JPH10140873A - 建築物の制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制振性能に優れ、また、従来一般の架構と同
様な外観および形態で設置可能であり、さらに、ダンパ
ー材料が容易に交換可能であるとともに、メインテナン
スが容易であり、大地震から微少振動までの建築物に生
じる振動を効果的に吸収できるような建築物の制振構造
を提供する。 【解決手段】 柱と梁からなる建築物の架構内の左右の
柱と上下の梁で囲まれた開口部内に、ブレースが設置さ
れてなり、該ブレースは、柱または梁からなる構造材の
一方の側に固定された一方のブレース構成材８と、同他
方のブレース構成材９と、ブレース構成材８、９間に介
装された粘弾性体１７とを備えて構成されることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の架構にお
いて、地震動を始めとした振動を吸収するための建築物
の制振構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、建築物を始めとする構造物には、
従来にも増して安全性・信頼性が求められており、その
ため、これらの構造物において生じる地震動を始めとし
た振動を吸収・制御する制振構造については、種々の提
案が行われている。

【０００３】これらの制振構造のうち、特に、構造物内
にダンパーを設置して、構造物内に生じる振動エネルギ
ーを吸収しようとしたものが広く知られている。これら
のダンパーは、構造物を構成する壁、柱や梁の一部、あ
るいは屋上や基礎部分に設置されるのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なダンパーは、その振動吸収特性が優れたものほど望ま
しく、なるべく効率よく振動を吸収できるようなダンパ
ーを利用した制振構造が望まれていた。さらに、近年に
おいては、このようなダンパーの構成材料として、新し
い材料が数多く開発されつつあることから、将来、より
効果的な材料が開発された場合を想定して、ダンパーを
新しいものと容易に交換可能であるような建築物の制振
構造が求められていた。

【０００５】一方、上記のようなダンパーは、その設置
目的上、振動を効率よく吸収するように設置してやる必
要があり、そのため、その設置箇所が限定されたり、あ
るいは他の装置を用いて、振動を効率よく吸収できるよ
うに設置してやる必要があった。さらに、このことによ
り、建築物の構造計画、建築計画に支障をきたすことが
あることから、従来一般の架構と同様な外観および形態
で容易に建築物内部に設置できる制振構造が望まれてい
た。

【０００６】また、上記のようなダンパーとしてオイル
ダンパーを使用した場合には、定期点検が必要であり、
鋼材ダンパー等の履歴ダンパーを使用した場合には、ダ
ンパー部分が変形した際には、摩耗や残留変形のためダ
ンパー部分を取り替えることが必要であることから、メ
インテナンスのより容易なダンパーを使用した建築物の
制振構造が望まれていた。

【０００７】さらに、建築物において発生する振動は、
大規模な地震を原因とするものだけでなく、中小地震や
風等による振動も考えられ、これらは、架構そのものの
健全性にまで影響を及ぼさずとも、建築物内部の居住性
に悪影響を及ぼすため、これらの振動を効率よく吸収す
るような建築物の制振構造が求められていた。

【０００８】本発明は、上記のような事情に鑑み行われ
たもので、その目的は、制振性能に優れ、また、従来一
般の架構と同様な外観および形態で設置可能であり、さ
らに、ダンパー材料が容易に交換可能であるとともに、
メインテナンスが容易であり、大地震から微少振動まで
の建築物に生じる振動を効果的に吸収できるような建築
物の制振構造を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわ
ち、請求項１記載の建築物の制振構造は、柱と梁からな
る建築物の架構内の左右の柱と上下の梁で囲まれた開口
部内に、ブレースが設置されてなり、該ブレースは、柱
または梁からなる構造材の一方の側に固定された一方の
ブレース構成材と、同他方のブレース構成材と、これら
各ブレース構成材間に介装された粘弾性体とを備えて構
成されていることを特徴とする。

【００１０】この建築物の制振構造は、上記のような構
成とされているために、地震等によって建築物の架構に
振動が生じた場合、粘弾性体がダンパーの役割を果たす
ことによって、この振動を吸収することが可能である。
特に、この粘弾性体をブレースの中間に介装したことに
より、外観上は、従来の一般の構造物に使用されるブレ
ースと全く変わりのないものとすることができる。

【００１１】請求項２記載の建築物の制振構造は、請求
項１記載の建築物の制振構造であって、前記一方のブレ
ース構成材は、断面矩形の第一の鋼製管状体からなると
ともに、前記他方のブレース構成材は、前記第一の鋼製
管状体に挿入された断面矩形の第二の鋼製管状体からな
り、前記粘弾性体は、前記一方のブレース構成材の外面
と前記他方のブレース構成材の内面との間に介装されて
いることを特徴とする。

【００１２】また、請求項３記載の建築物の制振構造
は、請求項１記載の建築物の制振構造であって、前記一
方のブレース構成材は、断面十字形の鋼材からなり、前
記他方のブレース構成材は、前記一方のブレース構成材
の外面に対向して配置された鋼板からなり、これら一方
のブレース構成材および他方のブレース構成材の間に、
前記粘弾性体が介装されていることを特徴とする。

【００１３】これらの建築物の制振構造においては、上
記のような構成とされているため、地震等により建築物
を構成する架構に振動が加わった場合に、この振動によ
って、架構に固定された第一、第二のブレース構成材が
変位し、その結果、粘弾性体においてせん断変形が生じ
る。このことにより、粘弾性体が架構の振動エネルギー
を吸収することが可能となる。

【００１４】請求項４記載の建築物の制振構造は、請求
項２または３に記載された建築物の制振構造であって、
前記一方のブレース構成材と前記他方のブレース構成材
とのオーバーラップ領域の端部には、該一方のブレース
構成材および該他方のブレース構成材間に、該一方のブ
レース構成材および該他方のブレース構成材の軸方向の
相対変位を許容し、該軸方向に交差する方向の相対変位
を規制するガイドシューが設けられていることを特徴と
する。

【００１５】この建築物の制振構造は、上記のような構
成とされているため、架構に振動が加わった場合に、第
一、第二のブレース構成材および粘弾性体からなるダン
パー部分の曲げ変形が防止され、そのかわりに、第一、
第二のブレース構成材が軸方向に相対変位することとな
る。このことにより、粘弾性体にせん断変形が加えら
れ、粘弾性体が良好に架構の振動エネルギーを吸収する
ことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を、図面に基づいて説明する。図５は、本発明の一実施
の形態を模式的に示す図面である。図中、符号１は、建
築物を構成する架構であり、架構１における柱２および
梁３によって囲まれた開口部４にはブレース５が設置さ
れている。ブレース５は、架構１に固定されたＨ形鋼か
らなる一対の端部構成材６、およびそれらの中間に架設
されたダンパー部７から構成されている。

【００１７】図１は、ダンパー部７の主要部の詳細を拡
大して示した断面図である。図中に示すようにダンパー
部７は、ブレース構成材８、９を備えた構成とされる。
ブレース構成材８は、断面矩形の第一の鋼製管状体１０
からなるものであり、その一方の端部が、図５に示した
ようにスプライスプレート１１および高力ボルト１２に
よって端部構成材６に接合されたものである。また、ブ
レース構成材９は、端部材１３と断面矩形の第二の鋼製
管状体１４とを接合してなるものである。端部材１３は
断面Ｈ形の鋼製部材であり、その一端は、図５に示した
ようにスプライスプレート１１および高力ボルト１２に
よって端部構成材６に接合され、またその他端は、図１
に示すように、第二の鋼製管状体１４と接合されてい
る。このとき、端部材１３は、そのウェブ１３ａが、第
二の鋼製管状体１４の内部にまで伸びた状態で、第二の
鋼製管状体１４と接合される。さらに、この接合を補強
するためにリブ１５が設けられている。

【００１８】第一、第二の鋼製管状体１０、１４は、第
一の鋼製管状体１０の内側に第二の鋼製管状体１４が挿
入された状態で配置される。また、このように配置が行
われることによって、第一、第二の鋼製管状体１０、１
４によってオーバーラップ領域１６が形成されることと
なる。

【００１９】オーバーラップ領域１６における、第一の
鋼製管状体１０の外面および第二の鋼製管状体１１の内
面との間には、ゴムアスファルトからなる粘弾性体１７
が介装され、また、粘弾性体１７の端部には、ガイドシ
ュー１８が設けられている。

【００２０】図２は、図１におけるＡ−Ａ断面の形状を
示した図であり、粘弾性体１７は、この図に示すよう
に、角形鋼管からなる第一、第二の鋼製管状体１０、１
４の間に、充填される。これらを成形するにあたって
は、第一、第二の鋼製管状体１０、１４の間をセパレー
タやベアリングなどで離間させ、この間に加熱し液状化
させた粘弾性体１７を流し込み成形するようにすればよ
い。また、図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面の形状を示
した図であり、ガイドシュー１８は、図３に示すよう
に、第一、第二の鋼製管状体１０、１４の間に配置され
る。

【００２１】図１におけるガイドシュー１８およびその
近傍の状態を拡大して図示したのが、図４である。図４
に示すようにガイドシュー１８は、第一の鋼製管状体１
０に鋼板１９を介して設置されたテフロン系材料からな
る滑り材２０と、第二の鋼製管状体１４に設置されたＳ
ＵＳ３０４材によって構成されるステンレスプレート２
１を有してなるものであり、滑り材２０とステンレスプ
レート２１とは互いに固定されず単に当接されるのみと
されるため、これらの間に滑りが発生することが可能と
なっている。図から明らかなように、ガイドシュー１８
は、第一、第二の鋼製管状体１０、１４の軸方向の相対
変位を許容するとともに、これらの軸方向に交差する方
向の相対変位を規制する構成とされている。

【００２２】以上が本実施の形態の主要な構成である
が、次に、本実施の形態の機能について説明する。建築
物を構成する架構１に、地震や風等の理由により振動が
発生した場合、架構１に固定された端部構成材６を介し
て、ダンパー部７にも振動が発生することになる。この
とき、ダンパー部７には、軸力とともに曲げモーメント
も作用するが、ガイドシュー１８によって、ブレース構
成材８、９の軸方向以外の相対変位が規制されているた
め、ブレース構成材８、９は、曲げ変形することなく、
軸方向に相対変位しながら振動する。

【００２３】ブレース構成材８、９が軸方向に振動する
ことにより、第一、第二の鋼製管状体１０、１４の間に
介装された粘弾性体１７は、せん断変形しながらその振
動エネルギーを吸収する。これにより、ブレース構成材
８、９と端部構成材６を介して連結された架構１におけ
る振動エネルギーが、粘弾性体１７によって吸収される
こととなる。

【００２４】以上説明したように、本実施の形態におい
ては、建築物の架構１中に設けられたブレース５に粘弾
性体が介装されることによって、制振構造が得られる。
したがって、その外観上の形態は、接合部を含めて一般
の鉄骨構造において見られるブレースの場合と同じであ
る。このため、従来の制振構造と比較しても、設置箇所
が特別に限定されたり、また、振動を効率よく吸収する
ために他の装置・構造を用いたりする必要がなく、容易
に設置を行うことができる。また、このようなことか
ら、これを建築物内部に設置するにあたっては、構造計
画、建築計画上の特別な制約がないばかりでなく、従来
の耐震設計と同様の設計作業で、本実施の形態の建築物
の制振構造を、計画内に盛り込むことができる。

【００２５】また、本実施の形態の建築物の制振構造
は、ブレース５として建築物内部に設置され、また、端
部構成材６の中間に、ダンパー部７がスプライスプレー
ト１１および高力ボルト１２によって固定・架設された
構成とされていることから、このダンパー部７を容易に
交換することが可能である。したがって、将来より効果
的なダンパー材料が開発された場合には、新しいダンパ
ーと交換することができるだけでなく、ダンパー部７
を、他の部材と交換することによって、建築物全体の振
動減衰特性および水平耐力の調整を行うことが可能であ
る。例えば、建築物の水平耐力を増加させたい場合に
は、ダンパー部７を一般の鋼材と交換すればよく、ま
た、ダンパー部７を、極軟鋼（極低降伏点鋼）によって
構成した部材と交換することによって、履歴減衰に期待
した鋼材ダンパーとすることもできる。また、本実施の
形態の建築物の制振構造は、ブレース５として建築物内
部に設置されるため、既存建築物の耐震補強を行う際に
も容易に利用することが可能である。

【００２６】さらに、本実施の形態においては、ダンパ
ーとして粘弾性体１７が用いられていることから、オイ
ルダンパーのように定期点検が要らず、また、鋼材ダン
パーなどのように、建築物に振動が作用することによっ
て、変形して交換が必要となるということもない。この
ため、本実施の形態の建築物の制振構造は、基本的にメ
ンテナンスフリーとすることができる。さらに、ダンパ
ーとして粘弾性体１７が使用されているために、中小地
震や風荷重などにも有効な制振構造とすることができ、
建築物における居住性の向上を図ることができる。

【００２７】また、粘弾性体１７は、粘性とともに弾性
剛性を有しているため、地震等により架構１に振動が生
じた場合にも、架構１に対して復元力を与えることがで
き、したがって、地震後にも、架構１に残留変形が残り
にくい。このため、本実施の形態を建築物に適用するこ
とによって、建築物にとって有害な地震後の残留変形を
防止し、地震後も建築物の機能を維持するようにするこ
とができる。

【００２８】また、本実施の形態においては、ダンパー
部７以外にピン等の可動部がなく、エネルギーロスのほ
とんどない単純な機構が採用されているために、架構１
における振動が効率よく粘弾性体１７に伝達され、した
がって良好な振動減衰効果が発揮可能である。

【００２９】さらに、本実施の形態においては、ダンパ
ー部７が上記のような構成とされているため、この部分
を工場において一体化して製作、運搬することが可能で
あり、現地におけるダンパー取付作業を必要としない。
したがって、他の制振構造に比較して工程的に有利であ
るとともに、通常の鉄骨を利用したブレース構造と比較
しても、工期や、仮設工事に関して全くデメリットのな
いものとすることができる。

【００３０】また、本実施の形態においては、ブレース
構成材８、９のオーバーラップ領域１６の端部にガイド
シュー１８が設けられており、これらによって、粘弾性
体１７に圧縮、引張、ねじり変形等が加わらず、せん断
変形のみを生じさせることが可能であり、このことによ
り、粘弾性体１７が有効にその機能を発揮することが可
能とされる。

【００３１】このように、本実施の形態の建築物の制振
構造は、建築物における振動を効果的に減衰させること
が可能である。したがって、通常の鉄骨構造と比較し
て、構造材の断面を縮小化することも可能であり、その
結果として建築物のコストダウンに貢献することも可能
である。

【００３２】以上において、本発明の実施の形態の一例
を示したが、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、要求される制振機能や建築物の形状
などに対応して、その材料、形状あるいは設置形態等の
変更が可能である。例えば、上記の実施の形態において
は、粘弾性体１７の材質としてゴムアスファルトが用い
られているが、その代わりに、高減衰ゴムなどを用いる
ようにしてもよい。

【００３３】また、上記実施の形態における第一、第二
の鋼製管状体１０、１４の形状を図６のように変更して
もよい。図６（ａ）は、図２に示したダンパー部７の断
面形状を変更したもので、第一の鋼製管状体１０は、一
対の鋼板２２と一対の溝形鋼２３を高力ボルト２４を用
いて締結することにより形成される。また、ダンパー部
７の成形にあたっては、図６（ｂ）に示すように、角形
鋼管からなる第二の鋼製管状体１４を、粘弾性体シート
２５上に配置し、次いで、この第二の鋼製管状体１４
を、粘弾性体シート２５上で矢印で示すような方向に転
がすことによって、第二の鋼製管状体１４外面に粘弾性
体シート２５を巻き付け、その上で溝形鋼２３を側面か
ら押しつけ、さらに鋼板２２を配置し、これら溝形鋼２
３および鋼板２２を高力ボルト２４によって接合し一体
化するようにすればよい。

【００３４】また、ブレース構成材８、９自体の形状を
図７のように変形することも可能である。図７は、図６
（ａ）と同様に、ダンパー部７の形状を、上記実施の形
態から変更した場合の例を示したものであり、この場
合、ブレース構成材８は、その少なくとも一部が断面十
字形の鋼材２６によって形成され、ブレース構成材９
は、その少なくとも一部が四組のＬ形鋼からなる鋼板２
７によって形成される。また、粘弾性体１７はこれらの
間に配置されている。図７に示したようなダンパー部７
を形成するためには、鋼材２６の外面に粘弾性体１７を
張り付け、そのさらに外側から鋼板２７をあて、これら
を固定するために、タイプレート２８を用いて鋼板２７
の端部同士を相互に連結するようにすればよい。

【００３５】以上、上記実施の形態における粘弾性体１
７の材質およびダンパー部７の形状の変形例を示した
が、本発明の建築物の制振構造は、図５のように設置さ
れるだけでなく、建築物の形状や要求される制振機能等
に応じて図８のように建築物内部の柱２および梁３によ
って形成された開口部４に設置するようにしてもよい。
図８において（ａ）は、図５において示したブレース５
の設置形態（Ｋ型）と同様の設置形態であるが、その他
にも（ｂ）（ノ型）や、（ｃ）（偏心ノ型）、（ｄ）
（偏心Ｋ型）のようにブレース５を設置するようにして
もよい。また、（ｅ）は、ブレース５をトラス構造２９
のラチス材として使用した場合の例を示したものであ
り、このようにすることによって大スパン構造の振動を
抑制することも可能である。

【００３６】また、ガイドシュー１８の構造は、必ずし
も図４に示したようなものである必要はなく、図９に示
したように、ベアリングシュー３０を用いるようにして
もよい。この場合、ベアリングシュー３０は、ブレース
構成材９に溶接され、ブレース構成材８には加工を加え
る必要はない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る建
築物の制振構造は、粘弾性体が介装されたブレースを建
築物内部に配置する構造とされているため、従来一般の
建築物と同様の外観および形態で施工することができ
る。そのため構造計画、建築計画上の特別な制約がな
く、従来の制振構造と比較しても、設置箇所が限定され
たり、また、振動を効率よく吸収するために他の装置・
構造を用いたりする必要がなく、容易に設置を行うこと
ができる。また、従来の耐震設計と同様の設計作業で、
本発明の建築物の制振構造を、計画内に盛り込むことも
可能とされる。また、既存建築物の耐震補強を行う際に
も、本発明を容易に利用することが可能である。また、
この建築物の制振構造は、架構に対して固定されたブレ
ース構成材間に粘弾性体が介装される構成とされている
ことから、将来より効果的なダンパー材料が開発された
場合に、これらを新しい材料を利用したものと容易に交
換することが可能である。さらに、ダンパーとして粘弾
性体が用いられていることから、基本的にメンテナンス
フリーとすることができ、また、中小地震や風荷重に対
しても有効であり、このため、建築物における居住性の
向上を図ることができる。また、粘弾性体は、粘性とと
もに弾性剛性を有しているため、地震等により架構に振
動が生じた場合にも、架構に対して復元力を与えること
ができ、このため、本発明を建築物に適用することによ
って、建築物にとって有害な地震後の残留変形を防止
し、地震後も建築物の機能を維持するようにすることが
できる。

【００３８】請求項２および請求項３に係る建築物の制
振構造によれば、粘弾性体およびブレース構成材の接合
部以外にエネルギーロスのほとんどない単純な機構が採
用されているために、架構における振動が効率よく粘弾
性体に伝達され、したがって請求項１に係る発明が良好
に実施可能である。さらに、これらの発明においては、
粘弾性体およびブレース構成材の部分を工場において一
体化して製作、運搬することが可能であり、現地におけ
るダンパー取付作業が必要とされず、他の制振構造に比
較して工程的に有利であるとともに、通常の鉄骨を利用
したブレース構造と比較しても、工期や、仮設工事に関
して全くデメリットのないものとすることができる。

【００３９】請求項４に係る建築物の制振構造によれ
ば、ブレース構成材のオーバーラップ領域の端部にガイ
ドシューが設けられることから、粘弾性体に圧縮、引
張、ねじり変形等が加わらず、せん断変形のみを生じさ
せることが可能であり、このことにより、請求項２また
は３に係る発明が有効にその機能を発揮することが可能
とされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す、ブレ
ース構成材の主要部および粘弾性体の側断面図である。

【図２】 図１に示したブレース構成材および粘弾性体
の軸方向の断面図である。

【図３】 図１に示したブレース構成材および粘弾性体
の軸方向の断面図である。

【図４】 図１に示したブレース構成材間に設置される
ガイドシューおよびその近傍の状況を拡大して示した側
断面図である。

【図５】 本発明の建築物の制振構造の外観を示す図で
ある。

【図６】 本発明におけるブレース構成材および粘弾性
体の、図１および図２に示したものとは別の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、そ
の製作方法を示す図である。

【図７】 本発明におけるブレース構成材および粘弾性
体において、図１および図２ならびに図６に示したもの
とは別の実施の形態を示す断面図である。

【図８】 本発明の建築物の制振構造の設置形態の例を
示す図である。

【図９】 本発明におけるガイドシューの、図４に示し
たものとは別の実施の形態を示した図である。

【符号の説明】

１ 架構 ２ 柱 ３ 梁 ４ 開口部 ５ ブレース ８、９ ブレース構成材 １０ 第一の鋼製管状体 １４ 第二の鋼製管状体 １７ 粘弾性体 １８ ガイドシュー ２６ 鋼材 ２７ 鋼板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱と梁からなる建築物の架構内の左右の
   柱と上下の梁で囲まれた開口部内に、ブレースが設置さ
   れてなり、 該ブレースは、柱または梁からなる構造材の一方の側に
   固定された一方のブレース構成材と、同他方のブレース
   構成材と、これら各ブレース構成材間に介装された粘弾
   性体とを備えて構成されていることを特徴とする建築物
   の制振構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建築物の制振構造であっ
   て、前記一方のブレース構成材は、断面矩形の第一の鋼
   製管状体からなるとともに、前記他方のブレース構成材
   は、前記第一の鋼製管状体に挿入された断面矩形の第二
   の鋼製管状体からなり、 前記粘弾性体は、前記一方のブレース構成材の外面と前
   記他方のブレース構成材の内面との間に介装されている
   ことを特徴とする建築物の制振構造。
3. 【請求項３】 請求項１記載の建築物の制振構造であっ
   て、前記一方のブレース構成材は、断面十字形の鋼材か
   らなり、前記他方のブレース構成材は、前記一方のブレ
   ース構成材の外面に対向して配置された鋼板からなり、 これら一方のブレース構成材および他方のブレース構成
   材の間に、前記粘弾性体が介装されていることを特徴と
   する建築物の制振構造。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載された建築物の
   制振構造であって、 前記一方のブレース構成材と前記他方のブレース構成材
   とのオーバーラップ領域の端部には、該一方のブレース
   構成材および該他方のブレース構成材間に、該一方のブ
   レース構成材および該他方のブレース構成材の軸方向の
   相対変位を許容し、該軸方向に交差する方向の相対変位
   を規制するガイドシューが設けられていることを特徴と
   する建築物の制振構造。