JP5586566B2 - 制震構造物 - Google Patents

Description

本発明は、高さ及び剛性が異なる複数の構造物を備えた制震構造物に関するものである。

近年、歴史的建築物を建て替える場合において、新たな建築物に歴史的外観を継承させることが多く行われている。例えば、既存の建築物とほぼ同一の外観を有する建築物を現代的な工法で再現する方法がこれに該当する。この場合、再現した建築物に隣接して高層建築物が増築されるケースが多く見られる。

ここで、通常歴史的建築物は中低層の建築物であるため、高層建築物とは固有周期が大きく異なる。このため、歴史的建築物を再現した再現建築物に高層建築物を隣接させる場合、固有周期の違いを考慮して建築物全体の振動制御を行うことが望まれる。現在このような振動制御の方法としては、構造物間に制震装置を設置し、構造物の振動エネルギーを他の構造物に蓄え、消費させ、複数の構造物の振動を低減させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００１−１２３６９６号公報

しかし、上述の制震方法においては、高層建築物の上層階が大きく水平方向に張り出し、再現建築物に覆い被さる形状をしている場合、構造物間の振動を十分に制御できないという問題がある。

また、通常再現建築物と高層建築物とは構造種別や構造形式が異なるため、再現建築物とそれに覆い被さる高層建築物を一体とした場合、地震時において水平面内の地震力分担の違いによる平面的捩れや高さ方向の剛性差による損傷集中を生じるおそれがある。

本発明の目的は、構造物の平面的な捩れ及び高さ方向の剛性差を制御することができる制震構造物を提供することである。

本発明の制震構造物は、建て替え時に取り壊された歴史的建物とほぼ同一の外観を備える再現構造物と、前記再現構造物に隣接して増築され、前記再現構造物よりも高さが高く、かつ剛性が小さい高層構造物とを備える制震構造物において、前記高層構造物は、上層階において水平方向に張り出し前記再現構造物の少なくとも一部に覆い被さる張出部を有し、前記再現構造物は、前記張出部の階下部分を鉛直方向に支持し、かつ前記張出部との間の水平方向の変位に追従する水平支承を備え、前記水平支承は、前記再現構造物の屋根または屋上において、前記再現構造物の長手方向に沿って複数設置されることを特徴とする。

また、本発明の制震構造物は、前記高層構造物と前記再現構造物との間を水平方向に連結し、前記高層構造物と前記再現構造物との間の振動を制御する連結ダンパーを備えることを特徴とする。

また、本発明の制震構造物は、前記水平支承が、前記再現構造物の長手方向に沿って複数列設置されることを特徴とする。

また、本発明の制震構造物は、前記水平支承が、免震装置であることを特徴とする。

本発明の制震構造物によれば、構造物の平面的な捩れ及び高さ方向の剛性差を制御することができる。

実施の形態に係る制震構造物を側面から視た図である。 実施の形態に係る制震構造物の平面の構成を示す図である。 実施の形態に係る制震構造物において再現構造物の屋上部分に設置された免震装置の取付状態及び地震時の変形状態を示す図である。 実施の形態に係る制震構造物の地震時における平面の変形状態を示す図である。 実施の形態に係る制震構造物において再現構造物の屋上部分に設置された免震装置と高層構造物の取付状態を示す図である。 実施の形態に係る制震構造物において再現構造物の屋上部分に設置された免震装置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る制震構造物について説明する。図１は、実施の形態に係る制震構造物を側面から視た図である。なお、以下の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照して説明する。図１に示すように、ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸が紙面の左右方向と平行に、Ｙ軸が紙面の奥行き方向と平行に、Ｚ軸が紙面の上下方向と平行にそれぞれ設定される。

制震構造物２は、建て替え時に取り壊された歴史的建物とほぼ同一の外観を備える再現構造物４と、再現構造物４に隣接する場所に増築された高層構造物６とを備えている。ここで、高層構造物６は、−Ｘ側に大きく張り出した張出部８を上層階に有する逆Ｌ字型の形状を有しており、張出部８の階下部分１０が再現構造物４の屋上部分１３の一部に覆い被さっている。また、制震構造物２は、再現構造物４の剛性が高層構造物６の剛性と比較して極めて大きくなる構造を有しており、例えば、再現構造物４が鉄骨鉄筋コンクリート構造、高層構造物６が鉄骨構造で構成されている。

また、再現構造物４と高層構造物６との間のクリアランス１１には、隣接する両構造物をＸ軸方向に連結し、地震時に構造物間の振動を吸収する連結ダンパー１２が両構造物の躯体を構成する梁の位置に沿って複数備えられている。また、再現構造物４の屋上部分１３には、張出部８の荷重を負担すると共に、ＸＹ平面内における張出部８と屋上部分１３との間の変位に追従する免震装置１４が水平支承として備えられている。また、再現構造物４及び高層構造物６は、各階において所定の位置の梁柱架構内に各構造物の振動を制御する制震ブレース１６を備えている。ここで、連結ダンパー１２及び制震ブレース１６には、収縮伸長運動によって振動を吸収するオイルダンパーが用いられ、免震装置１４には、金属板とゴムを交互に重ねた積層ゴム支承が用いられる。

次に、図２を参照して制震構造物２の平面の構成について説明する。図２（ａ）は、図１に示すＡ面を＋Ｚ側から視た制震構造物２の上層階の平面の構成を示す図である。上層階において、制震構造物２は高層構造物６のみから構成されており、高層構造物６は、張出部８に当らない位置の梁柱架構内に制震ブレース１６を備えている。

図２（ｂ）は、図１に示すＢ面を＋Ｚ側から視た制震構造物２の平面の構成を示す図である。この平面においては、連結ダンパー１２が両構造物の躯体を構成する梁の位置に沿ってクリアランス１１内に複数設置されている。また、再現構造物４の屋上部分１３には、免震装置１４が階下部分１０の縁部１８（図２（ａ）参照）に沿ってＹ軸方向に複数設置されている。また、高層構造物６は、上層階の制震ブレース１６の位置に対応する位置に制震ブレース１６を備え、再現構造物４は、ファサード１９側に位置する梁柱架構内に制震ブレース１６を備えている。

図２（ｃ）は、図１に示すＣ面を＋Ｚ側から視た制震構造物２の下層階の平面の構成を示す図である。制震構造物２の下層階は、再現構造物４と高層構造物６とから構成され、両構造物間にはクリアランス１１が設けられている。また、高層構造物６は、上層階の制震ブレース１６の位置に対応する位置に制震ブレース１６を備え、再現構造物４は、ファサード１９側に制震ブレース１６を備えている。

次に、図３を参照して再現構造物４の屋上部分１３に設置された免震装置１４について説明する。図３（ａ）に示すように、屋上部分１３には、再現構造物４の躯体を構成する柱２０の上端部が突出しており、免震装置１４が柱２０の上端部を台座として設置されている。また、高層構造物６の躯体を構成する張出部８の縁部１８の柱２２が階下部分１０から−Ｚ方向に延びており、柱２２の下端部が免震装置１４の上端部に接合されている。このため、張出部８の荷重は柱２２から免震装置１４を介して柱２０に伝達され、張出部８が再現構造物４によって常時Ｚ軸方向に支持される。

なお、免震装置１４は積層ゴム支承であるため、図３（ｂ）に示すように、地震時において柱２０の上端部及び柱２２の下端部の動きに追従してせん断変形することが可能である。

図４は、実施の形態に係る制震構造物２の地震時における変形状態を示す図である。図４（ａ）に示すように、再現構造物４と高層構造物６とは、地震時においてそれぞれの振動特性に基づいて振動し、異なる挙動を示す。例えば、中低層で剛性が大きい再現構造物４は固有周期が小さいため小さく振動するのに対し、高層で剛性が小さい高層構造物６は固有周期が大きいため大きく振動する。この場合において、免震装置１４が水平方向にせん断変形することにより（図３（ｂ）参照）、ＸＹ平面内において張出部８の階下部分１０と再現構造物４との間の変位に追従する。また、連結ダンパー１２が収縮伸長運動することにより、構造物間に生じるＸ軸方向の振動が吸収される。また、制震ブレース１６が収縮伸長運動することにより、再現構造物４及び高層構造物６の振動が吸収される。

なお、仮に再現構造物４と高層構造物６が構造上一体とされた場合、制震構造物２は地震時において、図４（ｂ）に示すように、一つの構造物として振動する。この場合、制震構造物２の剛心が剛性の大きな再現構造物４側に大きく偏り、制震構造物２の重心と大きく離れるため、特に下層階においてＸＹ平面内に大きな捩れを生じる。また、張出部８の階下部分１０と再現構造物４との間に大きな剛性差ができるため、この部分において制震構造物２に損傷が集中するおそれがある。

この実施の形態に係る制震構造物２によれば、免震装置１４を再現構造物４の屋上部分１３に設置することにより、ＸＹ平面内における高層構造物６の張出部８と屋上部分１３との間の変位を許容することができるため、分離されていない一体の構造物に比べて、構造物の平面的な捩れ及び高さ方向の剛性差を制御することができる。

また、固有周期が異なる再現構造物４と高層構造物６との間に連結ダンパー１２を設置することにより、固有周期が異なる構造物間の応答を利用して制震構造物２全体の応答制御を図ることができる。また、再現構造物４及び高層構造物６にそれぞれ制震ブレース１６を設置することにより、更に制震効果を高めることができる。

また、制震構造物２の形状を高層構造物６の張出部８の階下部分１０が再現構造物４の屋上の一部に覆い被さる形状とすることにより、制震構造物２の容積率（敷地面積に対する建築延べ面積）を大きくすることができる。また、制震構造物２が再現構造物４と高層構造物６とから構成されるため、構造設計過程において構造物ごとに構造計算を行うことができる。

なお、上述の実施の形態において、免震装置１４の設置パターンは、免震装置１４が張出部８の階下部分１０と再現構造物４との間の変位に追従することができれば上述の例に限定されない。例えば、免震装置１４が階下部分１０の縁部１８よりも＋Ｘ側の柱上に沿って設置されていてもよく、また、Ｙ軸方向に複数列設置されていてもよい。また、＋Ｙ側の端部及び−Ｙ側の端部には設置せず、再現構造物４の中心に近い位置にのみ設置されていてもよい。

また、上述の実施の形態において、再現構造物４が張出部８を常時Ｚ軸方向に支持することができれば、免震装置１４は再現構造物４の柱２０（図３（ａ）参照）上に設置されていなくてもよい。例えば、図５（ａ）や図５（ｂ）に示すように、再現構造物４の躯体を構成する梁２４上に設置されていてもよい。また、図５（ｃ）に示すように、免震装置１４が張出部８の階下部分１０の梁２６と再現構造物４の梁２４との間に設置されていてもよい。

また、上述の実施の形態において、免震装置１４は積層ゴム支承に限定されない。例えば、図６に示すように、積層ゴム２８の下に滑り材３０を設けた滑り支承を免震装置１４に用いてもよい。これにより、地震時において再現構造物４と高層構造物６との間の変位が極めて大きくなる場合においても張出部８の階下部分１０を鉛直方向に支持することができる。また、免震装置１４に鉛プラグ挿入型積層ゴム支承、直動転がり支承、ローラー支承、弾性滑り支承等を用いてもよい。

また、上述の実施の形態において、連結ダンパー１２はオイルダンパーに限定されず、粘弾性ダンパーや摩擦ダンパー等を用いてもよい。

また、上述の実施の形態においては、再現構造物４及び高層構造物６が制震ブレース１６を備えているが、制震ブレース１６に代えて耐震ブレースを備えるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、再現構造物４が鉄骨鉄筋コンクリート構造、高層構造物６が鉄骨構造である場合を例に説明したが、再現構造物４の剛性が高層構造物６の剛性よりも高くなる構造であれば、再現構造物４及び高層構造物６の構造種別や構造形式は限定されない。

また、上述の実施の形態においては、地震時において制震構造物２の振動を制御する場合を例に説明したが、強風時において再現構造物４と高層構造物６とが異なる挙動を示した場合においても、免震装置１４がＸＹ平面内において生じる張出部８の階下部分１０と再現構造物４との間の変位に追従することにより、構造物の平面的な捩れ及び高さ方向の剛性差を制御することができる。

また、上述の実施の形態において、制震構造物２が複数の再現構造物４を備え、張出部８の階下部分１０が複数の再現構造物４の屋上部分１３の一部に覆い被さっていてもよい。この場合においても、それぞれの再現構造物４の屋上部分１３に免震装置１４を設置することにより、構造物の平面的な捩れ及び高さ方向の剛性差を制御することができる。

また、上述の実施の形態においては、張出部８の階下部分１０が再現構造物４の屋上部分１３の一部に覆い被さっている場合を例に説明したが、階下部分１０は、屋上部分１３全体に覆い被さっていてもよい。

また、上述の実施の形態においては、再現構造物４が屋上部分１３を有する場合を例に説明したが、再現構造物４が屋根を有し、屋根上に免震装置１４を設置するようにしてもよい。

２…制震構造物、４…再現構造物、６…高層構造物、８…張出部、１０…階下部分、１１…クリアランス、１２…連結ダンパー、１３…屋上部分、１４…免震部材、１６…制震ブレース

Claims (4)

1. 建て替え時に取り壊された歴史的建物とほぼ同一の外観を備える再現構造物と、
   前記再現構造物に隣接して増築され、前記再現構造物よりも高さが高く、かつ剛性が小さい高層構造物と
   を備える制震構造物において、
   前記高層構造物は、上層階において水平方向に張り出し前記再現構造物の少なくとも一部に覆い被さる張出部を有し、
   前記再現構造物は、前記張出部の階下部分を鉛直方向に支持し、かつ前記張出部との間の水平方向の変位に追従する水平支承を備え、
   前記水平支承は、前記再現構造物の屋根または屋上において、前記再現構造物の長手方向に沿って複数設置されることを特徴とする制震構造物。
2. 前記高層構造物と前記再現構造物との間を水平方向に連結し、前記高層構造物と前記再現構造物との間の振動を制御する連結ダンパーを備えることを特徴とする請求項１記載の制震構造物。
3. 前記水平支承は、前記再現構造物の長手方向に沿って複数列設置されることを特徴とする請求項１または２記載の制震構造物。
4. 前記水平支承は、免震装置であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の制震構造物。

Images