(57)【要約】【課題】建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部を縦に形成した建物において、効果的に地震の振動エネルギーを吸収して制振作用を発揮することができる建物の制振構造を提供する。【解決手段】建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部２が縦に形成された中低層建物の制振構造である。吹き抜け部２の各側壁の角部に、各階を貫通し縦に連続する吹き抜け柱２０が配設される。各階の梁が吹き抜け柱２０に連結され、吹き抜け部２の剛性と建物本体１の剛性が相違して形成される。各階の梁と吹き抜け柱２０との連結角部に、地震振動によって連結角部が変形する際の変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収装置３０が取り付けられる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部が縦に形成された中低層建物の制振構造であって、
該吹き抜け部の各側壁の角部に、各階を貫通し縦に連続する吹き抜け柱が配設され、各階の梁が該吹き抜け柱に連結され、該吹き抜け部の剛性と建物本体の剛性が相違して形成され、該各階の梁と該吹き抜け柱との連結角部に、地震振動によって該連結角部が変形する際の変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収装置が取り付けられたことを特徴とする建物の制振構造。
【請求項２】
前記建物本体及び吹き抜け部が木造軸組み構造として形成され、該建物本体は、柱と梁間の壁部に筋交いまたはパネルを入れることにより剛性を相対的に高く形成し、該吹き抜け部は、壁部に入れる筋交いまたはパネルの数を少なくすることにより剛性を相対的に低く形成したことを特徴とする請求項１記載の建物の制振構造。
【請求項３】
前記建物本体が木造軸組み構造として形成され、吹き抜け部が鉄骨構造として形成されて、該建物本体の剛性が相対的に高く、該吹き抜け部の剛性が相対的に低く形成されたことを特徴とする請求項１記載の建物の制振構造。
【請求項４】
前記連結角部に取り付けるエネルギー吸収装置には、シリンダ内に圧縮ガスとオイルを充填したガススプリングが該連結角部の変形エネルギーを吸収するように取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の建物の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の制振構造に関し、特に、建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部を縦に形成した中低層建物において、地震による振動を効果的に低減できる建物の制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、従来、下記特許文献１により、建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部を縦に形成した吹き抜け部の側壁に、建物内の居室に通じる換気口を形成した構造の建物の自然換気構造を提案した。
【特許文献１】特開平１１−２９９９２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような吹き抜け部を有した建物は、その内部に位置する居室の換気を良好に行い、居室の外気冷房を効果的に行うことができ、また居室内の採光を良くすることができるが、近年、このような住環境に優れた住宅用建物においても、地震に対する耐震構造、制振構造、免震構造などの要望があり、地震に対する建物の耐震対策が検討されている。
【０００４】
地震に対する建物の耐震対策として、従来、各種の免震構造や制振構造が提案され、例えば上記特許文献２では、中低層建物において、コンクリート造りの基台部上にアイソレータとしてころがり機構を配設し、そのころがり機構を介して、建物を支持する可動台を水平移動可能に基台部上に取り付け、地震の際に水平力が建物に印加されたとき、可動台を水平方向に移動させて地震の震動による基台部の動きと可動台の動きを隔絶させるものである。
【０００５】
しかし、この種の免震構造は、可動台の揺れを吸収すると共にその揺動位置を復元するために、多くのポスト部材、ビーム部材、或はばね部材などの部材が必要となり、構造が複雑化し、コストが高くなるなどの点で、一般の住宅として使用される中低層建物には、適用されにくい、という課題があった。また、建物の制振構造として、従来、土台と柱間、柱と梁間などに、ゴム状弾性板を介装した柔構造を採用した制振装置が知られているが、このような制振構造では、効果的な制振作用を期待することが難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部を縦に形成した建物において、効果的に地震の振動エネルギーを吸収して制振作用を発揮することができる建物の制振構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の制振構造は、建物の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部が縦に形成された中低層建物の制振構造であって、該吹き抜け部の各側壁の角部に、各階を貫通し縦に連続する吹き抜け柱が配設され、各階の梁が該吹き抜け柱に連結され、該吹き抜け部の剛性と建物本体の剛性が相違して形成され、該各階の梁と該吹き抜け柱との連結角部に、地震振動によって該連結角部が変形する際の変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収装置が取り付けられたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記の制振構造においては、請求項２のように、前記建物本体及び吹き抜け部が木造軸組み構造として形成され、該建物本体は、柱と梁間の壁部に筋交いまたはパネルを入れることにより剛性を相対的に高く形成し、該吹き抜け部は、壁部に入れる筋交いまたはパネルの数を少なくすることにより剛性を相対的に低く形成することができる。
【０００９】
また、請求項３のように、上記建物本体が木造軸組み構造として形成され、上記吹き抜け部が鉄骨構造として形成されて、該建物本体の剛性を相対的に低く、該吹き抜け部の剛性を相対的に高く形成することができる。
【００１０】
さらに、請求項４のように、前記連結角部に取り付けるエネルギー吸収装置には、シリンダ内に圧縮ガスとオイルを充填した構造のガススプリングを、該連結角部の変形エネルギーを吸収するように取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の制振構造を採用する吹き抜け部を有した建物は、地震による振動を受けると、建物本体が例えば木造軸組み構造である場合、その建物本体は木造軸組み構造固有の周期（周波数）で振動するのに対し、その建物本体とは異なる剛性を持った吹き抜け部、例えば筋交いやパネルの数を少なくして建物本体より低い剛性を持った吹き抜け部は、建物本体の周期より長い周期で、建物本体とは非同期で振動する。
【００１２】
このような建物が地震発生時に地震から受ける振動応力は、各々独立して別々の周期で振動する建物本体と吹き抜け部の接続部分に集中する。このとき、その接続部分である建物本体の梁と吹き抜け柱との連結角部に、連結角部が変形する際の変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収装置（例えばガススプリング）が取り付けられているため、地震の振動によって生じする連結角部の変形は、エネルギー吸収装置の例えばガススプリングにより吸収され、その変形エネルギーはガススプリング内の粘性流体の粘性抵抗により消費される。
【００１３】
このように、地震の発生時に建物本体とは異なる周期で振動する吹き抜け部を、建物内部に配し、地震による振動応力が吹き抜け部と建物本体の接続部分に集中する構造とし、その接続部分である連結角部に取り付けたエネルギー吸収装置により、その集中応力を吸収するから、建物に生じる地震振動を、効果的に減衰させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明の制振構造を適用した二階建て住宅を示している。この住宅には、建物本体１の略中央部に、床下から小屋裏を通り屋上に通じる吹き抜け部２が縦に形成され、各階の居室９は吹き抜け部２の周囲に配置される。この住宅の建築面積は、例えば約６２ｍ２であり、そこに例えば１坪（約３．３ｍ２）の面積の吹き抜け部２が床下のベタ基礎から屋根にかけて形成される。
【００１５】
吹き抜け部２は各階の略中央を通り、小屋裏から屋上に通じ、屋根には開口部４が形成される。吹き抜け部２の上端はその開口部４に接続され、この開口部４によって、吹き抜け部２内に充分な採光が得られるようにしている。吹き抜け部２の側壁の各階に対応した箇所にガラス窓６、８を設けることにより、居室９の奥部にも光が入り、居室全体を明るくしている。
【００１６】
１階及び２階部分の吹き抜け部２の側壁は、約半分が構造壁５、７とされ、残りの約半分がガラス窓６、８として形成される。また、それらのガラス窓６、８の上部に排熱用換気口６ａ，８ａが開閉可能に設けられ、ガラス窓６，８の下部に給気用換気口６ｂ，８ｂが開閉可能に設けられる。ガラス窓は開閉可能な或は締め切り窓とすることができ、また、一階部分のガラス窓６の一部には、扉が設けられる。さらに、各階の居室９の外壁部には、図５に示すように、換気扇を備えた換気装置１０が取り付けられている。
【００１７】
図６、図７に示すように、この住宅の建物本体１は、木造軸組み構造により形成され、図では省略されているが、建物本体１の各柱と各梁間には、建築基準法上必要な筋交いまたはパネルが固定され、必要な剛性を有した建物本体１として構成されている。これに対し、建物本体１の略中央に配される吹き抜け部２は、その各側壁の角部に４本の吹き抜け柱２０が配され、これらの吹き抜け柱２０は、１階、２階を貫通して縦に連続配設されている。
【００１８】
また、立設された４本の吹き抜け柱２０間には、１階と２階の天井部に各々４本の梁２１が、平面視で井形状に連結接続されている。また、各吹き抜け柱２０の外側には、建物本体１の各階の梁１１が各吹き抜け柱２０に対し直角に接続されている。このような吹き抜け部２の構造は、有効な筋交い或はパネルの数を相対的に少なくすることにより柔構造とされ、建物本体１の剛性に比べ、より低い剛性を有する構造となっている。
【００１９】
さらに、図７〜図９に示すように、吹き抜け部２の４本の吹き抜け柱２０に外側から接続される梁１１との接続箇所、つまり建物本体１側の梁１１と各吹き抜け柱２０との連結角部に、その連結角部の変形エネルギーを吸収するためのエネルギー吸収装置３０が取り付けられている。
【００２０】
このエネルギー吸収装置３０は、図１０〜図１２に示すように、吹き抜け柱２０の側部に固定されるＬ形の第１固定板３１、梁１１の下面に固定される略Ｆ形の第２固定板３２、第２固定板３２の取付部３２ａに連結される第１リンク３３、第１リンク３３と第１固定板３１の取付部３１ａ間に連結される第２リンク３４、略Ｔ形の第３リンク３５、第３リンク３５の中間部と第１リンク３３の先端を連結する第４リンク３６、及び第３リンク３５の両端と第２固定板３２の取付部３２ａの元部と先端部に各々連結される第１ガススプリング３７並びに第２ガススプリング３８からなり、吹き抜け柱２０と梁１１の連結角部の変形時（通常時９０度の角度がその前後に変化する変形時）に、その変形幅を増幅して第１ガススプリング３７及び第２ガススプリング３８に伝達するように構成される。
【００２１】
第１ガススプリング３７と第２ガススプリング３８は、シリンダ内にピストンを移動可能に嵌挿すると共に、シリンダ室内に圧縮ガスとオイルを充填し、ピストンに穿設したオリフィスを通してピストンの前後で圧縮ガスを移動可能とし、ピストンロッドとシリンダ間で荷重を受けたとき、圧縮ガスの反力をばねとしてピストンロッドを移動させる構造であり、充分に大きい初期荷重を有し、且つ小さいばね定数を有するものである。
【００２２】
第１ガススプリング３７のシリンダとピストンロッドは、第２固定板３２の取付部３２ａの先端と第３リンク３５の末端に連結（リンク結合）され、同様に第２ガススプリング３８のシリンダとピストンロッドは、第２固定板３２の取付部３２ａの末端と第３リンク３５の先端に連結（リンク結合）される。第３リンク３５の中間部は第２固定板３２の中間取付部３２ｂの先端に軸３２ｃを介してリンク結合され、第３リンク３５は軸３２ｃを軸に揺動可能である。
【００２３】
また、第１リンク３３は軸３２ｄを介して取付部３２ａに揺動可能に支持され、さらに、第１リンク３３の先端が第４リンク３６を介してＴ形の第３リンク３５に連結され、第１リンク３３の元部近傍が第２リンク３４により支持されるため、吹き抜け柱２０と梁１１の連結角部に固定される第１固定板３１と第２固定板３２の角度が、地震の水平振動によって直角状態から変化した場合、その角度変化が第１リンク３３を揺動させると共に、第１リンク３３の先端部の揺動によりその揺動幅（連結角部の変形幅）が増幅され、その変形がＴ形の第３リンク３５を介して第１ガススプリング３７及び第２ガススプリング３８の伸縮方向に伝達される。
【００２４】
これにより、地震発生時に建物に振動が生じた際、吹き抜け柱２０と梁１１の連結角部に集中する変形応力を第１ガススプリング３７と第２ガススプリング３８の伸縮により吸収することができる。また、ガススプリングは、大きい初期荷重と小さいばね定数を有しているため、吹き抜け柱２０と梁１１の連結角部を固定してその剛性を高めることはなく、地震によって外部から加えられ建物の振動エネルギーを効率良く吸収することができる。
【００２５】
このような構造のエネルギー吸収装置３０は、図８、図９に示すように、吹き抜け部２の４本の吹き抜け柱２０に外側から接続される梁１１との接続箇所、つまり建物本体１側の各階の梁１１と各吹き抜け柱２０との間に位置する１６個の連結角部に、各々装着される。各エネルギー吸収装置３０の取り付けは、図１３に示すように、その第１固定板３１を固定ボルトなどにより吹き抜け柱２０の側部に固定し、その第２固定板３２を固定ボルトなどにより梁１１の下面に固定して取り付けられる。
【００２６】
次に、上記構成の建物の制振構造の動作を説明する。建物が地震による振動を受けると、建物本体１及び吹き抜け部２を含む建物全体が振動するが、壁部に入れた筋交いまたはパネルにより相対的に高い剛性を有して形成された建物本体１は、吹き抜け部２より短い周期（高い周波数）で振動する。これに対し、筋交いまたはパネルの数を少なく柔構造として、相対的に低い剛性を持って形成された吹き抜け部２は、建物本体１の周期より長い周期（低い周波数）で振動する。つまり、建物本体１と吹き抜け部２とは、非同期状態で振動する。
【００２７】
このとき、建物が地震から受ける振動応力は、各々独立して別々の周期で振動する建物本体１と吹き抜け部２の接続部分に集中し、その接続部分である建物本体１の梁１１と吹き抜け柱２０との連結角部に応力集中が生じる。このため、梁１１と吹き抜け柱２０との連結角部は、直角状態を９０度未満にまたは９０度を超える状態とするように変形が生じる。
【００２８】
このような連結角部の変形応力は、梁１１と吹き抜け柱２０との各連結角部に取り付けられた１６個のエネルギー吸収装置３０に印加され、その変形応力によって、各々のエネルギー吸収装置３０の第１固定板３１と第２固定板３２が形成する角度が変化する。このとき、その第１固定板３１と第２固定板３２間に取り付けられた第１ガススプリング３７と第２ガススプリング３８がそのピストンロッドの移動によって伸縮し、そこに印加される応力は、シリンダ室内を移動する圧縮ガスの粘性抵抗により、固定板３１，３２間の角度変化が吸収される。
【００２９】
すなわち、エネルギー吸収装置３０の第１固定板３１と第２固定板３２間の角度変化、つまり地震の振動によって生じする連結角部の変形は、第１ガススプリング３７と第２ガススプリング３８によって吸収され、その変形エネルギーはガススプリング３７，３８内の粘性流体の粘性抵抗により消費される。したがって、建物に加わった地震振動は、上記のように、応力集中の生じる箇所に配置された１６個のエネルギー吸収装置３０によって効率良く吸収され、建物に生じる振動は効果的に減衰する。
【００３０】
このように、地震の発生時に建物本体１とは異なる周期で振動する吹き抜け部２を、建物内部に配し、地震による振動応力が吹き抜け部２と建物本体１の接続部分に集中する構造とし、その接続部分である連結角部に取り付けたエネルギー吸収装置３０により、その集中応力を吸収するから、建物に生じる地震振動を、効果的に減衰させることができる。
【００３１】
なお、本発明の制振構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような実施形態でも適用可能である。
（１）上記実施形態では、吹き抜け部２の構造を、有効な筋交い或はパネルの数を相対的に少なくすることにより、建物本体１の剛性より低い剛性を有する構造としたが、有効な筋交い或はパネルの数を相対的に多くすることにより、吹き抜け部２の構造を建物本体１の剛性より高い剛性を有する構造として、建物本体と吹き抜け部とが異なる周期で振動するように形成することもできる。
（２）また、上記実施形態では、吹き抜け部を木造軸組み構造としたが、吹き抜け部を鉄骨構造としてその剛性を相対的に高くすることもでき、この場合、木造軸組み構造の建物本体の剛性は、吹き抜け部の剛性より低くなり、これによって、建物本体と吹き抜け部とが異なる周期で振動するように形成することもできる。
（３）上記実施形態では、エネルギー吸収装置としてガススプリングを使用したが、オイルダンパーをエネルギー吸収装置として使用することもできる。
（４）さらに、上記では、エネルギー吸収装置を梁１１と吹き抜け柱２０との各連結角部の外側に取り付けたが、吹き抜け部２の剛性が相対的に低い場合、吹き抜け部２の内側の角部、つまり梁２１と吹き抜け柱２０の内側の角部に、エネルギー吸収装置を取り付けて、制振機能を生じさせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示す住宅の正面図である。
【図２】同住宅の側面図である。
【図３】同住宅の平面図である。
【図４】一階居室の平面図である。
【図５】住宅の縦断面図である。
【図６】建物本体と吹き抜け部の軸組みを示す斜視図である。
【図７】建物本体と吹き抜け部の軸組みを示す斜視図である。
【図８】エネルギー吸収装置の配置を示す吹き抜け部の正面模式図である。
【図９】エネルギー吸収装置の配置を示す吹き抜け部２の平面模式図である。
【図１０】エネルギー吸収装置の正面図である。
【図１１】図１０のXI-XI断面図である。
【図１２】図１０のXII-XII断面図である。
【図１３】エネルギー吸収装置の取付状態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１−建物本体
２−吹き抜け部
９−居室
１１−梁
２０−吹き抜け柱
２１−吹き抜け梁
３０−エネルギー吸収装置                                                                        
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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