JPH10280725A

JPH10280725A - 制振躯体構造

Info

Publication number: JPH10280725A
Application number: JP9089708A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Isoda; 和彦磯田; Masahiro Yoshimura; 昌宏吉村; Hideo Nakajima; 秀雄中島; Tomihiro Hori; 富博堀
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】耐震壁を備えた構造物等においても有効に制
振性能を向上させることのできる制振躯体構造を提供す
ることを課題とする。【解決手段】ビル１を、コアウォール２の頂部，中間
部に、トラス構造からなる曲げ剛性の大きな最上階トラ
ス１０，中間トラス２０を、外周躯体３の外周柱４との
間に設け、これら最上階トラス１０，中間トラス２０
に、アンボンドブレースダンパーからなるラチス材９を
組み込む構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超高層ビル等に用
いて好適な制振躯体構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、近年、ビル等の建築物の
躯体には高い制振性能が要求されており、このために各
種ダンパー装置や補強材等を組み込んだ免震・制振構造
が多種開発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術は、通常のラーメン躯体構造を対象としたものがほ
とんどである。このような技術では、特に鉄筋コンクリ
ート造のビルやコンクリート製の耐震壁を備えた超高層
ビル等、水平剛性の高い構造を適用した構造物において
は、有効に制振効果を発揮できないという問題がある。
これは、構造物の水平剛性が高いと層間変位が小さくな
るために、従来用いられているダンパー等では変位エネ
ルギーを有効に吸収できず、地震時の応答低減効果を思
うように得られないからである。

【０００４】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、耐震壁を備えた構造物等においても有効に
制振性能を向上させることのできる制振躯体構造を提供
することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
高い剛性を有して上下方向に連続するコア部を備えた躯
体に、曲げ剛性の大きな梁部材が、前記コア部の頂部ま
たは中間部と、前記躯体の外周部または他のコア部との
間に架設され、さらに前記コア部の曲げ変形を曲げ戻す
ためのダンパーが前記梁部材に具備されていることを特
徴としている。

【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１記載の制
振躯体構造において、前記梁部材がトラス構造とされ、
前記ダンパーが前記トラス構造の梁部材のラチス材とし
て組み込まれていることを特徴としている。

【０００７】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の制振躯体構造において、前記ダンパーがアンボン
ドブレースダンパーであることを特徴としている。

【０００８】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の制振躯体構造において、前記梁部材
の端部近傍の柱に、該柱の軸方向の変位を減衰する鉛直
ダンパーが組み込まれてなることを特徴としている。

【０００９】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれかに記載の制振躯体構造において、前記ダンパ
ーが、前記躯体の他の部分が完成した後に組み込まれた
ものであることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る制振躯体構造
の第一および第二の実施の形態について、図１ないし図
５を参照して説明する。

【００１１】［第一の実施の形態］まず、ここでは、本
発明に係る制振躯体構造を、例えば中心部にコア部を備
えたビルに適用する場合の例を用いて説明する。

【００１２】図１および図２に示すように、ビル１の躯
体は、中心部に位置するコアウォール（コア部）２と、
その外周側に位置する外周躯体３とから構成されてい
る。

【００１３】コアウォール２は、鉄筋コンクリート造か
らなるいわゆる耐震壁で、ビル１の基礎部分から最上部
まで連続する筒状とされている。

【００１４】また、外周躯体３は、ビル１の外周部に位
置する外周柱（柱）４および外周梁５（図２参照）と、
これら外周柱４，外周梁５とコアウォール２との間に架
設された中間梁６とから構成されている。そして、外周
柱４は、鋼管充填コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリー
ト造、または鉄骨造等とされ、外周梁５は鉄骨造または
鉄骨鉄筋コンクリート造等、中間梁６は通常の鉄骨造等
とされている。

【００１５】図１に示したように、このようなビル１の
最上階部には、上下の中間梁６，６間に、束材７とラチ
ス材８，９とを組み込むことによって形成されたトラス
構造の最上階トラス（梁部材）１０が設けられている。

【００１６】このとき、コアウォール２の上方部分に配
置されたラチス材８には、通常のブレース材と同様、普
通高張力鋼材が用いられている。

【００１７】そして、コアウォール２と外周柱４との間
の範囲に配置されたラチス材（ダンパー）９は、互いに
隣接する束材７，７間に例えば略ハ字状に配設されてい
る。

【００１８】図３に示すように、各ラチス材９は、以下
のようにしてダンパー機能を有したものとなっている。
すなわち、ラチス材９は、例えばｆｙ＝１０（Ｎ／ｍｍ
²）程度の極軟鋼からなる断面視十字状の鋼材１２が、
その両端部を同じく極軟鋼からなるガセットプレート１
３，１４を介して中間梁６及び束材７に接合され、この
鋼材１２の中間部が所定長にわたって断面ロ字状の鋼管
１５内に挿通され、さらにこの鋼管１５内には、鋼材１
２の周囲に鉄筋（図示なし）が配筋されるとともにコン
クリート（図示なし）が充填された構成となっている。
そして、鋼材１２の端面には、例えば粘弾性体や、ネオ
プレーンゴム製のスポンジ等からなる減衰材１７が貼着
されており、これによって鋼材１２と、周囲のコンクリ
ート，鉄筋（図示なし），及び鋼管１５とは、アンボン
ド状態とされている。このようにして、ラチス材９は、
いわゆるアンボンドブレースダンパーを形成した構成と
なっている。

【００１９】このラチス材９は、鋼材１２が軸線方向に
伸縮変形しようとしたときに、アンボンド状態となって
いる周囲のコンクリートとの間で鋼材１２の軸線方向に
沿った相対変位が生じることとなり、この相対変位が減
衰材１７によって減衰されるようになっている。したが
って、ラチス材９は、鋼材１２の軸線方向に作用する力
に対してダンパー効果を有した構成となってる。

【００２０】また、図１に示したように、ビル１の中間
階にも、上下の中間梁６，６間に、束材７と、アンボン
ドブレースダンパーからなるラチス材９とが設けられ
た、最上階トラス１０と同様の構成の中間階トラス（梁
部材）２０が配置されている。

【００２１】このような構成のビル１では、地震等によ
り強大な外力が作用した場合に、コアウォール２の頂部
及び中間部において、外周柱４との間に架設されたトラ
ス構造からなる強固な最上階トラス１０及び中間階トラ
ス２０によって、やじろべえの原理でコアウォール２に
曲げ戻しを与え、コアウォール２の水平変位を抑えてバ
ランスをとるようになっている。このときに、最上階ト
ラス１０，中間階トラス２０に入力された外力は、アン
ボンドブレースダンパーからなるラチス材９によって減
衰されるようになっている。そして、各ラチス材９が減
衰力を発揮すると、最上階トラス１０，中間階トラス２
０は全断面が塑性化し、地震による振動エネルギーを吸
収するようになっている。

【００２２】ところで、上記したようなビル１を構築す
るに際しては、アンボンドブレースダンパーからなるラ
チス材９を、他の部分の組立が完了した後に組み付ける
ようにする。

【００２３】これには、先ず、コアウォール２を形成す
ると共に、外周躯体３を、ラチス材９以外の、中間梁
６、束材７、ラチス材８等を先行して組み上げる。

【００２４】そして、これらコアウォール２と、ラチス
材９以外の外周躯体３とに、これらの自重等による長期
荷重が導入された後、最上階トラス１０及び中間階トラ
ス２０を形成すべき所定の位置にラチス材９を組み付け
る。

【００２５】これにより、各ラチス材９には長期荷重が
作用せず、地震や風等の外力による短期荷重のみが作用
する構成となる。

【００２６】上述したビル１の制振躯体構造では、コア
ウォール２の頂部，中間部に、トラス構造からなる曲げ
剛性の大きな最上階トラス１０，中間階トラス２０が、
外周躯体３の外周柱４との間に設けられ、これら最上階
トラス１０，中間階トラス２０には、アンボンドブレー
スダンパーからなるラチス材９が組み込まれた構成とな
っている。このような制振躯体構造により、地震等の発
生時には、最上階トラス１０，中間階トラス２０によっ
てコアウォール２に曲げ戻しをかけて曲げ変形を緩和す
るとともに、各ラチス材９で地震等による振動エネルギ
ーを吸収することができ、高い制振効果を得ることがで
きる。したがって、ビル１が、曲げ変形が卓越する超高
層、超々高層ビル等であっても、制振効果を有効に発揮
して地震時等の応答低減効果を上げることができる。そ
して、このように超高層、超々高層ビルの制振性能を高
めることにより、従来よりも矮小な土地への構築が可能
となり、土地の有効活用が可能となる。

【００２７】また、このように高い制振効果を有したビ
ル１の躯体は、従来通常の耐震構造と比較して、躯体を
構成する部材の断面を小さくすることができ、これによ
りコストを低減することが可能となる。

【００２８】しかも、上記制振躯体構造は、外観上、従
来のコア部を有した躯体に、例えばトラス構造からなる
曲げ剛性の大きな最上階トラス１０、中間階トラス２０
を形成するため、ラチス材９等を組み込むのみでよいの
で、構造計画、建築計画上の特別な制約を受けることな
く、容易に実現可能である。

【００２９】さらに、トラス構造の最上階トラス１０，
中間階トラス２０に組み込まれたラチス材９がダンパー
機能を有した構成となっている。元々トラス構造におけ
るラチスは応力を有効に受ける部材であり、このような
ラチス材９にダンパー機能を付与することによって、振
動を効率よく減衰することができる。しかもピストンや
回転ピン機構等の可動部がないため、（フリクションロ
スによる）エネルギーロスがほとんどなく、この点にお
いても効率よく減衰効果を発揮することができる。

【００３０】加えて、ラチス材９がアンボンドブレース
ダンパーで構成されているので、ダンパーを単純な構造
とすることができ、低コストで製作が可能で、しかも現
場における取付施工も極めて容易に行うことができる。

【００３１】さらに加えて、ラチス材９が、ビル１の躯
体の他の部分が完成した後に組み込まれたものである構
成となっている。これにより、ラチス材９には長期荷重
が作用せず、地震等の発生時にのみ短期荷重が作用する
ようになっている。これにより、ラチス材９における振
動減衰効果を効率的に発揮することができる。加えて、
長期荷重が作用していないラチス材９は、メンテナンス
や、地震後の復帰等のための交換等に際し、ジャッキア
ップや荷重の盛り替えが不要であり、作業を容易かつ安
全に行うことが可能となる。

【００３２】しかも、このようなラチス材９を、特に最
上部の最上階トラス１０に設けることにより、これをビ
ル１の他の部分に配置する場合に比較して、メンテナン
ス・交換等の作業を容易に行うことができる。

【００３３】［第二の実施の形態］次に、本発明に係る
制振躯体構造の第二の実施の形態として、例えば、曲げ
剛性の大きな梁部材の近傍に鉛直ダンパーを追加した場
合の例を用いて説明する。以下に説明する第二の実施の
形態において、前記第一の実施の形態と共通する構成に
ついては同符号を付し、その説明を省略する。

【００３４】図４に示すように、ビル２１は、中央部に
コアウォール２が設けられ、その外周側に外周躯体３が
設けられ、最上階部には、コアウォール２と外周躯体３
の外周柱４との間に最上階トラス（梁部材）２２が設け
られた構成となっている。

【００３５】最上階トラス２２は、上下の中間梁６，６
間に、束材７とラチス材９とを組み込むことによって形
成されており、アンボンドブレースダンパーからなるラ
チス材９は束材７，７間で例えばＸ字状に組まれてい
る。

【００３６】さらに、最上階トラス２２の端部の直下部
分に位置する外周柱４には、鉛直ダンパー２４が組み込
まれている。図５に示すように、鉛直ダンパー２４は、
例えばｆｙ＝１０（Ｎ／ｍｍ²）程度の極軟鋼からなり
外周柱４と同一断面形状を有したダンパー材２５が、ジ
ョイントプレート２６によって外周柱４の一部として組
み込まれた構成となっている。

【００３７】このような鉛直ダンパー２４においては、
最上階トラス２２の端部と、外周柱４との間における鉛
直方向の相対変位を、極軟鋼からなる履歴エネルギー吸
収型のダンパー材２５で吸収して減衰することができる
ようになっている。

【００３８】上述したビル２１の制振躯体構造によれ
ば、前記第一の実施の形態におけるビル１（図１参照）
の制振躯体構造と同様の効果が得られるのはもちろんの
こと、さらに最上階トラス２２の端部の直下部分に鉛直
ダンパー２４が組み込まれた構成となっているので、鉛
直ダンパー２４によって鉛直方向の振動が効率よく吸収
され、前記効果がより顕著なものとなる。

【００３９】なお、上記第二の実施の形態において、鉛
直ダンパー２４を、最上階トラス２２の端部の直下部分
に組み込む構成としたが、これを、最上階トラス２２の
端部の壁に組み込む構成としてもよい。

【００４０】また、上記第一または第二の実施の形態に
おいて、本発明に係る制振躯体構造を適用した例として
挙げたビル１やビル２１の構成については、上記のもの
に限定する意図はなく、他の構成を適宜採用することが
可能である。

【００４１】例えば、最上階トラス１０，２２に、アン
ボンドブレースダンパーからなるラチス材９を、ハ字
型，Ｘ字型に組み込む構成としたが、これを図６に示す
ビル１’のように、ノ字型に組み込むようにしてもよ
い。また、ラチス材９として組み込むダンパーとして、
アンボンドブレースダンパーではなく、例えば粘弾性体
のせん断粘性抵抗を利用した各種粘弾性体ダンパーや、
粘性帯の粘性抵抗を利用した各種粘性体ダンパーを組み
込むようにしてもよい。

【００４２】さらには、アンボンドブレースダンパーか
らなるラチス材９に代えて、図７に示すように、ビル３
１の最上階トラス（梁部材）３２，中間階トラス（梁部
材）３３に、極軟鋼（極低降伏点鋼）からなる制振壁
（ダンパー）３４を組み込む構成としてもよい。

【００４３】さらに、ビル１やビル２１には、コア部と
して鉄筋コンクリート造のコアウォール２を備える構成
としたが、上下方向に連続しかつ互い剛性を有するので
あれば、他の構成であってもよい。例えば、図８に示す
ように、ビル４１のコア部４２として、ビル４１の中央
部にのみラチス材（ダンパー）４３を組み込んむように
してもよい。もちろんこの場合のラチス材４３の形態
は、ハ字型に限らず，Ｘ字型，ノ字型等であってもよ
い。

【００４４】また、例えばコア部は中央部だけでなく、
図９に示すように、ビル５１の両端部に、二本一対の鉄
筋コンクリート造のコアウォール（コア部）５２，５２
を設ける構成とし、これらコアウォール５２，５２間
に、極軟鋼からなる制振壁やアンボンドブレースダンパ
ーからなるラチス材９等を組み込んだ最上階トラス（梁
部材）５３を設けるようにしてもよい。もちろん、この
ビル５１の場合も、鉄筋コンクリート造のコアウォール
５２に代えて、図１０に示すビル５１’のように、ラチ
ス材（ダンパー）５４を組み込んだコア部５５，５５を
設けるようにしてもよい。

【００４５】また、ビル１，１’，３１には、最上階ト
ラス１０，３２だけでなく、中間階トラス２０，３３を
備える構成としたが、必要十分な制振性能を得ることが
できるのであれば、中間階トラス２０，３３を廃した構
成としてもよい。逆に、ビル２１，４１，５１，５１’
に中間階トラスを設ける構成としてもよい。もちろん、
ビル１，１’，２１，３１，４１，５１，５１’におい
て、中間階トラスを複数階に設置するようにしてもよ
い。

【００４６】加えて、前記第一または第二の実施の形態
の構成や、上記に挙げた他の例等については、適宜組み
合わせることが可能であるのは言うまでもない。

【００４７】これ以外にも、例えばダンパーとして組み
込んだラチス材９の、累積吸収エネルギーの測定と、総
エネルギー吸収能とを比較してモニタリングすることに
より、ラチス材９の交換時期を設定することもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る制
振躯体構造によれば、コア部を備えた躯体に、曲げ剛性
の大きな梁部材が、コア部の頂部または中間部と、躯体
の外周部または他のコア部との間に架設され、さらにコ
ア部の曲げ変形を曲げ戻すためのダンパーが梁部材に具
備された構成となっている。このような制振躯体構造に
より、地震等の発生時には、梁部材によってコア部に曲
げ戻しをかけて変形を緩和するとともに、梁部材に備え
たダンパーにより地震等による振動エネルギーを吸収す
ることができ、高い制振効果を発揮することができる。
したがって、このような制振躯体構造を、アスペクト比
が大きく、曲げ変形が卓越する超高層、超々高層ビル等
に適用することにより、制振効果を有効に発揮して地震
時等の応答低減効果を上げることができ、土地の有効活
用が可能となる。そして、このように高い制振効果を有
した躯体は、従来通常の耐震構造と比較して、躯体を構
成する部材の断面を小さくすることができ、これにより
コストを低減することが可能となる。しかも、上記制振
躯体構造は、外観上、従来のコア部を有した躯体に、例
えばトラス構造等からなる曲げ剛性の大きな梁部材とダ
ンパーとを組み込むのみでよいので、構造計画、建築計
画上の特別な制約を受けることなく、容易に実現可能で
ある。

【００４９】また、請求項２に係る制振躯体構造によれ
ば、梁部材がトラス構造とされ、前記ダンパーが前記ト
ラス構造の梁部材のラチス材として組み込まれた構成と
なっている。このようにダンパーをトラス架構のラチス
材に組み込むことにより、振動を効率よく減衰すること
ができる。しかもピストンや回転ピン機構等の可動部が
ないため（フリクションロスによる）エネルギーロスが
ほとんどなく、この点においても効率よく減衰効果を発
揮することができる。ところで、本発明に係る制振躯体
構造と同様の効果を上げることを目的として、例えば、
コア部に曲げ戻しをかけるために設けた曲げ剛性の大き
な梁部材と、躯体の外周部の柱との間にダンパーを挿入
することも考えられるが、このような構成では、外壁と
屋根スラブとの間に相対変形が生じるために、これに対
応したエキスパンジョン・ジョイントや目地などが必要
となり、建物の意匠性が損なわれるという問題がある。
これに対し、上記したようにダンパーをトラス構造の梁
部材のラチス材として組み込むことにより、前記のよう
な問題は何ら生じない。

【００５０】請求項３に係る制振躯体構造によれば、ダ
ンパーがアンボンドブレースダンパーである構成となっ
ている。これにより、ダンパーを単純な構造とすること
ができ、低コストで製作が可能で、しかも現場における
取付施工も極めて容易に行うことができる。

【００５１】請求項４に係る制振躯体構造によれば、梁
部材の近傍の柱に鉛直ダンパーが組み込まれた構成とな
っている。これにより、鉛直方向の振動エネルギーを効
率よく吸収することができ、上記効果をより一層顕著な
ものとすることができる。

【００５２】請求項５に係る制振躯体構造によれば、ダ
ンパーが、躯体の他の部分が完成した後に組み込まれた
ものである構成となっている。これにより、ダンパーに
は、躯体に常時作用している自重等の長期荷重が作用せ
ず、地震等の発生時にのみ短期荷重がダンパーに作用す
るようになっている。これにより、ダンパーにおける振
動減衰効果を効率的に発揮することができる。加えて、
長期荷重が作用していないダンパーは、メンテナンス
や、地震後の復帰等のための交換等に際し、ジャッキア
ップや荷重の盛り替えが不要であり、作業を容易かつ安
全に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制振躯体構造の第一の実施の形
態を示す図であって、前記制振躯体構造を適用したビル
を示す立断面図である。

【図２】図１の平断面図である。

【図３】前記ビルに適用したダンパーを示す立面図で
ある。

【図４】本発明に係る制振躯体構造の第二の実施の形
態を示す図であって、前記制振躯体構造を適用したビル
を示す立断面図である。

【図５】前記ビルに適用した鉛直ダンパーを示す立面
図である。

【図６】本発明に係る制振躯体構造を適用したビルの
他の一例を示す立断面図である。

【図７】本発明に係る制振躯体構造を適用したビルの
さらに他の一例を示す立断面図である。

【図８】本発明に係る制振躯体構造を適用したビルの
さらに他の一例を示す立断面図である。

【図９】本発明に係る制振躯体構造を適用したビルの
さらに他の一例を示す立断面図である。

【図１０】本発明に係る制振躯体構造を適用したビル
のさらに他の一例を示す立断面図である。

【符号の説明】

２，５２コアウォール（コア部）４外周柱（柱）９，４３，５４ラチス材（ダンパー）１０，２２，３２，５３最上階トラス（梁部材）２０，３３中間階トラス（梁部材）２４鉛直ダンパー３４制振壁（ダンパー）４２，５５コア部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀富博東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高い剛性を有して上下方向に連続するコ
ア部を備えた躯体に、曲げ剛性の大きな梁部材が、前記
コア部の頂部または中間部と、前記躯体の外周部または
他のコア部との間に架設され、さらに、前記コア部の曲
げ変形を曲げ戻すためのダンパーが前記梁部材に具備さ
れていることを特徴とする制振躯体構造。
【請求項２】請求項１記載の制振躯体構造において、
前記梁部材がトラス構造とされ、前記ダンパーが前記ト
ラス構造の梁部材のラチス材として組み込まれているこ
とを特徴とする制振躯体構造。
【請求項３】請求項１または２記載の制振躯体構造に
おいて、前記ダンパーがアンボンドブレースダンパーで
あることを特徴とする制振躯体構造。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の制
振躯体構造において、前記梁部材の端部近傍の柱に、該
柱の軸方向の変位を減衰する鉛直ダンパーが組み込まれ
てなることを特徴とする制振躯体構造。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の制
振躯体構造において、前記ダンパーが、前記躯体の他の
部分が完成した後に組み込まれたものであることを特徴
とする制振躯体構造。