JP3861430B2 - 連結構造物の制振方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の建造物を互いに振動干渉させるように連結して、双方の建造物を制振するようにした連結構造物の制振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建物の制振装置として、質量体をアクティブまたはパッシブに移動させるようにしたＴＭＤやＡＭＤが知られており、これらは入力振動に対して建物頂部に水平方向の制御モーメントを発生させるようになっている。しかし、これらの装置で大振動を制振しようとした場合、質量体の振幅を装置の許容ストローク以下に抑えるためには、過大な付加質量が必要となってその実現が困難になってしまうこともある。
【０００３】
そこで、このよう場合には上記ＴＭＤやＡＭＤ等のように付加質量の慣性力で制振するのではなく、並立する構造系同士を連結して制振するようにした連結構造物の制振方法（特開平６−５８０１７号公報参照）を採用することが考えられる。即ち、この連結構造物の制振方法は、並立する構造特性の異なる構造系同士をばねおよびダンパーで連結させて連結構造物を構成し、２つの建物の揺れの固有周期の相違を利用して制振するようになっている。ここで、この種の制振方法を用いる場合、双方の建物質量比と剛性比が反比例の関係にある場合が理想的で、この反比例の関係に近い程ダンパーで連結した場合に大きな減衰定数（最適連結制振）を得ることができる。
【０００４】
ところで、単に隣接して並立する独立した２棟の建物同士を連結しただけでは、上記連結制振が理想とする質量比と剛性比との反比例関係を得ることは困難であり、上記反比例の関係に近づけるためには連結制振を前提とした１棟終結型とするのが望ましい。この１棟終結型の建物構造は図５（ａ），（ｂ）に示すように、建物のセンターコア（第１建造物）１を独立棟とし、このセンターコア１と、これの外周を囲繞して構築される外周建物（第２建造物）２とをダンパー３，３…で連結して構成される。この１棟終結型の連結構造物のセンターコア１は建物面積に占める割合が小さいため、床スラブ２ａ，２ａ…をもつ外周建物２より重量が小さく、また、このセンターコア１は連層耐震壁で構成されて大きな剛性が得られるため、上記連結制振の理想型に近づけることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の連結構造物の制振方法にあっては、連結構造物の中心部に設けられるセンターコア１は、高さＨと幅Ｂの比で表されるライズ比（Ｈ／Ｂ）が大きくなるため、特に、該センターコア１は連層耐震壁の場合であっても超高層ビルのように高くなると、図５に示すように上部に地震力や風などによる水平外力Ｐが作用した場合、上記センターコア１の曲げ変形が大きくなって上部に作用した場合の剛性（抵抗力）が小さくなってしまう。このため、１棟終結型として構成された連結構造物の所定の剛性比が得られなくなってしまい、制振効果が低下されてしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、第１建造物が曲げ変形されるのを阻止することにより、この第１建造物の剛性を確保して制振効果の低下を防止するようにした連結構造物の制振方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１に示す本発明の連結構造物の制振方法は、低質量，高剛性の第１建造物と、この第１建造物の近傍に独立して立設される高質量，低剛性の第２建造物とが、連結部材を介して部分的に連結されるようになった連結構造物において、上記第１建造物を中心に配置すると共にその周囲を囲繞するように上記第２建造物を配置し、上記第１建造物の上端部には上記第２建造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、この剛体鍔部と第２建造物の頂部との間に、水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と第２建造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を第２建造物で支持することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に示す連結構造物の制振方法は、上記滑り部材を、上記第２建造物における柱の形成位置に対応して配置する。
【０００９】
更に、請求項３に示す連結構造物の制振方法は、上記連結部材を、ばねおよび，またはダンパーとしたことを特徴とする。
【００１０】
以上の構成に係る本発明の連結構造物の制振方法の作用を以下述べると、請求項１では、第１建造物の上端部に剛体鍔部を設けて、この剛体鍔部を滑り部材を介して第２建造物の頂部に水平摺動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を当該第２建造物で支持するようにしたので、大地震等により大きな水平力が入力されて、第１建造物に大きな曲げモーメントが作用して曲げ変形されようとしても、上記剛体鍔部は滑り部材を介して第２建造物の頂部に沿って水平移動する。このとき、剛体鍔部には下方への押し下げ力が発生するが、この押し下げ力は第２建造物によって支持されるため、この支持部分によって押し下げ力に対する反力が第２建造物に発生し、この反力により剛体鍔部には第１建造物の曲げに対向するモーメントが発生する。このため、上記第１建造物はこのときのモーメントにより、上端部を曲げ方向とは反対方向に押し戻し、延いては、この第１建造物の曲げ変形を抑制することができる。従って、該第１建造物は上記第２建造物に支持されることによって剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保することができるため、連結構造物の制振効果を十分に発揮することができる。
【００１１】
また、請求項２では、上記滑り部材を上記第２建造物の柱の形成位置に対応して配置したので、上記剛体鍔部から受ける押し下げ力を第２建造物の柱部分で支持できるため、該剛体鍔部の支持強度を増大し、延いては上記第１建造物の曲げ変形を効果的に阻止することができる。
【００１２】
更に、請求項３では、上記連結部材を、ばねおよび，またはダンパーとしたので、低質量，高剛性の上記第１建造物および高質量，低剛性の第２建造物をそれぞれ独立した構造体として、効率の良い連結制振を構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図３は本発明の連結構造物の制振方法の一実施形態を示し、図１は連結構造物の全体構成を示す断面正面図、図２は同平面図、図３は第１建造物の動作を示す説明図である。
【００１４】
即ち、本実施形態の連結構造物１０は１棟終結型として構成され、図１，図２に示すように中心部に立設される第１建造物としてのセンターコア１２と、その周囲に所定の間隔Ｓをもって囲繞するように立設される第２建造物としての外周建物１４とを備える。上記センターコア１２は連層耐震壁を用いて低質量，高剛性として形成される一方、上記外周建物１４は多層の床スラブ１６，１６…を設けて高質量，低剛性の高層ビルとして構築される。上記センターコア１２は上記外周建物１４と同じ高さに形成され、これらセンターコア１２と外周建物１４とは、上記床スラブ１６，１６…に対応して上記間隔Ｓ部分に配置される、ばねおよびダンパーを並設した複数の連結部材１８，１８…を介して連結される。
【００１５】
ここで、本実施形態は上記センターコア１２の上端部に、上記外周建物１４の頂部１４ａを覆う剛体鍔部としてのハットトラス２０を設け、このハットトラス２０の下面と上記外周建物１４の頂部１４ａとの間に、これら両者間の水平移動を許容する滑り部材としての複数のローラ２２を介在する。そして、これらローラ２２を介してハットトラス２０と外周建物１４との水平方向の相対移動を許容しつつ、該ハットトラス２０に作用する下方への押し付け力を支持するようになっている。
【００１６】
上記ハットトラス２０は、所定厚みをもった直方体状の立体トラスとしてセンターコア１２頂部に一体に取り付けられ、このセンターコア１２の曲がり変形に抵抗するモーメントが作用した場合にも、十分にその形状を保持できる剛性を備えて構成される。また、上記ローラ２２は外周建物１４の柱２４の形成位置に対応して配置される。
【００１７】
従って、本実施形態の連結構造物の制振方法にあっては、図３に示すように大地震等により大きな水平力Ｐが連結構造物１０に入力され、これによってセンターコア１２が大きく曲げ変形されようとする場合、センターコア１２の上端部に設けたハットトラス２０は、ローラ２２を介して外周建物１４の頂部１４ａに沿って水平移動しつつ、下方への押し下げ力Ｆが発生する。この押し下げ力Ｆは上記ローラ２２を介して外周建物１４によって支持されるため、この支持部分によって押し下げ力Ｆに対する反力Ｒが外周建物１４に発生し、この反力Ｒによりハットトラス２０にはセンターコア１２の曲げに対向するモーメントＭが発生することになる。このため、センターコア２０はこのときのモーメントＭにより、上端部が曲げ方向とは反対方向に押し戻され、延いては、このセンターコア２０の曲げ変形を抑制することができる。
【００１８】
従って、上記センターコア１２は上記外周建物１４に支持されることによって剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保することができる。このため、１棟終結型として構成される連結構造物１０の制振効果を十分に発揮することができる。
【００１９】
また、本実施形態では上記ローラ２２を上記外周建物１４の柱２４の形成位置に対応して配置したので、上記ハットトラス２０から受ける押し下げ力Ｆを外周建物１４の柱２４部分で支持できるため、該ハットトラス２０の支持強度を増大し、延いては上記センターコア１２の曲げ変形を効果的に阻止することができる。 ところで、本実施形態では滑り部材として上記ローラ２２を用いた場合を開示したが、これに限ることなく二次元スライドが可能なリニアベアリングを用いることが更に望ましい。また、上記滑り部材はそれ以外の部材を用いることもでき、例えば、ハットトラス２０と外周建物１４との水平方向の相対移動量が少なくて済むことから、アイソレータなどの積層ゴムを上記滑り部材として用いることもできる。
【００２０】
更に、上記センターコア１２と上記外周建物１４とを連結する連結部材１８を、ばねおよびダンパーを並設して構成したので、低質量，高剛性の上記センターコア１２と、高質量，低剛性の上記外周建物１４とをそれぞれ独立した構造体として、双方の建物の質量比と剛性比を反比例の関係をもってチューニングし易くなり、効率の良い連結制振を構成することができる。また、上記連結部材１８としては、ばねのみまたはダンパーのみによっても構成することができる。
【００２１】
ところで、本実施形態では剛体鍔部として立体トラス構造のハットトラス２０を構成したが、このハットトラス２０は高剛性をもって軽量化が可能となるが、これ以外にも十分な剛性を備える他の構造体として構成することもできる。また、連結構造物１０はセンターコア１２および外周建物１４を備えた１棟集結型に限ることなく、互いに振動特性の異なる建造物を並設して、それぞれを連結部材１８を介して連結したものにあっても本発明を適用することができる。更に、図示は省略したが上記連結構造物１０の基礎部分に免振ゴムなどのアイソレータを設けることにより、この連結構造物１０の制振効果の更なる向上を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明によれば以下に述べるような優れた効果を奏する。
【００２３】
請求項１の連結構造物の制振方法は、大地震等により大きな水平力が入力されて、低質量，高剛性の第１建造物が大きく曲げ変形されようとする場合、この第１建造物の上端部に設けた剛体鍔部は滑り部材を介して、高質量，低剛性の第２建造物の頂部に沿って水平移動しつつ下方への押し下げ力が発生し、この押し下げ力が第２建造物によって支持されるため、第１建造物は剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保して、連結構造物の制振効果を十分に発揮することができる。
【００２４】
また、請求項２の連結構造物の制振方法は、上記滑り部材を上記第２建造物の柱の形成位置に対応して配置したので、上記剛体鍔部から受ける押し下げ力を第２建造物の柱部分で支持できるため、該剛体鍔部の支持強度を増大し、延いては上記第１建造物の曲げ変形を効果的に阻止することができる。
【００２５】
更に、請求項３の連結構造物の制振方法は、上記連結部材を、ばねおよび，またはダンパーとしたので、低質量，高剛性の上記第１建造物および高質量，低剛性の第２建造物をそれぞれ独立した構造体として、効率の良い連結制振を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す連結構造物の全体構成を示す断面正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す連結構造物の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す第１建造物の動作を示す説明図である。
【図４】従来の連結構造物を示す（ａ）の断面正面図、（ｂ）の平面図である。
【図５】従来の連結構造物のセンターコアの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 連結構造物
１２ センターコア（第１建造物）
１４ 外周建物（第２建造物）
１４ａ 頂部
１８ 連結部材
２０ ハットトラス（剛体鍔部）
２２ ローラ（滑り部材）
２４ 柱

Claims (3)

1. 低質量，高剛性の第１建造物と、この第１建造物の近傍に独立して立設される高質量，低剛性の第２建造物とが、連結部材を介して部分的に連結されるようになった連結構造物において、
   上記第１建造物を中心に配置すると共にその周囲を囲繞するように上記第２建造物を配置し、上記第１建造物の上端部には上記第２建造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、この剛体鍔部と第２建造物の頂部との間に、水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と第２建造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を第２建造物で支持することを特徴とする連結構造物の制振方法。
2. 上記滑り部材を、上記第２建造物における柱の形成位置に対応して配置したことを特徴とする請求項１に記載の連結構造物の制振方法。
3. 上記連結部材を、ばねおよび，またはダンパーで構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連結構造物の制振方法。

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