め付け、周方向に隣り合う抱持部材１２同士を接近させる程、木製心柱２は抱持部材１２に強く抱持固定されることとなる。
【００３３】
また、本実施形態では、前記ボルト１４の頭部と連結壁１２ｂとの間に当該ボルト１４に挿通された状態でバネ部材（例えば、スプリング）１４ｂが設けられている。
【００３４】
このように、ダンパー１０を設置することにより、木造多重塔１に振動が発生した際には、木製心柱２の変位のエネルギーがダンパー本体１０により吸収される。すなわち、前記プレート１３ａ１，１３ａ２の長手方向に対する木製心柱２の変位のエネルギーは、粘弾性体１３ｂの弾性力により吸収される。また、ダンパー本体１３が架台１１および抱持部材１２に対して回動自在に支持されているため、前記プレート１３ａ１，１３ａ２の厚み方向に木製心柱２が変位した際には、ダンパー本体１３は、木製心柱２の変位に伴って回動する。
【００３５】
本実施形態では、木製心柱２に４方向からダンパー本体１３を設けているため、どの方向に木製心柱２が変位したとしても、何れか２つ以上のダンパー本体１３の弾性力によって、木製心柱２における変位のエネルギーは吸収されることとなる。
【００３６】
また、ボルト１４の頭部と連結壁１２ｂとの間にバネ部材１４ｂを設けることにより、ボルト１４とナット１４ａの締め付けが緩んでも、隣り合う抱持部材１２同士は接近された状態が維持される。そのため、木材から成る木製心柱２は経年に共って次第に痩せ直径寸法が小さくなる可能性はあるものの、木製心柱２は抱持部材１２により強く抱持固定された状態が維持される。
【００３７】
次に、木製心柱２について、図８に基づき詳細に説明する。木製心柱２は接合部が無い木材を基本とするが、本実施形態では、図８（ａ：木製心柱２の側面図）に示すように、１番木２ｂ，２番木２ｃ，３番木２ｄを長さ方向に２箇所で接合して形成されている。前記１番木２ｂの天端，２番木２ｃの下端には継ぎ手（例えば、貝の口継ぎ手）７が形成されており、１番木２ｂの天端と２番木２ｃの下端とが接合される。同様に、２番木２ｃの天端と３番木２ｄの下端には継ぎ手７が形成されており、２番木２ｃの天端と３番木２ｄの下端とが接合される。前記継ぎ手７には補強リング７ａが巻かれると共に、貫通ボルト７ｂが挿通され、接合が補強される。
【００３８】
また、木製心柱２には、ヒノキ，杉等の木材が使用され、前記木製心柱２の重量は、木造多重塔１全体の重量よりも遥かに軽く、木造五重塔を例にすると全体の１〜２パーセント程度である。
【００３９】
図８（ｂ：木製心柱２の下端部および初重層４ａ天井の図）に示すように、初重層４ａの天井部には、前記四天柱６ｂ間を跨って横フレーム８ａが架設され、前記横フレーム８ａには前記木製心柱２を囲う枠材８が支持されている。これにより、木製心柱２下端部の水平方向の揺れが抑制される。
【００４０】
図９は、ダンパー１０設置位置における木製心柱２の断面図を示す。前記木製心柱２の断面は、略八角形状に形成されており、各辺に切り欠き２ｂが形成されている。前記切り欠き２ｂには、炭素繊維板９が貼り付けられる。木製心柱２は、デザインによって直径寸法が決められてしまい太くすることができないが、炭素繊維板９を貼り付けることにより、ダンパー１０設置位置における強度が確保される。また、木製心柱２の断面形状を円形から八角形に変更することにより、炭素繊維板９の貼付作業や強度計算が容易になる。
【００４１】
次に、ダンパー１０の設置位置の決定方法について説明する。ダンパー１０の設置位置の決定は、以下の手順により行われる。
（１）木造五重塔の仕口を回転剛性とせん断剛性を持つバネとして解析モデルを作成する。ここでは、塔身４から吊下部材５で吊るされた木製心柱２にダンパー１０を設置した木造五重塔を解析に用いたものとして説明する。
（２）木製心柱２は、通常、上方へ向かうにしたがって細くなっていくものが多いため、各重で区切ってモデル化し、部材同士を剛接合する。
（３）塔身４と木製心柱２に対して振動解析を行い、塔身４と木製心柱２との相対変位が最も大きくなる位置を特定する。
（４）前記相対変位が最も大きくなる位置に、ダンパー１０の設置が可能かを検討する。ダンパー１０の設置が不可能な場合には、（３）に戻り、その他の位置で相対変位が最も大きな位置を探す。
（５）（４）により特定された位置にダンパー１０を設置し、再度振動解析を行う。
（６）ダンパー１０の設置前後における振動解析の結果を比較し、効果が得られていることを確認する。
【００４２】
前記（１）〜（６）の手順により、本実施形態では、木製心柱２の相輪２ａ根元付近の位置にダンパー１０を設置することが決定された。
【００４３】
次に、本実施形態における木造多重塔１の地震応答解析結果について説明する。下記表２は、解析に用いた地震動のデータを示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
前記表２において、（ａ）神戸Ｌ２はＪＭＡ神戸ＮＳにおけるＬ２（極めて稀に発生する地震；震度６〜７）の位相を用いた模擬地震動，（ｂ）八戸Ｌ２は八戸ＮＳにおけるＬ２の位相を用いた模擬地震動，（ｃ）福岡Ｌ２は福岡西方沖地震ＦＫ００６におけるＬ２の位相を用いた模擬地震動，（ｄ）福岡ＲＥは福岡西方沖地震ＦＫ００６を現地（建設予定地）地盤で引き戻した地震動を示す。
【００４６】
図１０に、前記表２で示した（ａ）神戸Ｌ２，（ｂ）八戸Ｌ２，（ｃ）福岡Ｌ２，（ｄ）福岡ＲＥの地震動を、縦軸に加速度（ｃｍ／ｓ2），横軸に時刻（ｓ）で表したグラフを示す。
【００４７】
下記表３は、前記（ａ）〜（ｄ）の地震動発生時における木製心柱２頂部（相輪２ａ頂部）の応答変位を表にして示したものである。この表３では、ダンパー１０を設置した場合の木製心柱２頂部の変位，ダンパー１０を設置しなかった場合の木製心柱２頂部の変位、ダンパー１０を設置した場合と設置しなかった場合の木製心柱２頂部の変位の割合を示している。
【００４８】
【表３】
【００４９】
上記表３から見て取れるように、地震動によって差はあるものの、ダンパー１０を設置した場合は、設置しなかった場合と比較して、平均４割弱ほど木製心柱２頂部（相輪２ａ頂部）の応答変位が減少している。
【００５０】
このように、ダンパー１０を木製心柱２と塔身４の相対変位の最も大きな位置に設置することにより、地震や台風により木造多重塔１が振動しても、木製心柱２の変位を抑制することができる。その結果、木造多重塔１の木製心柱２は、塔身４の全重量に対して１〜２％程度の重量しかないものの、木製心柱２と塔身４の相対変位が抑制され、心柱２が塔身４に接触して損傷を受けることを抑制することが可能となる。
【００５１】
また、ダンパー１０を設置することにより、木製心柱２に支点ができてしまうものの、木製心柱２のダンパー１０設置位置に炭素繊維板９を設けることにより、木製心柱２の強度が増し、木製心柱２の損傷を抑制することが可能となる。さらに、木製心柱２のダンパー１０設置付近を横断面八角形状に形成することにより、炭素繊維板９を貼り付けるための切り欠き２ｂを設けることや、炭素繊維板９の貼付作業が容易となり、さらに、木製心柱２の強度計算も容易となる。
【００５２】
さらに、木製心柱２に４方向からダンパー本体１３を設け、ダンパー本体１３をピン１３ｄによって、架台１１，抱持部材１２に回動自在に支持することにより、地震動や台風により木造多重塔１が多方向に振動しても、木製心柱２の変位のエネルギーを吸収することが可能となる。
【００５３】
また、隣り合う抱持部材１２をボルト１４とナット１４ａによって接続する際、ボルト１４にバネ部材１４ｂを挿通させることにより、木材から成る木製心柱２が、経年と共にやせ細っても、強く抱持固定された状態を維持することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００５５】
例えば、実施形態では、木製心柱２が塔身４に吊られており、その下端部が地上から浮いている木造多重塔１について説明したが、木製心柱２が自立（例えば、基壇（初重層の床）や初重層天井裏から自立）した木造多重塔でもよい。
【００５６】
また、実施形態のダンパー本体１３は、粘弾性ダンパーを適用したが、それ以外のオイルダンパー，粘性ダンパー，摩擦ダンパーを適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…木造多重塔
２…木製心柱
２ａ…相輪
４…塔身
５…吊下部材
９…炭素繊維板
１０…ダンパー
１１…架台
１２…抱持部材
１２ａ…当接部
１２ｂ…連結壁
１２ｃ…基部
１３…ダンパー本体
１３ｄ…ピン
１３ｅ…ピン孔
１４…ボルト
１４ａ…ナット
１４ｂ…バネ部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔身と、その内部に設置されて前記塔身と独立に挙動する木製心柱と、を有する木造多重塔の振動を制御する構造であって、
木造多重塔の振動発生時に、木製心柱における相輪頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱と塔身の相対変位の最も大きな位置に設けたことを特徴とする木造多重塔の制振構造。
【請求項２】
前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、
前記木製心柱は、前記塔身の内部吹き抜けに、下端部が地上から浮いて、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出た状態で、吊下部材によって吊下げられていることを特徴とする請求項１記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項３】
前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、
前記木製心柱は、前記塔身の内部中心の吹き抜けに、下端部が地上から自立し、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出ていることを特徴とする請求項１記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項４】
前記ダンパーは、複数個で木製心柱の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱を抱持固定する抱持部材と、前記抱持部材のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体と、前記複数個のダンパー本体の他端と塔身との間に介挿される架台と、を有し、
前記抱持部材とダンパー本体、ダンパー本体と架台は、互いに穿設されたピン孔にピンを挿通して、回動自在に支持されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項５】
前記抱持部材は、略弧状に形成された基部と、前記基部の木製心柱側端部から垂直に立設した当接部と、前記基部の周方向両端から垂直に立設した連結壁と、を有し、
隣り合う抱持部材の連結壁を、バネ部材に挿通されたボルトとナットで連結することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の建築物の制振構造。
【請求項６】
前記木製心柱におけるダンパーの設置位置に、炭素繊維板が貼り付けられたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の建築物の制振構造。
【請求項１】
塔身と、その内部に設置されて前記塔身と独立に挙動する木製心柱と、を有する木造多重塔の振動を制御する構造であって、
木造多重塔の振動発生時に、木製心柱における相輪頂部の変位を吸収するダンパーを、木製心柱と塔身の相対変位の最も大きな位置に設けたことを特徴とする木造多重塔の制振構造。
【請求項２】
前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、
前記木製心柱は、前記塔身の内部吹き抜けに、下端部が地上から浮いて、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出た状態で、吊下部材によって吊下げられていることを特徴とする請求項１記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項３】
前記塔身は、その内部中心に吹き抜けを形成して階層を重ねて構成されており、
前記木製心柱は、前記塔身の内部中心の吹き抜けに、下端部が地上から自立し、かつ、上端部が塔身の屋根から上部に突き出ていることを特徴とする請求項１記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項４】
前記ダンパーは、複数個で木製心柱の外周一周を囲い、周方向に連結して木製心柱を抱持固定する抱持部材と、前記抱持部材のそれぞれに一端が固定された複数個のダンパー本体と、前記複数個のダンパー本体の他端と塔身との間に介挿される架台と、を有し、
前記抱持部材とダンパー本体、ダンパー本体と架台は、互いに穿設されたピン孔にピンを挿通して、回動自在に支持されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の木造多重塔の制振構造。
【請求項５】
前記抱持部材は、略弧状に形成された基部と、前記基部の木製心柱側端部から垂直に立設した当接部と、前記基部の周方向両端から垂直に立設した連結壁と、を有し、
隣り合う抱持部材の連結壁を、バネ部材に挿通されたボルトとナットで連結することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の建築物の制振構造。
【請求項６】
前記木製心柱におけるダンパーの設置位置に、炭素繊維板が貼り付けられたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の建築物の制振構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１７２８６（Ｐ２０１２−１１７２８６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７９５４（Ｐ２０１０−２６７９５４）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【出願人】（５９１１３５１７４）松井建設株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（３０４０２６６９６）国立大学法人三重大学 (270)
【出願人】（５９１１３５１７４）松井建設株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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