JP5599644B2

JP5599644B2 - 建物の制振構造

Info

Publication number: JP5599644B2
Application number: JP2010098968A
Authority: JP
Inventors: 信治中田
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: JP2011226202A

Description

本発明は、地震時の建物の振動を速やかに減衰させるための建物の制振構造に関する。

従来より、地震時の建物の振動を速やかに減衰させる制振構造として多種多様なものが開発されている。一方、鉄骨造の躯体にＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）等からなる外壁パネルを取り付けて構成された建物では、地震時の外壁パネルの損傷を防止するために、外壁パネルが躯体の層間変形に追従してロッキングするように構成されることが多い。このようなロッキング工法による外壁の取り付けは、例えば、特許文献１又は２に開示されるような金具によって行われる。

上記のような建物においても、前述した制振構造を導入することが検討されているが、大掛かりでコストのかかるものが多く、特に工業化住宅等、既に規格化されたシステムを保有する住宅メーカーにおいては、従来のシステムの構成を大きく変えることなく簡易に導入可能なものが求められていた。

例えば、特許文献３には、軸組フレームと外壁パネルとの間に粘弾性ダンパーを介在させた制震構造の記載がある。しかし、外壁パネルに粘弾性ダンパーを取り付ける場合、粘弾性ダンパーを外壁パネル裏面にビス等で取り付けることになるが、外壁パネルがＡＬＣ等の脆弱な材料で構成されている場合、地震時に粘弾性体によって繰り返し作用する引き抜き力によってビス周辺が破壊されてビスが緩み、ダンパーとしての機能が低下あるいは消失してしまう虞がある。

実開昭６１−１５２６０４号公報特開２００４−０７６３７２号公報特開２００５−２８２２３１号公報

本発明は、上記のような従来技術のもつ課題を解決し、ＡＬＣからなる外壁パネルに装着してもダンパーの機能の低下や消失がなく、しかも、従来のシステムの構成を大きく変えることなく簡易に導入可能な制振構造を提供することを目的とする。

本発明によれば、柱と梁で構成された鉄骨構造の躯体と、該躯体の層間変形に追従してロッキングするように該躯体に取り付けられた軽量気泡コンクリート製の外壁パネルと、
該外壁パネル裏面側に一方の面が当接された状態で固定された板状の部材である外壁側固定部と、該外壁側固定部に当接するように躯体側に固定された躯体側固定部とを有する摩擦ダンパーと、を備える建物の制振構造であって、前記躯体側固定部は、前記外壁側固定部の他方の面に対向する垂直片と、該垂直片と前記外壁側固定部の他方の面との間に介在し、前記外壁側固定部の他方の面に接触する摩擦板を有しており、前記摩擦ダンパーは、前記外壁パネルのロッキングに応じて該外壁側固定部と該躯体側固定部とが互いに摺動するように構成されており、前記垂直片にはボルト挿通部が設けられるとともに該ボルト挿通部に前記摩擦板を押圧するための調整ボルトが螺入され、前記垂直片に設けられたボルト挿通部に螺入された前記調整ボルトによって、前記摩擦板が前記外壁側固定部の他方の面に押圧されて摩擦力が生じることを特徴とする建物の制振構造が提供される。

上記構成からなる建物の制振構造によれば、外壁パネルにダンパーを取り付けてもダンパーの機能が低下あるいは消失することがない、例えば、外壁側固定部の固定手段としてビスを用いてもビスには引抜力が作用することがないので外壁パネルの破壊の問題が生じることがない。また、外壁側固定部の固定手段として接着剤を用いても、外壁側固定部を引き剥がすような力が作用することがない。従ってダンパーを確実に機能させることができる。

本発明に係る建物の制振構造は、ＰＣ（プレキャストコンクリート）や窯業系サイディ
ング材に比較して脆弱な材料であるＡＬＣに対して、特に上記効果を顕著に発揮すること
ができる。

また、本発明の一態様によれば、上記建物の制振構造は、前記外壁パネルの目地部には弾性を有する湿式シーリング材が充填されたことを特徴とする。
外壁パネルの目地部に湿式シーリング材が充填されることにより、シーリング材が復元機能を担い、摩擦ダンパーが減衰機能を担うことができ、より高い制振効果を得ることができる。

また、本発明の一態様によれば、上記建物の制振構造は、前記摩擦ダンパーの躯体側固定部が２枚の外壁パネルに跨って取り付けられ、２枚の外壁パネルの夫々の裏面に固定された外壁側固定部と互いに摺動するように構成されたことを特徴とする。
摩擦ダンパーの躯体側固定部が２枚の外壁パネルに跨って取り付ることで、少ない部材で効率よく制振効果を得ることができる。

摩擦力調整機構により、建物竣工後であっても減衰力の調整作業を建物内部側から容易に行うことができる。

本発明によれば、ＡＬＣからなる外壁パネルに装着してもダンパーの機能の低下や消失がなく、しかも、従来のシステムの構成を大きく変えることなく簡易に導入可能な制振構造が提供される。

実施形態に係る建物の主架構の概念図である。実施形態に係る建物の制振構造の概念図である。実施形態に係る建物の制振構造の摩擦ダンパー部での断面図である。実施形態に係る建物の制振構造の外壁パネル裏面方向からの概念図である。外壁パネルの上部における建物の制振構造の摩擦ダンパー部での断面図である。

Ａ建物
１躯体
２外壁パネル
３外壁側固定部
４躯体側固定部
５摩擦ダンパー
６通し柱
７大梁
８布基礎
９小梁
１０上フランジ
１１受け部材
１２台座部
１２ａ水平片
１２ｂ垂直片
１３摩擦板
１３ａ合成樹脂層
１３ｂステンレス鋼板
１４ナット
１５調整ボルト
１６固定プレート
１７下フランジ

以下に、実施形態に基づいて本発明に係る建物の制振構造について詳細に説明するが、これらの実施形態は本発明の理解を助けるために記載するものであって、本発明を記載された実施形態に限定するものではない。

本実施形態に係る建物の制振構造は、柱と梁で構成された鉄骨構造の躯体１と、該躯体１の層間変形に追従してロッキングするように躯体１に取り付けられた外壁パネル２と、該外壁パネル２裏面側に固定された外壁側固定部３と該外壁側固定部３に当接するように躯体１側に固定された躯体側固定部４とを有し、外壁パネル２のロッキングに応じて外壁側固定部３と躯体側固定部４とが互いに摺動するように構成された摩擦ダンパー５と、からなることを特徴とする。

（建物の構成）
本実施形態に係る建物Ａは、図１に示すように、３０５ｍｍの平面モジュールを有する工業化住宅であり、構造形式は直交する通り芯の交点上に通し柱６が配置され、各階層の床を支持する大梁７が隣接する通し柱６に架け渡されて剛接合されて構成されたラーメン構造である。

主架構は、直交する「通り芯」（柱や大梁の配置基準線）上に格子状に構築された鉄筋コンクリート造の布基礎８の交点上（通り芯の交点上）に、第１層から最上層まで連続する通し柱６を配置し、各階層において隣接する通し柱６の間に大梁７を掛け渡し、その端部を通し柱６に剛接合して構成されている。

通し柱６は断面角形の鋼管からなり、下端部にはアンカーボルト挿通用の孔が穿設されたベースプレートが溶接されている。該孔に布基礎８から突設されたアンカーボルトを挿通しナットで締結することで露出型固定柱脚が形成され、保有耐力接合が実現されている。

大梁７はＨ形鋼からなる。大梁７端部の柱接合部は、大梁７の両端部に溶接された接合プレートで構成され、接合プレートには、同一径の複数のボルト挿通孔が穿たれている。柱接合部と、ボルト挿通孔に対応してタップ孔が形成された通し柱６の梁接合部とを当接し、トルシア形高力ボルトにて締結することによって、剛接合が実現されている。なお、大梁７は平面モジュールの整数倍に対応して複数種類の長さのものが設定されており、スパン長に応じて適宜選択される。

この主架構を構築したのち、相対する大梁７の間に小梁９を適宜架け渡した上でＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）からなる床パネルを梁の上フランジに載置して床Ｂが構成され、外周部（外通り）の大梁にＡＬＣ等からなる外壁パネルや窓部などの開口部を有する開口パネルを取り付けることによって外壁が構成されて躯体が完成する。

本実施形態に係る建物の制振構造では、外壁パネルの取り付けには、水平力が作用した際に、主架構の層間変形に応じてロッキングするロッキング工法が採用されている。

ロッキング工法は、例えば、外壁パネル裏面の所定位置に埋め込まれた埋め込みナットに対し、中間部に鍔を備えた鍔付ボルトを、鍔と外壁パネル裏面とが当接するように螺合しておき、外壁パネルを受け部材および位置決め部材の垂直片にその裏面が当接されるように立設して、鍔付ボルトを用いて裏当てプレートを外壁パネル裏面と受け部材および位置決め部材の垂直片に跨るように固定することで、外壁パネルと裏当てプレートで受け部材および位置決め部材の垂直片を挟みこんだ状態で外壁パネルを固定するものである。

外壁パネルをこのように固定することによって、外壁パネルはその厚さ方向についてのみ移動が拘束され、面方向については移動が拘束されることがない。従って、外壁パネルの面方向に水平力が作用し架構に層間変形が生じた際には、外壁パネルの一方の下端隅部を支点にして他方の下端隅部が浮き上がり（即ちロッキングし）、地震時の外壁パネルの損傷を回避することができる。

一般的には、外壁パネルや開口パネルの目地部分には湿式不定形のシーリング材が充填され、外壁パネルとシーリング材の表面には吹き付け塗装がなされて仕上げられる。

（摩擦ダンパーの構成）
図２は本実施形態に係る建物の制振構造の概念図である。また、図３は外壁パネル２及び摩擦ダンパー５の断面図である。図２又は図３に示すように、摩擦ダンパー５は、外壁側固定部３と躯体側固定部４とからなる。外壁側固定部３はステンレス鋼板等からなる板状の部材で、接着剤、ＡＬＣ用ビス、またはこれらの併用等の方法によって外壁パネル２の裏面に固定されている。

図２に示すように、外通り（建物外周部）の大梁７の上フランジ１０には、水平片と水平片上方に立ち上がった垂直片を有し、外壁パネルを支持するとともに外壁パネルの厚さ方向の位置を規定する受け部材１１が載置、固定されている。また、図示しないが、下フランジには、水平片と水平片先端から垂下した垂直片とを有し、外壁パネルの厚さ方向の位置を規定する位置決め部材が固定されている。

躯体側固定部４は、台座部１２と摩擦板１３とからなる。台座部１２は大梁７のフランジ面に当接される水平片１２ａと外壁パネル裏面に対向して配置される垂直片１２ｂとを有している。台座部１２はボルト等によって上フランジ１０に固定されている。また、垂直片１２ｂの外壁側固定部３に対応する位置には孔が穿設され、更に孔に合わせてナット１４が溶接されて、ボルト挿通部（不図示）が形成されている。

摩擦板１３は合成樹脂層１３ａとステンレス鋼板１３ｂとからなり、合成樹脂層１３ａ側が外壁側固定部３に当接される。

また、前記外壁側固定部３と躯体側固定部４との摩擦力調整機構を外壁パネル裏面側（建物内部側）に備えていてもよい。

このような摩擦力調整機構は、垂直片１２ｂに設けられたボルト挿通部に螺入された調整ボルト１５によって達成される。ボルト挿通部に螺入された調整ボルト１５の突出量を調整することで、摩擦板１３は外壁側固定部３側に押圧されることとなり、外壁側固定部３と躯体側固定部４との間に作用する摩擦力を変化させることができ、摩擦ダンパー５による減衰力を調整することができる。このような摩擦力調整機構により、建物竣工後であっても減衰力の調整作業を建物内部側から容易に行うことができる。

なお、摩擦板１３は、上下方向と横方向にズレが生じないように垂直片から突設された突起（不図示）等によって保持されている。あるいは、調整ボルト１５と摩擦板１３とを一体化させることで摩擦板１３を保持してもよい。

図４は、外壁パネル２の裏面方向から本実施形態に係る制振構造を見た図である。外壁パネル２は大梁７の上フランジ１０上に載置され、固定プレート１６と外壁パネル２の裏面とで受け部材１１を挟み込むことによって、外壁パネル２はその厚さ方向についてのみ移動が拘束され、面方向については移動が拘束されることがない。従って、外壁パネル２の面方向に水平力が作用し架構に層間変形が生じた際には、外壁パネル２の一方の下端隅部を支点にして他方の下端隅部が浮き上がり（即ちロッキングし）、地震時の外壁パネルの損傷を回避することができる。

躯体側固定部４は、ロッキングの際に躯体１との相対的変位（主に鉛直方向）が大きく、且つ躯体１との離間距離が小さい外壁パネル２の隅角部に位置するように、図１又は図４のように隣接する２枚の外壁パネルの外壁固定部４に跨った状態で、即ち目地部の中心と外壁固定部４の中心とが一致するように、大梁７の上フランジ１０に取り付けられていることが好ましい。

図５は外壁パネル２の上部における摩擦ダンパー４部分での断面図である。摩擦ダンパー５が外壁パネル２の上部に設けられる場合であっても、建物の制振構造の構成は上記のものと同様であるが、外壁パネル２の上部に設けられる制振構造の躯体側固定部４が大梁の下フランジ１７に固定されていることが異なる。

上記構成の建物Ａに地震力が作用した際には、外壁側固定部４と躯体側固定部３との間に相対的な変位（主に垂直方向の変位）が生じ、外壁側固定部４と躯体側固定部３の摩擦板１３とが互いに摺動し、摺動時に発生する摩擦によって、地震エネルギーが消費され、これにより建物Ａに減衰力を与えることができる。

この際、外壁側固定部４と外壁パネル２の裏面との間に作用する力は圧縮力及びせん断力のみであり、外壁側固定部４の固定手段としてビスを用いても、ビスには引抜力が作用することがないので外壁パネル２の破壊の問題が生じることがない。また、固定手段として接着剤を用いた場合であったも、外壁側固定部４を引き剥がすような力が作用することがない。従ってダンパーを確実に機能させることができる。

また、上記建物の制振構造において、前記外壁パネル２が、軽量気泡コンクリート製であることにより、ＰＣ（プレキャストコンクリート）や窯業系サイディング材に比較して脆弱な材料であるＡＬＣに対して、特に上記効果を顕著に発揮することができる。

また、前記外壁パネル２の目地部には弾性を有する湿式シーリング材が充填されることにより、シーリング材が復元機能を担い、摩擦ダンパー５が減衰機能を担うことができ、より高い制振効果を得ることができる。

以上説明したように本発明に係る建物の制振構造によれば、外壁パネルにダンパーを取り付けてもダンパーの機能が低下あるいは消失することがない、例えば、外壁側固定部の固定手段としてビスを用いてもビスには引抜力が作用することがないのでの外壁パネルの破壊の問題が生じることがない。また、外壁側固定部の固定手段として接着剤を用いても、外壁側固定部を引き剥がすような力が作用することがない。従ってダンパーを確実に機能させることができる。また、本発明は、地震対策に限らず交通振動等の環境振動対策にも適用することができる。

Claims

柱と梁で構成された鉄骨構造の躯体と、
該躯体の層間変形に追従してロッキングするように該躯体に取り付けられた軽量気泡コンクリート製の外壁パネルと、
該外壁パネル裏面側に一方の面が当接された状態で固定された板状の部材である外壁側固定部と、該外壁側固定部に当接するように躯体側に固定された躯体側固定部とを有する摩擦ダンパーと、
を備える建物の制振構造であって、
前記躯体側固定部は、前記外壁側固定部の他方の面に対向する垂直片と、該垂直片と前記外壁側固定部の他方の面との間に介在し、前記外壁側固定部の他方の面に接触する摩擦板を有しており、
前記摩擦ダンパーは、前記外壁パネルのロッキングに応じて該外壁側固定部と該躯体側固定部とが互いに摺動するように構成されており、
前記垂直片にはボルト挿通部が設けられるとともに該ボルト挿通部に前記摩擦板を押圧するための調整ボルトが螺入され、前記垂直片に設けられたボルト挿通部に螺入された前記調整ボルトによって、前記摩擦板が前記外壁側固定部の他方の面に押圧されて摩擦力が生じることを特徴とする建物の制振構造。
前記外壁パネルの目地部には弾性を有する湿式シーリング材が充填されたことを特徴とする請求項１に記載の建物の制振構造。
前記摩擦ダンパーの躯体側固定部が２枚の外壁パネルに跨って取り付けられ、２枚の外
壁パネルの夫々の裏面に固定された外壁側固定部と互いに摺動するように構成されたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の建物の制振構造。