特許 6238055 建物の制振構造及びこれを備えた建物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6238055

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】建物の制振構造及びこれを備えた建物

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20171120BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20171120BHJP

   F16F 15/02 20060101ALN20171120BHJP

   F16F 15/023 20060101ALN20171120BHJP

【ＦＩ】

   E04H9/02 301

   E04G23/02 D

   !F16F15/02 C

   !F16F15/02 L

   !F16F15/023 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-210156(P2013-210156)

(22)【出願日】2013年10月7日

(65)【公開番号】特開2015-74887(P2015-74887A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(72)【発明者】

【氏名】中島 秀雄

【審査官】 津熊 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０９７１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０７０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２４７２７５（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｅ０４Ｇ ２３／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の正面視で、建物の本体梁と重なるように横方向に延設されるとともに建物の前記本体梁及び／又は建物の上下方向に延びる本体柱に固設される固定部、及び前記固定部に一端部を接続し、建物の正面視で建物の本体柱と重なるように上下方向に延設された複数の変位伝達部を備えてなり、建物の外周部の外側に配設される複数の変位伝達ユニットと、
上下に並設された一対の前記変位伝達ユニットの互いの変位伝達部の自由端である他端部側に両端をそれぞれ接続して建物の外周部の外側に配設される制振装置とを備えて構成され、
且つ、建物の任意の一階層を中間層とし、
前記中間層よりも上方の上層の本体梁に前記一対の変位伝達ユニットの一方の変位伝達ユニットの固定部を固着し、前記中間層よりも下方の下層の本体梁に他方の変位伝達ユニットの固定部を固着し、前記正面視で前記中間層の本体梁と重なるように前記制振装置を配設して構成されていることを特徴とする建物の制振構造。

【請求項2】

請求項１記載の建物の制振構造において、
前記固定部が前記本体梁との間に隙間をあけて配設され、
一端を前記固定部に他端を前記本体梁に接続して前記隙間に配設された応力伝達部材を備えて構成されていることを特徴とする建物の制振構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の建物の制振構造において、
前記変位伝達ユニット及び前記制振装置を内包するように配設され、疑似的な建物の柱及び／又は梁を形成する仕上げ用の柱・梁型を備えていることを特徴とする建物の制振構造。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の建物の制振構造を備えていることを特徴とする建物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地震などによって建物に作用した振動エネルギーを減衰させて建物の応答を低減させるための建物の制振構造及びこれを備えた建物に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば中高層建物が特大地震を受けると、建物の最弱層に損傷が生じて耐力が低下し始め、この層に地震エネルギー（振動エネルギー）が集中して層崩壊が生じ、他の層は健全性が確保されているにもかかわらず、層崩壊モードによって建物が崩壊に至るという現象が発生する。また、崩壊に至らない場合においても、最弱層の被害が甚大となり、補修による復旧が困難になる。

【0003】

これに対し、従来から、建物の柱と梁で囲まれた架構面内などに種々の制振装置（制振ダンパー、エネルギー吸収機構）を設置することにより地震時や強風時の建物の応答を低減させる対策が多用されている。

【0004】

例えば図７に示すように、建物Ｔの架構面Ｔ１内にＶ型ブレース（エネルギー伝達部材）１を設置するとともに、Ｖ型ブレース１と架構（柱（本体柱）２、梁（本体梁）３）にオイルダンパーなどの制振装置４を接続して構成した制振構造Ａが多用されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

そして、このような制振構造Ａを設置した場合には、建物Ｔに振動エネルギーが作用して層間変形が生じると、Ｖ型ブレース１から制振装置４にこの層間変形（変位、振動エネルギー）が伝達され、制振装置４によって振動エネルギーが吸収される。これにより、制振構造Ａによって建物Ｔに作用した振動エネルギーが減衰され、建物Ｔの応答が低減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−１２２２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記従来の制振構造は、特に建物外周部に取り付けると、ブレースが窓を斜めに遮ることになり、建物内側からの眺望や建物の外観の低下を招き、この点で改善の余地が残されていた。

【0008】

上記事情に鑑み、本発明は、建物内側からの眺望や建物の外観の低下を招くことなく、建物に優れた耐震性能を付与することを可能にする建物の制振構造及びこれを備えた建物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

【0010】

本発明の建物の制振構造は、建物の正面視で、建物の本体梁と重なるように横方向に延設されるとともに建物の前記本体梁及び／又は建物の上下方向に延びる本体柱に固設される固定部、及び前記固定部に一端部を接続し、建物の正面視で建物の本体柱と重なるように上下方向に延設された複数の変位伝達部を備えてなり、建物の外周部の外側に配設される複数の変位伝達ユニットと、上下に並設された一対の前記変位伝達ユニットの互いの変位伝達部の自由端である他端部側に両端をそれぞれ接続して建物の外周部の外側に配設される制振装置とを備えて構成され、且つ、建物の任意の一階層を中間層とし、前記中間層よりも上方の上層の本体梁に前記一対の変位伝達ユニットの一方の変位伝達ユニットの固定部を固着し、前記中間層よりも下方の下層の本体梁に他方の変位伝達ユニットの固定部を固着し、前記正面視で前記中間層の本体梁と重なるように前記制振装置を配設して構成されていることを特徴とする。

【0012】

さらに、本発明の建物の制振構造においては、前記固定部が前記本体梁との間に隙間をあけて配設され、一端を前記固定部に他端を前記本体梁に接続して前記隙間に配設された応力伝達部材を備えて構成されていることがより望ましい。

【0013】

また、本発明の建物の制振構造においては、前記変位伝達ユニット及び前記制振装置を内包するように配設され、疑似的な建物の柱及び／又は梁を形成する仕上げ用の柱・梁型を備えていることがさらに望ましい。

【0014】

本発明の建物は、上記のいずれかの建物の制振構造を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の建物の制振構造及びこれを備えた建物においては、従来の架構面内に設置するＶ型ブレースなどのブレースを用いず、変位伝達ユニットや、回転慣性質量ダンパー、鋼材ダンパー、オイルダンパー等の制振装置の全てが建物の外周部（本体柱、本体梁）の外側に配置され、且つ建物の正面視で変位伝達ユニットが建物の本体梁や本体柱と重なるように配設されるため、建物の窓からの眺望を妨げることなく、建物の制振性能（耐震性能）を高めることが可能になる。

【0016】

また、制振装置に２階層分の層間変形を作用させることができる。このため、従来のように例えばＶ型ブレースと制振装置からなる制振構造を各階層に配置する場合と比較して倍の減衰力を得ることができる。さらに、層をまたいで変形を制御できるので各階層に配置する場合の半分の設置数で同じ制振効果を得ることができる。さらに、これらの相乗効果により、制振装置１台で各階層に２台ずつ計４台配置する場合と同じ制振効果を得ることも可能になる。

【0017】

よって、本発明の建物の制振構造及びこれを備えた建物によれば、建物内側からの眺望や建物の外観の低下を招くことなく、建物に優れた耐震性能を付与することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物を示す正面図（側面図）である。

【図2】図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。

【図3】図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。

【図4】図１のＸ３−Ｘ３線矢視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物の変更例を示す正面図（側面図）である。

【図6】本発明の一実施形態に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物の変更例を示す正面図（側面図）である。

【図7】従来の建物の制振構造を示す正面図（側面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物について説明する。

【0020】

本実施形態の建物の制振構造Ｂは、図１に示すように、地震時（あるいは強風時）に例えばオフィスビルやマンションなどの多層構造の建物Ｔに作用した地震エネルギー（振動エネルギー）を吸収して減衰させ、建物Ｔの応答を低減させるためのものであり、この建物Ｔの外周部の外側に設置されている。

【0021】

具体的に、本実施形態の制振構造Ｂは、図１から図４に示すように、建物Ｔの外側から建物Ｔの本体柱２及び／又は本体梁３に固着して横方向（梁の材軸方向／延設方向）Ｓ１に沿って配設される複数の固定部５、及び固定部５に一端部を固着して上下方向（柱の材軸方向／延設方向）Ｓ２に沿って配設される複数の変位伝達部６を備えてなり、建物Ｔの外周部の外側に配設される複数の変位伝達ユニット７と、上下に並設された一対の変位伝達ユニット７の互いの変位伝達部の自由端である他端部側に両端をそれぞれ接続して建物Ｔの外側に配設される複数の制振装置８、９とを備えて構成されている。

【0022】

本実施形態では、図１に示すように、変位伝達ユニット７の固定部５と変位伝達部６にＨ形鋼などの鉄骨が用いられており、各固定部５は、建物Ｔの正面視（側面視）で、建物Ｔの本体梁３と重なるように横方向Ｓ１に延設され、各変位伝達部６は、建物Ｔの本体柱２と重なるように上下方向Ｓ２に延設されている。

【0023】

さらに、各固定部５は、建物Ｔの任意の一階層の中間層を間に上層と下層の本体梁３にそれぞれ重なるように配設されるとともに、横方向Ｓ１に隣り合う３本の本体柱２に両端部と中央部をそれぞれ固着して配設されている。また、図３に示すように、本実施形態の固定部５は、本体梁３との横方向Ｓ３に適度な隙間をあけて設置され、一端を固定部５に、他端を本体梁３に接続して隙間内に複数のブレース１０が設置されている。これにより、変位伝達ユニット７の固定部５は、中間部分がブレースなどの応力伝達部材１０を介して本体梁３に接続され、建物Ｔに作用した振動エネルギー（層間変位）が確実に建物Ｔから伝達されるように配設されている。

【0024】

また、本実施形態の変位伝達ユニット７は、図１に示すように、１本の固定部５に対して３本の変位伝達部６を取り付けて形成され、２本の変位伝達部６が固定部５の両端側にそれぞれ一端部（上端部）を固着して下方に垂設され、１本の変位伝達部６が固定部５の中央部に一端部（下端部）を固着して上方に延設されている。

【0025】

一方、制振装置８、９は、図１から図４に示すように、例えば回転慣性質量ダンパー、オイルダンパー、鋼材ダンパー等であり、上下に並設された一対の変位伝達ユニット７の互いの変位伝達部６（横方向Ｓ１に隣り合う一対の変位伝達部６）の自由端である他端部に両端部をそれぞれ接続して建物Ｔの外周部の外側に架設されている。

【0026】

より具体的に、本実施形態において、制振装置８、９は、建物Ｔの正面視（側面視）で、建物Ｔの中間層を間にした上層と下層の本体梁３に沿って配設された上方の変位伝達ユニット７の固定部５に一端部を接続して垂設された変位伝達部６の他端部と、下方の変位伝達ユニット７の固定部５に一端部を接続して上方に延設された変位伝達部６の他端部とにそれぞれ両端部を接続し、中間層の本体梁３に沿って横方向Ｓ１に軸方向を向けて配設されている。

【0027】

さらに、本実施形態では、上方の変位伝達ユニット７の固定部５の横方向Ｓ１一端側に配設された変位伝達部６の他端部と、下方の変位伝達ユニット７の固定部５の横方向Ｓ１中央部に配設された変位伝達部６の他端部にそれぞれ両端部を接続して回転慣性質量ダンパー及び付加ばねを備えてなる制振装置９を設置している。また、上方の変位伝達ユニット７の固定部５の横方向Ｓ１他端側に配設された変位伝達部６の他端部と、下方の変位伝達ユニット７の固定部５の横方向Ｓ１中央部に配設された変位伝達部６の他端部にそれぞれ両端部を接続してオイルダンパーの制振装置８を設置している。すなわち、異なる種類の制振装置８、９を並設して制振構造Ｂが構成され、この場合には各制振装置８、９の性能、特長を活かし、効果的に制振性能の向上を図ることが可能になる。

【0028】

ここで、本実施形態のように制振装置９（減衰装置）として回転慣性質量ダンパー等の質量系のダンパーを用いる場合には、変位伝達ユニット７の剛性を、質量系ダンパーを建物の固有周期と同調させるためのバネ、又はバネの一部として活用することが可能である。このため、本実施形態において、変位伝達ユニット７がバネとして働く場合は、制振装置９から構成要素として付加ばねをなくすことも可能である。

【0029】

さらに、本実施形態の建物の制振構造Ｂ及び建物Ｔにおいては、図２から図４に示すように、変位伝達ユニット７及び制振装置８、９を内包するように配設され、疑似的な建物Ｔの柱及び／又は梁を形成する仕上げ用の柱・梁型１１を備えている。これにより、建物Ｔの外周部の外側に変位伝達ユニット７や制振装置８、９を設置するようにしても、仕上げ用の柱・梁型１１によって建物Ｔの外観を好適に確保することができる。

【0030】

上記構成からなる本実施形態の建物の制振構造Ｂ（及びこれを備えた建物Ｔ）においては、地震や強風などによって建物Ｔに振動エネルギーが作用した際に、建物Ｔの本体梁３や本体柱２の層間変形に応じて変位伝達ユニット７の固定部５及び変位伝達部６が変位し、これら部材の変位が制振装置８、９に伝達され、振動エネルギーが吸収される。

【0031】

これにより、確実に制振装置８、９に層間変位（振動エネルギー）が伝達されて吸収され、建物Ｔの応答を低減させることが可能になる。

【0032】

したがって、本実施形態の建物の制振構造Ｂ及びこれを備えた建物Ｔにおいては、従来の架構面Ｔ１内に設置するＶ型ブレースなどのブレースを用いず、変位伝達ユニット７や、回転慣性質量ダンパー、鋼材ダンパー、オイルダンパー等の制振装置８、９の全てが建物Ｔの外周部（本体柱２、本体梁３）の外側に配置され、且つ建物Ｔの正面視で変位伝達ユニット７が建物Ｔの本体梁３や本体柱２と重なるように配設されるため、建物Ｔの窓からの眺望を妨げることなく、建物Ｔの制振性能（耐震性能）を高めることが可能になる。

【0033】

また、制振装置８、９に２階層分の層間変形を作用させることができる。このため、従来のように例えばＶ型ブレースと制振装置からなる制振構造Ａを各階層に配置する場合と比較して倍の減衰力を得ることができる。さらに、層をまたいで変形を制御できるので各階層に配置する場合の半分の設置数で同じ制振効果を得ることができる。さらに、これらの相乗効果により、制振装置１台で各階層に２台ずつ計４台配置する場合と同じ制振効果を得ることも可能になる。

【0034】

よって、本実施形態の建物の制振構造Ｂ及びこれを備えた建物Ｔによれば、建物Ｔ内側からの眺望や建物Ｔの外観の低下を招くことなく、建物Ｔに優れた耐震性能を付与することが可能になる。

【0035】

また、変位伝達ユニット７や制振装置８、９を仕上げ用の柱・梁型１１で囲うことにより、確実に建物Ｔの外観を好適に確保することが可能になる。

【0036】

さらに、変位伝達ユニット７の固定部５と建物Ｔの本体梁３を応力伝達部材１０で接続することにより、応力伝達部材１０で水平力を確実に伝達させることが可能になるとともに、制振構造Ｂと本体柱２、本体梁３との距離によって生じる偏芯モーメントに対して抵抗させることができる。これにより、地震や強風などによって建物Ｔに作用した振動エネルギー、層間変位を効率的且つ効果的に変位伝達ユニット７、ひいては制振装置８、９に伝達することができる。よって、より確実且つ効果的に建物Ｔの制振性能を高めることが可能になる。なお、本実施形態では応力伝達部材１０がブレースであるように図示しているが、本発明に係る応力伝達部材は水平力を確実に伝達させることが可能になるとともに、制振構造Ｂと本体柱２、本体梁３との距離によって生じる偏芯モーメントに対して抵抗させることが可能であればよく、ブレースに限定する必要はない。

【0037】

また、制振装置９として回転慣性質量ダンパーを用い、建物Ｔの周期と同調させることにより、変位伝達ユニット７の剛性を同調用のバネまたはバネの一部として使用することができる。これにより、さらに確実且つ効果的に、建物Ｔの制振性能を高めることが可能になる。

【0038】

さらに、既存建物Ｔに制振構造Ｂを設けて耐震改修を行う場合においても、建物外部での工事が主であるので、建物Ｔの入居者、使用者に対する影響が少ない。よって、好適に既存建物Ｔの耐震改修を行うことが可能になる。

【0039】

以上、本発明に係る建物の制振構造及びこれを備えた建物の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0040】

例えば、図５に示すように、一端、中間部、他端を本体梁３及び／又は本体柱２に固着して横方向ｓ１に延設される固定部５と、固定部５の一端側に一端部（下端部）を接続して上方に延設される変位伝達部６と、固定部５の他端側に一端部（上端部）を接続して下方に垂設される変位伝達部６を備えて変位伝達ユニット７を形成するとともに、上下に配設された複数の変位伝達ユニット７の変位伝達部６の自由端である他端部に両端部をそれぞれ接続して制振装置８、９を設置して、建物の制振構造Ｂを構成するようにしてもよい。

【0041】

この場合においても、本実施形態と同様、建物Ｔの層間変形により変位伝達部６に生じる曲げモーメントを、これを接続した固定部５で抵抗させて受けることができる。これにより、確実に制振装置８、９で振動エネルギーを吸収させ、建物Ｔの応答を低減させることが可能になる。

【0042】

また、図６に示すように、一端、中間部、他端を本体梁３及び／又は本体柱２に固着して横方向Ｓ１に延設された固定部５と、固定部５の一端側に一端部（下端部）を接続して上方に延設された変位伝達部６と、固定部５の他端側に一端部（上端部）を接続して下方に垂設された変位伝達部６と、固定部５の中間部に所定の間隔をあけ、それぞれ一端部（上端部又は下端部）を接続して上方あるいは下方に延設された変位伝達部６を備えて変位伝達ユニット７を形成するとともに、上下に配設された複数の変位伝達ユニット７の隣り合う変位伝達部６の他端部に両端部をそれぞれ接続して制振装置８、９を設置して、建物の制振構造Ｂを構成するようにしてもよい。

【0043】

そして、このように制振構造Ｂを構成する場合においても、建物Ｔの層間変形により変位伝達部６に生じる曲げモーメントを、これを接続した固定部５で抵抗させて受けることができる。これにより、確実に制振装置８、９で振動エネルギーを吸収させ、建物Ｔの応答を低減させることが可能になる。

【0044】

また、図５に示した変位伝達ユニット７（制振構造Ｂ）を、本実施形態や図７に示すように軸対称に展開してゆくことで、任意のスパン（柱間長さ、固定部５の長さ）での部材配置が可能になる。

【符号の説明】

【0045】

１ Ｖ型ブレース
２ 本体柱（柱）
３ 本体梁（梁）
４ 制振装置
５ 固定部
６ 変位伝達部
７ 変位伝達ユニット
８ 制振装置
９ 制振装置
１０ 応力伝達部材
１１ 仕上げ用の柱・梁型
Ａ 従来の建物の制振構造
Ｂ 建物の制振構造
Ｓ１ 横方向
Ｓ２ 上下方向
Ｓ３ 横方向
Ｔ 建物
Ｔ１ 架構面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】