(57)【要約】【課題】小振幅から大振幅まで広域の応答低減効果が高い制震システムを提供する。【解決手段】建物の上層部に履歴型ダンパーを配置し、下層部に粘性型ダンパーを配置して成る。【選択図】図１
2004232324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上層部に履歴型ダンパーを配置し、下層部に粘性型ダンパーを配置して成ることを特徴とする、制震システム。
【請求項２】
粘性型ダンパーは、建物下層部の複数層を跨ぐ高さで建物から独立した剛構造体と建物との間に配置されており、粘性型ダンパーの一端部は前記剛構造体と連結され、他端部は建物と連結され、建物の水平方向の層間変形を伝える構成とされていることを特徴とする、請求項１に記載した制震システム。
【請求項３】
剛構造体と建物の躯体との間にクリアランスが設けられていることを特徴とする、請求項２に記載した制震システム。
【請求項４】
剛構造体は、鉄筋コンクリート壁又は鉄骨フレーム構造であることを特徴とする、請求項２又は３に記載した制震システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建物の上層部に履歴型ダンパーを配置し、下層部に粘性型ダンパー（粘性ダンパー、粘弾性ダンパーを含む。）を配置して成る制震システムの技術分野に属し、小振幅から大振幅まで広域の応答低減効果が高い制震システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ｉ）建物の各層に制震装置（ダンパー）を配置して成る制震システムは公知に属する。前記制震装置には、低降伏点鋼や極低降伏点鋼などを用いた履歴型ダンパーが、コストパフォーマンスや施工性等に優れているため採用されることが多い。
【０００３】
（ｉｉ）また、制震装置として粘性型ダンパーが採用されることも少なくない。該粘性型ダンパーは、速度のα乗に比例した減衰力を発揮し、小振幅から大振幅まで広域の応答低減効果を発揮する。前記応答低減効果を高めるには、粘性型ダンパーを大きな相対速度が生じる建物の部位間へ配置することが望ましい。例えば、特許文献１及び２には、粘性型ダンパーを建物の複数層を跨いで配置した構成が開示されている。
【０００４】
しかし、上記履歴型ダンパーと粘性型ダンパーを組み合わせ、それぞれの長所を融合させた制震システムは見聞しないが、近似した技術は以下の特許文献３に開示されている。
【０００５】
（ｉｉｉ）特許文献３には、建物の上層部に剛性手段として制振壁を配置し、下層部の各層にはエネルギー吸収手段として粘性型ダンパーを配置して成る制振骨組構造及び建築物が開示されている。前記制振壁は、略矩形の薄い鉄製の板状体であって、靭性に富む低降伏点鋼によって形成されている。該低降伏点鋼は、所定の間隔で補強リブを付設したパネル状に構成され、靭性の有る制震壁として機能する。建物の上層部の剛性を制振壁で剛強に確保すると共に、下層部の剛性を粘性型ダンパーで低くし、建物への地震入力エネルギーの軽減が図られている。
【０００６】
なお、建物への地震入力エネルギーを軽減するために、該建物の下層部の剛性を低く構成した技術が特許文献４、５に開示されている。
【０００７】
（ｉｖ）特許文献４には、建物の下層部の柱と梁をピン接合することで剛性の低い下層部を構成し、該下層部に減衰装置を配置した制振構造物の構成方法が開示されている。
【０００８】
（ｖ）特許文献５には、剛性の低い建物の下層部を構成し、該下層部にアクチュエータを配置し、上層部に可変減衰装置を配置して成る能動型制振構造物が開示されている。下層部のアクチュエータの駆動信号には、第２層床の状態のみを帰還（フィードバック）する最適制御法が採用され、低剛性化された下層部の剛性の向上が妨げられている。また、上層部の可変減衰装置が小振幅から大振幅まで高い応答低減効果を発揮する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２２３０４１号公報
【特許文献２】
特許第２６００５５９号公報
【特許文献３】
特開２００２−４６２８号公報
【特許文献４】
特許第３１３９６７５号公報
【特許文献５】
特開平９−２４２３７２号公報
【００１０】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（ｉ）の従来技術は、建物に大きなせん断変形が生じないと高い応答低減効果を発揮しない。すなわち、小振幅の地震動には応答低減効果を殆ど発揮しない問題点がある。
【００１１】
通例、履歴型ダンパーは振幅の大きさによって制震効果が変化するので、予め対象とする地震動（振幅）の大きさを定め、それに対して特性が決定される。そのため、振幅対象から外れた大きさの地震動に対する制震効果は十分得られない問題点がある。
【００１２】
履歴型ダンパーの低降伏点鋼等は、地震時や強風時に繰り返し応力が生じ疲労破壊が生じる欠点もある。特に、建物下層部に配置した履歴型ダンパーには、大きな繰り返し応力が生じて疲労破壊が生じやすく、建物の供用期間中に交換する必要が生じる場合がある。
【００１３】
更に、建物下層部に履歴型ダンパーを配置すると、該建物下層部の剛性が上がって固有周期が短くなり、建物への地震入力エネルギーが増加する問題点がある。
【００１４】
上記（ｉｉ）の特許文献１、２に開示された技術は、粘性型ダンパーを建物の複数層を跨いで配置することで、少数の粘性型ダンパーで効率よく減衰力を発揮させることができる構成とされている。そのため、高価な粘性型ダンパーの配置個数の低減を図って、コストの削減に寄与できる。しかし、建物が高層になれば、それに応じて粘性型ダンパーの配置個数が増加するので、コストパフォーマンスに優れている構成であるとは云い切れない。
【００１５】
上記（ｉｉｉ）の従来技術は、制振壁と粘性型ダンパーを組み合わせた点に注目できる。しかし、前記制振壁は剛性手段として配置しており、応答低減効果を狙ったものではない。
【００１６】
また、粘性型ダンパーの配置に工夫が見受けられない。即ち、上述したように、粘性型ダンパーは、速度のα乗に比例した減衰力を発揮するので、大きな相対速度が生じる建物の部位間へ配置することが望ましい。ところが、上記（ｉｉｉ）の粘性型ダンパーは、各層に配置されており、効率の良い粘性型ダンパーの配置とは云えず、改善の余地が残されている。
【００１７】
上記（ｉｖ）の従来技術は、減衰装置として特に限定されていないが、２種類の減衰装置を併用して効率よく減衰力を発揮させる構成は開示されていない。
【００１８】
上記（ｖ）の従来技術は、建物の上層部に可変減衰装置を配置しているので、コストが嵩む問題点がある。
【００１９】
本発明の目的は、建物の上層部に履歴型ダンパーを配置し、下層部に粘性型ダンパーを配置することで、２種類のダンパーそれぞれの長所を融合させて、小振幅から大振幅まで広域の応答低減効果が高い制震システムを提供することである。
【００２０】
本発明の次の目的は、履歴型ダンパーの疲労を軽減して、該履歴型ダンパーの建物の供用期間中の交換が不要な、メンテナンスフリーの制震システムを提供することである。
【００２１】
本発明の更なる目的は、粘性型ダンパーを効率よく配置して、配置個数の低減を図って、コストパフォーマンスに優れた制震システムを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る制震システムは、
建物の上層部に履歴型ダンパーを配置し、下層部に粘性型ダンパーを配置して成ることを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した制震システムにおいて、
粘性型ダンパーは、建物下層部の複数層を跨ぐ高さで建物から独立した剛構造体と建物との間に配置されており、粘性型ダンパーの一端部は前記剛構造体と連結され、他端部は建物と連結され、建物の水平方向の層間変形を伝える構成とされていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載した制震システムにおいて、
剛構造体と建物の躯体との間にクリアランスが設けられていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３に記載した制震システムにおいて、
剛構造体は、鉄筋コンクリート壁又は鉄骨フレーム構造であることを特徴とする。
【００２６】
【本発明の実施形態、及び実施例】
以下に、請求項１〜４に記載した発明に係る制震システムの実施形態を、図１〜図９に基づいて説明する。
【００２７】
本発明の制震システムは、建物１の上層部１ａに履歴型ダンパー２を配置し、下層部１ｂに粘性型ダンパー３を配置して成ることを特徴とする。
【００２８】
履歴型ダンパー２は、詳細な図示は省略するが、例えば図２のように低降伏点鋼を平板状、もしくはＨ形断面に組み立てて用い、これを軸変形させることにより制震性能を発揮する既往の軸力型ダンパーで実施することができる。図１、図２の履歴型ダンパー２は、建物の側面方向に見ると、建物上層部１ａの各層に形成される柱４と梁５との架構面内に、ブレース６として例えばＶ字状に配置されている。そして、建物の平面方向に見ると、図３に示すように建物上層部１ａの柱梁架構の面内に、しかも２軸方向（Ｘ、Ｙ方向）に配置されている。履歴型ダンパー２は、比較的せん断変形の小さい建物上層部１ａに配置されるので、該履歴型ダンパー２の低降伏点鋼の疲労を低減でき、建物の供用期間中の交換が不要で、コストの削減と交換の手間が省ける。
【００２９】
また、建物上層部１ａのみに履歴型ダンパー２を配置したので、建物下層部１ｂの剛性の増大が妨げられ、建物１への地震入力エネルギーの増加を防ぐことができる。
【００３０】
次に、粘性型ダンパー３は、図４に示すように、例えば既往のオイルダンパーで構成されている。該粘性型ダンパー３は、図１に示すように、建物下層部１ｂの複数層（図１では３層分）を跨ぐ高さで建物１から独立して構築された剛構造体７と建物１との間に配置されている（請求項２記載の発明）。
【００３１】
前記剛構造体７は、建物下層部１ｂの中央部に設けられ地表面から３層分の吹き抜け箇所１ｃの内部に配置されている。建物の平面方向に見ると、粘性型ダンパー３を前記履歴型ダンパー２と略同様にＸ、Ｙ方向に配置するべく、４枚の剛構造体７…が矩形状に配置されている（図３を参照）。該剛構造体７は、地震動を確実に粘性型ダンパー３に伝達できるように、剛強な鉄筋コンクリート壁で構成され、その下端部は地表部の建物基礎梁８と連結されている（図４を参照、請求項４記載の発明）。前記剛構造体７の上端部は、地表面から建物１の第３層目の上端部までの高さＨ（図１を参照）より若干低く形成され、隅部に粘性型ダンパー３を配置する切欠き部７ａが設けられている（図４を参照）。そして、前記剛構造体７と吹き抜け箇所１ｃの側面との間には、建物下層部１ｂが水平変形した際に、剛構造体７と吹き抜け箇所１ｃの側面とが接触しないように、クリアランスＴが設けられている（請求項３記載の発明）。
【００３２】
上記４枚の剛構造体７…の切欠き部７ａ…それぞれには、Ｘ方向又はＹ方向（剛構造体７の面内方向）に粘性型ダンパー３…が配置されている。該粘性型ダンパー３の一端部は前記剛構造体７の切欠き部７ａの垂直部とブラケット９を介して連結され、他端部は吹き抜け箇所１ｃの上端部の梁５とブラケット１０を介して連結され、建物１の水平方向の層間変形を伝える構成とされている。この粘性型ダンパー３は、大きな相対速度が生じる建物１の部位間へ配置されているので、少数の粘性型ダンパー３で効率よく高い応答低減効果を発揮させることができる。そのため、高価な粘性型ダンパー３の配置個数が少なくて済み、コストの削減に寄与する。また、図４の剛構造体７は、その切欠き部７ａの垂直部から粘性型ダンパー３へ建物の層間変形を伝える構成なので、剛構造体７と粘性型ダンパー３との連結部が破壊されない。
【００３３】
図５（ａ）は、通常時の粘性型ダンパー３を概念的に示し、図５（ｂ）は地震時の粘性型ダンパー３を概念的に示す。図５（ｂ）に示すとおり、粘性型ダンパー３の地震時のストローク量は大きく、大きな減衰力を発揮することが分かる。ちなみに、図中のｎは層数、ｈは層高、Ｒは層間変形角、δはストローク量を示す。
【００３４】
上記構成の制震システムは、小振幅から高い応答低減効果を発揮する粘性型ダンパー３と、特に大振幅に高い応答低減効果を発揮する履歴型ダンパー２とを組み合わせたので、２種類のダンパー２、３それぞれの長所を融合させて、小振幅から大振幅まで広域で高い応答低減効果を発揮させることができる。特に、地震動が履歴型ダンパー２の振幅対象から外れた（例えば、微小振幅や極大振幅）場合も、粘性型ダンパー３で減衰力を補うことができる。そのため、建物の柱や梁を小型化（断面を小さく）することができ、コストの削減に寄与する。
【００３５】
なお、図１に示した制震システムは、剛構造体７を鉄筋コンクリート壁で構成しているが、これに限らない。図６に示すように、剛構造体７を剛強な鉄骨フレーム構造１１で構成しても良い。要するに、剛構造体７は建物の層間変形を確実に粘性型ダンパー３に伝えることができる構成であれば良い。
【００３６】
また、図１に示した制震システムは、粘性型ダンパー３が建物下層部１ｂの複数層を跨いで立ち上がる剛構造体７と建物１との間に配置されているが、これに限らない。図７に示すように、建物下層部１ｂの各層にそれぞれ粘性型ダンパー３を配置しても良い。この場合の粘性型ダンパー３は、図８に示すように、例えばＶ字形状のブレース構造体１２を剛構造体とし、前記ブレース構造体１２の下端部と梁５との間に配置される。粘性型ダンパー３の一側の端部がブラケット１３を介して梁５と連結されており、他端部がブレース構造体１２の下端部と連結され、建物の層間変形を伝える構成とされている。もちろん、図１の制震システムと略同様に、ブレース構造体１２に代わる剛構造体を鉄筋コンクリート壁で構成し、建物下層部１ｂの各層に配置して、前記鉄筋コンクリート壁と各層の柱４又は梁５との間に粘性型ダンパー３を配置しても良い。
【００３７】
図１に示した履歴型ダンパー２には低降伏点鋼を用いた軸力型ダンパーを採用したが、これに限らない。極低降伏点鋼を用いた軸力型ダンパー、もしくはせん断型ダンパーでも良く、特にダンパーの形式や設置手段は上記実施形態に限らない。
【００３８】
図１に示した粘性型ダンパー３にはオイルダンパーを採用したが、これに限らない。既往の粘性ダンパーや粘弾性ダンパーでも良く、特にダンパーの形式や設置手段は上記実施形態に限らない。
【００３９】
図１及び図３に示した制震システムは、第３層目まで粘性型ダンパー３を配置したが、これに限らない。履歴型ダンパー２と粘性型ダンパー３の配置比率は、建物の層数、発揮させる減衰力等に応じて決定される。
【００４０】
また、上記実施形態では、建物１の中央部に履歴型ダンパー２及び粘性型ダンパー３をＸ、Ｙ方向に配置したが、これに限らない。例えば図９に示すように、建物１の四隅に配置しても良い。
【００４１】
【本発明の奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る制震システムは、小振幅から高い応答低減効果を発揮する粘性型ダンパーと、特に大振幅に高い応答低減効果を発揮する履歴型ダンパーとを組み合わせ、２種類のダンパーそれぞれの長所を融合させて、小振幅から大振幅まで広域で高い応答低減効果を発揮させることができる。特に、地震動が履歴型ダンパーの振幅対象から外れた（例えば、微小振幅や極大振幅）場合も、粘性型ダンパーで減衰力を補うことができる。そのため、建物の柱や梁を小型化（断面を小さく）することができ、コストの削減に寄与する。
【００４２】
履歴型ダンパーは、比較的せん断変形の小さい建物上層部に配置されるので、該履歴型ダンパーの疲労を低減することができ、建物の供用期間中の交換が不要で、メンテナンスフリーの制震システムを提供することができる。また、建物下層部の剛性の向上が妨げられ、建物への地震入力エネルギーの増加を防ぐことができる。
【００４３】
特に、請求項２に記載した発明に係る制震システムの粘性型ダンパーは、大きな相対速度が生じる建物の部位間へ配置されているので、少数の粘性型ダンパーで効率よく高い応答低減効果を発揮させることができる。そのため、高価な粘性型ダンパーの配置個数が少なくて済み、コストの削減に一層寄与でき、コストパフォーマンスに優れた制震システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制震システムの実施形態を概念的に示した立面図である。
【図２】建物上層部に配置される履歴型ダンパーと建物躯体との取り合い構造を示した立面図である。
【図３】ダンパー及び剛構造体の配置を概念的に示した平面図である。
【図４】建物下層部に配置される粘性型ダンパーと建物躯体との取り合い構造を示した立面図である。
【図５】（ａ）は通常時の粘性型ダンパーを概念的に示した体系図である。（ｂ）は地震時の粘性型ダンパーを概念的に示した体系図である。
【図６】本発明に係る制震システムの異なる実施形態を概念的に示した立面図である。
【図７】本発明に係る制震システムの更に異なる実施形態を概念的に示した立面図である。
【図８】建物下層部の各層に配置される粘性型ダンパーと建物躯体との取り合い構造を示した立面図である。
【図９】ダンパーの異なる配置を概念的に示した平面図である。
【符号の説明】
１          建物
１ａ        上層部
１ｂ        下層部
２          履歴型ダンパー
３          粘性型ダンパー
７          剛構造体
Ｔ          クリアランス
【図１】
2004232324.tif 000003
【図２】
2004232324.tif 000004
【図３】
2004232324.tif 000005
【図４】
2004232324.tif 000006
【図５】
2004232324.tif 000007
【図６】
2004232324.tif 000008
【図７】
2004232324.tif 000009
【図８】
2004232324.tif 000010
【図９】
2004232324.tif 000011