(57)【要約】【課題】建物の大変形から小変形までの幅広い変形で制振効果を発揮する【解決手段】建物１０の最上層１２Ｈの天井側の梁２４に、錘１１０が吊材１２０によって横方向に変位可能に吊下げられている。梁２４と錘１１０とを斜めにダンパー１５０が連結している。ダンパー１５０は、錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化してブレース材として機能する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の構造部材に横方向に変位可能に支持部材によって支持された錘と、
前記構造部材と前記錘とを斜めに連結し、前記錘の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化してブレース材として機能するダンパーと、
を備える制振構造。
【請求項２】
前記支持部材は、前記構造部材から前記錘を吊下げる吊材である、
請求項１に記載の制振構造。
【請求項３】
前記支持部材は、前記構造部材上に設けられたアイソレータである、
請求項１に記載の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、制振躯体構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、ビルのコアウォールの頂部及び中間部に、トラス構造からなる曲げ剛性の大きな最上階トラス及び中間トラスを、外周躯体の外周柱との間に設けている。そして、これら最上階トラス及び中間トラスに、アンボンドブレースダンパーからなるラチス材を組み込んでいる。
【０００３】
特許文献２には、曲げ制御型制振構造物に関する技術が開示されている。この先行技術では、建物コアからトラス梁が側方へ張り出し、そのトラス梁の下弦材が建物コアとピン接合すると共に、上弦材と建物コアとの間に制振ダンパーを設けている。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２は、ハットトラス部に制振ダンパーを設置している。このような構成では、地震時等の建物が大変形する場合は、制振効果を発揮する。しかし、強風時等の建物が小変形する場合は、制振ダンパーに生じる変形は小さく、制振効果を十分に発揮できない。
【０００５】
したがって、地震時等の大変形から強風時等の小変形までの幅広い変形で制振効果を発揮する制振構造が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８０７２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１４７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事実に鑑み、建物の大変形から小変形までの幅広い変形で制振効果を発揮する制振構造を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、建物の構造部材に横方向に変位可能に支持部材によって支持された錘と、前記構造部材と前記錘とを斜めに連結し、前記錘の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化してブレース材として機能するダンパーと、を備える制振構造である。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、錘の変位、速度及び加速度のいずれもが閾値以下の建物の小変形時は、ダンパーが減衰機能を発揮する。よって、建物の小変形（揺れ）に錘が同調して揺れ、これにより建物の小変形が抑制される。錘の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物の大変形時は、ダンパーはロック又は高減衰化してブレース材として機能する。よって、錘、構造部材及びダンパー(ブレース材）でトラスを形成し、錘が設けられた所定層がトラス層として機能する。そして、このトラス層によって、建物の大変形が抑制される。このように、本制振構造は、建物の幅広い変形において制振効果を発揮する。
【００１０】
請求項２の発明は、前記支持部材は、前記構造部材から前記錘を吊下げる吊材である、請求項１に記載の制振構造である。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、構造部材から吊材によって吊下げられ、横方向に変位可能に支持されている。錘の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物の大変形時は、錘、構造部材及びダンパー(ブレース材）でトラスを形成し、所定層がトラス層として機能する。
【００１２】
請求項３の発明は、前記支持部材は、前記構造部材上に設けられたアイソレータである、請求項１に記載の制振構造である。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、錘は、構造部材上に設けられたアイソレータによって横方向に変位可能に支持されている。錘の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物の大変形時は、錘、構造部材及びダンパー(ブレース材）でトラスを形成し、所定層がトラス層として機能する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の制振構造によれば、建物の大変形から小変形までの幅広い変形で制振効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態の建物の構造を模式的に示す立面図である。
【図２】第一実施形態の建物の上層部分の構造を模式的に示す拡大立面図である。
【図３】第一実施形態の建物の最上層の構造を模式的に示す平面図である。
【図４】第二実施形態の建物の上層部分の構造を模式的に示す拡大立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る建物について説明する。なお、図中、水平方向における直交する２方向を矢印Ｘ（Ｘ方向）及び矢印Ｙ（Ｙ方向）で示し、上下方向を矢印Ｚ（Ｚ方向）で示す。
【００１７】
［構造］
先ず、本実施形態の制振構造１００が適用された建物１０の構造について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の建物１０は、図示してない地盤の上に構築され、多数の層１２で構成されたアスペクト比（建物高さ／建物幅（建物高さを建物幅で割った値））の大きな高層建物である。
【００１９】
また、図３に示すように、建物１０の平面視における形状は、Ｘ方向の幅よりもＹ方向の幅の方が長い長方形状とされている。つまり、Ｘ方向が短辺に沿った方向で、Ｙ方向が長辺に沿った方向である。
【００２０】
図１に示すように、建物１０の中央部分には、エレベーターや階段等が集まるコア部２０が設けられている。各層１２のコア部２０には、制振ダンパー５０が設けられている。よって、本実施形態においては、制振ダンパー５０は上下方向に連続（連層）して設けられている。
【００２１】
制振ダンパー５０は、地震時等における建物１０の振動エネルギーを吸収する構造部材であり、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパー、粘性ダンパー及びオイルダンパー等の様々な種類を適用することができる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の制振ダンパー５０は、各層１２のコア部２０の天井側の梁２４と、コア部柱２８と床側の梁２４との角部と、に連結されたＶ字ダンパーとされているが、これに限定されるものではない。例えば、逆Ｖ字に配置された制振ダンパーであってもよいし、Ｘ字状に配置された制振ダンパーであってもよい。
【００２３】
なお、建物１０における内部の柱のうちコア部２０の両側に配置された柱をコア部柱２８とし、コア部柱２８以外を内部柱３２（図３参照）とし、建物１０の外周に配置された柱を外周柱３０とする。
【００２４】
図１に示すように、建物１０の最上層１２Ｈに、本実施形態の制振構造１００が適用されている。図２に示すように、制振構造１００は、吊材１２０、錘１１０及びダンパー１５０を有している。なお、本実施形態では、図３に示すように、吊材１２０（図２参照）、錘１１０及びダンパー１５０は、二組設けられているが、配置場所が異なる以外は、同様の構造であるので、区別しないで説明する。
【００２５】
図２に示すように、錘１１０は、支持部材の一例としての棒状の吊材１２０によって、横方向に変位可能に吊り下げられている。棒状の吊材１２０は、最上層１２Ｈの天井側の梁２４におけるコア部柱２８及び内部柱３２の仕口部近傍に連結されている。
【００２６】
図３に示すように、錘１１０は、平面視において、矩形状とされ、挿通孔１１２には内部柱３２が挿通され、挿通孔１１４にはコア部柱２８及び最上層１２Ｈの制振ダンパー５０が挿通されている。また、錘１１０が建物１０に同調して横方向に変位（揺れる）ように、錘１１０の重量や吊材１２０の長さ等が設定されている。
【００２７】
最上層１２Ｈの天井側の梁２４におけるコア部柱２８、内部柱３２及び外周柱３０との仕口部近傍と、錘１１０とを斜めにダンパー１５０が連結している。ダンパー１５０は、平面視において、Ｘ方向（短辺方向）に沿って配置されている（図３も参照）。
【００２８】
また、ダンパー１５０は、錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化してブレース材として機能する。
【００２９】
なお、錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化する機構は、どのような機構であってもよい。一例として、調整弁や切替弁等でオイルの抵抗を調整するオイルダンパーが挙げられる。
【００３０】
［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３１】
強風時等の錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれもが閾値以下の建物１０の小変形時は、ダンパー１５０が減衰機能を発揮する。よって、建物１０の小変形（揺れ）に錘１１０が同調して揺れ、これにより建物１０の小変形が抑制される。つまり、吊材１２０、錘１１０及びダンパー１５０は、ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）装置として機能する。なお、錘１１０の挿通孔１１２、１１４は、このような小変形時に錘１１０が横方向に変位しても、内部柱３２、コア部柱２８及び制振ダンパー５０に接触しないように、クリアランスが確保されている。
【００３２】
地震時等の錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物１０の大変形時は、ダンパー１５０はロック又は高減衰化してブレース材として機能する。よって、錘１１０、梁２４及びダンパー(ブレース材）１５０でトラスを形成し、最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）として機能する。そして、このトラス層となった最上層１２Ｈによって、建物１０の大変形が抑制される。なお、このとき、棒状の吊材１２０には、引張力と圧縮力との両方が作用する。
【００３３】
このように、本実施形態の制振構造１００は、建物１０の幅広い変形において制振効果を発揮することができる。別の観点から説明すると、本実施形態の制振構造１００は、ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）装置とトラス層（ハットトラス）との両方の機能を有している。
【００３４】
ここで、本実施形態では、コア部２０には、制振ダンパー５０が設けられている。これら制振ダンパー５０が、大きな減衰力を発揮するほどコア部２０に地震によるせん断力が集中し、制振ダンパー５０が連結されたコア部柱２８には大きな軸力が作用する。そして、下方の層１２に行くに従って、コア部柱２８に作用する軸力が積み重なり、下方の層１２のコア部柱２８ほど大きな軸力が作用することになる。特に本実施形態のように、制振ダンパー５０が上下方向に連続（連層）して配置されている場合、この作用が大きくなる。
【００３５】
このようなコア部柱２８に作用する軸力により、コア部柱２８に軸変形が生じ、層１２が傾く。そして、上方の層１２ほど下方の層１２の傾きに伴う曲げ変形が大きくなり、制振ダンパー５０に有効な変形が生じにくくなるため、制振ダンパー５０の制振効果は低減してしまう。また、本実施形態のように、アスペクト比が大きな高層の建物１０の場合は、この傾向が強くなる。
【００３６】
しかし、本実施形態では、前述したように、地震時等の錘１１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物１０の大変形時は、ダンパー１５０はロック又は高減衰化してブレース材として機能し、錘１１０、梁２４及びダンパー(ブレース材）１５０でトラスを形成し、最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）として機能する。
【００３７】
そして、建物１０の最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）となり、剛強な層となることで、コア部２０以外の内部柱３２及び外周柱３０、特に外周柱３０の軸剛性を、最上層１２Ｈの曲げ変形の抑制に利用でき、これによりコア部２０の曲げ変形を抑制することができる。これにより、コア部２０に配置された制振ダンパー５０に有効な変形を生じさせることができるので、制振ダンパー５０の制振効果が向上し、その結果、建物１０の大変形が抑制される。
【００３８】
また、一般的に、建物は建物高さに比例した固有周期を持つ傾向にある。この建物固有周期が地盤の卓越周期に近接すると、地盤によって増幅された地震の増幅成分に共振し大きな応答を生じてしまう懸念があるため、建物の固有周期は地盤の固有周期から離すべきである。
【００３９】
しかし、建物高さは建物仕様（事業計画）により決まるので、建物周期の調整には限界があり、建物と地盤の固有周期を離すことが難しい場合がある。特に、アスペクト比の高い高層の建物の場合は、曲げ変形が卓越するので、建物周期の調整幅が狭く、建物と地盤の固有周期を離すことが更に難しくなる。
【００４０】
しかし、本実施形態では、建物１０の最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）となり、曲げ変形が抑制されることで最上層１２Ｈの水平剛性が高まり、建物１０の固有周期を短くすることが可能となる。よって、地盤１８の卓越周期に対して、非共振化され、振動の増幅が抑制又は防止される。
【００４１】
＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態に係る建物について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００４２】
［構造］
先ず、本実施形態の制振構造２００が適用された建物１１の構造について説明する。
【００４３】
図４に示すように、建物１１の最上層１２Ｈに、本実施形態の制振構造２００が適用されている。制振構造２００は、アイソレータ２２０、錘２１０及びダンパー１５０を有している。
【００４４】
錘２１０は、支持部材の一例としてのアイソレータ２２０によって、コア部柱２８及び内部柱３２の上に横方向に変位可能に設置されている。なお、本実施形態では、アイソレータ２２０は、積層ゴム装置であるが、これに限定されない。例えば、滑り支承や転がり支承等であってもよい。また、錘２１０が建物１１に同調して横方向に変位する（揺れる）ように、錘２１０の重量やアイソレータ２２０のばね定数等が設定されている。
【００４５】
なお、本実施形態の建物１１の最上層１２Ｈは、他の層１２よりもコア部柱２８及び内部柱３２は短く、また天井側の梁２４の一部及び制振ダンパー５０は設けられていない。
【００４６】
最上層１２Ｈの床側の梁２４におけるコア部柱２８、内部柱３２及び外周柱３０との仕口部近傍と、錘２１０とを斜めにダンパー１５０が連結している。ダンパー１５０は、平面視において、Ｘ方向（短辺方向）に沿って配置されている。ダンパー１５０は、錘２１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超えるとロック又は高減衰化してブレース材として機能する。
【００４７】
［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４８】
強風時等の錘２１０の変位、速度及び加速度のいずれもが閾値以下の建物１１の小変形時は、ダンパー１５０が減衰機能を発揮する。よって、建物１０の小変形（揺れ）に錘２１０が同調して揺れ、これにより建物１１の小変形が抑制される。
【００４９】
地震時等の錘２１０の変位、速度及び加速度のいずれかが閾値を超える建物１１の大変形時は、ダンパー１５０はロック又は高減衰化してブレース材として機能する。よって、錘２１０、内部柱３２、コア部柱２８及びダンパー(ブレース材）１５０でトラスを形成し、錘２１０が設けられた最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）として機能する。そして、このトラス層となった最上層１２Ｈによって、建物１１の大変形が抑制される。
【００５０】
このように、本実施形態の制振構造２００は、建物１１の幅広い変形において制振効果を発揮することができる。別の観点から説明すると、本実施形態の制振構造２００は、ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）装置とトラス層（ハットトラス）との両方の機能を有している。
【００５１】
また、建物１１の最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）となり、剛強な層となることで、コア部２０以外の内部柱３２及び外周柱３０、特に外周柱３０の軸剛性を、最上層１２Ｈの曲げ変形の抑制に利用でき、これによりコア部２０の曲げ変形を抑制することができる。また、コア部２０に配置された制振ダンパー５０に有効な変形を生じさせることができるので、制振ダンパー５０の制振効果が向上し、その結果、建物１１の大変形が抑制される。
【００５２】
更に、本実施形態では、建物１１の最上層１２Ｈがトラス層（ハットトラス）となり、曲げ変形が抑制されることで最上層１２Ｈの水平剛性が高まり、建物１０の固有周期を短くすることが可能となる。これにより、地盤１８の卓越周期に対して、非共振化され、振動の増幅が抑制又は防止される。
【００５３】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００５４】
例えば、本発明は、新築に限らず耐震補強として、後から（建築後に）最上層１２Ｈに制振構造１００、２００に適用してもよい。
【００５５】
また、最上層１２Ｈ以外の層１２に本発明を適用してもよい。トラス層の設置位置として有効で、かつＴＭＤの設置位置としても有効な層であればよい。
【００５６】
また、錘１１０、２１０を能動的に動かして、建物１０、１１の揺れを抑制するＡＭＤ（アクティブ・マス・ダンパー）装置であってもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、各層１２のコア部２０に制振ダンパー５０が設けられていたが、これに限定されない。コア部２０以外に制振ダンパー５０が設けられていてもよいし、全層１２に制振ダンパー５０が設けられていなくてもよい（制振ダンパー５０が設けられていない層１２があってもよい）。
【００５８】
また、制振ダンパー５０以外の耐震要素であってもよい。耐震ブレースや耐震壁などの耐震要素も地震時に曲げ変形の影響を受けるのであれば、トラス層によって曲げ変形を抑制する効果が得られる。
【００５９】
なお、制振ダンパー５０等の耐震要素は、本発明に必須の構成要素ではない。
【００６０】
更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【符号の説明】
【００６１】
１０      建物
１１      建物
２４      梁（構造部材の一例）
２８      コア部柱（構造部材の一例）
３２      内部柱（構造部材の一例）
１００      制振構造
１１０      錘
１２０      吊材（支持部材の一例）
１５０      ダンパー
２００      制振構造
２１０      錘
２２０      アイソレータ（支持部材の一例）
【図１】
2018145626.tif 000003
【図２】
2018145626.tif 000004
【図３】
2018145626.tif 000005
【図４】
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