(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減衰装置を取り付けて構造物の振動応答を低減する制震架構であって、
構造物の架構は、水平方向の加振に対して捻れ振動を発生するように構面の剛性又は構造物の質量の平衡を崩して剛心と重心が偏心するように設計されており、
重心よりも剛心に近い側の構面を剛構面とし、該剛構面に対面して配置され、該剛構面よりも剛心からの距離が遠い側の構面を柔構面とし、前記柔構面に前記剛構面よりも減衰装置が集中的に設置されていることを特徴とする、制震架構。
【請求項２】
前記構造物の質量が均質で、前記構造物の外周の構面にのみ剛性要素が有る場合に、対面する剛構面と柔構面との剛性比が２：１となるように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載した制震架構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地震時や強風時における構造物の振動応答の低減を図った制震架構の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時や強風時における構造物の振動応答の低減を図る手段として、従来、オイルダンパー、粘弾性ダンパー、鋼材系のダンパー、摩擦ダンパー等、種々の減衰装置が開発され実用に供されている。そして、前記のような減衰装置（以下、単にダンパーと言う場合がある。）を取り付けて構造物の振動応答を低減する制震架構も種々知られている。但し、同じ容量の減衰装置を設置しても、設置した場所の力学性状ないし条件によっては、減衰装置が架構若しくは構造物に与える制震効果（揺れを小さく抑制する減衰効果）が異なることは、既に当業者に良く知られている。一般的に、減衰装置に加えられる変形量と力が大きい場所に設置するのが、減衰装置の効率の良い使い方と配置であると理解されている。例えば、
【０００３】
Ａ．特開２０００−２７２９４号公報に開示された制震架構は、柱梁接合部を通常の剛接合よりも低剛性のピン接合に近い半剛接合（セミリジッド）として、地震時等の水平力の大半を減衰装置へ集中させ、減衰装置による減衰作用（地震エネルギーの吸収作用）の効率化が図られている。
【０００４】
Ｂ．特開平１１−５０６８８号公報に開示された制振架構は、振動性状が異なる２種の構造物（例えば建物の水平断面の中心部に位置するコア部と、その外周部に位置する居住部のような一般架構部）とをエキスパンションジョイントと減衰装置で連結した、いわゆる連結制震の架構である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記Ａの制震架構の場合、構造物における主架構の一つの架構面（柔構面）において減衰装置が効率的に働くように工夫したものであり、構造物全体の振動特性を考慮した発明ではない。したがって、構造物全体としては振動特性を更に最適化する工夫の余地がある。
【０００６】
一方、上記Ｂの制振建物は、構造物全体の振動特性を考慮した発明と認められるが、架構の剛性や質量、配置に制約が多く、この発明を実施可能な建物は限られている。
【０００７】
ところで、一般的に構造物にとって捻れ振動は望ましくないものであり、構造設計者は、捻れ振動が発生しないように構造物の質量及び剛性の平衡度を考慮した設計を行うよう努力している。しかし、構造物に捻れ振動が起こらない場合、構造物の各層に発生する変形量は、層毎に場所に拘らず一定であり、減衰装置の配置に関してある程度以上の最適化を図ることができないという問題を包んでいる。
【０００８】
本発明の目的は、一般的に構造物にとって捻れ振動は望ましくないという一般常識を覆して、逆転の発想として、敢えて捻れ振動が発生するような架構形式に設計した上で、減衰装置の作用効果を最適化して、結果的に構造物の捻れ振動が発生しないように改良工夫した制震架構を提供することである。
【０００９】
本発明の次の目的は、構造物が水平方向に加振されたときに、同構造物が捻れ振動を起こすことにより、減衰装置を設置した特定の架構面に変形を集中させ、減衰装置の作用効果を最大限度に発揮させるように工夫した制震架構を提供することである。
【００１０】
上述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架構は、
減衰装置を取り付けて構造物の振動応答を低減する制震架構であって、
構造物の架構は、水平方向の加振に対して捻れ振動を発生するように構面の剛性又は構造物の質量の平衡を崩して剛心と重心が偏心するように設計されており、
重心よりも剛心に近い側の構面を剛構面とし、該剛構面に対面して配置され、該剛構面よりも剛心からの距離が遠い側の構面を柔構面とし、前記柔構面に前記剛構面よりも減衰装置が集中的に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した制震架構において、前記構造物の質量が均質で、前記構造物の外周の構面にのみ剛性要素が有る場合に、対面する剛構面と柔構面との剛性比が２：１となるように設計されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、図示した本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、請求項１記載の発明に係る制震架構の第１の実施形態を示している。これは説明を簡単にするために、２構面をもつ構造物１に関して、１方向（振動方向＝Ｙ方向）にのみ本発明を適用した場合の実施形態である。即ち、制震を考慮する方向（振動方向）は、図１中に指示したＹ方向（１方向）のみである。Ｘ方向の両端に位置する２構面のうち、一つの構面は、重心よりも剛心に近い側の比較的剛な構面（以下、これを剛構面Ａという。）であり、図１の場合はブレース２を採用して剛性を高めた構成を示している。他の一つの構面は該剛構面Ａに対面して配置され、該剛構面Ａよりも剛心からの距離が遠い側の比較的柔らかい構面（以下、これを柔構面Ｂという。）であり、図１の場合はブレースの無いフレーム構造とされている。
【００１４】
構造物１の質量の分布に偏りがない場合、図１の剛構面Ａと柔構面Ｂとの剛性比は２：１程度が目安とされる。このような構造物１を振動方向（Ｙ方向）へ加振した場合を、平面的に見ると、図２ａ、ｂ、ｃのような捻れ振動を発生し、捻れの中心から遠い柔構面Ｂの振動が、剛構面Ａよりも大きくなる。
【００１５】
そこで前記の柔構面Ｂへ集中的に減衰装置（ダンパー）３を設置することにより、同柔構面Ｂの振動が比較的大きい性質を利用して減衰装置３を効果的に活用する、というのが本発明の要点である。図１及び図２ｃはブレース型のダンパー３の適用を模式化して示している。
【００１６】
勿論、本発明の実施は、図１のように２構面、１方向への振動のみする架構への適用に限らない。剛心位置が上述した２構面の場合の目安である剛性比２：１の場合（図１１ａを参照）と同じ位置（剛構面Ａ側から柔構面Ｂ側に向かって建物幅の１／３の位置＝図１１ｂを参照）となるように各構面の剛性を設計すれば良いのである。但し、前記した剛性比の目安の位置は、構造物１の質量の分布に偏りがないことを前提条件とした場合の値である。質量に偏りがある場合には、同程度の偏心（重心と剛心のズレ）を生ずるように各構面の設計を行えば良い。例えば重心位置が剛構面側に向かって建物幅の２／３の位置にある場合、剛構面と柔構面の剛性は同程度（１：１）であっても良い。
【００１７】
要するに、敢えて２方向に適用する必要はないが、２方向に適用する場合は、各方向別に同様の設計を行えば良く、そうすると全く同様に本発明を実施できるのである。
【００１８】
図３と図５には、本発明の第２、第３の実施形態を示している。これらの実施形態は、本発明を水平２方向に捻れ振動する架構に適用した場合の実施例であり、長辺方向（Ｘ方向）の両端部に剛構面Ａと柔構面Ｂがある構成が図１の例と共通する。もっとも、ブレース２やダンパー３は構造物１の全層に設置しているが、この限りではない。主要な層にのみ設置して実施することもできる。図３において特徴的な構成は、長辺方向の両構面（図３の正面側と背面側に相当）に剛性の差を付与する手段として、正面側の柱の一部を間柱４として柔構面に設計し、この柔構面にダンパー５を取り付けている構成法は図１の実施例と同じである。図３の構造物１が短辺方向（Ｙ方向）に振動する場合の様子を図４ａに示し、長辺方向に振動する場合の様子を図４ｂに示す。
【００１９】
図５に示す制震架構の実施形態は、短辺方向に３構面Ａ、Ｂ、Ｃがあり、中間の構面Ｃを図中左方（剛構面Ａ寄り）に寄せることにより、いわゆる剛心位置が左方に位置し、捻れを生ずること、及び振動の様子は図４ａ、ｂと同じになる。図５の場合、長辺方向の両構面（正面側と背面側）に剛性の差を付与する手段として、柱梁の接合部６（丸印の箇所）を半剛接合（もしくはピン接合）として柔構面に設計している。そして、ブレース形式のダンパー７を取り付けている点は図１の基本構成と同じである。通常、耐震架構面は剛接合（と見なせる方法による半剛接合を含む）とされるが、前記のように半剛接合で良い場合には接合のコストダウンを図れるメリットが大きい。
【００２０】
次に、図６に示す制震架構の実施形態は、構造物１の質量に偏りを付与して捻り振動を生じさせる実施例を示す。図６の場合は、図中左側部分Ｄのみ高さを大きくしてあり、重心位置が左方へ偏っている。その結果、図７に示すような捻り振動を生じる。振幅が大きい柔構面Ｂ（捻れの中心から遠い側の構面）にブレース型のダンパー３が設置されていることも図１の例と同じである。
【００２１】
なお、剛構面Ａと柔構面Ｂの設計は、部材断面の調整によって剛性に差を付与する手法で実現することも可能であるし、構造形式の違いにより剛性に差異を生じさせることも可能である。たとえば「剛構面を剛接合のラーメン構造、柔構面を半剛接合のラーメン構造」としたり、「剛構面をブレース構造、柔構面をブレースの無い剛接合のラーメン構造」とする場合のほか、「ＲＣ構造で剛構面側に壁を設ける」等々の設計で対処することができる。
【００２２】
また、ダンパー３、７の構造形式と種類に関しては、オイルダンパー、粘弾性ダンパー、鋼材系のダンパー、摩擦ダンパー等々を適宜に使用することができる。特に、鋼材系のダンパーや摩擦ダンパーは、降伏（又は滑り）の前と後とでは特性が変わるため、例えば降伏前の剛構面と柔構面の剛性比を同じ１：１にして、降伏後に剛性が２：１になるように設計すれば、小地震時には捻れること無く振動し、大地震時には捻れて制震効果を発揮する制震架構として実施することができる。
【００２３】
次に、本発明の作用効果を示すために、１質点の構造物を対象にパラメータスタディを行った結果を説明する。
【００２４】
先ず構造物のモデルとして、図８に示す１質点２構面の建物を考える。階層の水平剛性を一定とし、図８に示す剛構面Ａの剛性と、柔構面Ｂの剛性との比をｒ：１−ｒ、及びパラメータｒを用いて定義する。図８の架構におけるそれぞれの構面に付加ダンパーをｑ：１−ｑの割合で配置し、その伝達特性（各振動数における入力加速度に対する応答加速度の比）を調べた。付加ダンパーの総減衰係数は、ｒ＝０．５におけるモデルの固有振動数が１となるよう基準化している。パラメータｒ、ｑの各値に対する伝達関数の最大値を図９にプロットする。捻れ振動の場合は、質点の場所によって応答が異なる為、最大値としては両端の応答値の大きい方の値を示している。
【００２５】
図９によれば、伝達関数の最大値を最も小さくするのは、ｒ＝０．７、ｑ＝０の場合であることが分かる。即ち、剛構面の剛性：柔構面の剛性＝０．７：０．３≒２：１とし、ダンパーを全て柔構面側に取り付けるのが最適であることがわかる。このとき伝達関数の最大値は７５％程度に低減される。
【００２６】
前記の伝達関数を、ｒ＝０．５、ｑ＝０．５の場合（剛性及び減衰をバランス良く配置する従来の設計法）と比較して、図１０に示す。
【００２７】
従来の設計法による場合は、捻れを生じないように設計するので、解析上、質点の場所による応答の違いはない。一方、本発明による設計法による場合は、質点の場所による応答の違いがあるので、図中には「柔構面」と「剛構面」及び構造物の「中心」の３箇所の応答値をそれぞれ示しているように、架構に生ずる捻れの如何により応答の差が出る。「柔構面」の応答値が最も大きくなるが、それでも従来の設計法における応答値よりは小さくなり、構造物の「中心」位置や「剛構面」の位置では更に応答が小さくなっていることがわかる。
【００２８】
このように構造物を敢えて捻れるように設計した上で、ダンパーを集中的に配置することにより、同じダンパー数量でも、応答を小さくすること、即ちダンパーを効率的に活用していることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１、２に記載した発明は、構造物にとって望ましくないという一般常識を覆して、逆転の発想として、敢えて捻れ振動が発生するような架構形式に設計した上で、減衰装置の作用効果を最適化したので、結果的に捻れ振動を含めた構造物の振動が小さくなる制震架構を提供する。
【００３０】
本発明はまた、構造物が水平方向に加振されたときに、同構造物が捻れ振動を起こすことにより、減衰装置を設置した特定の架構面に変形を集中させ、減衰装置の作用効果を最大限度に発揮させる制震架構を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、２記載の発明に係る制震架構の第１の実施形態をスケルトンで示した斜視図である。
【図２】ａ、ｂ、ｃは図１の構造物の振動状態を示した平面図と立面図である。
【図３】本発明に係る制震架構の第２の実施形態をスケルトンで示した斜視図である。
【図４】ａ、ｂは図３の構造物の振動状態を示した平面図である。
【図５】本発明に係る制震架構の第３の実施形態をスケルトンで示した斜視図である。
【図６】本発明に係る制震架構の第４の実施形態をスケルトンで示した斜視図である。
【図７】図６の構造物の振動状態を示した平面図である。
【図８】１質点２構面の建物モデル図である。
【図９】伝達関数の最大値を示す図である。
【図１０】ａは従来の設計法、ｂは本発明の設計法による伝達関数の比較図である。
【図１１】ａ、ｂは剛心位置についての説明図である。
【符号の説明】
Ａ      剛構面
Ｂ      柔構面
３、７  減衰装置（ダンパー）
【図１】
0004700817.tif 000002
【図２】
0004700817.tif 000003
【図３】
0004700817.tif 000004
【図４】
0004700817.tif 000005
【図５】
0004700817.tif 000006
【図６】
0004700817.tif 000007
【図７】
0004700817.tif 000008
【図８】
0004700817.tif 000009
【図９】
0004700817.tif 000010
【図１０】
0004700817.tif 000011
【図１１】
0004700817.tif 000012