(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
躯体の中心部に位置して躯体の一部を構成し高い剛性を有して上下方向に連続するコアウォールと、前記コアウォールの外周側に位置するとともに前記コアウォールよりも低く設定された外周躯体の一部を構成し前記コアウォールから離間した位置に配設された鉛直部材との間に、曲げ剛性が大きく、曲げ変形が生じた前記コアウォールに曲げ戻しを与えるトラスが架設され、該トラスには、前記コアウォールの曲げ変形によって前記トラスに作用する軸力のエネルギーを吸収するダンパー部材が該トラスの上弦材として組み込まれていることを特徴とする制震躯体構造。
【請求項２】
請求項１記載の制震躯体構造であって、前記ダンパー部材が、前記トラスの前記コアウォール側の端部に配設されていることを特徴とする制震躯体構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の制震躯体構造であって、前記ダンパー部材が、他の部材よりも低強度の極低降伏点鋼材からなることを特徴とする制震躯体構造。
【請求項４】
請求項１または２記載の制震躯体構造であって、前記ダンパー部材が、ゴム系粘弾性体のせん断抵抗を利用した粘弾性ダンパーあるいはオイルダンパーからなることを特徴とする制震躯体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、超高層ビル等に用いて好適な制震躯体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、近年、ビル等の建築物の躯体には高い制震性能が要求されており、このために各種ダンパー装置や補強材等を組み込んだ免震・制震構造が多種開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術は、通常のラーメン躯体構造を対象としたものがほとんどである。このような技術では、特に鉄筋コンクリート造のビルやコンクリート製の耐震壁を備えた超高層ビル等、水平剛性の高い構造を適用した構造物においては、有効に制震効果を発揮できないという問題がある。これは、構造物の水平剛性が高いと層間変位が小さくなるために、従来用いられているダンパー等では変位エネルギーを有効に吸収できず、地震時の応答低減効果を思うように得られないからである。
【０００４】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、耐震壁を備えた構造物等においても制震性能を有効に向上させることのできる制震躯体構造を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、躯体の中心部に位置して躯体の一部を構成し高い剛性を有して上下方向に連続するコアウォールと、前記コアウォールの外周側に位置するとともに前記コアウォールよりも低く設定された外周躯体の一部を構成し前記コアウォールから離間した位置に配設された鉛直部材との間に、曲げ剛性が大きく、曲げ変形が生じた前記コアウォールに曲げ戻しを与えるトラスが架設され、該トラスには、前記コアウォールの曲げ変形によって前記トラスに作用する軸力のエネルギーを吸収するダンパー部材が該トラスの上弦材として組み込まれていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制震躯体構造であって、前記ダンパー部材が、前記トラスの前記コアウォール側の端部に配設されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に係る発明は、前記ダンパー部材が、他の部材よりも低強度の極低降伏点鋼材からなることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の制震躯体構造であって、前記ダンパー部材が、ゴム系粘弾性体のせん断抵抗を利用した粘弾性ダンパーあるいはオイルダンパーからなることを特徴としている。
【０００９】
これにより、地震等によってコアウォールに曲げ変形を生じると、コアウォールと柱や壁等の鉛直部材との間に架設されたトラスは、鉛直部材からの反力を受ける。この反力がトラスに入力され、その軸力のエネルギーが、トラスの上弦材に組み込まれた極低降伏点鋼材、粘弾性ダンパー、オイルダンパー等からなるダンパー部材によって吸収されるようになっている。このとき、前記軸力は、トラスのコアウォール側の端部、言い換えればトラスの根元で最大となるため、この部分にダンパー部材を配設することによって効率よく地震エネルギーを吸収できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る制震躯体構造の実施の形態の一例を、図１ないし図４を参照して説明する。ここでは、本発明に係る制震躯体構造を、例えば中心部にコアウォールを備えたビルに適用する場合の例を用いて説明する。
【００１１】
図１および図２に示すように、ビル１の躯体は、中心部に位置するコアウォール（耐震要素）２と、その外周側に位置する外周躯体３とから構成されている。
【００１２】
図１に示したように、コアウォール２は、鉄筋コンクリート造からなるいわゆる耐震壁で、ビル１の基礎部分を構成するマットスラブ４から最上部まで連続する筒状とされており、その外周側の外周躯体３よりも高剛性を有している。
【００１３】
また、図１および図２に示したように、外周躯体３は、ビル１の外周部に位置する外柱５と、この外柱５とコアウォール２との間に位置する中柱６と、外柱５と中柱６との間に架設された外梁７と、中柱５とコアウォール２との間に架設された中梁８とから構成され、この外周躯体３は、鉄筋コンクリート造、鋼管充填コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、または鉄骨造等とされている。そして、この外周躯体３は、コアウォール２よりも所定階数分（例えば２階分）低く設定されている。
【００１４】
図１に示したように、ビル１の最上部には、トラス構造の最上階トラス（梁部材）１０が設けられている。
最上階トラス１０は、例えば断面視略三角形状をなしたトラス架構で、コアウォール２の側面と外柱５の上端部との間に架設されて水平方向に延在する下弦材１１と、コアウォール２の頂部と外柱５の上端部との間に斜めに延在するよう架設された上弦材１２と、これら下弦材１１と上弦材１２との間に設けられた鉛直材１３，水平材１４，ラチス材１５とから構成されている。
これによって最上階トラス１０は、コアウォール２と外柱５との間に架設された構成となっている。
【００１５】
最上階トラス１０には、コアウォール２側の根元の部分、つまりコアウォール２に直接接続される部分に、上弦材１２としてダンパー１８が組み込まれている。ダンパー１８は、通常の鋼材よりも低強度の、例えばｆｙ＝１００（Ｎ／ｍｍ2）程度の極軟鋼（極低降伏点鋼材）からなり、上弦材１２の他の部分を構成する通常の鋼材と同一の断面形状を有している。このダンパー１８は、その軸線方向に圧縮方向あるいは引張方向の軸力が作用したときに、これを最上階トラス１０の他の部分よりも先行して降伏させることによって、トラスの曲げによるエネルギーを吸収するようになっている。
【００１６】
このような構成のビル１では、地震等により強大な外力が作用した場合に、コアウォール２が曲げ変形しようとする（例えば図１中矢印Ａ方向）が、その頂部において、外周躯体３との間に架設されたトラス構造からなる強固な最上階トラス１０によって、やじろべえの原理でコアウォール２に曲げ戻しを与え、変形を緩和するようになっている。
このときに、コアウォール２の曲げ変形によって最上階トラス１０は、外周躯体３の外柱５から反力を受ける（図１中矢印Ｂ方向）。この反力によって最上階トラス１０には圧縮方向あるいは引張方向の軸力（図１中矢印Ｃ方向）が入力され、そのエネルギーがダンパー１８によって吸収されるようになっている。すなわち、ダンパー１８によって、地震エネルギーを効果的に吸収できるようになっている。
なお、最上階トラス１０に生じる軸力は、コアウォール２側にとりつく上弦材１２で最大となる。このように軸力が集中して最大となる箇所に配置されたダンパー１８によって、エネルギーが効果的に吸収されるようになっている。
【００１７】
ここで、上記したような構成のビル１における地震応答解析を行い、その結果を図３および図４に示す（図中符号（イ）の線）。ここで、解析モデルとしては、図１および図２に示したような構成のビル１を用い、鉄筋コンクリート造地上４５階、地下２階とし、基準階の概略平面形状は４２ｍ×３０ｍの長方形とした。また、比較のために、ダンパー１８に代えてその部分を通常の高張力鋼材で構成したもの（図中符号（ロ）の線）、ダンパー１８を極軟鋼に代えて粘弾性ダンパーで構成したもの（図中符号（ハ）の線）における解析結果を示す。
この結果からも明らかなように、図３の通り、ビル１における最大応答加速度は、特に中間階以上において大幅に低減され、これによって家具の転倒等の防止効果が高められている。また、図４の通り、ビル１における最大応答層せん断力は全層にわたり大幅に低減されている。
【００１８】
上述したビル１の制震躯体構造では、高い剛性を有するコアウォール２と外周躯体３の外柱５との間に、曲げ剛性の高い最上階トラス１０を架設し、この最上階トラス１０の上弦材１２にダンパー部材１８を組み込む構成となっている。
これにより、地震等によってコアウォール２が曲げ変形を生じると、最上階トラス１０によって曲げ戻しがかけられてその変形が緩和され、さらにダンパー部材１８によって最上階トラス１０に作用する軸力のエネルギーが吸収され、地震エネルギーを効果的に吸収して、高い制震性能を発揮することができる。その結果、ビル１の地震時の応答が小さくなるので、通常の耐震構造と比較して躯体を構成する角部材の断面を小さくすることが可能となり、コストダウンに貢献することができる。また、従来は浮き上がりや転倒の問題があったアスペクト比（塔状比）の大きなスレンダーな建物でも実現が可能となり、矮小な敷地の有効利用を図ることもできる。
【００１９】
しかも、ダンパー部材１８を最上階トラス１０の上弦材１２として組み込むことによって、外観上の形態は一般の耐震要素を含む架構と同様であり、構造計画、建築計画上の特別な制約を受けずに、従来の耐震設計と同様の設計作業でこの構造を持ち込むことができる。
加えて、上弦材１２の一部をダンパー部材１８に置換した構成であるため、この部位を通常の鋼材にしたり、また他の各種ダンパーにする等の比較検討を容易に行うことができる。
【００２０】
また、ダンパー部材１８が、最上階トラス１０のコアウォール２側の根元に配設された構成となっている。地震時等において最上階トラス１０に作用する軸力はダンパー部材１８で最大となるため、この部分を通常の材料で形成した場合に比較して、より小さな変形でエネルギー吸収を図ることができ、履歴吸収エネルギーを大きくして、効率の高いダンパーを構築することができ、より優れた制震性能を発揮することができる。
【００２１】
さらに、ダンパー部材１８が極軟鋼からなる構成となっている。このようにして鋼材系のダンパー部材１８を採用することによって、ダンパー部材１８が降伏した後の状態においても躯体の大部分は依然として降伏せずに弾性を保持しており、残留変形も最大変形に比較して十分に小さい。したがって、地震後にビル１に有害な残留変形を残さず、その機能を維持することができる。また、鋼材系のダンパー部材１８はメンテナンスフリーであることから、その維持も容易である。さらに、このようなダンパー部材１８を組み込んだ最上階トラス１８はビル１の最上部に配設されているので、仕上げや設備との干渉も少なく、点検や交換も容易に行うことができる。加えて、このようなダンパー部材１８は構成も単純であり、ローコストに製作することができ、また現場での取付施工も通常の軸力部材と同様に極めて簡単である。
ところで、極軟鋼からなるダンパー部材１８は、採用する材料の材質および部材厚さを変えることによってそのダンパー性能を容易にコントロールすることができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態において、最上階トラス１０をコアウォール２と外柱５との間に架設する構成としたが、ビル１の平面が大きい場合には必ずしもビル１の外周部に位置する柱である必要はなく、それよりも内側に位置する中柱に最上階トラス１０の一端を取り付ける構成としても良い。
【００２３】
また、最上階トラス１０のトラス形状としては、図１に示したものに限らず、図５ないし図７に示すような各形態でも良い。
【００２４】
さらに、上記実施の形態ではダンパー部材１８を最上階トラス１０のコアウォール２側の根元に組み込む構成としたが、これについても、図８に示すように、外柱５側にダンパー部材１８を組み込むようにしても良い。 
【００２５】
また、最上階トラス１０を略三角形状としたが、図９に示すような通常の平行弦タイプの最上階トラス１０’、あるいは立体トラス、梁成の大きなフルウェブの大断面梁等であっても良い。
【００２６】
加えて、上記実施の形態では、ダンパー部材１８として極軟鋼からなる鋼材を用いたが、これに代えて、例えば他の鋼材ダンパー、あるいはゴム系粘弾性体のせん断抵抗を利用した粘弾性ダンパー，オイルダンパーなどの他の種類のダンパーを採用することも可能である。他の鋼材ダンパーとしては、アンボンドブレースダンパーや２重鋼管ダンパー、粘弾性ダンパーとしてはゴム系粘弾性体を用いたブレースダンパー、オイルダンパーとしては制震構造用のリリーフ機構付オイルダンパー等がある。
【００２７】
さらに加え、ダンパー部材１８は、必ずしも１台あたり１箇所に限らず、複数箇所に設置しても良い。また、最上階トラス１０の全体ではなく、一部のみにダンパー部材１８を設置する構成とし、他の部分は通常の耐震構造を採用する構成としても良い。
【００２８】
また、最上階トラス１０だけでなく、コアウォール２に曲げ戻しをかけるトラスを他の中間階などに設置してもよい。
【００２９】
また、コアウォール２については、鉄筋コンクリート造に限らず、鉄骨トラス構造としても良いし、またプレキャストコンクリート板で組み上げる構成としても良い。
【００３０】
これ以外に、上記したようなダンパー部材１８を組み込んだ最上階トラス１０に加えて、極軟鋼による境界梁ダンパーをコアウォール２に一体化した構成を組み合わせても良く、これによって一層高い制震効果を期待することもできる。
【００３１】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る制震躯体構造によれば、躯体の中心部に位置して高い剛性を有して上下方向に連続するコアウォールと、コアウォールよりも低く設定された外周躯体の一部を構成しコアウォールから離間した位置に配設された鉛直部材との間に、曲げ剛性が大きく、曲げ変形が生じたコアウォールに曲げ戻しを与えるトラスが架設され、トラスには、コアウォールの曲げ変形によってトラスに作用する軸力のエネルギーを吸収するダンパー部材が上弦材として組み込まれた構成となっている。
また、請求項３、４に係る制振躯体構造によれば、ダンパー部材が、極低降伏点鋼材、粘弾性ダンパー、オイルダンパー等からなる構成となっている。
これにより、地震等によってコアウォールが曲げ変形を生じると、曲げ剛性の大きなトラスによって曲げ戻しがかけられるので変形が緩和され、さらに極低降伏点鋼材、粘弾性ダンパー、オイルダンパー等からなるダンパー部材によってトラスに生じる曲げによるエネルギーが吸収され、地震エネルギーを効果的に吸収し、高い制震性能を発揮することができる。
しかも、ダンパーをトラスの上弦材として組み込むことによって、外観上の形態は一般のコアウォールを含む架構と同様であり、構造計画、建築計画上の特別な制約を受けずに、従来の耐震設計と同様の設計作業でこの構造を持ち込むことができる。
また、トラスの上弦材をダンパー部材に置換した構成であるため、この部位を通常の鋼材や各種ダンパーにする等の検討を容易に行うことができる。
さらに、上記制震架構の採用により、地震時の応答が小さくなる。したがって、通常の耐震構造と比較して躯体を構成する部材の断面を小さくすることが可能となり、コストダウンに貢献することができる。また、従来は浮き上がりや転倒の問題があったアスペクト比（塔状比）の大きなスレンダーな建物でも実現が可能となり、矮小な敷地の有効利用を図ることもできる。
このように、本発明に係る制震躯体構造によれば、従来の耐震設計でも用いられている連層耐震壁等のコアウォールを含んだ架構と同様の使い方で、地震エネルギーの吸収効率がより大きい制震構造を容易に構築することができる。これにより、従来から連層耐震壁等を採用していたオフィスビル、ホテル、住宅をはじめとする種々の形態の建物に容易に適用することができ、コスト・工期等の面からも他の制震架構にひけをとらない効果的な構造形式の一つを提供することが可能となる。
加えて、上記したような制震躯体構造に類似する構造として、コアウォールから外周部の柱に向けて延出するトラスを設け、トラスと外周部の柱との間にダンパーを介在させる構成もあるが、このような構成では建物の外壁と、トラス上に形成される屋根スラブとの間に相対変形が生じることになるので、これに対応したエキスパンションジョイントや目地等を採用する必要があり、意匠性を損なったり、施工に余計な手間が掛かったりする等も問題がある。これに対して上記制震躯体構造によれば、ダンパーをトラスの弦材として組み込む構成となっているので、このような問題は一切生じない、という利点もある。
【００３３】
請求項２に係る制震躯体構造によれば、ダンパー部材が、トラスのコアウォール側端部に配設された構成となっている。これにより、地震時等においてコアウォールの変形によってトラスに生じる曲げ応力は、トラスのコアウォール側端部、言い換えればトラスの根元で最大となるため、この部分にダンパー部材を配設することによって、この部分を通常の材料で形成した場合に比較して、小さな変形でエネルギー吸収を図ることができ、履歴吸収エネルギーを大きくして効率の高いダンパーを構築することができ、より優れた制震性能を発揮することができる。
【００３４】
さらに、請求項３に係る制震躯体構造によれば、ダンパー部材が、他の部材よりも低強度の極低降伏点鋼材からなる構成となっている。このようにして鋼材系のダンパーを採用することによって、ダンパーが降伏した後の状態においても架構の大部分は依然として降伏せずに弾性を保持しており、架構の残留変形も最大変形に比較して十分に小さい。したがって、地震後に建物に有害な残留変形を残さず、その機能を維持することができる。また、鋼材系のダンパーはメンテナンスフリーであることから、その維持も容易である。さらに、このようなダンパーを組み込んだトラスを建物の最上部に配設することによって、仕上げや設備との干渉も少なく、点検や交換も容易に行うことができる。加えて、このようなダンパーは構成も単純であり、ローコストで製作することができ、また現場での取付施工も通常の軸力部材と同様に極めて簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る制震躯体構造を適用した建物の一例を示す立断面図である。
【図２】  前記建物の平断面図である。
【図３】  同建物における地震応答解析結果を示す図である。
【図４】  同建物における他の地震応答解析結果を示す図である。
【図５】  本発明に係る制震躯体構造の他の一例を示す立断面図である。
【図６】  本発明に係る制震躯体構造のさらに他の一例を示す立断面図である。
【図７】  本発明に係る制震躯体構造のさらに他の一例を示す立断面図である。
【図８】  本発明に係る制震躯体構造のさらに他の一例を示す立断面図である。
【図９】  本発明に係る制震躯体構造のさらに他の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
２  コアウォール（耐震要素）
５  外柱（鉛直部材）
１０  最上階トラス（梁部材）
１８  ダンパー部材
【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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【図８】
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【図９】
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