JPH10176434A - 制振躯体構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平２方向のエネルギーを吸収することので
きる高い制振性能を有した制振躯体構造を低コストで提
供することを課題とする。 【解決手段】 躯体１において、互いに上下に位置する
梁３，３間に、極軟鋼からなる筒状のエネルギー吸収部
材８を設置する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨造のビル等に
用いて好適な制振躯体構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、近年、ビル等の建物の躯
体には高い耐震性が要求されている。このために、制振
性能を得るための各種装置や構造が多種開発され、実用
化されている。

【０００３】例えば、免震ゴム（積層ゴム）等の装置は
建物と基礎との間に設けられ、また、スロッシングダン
パーやチューンドマスダンパー等の装置は、屋上や最上
階等の室内に設置されている。そして、これら各種装置
によって振動のエネルギーを吸収して耐震性を高めるよ
うになっている。しかし、これらの装置は、いずれも設
置のためにスペースが必要となっている。

【０００４】これに対して、スペースの有効利用を図る
ため、躯体に制振性能を得るための各種装置や部材を、
躯体に直接組み込むものもある。このようなものとして
は、躯体を構成する柱梁間に鉄骨製のブレースや補強ユ
ニットを配設したり、柱梁に沿って鉄骨製の補強フレー
ムを配する等の構造がある。これらの構造は、躯体強度
を向上させることによって高い耐震性を得ようとするも
のが殆どであり、前記した各種ダンパーによって振動の
エネルギーを吸収して耐震性を高めるものとは、基本的
な思想が異なっている。

【０００５】近年、躯体にエネルギーを吸収するダンパ
ー等の部材を設置するものとして、例えば、上下に位置
する二本の梁間にダンパーを配設し、地震や風等の水平
方向の外力が作用した場合に、この外力による上下二本
の梁の水平方向の相対移動を前記ダンパーで減衰するこ
とによって、建物全体の振動を抑えようという制振躯体
構造も開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の制震躯体構造においては以下に示すよう
な問題が存在する。前記ダンパーを設置するためのスペ
ースが上下二本の梁の間であるため、特に梁と直交する
水平方向については、梁の幅分しかスペースが確保でき
ないことがある。このような場合、ダンパーは、梁と直
交する水平方向の変位を吸収するための減衰性能が不足
し、所望の制振効果が得られなかったり、ダンパー自体
が座屈してしまうという問題が生じることがある。

【０００７】このような問題を解決するため、例えば互
いに直交する二方向の梁に沿ってそれぞれダンパーを設
置することによって、水平２方向に対するエネルギー吸
収能力を得ることも考えられるが、これではダンパーの
数が倍増することとなり、コストの大幅な上昇を招き、
十分な解決策であるとは言えない。また、１台で水平２
方向のエネルギー吸収能力を有するダンパーを採用する
ことも考えられるが、従来このようなダンパーは構造が
複雑で高価なものが殆どであった。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、水平２方向のエネルギーを吸収することの
できる高い制振性能を有した制振躯体構造を低コストで
提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
構造物の躯体において互いに上下に位置する二本の梁間
に、これら二本の梁が水平方向に相対変位するときの変
位エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材が組み込ま
れ、該エネルギー吸収部材は上下方向に延在する中空の
筒体から形成されていることを特徴としている。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１記載の制
振躯体構造において、前記筒体が極軟鋼からなることを
特徴としている。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の制振躯体構造において、前記中空の筒体内に充填
材が充填されていることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振躯体構造
の第一および第二の実施の形態について、図１ないし図
７を参照して説明する。

【００１３】［第一の実施の形態］まず、本発明に係る
制振躯体構造の第一の実施の形態について説明する。図
１は、本発明に係る制振躯体構造を適用した建物の躯体
の一部を示すもので、これらの図において、符号１に示
すものは建物の躯体、２は躯体１を構成するＨ型鋼から
なる鉄骨造の柱、３は互いに隣接する柱２，２間に架設
されたＨ型鋼からなる鉄骨造の梁、をそれぞれ示してい
る。

【００１４】図１および図２に示すように、躯体１は、
柱２と梁３とを主体構成としており、互いに上下に位置
する梁３，３の中央部には、ダンパー部５が耐震要素で
ある間柱として立設されている。図１に示したように、
ダンパー部５は、上方と下方の梁３，３にそれぞれ接合
されて鉛直方向に延在する所定長のブラケット６，７
と、これらブラケット６，７間に設けられた上下方向に
延在するエネルギー吸収部材（筒体）８とから構成され
ている。

【００１５】エネルギー吸収部材８は、例えば断面視ロ
字状の鋼管からなり、柱２，梁３，ブラケット６，７よ
り降伏強度が低い極軟鋼から形成されている。このエネ
ルギー吸収部材８は、その上下端部が、ブラケット６，
７にそれぞれ溶接，ボルト接合、はめ込み接合等の手段
によって接合されている。

【００１６】このような構成の躯体１においては、地震
や強風等に起因する水平方向の外力が作用すると、互い
に上下に位置する梁３，３が水平方向に相対移動し、エ
ネルギー吸収部材８にはブラケット６，７を介してその
変位が伝達される。エネルギー吸収部材８においては、
前記変位による応力がエネルギー吸収部材８自体の降伏
強度よりも低ければ、このエネルギー吸収部材８が弾性
変形することによってその変位エネルギーを吸収し、上
下の梁３，３の相対変位を減衰するようになっている。
前記外力が過大なものであり、エネルギー吸収部材８に
作用する変位による応力がエネルギー吸収部材８の降伏
強度を上回ると、エネルギー吸収部材８が他の部分より
も先行して降伏変形し、上下の梁３，３の相対変位を減
衰するようになっている。ところで、エネルギー吸収部
材８が降伏した後においても、柱２と梁３とは降伏して
おらず、躯体１全体としてはラーメン架構の形態を維持
している。

【００１７】上述した躯体１の構造では、互いに上下に
位置する梁３，３間に、極軟鋼からなる筒状のエネルギ
ー吸収部材８が設置された構成となっている。これによ
り、地震や風等に起因する水平方向の外力が躯体１に作
用したときに、エネルギー吸収部材８によってその上下
の梁３，３の水平方向の相対変位エネルギーを吸収する
ことができ、制振性能を発揮することができる。しか
も、前記外力が過大なものとなった場合には、極軟鋼か
らなるエネルギー吸収部材８が先行して降伏するので、
躯体１の他の部分の変形や損壊を防ぐことができ、これ
によって躯体１の耐震性を高いものとすることができ
る。このときに、エネルギー吸収部材８は筒状であり、
梁３の延在する水平方向だけでなく、これと直交する水
平方向にもエネルギー吸収効果を発揮することができ
る。これにより、最小限の台数で水平２方向、すなわち
水平方向であればあらゆる方向の振動に対して制振性能
を発揮することができ、スペースを費やすことなく、低
コストで最大限の効果を上げることが可能である。

【００１８】また、躯体１の耐震性が高まればこれにと
もなって地震時の応答が小さくなるため、通常の鉄骨構
造と比較して躯体１を構成する部材断面を小さくするこ
とが可能となり、コストダウンに貢献することができ
る。このときに、躯体１全体としての外観上の形態は、
一般の鉄骨構造で従来より採用されているラーメン架
構、あるいは間柱（ダンパー部５がこれに相当）を有し
たフィーレンデール架構と同様であるため、構造計画，
建築計画上の特別な制約を受けずに、何ら特殊な手間を
かけることなく従来の耐震設計と同様の設計作業で躯体
１を実現することができる。しかも、エネルギー吸収部
材８が降伏した後の状態においても、柱２と梁３とによ
って躯体１全体としては降伏せずに弾性を保持すること
ができ、依然として柱２，梁３からなる架構の形態を維
持しているため、有害な残留変形を残さずにその機能を
維持することができる。

【００１９】さらに、極軟鋼からなるエネルギー吸収部
材８の降伏は、これを普通鋼材で形成した場合に比較し
て、より小さな変形で発生するので、履歴吸収エネルギ
ーを大きくすることができ、効率の高いせん断降伏型の
鋼材系ダンパーを構成することができる。

【００２０】加えて、エネルギー吸収部材８には、例え
ばピストンや回転ピン機構等の可動部もなく、エネルギ
ーロスの少ない単純な構成とすることができ、効率よく
ダンパー効果を発揮することができる。しかも、オイル
ダンパーのように定期的なメンテナンスも不要である。

【００２１】［第二の実施の形態］次に、本発明に係る
制振躯体構造の第二の実施の形態について説明する。こ
こでは、例えば、エネルギー吸収部材を構成する筒体
を、複数備える場合の例を用いて説明する。以下に説明
する第二の実施の形態において、前記第一の実施の形態
と共通する構成については同符号を付し、その説明を省
略する。

【００２２】図３に示すように、躯体１’において互い
に上下に位置する梁３，３間には、その中央部にダンパ
ー部１０が設けられている。このダンパー部１０は、上
方の梁３に接合された上部ブラケット１１と、下方の梁
３に接合された下部ブラケット１２と、これら上部ブラ
ケット１１，下部ブラケット１２間に設けられた例えば
３本のエネルギー吸収部材８とから構成されている。

【００２３】上部ブラケット１１は、上方から下方に向
けてその幅寸法が漸次小さくなる略台形状をなしてい
る。図３および図４に示すように、それぞれ上下方向に
延在するエネルギー吸収部材８は、例えば断面視略矩形
の筒状をなした極軟鋼から形成されている。

【００２４】上述したダンパー部１０を備えた躯体１’
の構造によれば、地震や風等に起因する水平方向の外力
が躯体１に作用したときに、ダンパー部１０に複数本備
えられたエネルギー吸収部材８によってその上下の梁
３，３の水平方向の相対変位エネルギーを吸収すること
ができ、制振性能を発揮することができ、これにより、
前記第一の実施の形態の躯体１と同様の効果を奏するこ
とが可能である。

【００２５】なお、上記第一および第二の実施の形態に
おいて、ダンパー部５，１０を備えた躯体１の例を挙げ
たが、躯体１に備えるエネルギー吸収部材８の設置形態
については上記のものに限定する意図はない。例えば図
５に示すダンパー部１５のように、上方の梁３の両端部
から斜めに延出するブレース材１６，１６を設け、これ
らブレース材１６，１６の下端部をつなぐブラケット１
７と、下方の梁３との間に、エネルギー吸収部材８，
８，８を設置する構成としてもよい。また例えば、図６
に示すダンパー部２０のように、下方の梁３とその両側
の柱２，２間に補強壁２１を設置し、この補強壁２１の
上端部と上方の梁３との間にエネルギー吸収部材８，
８，８を設置する構成としてもよい。これ以外にも、上
下の梁３，３の水平方向の相対変位を効率よく減衰でき
るのであれば、いかなる構成を用いてもよい。

【００２６】もちろん、設置するエネルギー吸収部材８
の本数については、上記の一本あるいは三本に限定する
ものではない。また、エネルギー吸収部材８の材質、厚
さ、断面形状等についても、同様に何ら限定するもので
はない。例えば図７（ａ）に示すように、エネルギー吸
収部材８内にモルタル等の充填材２２を充填してもよい
し、図７（ｂ）に示すように、エネルギー吸収部材８’
を断面視扁平型としても良く、またこれに、図７（ｃ）
に示すように充填材２２を充填してもよい。さらに、図
７（ｄ）に示すように、エネルギー吸収部材８”を断面
視円形としてもよいし、図７（ｅ）に示すように、エネ
ルギー吸収部材８”内に充填材２２を充填してもよい。
なお、これらエネルギー吸収部材の本数、材質、厚さ、
断面形状等は、所望のエネルギー吸収性能に応じて適宜
設定するものであるのは言うまでもない。

【００２７】なお、上記の充填材２２として、各種粘性
体や粘弾性体を用い、エネルギー吸収部材８，８’，
８”を粘性減衰型ダンパーの機能を備えたものとするこ
とも可能である。

【００２８】また、エネルギー吸収部材８をボルト等に
よって着脱自在な構造としておけば、地震等によりエネ
ルギー吸収部材８が降伏変形した後に、これを新規のも
のに容易に交換することができるので、地震後の復旧を
速やかに行うことができる。さらに、将来、よりダンパ
ー性能に優れた材料が新規に開発された場合、これと交
換することも可能である。

【００２９】さらに、上記ダンパー部５，１０，１５，
２０は、躯体１の全体に設けてもよいし、また一部のみ
に設けるようにしてもよい。これ以外にも、上記第一お
よび第二の実施の形態において、例えば躯体１の構成
等、各部の構成については本願発明の主旨を逸脱しない
範囲内であれば、いかなる構成を採用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る制
振躯体構造によれば、上下に位置する二本の梁間に、こ
れら二本の梁が水平方向に相対変位するときの変位エネ
ルギーを吸収するため、筒体からなるエネルギー吸収部
材が組み込まれた構成となっている。また、請求項２に
係る制振躯体構造によれば、筒体が極軟鋼からなる構成
となっている。これにより、地震や風等に起因する水平
方向の外力が躯体に作用したときに、エネルギー吸収部
材によってその上下の梁の水平方向の相対変位エネルギ
ーを吸収することができ、躯体の振動を減衰して制振性
能を発揮することができる。しかも、前記外力が過大な
ものとなった場合には、極軟鋼等からなる筒体が先行し
て降伏するので、躯体の他の部分の変形や損壊を防ぐこ
とができ、これによって躯体の耐震性を高いものとする
ことができる。さらに、エネルギー吸収部材が筒体から
構成されているので、梁の延在する水平方向だけでな
く、これと直交する水平方向にもエネルギー吸収効果を
発揮することができる。これにより、最小限の台数で水
平２方向、すなわち水平方向であればあらゆる方向の振
動に対して制振性能を発揮することができ、スペースを
費やすことなく、低コストで最大限の効果を上げること
が可能である。また、躯体の耐震性が高まればこれにと
もなって地震時の応答が小さくなるため、通常の鉄骨構
造と比較して躯体を構成する部材断面を小さくすること
が可能となり、コストダウンに貢献することができる。
このときに、躯体全体としての外観上の形態は、一般の
鉄骨構造で従来より採用されている架構と同様であるた
め、構造計画，建築計画上の特別な制約を受けずに、何
ら特殊な手間をかけることなく従来の耐震設計と同様の
設計作業で躯体を実現することができる。さらに、極軟
鋼からなる筒体の降伏は、これを普通鋼材で形成した場
合に比較してより小さな変形で発生するので、履歴吸収
エネルギーを大きくすることができ、効率の高いせん断
降伏型の鋼材系ダンパーを構成することができる。

【００３１】また、請求項３に係る制振躯体構造によれ
ば、筒体内に充填材を充填する構成となっている。これ
により、充填材として例えばモルタルや粘性体、粘弾性
体等を充填することによって、エネルギー吸収部材のエ
ネルギー吸収能力を高めることができ、上記効果をより
顕著なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る制振躯体構造の第一の実施の形
態を示す立面図である。

【図２】 図１の平断面図である。

【図３】 本発明に係る制振躯体構造の第二の実施の形
態を示す立面図である。

【図４】 図３の平断面図である。

【図５】 本発明に係る制振躯体構造の他の一例を示す
立面図である。

【図６】 本発明に係る制振躯体構造のさらに他の例を
示す立面図である。

【図７】 本発明に係る制振躯体構造において、エネル
ギー吸収部材を構成する筒体の他の例を示す平断面図で
ある。

【符号の説明】 １ 躯体 ３ 梁 ８，８’，８” エネルギー吸収部材（筒体） ２２ 充填材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 喜堂 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 寺田 岳彦 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の躯体において互いに上下に位置
   する二本の梁間に、これら二本の梁が水平方向に相対変
   位するときの変位エネルギーを吸収するエネルギー吸収
   部材が組み込まれ、該エネルギー吸収部材は上下方向に
   延在する中空の筒体から形成されていることを特徴とす
   る制振躯体構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制振躯体構造において、
   前記筒体が極軟鋼からなることを特徴とする制振躯体構
   造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の制振躯体構造に
   おいて、前記中空の筒体内に充填材が充填されているこ
   とを特徴とする制振躯体構造。