(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の階層にわたって延在するとともに、中間部に上下方向に向けて間隙部が形成され、かつ当該間隙部間に、複数のダンパーがそれぞれ水平方向に向けて介装された剛の連層壁と、この連層壁に連結されて大地震時においても弾性的挙動を保持する柔なラーメン架構とを有してなり、かつ上記連層壁は、上記間隙部分の両側に位置する壁脚の両端部が、上記ラーメン架構の基礎と離間して立設されるとともに、上記ダンパーのエネルギー吸収性を妨げない剛性が付与されたＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造の柱または壁によって支承されていることを特徴とする柔剛混合構造物。
【請求項２】
上記連層壁によって、多角形状のコア部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の柔剛混合構造物。
【請求項３】
上記ラーメン架構は、当該架構以外に梁を有しない無梁版とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の柔剛混合構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層住宅等の各種建物等に適用して、構造全体としての制震性に優れる柔剛混合構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種建物等の構造物を地震に耐える構造とするための設計法として耐震設計法が知られている。
この耐震設計法においては、建物等の躯体を構成する柱、梁、壁などを地震力に直接抗する耐震要素とし、これらの耐震要素に所望の剛性を付与することにより、通常頻繁に発生する小規模の地震に対しては、上記耐震要素の剛性によって抗するとともに、中程度の地震に対しては、変形を受ける上記耐震要素が降伏することにより地震入力エネルギーを吸収して、当該建物等が倒壊するのを防ぐようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、上記設計法によって構築された建物等の構造物にあっては、構造物全体としての重要が嵩むうえに、構造上設計の自由度が制限されるという問題点があった。加えて、大地震が発生した際には、仮に倒壊を免れたとしても、躯体を構成する柱や梁自体が大きな損傷を受けることになり、この結果残留変形が大きくなって大規模な補修が必要になったり、甚だしい場合には建物等としての使用に、もはや耐え得なくなってしまうという欠点があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、躯体を構成する柱や梁等を大地震時においても弾性的挙動をする範囲内に収める設計法を採ることが可能になり、しかも優れた耐震性を得ることができる柔剛混合構造物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】
請求項１に記載の本発明に係る柔剛混合構造物は、複数の階層にわたって延在するとともに、中間部に上下方向に向けて間隙部が形成され、かつ当該間隙部間に、複数のダンパーがそれぞれ水平方向に向けて介装された剛の連層壁と、この連層壁に連結されて大地震時においても弾性的挙動を保持する柔なラーメン架構とを有してなり、かつ上記連層壁は、上記間隙部分の両側に位置する壁脚の両端部が、上記ラーメン架構の基礎と離間して立設されるとともに、上記ダンパーのエネルギー吸収性を妨げない剛性が付与されたＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造の柱または壁によって支承されていることを特徴とするものである。ここで、請求項２に記載の発明は、上記連層壁によって、多角形状のコア部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記ラーメン架構が、当該架構以外に梁を有しない無梁版とされていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１〜３のいずれかに記載の柔剛混合構造物においては、ダンパーが内蔵されて上下方向に向けて複数の階層に延在する剛の連層壁に、大地震時においても弾性的挙動を保持する柔なラーメン架構を連結した構造であるため、大規模な地震が発生した場合には、連層壁の変位に起因して内蔵されたダンパーが剪断および／または曲げ降伏することにより、当該地震力によるエネルギーを吸収する。また、ラーメン架構は、弾性的な挙動をすることにより、上記大地震に起因する変形に追従する。
したがって、上記柔剛混合構造物によれば、耐震安全性が大幅に向上するとともに、さらに被災後には、塑性変形したダンパーおよびその取付部分のみを補修すればよいため、修復作業が容易になるとともに、他の構成部材における損傷を極めて少なくすることができるため、当該構造物の再使用が可能になる。
【０００８】
以上の結果、上記柔剛混合構造を採用し、かつダンパーの種類、材質、形状および配設位置等を連層壁の剛性や耐力に応じて適宜選択・調整することにより、躯体を構成する柱や梁等を大地震時においても弾性的挙動をする範囲内に収める設計法を採ることが可能になり、耐震性に優れた建物等の構造物を計画する際の設計の自由度も大幅に向上する。
ここで、上記ダンパーとしては、普通鋼材や極低降伏点鋼を用いた鉄骨梁（鋼材ダンパー）、鉛ダンパーあるいは摩擦ダンパー等の履歴減衰型ダンパーや、粘性ダンパーや粘弾性ダンパー等の粘性減衰型ダンパーが適用可能であり、連層壁の全長にわたって介装したり、また大地震時に効果的にそのエネルギー吸収が可能となる箇所にのみ集中配置したり等、構造物の規模、形状、配置などに応じて適宜配設すればよい。また、上記ラーメン架構としては、大地震時においても弾性的挙動を保持する柔な架構である限りにおいて、ＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造等からなる各種の構造形態が適用可能である。
【０００９】
この際に、剛の連層壁を用いた具体的な適用例としては、請求項２に記載の発明のように、当該連層壁によって四角形を典型とする多角形状のコア部を形成し、各側面を形成する連層壁面に上下方向に向けて間隙部を形成して、この間隙部間に複数の上記ダンパーを介装したものが好適である。また、このようにして、上記連層壁によって多角形状に構築されたコア部は、一の構造物に対して一箇所に限らず、当該構造物の計画上複数箇所に分散配置させることも可能である。
【００１０】
また、当該連層壁の壁脚を、上記ダンパーのエネルギー吸収性を妨げない剛性が付与されたＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造の柱によって支持しているために、大地震時に連層壁が変位した際に、効果的にダンパーが作用してエネルギーを吸収することができる。
さらに、上記ラーメン架構についても、大地震時における連層壁の変位に対して円滑に弾性的に追従することにより、確実に弾性的挙動をする柔な架構となるように、請求項３に記載の発明のように、当該架構以外に梁を有しない無梁版とすることが好ましい。また、このような無梁版とした場合には、連層壁によるコア部は、ラーメン架構の柱割と無関係に配設できるという利点も得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明に係る柔剛混合構造物を中層の建物に適用した一実施形態を示すものである。
図１および図２において、符号１は、建物の中央部に配設されたコア部である。このコア部１は、基礎２から建物の頂部に至る方形状に構築されたＲＣ造の剛の連層壁３によって構成されてたものである。ここで、各連層壁３の四面中央部には、上下方向に向けて間隙部４が形成されており、この間隙部４を挟む連層壁３の側縁部に、図３および図４に示すように、水平に配置された鉄骨梁（ダンパー）５の両端部が埋設されている。この鉄骨梁５は、普通鋼材または極低降伏点鋼材からなるもので、上記連層壁３間の上下方向に向けて、所定間隔をおいて複数配設されている。
【００１２】
そして、このコア部１の周囲に、当該コア部１とともに建物の躯体を構成するラーメン架構６が連結されている。
このラーメン架構６は、ＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造のものであって、大地震時においても弾性的挙動を保持する柔な構造に設計されている。また、連層壁３と頂部との連結部分は、ハット梁７とされている。なお、建物の構造によっては、当該ハット梁７を採らなくてもよい。
【００１３】
以上の構成からなる柔剛混合構造物によれば、剛の連層壁３によって方形状に構築されたコア部１の各連層壁３に、上下方向に向けて間隙部４を形成し、この間隙部４にダンパーとなる鉄骨梁５を介装するとともに、上記コア部１の周囲に大地震時においても弾性的挙動を保持する柔なラーメン架構６を連結した柔剛混合構造としているので、図５に示すように、大規模な地震が発生して連層壁３が変位した際に、内蔵された鉄骨梁５が剪断および／または曲げ降伏することにより、当該地震力によるエネルギーを吸収する。また、ラーメン架構６は、上記変位に応じて弾性的な挙動をすることにより、上記大地震に起因する変形に追従する。
【００１４】
したがって、上記柔剛混合構造物によれば、耐震安全性が大幅に向上するとともに、さらに被災後には、塑性変形した鉄骨梁５およびその取付部分のみを補修すればよいため、修復作業が容易になり、しかも他の構成部材における損傷を極めて少なくすることができるため、当該構造物の再使用が可能になる。
以上の結果、上記柔剛混合構造を採用し、かつ鉄骨梁５を連層壁３の剛性や耐力に応じて適宜選択・調整することにより、躯体を構成する柱や梁等を大地震時においても弾性的挙動をする範囲内に収める設計法を採ることが可能になり、耐震性に優れた建物等の構造物を計画する際の自由度も大幅に向上する。
【００１５】
なお、上記実施形態においては、ダンパーと作用するものとして、普通鋼材や極低降伏点鋼を用いた鉄骨梁５を用いた場合についてのみ説明したが、これに限らず、他の履歴減衰型ダンパーや、例えば粘性ダンパーや粘弾性ダンパー等の粘性減衰型ダンパーも適用可能である。また、上述したように、間隙部４の全長にわたって複数介装する場合の他、大地震時に効果的にそのエネルギー吸収が可能となる箇所にのみ集中配置したり等、構造物の規模、形状、配置などに応じて適宜配設することが可能である。
【００１６】
図６および図７は、それぞれ本発明の柔剛混合構造物の他の実施形態を示すものであり、鉄骨梁５等のダンパーを効率良く性能発揮させ得るようにした構成を示すものである。なお、図中、図１〜図４に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
先ず、図６に示す柔剛混合構造物は、連層壁３の壁脚８をピン支持構造９によって基礎上に立設したものである。
【００１７】
また、図７に示す柔剛混合構造物においては、基礎２の基礎梁（または、つなぎ梁）１０を、連層壁３の立設部分においては構築せずに、当該部分に立設したＲＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造の柱１１または壁によって連層壁３の壁脚８の両端部を支承したものである。ここで、上記柱１１または壁は、上記鉄骨梁５等のダンパーのエネルギー吸収性を妨げない剛性が付与されている。
これら図６および図７に示した柔剛混合構造物によれば、図１〜図４に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、さらに大地震時における連層壁３全体の変位が大きくなり、この結果鉄骨梁５等のダンパーが効果的に機能するために、地震入力エネルギーの吸収能が一層向上するという効果が得られる。
【００１８】
さらに、上記コア部１については、図１および図２に示したように、建物の中央部に一のコア部１を配置する場合の他、建物の形状や構造上あるいは強度上の要請によって、複数配置してもよい。
図８〜図１１は、このような剛の連層壁３からなる複数のコア部１を有する柔剛混合構造物における各種配置例を示すものである。
例えば、図８に示す柔剛混合構造物は、２連のラーメン架構６ａ、６ｂによって画成された建物の各ラーメン架構６ａ、６ｂの中央部に、各々剛の連層壁３によって構成されたコア部１を配設したものであり、図９に示す柔剛混合構造物は、比較的横断面積の大きな建物に中央部分に、２列にコア部１を配設したものである。
【００１９】
また、図１０に示す柔剛混合構造物は、建物の四隅にそれぞれコア部１を配置し、隣接するコア部１間を柔のラーメン架構６によって連結したものである。さらに、図１１に示す柔剛混合構造物は、互いに隅部を交差させた２組の方形のラーメン架構６ａ、６ｂの交差部に、互いに共通となる４組のコア部１を配設したものである。
なお、これら図８〜図１１に示したものにおいては、いずれも連層壁３によって構成された方形状のコア部１を複数配置させた例について説明したが、これに限らず、連層壁によって形成されたコ字状のコア部や、同様のダンパーを内蔵した単独の連層壁を適宜位置に配設することも可能である。
【００２０】
さらに、図１２は、図１および図２に示した柔剛混合構造物を、超高層建物に適用した他の実施形態を示すもので、同様に図１および図２に示したものと共通する構成部分については、同一符号を付してある。
図１２に示すように、この柔剛混合構造物は、図１および図２に示した柔剛混合構造物を、ベルト梁１５を介して積層状に組み上げたものである。そして、この柔剛混合構造物においては、ラーメン架構６が大地震時における連層壁３の変位に対して円滑に弾性的に追従することにより、確実に弾性的挙動をする柔構造となるように、当該架構以外に梁を有しない無梁版とされている。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３のいずれかに記載の柔剛混合構造物によれば、ダンパーを内蔵した剛の連層壁および常に弾性状態を保持可能な柔のラーメン架構との組合わせにより、耐震安全性が大幅に向上するとともに、さらに被災後には、塑性変形したダンパーおよびその取付部分のみを補修すればよいため、修復作業が容易になり、かつ他の構成部材における損傷を極めて少なくすることができるため、当該構造物の再使用が可能になる。よって、上記柔剛混合構造を採用し、かつダンパーを連層壁の剛性や耐力に応じて適宜選択・調整することにより、躯体を構成する柱や梁等を大地震時においても弾性的挙動をする範囲内に収める設計法を採ることが可能になり、耐震性に優れた建物等の構造物を計画する際の設計の自由度も大幅に向上する。
【００２２】
また、特に、大地震時に連層壁が変位した際に、効果的にダンパーが作用してエネルギーを吸収させることができ、さらに請求項３に記載の発明によれば、ラーメン架構が大地震時における連層壁の変位に対して円滑に弾性的に追従することができ、よって確実に弾性的挙動を保持することができる柔な架構になるとともに、上記コア部をラーメン架構の柱割と無関係に配置することができるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の柔剛混合構造物の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図２の鉄骨梁の取付部分を示す拡大平面図である。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】大地震時における図１の構造物の変形状態を示す要部の模式図である。
【図６】本発明の他の実施形態における連層壁の脚部を示す縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態における連層壁の脚部を示す縦断面図である。
【図８】同、他の実施形態におけるコア部の配置例を示す平面図である。
【図９】同、他の実施形態におけるコア部の配置例を示す平面図である。
【図１０】同、他の実施形態におけるコア部の配置例を示す平面図である。
【図１１】同、他の実施形態におけるコア部の配置例を示す平面図である。
【図１２】図１の柔剛混合構造物を超高層建物に適用した例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  コア部
３  連層壁
４  間隙部
５  鉄骨梁（ダンパー）
６、６ａ、６ｂ  ラーメン架構
８  壁脚
９  ピン支持構造
１１  柱
【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】
0003807065.tif 000009
【図９】
0003807065.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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