(57)【要約】【課題】低コストとなる構造により、高層建物の揺れを抑制して曲げ変形に対応できる。【解決手段】制震構造１は、高層建物２内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱１０と、高層建物２の上層階ｎで、制震柱１０、１０同士の間に介装された摩擦ダンパー６と、摩擦ダンパー６を介した状態の複数の制震柱１０を、略水平方向に圧縮連結するＰＣ鋼棒７とを備えている。高層建物２が大規模の地震による外力を受けたときには、制震柱１０、１０間にすべり作用が生じると共に、摩擦ダンパー６の抵抗力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、高層建物２の揺れを低減させて曲げ変形を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱と、
前記建物の上層階で、前記制震柱同士の間に介装された摩擦ダンパーと、
前記摩擦ダンパーを介した状態の前記複数の制震柱を、略水平方向に圧縮連結する張力導入部材と、
が設けられていることを特徴とする制震構造。
【請求項２】
前記制震柱同士が接する面には、分離介装部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制震構造。
【請求項３】
前記張力導入部材の定着部には、前記張力導入部材の張力を調整する張力調整部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高層ビルや塔状の構造物において、地震などにより発生する建物の曲げ変形を抑制する制震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超高層構造物では、地震や強風などを受けたときの変形に対する十分な設計が必要であった。すなわち、かかる従来の高層建物にあっては、高層化して細長く（アスペクト比が大）なると、曲げ変形の割合がせん断変形の割合に比べて大きくなり、この曲げ変形を抑制するために鋼材量を増す等の対策が行われ、建設コストの増大を招いていた。
また、この曲げ変形に対応する制震装置には、チューンドマスダンパ（以下、「ＴＭＤ」と略称する）がある。このＴＭＤの装置は、おもり（マス）が建物の揺れと同じ周期に同調（チューン）して動くことにより建物の振動エネルギーを吸収して揺れを低減させる機能を有する構造であるが、ＴＭＤは主に中小規模の地震や風の居住性の向上を目的としたものであり、大地震時において大きな応答低減効果は期待できなかった。
そこで、曲げ変形が支配的な高層建物の全体に曲げ変形が生じないようにすることで、高層建物の揺れを抑制する制震構造物の発明が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１は、高層建物の外側に補助柱を設け、高層建物の外郭に位置する柱と補助柱との間を連結する制震ダンパーを、各層毎に設けるように構成した制震構造物である。
【特許文献１】特開平８−２１８６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の制震構造物では以下のような問題があった。
特許文献１は、補助柱と高層建物との間に連結配置される制震ダンパーが、高層建物の基礎から上層階までの各層に設けられている構成である。そして、各階での上下方向相対変形が制震ダンパーに伝達されることになるが、低層階での相対変形はそれほど大きくないため、各制震ダンパーの性能が十分に発揮されていないという問題があった。
また、各層に制震ダンパーを設置するため、高層建物の場合に設置台数が多くなること、また、補助柱の軸剛性が大きくないと制震装置が有効に働かないことから制震構造としてのコストが大きくなるといった欠点があった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低コストとなる構造により、高層建物の揺れを抑制して曲げ変形に対応できる制震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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る制震構造では、建物内で横方向に連ねて配置された複数の制震柱と、建物の上層階で、制震柱同士の間に介装された摩擦ダンパーと、摩擦ダンパーを介した状態の複数の制震柱を、略水平方向に圧縮連結する張力導入部材とが設けられていることを特徴としている。
本発明では、曲げ変形の大きな上層階において、制震柱間に摩擦ダンパーを設け、張力導入部材によって大規模地震に相当する外力に対して制震柱間にすべり作用が生じるように設定しておくことができる。そして、建物が中小規模の地震による外力を受けたときには、制震柱間にすべりが生じず建物と一体化された状態で、剛性を保って外力に抵抗し、建物の揺れを低減させることで曲げ変形を抑制することができる。また、建物が大規模の地震による外力を受けたときには、制震柱間にすべり作用が生じると共に、摩擦ダンパーの抵抗力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。
【０００６】
また、本発明に係る制震構造では、制震柱同士が接する面には、分離介装部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、各制震柱が分離介装部材を介して互いに接した状態であり、非固定状態で分断されているため、制震柱同士が接する面ですべり移動が可能とされる。
【０００７】
また、本発明に係る制震構造では、張力導入部材の定着部には、張力導入部材の張力を調整する張力調整部材が設けられていることが好ましい。
本発明では、張力調整部材として、皿バネ等を用いることで、張力導入部材のゆるみ等による導入張力の減少を抑制でき、複数の制震柱を圧縮連結する張力導入部材の張力を一定に保つことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の制震構造によれば、曲げ変形の大きな上層階の数層において、制震柱間に摩擦ダンパーを設け、張力導入部材によって大規模地震に相当する外力に対して制震柱間にすべり作用が生じるように設定しておくことができる。
そして、建物が中小規模の地震による外力を受けたときには、制震柱間にすべりが生じず建物と一体化された状態となり、剛性を保って外力に抵抗し、建物の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。
また、建物が大規模の地震による外力を受けたときには、制震柱間にすべり作用が生じると共に、摩擦ダンパーの抵抗力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、建物の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。このように、中小規模から大規模な地震などの揺れ（外力）による曲げ変形に対応できる構成であるため、超高層構造物に適用することが可能となる。
また、本制震構造では、制震柱を建物内に組み込み、上層階のみに摩擦ダンパーを備えた構成であることから、構造にかかるコスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態による制震構造について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による制震構造の概略構成を示す立面図、図２は図１に示す制震構造のＡ１−Ａ１線断面図あるいはＡ２−Ａ２線断面図、図３は図１に示す制震構造のＢ−Ｂ線断面図、図４は制震構造の摩擦ダンパーの取り付け状態を示す要部拡大図、図５は摩擦ダンパーが設けられた制震柱間の構造を示す拡大図、図６は地震時における制震柱の揺れの状態を示す図であって、（ａ）は中小規模地震時の立面図、（ｂ）は大規模地震時の立面図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態による制震構造１は、例えばアスペクト比（建物の幅に対する高さの比率）が４以上と大きく、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造柱で柱３と梁４からなるラーメン構造の高層建物２（建物）に適用されている。
図１において、符号３、３、・・・は柱、４、４、・・・は梁を示し、符号ｎは高層建物２の上層階（本実施の形態では上部３層）を示している。なお、以下の説明では、「層」という用語を使用する場合があるが、「階」と同意義である。
ここで、上層階ｎとは、最上階から高層建物全層数の１／１０〜１／３程度の階のことである。
【００１１】
図１乃至図３に示すように、制震構造１は、高層建物２内で横方向に連ねて互いに接した状態で配置された複数のＲＣ柱からなる制震柱１０と、上層階ｎにおいて各制震柱１０の間に介装された摩擦ダンパー６と、これら複数の制震柱１０を略水平方向に貫通させて締め付けるＰＣ鋼棒７（張力導入部材）とから概略構成されている。
【００１２】
複数の制震柱１０は、基礎から最上層（屋上）まで連続した状態で組み込まれている。ここで、本実施の形態では、複数（５本）の制震柱１０を、図１の左側から順に符号１０Ａ〜１０Ｅとする。そして、両端の制震柱１０Ａ、１０Ｅは、層毎に梁４、４に固定され、地震などで外力を受けたときに梁４及び柱３と一体に動くようになっている。なお、各制震柱１０、１０同士が接する面を、すべり面Ｔとする。
【００１３】
図２に示すように、制震柱１０、１０同士の間には、制震柱１０、１０を互いに分離させる分離介装部材５が設けられている。この分離介装部材５は、例えばスタイロフォーム（登録商標、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）等のコンクリートに比べて十分剛性の低い材料からなり、制震柱１０、１０同士の間に挟み込まれると共に、周囲のスラブコンクリート（図示省略）に接する制震柱１０の範囲に貼り付けられている。
各制震柱１０Ａ、１０Ｂ、…は、分離介装部材５を介して互いに接した状態とされるが、非固定状態で分断されているため、すべり面Ｔにおいて制震柱１０の軸方向へのすべり移動が可能とされる。
【００１４】
図３、図４及び図５に示すように、摩擦ダンパー６は、アルミウム、ステンレスなどの鋼材を用いて薄板状に形成され、上層階ｎ（図１参照）の各層に夫々配置されている。そして、この薄板状の摩擦ダンパー６の摩擦面６ａを制震柱１０の側面１０ａからわずかに突出した状態で組み込まれている。そして、隣り合う制震柱１０、１０の夫々に設けられた摩擦ダンパー６，６は、その摩擦面６ａ、６ａが接触した状態となっている。したがって、制震柱１０、１０の側面１０ａ、１０ａ面はわずかに離間しており、そこに分離介装部材５が設けられている。すなわち、すべり面Ｔには、摩擦ダンパー６または分離介装部材５のみが存在し、すべり面Ｔでは摩擦ダンパー６以外に摩擦が生じない構成となっている。
高層建物２（図１参照）に水平方向の外力が加わり、制震柱１０、１０間（すべり面Ｔ）ですべり作用が発生すると、摩擦ダンパー６がこのすべりに対して抵抗、即ち減衰力を発揮する構成となっている。
【００１５】
図４に示すように、ＰＣ鋼棒７は、その両端部７ａ、７ｂに雄ネジ（図示省略）を形成したものである。そして、摩擦ダンパー６、６、…および分離介装部材５、５、…を挟み込んだ状態の制震柱１０Ａ〜１０Ｅを摩擦ダンパー６が配置されている位置においてＰＣ鋼棒７で水平方向に貫通させ、ＰＣ鋼棒７の端部７ａ、７ｂの雄ネジにナット７Ａ、７Ｂを締め付けることで、ＰＣ鋼棒７の軸方向に張力を発生させて制震柱１０Ａ〜１０Ｅを圧縮連結させている。このように、図５の構成とすることで、ＰＣ鋼棒７への張力導入により摩擦ダンパー６に圧縮力を生じさせる際には、摩擦ダンパー６の部分以外に圧縮力が作用しないようになっている。
なお、このときのＰＣ鋼棒７の設置本数は、層毎に上下方向に３本、水平方向に２本とされるが、この数量は任意とされ、高層建物２の構造条件や制震柱１０の本数などによって適宜設定されるものである。
【００１６】
そして、ＰＣ鋼棒７は、ナット７Ａ、７Ｂを締め付けることで、複数の制震柱１０Ａ〜１０Ｅに水平方向の圧縮力を導入した状態で緊張させる構成をなしている。すなわち、この張力によって摩擦ダンパー６の抵抗力（摩擦力）を調整することができる。なお、ナット７Ａ、７Ｂの締め付けが緩まないようにするため、例えばダブルナット、戻り止めピンなどを使用することが好ましいとされる。
ここで、このときのＰＣ鋼棒７の張力は、大規模の地震に相当する外力を受けた時に、上記摩擦ダンパー６の摩擦力を超えて制震柱１０、１０間（すべり面Ｔ）ですべるように設定しておく。したがって、中規模の地震程度の外力を受けた時には、摩擦ダンパー６の抵抗力によってすべり作用が発生しない。
【００１７】
また、ＰＣ鋼棒７の一方の定着端部７ａは、張力調整部材８を介してナット７Ａで固定されている。
この張力調整部材８は、例えば図示しない鋼製の皿バネ等を板座金で挟み、張力導入部材８に多少のゆるみ等が生じても軸力を一定に保つことを目的としたものであり、複数の制震柱１０Ａ〜１０Ｅを圧縮連結するＰＣ鋼棒７の張力を一定に保つことができる。
【００１８】
次に、このように構成される制震構造１の作用について図６などを参照して説明する。
図６（ａ）に示すように、中小規模の地震時において高層建物２に外力が入力されるときには、高層建物２の揺れに伴って制震柱１０には曲げ変形の作用が生じる。このとき、摩擦ダンパー６は、上述したようにＰＣ鋼棒７（図１参照）の張力が調整されていて、中小規模程度の地震による外力に抵抗してすべり作用が生じないようになっている。そのため、すべての制震柱１０Ａ〜１０Ｅが高層建物２と一体となることで剛性を保ち、地震エネルギーに抵抗することができる。したがって、本高層建物２は、揺れが低減されると共に曲げ変形が抑制されることになる。
【００１９】
一方、図６（ｂ）に示すように、大地震時において高層建物２に外力が入力されるときには、高層建物２の揺れに伴う曲げ変形の作用により制震柱１０、１０間ですべり作用が生じ、摩擦ダンパー６で減衰力を発揮することで地震エネルギーが吸収される。
さらに具体的には、両端の制震柱１０Ａ、１０Ｅは梁４、４（図１参照）に一体に固定されている関係上、これら両端の制震柱１０Ａ、１０Ｅと梁４や柱３は同じ周期で揺れることになる。そして、高層建物２に曲げ変形の作用が働いたときに、両端の制震柱１０Ａ、１０Ｅの間に挟まれて配置される制震柱１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、夫々が分離した状態であることから、すべり面Ｔにおいて制震柱１０の軸方向に相対変形力が作用してすべり作用が生じる。
それと同時に、制震柱１０に組み込まれている摩擦ダンパー６は、これら制震柱１０に生じる相対変形に伴う力に対する抵抗力(摩擦力)が生じる。そのため、本高層建物２では、摩擦ダンパー６の抵抗力（摩擦力）により減衰力が発揮されて地震エネルギーが吸収され、高層建物２の揺れが効果的に低減されると共に、曲げ変形が抑制されることになる。
なお、このときの高層建物２の剛性が低下することになり、地震エネルギーを受け流す効果も期待できる。
【００２０】
上述のように本実施の形態による制震構造では、曲げ変形の大きな上層階ｎの数層において、制震柱１０、１０間に摩擦ダンパー６を設け、ＰＣ鋼棒７によって大規模地震に相当する外力に対して制震柱１０、１０間にすべり作用が生じるように設定しておくことができる。
高層建物２が中小規模の地震による外力を受けたときには、制震柱１０が高層建物２と一体化された状態で、剛性を保って外力に抵抗し、高層建物２の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。
また、高層建物２が大規模の地震による外力を受けたときには、制震柱１０、１０間にすべり作用が生じると共に、摩擦ダンパー６の抵抗力により減衰効果を発揮して地震エネルギーを吸収し、高層建物２の揺れを低減させて曲げ変形を抑制することができる。
このように、中小規模から大規模な地震などの揺れ（外力）による曲げ変形に対応できる構成であるため、超高層構造物に適用することが可能となる。
また、本制震構造１では、制震柱１０を高層建物２内に組み込み、上層階ｎのみに摩擦ダンパー６を備えた構成であることから、構造にかかるコスト低減を図ることができる。
【００２１】
以上、本発明による制震構造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柱１０の設置数を５本としているが、設置本数はこの数量に限定されることはない。要は、複数本の制震柱１０が設けられていて、その制震柱１０、１０間に摩擦ダンパー６を介装できればよいのである。
また、制震柱１０をプレキャストコンクリート柱とし、柱下部スリーブジョイントのグラウト前に、張力導入部材に所定の張力を導入し、摩擦ダンパーに均等な圧縮力を導入した後に、柱下部スリーブジョイントにモルタル等をグラウトすることも可能である。
また、摩擦ダンパー６は、高層建物２における上層階ｎに加えて、中間層に設けるようにしてもかまわない。さらに、高層建物２の下層階には、層間変形に対して有効な間柱型、ブレース型、壁型などの制震装置を組み込むようにすることも可能である。
さらにまた、本実施の形態では制震柱１０、１０同士の間に分離介装部材５を設けているが、この材質、構成に限定されるものではなく、また分離介装部材５を設けないものであってもかまわない。要は、制震柱１０、１０同士が分離状態とされ、この互いのすべり面Ｔですべり作用が生じるように構成されていればよいのである。
勿論、摩擦ダンパー６やＰＣ鋼棒７の数量、取り付け位置、設置階など具体的な構成その他は、採用するべき高層建物２の階数（高さ）や構造条件を考慮して最適設計すれば良い。
また、上層階ｎの階数設定は全体の設計内容に応じて適宜変更することは言うまでも無い。つまり、本実施の形態では上層階ｎの３層に摩擦ダンパー６を配置した例を示しているが、これに限定されるものではなく、２層或いは４層以上の範囲に摩擦ダンパー６を配置してもよく、要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態による制震構造の概略構成を示す立面図である。
【図２】図１に示す制震構造のＡ１−Ａ１線断面図あるいはＡ２−Ａ２線断面図である。
【図３】図１に示す制震構造のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】制震構造の摩擦ダンパーの取り付け状態を示す要部拡大図である。
【図５】摩擦ダンパーが設けられた制震柱間の構造を示す拡大図である。
【図６】地震時における制震柱の揺れの状態を示す図であって、（ａ）は中小規模地震時の立面図、（ｂ）は大規模地震時の立面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  制震構造
２  高層建物（建物）
３  柱
４  梁
５  分離介装部材
６  摩擦ダンパー
７  ＰＣ鋼棒（張力導入部材）
８  張力調整部材
１０  制震柱
ｎ  上層階
Ｔ  すべり面
【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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