(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時に生ずる建築物の柱の引っ張り力による浮き上がりによって地震入力を頭打ちとするとともに、建築物自体の自重を復元力として活用する建築物の制振構造であって、
建築物の基礎部又は基礎梁部にベースプレートを載置し、このベースプレートの表面端部に支持部を設け、この支持部に建築物の柱の脚部を装着して建築物を建造するとともに、ウイングを放射方向に複数設け、このウイングの先端側をアンカーボルトで固定し、地震時に建築物の柱に引っ張り力が作用すると、上部構造物が塑性化する前に、建築物のベースプレートの支持部と柱全体が、支持部とウイングの一端接続部、及びウイングの他端接続部とウイング固定部に塑性吸収エネルギーの期待できる塑性ヒンジラインを生じさせて浮き上がるようにしたことを特徴とする建築物の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の制振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常建築物の構造設計では、柱の脚部を基礎又は基礎梁に緊結する（以下Ｆモデルという）ことによって、建築構造物内で、過大な応力を負担する部分が生じる場合がある。例えば搭状比の大きな細長い建築物では、地震時に基礎杭又は最下階の柱の引き抜き力が大きくなり、設計、施工上、特別な配慮が求められる場合がある。このような配慮として、地震被害等の分析から、建築物が強震時に浮き上がりを生じることにより、地震被害が低減される場合のあることが指摘されている。
【０００３】
このような建築物では、ロッキングシステムを導入して柱脚部の浮き上がりを許容することで、ある特定部分の応力が過大になる前に、建築物への地震入力を頭打ちとすることができ、構造設計の合理化が図れるようになる。このロッキングシステムについて説明すると、その概要は図１４に示すようなものである。このロッキングシステムにおいて、１１は基礎杭、１２は基礎又は基礎梁、１３は建物の上部構造体をそれぞれ示す。これにより基礎杭１１又は最下階柱に生じる引抜き力や圧縮力を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このロッキングシステムについて、これを具体化したものを提供することを図って、基礎梁の下で浮き上がりを生じさせる単純ロッキングシステム（以下Ｒモデルという）が開発されるに到ったのであるが、本発明はさらに高効率で低コストのロッキングシステムからなる発明を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記のような目的を達成するために、地震時に生ずる建築物の柱の引っ張り力による浮き上がりによって地震入力を頭打ちとするとともに、建築物自体の自重を復元力として活用する建築物の制振構造であって、建築物の基礎部又は基礎梁部にベースプレートを載置し、このベースプレートの表面端部に支持部を設け、この支持部に建築物の柱の脚部を装着して建築物を建造するとともに、ウイングを放射方向に複数設け、このウイングの先端側をアンカーボルトで固定し、地震時に建築物の柱に引っ張り力が作用すると、上部構造物が塑性化する前に、建築物のベースプレートの支持部と柱全体が、支持部とウイングの一端接続部、及びウイングの他端接続部とウイング固定部に塑性吸収エネルギーの期待できる塑性ヒンジラインを生じさせて浮き上がるようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態（以下Ｂモデルという）について説明する。図１〜３には本実施の形態で、ベースプレート１に柱３の脚部４を装着した状態が示されていて、このＢモデルにおいて、１はベースプレートであって、そのベースプレート１の表面に支持部２を設け、この支持部２に建物の柱３の脚部４を装着して建物を建造することとなる。また、支持部２に設けられている保持板５の中間の間隙で、柱３の脚部４を挟持することとする。
【０００７】
建物の建造に際しては、ベースプレート１を図示しない建物の基礎部、又は基礎梁等に載置し、これらに設けられているアンカーボルト８に、ベースプレート１に設けたアンカー孔を挿通し、ナット及びワッシャー１０でベースプレート１を基礎部、又は基礎梁等に固定する。なおベースプレート１とナット及びワッシャーの間には、ベースプレート１固定用鋼材６が設けられている。
【０００８】
この実施形態は、Ｈ型の柱３を使用した例であるが、このような柱以外に横断面が丸型又は角型等の柱も同様にして使用されてもよく、その際の支持部２は、それに適合するような形状のものとすることはいうまでもない。また支持部２に設けられている保持板５は、それに適合する形状のものをそれに適合するように、配置することはいうまでもない。なお保持板５は、必要のない場合は用いなくともよい。
【０００９】
この発明による前記のＢモデルは、前記のような構成をもつことにより、上部構造が塑性化する前に、ベースプレート１を意図的に降伏させ、浮き上がりを生じさせて地震入力を頭打ちとし、浮き上がり時には、建築物自体の自重を復元力として活用するという特質をもち、地震力がある一定レベルに達した時に建築物を狙いどおりに浮き上がらせると同時に、建築物頂部での変形や浮き上がり後着地した時点での衝撃力の増幅を抑制する。
【００１０】
前記のようなＢモデルについて、前記のＲモデルとの間における地震応答低減効果に関する対比振動台試験を行ったので、その試験結果について図面を参照して説明する。
【００１１】
この試験例において使用された試験体について説明すると、Ｂモデルの試験体の５層１スパンの全容を図４の写真に示す。フレームの各層の高さは１．０ｍであり、加振方向スパンは２．０ｍである。またその各重量を図５（表１）に、また部材断面を図６（表２）に示す。
【００１２】
このＢモデルの場合には、この鉄骨造フレームの各柱の１階脚部分に、図１〜３に示す形状のベースプレート１を取り付ける。ベースプレート１の板厚は、６ｍｍ及び９ｍｍの２種類とし、以下では板厚６ｍｍのベースプレート１を用いた試験体をＢＰ６モデルといい、板厚９ｍｍのベースプレート１を用いた試験体をＢＰ９モデルという。ベースプレート１に用いた鋼材の材料規格及び降伏点強度を図７（表３）に示す。
【００１３】
Ｒモデルの場合には、鉄骨造フレームの基礎梁部分に、図１５に示す形状のロッキング支点１４を取り付ける。
【００１４】
振動台への加振は水平一方向のみであり、その方向は鉄骨造フレームの部材の強軸方向と一致させた。入力波は１９９５年神戸海洋気象台の地震動記録ＮＳ成分を、時間軸に関して１／√３倍したものを用いた。
【００１５】
図８〜１１に前記の試験体における入力加速度の大きさと最大応答値の関係を示す。同図において、●はＲモデル、▲はＢＰ６モデル（ベースプレートの板厚を６mmとした場合）、▼はＢＰ９モデル（ベースプレートの板厚を９mmとした場合）、×はＦモデル（柱脚を固定した試験体をいう）を表している。浮き上がりについては、図８に示すように、入力加速度が１５０ｇａｌ程度の場合その値は小さく、ＢＰ６モデル及びＢＰ９モデルの場合は殆んど０である。その後浮き上がり量は、入力加速度が大きくなるにつけ単調に増加し、入力加速度が３５０ｇａｌ程度のとき、Ｒモデルで６．２ｍｍ、ＢＰ６モデルで２．４ｍｍとなっている。
【００１６】
ベースシアー（第一層の層せん断力）については、図９に示すように、入力加速度が１５０ｇａｌ以下ではモデルによる差は小さい。Ｒモデルは入力が２００ｇａｌ以上になると、ベースシアーは４〜５ｔｆ程度でほぼ横這いとなる。ＢＰ６モデル及びＢＰ９モデルもＦモデルに比べて応答が小さくなっている。
【００１７】
頂部水平変位については、図１０に示すように、入力加速度が４００ｇａｌ以下では、モデルによる大きな差はみられない。入力加速度が４００ｇａｌを越えるとＲモデルの変位は他のモデルに比べて非常に大きくなる。
【００１８】
１階の柱付近で計測した上下方向の加速度は、図１１に示すように、図の範囲で最大３０００ｇａｌ以上に達している。Ｒモデルに比べてＢＰ６モデル及びＢＰ９モデルの加速度が小さくなっているのは、浮き上がり量が小さいことや、着地時にもベースプレートが降伏して、エネルギーを吸収する効果があるためと考えられる。
【００１９】
図１２及び図１３に試験体の各層せん断力を示す。入力加速度が１５０ｇａｌ程度のときは、図１２に示すように、モデルによる応答の差は小さい。入力加速度が３５０ｇａｌ程度になると、図１３に示すように、浮き上がりによる応答低減効果が明瞭に現れ、各階ともＦモデルに比べて小さい値となっている。
【００２０】
前記の結果（１）ＢＰ６モデル、ＢＰ９モデル及びＲモデルのベースシアーならびに各層せん断力は、これらに浮き上がりが生じる入力レベルの範囲において、Ｆモデルのものよりも小さなものとなること、（２）ＢＰ６モデル及びＢＰ９モデルの頂部変位は、Ｒモデルの頂部変位が大きく増幅される入力レベルの範囲にあっても、増幅の程度が小さいこと、また（３）ＢＰ６モデル及びＢＰ９モデルの１階上下方向加速度は、総じてＲモデルのものより小さなものとなることが確認された。このようなことからＢモデル制振システムは、建築物の地震応答を低減する上で有効なものであることが判明した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明にかかる建築物の制振構造は、前記のようであって地震時に生ずる建築物の柱の引っ張り力による浮き上がりによって地震入力を頭打ちとするとともに、建築物自体の自重を復元力として活用する建築物の制振構造であって、建築物の基礎部又は基礎梁部にベースプレートを載置し、このベースプレートの表面端部に支持部を設け、この支持部に建築物の柱の脚部を装着して建築物を建造するとともに、ウイングを放射方向に複数設け、このウイングの先端側をアンカーボルトで固定し、地震時に建築物の柱に引っ張り力が作用すると、上部構造物が塑性化する前に、建築物のベースプレートの支持部と柱全体が、支持部とウイングの一端接続部、及びウイングの他端接続部とウイング固定部に塑性吸収エネルギーの期待できる塑性ヒンジラインを生じさせて浮き上がるようにしたので、特別な材料や装置を用いることなくベースシアー及び各層せん断力は、浮き上がりが生じる入力レベルの範囲において、従来モデルのものよりも小さくなり、また頂部変位が大きく増幅される入力レベルの範囲にあっても、増幅程度が小さく、さらに１階上下方向加速度も小さくなり、このようなことから建築物の地震応答を低減する上で有効であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の柱結合部の平面図である。
【図２】同上の正面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】試験体の全容を示す写真である。
【図５】同上の各階重量を示す表１である。
【図６】同上の柱、梁及基礎梁の断面のサイズを示す表２である。
【図７】同上のベースプレートの材料規格及び降伏点強度を示す表３である。
【図８】入力加速度と最大応答値との関係における浮き上がり値を示す図である。
【図９】同第一層の層せん断力を示す図である。
【図１０】同頂部水平変位を示す図である。
【図１１】同一階上下方向加速度を示す図である。
【図１２】入力１５０ｇａｌにおける層せん断力図である。
【図１３】入力３５０ｇａｌにおける層せん断力図である。
【図１４】ロッキングシステムの概要図である。
【図１５】ロッキング支点図である。
【符号の説明】
１  ベースプレート
２  支持部材
３  柱
４  脚部
５  保持板
８  アンカーボルト
１０  ナット及びワッシャー
１１  基礎杭
１２  基礎又は基礎梁
１３  上部構造体
１４  ロッキング支点
１５  ロッキング支点受け材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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