JPH10266620A - 制振架構構造およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大スパンの構造物等においても特に上下方向
の振動に対して高い耐振性を得ることができる制振架構
構造およびその構築方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 制振架構１は、長期荷重に抵抗する架構
本体２と、架構本体２の構築後に短期荷重のみに抵抗す
るようブレースとして組み込まれたダンパー部３とを備
える構成とした。

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
用いて好適な制振架構構造およびその構築方法に関する
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
体には高い耐振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てい
る。

【０００３】例えば、建物と基礎との間の地下ピット階
に設けられる積層ゴムや、屋上や最上階等の室内に設置
されるスロッシングダンパーやチューンドマスダンパー
は、振動のエネルギーを吸収して耐振性を高めるもので
ある。

【０００４】また、躯体を構成する柱梁間に配設される
鉄骨製のブレースや補強ユニット、、柱梁に沿って配設
される鉄骨製の補強フレーム等の補強部材は、躯体の剛
性を上げることによって耐震性を高めるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の技術においては以下に示すような問題が
存在する。まず、従来の耐振性を向上させるための技術
は、どれも水平方向の振動（震動）を対象としたものが
ほとんどであるが、阪神大震災以降、上下方向の振動に
対しても有効な技術が望まれている。特に、大スパンの
ブリッジ、ホテル、ドーム構造物等を構成する架構で
は、地震による上下震動だけでなく、交通振動等による
上下振動による影響も問題となることから、このような
架構においても上下方向の振動を有効に減衰できる架構
構造の開発が望まれていた。

【０００６】また、従来の制振・免震性能を得るための
装置や部材等は、建物の内部に組み込むものが大多数で
あり、これらには躯体の自重等の長期荷重による応力が
作用している。このため、例えばメンテナンス時や、大
地震等の発生後に装置や部材を交換する必要が生じたと
き等には、ジャッキアップ等により、装置や部材に作用
している荷重を他の部分に盛り替えて荷重を解放しなけ
ればならず、その作業が非常に困難であるという問題が
ある。

【０００７】さらに、従来は、ブレース等の補強部材は
もちろんのこと、免震ゴムや各種ダンパー等の振動エネ
ルギーを吸収する装置を用いる場合であっても、技術全
体の方向性としては、躯体自体の剛性を上げて変形をで
きるだけ小さくするというものであった。このため、躯
体を構成する部材の断面が大きくなり、コスト増につな
がっていた。さらに、部材の剛性を上げれば上げるほど
躯体の固有周期が短くなるが、これは積層ゴムやダンパ
ーによって建物の固有周期を増大させることによって減
衰効果を得るということと相反し、減衰効果の有効性が
減少するという問題もある。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、大スパンの構造物等においても特に上下方
向の振動に対して高い耐振性を得ることができる制振架
構構造およびその構築方法を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、
長期荷重に抵抗する架構本体と、該架構本体に、地震や
風等による短期荷重が作用したときのみこれに抗するよ
う組み込まれたダンパーとを備えてなることを特徴とし
ている。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１記載の制
振架構構造において、前記ダンパーが架構本体の完成後
に装着されたものであ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
記載の制振架構構造において、前記ダンパーが、前記架
構本体にブレース状に組み込まれてなることを特徴とし
ている。

【００１２】請求項４に係る発明は、長期荷重に抵抗す
るための架構本体を先行構築し、これが完成して長期荷
重が該架構本体に作用した後、前記架構本体に、短期荷
重が作用したときのみこれに抵抗するダンパーを組み込
むことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振架構構造
およびその構築方法の実施の形態の一例を、図１および
図２を参照して説明する。

【００１４】図１に示すように、例えばフィーレンデー
ル構造のホテル、大スパンのブリッジ、ドーム等の大型
施設の躯体を構成する制振架構１は、架構本体２にダン
パー部３が組み込まれた構成となっている。

【００１５】架構本体２は、いわゆるフィーレンデール
架構で、それぞれ水平に延在する上弦材４，下弦材５
と、これら上弦材４，下弦材５間に設けられて鉛直に延
在する束材６とから構成されている。そして、各束材６
の上下端部は、上弦材４，下弦材５にそれぞれ剛接合さ
れている。この架構本体２は、常時作用する自重等の長
期荷重に対して、これのみで十分に抵抗できるように設
計されている。

【００１６】ダンパー部３は、上記架構本体２を構成す
る上弦材４，下弦材５と、互いに隣接する束材６，６と
に囲まれた空間に、ラチス材８が斜めに延在するよう架
設され、このラチス材８の途中に、その軸線方向に作用
する伸縮方向の応力を減衰するダンパー９が組み込まれ
た構成となっている。

【００１７】ダンパー９としては、例えばオイルダンパ
ー，ブタン系等の高分子材料を利用した粘性ダンパー，
ゴムやアスファルト系の粘弾性ダンパー，鋼材系や鉛か
らなる履歴ダンパー等が用いられる。

【００１８】このようなダンパー９を備えたダンパー部
３は、架構本体２に、地震や強風、交通振動等により短
期の変動荷重が作用した場合に、この短期荷重に抵抗す
るようになっている。このときに、ダンパー部３がブレ
ースとして機能することとなり、ダンパー９では短期荷
重によってラチス材８に作用する伸縮方向の応力による
変位を減衰し、これによって架構本体２の振動を減衰す
るようになっている。

【００１９】短期荷重が作用した場合、制振架構１で
は、鉛直方向の変動荷重に対し、フィーレンデール架構
からなる架構本体２にラチス材８を組み合わせたトラス
架構で抵抗することとなるが、フィーレンデール架構か
らなる架構本体２は元々長期荷重を受けているため、短
期荷重による応力や歪みの変化は小さい。これにより、
短期荷重によるトラス架構のせん断力の大部分はラチス
材８に流れることになるため、ラチス材８は短期荷重に
対して効果的に機能し、ラーメン部材に比較して効率的
に振動エネルギーを吸収するようになっている。

【００２０】次に、上記構成からなる制振架構１の構築
方法について説明する。制振架構１を構築するには、ま
ず、図２に示すように、架構本体２を先行して組み立て
る。これには、架構本体２を構成する上弦材４，下弦材
５，および束材６を所定の形状に組み上げ、剛接合す
る。

【００２１】そして、架構本体２が完成してこれにその
自重等による長期荷重が導入された後、図１に示したよ
うに、この架構本体２に各ダンパー部３を構成するラチ
ス材８およびダンパー９を組み込む。これにより制振架
構１は完成し、この状態で各ダンパー部３には長期荷重
は作用していない。

【００２２】上述した制振架構１の構造およびその構築
方法では、制振架構１には、長期荷重に抵抗する架構本
体２と、架構本体２の構築後に短期荷重のみに抵抗する
よう組み込まれたダンパー部３とが備えられた構成とな
っている。これにより、長期荷重に対しては架構本体２
のみで抵抗し、地震や強風、交通振動等による上下方向
の短期荷重が作用したときのみダンパー部３でこれに抵
抗して短期荷重に起因する振動を減衰することができ
る。したがって、大スパンの制振架構１においても、上
下方向の振動に対して充分な減衰効果を発揮し、耐震性
を向上させることができる。

【００２３】このとき、ダンパー部３で振動減衰効果を
得ることにより、架構本体２については長期荷重に抵抗
できるだけの耐力を確保すれば良く、従来の構造のよう
に長期荷重だけでなく振動等の短期荷重にも抵抗するた
めに剛性をあげる必要がない。したがって、架構本体２
を構成する部材の断面を小さくすることができ、それに
よって、コストダウンに貢献することができる。また、
部材の断面縮小により架構本体２の剛性が低くなり固有
周期が大きくなる。しかもダンパー部３により制振架構
１の減衰が大きくなる。このようにして、従来の積層ゴ
ムとダンパー等の従来の免震構造と同様、固有周期と減
衰を増大させることによって地震入力を低減することが
でき、効率よく耐震性を向上させることができる。

【００２４】そして、ダンパー部３が架構本体２にブレ
ースとして組み込まれた構成となっている。これによ
り、短期荷重が作用した場合、架構本体２は長期荷重も
受けているため、短期荷重による応力や歪みの変化は小
さく、短期荷重による架構のせん断力の大部分はブレー
ス状のダンパー部３に流れることになる。その結果、こ
のダンパー部３は短期荷重に対して効果的に機能して、
効率的に振動エネルギーを吸収するようになっている。

【００２５】さらに、一般に鋼材は減衰が小さいため、
通常の鉄骨造の躯体では応答値が入力値よりも大きくな
って振動が増幅されてしまうが、上記架構本体２はダン
パー部３を備えているために減衰が大きくなり、加速度
やせん断力の応答結果が低減され、これによってより一
層効率的に振動エネルギーを吸収することが可能とな
る。

【００２６】加えて、ダンパー部３には長期荷重が作用
していないために、メンテナンスや、地震後の復帰等の
ためにダンパー９を交換したりするに際し、ジャッキア
ップや荷重の盛り替えが不要であり、作業を容易かつ安
全に行うことが可能となる。

【００２７】これ以外に、ダンパー部３のダンパー９
に、オイルダンパーや粘性体、粘弾性体のものを用いれ
ば、地震や風だけでなく、交通振動や歩行振動等の小振
幅の振動も有効に減衰することができ、これによって制
振架構１を適用した建物や構造物の居住性を向上させる
ことができる。

【００２８】なお、上記実施の形態において、制振架構
１の全体にわたってダンパー部３を設ける構成とした
が、それに限らず、一部のみにダンパー部を配設する構
成としてもよい。例えば、図３に示すように、短期荷重
の変動が大きく生じる部分のみを対象として、制振架構
１’の両端部にのみダンパー部３を設け、他の部分には
通常の鋼材からなるブレース材１１を設けるようにして
もよい。このような構成の制振架構１’では、通常の長
期荷重に対しては、フィーレンデール架構（中央のブレ
ース材１１が設けられた部分はトラス架構）で抵抗し、
短期荷重が作用した場合には両端部のダンパー部３を有
したトラス架構で抵抗する構成となり、これによっても
上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。し
かも、一部に通常の鋼材からなるブレース材１１を設け
ることによって、より低コスト化を図ることが可能とな
る。

【００２９】また、上記実施の形態について、架構本体
２を先行構築し、後にダンパー部３を組み込む構成とし
たが、ダンパー９に、例えばオイルダンパー等の静的剛
性の低いものを用いる場合には、架構本体２の構築に並
行してこれを組み付けるようにしてもよい。

【００３０】さらに、上記実施の形態における制振架構
１は、前記した例えばフィーレンデール構造のホテル、
大スパンのブリッジ、ドーム等の大型施設以外の、いか
なる建物や構造物に適用しても良い。また、上記制振架
構１は、既存の建物や構造物等にも適用することが可能
であり、この場合、長期荷重に既に抵抗している既存の
架構（架構本体２に相当）に、ダンパー部３を追加する
ことにより、上記と同様の効果を得ることが可能とな
る。加えて、制振架構１は、建物や構造物の全体に適用
してもよいし、また一部のみに適用してもよい。

【００３１】さらに加えて、制振架構１の架構形式につ
いても何ら限定するものではなく、フィーレンデール架
構以外であっても、長期荷重にのみ抵抗する架構本体
に、短期荷重のみ負担するダンパーを負荷するという構
成を逸脱しないのであれば、他のいかなる架構形式にも
本発明を適用することが可能である。

【００３２】上記以外にも、本願発明の主旨を逸脱しな
い範囲内であれば、いかなる構成を適用してもよいのは
言うまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る制
振架構構造によれば、長期荷重に抵抗する架構本体と、
短期荷重のみに抗するよう組み込まれたダンパーとを備
えた構成となっている。そして、請求項２に係る制振架
構構造によれば、ダンパーが架構本体の完成後に装着さ
れたものとなっている。これにより、長期荷重に対して
は架構本体のみで抵抗し、地震や強風、交通振動等によ
る上下方向の短期荷重が作用したときのみダンパーでこ
れに抵抗し、短期荷重に起因する振動を減衰する構造と
なる。このような構成の制振架構構造を特に大スパンの
構造物等に適用することにより、耐震性を大幅に向上さ
せることができる。このようにしてダンパーで振動減衰
効果を得ることにより、架構本体については長期荷重に
抵抗できるだけの耐力を確保すれば良く、したがって、
架構本体を構成する部材の断面を小さくすることがで
き、それによって、コストダウンに貢献することができ
る。また、部材の断面縮小により架構本体の剛性を低減
させて固有周期を長くすることができ、しかもダンパー
により架構本体の減衰を大きくすることができるので、
地震入力を低減して効率よく耐震性を向上させることが
できる。さらに、ダンパーには長期荷重が作用していな
いために、メンテナンスや地震後の復帰等のためにダン
パーを交換したりするに際し、ジャッキアップや荷重の
盛り替え等が不要であり、作業を容易かつ安全に行うこ
とが可能となる。加えて、架構本体を鉄骨造とした場
合、一般に鋼材は減衰が小さいため、通常の鉄骨造の躯
体では応答値が入力値よりも大きくなって振動が増幅さ
れてしまうが、上記架構本体はダンパーを備えているた
めに、減衰が大きくなり、加速度やせん断力の応答結果
が低減される。

【００３４】請求項３に係る制振架構構造によれば、ダ
ンパーが架構本体にブレース状に組み込まれた構成とな
っている。これにより、短期荷重が作用した場合、架構
本体は長期荷重も受けているため、短期荷重による応力
や歪みの変化は小さく、短期荷重による架構のせん断力
の大部分はブレース状のダンパーに流れることになり、
ダンパーが短期荷重に対して効果的に機能して、効率的
に振動エネルギーを吸収することができる。

【００３５】請求項４に係る制振架構の構築方法によれ
ば、まず長期荷重に抵抗するための架構本体を構築し、
これが完成して長期荷重が架構本体に作用した後に、短
期荷重に抗するためのダンパーを架構本体に組み込む構
成となっている。このような施工順序で制振架構を構築
することにより、ダンパーに長期荷重を負担させないよ
うにすることができ、これにより、請求項１ないし３に
係る制振架構構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る制振架構構造およびその構築方
法を適用した制振架構を示す立面図である。

【図２】 前記制振架構の構築方法を示す図であって、
架構本体のみを先行構築した状態を示す立面図である。

【図３】 本発明に係る制振架構構造およびその構築方
法を適用した制振架構の他の一例を示す立面図である。

【符号の説明】

１，１’ 制振架構 ２ 架構本体 ９ ダンパー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長期荷重に抵抗する架構本体と、該架構
   本体に、地震や風等による短期荷重が作用したときのみ
   これに抗するよう組み込まれたダンパーとを備えてなる
   ことを特徴とする制振架構構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制振架構構造において、
   前記ダンパーが架構本体の完成後に装着されたものであ
   ることを特徴とする制振架構構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の制振架構構造に
   おいて、前記ダンパーが、前記架構本体にブレース状に
   組み込まれてなることを特徴とする制振架構構造。
4. 【請求項４】 長期荷重に抵抗するための架構本体を先
   行構築し、これが完成して長期荷重が該架構本体に作用
   した後、前記架構本体に、短期荷重が作用したときのみ
   これに抵抗するダンパーを組み込むことを特徴とする制
   振架構の構築方法。