JP4710039B2 - 柱又は梁と壁との接合部のエネルギー吸収構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物の柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物を柔構造にすると共に、地震等による横揺れを可及的に早期に減衰させるために、これら構造物を制振構造にすることが種々提案されている。
【0003】
提案されているものとして、構造物の壁に制振装置を配置して、この制振装置により下階壁に対する上階壁の横揺れエネルギーを吸収して、構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させる所謂制震壁がある。
【0004】
制震壁では、壁厚をそれなりに厚くできる場合には、その設置にそれ程困難がないのであるが、壁厚を厚くし得ない場合等では、設置が困難になる。また、制震壁では、横揺れエネルギーの吸収に対しては好ましいのであるが、化粧壁板内が空洞のようになるために、構造物の強度を低下させる虞がある。
【0005】
制震壁以外に、地震等による構造物の横揺れを可及的に早期に減衰させるために、構造物の床スラブと基礎との間に鋼棒ダンパ等のダンパ装置を配する技術も提案されているが、この技術では、床スラブと基礎との間での横揺れエネルギーの吸収であるために、換言すれば、集中型の横揺れエネルギーの吸収であるために、一個あたりにおいて大きなエネルギー吸収能を必要とし、したがって、大型にならざるを得ず、取り扱いなどが面倒になる。
【0006】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易である、柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造は、一部が、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱又は梁と壁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、この鋼棒を取り囲んで前記空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備している。
【0008】
第一の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の一部が柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定され、鉛又は粘弾性体が柱又は梁と壁とのうちの他方に形成された空所に充填されてなるために、構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が極めて容易である。
【0009】
本発明に用いる鉛としては、所望のエネルギー吸収を行わせるために、高純度、例えば純度99.9%以上のものがよく、一方、粘弾性体としては、エポキシ系高分子材料、シリコーンゲル又は高減衰ゴムからなる粘弾性体を好ましい例として挙げることができる。
【0010】
本発明の第二の態様のエネルギー吸収構造では、第一の態様のエネルギー吸収構造において、柱又は梁と壁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、鋼棒は、空所を通って、当該穴に摺動自在に装着されている。
【0011】
第二の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が穴においても摺動自在に支持されて、しかも、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【0012】
なお、地震における空所での鋼棒の体積変化を吸収するために、加圧、減圧により実質的に体積変化が生じる粘弾性体等を用いてもよい。
【0013】
本発明の第三の態様のエネルギー吸収構造では、第一又は第二の態様のエネルギー吸収構造において、柱又は梁と壁とのうちの他方に埋め込まれた鋼製の筒体を更に具備しており、筒体内に鉛又は粘弾性体が収容されている。
【0014】
第三の態様のエネルギー吸収構造によれば、筒体内に鉛又は粘弾性体を収容するために、鉛又は粘弾性体の充填、収容作業が容易となる上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、鉛又は粘弾性体を所定位置に保持できる。筒体としては、円筒状のものに限らず、四角等の角筒状のものであっても、截頭円錐台状又は鼓状等のいずれの形状ものであってもよい。なお、筒体の外周面に凹凸を付して、この凹凸により筒体を、柱と壁とのうちの他方にしっかりと保持させるようにしてもよく、更に、このような凹凸を筒体の内周面にも付すことにより、筒体内において鉛又は粘弾性体の外周面側をしっかりと保持できるために更に好ましい。
【0015】
本発明の第四の態様のエネルギー吸収構造では、第三の態様のエネルギー吸収構造において、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されている。
【0016】
第四の態様のエネルギー吸収構造によれば、第三の態様のエネルギー吸収構造と同様に又はそれ以上に、鉛又は粘弾性体の散逸を防ぐことができ、長期に亘って鉛又は粘弾性体を所定位置に保持でき、加えて、第二の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じないために、鋼棒の相対的振動において、空所に密に充填された鉛又は粘弾性体に確実に塑性流動又は粘性剪断を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を更に好ましく達成できる。
【0017】
本発明の第五の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第四のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有している。
【0018】
第五の態様のエネルギー吸収構造によれば、地震での空所における膨大部の相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて好ましく振動エネルギー吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる。
【0019】
本発明の第六の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、壁に形成された空所に配されている。
【0020】
第六の態様のエネルギー吸収構造によれば、壁に空所を形成し、柱又は梁に鋼棒の一端部を固着するために、空所による柱又は梁の強度低下が生じなく、したがって、本発明のエネルギー吸収構造を具備した構造物において、特に強度の高い太い柱又は梁を用いる必要がない。
【0021】
本発明の第七の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の中間部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、壁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に形成された空所に配されている。
【0022】
第七の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒の中間部をしっかりと固定できて、鋼棒の両端部をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【0023】
本発明の第八の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第五のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒の一端部は壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱又は梁を貫通した空所に配されている。
【0024】
第八の態様のエネルギー吸収構造によれば、鋼棒が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒の中間部が空所に配されているために、第二の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震において空所での鋼棒の体積変化が生じなく、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【0025】
本発明の第九の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、空所には鉛が充填されており、本発明の第十の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第八のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、空所には粘弾性体が充填されている。
【0026】
なお、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込んで固定する場合に、鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部に、その抜け出しを防止してしっかりと当該一方に固定するための固定用の鍔状の係止部材を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、この係止部材と共に鋼棒の一端部若しくは他端部又は中間部を当該一方に埋め込むとよい。
【0027】
本発明の第十一の態様のエネルギー吸収構造では、第一から第十のいずれかの態様のエネルギー吸収構造において、鋼棒は、異形鋼棒からなる。
【0028】
第十一の態様のエネルギー吸収構造では、第五の態様のエネルギー吸収構造と同様に、地震での空所における相対移動で、鉛又は粘弾性体に大きな流動抵抗を生じさせることができるので、この大きな流動抵抗に基づいて十分な振動エネルギー吸収を行うことができ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に減衰させることができる上に、柱又は梁と壁とのうちの一方への固定をしっかりとできる。
【0029】
本発明では、柱及び柱間に渡される梁を構成するコンクリートとしては、プレキャスト−プレストレスコンクリート(PCa−PC)でも、プレキャスト鉄筋コンクリート(PCa−RC)のいずれでもよく、また、壁としては、鉄筋コンクリート(RC)壁が好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【0031】
図1及び図2において、構造物としての高層事務所ビルの隣接するPCa−PC製の柱1及び2の側面3、4、5及び6の夫々には、PCa−PC製の下階梁7〜10及び上階梁11〜13の夫々がプレストレスを与えられた状態でPC鋼線、PC鋼棒などのPC鋼材14を介して互いに圧着されて取付けられている。斯かるプレストレスを与えられた状態でPC鋼材14を介して柱1及び2の側面3〜6の夫々に梁7〜13の夫々を圧着して取り付けると、柱1及び2の夫々と梁7〜13の夫々との接合部を、比較的柔構造であるが強固なものとすることができ、本発明のエネルギー吸収構造との関連で好ましい。なお、PC鋼材14を必要に応じて複数本用いてもよいのは勿論である。
【0032】
本例のエネルギー吸収構造21は、柱1及び2の夫々並びに梁7〜13の夫々と壁23〜34の夫々との間の接合部に、縦方向及び横方向においては等間隔に複数個、また、柱1及び2の夫々の回りにおいては8個毎組(特に図2参照)になって配されており、梁7〜13の夫々には、その上下面35及び36において2個毎組になって配されており、いずれのエネルギー吸収構造21も同様に形成されているので、柱1と、柱1の側面5に側面37が当接した壁23との間の一つのエネルギー吸収構造21について詳述する。
【0033】
なお、エネルギー吸収構造21を、本例のように、柱1及び2の夫々並びに梁7〜13の夫々と壁23〜34の夫々との間の全ての接合部に設けてもよいが、柱1及び2の夫々と壁23〜34の夫々との間の接合部のみに若しくは梁7〜13の夫々と壁23〜34の夫々との間の接合部のみに少なくとも一個を、又は柱1及び2の夫々と壁23〜34の夫々との間の接合部に少なくとも一個を、梁7〜13の夫々と壁23〜34の夫々との間の接合部に少なくとも一個を夫々設けてもよい。
【0034】
柱1と壁23との間の一つのエネルギー吸収構造21は、一部としての一端部41が、角柱状の柱1と壁23とのうちの一方、本例では柱1に埋め込まれて固定されていると共に、一端部41から柱1と壁23とのうちの他方、本例では壁23に向かって突出して、当該壁23に形成された空所としての円柱状の凹所42に、壁23と隙間をもって配された丸棒からなる鋼棒43と、鋼棒43を取り囲んで凹所42に密に充填された鉛44とを具備している。本例では、鋼棒43の他端部45は、凹所42の中間に位置しており、したがって、鋼棒43は、柱1に片持ち支持されている。なお、鋼棒43としては、丸棒に代えて、異形鋼棒であってもよい。
【0035】
柱1と壁23との間の接合部のエネルギー吸収構造21では、地震により水平方向H1の振動が生じて柱1が撓んで傾くと共に、壁23が水平方向H1に振動すると、柱1の側面5と側面5に当接する壁23の側面37との間に滑り変位が生じて、これにより鋼棒43が凹所42において壁23に対して相対的に変位し、この変位により鉛44に塑性流動を生じさせ、鉛44の塑性流動により柱1の壁23に対する相対的な振動エネルギーが吸収されることになる。梁と壁との間の接合部のエネルギー吸収構造21も、梁の水平方向H1の振動で上記と同様に動作する。
【0036】
そしてエネルギー吸収構造21では、柱1及び2並びに梁7〜13の夫々と壁23〜34との間に配されるものであるために、高層事務所ビル等の構造物の室空間を狭くすることなしに設置でき、しかも、高層事務所ビルの全体に分散して配置でき、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、柱1及び2並びに梁7〜13と壁23〜34との形成と共に形成し得るために、その設置が容易であり、更に、壁23〜34に各凹所42を形成し、柱1及び2並びに梁7〜13に各鋼棒43の一端部41を固着するために、凹所42による柱1及び2並びに梁7〜13の強度低下が生じなく、したがって、エネルギー吸収構造21を具備した高層事務所ビル等の構造物において、特に強度の高い太い柱1及び2並びに梁7〜13を用いる必要がない。
【0037】
エネルギー吸収構造21では、壁23〜34に形成された各凹所42にそのまま鉛44を充填、収容したが、図3に示すように、壁23に鋼製の円筒状の筒体51を埋め込み、空所としての筒体51の内部52に鉛44を収容してもよい。このように、筒体51に鉛44を収容すると、鉛44の設置作業が容易となる上に、鉛44の壁23への散逸を防ぐことができ、鉛44を所定位置に保持できる。本例では、筒体51の外周面53には、複数の環状の凹凸54及び55が付されており、凹凸54及び55により筒体51は壁23にしっかりと固定されるようになっている。
【0038】
また、図3に示すように、鋼棒43の他端部45を、壁23に形成された丸穴57に摺動自在に装着してもよく、このようにすると、鋼棒43が両端で支持されることになり、しかも、地震において内部52での鋼棒43の体積変化が生じないために、鋼棒43の水平方向H1の相対的振動において、内部52に密に充填された鉛44に確実に塑性流動を生じさせることができ、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。図3に示す筒体51の両端は、蓋部材であるゴム板等の弾性体58及び59で閉塞されており、鋼棒43は、弾性体58及び59を摺動自在に貫通して配されている。斯かる構成では、鉛44の漏出を更に確実に防止できる上に、鉛44に圧力を加え易く、加えて、弾性体58及び59の弾性変形により、壁23に対する鋼棒43の鉛直方向(縦方向)Vの相対変動が容易となり、好ましい。
【0039】
更に図3に示すように、鋼棒43において、鉛44に取り囲まれた部位に膨大部60を形成して、壁23に対する鋼棒43の水平方向H1の相対的振動において、鉛44に大きな塑性流動抵抗を生じさせ、振動減衰を更に可及的に速やかに効果的に行わせるようにしてもよい。
【0040】
なお、図3に示すように、鋼棒43の一端部41に、鍔状の係止部材61を溶接、ねじ込み、かしめ等により取り付けて、鋼棒43の一端部41の柱1からの抜け出しを防止して、鋼棒43の一端部41が柱1にしっかりと固定されるようにしてもよい。
【0041】
上記では、柱1及び2の各側面及び梁7〜13の上下面に独立な鋼棒43を設けて各エネルギー吸収構造21を形成したが、これに代えて、図4及び図5に示すように、鋼棒43の一部としての中間部65を柱1に埋め込んで、当該柱1に鋼棒43を固着し、鋼棒43の一端部41を、側面5に対向する側面3側の壁24に形成された凹所42に配し、鋼棒43の他端部45を、側面3側の壁24との間で柱1を挟む隣接壁である側面5の壁23に形成された凹所42に配して、一つの鋼棒43を二つのエネルギー吸収構造21に共用してもよい。なお、一つの鋼棒43を二つのエネルギー吸収構造21に共用する場合、柱1と壁33との接合部及び柱1と壁34との接合部におけるエネルギー吸収構造21は、図4及び図6に示すように、柱1の縦方向において、柱1と壁24との接合部及び柱1と壁23との接合部におけるエネルギー吸収構造21の配置位置と異なる位置に、これらと同様にして形成される。
【0042】
図4、図5及び図6に示すエネルギー吸収構造21では、鋼棒43の中間部65をしっかりと固定できて、鋼棒43の両端部41及び45をエネルギー吸収に利用できる結果、コスト低減を図り得て、効率よくエネルギー吸収をなし得る。
【0043】
図1及び図2並びに図4、図5及び図6に示すエネルギー吸収構造21では、鋼棒43を片持ち支持させているが、これに代えて、図7及び図8に示すように鋼棒43を両持ち支持してエネルギー吸収構造21を構成してもよい。
【0044】
すなわち、図7に示す柱1と壁33との接合部及び柱1と壁23及び24との接合部における各エネルギー吸収構造21では、鋼棒43の一端部41は、柱1の側面3側の壁24に埋め込まれて固着され、鋼棒43の他端部45は、柱1の側面3側の壁24との間で柱1を挟む隣接壁23に埋め込まれて固着されて、鋼棒43の中間部65は、柱1を貫通した空所としての貫通孔71に配されており、貫通孔71に鉛44が密に充填、収容されている。図8に示す柱1と壁33及び34との接合部におけるエネルギー吸収構造21も、柱1の縦方向における異なる位置で同様に形成されている。
【0045】
図7及び図8に示すエネルギー吸収構造21では、鋼棒43が両持ち構造とされて、しかも、鋼棒43の中間部65が貫通孔71に配されているために、上記と同様に、地震において貫通孔71での鋼棒43の体積変化が生じなく、振動エネルギー吸収を好ましく達成できる。
【0046】
以上の例では、凹所42、内部52又は貫通孔71に鉛44を充填したが、鉛44に代えて粘弾性体を凹所42、内部52又は貫通孔71に充填、収容してもよいのである。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、構造物の室空間を所望に確保でき、しかも、構造物の全体に分散して配置でき、したがって、一個あたりにおけるエネルギー吸収能を小さくしても、全体として大きなエネルギー吸収能を発揮でき、加えて、設置が容易である、柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態の一例の断面図である。
【図2】図1に示すII−II線断面図である。
【図3】本発明の好ましい実施の形態の他の例の断面図である。
【図4】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の断面図である。
【図5】図4に示すV−V線断面図である。
【図6】図4に示すVI−VI線断面図である。
【図7】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の図5に相当する断面図である。
【図8】本発明の好ましい実施の形態の更に他の例の図6に相当する断面図である。
【符号の説明】
1 柱
21 エネルギー吸収構造
23 壁
41 一端部
42 凹所
43 鋼棒
44 鉛
Claims (8)
- 柱及び梁のうちの少なくとも一方と壁との間の接合部におけるエネルギー吸収構造であって、一部が、柱又は梁と壁とのうちの一方に埋め込まれて固定されていると共に、この一部から柱又は梁と壁とのうちの他方に向かって突出して、当該他方に形成された空所に配された鋼棒と、柱又は梁と壁とのうちの他方に埋め込まれていると共に内部に前記空所を形成している鋼製の筒体と、鋼棒を取り囲んで前記筒体内の空所に充填された鉛又は粘弾性体とを具備しており、筒体の両端は、弾性体で閉塞されており、鋼棒は、この弾性体を摺動自在に貫通して配されており、鋼棒は、鉛又は粘弾性体に取り囲まれた部位に膨大部を有しており、柱又は梁と壁とのうちの他方には、空所に連通した穴が更に形成されており、一方では、筒体の一端を閉塞した一方の弾性体を貫通した鋼棒は、他方では、筒体の内部に形成された空所、この空所に充填されていると共に当該鋼棒の膨大部を取り囲んだ鉛又は粘弾性体及び筒体の他端を閉塞した他方の弾性体を貫通して、当該穴に摺動自在に装着されているエネルギー吸収構造。
- 鋼棒の一端部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、壁に形成された空所に配されている請求項1に記載のエネルギー吸収構造。
- 鋼棒の中間部は柱又は梁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の一端部は、壁に形成された空所に配されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に形成された空所に配されている請求項1に記載のエネルギー吸収構造。
- 鋼棒の一端部は壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の他端部は、前記壁との間で柱又は梁を挟む隣接壁に埋め込まれて固着されており、鋼棒の中間部は、柱又は梁を貫通した空所に配されている請求項1に記載のエネルギー吸収構造。
- 空所には鉛が充填されている請求項1から4のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
- 空所には粘弾性体が充填されている請求項1から4のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
- 鋼棒は、異形鋼棒からなる請求項1から6のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載のエネルギー吸収構造を具備した高層事務所ビル、集合住宅、戸建住宅等の構造物。
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