(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断変形が卓越する中・低層建物の基礎部分又は中間階部分に形成される減衰層における建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物は内周部に残された柱の回転剛性を小さくして前記基礎部分又は中間階部分の減衰層より上方の建物部分が回転変形を生じ易く、且つ減衰層の回転によって建物に生じる変形が建物自身のせん断変形とほぼ等しくなるように構築されていること、
建物の前記回転変形に減衰力を発揮するダンパーが減衰層において回転変形が集中する建物外周部分に設置されていることを特徴とする、建物の高減衰架構。
【請求項２】
せん断変形が卓越する中・低層建物の基礎部分又は中間階部分に形成される減衰層における建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物は内周部に残された柱の回転剛性を小さくして前記基礎部分又は中間階部分の減衰層より上方の建物部分が回転変形を生じ易く、且つ減衰層の回転によって建物に生じる変形が建物自身のせん断変形とほぼ等しくなるように構築されていること、
前記建物が回転変形する減衰層に、同建物の鉛直荷重を支持するが、前記回転変形の方向には抵抗が小さいブレース型支柱が設置されていること、
建物の前記回転変形に減衰力を発揮するダンパーが減衰層において回転変形が集中する建物外周部分に設置されていることを特徴とする、建物の高減衰架構。
【請求項３】
回転変形を生じ易く構成した基礎部分又は中間階部分の減衰層における回転剛性の大きさは、回転によって建物に生ずる変形量が、同建物自身の変形量ｘと同じオーダーになるように、次式；
Σ（Ｆｉ×Ｈｉ）／Ｋｒ×Ｈ＝ｘ
により回転剛性Ｋｒを設計すること（但し、基礎部固定のとき、外力Ｆｉにより建物頂部に変形ｘが生ずるものとして、前記Ｈｉを外力Ｆｉの作用する高さ、Ｈを建物頂部の高さとする）、
また、ダンパーの容量は、回転方向の減衰係数Ｃｒが、全体１次円振動数をΩとするとき、次式；
Ｃｒ＝１.６Ｋｒ／Ω
によって求めた数値を最大値として、設計可能な範囲で必要数のダンパーを設置することを特徴とする、請求項１又は２に記載した建物の高減衰架構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大地震や強風による建物の応答振動を低減する為の、減衰性能の高い建物架構の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、建物の地震時、強風時の応答を低減するためには、建物の減衰性能を高めれば良い、との考えに基いて、次のような手段が採用されている。
（１）建物が振動する際に生じる層間変位に対して減衰力が発生するように設置する層間ダンパー。
（２）建物の振動が大きい部位（頂部など）に付加重錘を設置し、前記付加重錘の周期を建物の周期に同調させて建物の振動エネルギを吸収するチューンドマスダンパー（制震装置）。
（３）建物を、鉛直剛性が大で、水平剛性が小さい部材（免震装置）で支持せしめ、ダンパー等により振動エネルギを吸収する免震構造。
【０００３】
上記３つの手段（１）〜（３）は、それぞれ異なった特徴を有するが、最終的にはダンパーで振動エネルギを吸収する点で共通している。
【０００４】
ところで、同一のダンパーを使用するとき、そのダンパーによる付加減衰効果は、ダンパーが設置された２点間の変形量の２乗にほぼ反比例する。この観点から上記（１）〜（３）の各手段を検討すると、（１）の層間ダンパーは変形量が非常に小さい建物の層間に取り付けられる為、効率が悪く、多数のダンパーを取り付ける必要がある。上記（２）のチューンドマスダンパーは、共振現象を利用して付加重錘が大きく揺れるように構成し、増幅された変形に対してダンパーを働かせるので、効率は高い。上記（３）の免震構造は、水平剛性が小さい支承部材を使用し、免震層の変形を大きくしているので、やはり効率が高い。
【０００５】
上記したように、（１）の層間ダンパーは、他の手段（２）、（３）に比較すると、効率が悪いだけでなく、建物内部のレイアウトの設計にも制限を受ける欠点がある。
【０００６】
また、上記（２）のチューンドマスダンパーにしても、共振現象を利用しているため、建物の周期が設定した周期からずれると効率が激減する。また、付加重錘を使用するコスト、及びそれを設置するスペースの両面でマイナス要因を包含する欠点がある。
【０００７】
更に、（３）の免震構造にしても、建物が振動する際に免震層が大きく揺れるため、その周辺部（隣接建物、道路など）との免震クリアランスを大きく確保しなければならず、建築計画上の制約が大きい。また、免震層を跨ぐ配管類にはフレキシブルジョイントを使用しなければならない欠点もある。
【０００８】
従来、上述した欠点の解決を目的とする技術として、例えば特許第２６１６３３４号の発明Ａに係る「軸方向変形制御用高減衰構造」は、建物の複数階にわたって延びる棒状の制御部材を設置し、この制御部材の上下を建物と連結し、中間部に受動型ダンパーを介在させ、ダンパー設置点間の変形量を大きくすることによって付加減衰効果を高める構成とされている。しかしながら、この特許発明Ａは、曲げ変形が卓越する高層建物について実施されるもので、せん断変形がほとんどを占める中低層建物（例えば１５階建て位まで）については高減衰効果を期待できない。また、高剛性の付加軸部材（制御部材）を複数階にわたり柱とは構造的に独立させたまま柱の中に「内柱」として設置することが必須要件であり、その製作（実施）にはかなりの困難が予想される。
【０００９】
次に、特許第２７１３０９６号の発明Ｂに係る「高層建築物の免震構造」は、やはり曲げ変形が卓越する高層建物の免震構造である。高層建物の脚部に剪断抵抗部材を配置して剪断剛性を高め、伸び・圧縮性縦振動吸収支承を配置し、更に縦方向減衰ダンパーを配置して地震時の振動を減衰する構成とされている。
【００１０】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明の技術思想は、上記の特許第２７１３０９６号の発明Ｂに係る「高層建築物の免震構造」とかなり類似しているので、比較して言及する。
【００１１】
第１に、特許発明Ｂは、上記したように曲げ変形が卓越する高層建物の免震構造である（図１Ｂ）。一方、本願発明が実施される建物は、むしろ剪断力及び剪断変形が卓越する（図１Ａを参照）中低層建物（例えば１５階建て位まで）である。
【００１２】
第２に、特許発明Ｂは、前記目的の故に、「剪断抵抗部材」と「伸び・圧縮性縦振動吸収支承」及び「縦方向減衰ダンパー」を構成要素としている。これに対して、本願発明は、前記「剪断抵抗部材」と「伸び・圧縮性縦振動吸収支承」は必要とせず、建物外周部の柱剛性を小さくする（極端にはゼロにする）ことにより、弾性変形として建物に回転変形を生じ易くすることを特徴としている。
【００１３】
以上要するに、本発明の目的は、特には剪断変形が卓越する中低層建物に実施して効果があり、付加減衰効果の大きい、建物の高減衰架構を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る建物の高減衰架構は、
せん断変形が卓越する中・低層建物１の基礎部分２又は中間階部分４に形成する減衰層Ｓにおける建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物は内周部に残された柱３の回転剛性を小さくして前記基礎部分２又は中間階部分４の減衰層Ｓより上方の建物部分１又は１’が回転変形を生じ易く、且つ減衰層Ｓの回転によって建物に生じる変形が建物自身のせん断変形ｘとほぼ等しくなるように構築されていること、
建物１の前記回転変形に減衰力を発揮するダンパー５が減衰層Ｓにおいて回転変形が集中する建物外周部分に設置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明に係る建物の高減衰架構は、
せん断変形が卓越する中・低層建物１の基礎部分２又は中間階部分４に形成する減衰層Ｓにおける建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物は内周部に残された柱３の回転剛性を小さくして前記基礎部分２又は中間階部分４の減衰層Ｓより上方の建物部分１又は１’が回転変形を生じ易く、且つ減衰層Ｓの回転によって建物に生じる変形が建物自身のせん断変形ｘとほぼ等しくなるように構築されていること、
前記建物１が回転変形する減衰層Ｓに、同建物の鉛直荷重を支持するが、前記回転変形の方向には抵抗が小さいブレース型支柱７が設置されていること、「建物１の前記回転変形に減衰力を発揮するダンパー５が減衰層Ｓにおいて回転変形が集中する建物外周部分に設置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した建物の高減衰架構において、
回転変形を生じ易く構成した基礎部分又は中間階部分の減衰層における回転剛性の大きさは、回転によって建物に生ずる変形量が、同建物自身の変形量ｘと同じオーダーになるように、次式；
Σ（Ｆｉ×Ｈｉ）／Ｋｒ×Ｈ＝ｘ
により回転剛性Ｋｒを設計すること（但し、基礎部固定のとき、外力Ｆｉにより建物頂部に変形ｘが生ずるものとして、前記Ｈｉを外力Ｆｉの作用する高さ、Ｈを建物頂部の高さとする）。
【００１７】
また、ダンパーの容量は、回転方向の減衰係数Ｃｒが、全体１次円振動数をΩとするとき、次式；
Ｃｒ＝１.６Ｋｒ／Ω
によって求めた数値を最大値として、設計可能な範囲で必要数のダンパー５を設置することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態及び実施例】
図２Ａ〜Ｃは、請求項１、２記載の発明に係る建物の減衰架構の実施形態を概念的に示している。
【００１９】
図２Ｂは、建物１の基礎部分２における建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物１は残る柱３により前記基礎部分２において回転変形を生じ易く構築された実施形態を示している。また、図２Ｃは、建物１’の中間階部分４における建物外周部分の柱の一部又は全部が取り除かれ、当該建物１’は残る柱３により前記基礎部分２において回転変形を生じ易く構築された実施形態を示している。
【００２０】
要するに、建物の基礎部分２又は中間階部分４に回転変形を局所的に発生させ、同建物の１次モードに回転変形を連成させる。この回転変形に対してダンパー５を働かせて、建物全体としての減衰性能を飛躍的に向上させるのである。そのためダンパー５は回転変形が集中する（又は最も大きい）外周部位に設置する。もとの建物が曲げ変形を生じず、剪断変形のみ生ずる建物であっても、上述し図２Ｂ、Ｃに示した減衰架構を構築することにより、「回転」と「剪断」が連成した１次モードの減衰を飛躍的に大きくすることが可能であり、結果的に応答は小さくなる。なお、図２Ｂ、Ｃにおいて、符号６で示したピン部分は回転剛性を有する。
【００２１】
因みに、上記高減衰架構の設計法は、上記したように回転変形を生じ易く構成した基礎部分２又は中間層部分４における回転変形の集中位置の回転剛性の大きさを、回転によって建物に生ずる変形量が、同建物自身の変形量と同じオーダーになるように、次式；
Σ（Ｆｉ×Ｈｉ）／Ｋｒ×Ｈ＝ｘ
により回転剛性Ｋｒを設計する。但し、図２Ａのように基礎部固定のとき、外力Ｆｉにより建物頂部にｘの変形が生ずるものとして、前記Ｈｉを外力Ｆｉの作用する高さ、Ｈを建物頂部の高さとする。
【００２２】
また、ダンパー５の容量は、回転方向の減衰係数Ｃｒが、全体１次円振動数をΩとするとき、次式；
Ｃｒ＝１.６Ｋｒ／Ω
によって求めた数値を最大値の目安として、設計可能な範囲で必要数のダンパー５を設置する（請求項３記載の発明）。
【００２３】
次に図３〜図５は、本発明のより具体的な実施例を示している。
図３と図４は、基礎部分２において回転（又は曲げ）変形を生じ易い構成とした実施例である。図５は建物中間階部分４において回転（又は曲げ）変形を生じ易い構成とした実施例を示している。それぞれ図中に符号Ｓで指示した減衰層における建物外周部の柱の一部又は全部を取り除いて鉛直剛性を小さくし、建物内周部に残した柱３の鉛直剛性を大きくすることによって、実質の鉛直剛性を通常建物と同程度に確保したまま、回転剛性を通常建物よりも小さくし回転変形を生じ易くしている。
【００２４】
なお、図中に符号７で示したものは、減衰層Ｓより上方の建物１’が回転変形する減衰層Ｓに、同建物１’の鉛直荷重を支持するが、前記回転変形の方向には抵抗が小さくなる構成で設置されたブレース型支柱であり、建物１’の安定性が確保される（請求項２記載の発明）。
【００２５】
建物の前記回転変形に減衰力を発揮するダンパー５は、前記回転変形の集中位置に設置されている。このダンパー５には、オイルダンパー、粘性体ダンパー、極底降伏点鋼ダンパー、摩擦ダンパー等々を適用できる。前記ダンパー５の設置部は、減衰層Ｓを前記したように回転変形を生じ易くしていることを前提に、剛性がないオイルダンパーか粘性体ダンパー、或いは剛性があっても早期に降伏して曲げ剛性には寄与しない極底降伏点鋼ダンパーか摩擦ダンパーが適用される。
【００２６】
図６は、１５階建ての建物に本発明の高減衰架構を実施した場合の効果をシミュレーション解析によって示したものである。回転（せん断）変形は基礎部分に与えた（図２Ｂ、及び図３、図４のタイプ）。回転剛性は、回転による建物の変位量（図２Ａのｘ）が、建物自身の剪断変形量と同等になるように設定した。解析の結果は、伝達関数の形で示している。図６によれば、通常建物に比較して、伝達関数のピークが大幅に下がっており、非常に大きな付加減衰効果のあることがわかる。
【００２７】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜３に記載した発明に係る建物の高減衰架構によれば、特には剪断変形が卓越する中低層建物に実施して効果があり、付加減衰効果の大きい建物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは本発明が実施される建物の変形性状、Ｂは公知の発明Ｂが実施される建物の変形性状を概念的に示した立面図である。
【図２】Ａは本発明が実施される建物の変形性状を定量化して示した説明図、Ｂ，Ｃは本発明の異なる実施形態を概念的に示した立面図である。
【図３】Ａ、Ｂは本発明の実施例を変形前と後で示した立面図である。
【図４】Ａ、Ｂは本発明の異なる実施例を変形前と後で示した立面図である。
【図５】Ａ、Ｂは本発明の更に異なる実施例を変形前と後で示した立面図である。
【図６】１５階建物への本発明の実施効果をシミュレーション解析によって示した図である。
【符号の説明】
１、１’  建物
２        基礎部分
３        内周部に残る柱
４        中間部分
５        ダンパー
７        ブレース型柱
【図１】
0003814748.tif 000002
【図２】
0003814748.tif 000003
【図３】
0003814748.tif 000004
【図４】
0003814748.tif 000005
【図５】
0003814748.tif 000006
【図６】
0003814748.tif 000007