(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
左右の柱と上下の梁とで囲繞された壁空間に制振架構を配設し、この制振架構に剛性の高い保持架構を連結して配設し、前記制振架構と前記保持架構とを枢軸を介して回動可能に連結して、構成した制振構造であって、
前記制振架構は、前記左右の柱及び前記上下の梁と同一平面上に設置しないことを特徴とする制振構造。
前記保持架構は、垂直杆と、上側杆と、下側杆と、から構成され、前記上側杆の先端部と前記下側杆の基端部とに亘ってブレースを配設して、構成したことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の制振構造。
【背景技術】
【0002】
従来、ビル、マンション等の建築物において、地震、強風等の大きな外力が負荷された場合に、その外力を低減して建築物の振動を緩和、減衰する制振構造として、柱と梁とで囲繞された壁空間に制振装置を配設する制振構造が知られている。
【0003】
例えば、
図7に示すように、V型を呈する支持部材106の両上端部を上側梁104の両端部に固着し、その下端部を下側梁105の中間部近傍に位置させ、左側柱102の下端部と前記支持部材106の下端部との間にオイルダンパー107を設置した、シアリンク型制振構造101はよく知られている(特許文献1参照)。
【0004】
このシアリンク型制振構造101では、地震、強風等の大きな外力が負荷された場合、
図8(B)に示すように、左右の柱102,103が水平方向に揺動するため、上側梁104と下側梁105との間で水平方向のズレδが生じる(層間変形)。
このズレδの量だけオイルダンパー107のロッドが伸長するが、その際、オイルによる抵抗によって、外力を低減させ、振動を減衰させるものである。
【0005】
他の形態としては、
図9(A)に示すように、上側梁204の右端部と下側梁205の左端部とにブレース206(筋交い)を架け渡し、そのブレース206の中間部にオイルダンパー207を設置した、筋交いL型制振構造201(特許文献2参照)、
図9(B)に示すように、上側梁304の左端部と下側梁305の中間部とに、及び、上側梁304の右端部と下側梁305の中間部とにブレース306,307(筋交い)を架け渡し、それらブレース306,307の中間部にオイルダンパー308,309を設置した、筋交いV型制振構造301も知られている。
【0006】
これら制振構造においても、大きな外力が負荷され、左右柱202,203(302,303)が水平方向に揺動し、上側梁204(304)と下側梁205(305)とで水平方向のズレが生じると、オイルダンパー207(308,309)のロッドが伸長又は縮長して、外力を低減させ、振動を減衰させる。
【0007】
さらに、
図10(A)に示すように、上下梁404,405間に間柱406,407を配設し、その間柱406,407の中間部に鋼製の板状部材408を設置した、間柱型制振構造401、
図10(B)に示すように、上下梁504,505間に鋼製の板状部材506を設置した、壁型制振構造501も知られている。
【0008】
これら制振構造においては、大きな外力が負荷され、左右柱402,403(502,503)が水平方向に揺動し、上側梁404(504)と下側梁405(505)とで水平方向のズレが生じると、鋼製の板状部材408(506)が剪断変形し、その剪断応力によって、外力を低減させ、振動を減衰させるものである。
【0009】
【特許文献1】特開2003−301624号公報
【特許文献2】特開2002−213100号公報
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の制振構造の好適な実施形態について、以下、図面を参照して説明する。
【0022】
[実施形態1]
図1は、本発明の制振構造の一実施形態を示すものであって、(A)は平面図、(B)は正面図である。
本発明の制振構造1は、
図1に示すように、左右の柱2,3と上下の梁4,5とで囲繞された壁空間に配設される。そして、制振構造1は、
図1(B)に示すように、制振架構10及び保持架構20,30を左右の柱2,3及び上下の梁4,5によって画成された平面より外方に配設したものである。
本発明の制振構造が従来の制振構造と相違する点は、支持部材とオイルダンパーとから成る制振架構の両側に、枢軸を介して剛性の高い保持架構を配設した点である。
【0023】
制振架構10は、
図1に示すように、上側杆11と、下側杆12と、V型を呈する支持部材13と、オイルダンパー14と、から構成してある。
【0024】
上側杆11は、その両端部に連結片15,15を突設してあり、下側杆12も、その両端部に連結片16,16を突設してある。
【0025】
支持部材13は、その両上端部を前記上側杆11の両端部に固着してあり、その下端部を前記下側杆32の中間部近傍に位置させてある。
【0026】
オイルダンパー14は、前記上側杆11及び下側杆12と平行状に配設してあり、その一端部を前記支持部材13の下端部に固定してある。
【0027】
保持架構20は、
図1に示すように、垂直杆21と、上側杆22と、下側杆23と、ブレース(筋違)24と、から構成してある。
【0028】
前記垂直杆21の上端部に前記上側杆22の先端部を固着し、垂直杆21の下端部に前記下側杆23の先端部を固着してある。
又、垂直杆21の上端部に連結片25を突設すると共に、下端部にも連結片26を突設してある。
【0029】
そして、前記上側杆22の基端部を左側の柱2の上端部に固着し、前記下側杆23の基端部を左側の柱2の下端部に固着してある。
【0030】
さらに、ブレース(筋違)24の一端部を前記垂直杆21と前記上側杆22との連結部に固着し、ブレース(筋違)24の他端部を前記柱2と前記下側杆23との連結部に固着してある。
【0031】
保持架構20は、以上のような構成なので、左側の柱2と、垂直杆21と、上側杆22と、斜めに配設したブレース(筋違)24とによって、剛性の高い枠体が構成されることになる。
よって、大きな外力が負荷された場合にも、この保持架構20は、殆ど変形しない剛性構造となっている。
【0032】
保持架構30は、
図1に示すように、垂直杆31と、上側杆32と、下側杆33と、ブレース(筋違)34と、から構成してある。
【0033】
前記垂直杆31の上端部に前記上側杆32の先端部を固着し、垂直杆31の下端部に前記下側杆33の先端部を固着してある。
又、垂直杆31の上端部に連結片35を突設すると共に、下端部にも連結片36を突設してある。
【0034】
そして、前記上側杆32の基端部を右側の柱3の上端部に固着し、前記下側杆33の基端部を右側の柱3の下端部に固着してある。
【0035】
さらに、ブレース(筋違)34の一端部を前記垂直杆31と前記上側杆32との連結部に固着し、ブレース(筋違)34の他端部を前記柱3と前記下側杆33との連結部に固着してある。
【0036】
保持架構30は、以上のような構成なので、右側の柱3と、垂直杆31と、上側杆32と、斜めに配設したブレース(筋違)34とによって、剛性の高い枠体が構成されることになる。
よって、大きな外力が負荷された場合にも、この保持架構30は、殆ど変形しない剛性構造となっている。
【0037】
そして、上側杆11に突設した連結片15,15と垂直杆21,31に突設した連結片25,35とを枢軸41,41を介して回動自在に連結してある。
又、下側杆12に突設した連結片16,16と垂直杆21,31に突設した連結片26,36とを枢軸42,42を介して回動自在に連結してある。
【0038】
さらに、前記オイルダンパー14の他端部を前記垂直杆21の下端部寄り中間部に固着することによって、制振架構10と両側の保持架構20,30とを連結する構造となっている。
【0039】
以上のように、制振架構10は、上側杆11及び下側杆12を枢軸41,41及び枢軸42,42を介して垂直杆21,31の上端部及び下端部に連結したから、おおきな外力が負荷されて、上側杆22,32及び下側杆23,33が揺動した場合には、枢軸41,41及び枢軸42,42を中心として、上側杆11及び下側杆12が適宜回動するようになっている。
【0040】
一方、上側杆11及び下側杆12が適宜回動して、垂直杆21と上側杆11及び下側杆12との為す角度が変位することによって、オイルダンパー14のロッドが伸長又は縮長するようになっている。
【0041】
本発明の制振構造1は、以上のような構造であって、次いで、その奏する作用、効果について説明する。
【0042】
図2は、本発明の制振構造1において、大きな外力が負荷されて、層間変形が起生した場合の各構造部材の挙動を示す説明図である。
【0043】
本発明の制振構造1は、地震、強風等の大きな外力が負荷された場合、
図2(B)に示すように、左右の柱2,3が水平方向に揺動し、上側梁4と下側梁5との間で水平方向のズレδが生じると、これに呼応するようにして、垂直杆21,31も鉛直方向と所定角度を為して揺動し、変位する。
【0044】
さらに、垂直杆21,31が鉛直方向と所定角度を為して変位することによって、上側杆11及び下側杆12が枢軸41,41及び枢軸42,42を中心として所定角度回動して、垂直杆21,31、上側杆11、下側杆12によって構成される四角形が変形して、
図2(B)に示すように、長方形から平行四辺形へと変形する。
【0045】
一方、支持部材13も上側杆11の挙動に呼応して変位するが、支持部材13の下端部は、オイルダンパー34の一端部に固定してあるだけであるから、垂直杆21との為す角度が大きくなるように移動し、その結果、オイルダンパー34のロッドを伸長させる。
【0046】
本発明の制振構造1は、制振架構10と両側の剛性の高い保持架構20,30とを枢軸41,41及び枢軸42,42を介して回動自在に連結してあると共に、制振架構10が上下梁4,5の挙動に直接影響されずに自由に変位するから、オイルダンパー34のロッドの伸長量βδは、従来の制振構造に比較して極めて大きくなる。
よって、本発明の制振構造1によれば、外力を大いに低減させ、振動を大幅に減衰させることができるから、制振効果を格段に向上させることができる。
【0047】
図2(A)に示すように、通常時において、制振架構10の上側杆11(又は下側杆12)、保持架構20の上側杆22(又は下側杆22)及び保持架構30の上側杆32(又は下側杆32)を合計した長さをL、保持架構20の上側杆22(又は下側杆22)及び保持架構30の上側杆32(又は下側杆32)の長さを各々aとする。
【0048】
そして、地震、強風等の大きな外力が負荷されて、
図2(B)に示すように、左右の柱2,3が水平方向に揺動し、上側梁4と下側梁5との間で水平方向のズレδが生じたとすると、オイルダンパー14のロッドの伸長量はβδとなる。
【0049】
ここで、
β=1+(2a/L−2a)
であるから、Lに対するaの比率を適宜変更して、βの値を計算してみれば、
a/L=0.05 : β=1.11
a/L=0.10 : β=1.25
a/L=0.15 : β=1.43
a/L=0.20 : β=1.67
a/L=0.25 : β=2.00
となる。
【0050】
何れにしても、
図8に示す従来の制振構造101では、
図8(B)に示すように、上側梁104と下側梁105との間で水平方向のズレδが生じた場合に、オイルダンパー107のロッドの伸長量はδであるから、本発明の制振構造1では、オイルダンパー34のロッドの伸長量はβδと大幅に大きくなることが理解される。
よって、本発明の制振構造1によれば、外力を大いに低減させ、振動を大幅に減衰させることができ、制振効果を格段に向上させることができる。
【0051】
[実施形態2]
図3は、本発明の制振構造の他実施形態を示すものであって、制振構造51の(A)はその平面図である。
この制振構造51は、
図1に示す制振構造1と異なって、制振架構10及び保持架構20,30を左右の柱2,3及び上下の梁4,5とによって画成された平面より内方に配設したものであるが、他の構成は制振構造1と同様である。
【0052】
この制振構造51の場合には、建築物内の利用空間が若干縮小するが、
図1に示す制振構造1と同様な作用、効果を奏することができる。
【0053】
[実施形態3]
図3は、本発明の制振構造の他実施形態を示すものであって、制振構造61の(B)はその平面図である。
この制振構造61は、
図1に示す制振構造1と異なって、制振架構10及び保持架構20,30を左右の柱2,3によって画成された平面と略同一平面上に配設したものであって、構造上、上下の梁4,5は配設されないが、他の構成は制振構造1と同様である。
【0054】
この制振構造61の場合には、建築物内の利用空間を縮小させず、又、建築物の外観も良好にでき、
図1に示す制振構造1と同様な作用、効果を奏することができるが、制振効果が若干低下する。
【0055】
[実施形態4]
図4は、
図1に示す制振構造1を各階層に配設した場合の(A)は平面図、(B)は正面図である。
本発明の制振構造1を基本単位として、
図4に示すように、制振構造1を複数階に亘って連続して配設し、制振構造71を構成することができる。
【0056】
[実施形態5]
図5は、
図1に示す制振構造1を2階層毎に配設した場合の(A)は平面図、(B)は正面図である。
本発明の制振構造1を基本形態とはするが、
図5に示すように、制振構造1の制振架構10を複数階に1基の割合で配設すると共に、保持架構20,30を各階毎に1基の割合で配設し、制振構造81を構成することもできる。
【0057】
この実施形態の場合には、オイルダンパー14の1基当たりの変位量をより増大させることができる。
【0058】
但し、制振構造81を構成する場合には、複数階に亘って吹き抜ける空間に配設する必要があるから、エレベータの設置空間等を利用するのが好ましい。
【0059】
[実施形態6]
図6は、
図1に示す制振構造1を同一平面上に配設すると共に、垂直杆を複数階に亘って連続する長尺のものを使用した場合の(A)は平面図、(B)は正面図である。
本発明の制振構造1は、左右の柱2,3によって画成される平面から外方に制振架構10を配設し、その両側に剛性の高い保持架構20,30を連結して構成したが、
図6に示すように、上下の梁4,5を配設せず、同一平面上に制振架構10及び保持架構20,30を配設して、他実施形態の制振構造91を構成することもできる。
【0060】
但し、制振構造91を構成する場合には、制振構造91を構成する部分の剛性及び耐力が大幅に低下するから、制振構造91を構成する部分の両側の柱2a及び梁4aによって囲繞される空間に、ブレース(筋違)24aや耐力壁を設置して、十分な補強を行う必要がある。
【0061】
[実施形態7]
図11は、本発明の他実施形態の制振構造601の(A)は平面図、(B)は正面図である。
この制振構造601は、
図1に示す制振構造1とは異なり、片側の保持架構を省略したものであって、
図11(B)に示すように、制振架構610及び保持架構620を左右の柱2,3及び上下の梁4,5によって画成された平面より外方に配設したものである。
【0062】
制振架構610及び保持架構620の構成は、
図1に示す制振構造1と同様であるが、片側の保持架構を省略したため、制振架構610の上側杆611に突設した連結片615と柱3に突設した連結片631とを枢軸641を介して回動自在に連結してある。
又、制振架構610の下側杆612に突設した連結片616と柱3に突設した連結片632とを枢軸642を介して回動自在に連結してある。
【0063】
本発明の制振構造601は、以上のような構造であって、以下に、その奏する作用、効果について説明する。
【0064】
図12は、本発明の制振構造601において、大きな外力が負荷されて、層間変形が起生した場合の各構造部材の挙動を示す説明図である。
【0065】
本発明の制振構造601は、地震、強風等の大きな外力が負荷された場合、
図12(B)に示すように、左右の柱2,3が水平方向に揺動し、上側梁4と下側梁5との間で水平方向のズレδが生じると、これに呼応するようにして、垂直杆621も鉛直方向と所定角度を為して揺動し、変位する。
【0066】
さらに、垂直杆621が鉛直方向と所定角度を為して変位することによって、上側杆611及び下側杆612が枢軸641,641及び枢軸642,642を中心として所定角度回動して、垂直杆621、上側杆611、下側杆612によって構成される四角形が変形して、
図12(B)に示すように、長方形から平行四辺形へと変形する。
【0067】
一方、支持部材613も上側杆611の挙動に呼応して変位するが、支持部材613の下端部は、オイルダンパー614の一端部に固定してあるだけであるから、垂直杆621との為す角度が大きくなるように移動し、その結果、オイルダンパー614のロッドを伸長させる。
【0068】
本発明の制振構造601は、制振架構610と左側の剛性の高い保持架構620とを枢軸641及び枢軸642を介して回動自在に連結してあると共に、制振架構610が上下梁4,5の挙動に直接影響されずに自由に変位するから、オイルダンパー614のロッドの伸長量γδは、従来の制振構造に比較して極めて大きくなる。
よって、本発明の制振構造601によれば、外力を大いに低減させ、振動を大幅に減衰させることができるから、制振効果を格段に向上させることができる。
【0069】
図12(A)に示すように、通常時において、制振架構610の上側杆611(又は下側杆612)及び保持架構620の上側杆622(又は下側杆622)を合計した長さをL、保持架構620の上側杆622(又は下側杆622)の長さを各々aとする。
【0070】
そして、地震、強風等の大きな外力が負荷されて、
図12(B)に示すように、左右の柱2,3が水平方向に揺動し、上側梁4と下側梁5との間で水平方向のズレδが生じたとすると、オイルダンパー614のロッドの伸長量はγδとなる。
【0071】
ここで、
γ=1+(b/L−b)
であるから、Lに対するbの比率を適宜変更して、γの値を計算してみれば、
b/2L=0.05 : γ=1.11
b/2L=0.10 : γ=1.25
b/2L=0.15 : γ=1.43
b/2L=0.20 : γ=1.67
b/2L=0.25 : γ=2.00
となる。
【0072】
何れにしても、
図8に示す従来の制振構造101では、
図8(B)に示すように、上側梁104と下側梁105との間で水平方向のズレδが生じた場合に、オイルダンパー107のロッドの伸長量はδであるから、本発明の制振構造601では、オイルダンパー614のロッドの伸長量はγδと大幅に大きくなることが理解される。
よって、本発明の制振構造601によれば、外力を大いに低減させ、振動を大幅に減衰させることができ、制振効果を格段に向上させることができる。
【0073】
[実施形態8]
図13は、本発明の他実施形態の制振構造651の平面図である。
この制振構造651は、
図11に示す制振構造601と異なって、制振架構610及び保持架構620を左右の柱2,3及び上下の梁4,5とによって画成された平面より内方に配設したものであるが、他の構成は制振構造601と同様である。
【0074】
この制振構造651の場合には、建築物内の利用空間が若干縮小するが、
図11に示す制振構造601と同様な作用、効果を奏することができる。
【0075】
[実施形態9]
図14は、本発明の他実施形態の制振構造661の(A)は平面図、(B)正面図である。
この制振構造661は、
図11に示す制振構造601と異なって、制振架構610及び保持架構620を左右の柱2,3によって画成された平面と略同一平面上に配設したものであって、構造上、上下の梁4,5は配設されないが、他の構成は制振構造601と同様である。
【0076】
この制振構造661の場合には、建築物内の利用空間を縮小させず、又、建築物の外観も良好にでき、
図11に示す制振構造601と同様な作用、効果を奏することができるが、制振効果が若干低下する。
【0077】
[実施形態10]
図15は、本発明の他実施形態の制振構造701の(A)は平面図、(B)正面図である。
この制振構造701は、
図1に示す制振構造1と同様、制振架構710及び保持架構720,730から構成してあるが、
図15(B)に示すように、左右の柱2,3及び上下の梁4,5によって画成された空間内に配設したものである。
この制振構造701では、制振架構710及び保持架構720,730が変形できるように、上側杆711、上側杆722,上側杆732と上側梁4との間、下側杆712、下側杆723,上側杆733と下側梁5との間には、相応の間隙を画成してある。
【0078】
この制振構造701の場合には、建築物内の利用空間を縮小させず、又、建築物の外観も良好にでき、
図1に示す制振構造1と同様な作用、効果を奏することができるが、制振効果が若干低下する。
【0079】
[実施形態11]
図16は、本発明の他実施形態の制振構造751の(A)は平面図、(B)正面図である。
この制振構造751は、
図15に示す制振構造701と同様、制振架構710及び保持架構720,730から構成してあるが、
図16(B)に示すように、制振架構710の下側杆712を省略したものである。
【0080】
この制振構造751の場合には、若干挙動が不安定になるものの、
図15に示す制振構造701と同様な作用、効果を奏することができる。
【0081】
[実施形態12]
図17は、本発明の他実施形態の制振構造801の(A)は平面図、(B)正面図である。
この制振構造801は、
図11に示す制振構造601と同様、制振架構810及び保持架構820から構成してあるが、
図17(B)に示すように、左右の柱2,3及び上下の梁4,5によって画成された空間内に配設したものである。
この制振構造801では、制振架構810及び保持架構820が変形できるように、上側杆811、上側杆822と上側梁4との間、下側杆812、下側杆823と下側梁5との間には、相応の間隙を画成してある。
【0082】
この制振構造801の場合には、建築物内の利用空間を縮小させず、又、建築物の外観も良好にでき、
図11に示す制振構造601と同様な作用、効果を奏することができるが、制振効果が若干低下する。
【0083】
[実施形態13]
図18は、本発明の他実施形態の制振構造851の(A)は平面図、(B)正面図である。
この制振構造851は、
図17に示す制振構造801と同様、制振架構810及び保持架構820から構成してあるが、
図18(B)に示すように、制振架構810の下側杆812を省略したものである。
【0084】
この制振構造851の場合には、若干挙動が不安定になるものの、
図17に示す制振構造801と同様な作用、効果を奏することができる。
【0085】
尚、
図11乃至18に示す制振構造601,651,661,701,751,801及び851にあっても、それら制振構造を基本単位として、
図4に示すように、制振構造を複数階に亘って連続して配設し、制振構造を構成することができる。
【0086】
又、
図11乃至18に示す制振構造601,651,661,701,751,801及び851を基本形態として、
図5に示すように、制振構造の制振架構を複数階に1基の割合で配設すると共に、保持架構を各階毎に1基の割合で配設し、制振構造を構成することもできる。
【0087】
上記の実施形態においては、制振構造の保持架構として、補強部材にブレース(筋違)を採用した場合について説明したが、耐力壁を採用してもよい。
【0088】
又、制振構造の制振架構として、シアリンク型制振構造を採用した場合について説明したが、従来の他形態の制振構造、筋交いL型制振構造、筋交いV型制振構造、間柱型制振構造、壁型制振構造、さらには、内壁鋼鈑と外壁鋼鈑との隙間に高粘性流体を充填し、その粘性抵抗力によってエネルギーを吸収する、粘性制振壁等を採用してもよい。
【0089】
さらには、オイルダンパーに代えて、減衰ゴマ、粘弾性ブレース等の制振ダンパーを採用してもよい。