(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層建物の内部に上下方向に連続する高剛性フレームを設け、該高剛性フレームを構成している柱の柱脚部を軸方向ダンパーを介して離間可能に支持し、
前記高剛性フレームを各層に設けた一連の制震装置により構成するとともに、該制震装置として、鋼板の間に粘弾性体を挟み込んだ構成とされて建物の層間変位により微小変形して大減衰力を発揮する高剛性の粘弾性ダンパーを採用し、
建物の主架構を、柱の曲げ剛性が梁の曲げ剛性よりも小さい架構としたことを特徴とする耐震建物。
【請求項２】
建物全体の主架構を構成している柱を鋼管内にコンクリートを充填してなる充填鋼管コンクリート柱としたことを特徴とする請求項１記載の耐震建物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震建物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、図６に示すように多層建物の内部に上下方向に連続する高剛性フレーム１を設ける形態の耐震建物が提案されている。その高剛性フレーム１としては、各層に設けた耐震壁２を上下方向に連続させたいわゆる連層耐震壁や、あるいは耐震壁２に代えて制震装置たとえば鋼板の間に粘弾性体を挟み込んで建物の層間変位により微小変形して大減衰力を発揮する高剛性の粘弾性ダンパー３を設けるものが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような高剛性フレーム１を内部に設けた建物に地震力が作用した場合、図６に示しているように各柱４には転倒モーメントによる軸力が生じるが、その軸力は外周側の柱４よりも高剛性フレーム１を構成している内周側の柱４において大きくなり、したがってそれらの柱４には過大な圧縮力と引張力が作用し、特に引張力による杭に対する引抜力が問題となり、その対策が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の耐震建物は、多層建物の内部に上下方向に連続する高剛性フレームを設け、該高剛性フレームを構成している柱の柱脚部を軸方向ダンパーを介して離間可能に支持し、前記高剛性フレームを各層に設けた一連の制震装置により構成するとともに、該制震装置として、鋼板の間に粘弾性体を挟み込んだ構成とされて建物の層間変位により微小変形して大減衰力を発揮する高剛性の粘弾性ダンパーを採用し、建物の主架構を、柱の曲げ剛性が梁の曲げ剛性よりも小さい架構としたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の耐震建物において、建物全体の主架構を構成している柱を鋼管内にコンクリートを充填してなる充填鋼管コンクリート柱としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である耐震建物における柱の構造を示す図である。本実施形態は図６に示したような高剛性フレーム１を有する多層の耐震建物に本発明を適用したものであって、高剛性フレーム１を構成している柱４の柱脚部を図１に示す構造としたものである。
【００１１】
本実施形態の柱４は鋼管５内にコンクリート６を充填した充填鋼管コンクリート造とされ、その柱脚部は分断線７の位置で柱下部４ａと柱上部４ｂとに分断されていて、通常時は（ａ）に示すように柱下部４ａと柱上部４ｂとが突き合わされて長期圧縮軸力（通常、降伏圧縮荷重Ｎ0の０．３〜０．４倍程度である）を支持しているが、長期圧縮軸力を越える引張力が作用した際には（ｂ）に示すように柱上部４ｂが柱下部４ａに対して上方へ離間つまり浮き上がることが可能とされており、かつその分断部には柱上部４ｂが浮き上がった際に作動する軸方向ダンパー８が設けられている。
【００１２】
軸方向ダンパー８は、この柱４よりもやや大径の鋼管９を分断線７の周囲に同軸的に装着してその下端部を柱下部４ａに対して溶接等により固定し、その鋼管９の内面と柱４外周面との間の環状の空隙に粘弾性材１０を充填し、その粘弾性材１０によって鋼管９内面と柱４外面とを接着した構成とされている。この軸方向ダンパー８は、（ｂ）に示すように柱上部４ｂが浮き上がる際には粘弾性材１０が剪断変形を受け、その粘性抵抗力により浮き上がりを制動するとともにエネルギーを有効に吸収し得るものである。
【００１３】
図２は上記構造による柱４の軸荷重−歪線図である。これから明らかなように、長期圧縮荷重を越える引張荷重が柱４に作用した際には柱上部４ｂが浮き上がって上方へ変位するから、このような構造の柱４では図２に破線で示す通常の柱のように引張荷重を受けることがなく、そのため杭に対する引抜力も問題とならない。なお、柱４の浮き上がり変位量はレベル２クラスの地震時においても些少である。図２に例示しているように、長期圧縮荷重が０．３Ｎ0、転倒軸力が±０．４Ｎ0、したがって最大引抜荷重が−０．１Ｎ0、固有周期が２秒、最大入力エネルギー速度が１２０ｃｍ／ｓｅｃの場合における試算によれば、柱４の最大浮き上がり量２δ0は３．６７ｃｍに過ぎない。
【００１４】
図３は本実施形態の耐震建物における柱の構造の他の例を示すものである。これは軸方向ダンパー８として鋼材の塑性変形を利用する鋼材ダンパーを採用したもので、柱下部４ａに固定した鋼管１２と柱上部４ｂとの間に低降伏点鋼からなる曲げ降伏材１３を３段にわたって介装し、それを曲げ降伏させることで柱上部４ｂの浮き上がりを許容せしめ、かつエネルギー吸収を行うものである。
【００１５】
図４は本実施形態の耐震建物における柱の構造のさらに他の例を示すものである。これは軸方向ダンパー８として柱下部４ａに固定した容器体１５内にオリフィス１６を設けて高粘性体１７を充填したオリフィスダンパーを採用し、高粘性体１７の粘性抵抗力により柱上部４ｂの浮き上がりを許容せしめ、かつその際にエネルギー吸収を行うものである。
【００１６】
図５は本発明の実施形態である耐震建物の概要を示す。これは、図６に示した従来の耐震建物と同様に内部に上下方向に連続する一連の高剛性フレーム１を有するものであり、その高剛性フレーム１を構成している柱４の柱脚部に上記のような構造を採用したものである。本実施形態の耐震建物は、高剛性フレーム１の各層に上述したような鋼板の間に粘弾性体を挟み込んだ構成の粘弾性ダンパー３を設け、かつそれら粘弾性ダンパー３の性能を最大限に発揮するべく、この建物全体の主架構を柱４の曲げ剛性が梁２０の曲げ剛性よりも小さい架構としたものである。
【００１７】
すなわち、上記の粘弾性ダンパー３は高剛性で微小変形により大減衰力を発揮するものであるが、このような粘弾性ダンパー３の性能を十分に発揮させるためには、理論上、建物全体が減衰しやすいものとなるように主架構の剛性を小さくすることが好ましい。そこで、本実施形態の耐震建物では、梁２０の曲げ剛性よりも柱４の曲げ剛性を相対的に小さくし（そのために主架構を柱先行降伏型の架構としても良い）、それにより層剛性を小さくして建物全体を減衰しやすいものとし、それによって粘弾性ダンパー３の減衰力を最大限に発揮せしめて優れた減衰性能を得られるものである。
【００１８】
そして、本実施形態の耐震建物では、柱４の曲げ剛性を小さくするために、柱４としては長期圧縮軸力に対する耐力を確保できる程度の小断面の細柱を採用し、かつその細柱として上記各実施形態の構造において採用していた充填鋼管コンクリート造を採用し、これにより柱４を十分に小径で高軸耐力を有し、かつその曲げ剛性を梁の曲げ剛性よりも１／２〜１／１０程度にまで小さくすることが可能である。しかも、柱４を充填鋼管コンクリート造の細柱とすることで弾性変形性能が向上するとともに、その柱４の採用により建物全体が長周期化するという利点も生じ、さらにはこのような柱４の採用により主架構の所要鋼材量が削減されてコストダウンを図ることもできる。
【００１９】
このように、本実施形態の耐震建物は、高剛性フレーム１を構成している柱４の柱脚部を軸方向ダンパー８を介して浮き上がり可能に支持し、かつ主架構の柱４を充填鋼管コンクリート造の細柱としてその曲げ剛性を梁２０の曲げ剛性よりも小さくしたことにより、減衰性能、変形性能、地震応答を十分に改善でき、大地震時においても建物の応答を微小に抑制して無損傷とできるという究極の制震構造ともいえるものである。
【００２０】
なお、本発明の耐震建物においては、高剛性フレーム１を構成している柱４の構造としてたとえば図１、図３、図４に示したような軸方向ダンパー８を介して柱脚部を離接可能な構造を採用し、そのうえで、各層に設けた一連の制震装置としての粘弾性ダンパー３により高剛性フレーム１を構成すれば良い。
また、粘弾性ダンパーの性能を最大限に発揮させるためには、上記実施形態のように主架構における柱４の曲げ剛性を梁２０の曲げ剛性よりも小さくする必要があり、そのためには主架構を柱先行降伏型とすることが好ましいがそれに限るものではなく、柱４の構造も充填鋼管コンクリート造に限るものではない。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明の耐震建物は、多層建物の内部に上下方向に連続する高剛性フレームを設け、該高剛性フレームを構成している柱の柱脚部を軸方向ダンパーを介して離間可能に支持したので、杭に過大な引抜力が作用することを防止することができ、かつ軸方向ダンパーにより地震エネルギーを有効に吸収することができ、建物全体の引張荷重が杭に伝達されることを確実に防止できて合理的である。
また、前記高剛性フレームを各層に設けた一連の制震装置により構成するとともに、該制震装置として、鋼板の間に粘弾性体を挟み込んだ構成とされて建物の層間変位により微小変形して大減衰力を発揮する高剛性の粘弾性ダンパーを採用し、建物の主架構を、柱の曲げ剛性が梁の曲げ剛性よりも小さい架構としたので、高剛性フレームにより周辺フレームの損傷を回避することができ、かつ高剛性フレームに過大な引抜力が作用することを防止することができる。
【００２４】
特に、微小変形で大減衰力を得ることができる一連の粘弾性ダンパーにより高剛性フレームを構成したことにより、それら粘弾性ダンパーにより優れた制震効果を得ることができる。
【００２５】
さらに、建物の主架構を柱の曲げ剛性が梁の曲げ剛性よりも小さい架構としたことにより、建物の層剛性を十分に小さくし得て減衰性能を高めることができ、したがって粘弾性ダンパーの性能を最大限に発揮させて優れた制震構造の耐震建物を実現することができる。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、柱を充填鋼管コンクリート柱としたので、小断面で高軸剛性かつ低曲げ剛性しかも弾性変形性能に優れた柱とすることができ、柱先行降伏型の架構を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である耐震建物における柱の構造の一例を示す概略構成図である。
【図２】  同、軸荷重−歪線図である。
【図３】  同、柱の構造の他の例を示す概略構成図である。
【図４】  同、柱の構造のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図５】  本発明の耐震建物の実施形態を示す概要図である。
【図６】  内部に高剛性フレームを設けた耐震建物の概要図である。
【符号の説明】
１  高剛性フレーム
２  耐震壁
３  粘弾性ダンパー
４  柱
５  鋼管
６  コンクリート
８  軸方向ダンパー
９  鋼管
１０  粘弾性材
１２  鋼管
１３  曲げ降伏材
１５  容器体
１６  オリフィス
１７  高粘性体
２０  梁
【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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