(57)【要約】【課題】建築計画的な自由度を確保したまま、免震構造、制震構造のそれぞれの長所をバランス良く発揮すること可能となり、耐震耐風性能を向上させるようにした。【解決手段】建物１の柱２（上部柱、下部柱）に組み込まれた免震装置１０と、それら上部柱、下部柱と梁３（上部梁、下部梁）とによって囲まれる架構内に設けられた制震装置２０とを備えている。免震装置１０は、上層階の上部柱の下端から下層階へ突出して延びて下層階の下部柱の上端に軸力を支持させる免震支持柱１１と、この免震支持柱１１の下端に下部柱に対して水平方向に変位可能な転がり支承１２とを備え、制震機構は、一端が下部柱の柱頭部２ｂに連結するとともに、他端が下部柱に隣り合う別の下部柱に支持される免震支持柱１１に連結してなるブレース２１と、このブレース２１に介装された制震ダンパー２２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の同一層に免震機構と制震機構を併せもつ免震機構併用による制震システムであって、
前記免震機構は、上層の上部柱の下端から下層へ突出して延びて下層の下部柱の上端に軸力を支持させる免震支持柱と、該免震支持柱の下端に前記下部柱に対して水平方向に変位可能な免震部とを備え、
前記制震機構は、一端が前記下部柱の柱頭部に連結するとともに、他端が該下部柱に隣り合う別の下部柱に支持される前記免震支持柱に連結してなるブレースと、該ブレースに介装された制震ダンパーとを備えていることを特徴とする免震機構併用による制震システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震機構と制震機構とを併せ持つ免震機構併用による制震システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の免震機構と制震機構とを併せ持つ制震システムを備えた建物として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。
特許文献１には、最上階および中間階に連層耐震壁の変形を制御する大梁が連層耐震壁と剛接合して外周部位に及ぶ長さに設けられ、コア部分とその外周の居室部分との間に位置する廊下部分における連層耐震壁とこれに隣接する柱との間の短スパン境界梁が制震梁として設置された建物について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４５９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の免震機構と制震機構とを併せ持つ制震システムにあっては、以下のような問題があった。
すなわち、制震システムを構成する制震機構としては、例えばブレース型ダンパーや間柱型ダンパー等の制震装置がフレームと並列に配置される構造が多くなっている。この場合、制震効果を発揮させるためにフレームを変形させる必要があるが、場合によってはそれに起因してフレームが損傷するといった問題があった。
また、制震システムの固有周期などの動特性に建物本体の架構の特性が大きく関与し、性能設計の自由度が制限されるうえ、建物全体の曲げ変形が卓越してしまい、下層部にしかダンパー効果が得られないといった不具合もあった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、建築計画的な自由度を確保したまま、免震構造、制震構造のそれぞれの長所をバランス良く発揮すること可能となり、耐震耐風性能を向上させることができる免震機構併用による制震システム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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る免震機構併用による制震システムでは、建物の同一層に免震機構と制震機構を併せもつ免震機構併用による制震システムであって、免震機構は、上層の上部柱の下端から下層へ突出して延びて下層の下部柱の上端に軸力を支持させる免震支持柱と、免震支持柱の下端に下部柱に対して水平方向に変位可能な免震部とを備え、制震機構は、一端が下部柱の柱頭部に連結するとともに、他端が下部柱に隣り合う別の下部柱に支持される免震支持柱に連結してなるブレースと、ブレースに介装された制震ダンパーとを備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、制震機構のブレースの一端が当該層の柱頭部に連結され、他端が隣り合う別の下部柱に支持される上層の免震支持柱に連結されているので、地震時に建物に水平方向の振動が与えられると、当該層とその上層との水平方向および上下方向の相対変位に対して各層に設けられる制震ダンパーによって減衰力が作用することとなる。そのため、双方の層間に生じる相対変位が小さくなり、各層に生じる水平振動を制震ダンパーで吸収することができる。
さらに、免震機構の上層の免震支持柱に設けられる免震部が下層の柱頭部に対して水平方向に変位し、下層の振動を吸収することで上層の振動を抑制する機能を発揮するので、建物全体に伝わる地震力を小さくすることができる。しかも各層に免震機構が設けられ、水平方向の変位を複数の層に分散させることが可能となるので、変位に対応して建物に設けられる水平方向のクリアランスを小さくすることができる。
そして、本制震システムでは、制震ダンパーがブレースを介して上層と下層とに対して直列に配置され、層間変位をブレースを通じて制震ダンパーに直接伝達させることができるので、建物の柱梁により形成される架構を変形させることなく制震効果を発揮させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の免震機構併用による制震システムによれば、制震機構の制震ダンパーがブレースを介して上層と下層とに対して直列に配置され、層間変位をフレームの変形により処理するのではなく、ブレースを介して制震ダンパーに直接伝達させて変形を処理することが可能となるので、架構を変形させることなく制震効果を発揮させることができ、しかも各層に設けられる免震機構により水平方向の変位を分散させて小さくすることで、免震構造、制震構造のそれぞれの長所をバランス良く発揮すること可能となり、耐震耐風性能を向上させることができる。
しかも、架構のフレームの変形を抑えつつ制震効果の発揮が可能であることから、建築計画的な自由度を確保できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態による制震システムの概要を示す立面図である。
【図２】免震装置の構成を示す側面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】地震時の建物の変形状態を示す図である。
【図５】地震時に架構に作用する応力分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による免震機構併用による制震システムについて、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１および図２に示すように、本実施の形態による制震システムは、建物１の柱２（図２に示す上部柱２Ａ、下部柱２Ｂ）に組み込まれた免震装置１０（免震機構）と、それら上部柱２Ａ、下部柱２Ｂと梁３（図１に示す上部梁３Ａ、下部梁３Ｂ）とによって囲まれる架構内に設けられた制震装置２０（制震機構）とを備え、建物１に作用する地震や風などの振動エネルギーを減少または減衰させる構成としたものである。すなわち、本実施の形態による制震システムは、下層階の振動を吸収することで上層階の振動を抑制する機能を発揮する免震要素と、各層に生じる水平振動を制震ダンパー２２（後述）で吸収してエネルギー吸収機能を発揮する制震要素とを併せ持つ構造となっている。
【００１２】
ここで、本実施の形態による建物１の構造は、鉄筋コンクリート造又は図１、図２などに示すようなＣＦＴ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｔｕｂｅ）造の柱２と梁３から形成され、柱２が階層毎に独立している。つまり、鉛直方向に同軸線上に配置される柱２、２どうしが上下の階層で接合されず、すなわち階層毎に設けられる柱２は下端２ａが梁３に一体的に接合され、柱頭部２ｂが自由端となっている。なお、梁３上には、スラブ４が設けられている。
【００１３】
先ず、各階層の柱２に設けられる免震装置１０について図面に基づいて説明する。
図２に示すように、免震装置１０は、各階層の柱２の下端２ａから下層階の空間へ突出して延びる免震支持柱１１が設けられ、この免震支持柱１１の下端１１ａに下層階の柱２の上端に載置された状態で支持される転がり支承１２（免震部）を備えて概略構成されている。
【００１４】
ここで、ＲＣ造の柱２の柱頭部２ｂには、その上面に転がり支承１２の摺動面を構成する摺動板２ｃが設けられるとともに、この摺動板２ｃの外周縁から適宜な高さをもって上方に突出する外周壁２ｄが設けられている。外周壁２ｄは、後述する上層側の柱２（図２で上部柱２Ａ）の免震支持柱１１（転がり支承１２）の水平方向への摺動を規制して制止させる機能を有し、その免震支持柱１１の摺動範囲を形成している。
【００１５】
図２に示すように、免震支持柱１１は、当該階層の柱２の軸力を支持するものであり、その部材として高強度鉄骨のＨ型鋼材等が用いられ、材軸方向が柱２の軸方向（鉛直方向）に平行にして配置され、且つ上部１１ｂが所定の長さをもって柱２の下端２ａに埋設されている。そして、免震支持柱１１は、その下端１１ａが梁３よりも下方に突出しており、その下端１１ａには前記転がり支承１２が設けられている。なお、免震支持柱１１と梁３とは、溶接などの固定手段により接合されている。
【００１６】
転がり支承１２は、免震支持柱１１の下端１１ａに前記摺動板２ｃ上を転動する転がり材１３を収容させたものである。これにより、免震支持柱１１は、当該階層の柱２、梁３、スラブ４からなる１階層分の構造体とともに柱２の摺動板２ｃ上を摺動する。
具体的に転がり支承１２は、球体をなす複数の転がり材１３を下面側を露出させた状態で回転可能に支持するボールベアリングを構成し、摺動板２ｃ上（柱２の上面）で外周壁２ｄに囲まれた摺動範囲内で、水平方向に移動自在となっている。なお、転がり支承１２には、内部に収容する転がり材１３の周囲を密閉するとともに、摺動板２ｃとの間を塞ぐカバー（図示省略）を設けるようにしてもよい。
【００１７】
また、柱２毎に対応して設けられる免震支持柱１１のうち一部の免震支持柱１１には、後述するブレース２１の一端（上層側端部２１ｂ）がヒンジにより支持されている。このヒンジが設けられる支持部の位置は、免震支持柱１１における梁下に露出した側面の所定位置となる。
【００１８】
次に、架構に設けられる制震装置２０について図面に基づいて説明する。
図１乃至図３に示すように、制震装置２０は、一端（下層側支持部２１ａ）が下部柱２Ｂ（図２）の柱頭部２ｂに固定されるとともに、他端（上層側支持部２１ｂ）が上層階の免震支持柱１１に固定されるブレース２１と、このブレース２１に介装される制震ダンパー２２とを備え、各階層の天井裏に配置されている。ここで、図１の符号Ｌは、天井面の位置を示している。
【００１９】
制震装置２０は、図３に示す平面視で柱２と梁３によって四方が囲われる区画内に配置されている。ブレース２１は、長尺のＨ型鋼材等からなる４本の第１〜第４ブレース材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄにより平面視で菱形状に配置され、一方の対角線方向の頂点のうち下層側支持部２１ａが柱２に支持され、上層側支持部２１ｂが免震支持柱１１に支持されている。下層側支持部２１ａは、図２に示すように、柱２の外周壁２ｄの外面に溶接などにより固定されたブラケット５Ａに、図示しないピン等で水平方向を回転軸Ｏ１として回転可能に支持されている。上層側支持部２１ｂは、免震支持柱１１の外面に固定されたブラケット５Ｂに、図示しないピン等で水平方向を回転軸Ｏ１として回転可能に支持されている。
【００２０】
一方、図３に示すように、他方の対角線方向の頂点（第１交点２１ｃ、第２交点２１ｄ）どうしが制震ダンパー２２を備えた第５ブレース材２１Ｅによってボルト、或いはピン等の接続手段を用いて連結されている。
【００２１】
制震ダンパー２２は、例えばオイルダンパーや粘弾性ダンパーを用いることができ、第５ブレース材２１Ｅの材軸方向（図３で矢印Ｅ方向）で略中央部に設けられており、第５ブレース材２１Ｅをその材軸方向Ｅに減衰させる機能を有している。なお、耐震ダンパー２２は、天井面Ｌ（図１）よりも上の位置、すなわち柱頭レベルの高さに位置することが好ましい。
【００２２】
そして、図１に示すように、制震装置２０は、側面視で若干傾斜をもった状態、すなわち下層階の柱２側（下層側支持部２１ａ）から上層階の免震支持柱１１側（上層側支持部２１ｂ）へ向かうにしたがって漸次上向きとなる傾斜を有している。そのため、制震ダンパー２２は、鉛直方向と水平方向の両方向に減衰作用が効く構造となっている。
【００２３】
次に、免震装置１０と制震装置２０を備えた制震システムの作用について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、制震装置２０のブレース２１の下層側支持部２１ａが当該階層の柱頭部２ｂに連結され、上層側支持部２１ｂが隣り合う別の下部柱２Ｂに支持される上層階の免震支持柱１１に連結されているので、地震時に建物１に水平方向の振動が与えられると、当該階層とその上層階との水平方向および上下方向の相対変位に対して各層に設けられる制震ダンパー２２によって減衰力が作用することとなる。そのため、双方の階層間に生じる相対変位が小さくなり、各階層に生じる水平振動を制震ダンパー２２で吸収することができる。
【００２４】
さらに、免震装置１０の上層階の免震支持柱１１に設けられる転がり支承１２が下層階の柱頭部２ｂに対して水平方向に変位し、下層階の振動を吸収することで上層階の振動を抑制する機能を発揮するので、建物全体に伝わる地震力を小さくすることができる。
しかも、各階層に免震装置１０が設けられ、水平方向の変位を複数の階層に分散させることが可能となるので、変位に対応して建物１に設けられる水平方向のクリアランスを各階層ごとに分散させて各々を小さくすることができる。
【００２５】
そして、本制震システムでは、制震ダンパー２２がブレース２１を介して上層階と下層階とに対して直列に配置され、層間変位をブレース２１を通じて制震ダンパー２２に直接伝達させることができるので、建物１の柱梁により形成される架構を変形させることなく制震効果を発揮させることができる（図４参照）。なお、図４は、地震時における建物１の変形状態を示しているが、階層毎に免震装置１０が設けられているので、各階層（図４で符号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）がそれぞれ一体構造となって、上下の階層に対して水平方向に相対変位するので、架構、すなわち柱２や梁３に生じる変形が抑制されることになる。
【００２６】
ここで、図５は、建物１に形成される所定の架構に作用する応力分布を側面から見た図である。具体的には、図５に示すように、建物１に水平方向の地震力Ｐが作用したとき、柱２に生じる第１応力Ｍ１は、柱２の反曲点が柱頭部２ｂ近傍となるため、柱脚（符号２ａ）に生じる曲げ応力を例えばＣＦＴ柱等を用いて処理することができる。他方、柱頭部２ｂに生じる曲げ応力が微小となるため、梁３に生じる第２応力Ｍ２は、一般的な梁と同程度となる。
【００２７】
また、制震装置２０の全てが天井裏に配置されるため、建築計画上の自由度も損なわれることがなく、不整形架構や軸力の偏在などに起因する偏心の解消にも効果的である。
【００２８】
上述のように本実施の形態による免震機構併用による制震システムでは、制震装置２０の制震ダンパー２２がブレース２１を介して上層階と下層階とに対して直列に配置され、層間変位をフレームの変形により処理するのではなく、ブレース２１を介して制震ダンパー２２に直接伝達させて変形を処理することが可能となるので、架構を変形させることなく制震効果を発揮させることができ、しかも各階層に設けられる免震装置１０により水平方向の変位を分散させて小さくすることで、免震構造、制震構造のそれぞれの長所をバランス良く発揮すること可能となり、耐震耐風性能を向上させることができる。
しかも、架構のフレームの変形を抑えつつ制震効果の発揮が可能であることから、建築計画的な自由度を確保できるといった効果を奏する。
【００２９】
以上、本発明による免震機構併用による制震システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では制震装置２０を各階層の天井裏の空間に配置させる構成としているが、このような配置に制限されることはない。要は、制震ダンパー２２が隣接する柱間に配置されていれば良いのであって、その位置に制限を受けることはない。
【００３０】
また、本実施の形態では建物において１フロアーからなる階層毎に免震装置１０と制震装置２０とを設けた構造としているが、これに限定されることはなく、例えば１フロアーおき、すなわち２フロアーを１層として制震システム１を設ける等、何階層かおきに配置する構成であってもかまわない。この場合、制震システムが設けられない階層においては、層間に設けられる免震支持柱が不要となり、当該制震システムが設けられない階層の柱と上層階の柱とを一体的に構築した構造とすることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では免震装置１０として転がり材１３を用いた転がり支承１２を対象としているが、このような支承に限らず、ステンレス、ポリ４フッ化エチレン等を用いたすべり支承、或いは積層ゴムによるものであっても良い。
そして、要求性能に応じて、転がり支承１２の摩擦係数（積層ゴムの場合にはその硬さ）、および制震ダンパー２２の配置、種類、容量は自由に設定することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  建物
２  柱
２Ａ  上部柱
２Ｂ  下部柱
２ｂ  柱頭部
３  梁
４  スラブ
１０  免震装置（免震機構）
１１  免震支持柱
１２  転がり支承（免震部）
２０  制震装置（制震機構）
２１  ブレース
２２  制震ダンパー  
【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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