特許 7492899 制振建物

(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】

(24)【登録日】2024-05-22

(45)【発行日】2024-05-30

(54)【発明の名称】制振建物

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20240523BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 301

E04H9/02 311

F16F15/02 L

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020179030

(22)【出願日】2020-10-26

(65)【公開番号】P2022070026

(43)【公開日】2022-05-12

【審査請求日】2023-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石山 達士

(72)【発明者】

【氏名】石田 高義

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１９４９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２１８６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１２１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７６３９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ ９／００ － ９／１６

Ｆ１６Ｆ １５／００ －１５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数階層に亘って形成された柱梁架構と、
上側の梁に一端が連結され、下側の梁に他端が連結され、水平方向に対して傾斜して設置されると共に、設置された階層によって傾斜角度が異なっているダンパーと、
を備えた制振建物。

【請求項2】

前記ダンパーは、上階層のダンパーが下階層のダンパーより鉛直方向寄りに傾斜している、請求項１に記載の制振建物。

【請求項3】

前記ダンパーが連結される前記梁が縁切りされている、請求項１又は請求項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】

下記特許文献１には、内部構造物と外部構造物との間に、水平方向に対して斜めに傾斜したダンパーを架け渡した制振構造が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１７６３９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１における接合構造では、傾斜して配置されたダンパーの減衰力の水平方向成分は、水平方向の変形を低減する。一方、ダンパーの減衰力の鉛直方向成分は、内部構造物の曲げ変形を低減する。

【0005】

しかしながら、建物においては、水平方向の変形、すなわち層間変形と、曲げ変形とは、上下階によって異なる場合が多い。このため、ダンパーを傾斜して配置しただけでは、十分な変形低減効果を得られない場合がある。

【0006】

本発明は、上記事実を考慮して、層間変形と曲げ変形との比率に応じて、効率よくこれらの変形を低減できる制振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】

【0007】

請求項１の制振建物は、複数階層に亘って形成された柱梁架構と、上側の梁に一端が連結され、下側の梁に他端が連結され、水平方向に対して傾斜して設置されると共に、設置された階層によって傾斜角度が異なっているダンパーと、を備えている。

【0008】

請求項１の制振建物は、複数階層に亘って形成された柱梁架構を備えている。このような建物に地震力が作用すると、柱梁架構には、層間変形と曲げ変形が生じる。

【0009】

また、この制振建物においては、上側の梁と下側の梁にダンパーが傾斜して連結されている。このため、地震によって柱梁架構に層間変形と曲げ変形とが生じると、ダンパーの伸縮の水平方向成分により、層間変形を低減できる。また、ダンパーの伸縮の上下方向成分により、曲げ変形を低減できる。

【0010】

さらに、この制振建物においては、ダンパーの傾斜角度が階層によって異なっている。複数階層に亘って形成された柱梁架構においては、各階層の変形量に占める層間変形と曲げ変形の比率は、各階層によって異なる。ダンパーの傾斜角度が階層によって異なることにより、層間変形と曲げ変形の比率に応じて、効率よくこれらの変形を低減できる。

【0011】

請求項２の制振建物は、請求項１に記載の制振建物において、前記ダンパーは、上階層のダンパーが下階層のダンパーより鉛直方向寄りに傾斜している。

【0012】

上下方向に複数階層に亘って形成された柱梁架構においては、特にアスペクト比が大きな構造の場合、上階層ほど曲げ変形の割合が大きくなる。請求項２の制振建物では、上層階のダンパーを下層階のダンパーより鉛直方向寄りに傾斜させることで、効率よく変形を低減できる。

【0013】

請求項３の制振建物は、請求項１又は請求項２に記載の制振建物において、前記ダンパーが連結される前記梁が縁切りされている。

【0014】

請求項３の制振建物では、ダンパーが連結される梁が縁切りされている。梁が縁切りされると、その縁切りされた部分に、曲げ変形が集中する。これにより、ダンパーの変位を大きくして、効率よく変形を低減できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、層間変形と曲げ変形との比率に応じて、効率よくこれらの変形を低減できる制振建物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（Ａ）は本発明の実施形態に係る制振建物が層間変形した状態を示す立面図であり、（Ｂ）は曲げ変形した状態を示す立面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る制振建物の下階層において制振ダンパーが配置された部分を示す立面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る制振建物において制振ダンパーが連結された梁とスラブとが離間して配置されている状態を示す断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る制振建物の上階層において制振ダンパーが配置された部分を示す立面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る制振建物の、地震時における変形を示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る制振建物において制振ダンパーが連結された下側の梁を縁切りしない変形例を示す立面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る制振建物において制振ダンパーが連結された上側の梁を縁切りしない変形例を示す立面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る制振建物において制振ダンパーが連結された下側及び上側の梁の双方を縁切りしない変形例を示す立面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る制振建物において、架台を設けずに制振ダンパーを上下の梁に架け渡して配置した変形例を示す立面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態に係る制振建物について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

【0018】

各図において矢印Ｘ、Ｙで示す方向は水平面に沿う方向であり、互いに直交している。また、矢印Ｚで示す方向は鉛直方向（上下方向）に沿う方向である。各図において矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示される各方向は、互いに一致するものとする。

【0019】

（建物）
図１（Ａ）には、本発明の実施形態に係る建物１０が、地震時に層間変形（せん断変形）した状態が模式的に示されている。層間変形においては、建物１０は矢印Ｔで示すように、水平方向へ変位する。

【0020】

また、図１（Ｂ）には、建物１０が、地震時に曲げ変形した状態が模式的に示されている。曲げ変形においては、建物１０は矢印Ｍ１、Ｍ２で示すように、上下方向へ変位する。地震時には、これらのせん断変形及び曲げ変形が複合的に生じる。

【0021】

建物１０は、柱梁架構が複数階層に亘って形成された鉄骨造の制振建物であり、アスペクト比（塔状比）が４以上とされている。建物１０には、所定の階層に、せん断変形及び曲げ変形を低減する制振ダンパー３０（図２等参照、以下「ダンパー３０」と称す）が設置されている。「所定の階層」とは、建物１０の全ての階層でもよいし、一部の階層でもよい。但し、少なくとも２つ以上の階層を含むものとする。

【0022】

なお、建物１０は、鉄骨造に限定されるものではなく、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造等としてもよい。

【0023】

図２に示すように、建物１０は、柱１２及び梁１４によって形成された柱梁架構を備えている。また、建物１０は、ダンパー３０が連結される梁１６を備えている。柱１２は、角型鋼管を用いて形成された鉄骨柱である。梁１４は、Ｈ形鋼を用いて形成され、柱１２に接合された鉄骨梁である。梁１４には、スラブＳが架け渡されている。

【0024】

梁１６は、梁１４に代えて、柱１２に架け渡される梁である。梁１６は、梁１４より梁せいが小さく形成されている。また、梁１６の下端面は、梁１４の下端面と高さ位置が等しい。このため、梁１６とスラブＳとは離間して配置されている。そこで、図３に示すように、梁１６に沿って補助梁１８を延設し、この補助梁１８によってスラブＳが支持される。

【0025】

（ダンパーの取付構造）
図２に示すように、梁１６は２つの部分に縁切りされ、かつ、この２つの部分は、互いに離間して配置されている。

【0026】

具体的には、ダンパー３０が設置された階層における上側の梁１６が、２つの部分（梁１６Ａ、梁１６Ｂ）に縁切りされている。また、ダンパー３０が設置された階層における下側の梁１６が、２つの部分（梁１６Ｃ、梁１６Ｄ）に縁切りされている。

【0027】

「縁切り」とは、梁１６の軸方向に沿う２つの部分、すなわち、図２における軸方向一方側の梁１６Ａと他方側の梁１６Ｂ（又は梁１６Ｃと梁１６Ｄ）とが、構造的に切り離されている状態を示している。「構造的に切り離されている」とは、互いに軸力及び曲げモーメントを直接伝達しない状態を示している。

【0028】

本実施形態においては、上下方向に隣り合う２つの梁１６の双方が、それぞれ２つの部分に縁切りされており、上側の梁１６Ａにダンパー３０の一端（上端部）が連結され、下側の梁１６Ｄにダンパー３０の他端（下端部）が連結されている。

【0029】

このうち、上側の梁１６Ａは、一方の柱１２Ａに連結されており、下側の梁１６Ｄは、他方の柱１２Ｂに連結されている。柱１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ梁１６が架け渡された互いに隣り合う柱である。

【0030】

下側の梁１６Ｄには、ダンパー３０を取付けるための架台１８Ａが連結されている。ダンパー３０の下端部は、架台１８Ａを介して、梁１６Ｄに連結されている。

【0031】

ここで、上側の梁１６Ａ及び架台１８Ａには、それぞれダンパー３０の取付面３０Ａ、３０Ｂが形成されている。ダンパー３０は、水平面に対して角度θ１[°]傾斜して取付けられている。取付面３０Ａ、３０Ｂは、この傾斜角度θ１[°]と直交する方向に沿う面とされている。

【0032】

また、下側の梁１６Ｄには、下側の梁１６Ｄがダンパー３０から受ける押圧力及び引張力によって変形することを抑制するために、ステー１８Ｂが連結されている。ステー１８Ｂは、梁１６Ｄの下面に固定され、下方から梁１６Ｄを支持している。

【0033】

同様に、上側の梁１６Ａには、梁１６Ａがダンパー３０から受ける押圧力及び引張力によって変形することを抑制するために、ステー１８Ｃが連結されている。ステー１８Ｃは、梁１６Ａの下面に固定され、下方から梁１６Ａを支持している。

【0034】

（ダンパーの取付角度）
ここで、図４には、建物１０において、図２に示された階層より上階層におけるダンパー３０の配置が示されている。なお、以下の説明においては、図２に示された階層を「下階層」と称し、図４に示された階層を「上階層」と称す場合がある。これらの語句は、建物１０における絶対的な高さ位置を示す表現ではなく、図２及び図４に示された階層を比較するうえでの相対的な表現である。

【0035】

図４に示すように、上階層におけるダンパー３０の傾斜角度θ２[°]は、下階層におけるダンパー３０の傾斜角度θ１[°]より大きい。換言すると、上階層のダンパー３０が、下階層のダンパー３０より鉛直方向寄りに傾斜している。

【0036】

階層毎にダンパー３０の取付角度を変える方法としては、図２と図４とを比較して把握できるように、梁１６の縁切り位置（切断位置）を変える方法や、架台１８Ａの高さを変える方法など、様々な方法を採用できる。

【0037】

なお、建物１０において、ダンパー３０が取付けられる平面位置は特に限定されるものではないが、コアの周囲など、変形が集中する場所が好ましい。

【0038】

また、図２及び図４においては、建物１０におけるＸ方向に沿う構面にダンパー３０が設置されている例を示しているが、このダンパー３０は、建物１０におけるＹ方向に沿う構面に設置してもよい。

【0039】

さらに、Ｘ方向に沿う構面のダンパー３０と、Ｙ方向に沿う構面のダンパー３０は、互いに異なる角度としてもよいし、同じ角度としてもよい。

【0040】

なお、本実施形態に係るダンパー３０は粘性ダンパーとされているが、このダンパー３０としては、粘弾性ダンパーや履歴ダンパー等を用いてもよい。

【0041】

（作用及び効果）
本発明の実施形態に係る建物１０は、複数階層に亘って形成された柱梁架構を備えている。このような建物１０に地震力が作用すると、柱梁架構には、層間変形（図１（Ａ）参照）と曲げ変形（図１（Ｂ）参照）が生じる。

【0042】

建物１０においては、図２、図４に示すように、上側の梁１６Ａと下側の梁１６Ｄとの間にダンパー３０が傾斜して連結されている。このため、地震によって柱梁架構に層間変形と曲げ変形とが生じると、図５に二点鎖線１０Ｅで示すように、柱１２及び梁１６は、水平方向（Ｘ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に変位する。

【0043】

この柱梁架構の変位によって、ダンパー３０が伸縮する。このうち、ダンパー３０の伸縮の水平方向成分δＸにより、建物１０の層間変形を低減できる。また、ダンパー３０の伸縮の上下方向成分δＺにより、建物１０の曲げ変形を低減できる。

【0044】

ここで、複数階層に亘って形成された柱梁架構においては、各階層の変形量に占める層間変形と曲げ変形の比率は、各階層によって異なる。具体的には、上階層ほど曲げ変形の割合が大きい。また、建物１０のアスペクト比は４以上とされているため、アスペクト比が４未満の建物と比較して、上階層ほど曲げ変形の割合が大きい傾向が顕著である。

【0045】

そこで、建物１０においては、図４に示す上階層のダンパー３０が、図２に示す下階層のダンパーより鉛直方向寄りに傾斜している。これにより、層間変形と曲げ変形の比率に応じて、効率よくこれらの変形を低減できる。

【0046】

なお、ダンパー３０の取付角度は、図５に示すダンパー３０の伸縮の水平方向成分δＸと上下方向成分δＺとの比率（δＸ／δＺ）が、各階層の変形量に占める層間変形量（水平方向の変位）と曲げ変形量（上下方向の変位）との比率と一致するように設定することが好ましい。

【0047】

また、各階層の変形量に占める層間変形量と曲げ変形量との比率は、当該階層の高さ位置だけではなく、各階層の階高、柱１２及び梁１４の剛性等に影響を受ける。このため、それぞれの階層毎に、個別に好ましい角度を検討し、設定することが好適である。

【0048】

また、建物１０では、ダンパー３０が連結される梁１６が縁切りされている。梁が縁切りされると、その縁切りされた部分に、曲げ変形及び層間変形が集中する。つまり、建物１０においては、縁切りされていない梁１４が設置された部分と比較して、縁切りされた梁１６が設置された部分に、曲げ変形及び層間変形が集中する。これにより、ダンパー３０の変位を大きくして、効率よく変形を低減できる。

【0049】

なお、ダンパー３０が取付けられる梁１６Ａの長さは、短い場合（例えば切断位置Ｘ２）と比較して、長い場合（切断位置Ｘ１）のほうが、柱１２Ａの傾きに対する取付面３０Ａの水平方向及び上下方向の変位を大きくすることができる。取付面３０Ａの変位を大きくすることで、ダンパー３０による変形低減効果を高めることができる。

【0050】

（変形例）
本実施形態においては、ダンパー３０が設置された階層における上側及び下側の梁１６が、２つの部分（梁１６Ａ、梁１６Ｂ及び梁１６Ｃ、梁１６Ｄ）に縁切りされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

【0051】

例えば図６に示すように、ダンパー３０が設置された階層における下側の梁１６を２つの部分に縁切りしないで、柱１２Ａ、１２Ｂ間に架け渡す構造とすることもできる。この図における梁１６は梁１４より梁せいが小さいが、この梁１６は、梁１４と同じ梁せいとしてもよい。

【0052】

同様に、例えば図７に示すように、ダンパー３０が設置された階層における上側の梁１６を２つの部分に縁切りしないで、柱１２Ａ、１２Ｂ間に架け渡す構造とすることもできる。この場合、上側の梁１６には、取付面３０Ａを形成するためのブラケット１６Ｈを固定することが好適である。この図における梁１６も梁１４より梁せいが小さいが、この梁１６は、梁１４と同じ梁せいとしてもよい。

【0053】

なお、上側の梁１６を２つの部分に縁切りしない場合、図７に示すように、この梁１６において、ダンパー３０に近い端部の梁せいを小さく形成して、梁１６の剛性を小さくすることが好ましい。または、梁１６の端部の梁せいを小さくすることに代えて若しくは加えて、梁１６のダンパー３０に近い端部をピン接合としてもよい。

【0054】

さらに、例えば図８に示すように、ダンパー３０が設置された階層における上側及び下側の梁１６の双方を、２つの部分に縁切りしないで、柱１２Ａ、１２Ｂ間に架け渡す構造とすることもできる。

【0055】

このように、ダンパー３０が設置された階層における上側及び下側の梁１６を縁切りするか否かは、階層毎に、適宜決定することができる。

【0056】

また、ダンパー３０の取付角度は、複数の階層を同じ角度としてもよいし、一階層毎に異なる角度としてもよい。具体的には、一例として、建物１０の１階、２階、３階におけるダンパー３０の取付角度を同じ角度として、４階、５階、６階におけるダンパー３０の取付角度を同じ角度（１階、２階、３階における取付角度より大きい角度）としてもよい。

【0057】

また、別の一例として、建物１０の１階、２階、３階、４階、５階、６階の取付角度を、全て異なる角度としてもよい。

【0058】

また、本実施形態においては、図３に示すように梁１６とスラブＳとを離間して配置し、補助梁１８によってスラブＳを支持しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば梁１６と梁１４との上端面の高さ位置を揃え、梁１６とスラブＳとを接合し、梁１６にスラブＳを支持させてもよい。この場合、補助梁１８は省略することができる。

【0059】

また、本実施形態においては、架台１８Ａにダンパー３０を取付けて、この架台１８Ａの高さを変更するなどの方法によりダンパー３０の取付角度を調整しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

【0060】

例えば図９に示すように、架台１８Ａを用いず、ダンパー３０を上下の梁１６に架け渡して配置してもよい。この場合、ダンパー３０の上端部の位置を、階層毎にずらすことにより、ダンパー３０の取付角度を調整することができる。図９に示した例においても、上階層のダンパー３０が、下階層のダンパー３０より鉛直方向寄りに傾斜している。

【0061】

なお、この図においては、ダンパー３０の設置された構面に、ブレース４０を配置している。ブレース４０は、座屈拘束ブレースとされ、ダンパー３０の上端部から、下側の梁１６においてダンパー３０が接続されない側の端部へ架け渡されている。このブレース４０により、ダンパー３０のみを設置する場合と比較して、制振効果を高めることができる。但し、ブレース４０は省略してもよい。このように、本発明は様々な態様で実施し得る。

【符号の説明】

【0062】

１０ 建物（制振建物）
１６ 梁
１６Ａ 梁（上側の梁）
１６Ｄ 梁（下側の梁）
３０ ダンパー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】