(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びるボイド空間を内部に有する第１の構造体と、前記ボイド空間内に構築され、当該第１の構造体と異なる固有周期を有して当該第１の構造体よりも高い剛性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水平制振装置と、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し、
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体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鉛直制振装置と、からなり、
前記鉛直制振装置は、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、前記他方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材を備え、
前記鉛直制振装置は、前記高い方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材と、前記他方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材とを結ぶように取付けられてい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、
前記高い方の構造体は、前記第１の構造体であり、
前記取付部材は、前記高い方の構造体の上部において、前記他方の構造体の上方を跨ぐように掛け渡されていることを特徴とする制振構造物。
【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。
【特許文献１】特開２００６―２４１７８３号公報
【特許文献２】特開２００５―１８００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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】
【０００６】
本発明の制振構造物は、上下方向に延びるボイド空間を内部に有する第１の構造体と、前記ボイド空間内に構築され、当該第１の構造体と異なる固有周期を有して当該第１の構造体よりも高い剛性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水平制振装置と、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し、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鉛直制振装置と、からなり、前記鉛直制振装置は、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。
【０００７】
上記の制振構造物において、前記鉛直変位抑制機構は、前記他方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材を備え、前記鉛直制振装置は、前記高い方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材と、前記他方の構造体の上部から横方向に突出する取付部材とを結ぶように取付けられていてもよい。
【０００８】
また、前記高い方の構造体は、前記第１の構造体であり、前記取付部材は、前記高い方の構造体の上部において、前記他方の構造体の上方を跨ぐように掛け渡されていてもよい。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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。
【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
【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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