(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022084099
(43)【公開日】2022-06-07
(54)【発明の名称】制振建物
(51)【国際特許分類】
E04H 9/02 20060101AFI20220531BHJP
F16F 15/02 20060101ALI20220531BHJP
【FI】
E04H9/02 301
F16F15/02 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020195724
(22)【出願日】2020-11-26
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】金井 佳吾
(72)【発明者】
【氏名】篠崎 洋三
(72)【発明者】
【氏名】木村 雄一
(72)【発明者】
【氏名】三澤 大輝
【テーマコード(参考)】
2E139
3J048
【Fターム(参考)】
2E139AA01
2E139AA05
2E139AC19
2E139AC27
2E139AC33
2E139AC43
2E139AC66
2E139BA08
2E139BA19
2E139BD02
2E139BD36
3J048AA06
3J048AC06
3J048BC09
3J048BE10
3J048EA38
(57)【要約】
【課題】連層耐震壁の脚部に作用する応力を抑制することで安全性を高める。
【解決手段】制振建物1の連層耐震壁30X、30Yは、同一面内に設けられる第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、及び第3壁柱33X、33Yを備え、第2壁柱32X、32Yと第3壁柱33X、33Yは、幅方向において第1壁柱31X、31Yを挟んで互いに反対側に、第1壁柱31X、31Yから離間して設けられて、第1壁柱31X、31Yと複数の境界梁35X、35Y、36X、36Yで接合され、第1壁柱31X、31Yの横断面積は、第2壁柱32X、32Y及び第3壁柱33X、33Yの横断面積より大きい。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
連層耐震壁が設けられる制振建物であって、
前記連層耐震壁は、同一面内に設けられる第1壁柱、第2壁柱、及び第3壁柱を備え、
前記第2壁柱と前記第3壁柱は、幅方向において前記第1壁柱を挟んで互いに反対側に、前記第1壁柱から離間して設けられて、前記第1壁柱と複数の境界梁で接合され、
前記第1壁柱の横断面積は、前記第2壁柱及び前記第3壁柱の横断面積より大きいことを特徴とする制振建物。
【請求項2】
前記複数の境界梁のうち少なくとも1つは、エネルギー吸収部を有しており、
前記境界梁と床スラブとの間は分離されていることを特徴とする請求項1に記載の制振建物。
【請求項3】
前記第2壁柱及び前記第3壁柱の、前記第1壁柱とは反対側に接続される梁部材の少なくとも一部は、前記第2壁柱及び前記第3壁柱にピン接合されていることを特徴とする請求項1または2に記載の制振建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制振建物に関する。
【背景技術】
【0002】
建物の耐振性能を高めるための手法の一つとして、連層耐震壁を用いたものがある。
例えば特許文献1には、間隔をあけて配設された連層耐震壁間に設けられた複数の境界梁と、境界梁に設けられた曲げ変形吸収ダンパーと、連層耐震壁に設けられた剪断変形吸収ダンパーと、を備える構成が開示されている。
また、特許文献2には、上部構造物の外周面における同一面内に離間して立設された複数の連層耐震壁と、複数の連層耐震壁同士を接合する複数の境界梁と、を備え、連層耐震壁の下端部は、下部構造物にピン支承されている構成が開示されている。
また、特許文献3には、同一面内に離間して立設された2つの連層耐震壁と、2つの連層耐震壁同士を接合する複数の境界梁と、を備え、各連層耐震壁は、その外側の下端部の一点において下部構造物に回動自在にピン支承され、各連層耐震壁の内側の下端部の他点と下部構造物との間には、エネルギー吸収部材が介設され、複数の境界梁のうちの少なくとも一つは、エネルギー吸収部材を備える構成が開示されている。
【0003】
例えば200~300mといった高さを有する超々高層建物においては、地震や風によって生じる揺れの周期が長周期化する。特に、風による揺れは、建物の高さに応じて指数関数的に大きくなる。このような超々高層建物を鉄筋コンクリート(RC)造で設計しようとした場合、特許文献1~3に開示されたような構成では、揺れ発生時に連層耐震壁の脚部に生じる応力が過大となり、実現が難しい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000-328810号公報
【特許文献2】特許第4124777号公報
【特許文献3】特許第4167624号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、連層耐震壁の脚部に作用する応力を抑制することで安全性を高めることができる、制振建物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、制振建物として、3枚の連層耐震壁を並列に配置し、かつ中央に配置される第1壁柱の横断面積を他の第2、3壁柱より大きくして、其々の連層耐震壁同士を複数の境界梁で連結させることで、地震荷重が作用した際には、第1壁柱が心棒となり、当該第1壁柱を挟んだ両側の壁柱が其々相反する方向にせん断抵抗することで、第1壁柱に加わる軸力を低減でき、優れた構造安全性を確保可能な建物が実現できる点に着目して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の制振建物は、連層耐震壁が設けられる制振建物であって、前記連層耐震壁は、同一面内に設けられる第1壁柱、第2壁柱、及び第3壁柱を備え、前記第2壁柱と前記第3壁柱は、幅方向において前記第1壁柱を挟んで互いに反対側に、前記第1壁柱から離間して設けられて、前記第1壁柱と複数の境界梁で接合され、前記第1壁柱の横断面積は、前記第2壁柱及び前記第3壁柱の横断面積より大きいことを特徴とする。
このような構成によれば、連層耐震壁を構成する第1壁柱、第2壁柱、第3壁柱のうち、中央に配置される第1壁柱の横断面積が、第2壁柱及び第3壁柱の横断面積よりも大きい。これにより、第1壁柱が連層耐震壁の心柱のように機能し、地震や風などによって作用する水平荷重によって連層耐震壁に生じる変形を抑えることができる。また、地震や風などによって作用する水平荷重によって、第1壁柱が第2壁柱側、又は第3壁柱側に傾くように変位しようとすると、第2壁柱、第3壁柱からの反力が、境界梁を介して第1壁柱の側端部に伝達される。このようにして、第1壁柱に生じる変形が、第2壁柱、第3壁柱によって低減される。
このように変形が低減されるから、連層耐震壁の脚部に作用する応力が抑制され、制振建物の安全性を高めることが可能となる。
【0007】
本発明の一態様においては、本発明の制振建物は、前記複数の境界梁のうち少なくとも1つが、エネルギー吸収部を有しており、前記境界梁と床スラブとの間は分離されている。
このような構成によれば、第1壁柱と、第2壁柱、第3壁柱との間に配置された境界梁は、地震や風などによって作用する水平荷重によって、第1壁柱が第2壁柱側、又は第3壁柱側に傾くように変位しようとすると、第1壁柱と、第2壁柱、第3壁柱との相対変位によって、一方の端部が上方向へ、他方の端部が下方向へと、互いに異なる方向への力が作用する。この境界梁がエネルギー吸収部を有していることで、変形のエネルギーが吸収され、第1壁柱、第2壁柱、第3壁柱に生じる変形の減衰効果を高めることができる。また、境界梁と床スラブとの間が分離されることで、境界梁の変形が床スラブによって阻害されるのを抑え、境界梁の減衰効果を確保して高い制震性能を得ることができる。
【0008】
本発明の一態様においては、本発明の制振建物は、前記第2壁柱及び前記第3壁柱の、前記第1壁柱とは反対側に接続される梁部材の少なくとも一部は、前記第2壁柱及び前記第3壁柱にピン接合されている。
このような構成によれば、第2壁柱、第3壁柱と、連層耐震壁の外側に配置された梁部材とがピン接合されることで、第2壁柱、第3壁柱の変形を連層耐震壁の周辺の柱梁架構が拘束するのを抑えることができる。したがって、連層耐震壁による制震性能を十分に発揮することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、連層耐震壁の脚部に作用する応力を抑制することで安全性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を第一方向から見た図である。
【
図2】本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を第二方向から見た図である。
【
図3】本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を示す平断面図である。
【
図4】
図3の連層耐震壁を示す拡大平断面図である。
【
図5】第二方向に沿って設けられた連層耐震壁の要部拡大図である。
【
図6】第一方向に沿って設けられた連層耐震壁の要部拡大図である。
【
図7】本発明の制振建物を構成する3枚の壁柱と、各壁柱間の境界梁による水平荷重に対するせん断抵抗機能を示す図である。
【
図8】第二方向に沿って設けられた連層耐震壁が第二方向に変形した状態を示す図である。
【
図9】第一方向に沿って設けられた連層耐震壁が第一方向に変形した状態を示す図である。
【
図10】第一方向における層最大せん断力、層最大層間変形角、層最大変位のシミュレーション結果を示す図である。
【
図11】第二方向における層最大せん断力、層最大層間変形角、層最大変位のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、3枚の連層耐震壁を並列に配置し、かつ中央に配置される第1壁柱の横断面積を他の第2、3壁柱より大きくして、其々の連層耐震壁同士が複数の境界梁で連結される制振建物である。
以下、添付図面を参照して、本発明による制振建物を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を第一方向から見た図を
図1に示す。
図2は、本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を第二方向から見た図である。
図3は、本発明の実施形態に係る制振建物に設けられた連層耐震壁を示す平断面図である。
図1、
図2、及び後述の、制振建物を側面視した各図において、後に説明する、第一方向Xに延びる連層耐震壁30Xは、疎なドットパターンで模様付けられており、第二方向Yに延びる連層耐震壁30Yは、密なドットパターンで模様付けられている。また、
図3、及び後述の
図4の各断面図においては、連層耐震壁30Xと連層耐震壁30Yは、ハッチングのパターンを変えて図示されている。
図1、
図2に示されるように、制振建物1は、基礎構造たる下部構造10と、上部構造20と、を備えている。
図3に示されるように、この制振建物1は、全体として平面視矩形で、上方から見て水平方向に延びる第一方向Xに沿って形成された外壁面1aと、第一方向Xに直交して水平方向に延びる第二方向Yに沿って形成された外壁面1bと、を備えている。本実施形態において、制振建物1は、第二方向Yを長辺とし、第一方向Xを短辺とした、平面視長方形状とされている。この制振建物1は、例えば、地表面Gfからの高さが、例えば200m程度の超々高層建物とされている。
【0012】
図1、
図2に示すように、下部構造10は、地表面Gfよりも下方の地盤G中に構築されている。下部構造10は、直接基礎、杭基礎等、適宜の形式の基礎構造によって、地盤G中に強固に支持されている。本実施形態において、下部構造10は、複数本の基礎杭11を有した杭基礎構造とされている。
上部構造20は、下部構造10の上方に設けられている。
図3に示すように、上部構造20の躯体21は、上部構造20の外周部に形成された柱梁架構22と、上部構造20の内周部に形成された制振架構部23と、を備えている。
柱梁架構22は、複数本の柱部材24と、複数本の梁部材25と、を有している。複数本の柱部材24は、第一方向X、及び第二方向Yにそれぞれ間隔をあけて配置されている。各柱部材24は、例えばコンクリート充填鋼管柱からなる鉄筋コンクリート造で、上下方向Zに延びている。複数本の梁部材25は、上下方向Zに間隔をあけて、上部構造20の各階に配置されている。各梁部材25は、例えば、鉄骨造とされている。各階において、複数本の梁部材25は、第一方向X、及び第二方向Yで互いに隣り合う柱部材24同士の間に架設されている。
【0013】
本実施形態において、制振架構部23は、上部構造20の内周部に、例えば3組備えられている。
図2、
図3に示すように、これらの制振架構部23は、第一方向Xにおいて、上部構造20の中央部に配置されている。
図1、
図3に示すように、制振架構部23は、第二方向Yにおいて、上部構造20の中央部と、第二方向Yの両側とに、それぞれ配置されている。つまり、3組の制振架構部23は、第二方向Yに間隔をあけて配置されている。
図4は、
図3の連層耐震壁を示す拡大平断面図である。
図4に示すように、それぞれの制振架構部23は、上方から見て、H型をなしている。制振架構部23は、第一方向Xに間隔をあけて配置された二つの連層耐震壁30Yと、二つの連層耐震壁30Yの間に配置された連層耐震壁30Xと、を有している。二つの連層耐震壁30Yは、それぞれ、第一方向Xに直交し、第二方向Yを含む鉛直面に沿って形成されている。各連層耐震壁30Yは、上方から見て、第二方向Yに延びている。連層耐震壁30Xは、二つの連層耐震壁30Yにおいて第二方向Yの中間部同士の間に配置されている。連層耐震壁30Xは、第二方向Yに直交し、第一方向Xを含む鉛直面に沿って形成されている。連層耐震壁30Xは、上方から見て、第一方向Xに延びている。
【0014】
図5は、第二方向に沿って設けられた連層耐震壁の要部拡大図である。
図4、
図5に示されるように、連層耐震壁30Yは、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、及び第3壁柱33Yと、境界梁35Y、36Yと、を備えている。
第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、及び第3壁柱33Yは、例えば鉄筋コンクリート造により形成されている。第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、及び第3壁柱33Yは、例えば、鉄骨ブレース構造によって形成してもよい。第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、及び第3壁柱33Yは、第一方向Xに直交し、第二方向Yを含む同一鉛直面内に形成されている。第1壁柱31Yは、連層耐震壁30Yにおいて、第二方向Yの中央部に配置されている。第2壁柱32Y、第3壁柱33Yは、連層耐震壁30Yの第二方向Yに沿った幅方向の両端部に配置されている。第2壁柱32Y、第3壁柱33Yは、連層耐震壁30Yの幅方向において第1壁柱31Yを挟んで互いに反対側に配置されている。第2壁柱32Y、第3壁柱33Yは、それぞれ第1壁柱31Yから第二方向Yに離間して設けられている。
本実施形態において、第1壁柱31Yの第二方向Yにおける幅寸法W1yは、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの第二方向Yにおける幅寸法W2y、W3yよりも大きく設定されている。本実施形態において、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの第一方向Xにおける厚み寸法T1は、同一に設定されている。このようにして、第1壁柱31Yの横断面積(水平断面積)は、第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yの横断面積より大きくなるように設定されている。
【0015】
境界梁35Y、36Yは、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yと、第1壁柱31Yとを接合する。境界梁35Y、36Yは、上下方向Zに間隔をあけて、例えば、上部構造20の各階に配置されている。
境界梁35Yは、第1壁柱31Yと第2壁柱32Yとの間に配置されている。境界梁35Yは、第二方向Yに延び、その両端部が第1壁柱31Y、第2壁柱32Yに接合されている。境界梁36Yは、第1壁柱31Yと第3壁柱33Yとの間に配置されている。境界梁36Yは、第二方向Yに延び、その両端部が第1壁柱31Y、第3壁柱33Yに接合されている。境界梁35Y、36Yと床スラブとの間は、例えば目地が形成されることによって、分離されている。
【0016】
境界梁35Y、36Yの両端部間には、両端部を構成する鋼材よりも降伏点が低い、図示されない極低降伏点鋼からなる鋼材が設けられている。境界梁35Y、36Yは、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yが回転変形し、境界梁35Y、36Yに設定された降伏点以上の応力が入力された場合に変形することで、変形エネルギーを吸収する。つまり、境界梁35X、35Yは、本実施形態においては低降伏点の履歴ダンパーとして実現された、エネルギー吸収部37を有している(
図8、
図9参照)。エネルギー吸収部37は、摩擦ダンパーなど、他の種類のダンパーであってよい。
このように、境界梁35Y、36Yは、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yと、第1壁柱31Yとを接合する構造体であるとともに、エネルギー吸収部材としての機能を有している。
【0017】
このような連層耐震壁30Yにおいて、
図4に示すように、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yには、柱梁架構22の各階に配置されて第一方向Xに延びる梁部材25Xの端部が接合(剛接合)されている。梁部材25Xは、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの第二方向Yの中央部に接合されている。
また、
図5に示すように、連層耐震壁30Yにおいて、第二方向Yの両側に配置された第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yに対し、第1壁柱31Yとは反対側に接続され、第二方向Yに延びる梁部材25Yは、ピン38を介してピン接合されている。
【0018】
図6は、第一方向に沿って設けられた連層耐震壁の要部拡大図である。
図4、
図6に示されるように、連層耐震壁30Xは、第1壁柱31X、第2壁柱32X、及び第3壁柱33Xと、境界梁35X、36Xと、を備えている。
第1壁柱31X、第2壁柱32X、及び第3壁柱33Xは、例えば鉄筋コンクリート造により形成されている。第1壁柱31X、第2壁柱32X、及び第3壁柱33Xは、例えば、鉄骨ブレース構造によって形成してもよい。第1壁柱31X、第2壁柱32X、及び第3壁柱33Xは、第二方向Yに直交し、第一方向Xを含む同一鉛直面内に形成されている。第1壁柱31Xは、連層耐震壁30Xにおいて、第一方向Xの中央部に配置されている。第2壁柱32X、第3壁柱33Xは、連層耐震壁30Xの第一方向Xに沿った幅方向の両端部に配置されている。第2壁柱32X、第3壁柱33Xは、連層耐震壁30Xの幅方向において第1壁柱31Xを挟んで互いに反対側に配置されている。第2壁柱32X、第3壁柱33Xは、それぞれ第1壁柱31Xから第一方向Xに離間して設けられている。
本実施形態において、第1壁柱31Xの第一方向Xにおける幅寸法W1xは、第2壁柱32X、第3壁柱33Xの第一方向Xにおける幅寸法W2x、W3xよりも大きく設定されている。また、第1壁柱31Xの幅寸法W1xは、連層耐震壁30Yの第1壁柱31Yの幅寸法W1yよりも小さい。本実施形態において、第1壁柱31X、第2壁柱32X、第3壁柱33Xの第二方向Yにおける厚み寸法T2は、同一に設定されている。このようにして、第1壁柱31Xの横断面積(水平断面積)は、第2壁柱32X及び第3壁柱33Xの横断面積より大きくなるように設定されている。
【0019】
境界梁35X、36Xは、第2壁柱32X、第3壁柱33Xと、第1壁柱31Xとを接合する。境界梁35X、36Xは、上下方向Zに間隔をあけて、例えば、上部構造20の各階に配置されている。
境界梁35Xは、第1壁柱31Xと第2壁柱32Xとの間に配置されている。境界梁35Xは、第一方向Xに延び、その両端部が第1壁柱31X、第2壁柱32Xに接合されている。境界梁36Xは、第1壁柱31Xと第3壁柱33Xとの間に配置されている。境界梁36Xは、第一方向Xに延び、その両端部が第1壁柱31X、第3壁柱33Xに接合されている。境界梁35X、36Xと床スラブとの間は、例えば目地が形成されることによって、分離されている。
【0020】
境界梁35X、36Xの両端部間には、両端部を構成する鋼材よりも降伏点が低い、図示されない極低降伏点鋼からなる鋼材が設けられている。境界梁35X、36Xは、第1壁柱31X、第2壁柱32X、第3壁柱33Xが回転変形し、境界梁35X、36Xに設定された降伏点以上の応力が入力された場合に変形することで、変形エネルギーを吸収する。つまり、境界梁35X、35Xは、本実施形態においては低降伏点の履歴ダンパーとして実現された、エネルギー吸収部37を有している。エネルギー吸収部37は、摩擦ダンパーなど、他の種類のダンパーであってよい。
このように、境界梁35X、36Xは、第2壁柱32X、第3壁柱33Xと、第1壁柱31Xとを接合する構造体であるとともに、エネルギー吸収部材としての機能を有している。
【0021】
このような連層耐震壁30Xにおいて、第一方向Xの両側に配置された第2壁柱32X及び第3壁柱33Xは、第一方向Xの両側に配置された連層耐震壁30Yの第1壁柱31Yに剛接合されている。これにより、連層耐震壁30Xは、第一方向Xにおいて、より強固に構成されている。
【0022】
本実施形態においては、第一方向Xに延びる連層耐震壁30X全体の幅、すなわち第2壁柱32X、第3壁柱33Xの外側に位置する端部間の距離Hxよりも、第二方向Yに延びる連層耐震壁30Y全体の幅、すなわち第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの外側に位置する端部間の距離Hyは、大きな寸法となっている。
【0023】
図7に、連層耐震壁30X、30Yによる水平荷重に対するせん断抵抗機能を示す。概念的には、水平荷重Fが作用すると、中央に位置する第1壁柱31X、31Yには、
図7に示すように壁柱の柱脚部に向かって大きな曲げモーメントが発生しようとするが、第1壁柱31X、31Yと、左側に位置する第2壁柱32X、32Y、及び第1壁柱31X、31Yと、右側に位置する第3壁柱33X、33Yが、それぞれ境界梁35X、35Y、36X、36Yで連結されているために、第1壁柱31X、31Yと第2壁柱32X、32Yが上向き方向に抵抗し、第1壁柱31X、31Yと第3壁柱33X、33Yが下向き方向に抵抗して相殺されることで、中央部の第1壁柱31X、31Yに作用する曲げモーメントを低減される。また、第1壁柱31X、31Yに作用する軸力も低減されることになる。
図8は、第二方向に沿って設けられた連層耐震壁が第二方向に変形した状態を示す図である。
図9は、第一方向に沿って設けられた連層耐震壁が第一方向に変形した状態を示す図である。
まず、このような制振建物1においては、地震や風などにより水平荷重が作用すると、中央に位置し、第2壁柱32X、32Yや第3壁柱33X、33Yよりも大きな横断面積を有し、特に本実施形態においては第2壁柱32X、32Yや第3壁柱33X、33Yよりも大きな幅を有している第1壁柱31X、31Yが、心柱としての効果を奏する。すなわち、制振建物1の層間変形を抑えつつ、層ごとの変形量が均一となるように作用する。
また、
図8、
図9に示すように、地震や風などによって作用する水平荷重によって、例えば、第1壁柱31X、31Yが第3壁柱33X、33Y側に傾くように変位しようとすると、第1壁柱31X、31Yにおいて第3壁柱33X、33Y側の一方の側端部31sでは、第1壁柱31X、31Yの一方の側端部31sを下向きに押し込むような圧縮力F1が作用する。第1壁柱31X、31Yの一方の側端部31sは、複数の境界梁36X、36Yを介して第3壁柱33X、33Yに接合されている。このため、第3壁柱33X、33Yには、側端部31sに作用する圧縮力F1が伝達され、下向きの押込み力F2が作用する。第3壁柱33X、33Yは、下向きの押込み力F2に抵抗する上向きの反力F3を発揮し、この反力F3が境界梁36X、36Yを介して第1壁柱31X、31Yの側端部31sに伝達される。
また、第1壁柱31X、31Yにおいて第2壁柱32X、32Y側の他方の側端部31tでは、側端部31tを上向きに延ばすような引張力F4が作用する。第1壁柱31X、31Yの他方の側端部31tは、複数の境界梁35X、35Yを介して第2壁柱32X、32Yに接合されている。このため、第2壁柱32X、32Yには、側端部31tに作用する引張力F4が伝達され、上向きの引張力F5が作用する。第2壁柱32X、32Yは、上向きの引張力F5に抵抗する下向きの反力F6を発揮し、この反力F6が境界梁35X、35Yを介して第1壁柱31X、31Yの他方の側端部31tに伝達される。
【0024】
このようにして、第1壁柱31X、31Yが回転変形しようとすると、第1壁柱31X、31Yに生じる圧縮力F1、引張力F4の少なくとも一部が、その両側の第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yから伝達される反力F3、F6により相殺される。このように、第1壁柱31X、31Yの両側に配置された第2壁柱32X、32Y及び第3壁柱33X、33Yにより、第1壁柱31X、31Yの回転変形が抑えられる。
第1壁柱31X、31Yに対して、その両側で、第2壁柱32X、32Yの幅寸法W2x、W2yと、第3壁柱33X、33Yの幅寸法W3x、W3yとが同一で、境界梁35X、35Yと、境界梁36X、36Yとの長さが同一であれば、第1壁柱31X、31Yの両側で、上向きの反力F3と下向きの反力F6とが同一となる。これにより、第1壁柱31X、31Yの一方の側端部31sと他方の側端部31tとにおける軸力変動が互いにキャンセルされる。
【0025】
また、第1壁柱31X、31Yと、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yとの間に配置された境界梁35X、35Y、36X、36Yは、第1壁柱31X、31Yと、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yとの相対変位によって、一方の端部が上方向へ、他方の端部が下方向へと、互いに異なる方向への力が作用する。例えば
図8の、第1壁柱31Yと第3壁柱33Yとの間に配置された境界梁36Yにおいては、第1壁柱31Y側の端部には圧縮力F1によって下向きの力が作用し、第3壁柱33Y側の端部には反力F3によって上向きの力が作用する。ここで、境界梁35X、35Y、36X、36Yがエネルギー吸収部37を有しているため、これによって変形のエネルギーが吸収され、第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yに生じる変形の減衰効果を高めることができる。
第1壁柱31X、31Yと、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yとの間で伝達される力(応力)の上限を、境界梁35X、35Y、36X、36Yに設定された降伏耐力によって決めることができる。設計段階において、境界梁35X、35Y、36X、36Yの降伏耐力を調整することによって、連層耐震壁30X、30Yの制震性能を適切に設定することが可能となる。
【0026】
上記のように、中央に位置する第1壁柱31X、31Yは、第2壁柱32X、32Yや第3壁柱33X、33Yよりも大きな横断面積を有している。特に本実施形態においては、第1壁柱31X、31Yは、第2壁柱32X、32Yや第3壁柱33X、33Yよりも幅が大きくなっている。このため、第1壁柱31X、31Yにおいては、平面視したときに、その中央から端部までの、水平方向の距離が長くなっており、第1壁柱31X、31Yが傾くように変位した際の端部の変位量が大きくなる。したがって、この端部に接合されている境界梁35X、35Y、36X、36Yの変位量が大きくなる。
この変位は、エネルギー吸収部37により、効率的に吸収される。
【0027】
また、本実施形態においては、既に説明したように、第一方向Xに延びる連層耐震壁30X全体の幅Hxよりも、第二方向Yに延びる連層耐震壁30Y全体の幅Hyは、大きな寸法となっている。そのため、特に第二方向Yにおいては特に、第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yと、第1壁柱31Yとは反対側に接続される梁部材25Yとの、接合部に作用する応力が大きくなる。
ここで、上記のように、梁部材25Yは、第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yにピン接合されている。これにより、接合部に作用する応力による接合部の破損が抑制され、かつ、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの変形を梁部材25Yが拘束するのを抑えることができる。
【0028】
図10は、上記したような構成の制振建物について行った、第一方向における層最大せん断力(kN)、層最大層間変形角(rad)、層最大変位(cm)のシミュレーション結果を示す図である。
図11は、上記したような構成の制振建物について行った、第二方向における層最大せん断力(kN)、層最大層間変形角(rad)、層最大変位(cm)のシミュレーション結果を示す図である。
上記したような構成の制振建物1について、第一方向X、第二方向Yのそれぞれにおいて、水平方向の力を入力した場合の、各層(階)における層最大せん断力(kN)、層最大層間変形角(rad)、層最大変位(cm)のシミュレーションを行った。また、比較例として、柱梁架構22の柱部材24,梁部材25を鉄骨造とし、制振架構部23として、オイルダンパー、粘弾性ダンパーを用いた場合についても、同様のシミュレーションを行った。
図10、
図11において、線L1は、上記制振建物1におけるシミュレーション結果を示し、線L2は、比較例としての鉄骨造の建物におけるシミュレーション結果を示している。
その結果、
図10、
図11に示すように、上記構成の連層耐震壁30X、30Yを備えた制振建物1では、柱梁架構22を鉄骨造とし、制振架構部23としてオイルダンパー、粘弾性ダンパーを備えた比較例と較べ、同等の応答特性、制震性能が得られることが確認された。
【0029】
上述したような制振建物1によれば、制振建物1には連層耐震壁30X、30Yが設けられ、連層耐震壁30X、30Yは、同一面内に設けられる第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、及び第3壁柱33X、33Yを備え、第2壁柱32X、32Yと第3壁柱33X、33Yは、幅方向において第1壁柱31X、31Yを挟んで互いに反対側に、第1壁柱31X、31Yから離間して設けられて、第1壁柱31X、31Yと複数の境界梁35X、35Y、36X、36Yで接合され、第1壁柱31X、31Yの横断面積は、第2壁柱32X、32Y及び第3壁柱33X、33Yの横断面積より大きい。
このような構成によれば、連層耐震壁30X、30Yを構成する第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yのうち、中央に配置される第1壁柱31X、31Yの横断面積が、その両側に配置された第2壁柱32X、32Y及び第3壁柱33X、33Yの横断面積よりも大きい。これにより、第1壁柱31X、31Yが、連層耐震壁30X、30Yの心柱のように機能し、地震や風などによって作用する水平荷重によって連層耐震壁30X、30Yに生じる変形を抑えることができる。
また、地震や風などによって作用する水平荷重によって、第1壁柱31X、31Yが第2壁柱32X、32Y側、又は第3壁柱33X、33Y側に傾くように変位しようとすると、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yからの反力が、境界梁35X、35Y、36X、36Yを介して第1壁柱31X、31Yの側端部に伝達される。このようにして、第1壁柱31X、31Yに生じる変形が、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yによって低減される。
このように変形が低減されるから、連層耐震壁30X、30Yの脚部に作用する応力が抑制され、制振建物1の安全性を高めることが可能となる。
【0030】
また、境界梁35X、35Y、36X、36Yは、エネルギー吸収部37を有しており、境界梁35X、35Y、36X、36Yと床スラブとの間は分離されている。
このような構成によれば、第1壁柱31X、31Yと、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yとの間に配置された境界梁35X、35Y、36X、36Yは、地震や風などによって作用する水平荷重によって、第1壁柱31X、31Yが第2壁柱32X、32Y側、又は第3壁柱33X、33Y側に傾くように変位しようとすると、第1壁柱31X、31Yと、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yとの相対変位によって、一方の端部が上方向へ、他方の端部が下方向へと、互いに異なる方向への力が作用する。この境界梁35X、35Y、36X、36Yがエネルギー吸収部37を有していることで、変形のエネルギーが吸収され、第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yに生じる変形の減衰効果を高めることができる。また、境界梁35X、35Y、36X、36Yと床スラブとの間が分離されることで、境界梁35X、35Y、36X、36Yの変形が床スラブによって阻害されるのを抑え、境界梁35X、35Y、36X、36Yの変形性能を確保して、高い制震性能を得ることができる。
【0031】
特に本実施形態においては、第1壁柱31X、31Yの幅寸法W1x、W1yを第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yよりも大きくすることで、第1壁柱31X、31Yの横断面積を第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yよりも大きくしている。第1壁柱31X、31Yの幅寸法W1x、W1yを大きくすると、第1壁柱31X、31Yが傾斜しようとしたときの、一方の側端部31sと他方の側端部31tにおける変位量が大きくなる。これにより、境界梁35X、35Y、36X、36Yにおける変形量が大きくなり、第1壁柱31X、31Yの変位エネルギーが効率良く吸収される。
【0032】
また、第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yの、第1壁柱31Yとは反対側に接続される梁部材25Yは、第2壁柱32Y及び第3壁柱33Yにピン接合されている。
このような構成によれば、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yと、連層耐震壁30Yの外側に配置された梁部材25Yとがピン接合されることで、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの変形を連層耐震壁30Yの周辺の柱梁架構22が過度に拘束するのを抑えることができる。したがって、連層耐震壁30Yによる制震性能を十分に発揮することができる。
【0033】
(実施形態の変形例)
なお、本発明の制振建物は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの第一方向Xにおける厚み寸法T1は同一となっており、第1壁柱31X、第2壁柱32X、第3壁柱33Xの第二方向Yにおける厚み寸法T2も同一となっていたが、これに限られない。第1壁柱31Y、第2壁柱32Y、第3壁柱33Yの第一方向Xにおける厚み寸法T1は、互いに異なっていてもよいし、第1壁柱31X、第2壁柱32X、第3壁柱33Xの第二方向Yにおける厚み寸法T2も、互いに異なっていてもよい。
また、境界梁35X、35Y、36X、36Yは、上部構造20の各階に配置するとは限らず、上下方向Zに適宜間隔をあけて配置してもよい。
また、境界梁35X、35Y、36X、36Yのエネルギー吸収部37は、複数の境界梁35X、35Y、36X、36Yの一部(少なくとも1つ)が有していればよい。
また、上記実施形態では、第一方向Xの両側に配置された第2壁柱32X及び第3壁柱33Xは、第一方向Xの両側に配置された連層耐震壁30Xの第1壁柱31Yに剛接合されていたが、これに限られない。第一方向Xの両側に配置された第2壁柱32X及び第3壁柱33Xは、第一方向Xの両側に配置された連層耐震壁30Xの第1壁柱31Yと離間して設けられていてもよい。
【0034】
上記実施形態においては、連層耐震壁30Yに対して、第一方向Xに延びる梁部材25Xは剛接合され、第二方向Yに延びる梁部材25Yはピン接合されていたが、これに限られない。これらは、双方ともにピン接合されていてもよい。あるいは、例えば第二方向Yにおいて柱間の間隔が長スパンである場合等には、梁部材25Yにより第2壁柱32Y、第3壁柱33Yに作用する負荷軸力も大きくはならないため、第二方向Yに延びる梁部材25Yも、梁部材25Xとともに、連層耐震壁30Yに対して剛接合されていてもよい。
また、上記実施形態においては、連層耐震壁30X全体の幅Hxよりも連層耐震壁30Y全体の幅Hyが、大きな寸法となっていたが、これに限られない。これらの幅Hx、Hyは、同等であってもよいし、幅Hxの方が幅Hyよりも大きくてもよい。
また、各制振架構部23は、上方から見てH型をなすようにしたが、これに限らない。制振架構部23は、連層耐震壁30Xと、連層耐震壁30Yとを、上方から見てロ字状、はしご状等、適宜他の配置で構成してもよい。また、連層耐震壁30Xと、連層耐震壁30Yとを組み合わせて配置せず、制振建物1内で互いに離間した位置に配置してもよい。
また、連層耐震壁30X、30Yの柱脚部は、下部構造10を構成する基礎梁や大梁に接合するようにしてもよい。
また、連層耐震壁30X、30Yの第1壁柱31X、31Y、第2壁柱32X、32Y、第3壁柱33X、33Yの柱脚部は、下方に向かって細くなるように形成し、下部構造10に対してピン接合するようにしてもよい。
上記実施形態では、制振架構部23を、3組備えるようにしたが、これに限らない。制振架構部23の設置数、配置は、制振建物1の平面形状、規模等に応じて適宜変更可能である。
また、連層耐震壁30X、30Yは、制振建物1の外壁面1a、1bに沿って配置するようにしてもよい。
上記の実施形態では、連層耐震壁30X、30Yは建物の地上1階から最上階まで連続して設けられているが、地上階の下層階から特定の中間階まで設定されている場合であっても、3枚の壁柱が並列に設置されていれば、連層耐震壁が心柱の機能を発揮して、地震荷重に対する変形を低減することが可能である。また、連層耐震壁30X、30Yは、建物の外周部より建物中央部に設置した方が、心柱としても荷重負担能力、及び変形抑止効果を発揮することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0035】
1 制振建物 31X、31Y 第1壁柱
22 柱梁架構 32X、32Y 第2壁柱
23 制振架構部 33X、33Y 第3壁柱
25Y 梁部材 35X、35Y、36X、36Y 境界梁
30X、30Y 連層耐震壁 37 エネルギー吸収部