梁内に設置した省スペース制振ダンパーおよび同制振ダンパーを有する架構
【課題】 柱梁によって構成される壁面と干渉しないために自由に開口を設けることのできるとともに、製造が簡単でローコストで製造することができ、長期荷重を支持する部材が地震時に塑性変形を残した状態で長期荷重を支持することのない制振構造を提供する。
【解決方法】 柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【解決方法】 柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、梁内に収容されたダンパーを有する制振構造、当該制振構造を有する建物架構および建物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地震時および風荷重による建物応答の抑制を目的として、建物に壁型、ブレース型、間柱型、方杖型など種々の制振ダンパーを設けることが知れられている。しかし、これらのダンパーはほとんどの場合柱梁によって構成される架構の面内に設けられるために、ダンパーを設けた壁面には開口を設けることができなくなるなど、建築計画上の制約を生じる。
【0003】
この点を改善して、建築計画上の制約が少ない制振ダンパーを開示した文献として特開2002−364068号公報(以下「文献1」と称する)がある。文献1に開示された発明によれば、柱の側面に上位ブラケットと下位ブラケットを接合して、スプライスプレートおよびエネルギー吸収部材を介して梁を支持することで、地震時(記載の簡潔のために、風荷重による変形時も含めて以下の記載では単に「地震時」と称することにする)の柱梁部の変形をエネルギー吸収部材によって吸収する。
【0004】
しかし、文献1に記載された構造によれば、柱側面に上位ブラケットと下位ブラケットとを接合することが必須であるために、製造工程が増加しコストアップに繋がる。また、梁の上部フランジを曲げ部材であるスプライスプレートによって接合しているため、スプライスプレート自体が曲げ抵抗を有し、エネルギー吸収部材のエネルギー吸収能力を有効に使うことができない問題があり、梁の荷重を支持部材であるスプライスプレートにはエネルギー吸収後に塑性変形が残る(地震後には塑性変形の残ったスプライスプレートによって梁の長期荷重を支持することになる)問題がある。
【0005】
さらに、文献1においては、地震時に最も有効にエネルギー吸収を行う継ぎ手の位置(柱に設けられた上位および下位ブラケットと梁との継ぎ手の位置)については格別の配慮がなされていない。また、梁とスラブとの接合構造について、特に考慮されていないので、通常通り梁とスラブとがスタッドにより接続されているとすれば、梁の変形時にスラブにひび割れが生じることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−364068号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、従来技術が有する上記の課題を解決することを目的としてなされたもので、柱梁によって構成される壁面と干渉しないために壁面に自由に開口を設けることのできるとともに、製造が簡単でローコストで製造することができ、長期荷重を支持する部材が地震時に塑性変形を残した状態で長期荷重を支持することのない制振構造を提供する。本発明はさらに、地震時の制振効果が最も有効になる位置に制振ダンパーを設けた制振構造、および、地震時に梁の変形によってスラブが損傷を受けにくい接合構造を有する制振構造を提供することを課題とする。本発明はさらに、上記制振構造を有する建物架構および建物を提供するものである。本発明の上記以外の解決課題と効果は、本発明に関する以下の記載を通じて明らかになるはずである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明は、柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
を提案する。
【0009】
本発明はさらに、柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造を提案する。
【0010】
上記の構造は、例えば、連結部材について、
1)一端が柱ブラケットに剛接合されて、他端が梁部材のウェブ(その上端部又は下端部)にピン接合された構造、
2)一端が柱ブラケットにピン接合されて、他端が梁部材のウェブ(その上端部又は下端部)に剛接合された構造、がありえる。
また、エネルギー吸収部材については、両端がピン接合、両端が剛接合、一端がピンで他端が剛接合のいずれの接合方法も可能である。
【0011】
本発明はさらに、上記制振構造において、前記エネルギー吸収機構は、一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパー、またはオイルダンパーであることを特徴とする制振構造を提案する。
【0012】
一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパーを用いた上記制振構造においては、風荷重等の比較的小さな外力では摩擦ダンパーがすべらないために、剛な建物応答を期待することができる。一方、オイルダンパーを用いた上記制振構造においては、地震時あるいは風荷重による変形を受けた後にも建物躯体が弾性範囲であれば初期状態に復元する利点を有する。
【0013】
本発明はさらに、前記エネルギー吸収機構は、前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位をてこの原理で増幅してエネルギー吸収部材に伝える増幅機構を有する制振構造を提案する。
【0014】
エネルギー吸収部材のメカニズムがどのようなものであれ、地震時の前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位が大きいほど吸収エネルギーが大きくなる。したがって、当該相対変位をてこの原理を利用した増幅機構で増幅してエネルギー吸収部材に伝えることがエネルギー吸収上有利である。ここで、てこの原理とは、最も典型的なてこの原理を用いたものに限らず、トグル、歯車を用いた機構等、入力変位に対して出力変位が大きくなる種々のメカニズムをさすものとする。
【0015】
本発明はさらに、前記梁部材は、スラブの長期荷重(上載荷重)を受けないよう設計されている制振構造を提案する。
【0016】
ここで、スラブの長期荷重(上載荷重)を受けないとは、設計上スラブの長期荷重が梁部材に加わらないと考えることのできる構造を意味しており、完全に物理的に非接触である場合の他に、間に非構造部材を介して接触している場合や接触面が互いに滑ることのできる構造を含む。
【0017】
本発明においては、前記柱ブラケットの接合部の位置は、柱間距離の1/8以上、1/2未満の長さを有する制振構造を提案する。
【0018】
摩擦ダンパーを用いた場合、すべりが生じた後のブラケットと梁の接合部における相対回転角は、接合部をスパン内側に設けるほうが大きくなる。例えば、接合部がスパンの1/3の位置にある場合は、柱位置で接合した場合に対して回転角は3倍である。従って、接合部をスパン内側に設ける場合は、柱位置で接合する場合と比べて、摩擦ダンパーのすべり荷重を小さく設定しても、同じ制振効果を得ることができる。すべり荷重が小さいと、ダンパー部分をコンパクトにでき、コストも低減することができる。
【0019】
オイルダンパーや他のダンパーを用いた場合も同様で、接合部をスパン内側に設けることによりダンパーの変形量が大きくなる。そのため、ダンパーの容量を小さくコンパクトにしても、柱位置で接合する場合と同じ制振効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明に基づく制振構造の一実施例
【図2】図1に示した制振構造の鉛直断面図
【図3】本発明に基づく制振構造の他の実施例
【図4】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図5】図4に示した制振構造の鉛直断面図
【図6】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図7】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図8】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁の実施例の側面図
【図9】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁の他の実施例の側面図
【図10】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁のさらに他の実施例の側面図
【図11】建物における制振構造の設置位置を図示した建物架構の鉛直断面図
【図12】建物における制振構造の設置位置を図示した建物架構の平面図
【図13】本発明に基づく建物の地震応答結果(最大層間変形角)
【図14】本発明に基づく建物の地震応答結果(最大層せん断力)
【図15】本発明に基づく建物の地震応答結果(頂部最大応答加速度)
【図16】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパーエネルギー吸収率)
【図17】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパー回転角)
【図18】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパー取り付け部曲げモーメント)
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、実施例に基づいて本発明の具体的な態様を説明するが、実施例は発明の理解を助けるために記載するに過ぎないものであるから、本発明は以下に記載する実施例に限定されないことはいうまでも無い。
【実施例】
【0022】
図1は、本発明に基づく制振構造の一実施例を示す側面図である。柱500には梁部材620と同一断面を有するブラケット610が溶接によって接合されており、ブラケット610および梁部材620の上方には、設計上長期荷重をブラケット610および梁部材620にかけない形で床スラブが形成されている。ブラケット610と梁部材620の接続位置630の梁の上端近傍には、一端をピン支持120された連結部材110を有するピン支持機構100が設けられている。梁部材620の下端近傍には、梁部材620に対してピン支持220された連結部材210を有する減衰機構200が設けられている。減衰機構200の連結部材210は、ブラケット610に対して摩擦部材230を介して接続されている。
【0023】
図2は、それぞれ図1に示したAとBの位置における鉛直断面図である。ブラケット側のAの位置では、ブラケットの上端フランジ612に近いウェブ614に、溶接等によって端部を剛接された支持機構が設けられ、下端近傍には、端部を摩擦部材230を介して接続された連結部材210が設けられている。梁620側のBの位置では、ピン支持機構100と減衰機構200とは共にピン支持120、220されている。摩擦部材230は1つでも良いし、複数でも良い。
【0024】
図1において水平方向の地震荷重を受けた場合、ブラケット610と梁620はピン支持機構100を中心に相対的な変位角を生じ、その際ピン支持220された減衰機構200の連結部材210とブラケット610との間に設けられた摩擦部材230はすべりを生じてエネルギーを吸収する。
【0025】
図3は、本発明に基づく減衰機構の第2の実施例を示す立面図である。本実施例においては、減衰機構300は連結部材310によって梁部材620に対してピン320接合されており、連結部材310の他端は、ピン350によってブラケット610に対して回転自在に接合された本体340にピン360によって接合されている。本体340の両端部近傍には摩擦部材330が設けられている。
【0026】
本体340に連結部材310がピン360によって接合される位置と本体340がブラケットにピン接合350される位置との間の距離(ピン350とピン360の距離)は、本体340の両端部に設けられた摩擦部材330間の距離よりも小さいので、連結部材310の水平方向の動きがてこの原理によって拡大されて摩擦部材330に伝達される。したがって、摩擦部材330によるエネルギー吸収を一層有効に活用することができる。
【0027】
図4は、本発明に基づく減衰機構の第3の実施例を示す立面図である。連結部材410の一端がピン420によって梁部材に接続されている点および本体440が連結部材410の他端に対してピン450によって接続されると共に、ピン460によってブラケットに対してピン接合されている点は前記第2の実施例と同様であるが、本実施例では、エネルギー吸収機構として摩擦部材330ではなくオイルダンパー430が設けられている点が異なる。本体440の両端部近傍にはそれぞれオイルダンパー430が設けられ、オイルダンパー430の他端はブラケットの上部フランジ612に固定されている。
【0028】
地震時にブラケットと梁部材との下端が開くように水平相対変位を生じた場合、当該水平相対変位は、減衰機構400のてこの作用によって拡大されてオイルダンパー430に伝達されるので、オイルダンパーの減衰能力をより効率的に利用することができる。
【0029】
図5は、前記第3の実施例の図中A、B、Cの位置での鉛直断面図である。Aの位置での断面図によれば、オイルダンパー430、431はそれぞれブラケット610のフランジの幅の範囲内に実質的に含まれている。図5Bは、本体440上部がブラケット610のウェブ614に回転自在に支持されていることおよび本体440と連結部材410もまたピン接合されていることを示している。図5Cに示す連結部材410の多端は、梁部材に対してピン420によって回転自在に支持されている。
【0030】
図6は、本発明に基づく減衰機構の第4の実施例を示す概念図である。同図においては、柱の位置を右側に示してあることに注意を要する。第4の実施例によれば、地震時には、柱に固定されたラック830に対してピニオンギア820が回転し、当該回転は増幅されて歯車840に伝達される。歯車840には2つのオイルダンパー850、852がそれぞれ接続されている。したがって、第4の実施例においても、ブラケットと梁部材に間の相対変位は増幅されてオイルダンパーに伝達されるので、オイルダンパーのエネルギー吸収能力を十分に活用することができる。図6Bは、第4の実施例の鉛直断面図である。
【0031】
図7は、本発明に基づく減衰機構の第5の実施例を示す概念図である。減衰機構900は一端をブラケットにピン920によって支持され、他端をピン940によって梁部材にピン支持され、中央部はピン950によって接合されて屈曲自在であるトグル機構を有する。前記トグルの中央部を連結する接合ピン950は、摩擦機構930を介して梁部材に対して相対変形を生じた際にエネルギーを吸収する。
【0032】
前記実施例1〜4においてはいずれの場合も、本発明にかかる制振機構は、柱梁から構成される壁部と干渉せず、したがって必要であればどの部分にも開口を設けることができるなど、設計上の自由度が高いことが理解される。さらに、梁の断面に現れた減衰機構によれば、各部材は何れも梁のフランジ先端部を結んで形成される長方形の仮想断面に実質的に含まれるので、設計上も取り扱いが容易である。
【0033】
図8は、本発明に基づく減衰機構を設けた柱梁部分を示す図である。ブラケット610と梁部材620は柱の近傍で連結部材110、310によって、ピン120の周りに回転自在に接続されている。ブラケット610と梁部材620との相対水平変位は、減衰機構300、300’の本体340を回転させ、その結果摩擦機構330に摩擦を生じさせる。梁上端とスラブとは、力学的に完全に縁を切っても良いが、ブラケット610と梁部材620の継手部分630近傍以外は、相互に固定しても良い。
【0034】
図9は、先の実施例とは減衰機構230が異なるのみならず、ブラケット610と梁部材620との継手部分630の位置が梁の1/3程度の位置に設けられている点が異なる実施例である。柱梁からなる架構が水平変形する場合、継手部分の位置は梁部材の中央よりであるほどブラケットと梁部材との間の水平変位は大きくなる。したがって、継手部分の位置は梁の長さの1/8以上であるのが好ましい。
【0035】
図10は、図3に示した減衰機構を用いた建物の柱梁部分を図示したものである。ブラケットと梁部材との継手が、梁の長さの1/3程度の位置にある点は前記実施例と同様である。
【0036】
図11は、本発明に係る前記制振構造を各階に設けた15階建ての建物の概念を示す骨組みの立面図である。同図においては、建物中央部のすべての階の柱梁に制振構造600を設け、当該部分以外は通常の柱梁構造660としたが、本発明はこのような配置に制限されるわけではなく、制振構造は建物周辺部に設けてもよいし、また特定の階だけに設けてもよいことは自明である。
【0037】
図12は、制振構造を設けた部分の梁と床スラブの関係を例示するための平面図である。図面の中央部、図面中において上下方向の梁に制振構造が設けられている場合、制振構造を設けた梁620と並行に2本の梁650を設け、通常の梁660と当該2本の梁650との間に小梁670を掛け渡して床荷重を支持する。制振構造を設けた梁の上部のスラブ710については、少なくとも中央部720近傍の床荷重が梁に掛からないように設計する。
【0038】
以下に、本発明に基づく減衰機構を有する図11の建物について地震応答計算を行った結果について説明する。解析は、極めて稀に発生する地震動として告示に記載されている地震動を用いた。位相はエルセントロ、八戸、神戸およびタフトの4種類である。ブラケットと梁の継手部分における滑り荷重をゼロから1835.7kNの範囲で数種類変化させて応答解析を行った。
【0039】
図13は、横軸に摩擦ダンパーの滑り荷重を、縦軸に最大層間変形角をとって示したものである。摩擦ダンパーの滑り荷重が200kN〜1000kN程度の範囲で最大層間変形角が比較的小さくなることが分かる。以下のグラフにおいて、横軸は何れも摩擦ダンパー滑り荷重を表す。表1は、図13と同様の最大層間変形角を示す。4つの入力地震波に対する最大層間変形角を比較すると、タフトの位相を用いたときに最大値となる場合が多いが、滑り荷重の値によってはタフト以外の入力によって最大値となる場合もあることが分かる。
【0040】
図14は、横軸については図13と同じであるが、縦軸に最大層せん断力をとって示したものである。同図に示される最大層せん断力についても図13と同様の傾向が示され、摩擦ダンパーの滑り荷重が200kN〜1000kNの間であれば、応答最大層せん断力が比較的小さい。表2は前記の結果を数値で示したものである。
【0041】
図15は、縦軸に頂部最大応答加速度を示したものである。表3は同様に頂部最大応答加速度を示す。この場合にも同様に、摩擦ダンパー滑り荷重が200kN〜1000kNの範囲で頂部最大応答加速度が小さくなることが分かる。
【0042】
図16および表4は、ダンパーエネルギー吸収率(建物に入力された地震エネルギーのうち、ダンパーが吸収したエネルギーの割合、%)を図示したものである。図13〜15とは逆に、摩擦ダンパー滑り荷重が200kN〜1000kNの範囲でダンパーエネルギー吸収率が相対的に高い。すなわち、ダンパーによるエネルギー吸収が図13〜15に示した建物の応答最大層間変形角等の低減と直接関与していることを示している。
【0043】
図17と表5は、縦軸にダンパー回転角を示す。同図は、ダンパー回転角に関しては、摩擦ダンパー滑り荷重kNの増大に伴ってほぼ単調に減少する傾向を示している。
【0044】
図18と表6は、ダンパー取り付け部分の曲げモーメントを図示したものである。当該最大曲げモーメントは摩擦ダンパーの滑り荷重と正比例する。
【0045】
以上図示した結果は以下のようにまとめることができる。
1)摩擦ダンパーの滑り荷重が小さすぎると、ダンパーの吸収エネルギーが小さく、制振効果は小さい。滑り荷重を小さくしていくと、制振梁接合部をピン(摩擦抵抗無し)とした場合の応答に漸近する。
2)摩擦ダンパーの滑り荷重が大きすぎると、梁の回転角が小さくなり、ダンパーの吸収エネルギーが小さくなる。滑り荷重を大きくしていくと、制振梁接合部を剛とした場合の応答に漸近する。
3)この建物モデルの場合には摩擦ダンパーの滑り荷重を200kN〜1000kNの範囲、より好ましくは350kN〜650kNの範囲にしたときに制振効果が大きい。タフトの位相を用いた層間変形角は、ピン接合の場合は1/82、剛接合の場合は1/99であるのに対して、上記の範囲の場合には1/125〜1/150に低減された。
【0046】
大梁の梁端部の降伏モーメントは、BH−900×400×19×32(SN490)の場合には4160kN・mである。ダンパーの取り付け部の曲げモーメントは、摩擦ダンパーの滑り荷重を350〜650kNとしたときは、200〜400kN・mになる。したがって、摩擦ダンパーがすべるときの最大端部曲げモーメントは600〜1200kN・mとなり、梁の降伏モーメントの0.15〜0.30である。
【符号の説明】
【0047】
【技術分野】
【0001】
本発明は、梁内に収容されたダンパーを有する制振構造、当該制振構造を有する建物架構および建物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地震時および風荷重による建物応答の抑制を目的として、建物に壁型、ブレース型、間柱型、方杖型など種々の制振ダンパーを設けることが知れられている。しかし、これらのダンパーはほとんどの場合柱梁によって構成される架構の面内に設けられるために、ダンパーを設けた壁面には開口を設けることができなくなるなど、建築計画上の制約を生じる。
【0003】
この点を改善して、建築計画上の制約が少ない制振ダンパーを開示した文献として特開2002−364068号公報(以下「文献1」と称する)がある。文献1に開示された発明によれば、柱の側面に上位ブラケットと下位ブラケットを接合して、スプライスプレートおよびエネルギー吸収部材を介して梁を支持することで、地震時(記載の簡潔のために、風荷重による変形時も含めて以下の記載では単に「地震時」と称することにする)の柱梁部の変形をエネルギー吸収部材によって吸収する。
【0004】
しかし、文献1に記載された構造によれば、柱側面に上位ブラケットと下位ブラケットとを接合することが必須であるために、製造工程が増加しコストアップに繋がる。また、梁の上部フランジを曲げ部材であるスプライスプレートによって接合しているため、スプライスプレート自体が曲げ抵抗を有し、エネルギー吸収部材のエネルギー吸収能力を有効に使うことができない問題があり、梁の荷重を支持部材であるスプライスプレートにはエネルギー吸収後に塑性変形が残る(地震後には塑性変形の残ったスプライスプレートによって梁の長期荷重を支持することになる)問題がある。
【0005】
さらに、文献1においては、地震時に最も有効にエネルギー吸収を行う継ぎ手の位置(柱に設けられた上位および下位ブラケットと梁との継ぎ手の位置)については格別の配慮がなされていない。また、梁とスラブとの接合構造について、特に考慮されていないので、通常通り梁とスラブとがスタッドにより接続されているとすれば、梁の変形時にスラブにひび割れが生じることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−364068号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、従来技術が有する上記の課題を解決することを目的としてなされたもので、柱梁によって構成される壁面と干渉しないために壁面に自由に開口を設けることのできるとともに、製造が簡単でローコストで製造することができ、長期荷重を支持する部材が地震時に塑性変形を残した状態で長期荷重を支持することのない制振構造を提供する。本発明はさらに、地震時の制振効果が最も有効になる位置に制振ダンパーを設けた制振構造、および、地震時に梁の変形によってスラブが損傷を受けにくい接合構造を有する制振構造を提供することを課題とする。本発明はさらに、上記制振構造を有する建物架構および建物を提供するものである。本発明の上記以外の解決課題と効果は、本発明に関する以下の記載を通じて明らかになるはずである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明は、柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
を提案する。
【0009】
本発明はさらに、柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造を提案する。
【0010】
上記の構造は、例えば、連結部材について、
1)一端が柱ブラケットに剛接合されて、他端が梁部材のウェブ(その上端部又は下端部)にピン接合された構造、
2)一端が柱ブラケットにピン接合されて、他端が梁部材のウェブ(その上端部又は下端部)に剛接合された構造、がありえる。
また、エネルギー吸収部材については、両端がピン接合、両端が剛接合、一端がピンで他端が剛接合のいずれの接合方法も可能である。
【0011】
本発明はさらに、上記制振構造において、前記エネルギー吸収機構は、一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパー、またはオイルダンパーであることを特徴とする制振構造を提案する。
【0012】
一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパーを用いた上記制振構造においては、風荷重等の比較的小さな外力では摩擦ダンパーがすべらないために、剛な建物応答を期待することができる。一方、オイルダンパーを用いた上記制振構造においては、地震時あるいは風荷重による変形を受けた後にも建物躯体が弾性範囲であれば初期状態に復元する利点を有する。
【0013】
本発明はさらに、前記エネルギー吸収機構は、前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位をてこの原理で増幅してエネルギー吸収部材に伝える増幅機構を有する制振構造を提案する。
【0014】
エネルギー吸収部材のメカニズムがどのようなものであれ、地震時の前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位が大きいほど吸収エネルギーが大きくなる。したがって、当該相対変位をてこの原理を利用した増幅機構で増幅してエネルギー吸収部材に伝えることがエネルギー吸収上有利である。ここで、てこの原理とは、最も典型的なてこの原理を用いたものに限らず、トグル、歯車を用いた機構等、入力変位に対して出力変位が大きくなる種々のメカニズムをさすものとする。
【0015】
本発明はさらに、前記梁部材は、スラブの長期荷重(上載荷重)を受けないよう設計されている制振構造を提案する。
【0016】
ここで、スラブの長期荷重(上載荷重)を受けないとは、設計上スラブの長期荷重が梁部材に加わらないと考えることのできる構造を意味しており、完全に物理的に非接触である場合の他に、間に非構造部材を介して接触している場合や接触面が互いに滑ることのできる構造を含む。
【0017】
本発明においては、前記柱ブラケットの接合部の位置は、柱間距離の1/8以上、1/2未満の長さを有する制振構造を提案する。
【0018】
摩擦ダンパーを用いた場合、すべりが生じた後のブラケットと梁の接合部における相対回転角は、接合部をスパン内側に設けるほうが大きくなる。例えば、接合部がスパンの1/3の位置にある場合は、柱位置で接合した場合に対して回転角は3倍である。従って、接合部をスパン内側に設ける場合は、柱位置で接合する場合と比べて、摩擦ダンパーのすべり荷重を小さく設定しても、同じ制振効果を得ることができる。すべり荷重が小さいと、ダンパー部分をコンパクトにでき、コストも低減することができる。
【0019】
オイルダンパーや他のダンパーを用いた場合も同様で、接合部をスパン内側に設けることによりダンパーの変形量が大きくなる。そのため、ダンパーの容量を小さくコンパクトにしても、柱位置で接合する場合と同じ制振効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明に基づく制振構造の一実施例
【図2】図1に示した制振構造の鉛直断面図
【図3】本発明に基づく制振構造の他の実施例
【図4】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図5】図4に示した制振構造の鉛直断面図
【図6】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図7】本発明に基づく制振構造のさらに他の実施例
【図8】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁の実施例の側面図
【図9】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁の他の実施例の側面図
【図10】本発明に基づく制振構造を備える柱・梁のさらに他の実施例の側面図
【図11】建物における制振構造の設置位置を図示した建物架構の鉛直断面図
【図12】建物における制振構造の設置位置を図示した建物架構の平面図
【図13】本発明に基づく建物の地震応答結果(最大層間変形角)
【図14】本発明に基づく建物の地震応答結果(最大層せん断力)
【図15】本発明に基づく建物の地震応答結果(頂部最大応答加速度)
【図16】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパーエネルギー吸収率)
【図17】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパー回転角)
【図18】本発明に基づく建物の地震応答結果(ダンパー取り付け部曲げモーメント)
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、実施例に基づいて本発明の具体的な態様を説明するが、実施例は発明の理解を助けるために記載するに過ぎないものであるから、本発明は以下に記載する実施例に限定されないことはいうまでも無い。
【実施例】
【0022】
図1は、本発明に基づく制振構造の一実施例を示す側面図である。柱500には梁部材620と同一断面を有するブラケット610が溶接によって接合されており、ブラケット610および梁部材620の上方には、設計上長期荷重をブラケット610および梁部材620にかけない形で床スラブが形成されている。ブラケット610と梁部材620の接続位置630の梁の上端近傍には、一端をピン支持120された連結部材110を有するピン支持機構100が設けられている。梁部材620の下端近傍には、梁部材620に対してピン支持220された連結部材210を有する減衰機構200が設けられている。減衰機構200の連結部材210は、ブラケット610に対して摩擦部材230を介して接続されている。
【0023】
図2は、それぞれ図1に示したAとBの位置における鉛直断面図である。ブラケット側のAの位置では、ブラケットの上端フランジ612に近いウェブ614に、溶接等によって端部を剛接された支持機構が設けられ、下端近傍には、端部を摩擦部材230を介して接続された連結部材210が設けられている。梁620側のBの位置では、ピン支持機構100と減衰機構200とは共にピン支持120、220されている。摩擦部材230は1つでも良いし、複数でも良い。
【0024】
図1において水平方向の地震荷重を受けた場合、ブラケット610と梁620はピン支持機構100を中心に相対的な変位角を生じ、その際ピン支持220された減衰機構200の連結部材210とブラケット610との間に設けられた摩擦部材230はすべりを生じてエネルギーを吸収する。
【0025】
図3は、本発明に基づく減衰機構の第2の実施例を示す立面図である。本実施例においては、減衰機構300は連結部材310によって梁部材620に対してピン320接合されており、連結部材310の他端は、ピン350によってブラケット610に対して回転自在に接合された本体340にピン360によって接合されている。本体340の両端部近傍には摩擦部材330が設けられている。
【0026】
本体340に連結部材310がピン360によって接合される位置と本体340がブラケットにピン接合350される位置との間の距離(ピン350とピン360の距離)は、本体340の両端部に設けられた摩擦部材330間の距離よりも小さいので、連結部材310の水平方向の動きがてこの原理によって拡大されて摩擦部材330に伝達される。したがって、摩擦部材330によるエネルギー吸収を一層有効に活用することができる。
【0027】
図4は、本発明に基づく減衰機構の第3の実施例を示す立面図である。連結部材410の一端がピン420によって梁部材に接続されている点および本体440が連結部材410の他端に対してピン450によって接続されると共に、ピン460によってブラケットに対してピン接合されている点は前記第2の実施例と同様であるが、本実施例では、エネルギー吸収機構として摩擦部材330ではなくオイルダンパー430が設けられている点が異なる。本体440の両端部近傍にはそれぞれオイルダンパー430が設けられ、オイルダンパー430の他端はブラケットの上部フランジ612に固定されている。
【0028】
地震時にブラケットと梁部材との下端が開くように水平相対変位を生じた場合、当該水平相対変位は、減衰機構400のてこの作用によって拡大されてオイルダンパー430に伝達されるので、オイルダンパーの減衰能力をより効率的に利用することができる。
【0029】
図5は、前記第3の実施例の図中A、B、Cの位置での鉛直断面図である。Aの位置での断面図によれば、オイルダンパー430、431はそれぞれブラケット610のフランジの幅の範囲内に実質的に含まれている。図5Bは、本体440上部がブラケット610のウェブ614に回転自在に支持されていることおよび本体440と連結部材410もまたピン接合されていることを示している。図5Cに示す連結部材410の多端は、梁部材に対してピン420によって回転自在に支持されている。
【0030】
図6は、本発明に基づく減衰機構の第4の実施例を示す概念図である。同図においては、柱の位置を右側に示してあることに注意を要する。第4の実施例によれば、地震時には、柱に固定されたラック830に対してピニオンギア820が回転し、当該回転は増幅されて歯車840に伝達される。歯車840には2つのオイルダンパー850、852がそれぞれ接続されている。したがって、第4の実施例においても、ブラケットと梁部材に間の相対変位は増幅されてオイルダンパーに伝達されるので、オイルダンパーのエネルギー吸収能力を十分に活用することができる。図6Bは、第4の実施例の鉛直断面図である。
【0031】
図7は、本発明に基づく減衰機構の第5の実施例を示す概念図である。減衰機構900は一端をブラケットにピン920によって支持され、他端をピン940によって梁部材にピン支持され、中央部はピン950によって接合されて屈曲自在であるトグル機構を有する。前記トグルの中央部を連結する接合ピン950は、摩擦機構930を介して梁部材に対して相対変形を生じた際にエネルギーを吸収する。
【0032】
前記実施例1〜4においてはいずれの場合も、本発明にかかる制振機構は、柱梁から構成される壁部と干渉せず、したがって必要であればどの部分にも開口を設けることができるなど、設計上の自由度が高いことが理解される。さらに、梁の断面に現れた減衰機構によれば、各部材は何れも梁のフランジ先端部を結んで形成される長方形の仮想断面に実質的に含まれるので、設計上も取り扱いが容易である。
【0033】
図8は、本発明に基づく減衰機構を設けた柱梁部分を示す図である。ブラケット610と梁部材620は柱の近傍で連結部材110、310によって、ピン120の周りに回転自在に接続されている。ブラケット610と梁部材620との相対水平変位は、減衰機構300、300’の本体340を回転させ、その結果摩擦機構330に摩擦を生じさせる。梁上端とスラブとは、力学的に完全に縁を切っても良いが、ブラケット610と梁部材620の継手部分630近傍以外は、相互に固定しても良い。
【0034】
図9は、先の実施例とは減衰機構230が異なるのみならず、ブラケット610と梁部材620との継手部分630の位置が梁の1/3程度の位置に設けられている点が異なる実施例である。柱梁からなる架構が水平変形する場合、継手部分の位置は梁部材の中央よりであるほどブラケットと梁部材との間の水平変位は大きくなる。したがって、継手部分の位置は梁の長さの1/8以上であるのが好ましい。
【0035】
図10は、図3に示した減衰機構を用いた建物の柱梁部分を図示したものである。ブラケットと梁部材との継手が、梁の長さの1/3程度の位置にある点は前記実施例と同様である。
【0036】
図11は、本発明に係る前記制振構造を各階に設けた15階建ての建物の概念を示す骨組みの立面図である。同図においては、建物中央部のすべての階の柱梁に制振構造600を設け、当該部分以外は通常の柱梁構造660としたが、本発明はこのような配置に制限されるわけではなく、制振構造は建物周辺部に設けてもよいし、また特定の階だけに設けてもよいことは自明である。
【0037】
図12は、制振構造を設けた部分の梁と床スラブの関係を例示するための平面図である。図面の中央部、図面中において上下方向の梁に制振構造が設けられている場合、制振構造を設けた梁620と並行に2本の梁650を設け、通常の梁660と当該2本の梁650との間に小梁670を掛け渡して床荷重を支持する。制振構造を設けた梁の上部のスラブ710については、少なくとも中央部720近傍の床荷重が梁に掛からないように設計する。
【0038】
以下に、本発明に基づく減衰機構を有する図11の建物について地震応答計算を行った結果について説明する。解析は、極めて稀に発生する地震動として告示に記載されている地震動を用いた。位相はエルセントロ、八戸、神戸およびタフトの4種類である。ブラケットと梁の継手部分における滑り荷重をゼロから1835.7kNの範囲で数種類変化させて応答解析を行った。
【0039】
図13は、横軸に摩擦ダンパーの滑り荷重を、縦軸に最大層間変形角をとって示したものである。摩擦ダンパーの滑り荷重が200kN〜1000kN程度の範囲で最大層間変形角が比較的小さくなることが分かる。以下のグラフにおいて、横軸は何れも摩擦ダンパー滑り荷重を表す。表1は、図13と同様の最大層間変形角を示す。4つの入力地震波に対する最大層間変形角を比較すると、タフトの位相を用いたときに最大値となる場合が多いが、滑り荷重の値によってはタフト以外の入力によって最大値となる場合もあることが分かる。
【0040】
図14は、横軸については図13と同じであるが、縦軸に最大層せん断力をとって示したものである。同図に示される最大層せん断力についても図13と同様の傾向が示され、摩擦ダンパーの滑り荷重が200kN〜1000kNの間であれば、応答最大層せん断力が比較的小さい。表2は前記の結果を数値で示したものである。
【0041】
図15は、縦軸に頂部最大応答加速度を示したものである。表3は同様に頂部最大応答加速度を示す。この場合にも同様に、摩擦ダンパー滑り荷重が200kN〜1000kNの範囲で頂部最大応答加速度が小さくなることが分かる。
【0042】
図16および表4は、ダンパーエネルギー吸収率(建物に入力された地震エネルギーのうち、ダンパーが吸収したエネルギーの割合、%)を図示したものである。図13〜15とは逆に、摩擦ダンパー滑り荷重が200kN〜1000kNの範囲でダンパーエネルギー吸収率が相対的に高い。すなわち、ダンパーによるエネルギー吸収が図13〜15に示した建物の応答最大層間変形角等の低減と直接関与していることを示している。
【0043】
図17と表5は、縦軸にダンパー回転角を示す。同図は、ダンパー回転角に関しては、摩擦ダンパー滑り荷重kNの増大に伴ってほぼ単調に減少する傾向を示している。
【0044】
図18と表6は、ダンパー取り付け部分の曲げモーメントを図示したものである。当該最大曲げモーメントは摩擦ダンパーの滑り荷重と正比例する。
【0045】
以上図示した結果は以下のようにまとめることができる。
1)摩擦ダンパーの滑り荷重が小さすぎると、ダンパーの吸収エネルギーが小さく、制振効果は小さい。滑り荷重を小さくしていくと、制振梁接合部をピン(摩擦抵抗無し)とした場合の応答に漸近する。
2)摩擦ダンパーの滑り荷重が大きすぎると、梁の回転角が小さくなり、ダンパーの吸収エネルギーが小さくなる。滑り荷重を大きくしていくと、制振梁接合部を剛とした場合の応答に漸近する。
3)この建物モデルの場合には摩擦ダンパーの滑り荷重を200kN〜1000kNの範囲、より好ましくは350kN〜650kNの範囲にしたときに制振効果が大きい。タフトの位相を用いた層間変形角は、ピン接合の場合は1/82、剛接合の場合は1/99であるのに対して、上記の範囲の場合には1/125〜1/150に低減された。
【0046】
大梁の梁端部の降伏モーメントは、BH−900×400×19×32(SN490)の場合には4160kN・mである。ダンパーの取り付け部の曲げモーメントは、摩擦ダンパーの滑り荷重を350〜650kNとしたときは、200〜400kN・mになる。したがって、摩擦ダンパーがすべるときの最大端部曲げモーメントは600〜1200kN・mとなり、梁の降伏モーメントの0.15〜0.30である。
【符号の説明】
【0047】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【請求項2】
柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【請求項3】
前記エネルギー吸収機構は、一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパー、またはオイルダンパーであることを特徴とする請求項1または2に記載の制振構造。
【請求項4】
前記エネルギー吸収機構は、前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位をてこの原理で増幅してエネルギー吸収部材に伝える増幅機構を有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の制振構造。
【請求項5】
前記梁部材は、スラブと非接触またはスラブとの間にすべりを生じ得るように接している請求項1ないし4の何れかに記載の制振構造。
【請求項6】
前記柱ブラケットは、柱間距離の1/8以上、1/2未満の長さを有する請求項1ないし5の何れかに記載の制振構造。
【請求項1】
柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【請求項2】
柱ブラケットと梁部材との接合部に設けられる制振構造であって、
一端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか一方にピン接合され、他端は前記柱ブラケットまたは前記梁部材のウェブ下端部の何れか他方に剛接合された連結部材と、
一端は前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか一方にピン接合または剛接合され、他端はエネルギー吸収機構を介して前記柱ブラケットと前記梁部材のウェブ上端部の何れか他方に接合されたエネルギー吸収部材を有することを特徴とする制振構造。
【請求項3】
前記エネルギー吸収機構は、一定値以上の力で滑りを生じる摩擦ダンパー、またはオイルダンパーであることを特徴とする請求項1または2に記載の制振構造。
【請求項4】
前記エネルギー吸収機構は、前記柱ブラケットと前記梁部材間の相対変位をてこの原理で増幅してエネルギー吸収部材に伝える増幅機構を有する、請求項1ないし3のいずれかに記載の制振構造。
【請求項5】
前記梁部材は、スラブと非接触またはスラブとの間にすべりを生じ得るように接している請求項1ないし4の何れかに記載の制振構造。
【請求項6】
前記柱ブラケットは、柱間距離の1/8以上、1/2未満の長さを有する請求項1ないし5の何れかに記載の制振構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2011−241603(P2011−241603A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−114827(P2010−114827)
【出願日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【Fターム(参考)】
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