(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の要所に該建物よりも高剛性の補強フレームを設置して耐震補強を行う構造において、対の単位フレームを同一構面内に並設し、それら単位フレーム間に、建物が曲げ変形した際に全体曲げ変形を含む変形に対して双方の単位フレーム間に生じる鉛直方向の相対変位によって作動する制震装置を設置してなり、
前記対の単位フレームを少なくとも当該建物の２層以上にわたる高さのものとして、該対の単位フレームを建物の基部と頂部との間に複数段にわたって設けるとともに、各段の対の単位フレームを互いに異なる構面または同一構面内の異なるスパンにおいて少なくとも１層分ずつラップさせた状態で設置し、かつ各段の対の単位フレーム間に前記制震装置を複数設けてなることを特徴とする耐震補強構造。
【請求項２】
請求項１記載の耐震補強構造において、前記複数の制震装置を個別に交換可能に設けてなることを特徴とする耐震補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高層建物等に適用して好適な耐震補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の耐震性を向上させるため、建物よりも高剛性の補強フレームを建物の内部あるいは外部に設けて補強を行うという手法がある。そして、そのような補強フレームと建物との間にダンパー等の制震装置を介装すれば、地震時における建物と補強フレームとの相対変形により制震装置が作動して制震効果を得ることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来一般の補強フレームによる耐震補強手法は建物の層間に生じる剪断変形を拘束するものであり、低層の建物においては柱の軸方向変形が無視できるために地震時に生じる層間変形はほぼ剪断変形のみであるので、上記のような補強フレームと建物との間で確実に相対変形が生じ、したがってそのような補強フレームによる補強効果や制震効果を期待できる。
【０００４】
一方、高層ないし超高層の建物では地震時に生じる柱の軸方向変形が無視できなくなり、そのため建物全体の曲げ変形が生じてそれが剪断変形に累加されることになる。剪断変形を拘束するに過ぎない従来一般の補強フレームでは建物全体の曲げ変形を含む層間変形全体を拘束することができず、したがって、生じた全層間変形から全体曲げ変形成分に相当する変形を差し引いた剪断変形分のみが補強フレームないし制震装置に作用することになる。このため、高層ないし超高層建物の上層部においては大きな層間変形が生じるものの、従来一般の補強フレームによると効率的かつ十分な補強や制震を行い得ないものである。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は高層ないし超高層建物における建物全体の曲げ変形にも対処し得て効率的な制震を行い得る有効な耐震補強構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物の要所に該建物よりも高剛性の補強フレームを設置して耐震補強を行う構造において、対の単位フレームを同一構面内に並設し、それら単位フレーム間に、建物が変形した際に全体曲げ変形を含む変形に対して双方の単位フレーム間に生じる鉛直方向の相対変位によって作動する制震装置を設置してなり、前記対の単位フレームを少なくとも当該建物の２層以上にわたる高さのものとして、該対の単位フレームを建物の基部と頂部との間に複数段にわたって設けるとともに、各段の対の単位フレームを互いに異なる構面または同一構面内の異なるスパンにおいて少なくとも１層分ずつラップさせた状態で設置し、かつ各段の対の単位フレーム間に前記制震装置を複数設けてなるものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の耐震補強構造において、前記複数の制震装置を個別に交換可能に設けてなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１〜図３は本実施形態の耐震補強構造を採用した建物を７スパン×７スパン×７層に簡略化したモデルとして示したものである。
【００１０】
本実施形態の耐震補強構造は、建物内部にＸ方向の補強フレーム１とＹ方向の補強フレーム２とを設けており、それら各補強フレーム１、２は、いずれも上下２段に分割されて設置されたものとなっている。すなわち、図３に示すように、Ｙ方向の補強フレーム２は第１層から第４層にわたる下段フレーム２ａと、それとは構面を変えて設けられた第４層から第７層にわたる上段フレーム２ｂとが１組となって構成されている。同様に、Ｘ方向の補強フレーム１も第１層から第４層にわたる下段フレーム１ａと、それとは構面を変えて設けられた第４層から第７層にわたる上段フレーム１ｂとが１組となって構成されている。そして、それら下段フレーム１ａ，２ａおよび上段フレーム１ｂ、２ｂは、いずれも図２に示すように同一の形態の単位フレーム３が対をなして同一構面内に近接して並設された構成とされている。
【００１１】
各単位フレーム３はＨ形鋼等の高剛性鋼材等が組まれたもので、図２に示すように各層の梁等に対してピン接合されることで建物に対して強固に固定されている。これらの単位フレーム３は建物に対する補強を目的とするものであることから当然に建物よりも高剛性とされるが、その剛性は建物の剛性よりも１０倍程度ないしそれ以上高くすることが好ましく、所望の剛性が得られるようにその形態と部材断面寸法を設定すれば良い。
【００１２】
そして、並設された対の単位フレーム３の相互間には、図２に示すように複数（図示例では３基）の制震装置４が介装されている。それら制震装置４としては各種ダンパーたとえばオイルダンパーが好適に採用可能であり、建物全体が曲げ変形した際に双方の単位フレーム３間に生じる鉛直方向の相対変位によって作動するように設置されている。すなわち、建物全体が曲げ変形した際には、図４（ｂ）にモデル化して示すように、並設された対の単位フレーム３はそれぞれ回転し、したがってそれらの相互間には鉛直方向の相対変位δが生じるので、その相対変位δによって作動するように制震装置４を鉛直方向に沿わせて設置している。
【００１３】
本実施形態では、対の単位フレーム３を並設してそれらの間に上記のように制震装置４を設置することにより、地震時における建物全体の曲げ変形がそれら対の単位フレーム３により拘束されるとともに、その際に制震装置４が確実に作動して振動エネルギーが吸収され、優れた制震効果が得られて応答を低減させることができる。つまり、本実施形態の耐震補強構造は建物全体の曲げ変形を含む変形を利用して制震装置４を作動させるものであり、したがって曲げ変形が顕著に生じる高層ないし超高層建物の上層部等に適用することで合理的、効率的な制震を行うことができるものである。
【００１４】
なお、図４（ａ）は従来一般のように単位フレーム３を単独で設けてその単位フレーム３と建物との間に制震装置を介装する場合の例である。この場合、建物全体の曲げ変形により単位レーム３は同様に回転するが、曲げ変形相当分の変位δｂは制震装置の作動に寄与せず、全層間変位δのうちの剪断変形相当分の変位δｄのみが制震装置に対して有効な変形として作用するに過ぎないから、本実施形態に比較して制震効果が劣るものである。
【００１５】
また、本実施形態の耐震補強構造は、高剛性の単位フレーム３により建物を補強するので、地震時の建物の変形がそれら単位フレーム３により拘束されて常に直線状となるように制御され、したがって各層における層間変形がほぼ均等になるように制御されて特定層に変形が集中するようなことを回避することができる。
【００１６】
しかも、本実施形態の構造では、単位フレーム３間に複数（図示例では３基）の制震装置４を設けているので、地震力が単位フレーム３を介して各制震装置４にほぼ均等に分散されるという地震エネルギーのバイパス効果も期待することができ、その結果、各制震装置４が均等に作動するものとなる。このような地震エネルギーのバイパス効果は、高剛性の単位フレーム３に対して複数の制震装置４を設置していることにより得られるものであり、個々の制震装置を建物に対して直接的に取り付けることが通常である従来一般の補強構造では得られるものではない。
【００１７】
さらに、本実施形態の耐震補強構造では、各制震装置４は個別に交換可能に設置されており、それにより大地震後に制震装置４の交換が必要となった際にはその交換作業を容易に行い得ることはもとより、建物や単位フレーム３に残留変形が生じているような場合はそれを考慮して制震装置４を再設置することが可能であり、必要であれば制震装置４を大容量化（グレードアップ）して耐震性能をより向上させることも容易に可能である。なお、複数基の制震装置４を交換する場合にはそれを１基ずつ順次交換することとすれば、仮に作業中に地震が発生したとしても上記のエネルギーバイパス効果により地震力が単位フレーム３を介して他の制震装置４に分散されるので安全性を確保することができる。
【００１８】
上記のような、制震装置４を容易に交換可能な構造であることは、建物の長寿命化を図る上で優れた利点となる。すなわち、近年、建物を可及的に長く使用したいという要請があり、百年以上もの長寿命を可能とするための検討がなされているが、建物の寿命が延びると必然的に遭遇する地震規模が大きくなり、また被災後の復旧対策も不可欠となる。そこで、建物を長寿命化するための方策の一環として本実施形態の耐震補強構造を採用すれば、単位フレーム３および制震装置４により大規模地震に対しても耐え得る耐震性能を確保できることはもとより、制震装置４の交換やグレードアップを行うことで健全性を確実にかつ容易に回復することが可能であるから、建物の長寿命化の実現に寄与し得るものである。
【００１９】
ところで、上記実施形態のように、Ｘ方向の補強フレーム１およびＹ方向の補強フレーム２を、それぞれ下段フレーム１ａ，２ａと上段フレーム１ｂ、２ｂとに２段に分断してそれらを異なる構面に設置しかつ第４層においてラップさせているのは、補強フレーム１，２の設置スペースとして建物のデッドスペースを有効に利用し、それにより建物の平面計画上の制約を軽減しまた使用勝手を損なうことを可及的に回避することを意図しているためである。
【００２０】
たとえば、一般に超高層建物においてはエレベータのゾーニングがなされ、低層用エレベータシャフトの上方空間や、高層用エレベータシャフトの下方空間はデッドスペースないし有効に活用し難いスペースとなることもあるので、本実施形態ではそのようなスペースを補強フレーム１，２の設置スペースとして利用するべく、補強フレーム１，２を上下方向に２段に分断してそれぞれを設置可能な位置に設置するようにしたのである。その場合、分断した下段フレーム１ａ，２ａと上段フレーム１ｂ、２ｂとを構造的に一体化する必要があるので、そのためにそれらを少なくとも１層分ずつ（図示例の場合は第４層において）ラップさせているのである。
【００２１】
そのようにすれば、ラップさせた層において生じるいわゆる閂効果により、下段フレーム１ａ，２ａと上段フレーム１ｂ、２ｂとの間で建物の躯体を介しての剪断力の相互伝達が生じ、したがってそれらを構造的に一体化させることができ、補強フレーム１，２を同一構面内で基部から頂部まで連続的に設ける場合と実質的に同様の挙動を呈するものとなる。勿論、補強フレーム１，２は少なくとも１層ずつラップさせて実質的に一体化させる限りにおいては３段ないしそれ以上の多段に分割しても同様である。
【００２２】
なお、補強フレーム１，２は必ずしも建物に均等配置する必要はない。耐震壁を持つ建物では耐震壁構面の変形は小さく、フレーム構面の変形は大きくなることが通常であり、変形が大きくなるフレーム構面に補強フレームを設けることで効果は大きくなる。また、上記実施形態のように補強フレーム１，２をＸ方向とＹ方向の双方に設けることに限らず、建物の平面形状によっては振動が生じやすい方向にのみ設けることでも良い。さらに、補強フレーム１，２を建物の内部に設置しても外部に設置しても効果は同じであるが、外部に設置した場合は内部に設置する場合よりも制震装置４の交換がより容易である。
【００２３】
そして、制震装置４としてはオイルダンパーや鋼材ダンパー、粘弾性ダンパー等の各種ダンパー、あるいはダンパー以外の形式の制震装置も任意に採用可能であり、その特性、容量、設置台数等については建物の動的特性に応じて最適設計すれば良いことは言うまでもないし、それに併せて建物の減衰性能を高めれば耐震性能をより向上させることができる。
【００２４】
さらになお、本発明の耐震補強構造は、新築建物に対して適用するのみならず、既存建物に対する耐震補強のための改修工事に際して適用することも好適である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、高剛性の補強フレームにより耐震補強を行う構造において、対の単位フレームを同一構面内に並設し、それら単位フレーム間に、建物が変形した際に全体曲げ変形を含む変形に対して双方の単位フレーム間に生じる鉛直方向の相対変位によって作動する制震装置を設置するものであるから、補強フレームにより建物の各層への地震入力や変形を制御できるのみならず、建物全体の曲げ変形に対しても制震装置が確実に作動して効率的かつ優れた制震効果を得ることができ、超高層建物に適用して最適である。
【００２６】
特に、対の単位フレームを少なくとも当該建物の２層以上にわたる高さのものとして、それら対の単位フレームを建物の基部と頂部との間に複数段にわたって設けるとともに、各段の対の単位フレームを互いに異なる構面または同一構面内の異なるスパンにおいて少なくとも１層分ずつラップさせた状態で設置し、かつ各段の対の単位フレーム間に制震装置を複数設けてなるものであるから、建物全体に対する耐震補強効果が得られるとともに、補強フレームを上下方向に分断して設置可能であるのでそれらを設置するためのスペースを確保し易いし建物の使い勝手を損なうことも少ない。
【００２７】
請求項２の発明は、対の単位フレーム間に設ける複数の制震装置を個別に交換可能としたので、被災後の復旧を容易に行うことが可能であり、建物の長寿命化の実現に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である耐震補強構造の建物をモデル化して示す平面図である。
【図２】  同、立断面図（図１におけるII−II線視図）である。
【図３】  同、立断面図（図１におけるIII−III線視図）である。
【図４】  同、補強フレームを構成する対の単位フレームの挙動をモデル化して示す図である。
【符号の説明】
１  補強フレーム
１ａ  下段フレーム
１ｂ  上段フレーム
２  補強フレーム
２ａ  下段フレーム
２ｂ  上段フレーム
３  単位フレーム
４  制震装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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