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JP7628829B2 - Linked vibration control structure - Google Patents
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Description

本発明は、連結制振構造に関する。 The present invention relates to a linked vibration control structure.

揺れ方が異なる2棟の構造体を制振ダンパーなどの制振装置で連結する連結制振構造が知られている(例えば、特許文献1-3参照)。このような連結制振構造は、2棟の構造体の大きな変形差を利用した効率の良い制振構造であるため、例えば、超高層集合住宅や超高層オフィスなどに採用されることがある。特許文献1に開示された連結制振構造は、建物の外周に設けられた外周建物架構と、外周建物架構の内側の空間に設けられ外周建物架構よりも剛性の高い芯棒架構とを制振ダンパーで連結している。外周建物架構には、例えば集合住宅などが設けられ、芯棒架構には、例えばエレベーターやタワーパーキングが設けられている。 A linked vibration-damping structure is known in which two structures that sway differently are connected by a vibration-damping device such as a vibration damper (see, for example, Patent Documents 1-3). Such linked vibration-damping structures are efficient vibration-damping structures that utilize the large deformation difference between the two structures, and are therefore sometimes used in, for example, high-rise apartment buildings and high-rise offices. The linked vibration-damping structure disclosed in Patent Document 1 connects a perimeter building frame installed on the perimeter of the building with a core rod frame that is installed in the space inside the perimeter building frame and has higher rigidity than the perimeter building frame with a vibration damper. For example, an apartment building is installed on the perimeter building frame, and for example, an elevator or a tower parking lot is installed on the core rod frame.

また、昨今では、応答加速度を低減するために免震構造と組み合わせた連結制振構造も知られている。特許文献2に開示された連結制振構造は、応答加速度を低減するために外周建物架構の下部に免震層を設けている。また、特許文献3に開示された連結制振構造では、耐震要素として作用するコアの外周に、数層毎にすべり支承で支持された多層免震構造の居住部を設け、コアと住居部とをばねやダンパーで連結している。 Recently, linked vibration-damping structures that are combined with seismic isolation structures to reduce response acceleration are also known. The linked vibration-damping structure disclosed in Patent Document 2 has a seismic isolation layer at the bottom of the outer building frame to reduce response acceleration. In addition, the linked vibration-damping structure disclosed in Patent Document 3 has a living area with a multi-layered seismic isolation structure supported by sliding bearings every few stories on the outer periphery of the core, which acts as a seismic resistance element, and the core and living area are connected with springs and dampers.

特開2009-19479号公報JP 2009-19479 A 特開2010-112013号公報JP 2010-112013 A 特開2002-213099号公報JP 2002-213099 A

しかしながら、上記の連結制振構造は、内部に芯棒架構やコアを設け、その周囲に外周建物架構を設ける構造であるため、意匠的な制約が多くなる。また、応答加速度を低減するために免震構造を組み合わせた連結制振構造では、更に制約が多くなり、設計自由度が低くなるという問題がある。 However, the above linked vibration control structures have many design restrictions because they are constructed by installing a core rod frame or core inside and an outer building frame around it. Furthermore, linked vibration control structures that combine seismic isolation structures to reduce response acceleration have even more restrictions, resulting in a problem of reduced design freedom.

そこで、本発明は、応答加速度を低減することができるとともに、設計自由度を高めることができる連結制振構造を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a linked vibration control structure that can reduce response acceleration and increase design freedom.

上記目的を達成するため、本発明に係る連結制振構造は、複数層を有し、内部に内部空間を有する主構造体と、前記内部空間に設けられる副構造体と、を有し、前記主構造体は、前記内部空間の下方に位置する底部を有し、前記副構造体は、前記底部の上を滑動可能である。 To achieve the above objective, the linked vibration-damping structure of the present invention has a main structure having multiple layers and an internal space therein, and a secondary structure provided in the internal space, the main structure having a bottom located below the internal space, and the secondary structure being capable of sliding on the bottom.

本発明では、地震により高層建物に水平力が作用し、副構造体に生じる慣性力が静止摩擦力を超過すると、主構造体と副構造体との間で相対すべりを生じる。これにより、副構造体に過度な加速度が生じることを防ぐことができ、応答加速度を低減することができる。主構造体の底部とは、主構造体の床や梁などを示している。また、建築平面計画を阻害する壁やブレース形態のダンパーを用いず、単に主構造体の底部を滑動する副構造体を主構造体の内部空間に設ける構造であるため、従来の連結制振構造と比べて設計自由度を高めることができる。 In the present invention, when a horizontal force acts on a high-rise building due to an earthquake and the inertial force generated in the secondary structure exceeds the static friction force, a relative slip occurs between the primary structure and the secondary structure. This makes it possible to prevent excessive acceleration from occurring in the secondary structure and reduce the response acceleration. The bottom of the primary structure refers to the floors, beams, etc. of the primary structure. In addition, since the structure does not use walls or brace-type dampers that interfere with the architectural floor plan, but instead simply provides a secondary structure that slides on the bottom of the primary structure in the internal space of the primary structure, it allows for greater design freedom compared to conventional linked vibration control structures.

また、本発明に係る連結制振構造では、前記主構造体と前記副構造体とを連結する制振装置を有していてもよい。 The linked vibration-damping structure according to the present invention may also have a vibration-damping device that connects the main structure and the secondary structure.

このような構成とすることにより、主構造体と副構造体の間で相対すべりを生じると制振装置が作用するため、相対すべり変位が過大になるのを避けるとともに、副構造体の振動が主構造体に伝達されて、高層建物全体の層間変形や応答加速度、層せん断力を低減することができる。 With this configuration, the vibration control device comes into action when relative slip occurs between the main structure and the secondary structure, preventing the relative slip displacement from becoming excessive, and the vibration of the secondary structure is transmitted to the main structure, reducing the inter-story deformation, response acceleration, and story shear force of the entire high-rise building.

また、本発明に係る連結制振構造では、前記主構造体は、各層それぞれの内部に内部空間を有し、前記副構造体は、前記主構造体の各層の前記内部空間それぞれに設けられていてもよい。 In addition, in the linked vibration-damping structure according to the present invention, the main structure may have an internal space inside each layer, and the secondary structure may be provided in each of the internal spaces of each layer of the main structure.

このような構成とすることにより、層ごとに副構造体の形態を設計することができ、設計自由度を高めることができる。さらに、層ごとに異なる形状の副構造体を設置したり、副構造体の配置を変えたりすることで、設計自由度をより高めることができる。 This configuration allows the shape of the sub-structure to be designed for each layer, increasing design freedom. Furthermore, by placing sub-structures of different shapes for each layer or by changing the arrangement of the sub-structures, design freedom can be further increased.

また、本発明に係る連結制振構造では、前記副構造体は、床、壁および天井を有するユニットであってもよい。 In addition, in the linked vibration-damping structure of the present invention, the secondary structure may be a unit having a floor, walls, and a ceiling.

このような構成とすることにより、施工時には、ユニット化された副構造体を主構造体に設置することができ、施工を容易にすることができる。 This configuration allows the unitized secondary structure to be installed on the main structure during construction, making construction easier.

また、本発明に係る連結制振構造では、前記主構造体には、外壁が設けられていてもよい。 In addition, in the linked vibration-damping structure according to the present invention, the main structure may be provided with an outer wall.

このような構成とすることにより、主構造体が風荷重を受け、副構造体には風荷重が作用しないようにすることができる。このため、副構造体に風荷重が作用することを考慮しないでよく、副構造体が主構造体の底部を滑動する際の摩擦係数を小さくすることができる。 This configuration allows the main structure to bear the wind load, while preventing the wind load from acting on the secondary structure. This means that there is no need to consider wind load acting on the secondary structure, and the coefficient of friction when the secondary structure slides over the bottom of the main structure can be reduced.

また、本発明に係る連結制振構造では、前記副構造体と前記底部との間にはすべり支承が設けられ、前記副構造体は、前記すべり支承を介して前記底部の上を滑動可能であってもよい。 In addition, in the linked vibration-damping structure according to the present invention, a sliding bearing may be provided between the secondary structure and the bottom, and the secondary structure may be able to slide on the bottom via the sliding bearing.

このような構成とすることにより、主構造体と副構造体との間で相対すべりが生じた際に、すべり支承による復元力によって残留変位を低減させることができる。 By adopting this configuration, when relative slippage occurs between the main structure and the secondary structure, the restoring force of the sliding support can reduce the residual displacement.

本発明によれば、応答加速度を低減することができるとともに、設計自由度を高めることができる。 The present invention makes it possible to reduce response acceleration and increase design freedom.

本発明の実施形態による連結制振構造の縦断面図である。1 is a vertical cross-sectional view of a linked vibration damping structure according to an embodiment of the present invention. 高層部分の縦断面図である。A vertical cross-sectional view of the upper part. 副構造体を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a sub-structure. 他の形態の副構造体を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating another form of secondary structure. 解析モデルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an analytical model. 解析モデルの接続要素を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing connection elements of an analytical model. 解析の諸元を示す表である。1 is a table showing analysis parameters. 各モデルの摩擦係数および減衰係数を示す表である。1 is a table showing the friction coefficient and damping coefficient of each model. 入力地震動を示すグラフである。1 is a graph showing input earthquake motion. (a)は主構造体の各層の層間変形角を示す図、(b)は各層の副構造体の加速度を示す図、(c)は主構造体の各層の加速度を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing the interlayer deformation angle of each layer of the main structure, FIG. 1B is a diagram showing the acceleration of the secondary structure of each layer, and FIG. (a)は各層の主構造体と副構造体との相対変位を示す図、(b)は各層の副構造体の残留変位を示す図、(c)は主構造体の最大層せん断力を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing the relative displacement between the primary structure and secondary structure of each layer, FIG. 1B is a diagram showing the residual displacement of the secondary structure of each layer, and FIG. 1C is a diagram showing the maximum story shear force of the primary structure. 傾斜すべり支承を示す斜視図である。FIG. 傾斜すべり復元力を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a tilt-slip restoring force. (a)は傾斜すべり支承を採用した場合の主構造体の各層の層間変形角を示す図、(b)は傾斜すべり支承を採用した場合の各層の副構造体の加速度を示す図、(c)は傾斜すべり支承を採用した場合の主構造体の各層の加速度を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing the inter-story deformation angle of each layer of the main structure when inclined sliding bearings are used; FIG. 1B is a diagram showing the acceleration of the secondary structure of each layer when inclined sliding bearings are used; and FIG. 1C is a diagram showing the acceleration of each layer of the main structure when inclined sliding bearings are used. (a)は傾斜すべり支承を採用した場合の各層の主構造体と副構造体との相対変位を示す図、(b)は傾斜すべり支承を採用した場合の各層の副構造体の残留変位を示す図、(c)は傾斜すべり支承を採用した場合の主構造体の最大層せん断力を示す図である。(a) is a diagram showing the relative displacement between the main structure and secondary structure of each story when inclined sliding bearings are used, (b) is a diagram showing the residual displacement of the secondary structure of each story when inclined sliding bearings are used, and (c) is a diagram showing the maximum story shear force of the main structure when inclined sliding bearings are used.

以下、本発明の実施形態による連結制振構造について、図1-図15に基づいて説明する。図1に示すように、本実施形態による連結制振構造1は、高層建物11の高層部分12に採用されている。高層建物11は、高層部分12がホテルとして使用され、高層部分12よりも下側となる低層部分13がオフィスとして使用される。高層部分12は、複数の階(層)を有している。連結制振構造1は、主構造体2と、副構造体3と、主構造体2と副構造体3とを連結する制振装置4と、を有している。 Below, a linked vibration-damping structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 15. As shown in Figure 1, a linked vibration-damping structure 1 according to this embodiment is adopted in the high-rise section 12 of a high-rise building 11. The high-rise section 12 of the high-rise building 11 is used as a hotel, and a low-rise section 13 below the high-rise section 12 is used as an office. The high-rise section 12 has multiple floors (storeies). The linked vibration-damping structure 1 has a main structure 2, a secondary structure 3, and a vibration-damping device 4 that connects the main structure 2 and the secondary structure 3.

主構造体2は、高層部分12全体に設けられている。図2に示すように、主構造体2は、柱21と、梁22と、床23(底部)とを有している。主構造体2の内部には、柱21、梁22および床23に囲まれた空間(以下、内部空間24とする)が形成されている。柱21、梁22、床23は、それぞれ階ごとに設けられている。柱21、梁22、床23は、上下方向から見た平面視において高層部分12の全体にわたって設けられている。 The main structure 2 is provided throughout the high-rise section 12. As shown in FIG. 2, the main structure 2 has columns 21, beams 22, and a floor 23 (bottom). Inside the main structure 2, a space surrounded by the columns 21, beams 22, and floor 23 (hereinafter referred to as internal space 24) is formed. The columns 21, beams 22, and floor 23 are provided for each floor. The columns 21, beams 22, and floor 23 are provided throughout the high-rise section 12 in a plan view seen from the top-bottom direction.

図2では、副構造体3をドットで示している。副構造体3は、床31と、壁32と、天井33と、を有している。副構造体3は、床31、壁32および天井33が箱状に組み立てられたユニットである。本実施形態では、各階の内部空間それぞれに複数の副構造体3が設けられている。複数の副構造体3は、それぞれ主構造体2の床23の上に設置されて、主構造体2の床23の上を滑動可能に構成されている。 In FIG. 2, the secondary structure 3 is indicated by dots. The secondary structure 3 has a floor 31, walls 32, and a ceiling 33. The secondary structure 3 is a unit in which the floor 31, walls 32, and ceiling 33 are assembled into a box shape. In this embodiment, multiple secondary structures 3 are provided in each of the internal spaces of each floor. Each of the multiple secondary structures 3 is installed on the floor 23 of the main structure 2, and is configured to be able to slide on the floor 23 of the main structure 2.

副構造体3が主構造体2の床23の上を滑動する構造としては、以下のような構造がある。図3に示すように、主構造体2の床23が、梁22に支持されたデッキプレート25およびデッキプレート25の上に構築されたコンクリートの床スラブ26からなり、床スラブ26の上面に設置された副構造体3が床スラブ26の上面261(すべり面)を滑動可能な構造である。この場合、床スラブ26と、副構造体3との摩擦係数μは、例えば、μ=0.2~0.5程度とすることが好ましい。 The following structure is an example of a structure in which the secondary structure 3 slides on the floor 23 of the primary structure 2. As shown in FIG. 3, the floor 23 of the primary structure 2 is made up of a deck plate 25 supported by beams 22 and a concrete floor slab 26 constructed on the deck plate 25, and the secondary structure 3 installed on the upper surface of the floor slab 26 is capable of sliding on the upper surface 261 (sliding surface) of the floor slab 26. In this case, it is preferable that the coefficient of friction μ between the floor slab 26 and the secondary structure 3 is, for example, about μ = 0.2 to 0.5.

他の例としては、以下のような構造がある。図4に示すように、主構造体2の床23が、梁22に支持されたデッキプレート25およびデッキプレート25の上に設置されたエンボス鋼板などの主構造体鋼板27からなる。副構造体3は、下部にコンクリート板35がアンカーボルト38などで固定される。コンクリート板35の下面には、すべり板としてステンレスや鉄の副構造体鋼板36が設けられる。そして、主構造体鋼板27の上面に設置された副構造体3が主構造体鋼板27の上面271(すべり面)を滑動可能な構造である。この場合、主構造体鋼板27と、副構造体鋼板36との摩擦を低減させるように、主構造体鋼板27および副構造体鋼板36に摩擦低減材が設けられていることが好ましい。主構造体鋼板27と、副構造体鋼板36(すべり板)との摩擦係数μは、副構造体鋼板36の材質で調整可能である。例えば、μ=0.03程度や0.1程度の一般的な摩擦材が適用できる。 As another example, there is the following structure. As shown in FIG. 4, the floor 23 of the main structure 2 is made of a deck plate 25 supported by a beam 22 and a main structure steel plate 27 such as an embossed steel plate installed on the deck plate 25. The secondary structure 3 has a concrete plate 35 fixed to the lower part by an anchor bolt 38 or the like. A secondary structure steel plate 36 made of stainless steel or iron is provided on the lower surface of the concrete plate 35 as a sliding plate. The secondary structure 3 installed on the upper surface of the main structure steel plate 27 can slide on the upper surface 271 (sliding surface) of the main structure steel plate 27. In this case, it is preferable that a friction reducing material is provided on the main structure steel plate 27 and the secondary structure steel plate 36 to reduce friction between the main structure steel plate 27 and the secondary structure steel plate 36. The friction coefficient μ between the main structure steel plate 27 and the secondary structure steel plate 36 (sliding plate) can be adjusted by the material of the secondary structure steel plate 36. For example, a general friction material with μ = about 0.03 or 0.1 can be applied.

図2に戻り、制振装置4は、副構造体3と主構造体2とを連結している。複数の副構造体3は、それぞれ主構造体2と制振装置4によって連結されている。制振装置4は、副構造体3と主構造体2との水平方向の相対変位を低減可能に構成されている。制振装置4は、例えば、オイルダンパーや粘弾性体などである。副構造体3が主構造体2に対して相対変位すると、副構造体3と主構造体2との摩擦力および制振装置4を介して副構造体3の荷重が主構造体2に伝達するように構成されている。 Returning to FIG. 2, the vibration damping device 4 connects the secondary structure 3 to the primary structure 2. Each of the multiple secondary structures 3 is connected to the primary structure 2 by the vibration damping device 4. The vibration damping device 4 is configured to reduce the relative horizontal displacement between the secondary structure 3 and the primary structure 2. The vibration damping device 4 is, for example, an oil damper or a viscoelastic body. When the secondary structure 3 is displaced relative to the primary structure 2, the load of the secondary structure 3 is transmitted to the primary structure 2 via the frictional force between the secondary structure 3 and the primary structure 2 and the vibration damping device 4.

上記の実施形態による連結制振構造1は、地震により高層建物11に水平力が作用し、副構造体3に生じる慣性力が副構造体3と主構造体2の床23との静止摩擦力を超過すると、主構造体2と副構造体3との間で相対すべりが生じる。この相対すべりにより、制振装置4が作用する。また、相対すべりが生じることで、副構造体3に過度な加速度が生じることが防止される。更に、制振装置4の作用で、相対すべり変位が過大になることが避けられるとともに、主構造体2に伝達される副構造体3の慣性力が減ることによって、高層建物11全体の層間変形や応答加速度、層せん断力を低減させることができる。また、上記の実施形態による連結制振構造1は、建築平面計画を阻害する壁やブレース形態のダンパーを用いず、単に主構造体2の床23を滑動する副構造体3を主構造体2の内部空間24に設ける構造であるため、従来の連結制振構造と比べて設計自由度を高めることができる。 In the linked vibration-damping structure 1 according to the above embodiment, when a horizontal force acts on the high-rise building 11 due to an earthquake and the inertial force generated in the secondary structure 3 exceeds the static friction force between the secondary structure 3 and the floor 23 of the primary structure 2, a relative slip occurs between the primary structure 2 and the secondary structure 3. This relative slip causes the vibration-damping device 4 to act. In addition, the occurrence of the relative slip prevents the secondary structure 3 from experiencing excessive acceleration. Furthermore, the action of the vibration-damping device 4 prevents the relative slip displacement from becoming excessive, and reduces the inertial force of the secondary structure 3 transmitted to the primary structure 2, thereby reducing the inter-story deformation, response acceleration, and story shear force of the entire high-rise building 11. In addition, the linked vibration-damping structure 1 according to the above embodiment does not use walls or brace-type dampers that hinder the architectural floor plan, but is a structure in which the secondary structure 3 that simply slides on the floor 23 of the primary structure 2 is provided in the internal space 24 of the primary structure 2, so that the degree of design freedom can be increased compared to conventional linked vibration-damping structures.

また、上記の実施形態による連結制振構造1では、主構造体2には、各層それぞれに内部空間24が設けられ、各層の内部空間24それぞれに副構造体3を設置する構造である。このため、層ごとに副構造体3の形態を任意に設計することができ、設計自由度を高めることができる。更に、層ごとに異なる形状の副構造体3を設置したり、副構造体3の配置を変えたりすることで、より設計自由度を高めることができる。 In addition, in the linked vibration-damping structure 1 according to the above embodiment, the main structure 2 has an internal space 24 in each layer, and the secondary structure 3 is installed in each internal space 24 of each layer. This allows the shape of the secondary structure 3 to be designed arbitrarily for each layer, thereby increasing the degree of design freedom. Furthermore, by installing secondary structures 3 of different shapes for each layer or by changing the arrangement of the secondary structures 3, the degree of design freedom can be further increased.

また、上記の実施形態による連結制振構造1では、副構造体3は、床23、天井33および壁32を有するユニットである。このような構成とすることにより、施工時には、内装や付帯設備も含めユニット化された副構造体3を主構造体2に設置することができ、施工を容易にして工期を短縮することができる。 In addition, in the linked vibration-damping structure 1 according to the above embodiment, the secondary structure 3 is a unit having a floor 23, a ceiling 33, and a wall 32. By adopting such a configuration, the secondary structure 3, which is a unit including the interior and auxiliary equipment, can be installed on the main structure 2 during construction, making construction easier and shortening the construction period.

次に、本実施形態の連結制振構造の制振性能を検証する解析について説明する。図5に示す主構造体2(主構造体と表記することがある)と副構造体3(モジュールと表記することがある)とを有する10層の鉄骨造建物11Aと、図6に示すような接続要素5を想定し、図7に示す諸元を設定した。接続要素5は、主構造体2と副構造体3とを接続する要素で、制振装置4(制振ダンパー)と摩擦要素51と、を有している。 Next, an analysis to verify the vibration control performance of the linked vibration control structure of this embodiment will be described. Assuming a 10-story steel-framed building 11A having a main structure 2 (sometimes written as a main structure) and a secondary structure 3 (sometimes written as a module) as shown in FIG. 5, and a connection element 5 as shown in FIG. 6, the specifications shown in FIG. 7 were set. The connection element 5 is an element that connects the main structure 2 and the secondary structure 3, and has a vibration control device 4 (vibration control damper) and a friction element 51.

すべりなしモデルにおける1次固有周期は、1.29秒である。入力地震動は2016年熊本地震の西原村観測波原波(最大入力加速度771gal)(図9)とする。なお、解析は架構弾性とし、摩擦要素のみ非線形とした。図8に、検討モデルの摩擦係数および減衰係数の一覧を示す。比較のため、すべての層で剛結としたすべりなしモデルも作成した。減衰要素の減衰係数は制振装置4の最大変位が60cm以下となるように設定した。 The primary natural period of the no-slip model is 1.29 seconds. The input earthquake motion is the original wave observed in Nishihara Village during the 2016 Kumamoto earthquake (maximum input acceleration 771 gal) (Figure 9). The analysis was performed assuming elasticity of the frame, with only the friction elements being nonlinear. Figure 8 shows a list of friction coefficients and damping coefficients for the model studied. For comparison, a no-slip model with rigid connections on all stories was also created. The damping coefficients of the damping elements were set so that the maximum displacement of the vibration control device 4 would be 60 cm or less.

解析結果による最大応答値を図10、11に示す。ただし、層間変形角は主構造体の値を、加速度は副構造体・主構造体の値を、残留変位は「副構造体の変位」-「主構造体の変位」をそれぞれ示す。傾向として、以下のことが確認できる。 The maximum response values from the analysis are shown in Figures 10 and 11. However, the inter-story drift angle shows the value of the primary structure, the acceleration shows the value of the secondary structure and primary structure, and the residual displacement shows the "displacement of the secondary structure" - "displacement of the primary structure". The following trends can be confirmed.

すべりなしモデルでは1/50を超過する非常に大きな層間変形角となるが、提案手法を採用することで、主構造体の層間変形角を低減することが可能であり、もっとも効果の大きいモデル2では層間変形角1/100程度以内に納めることが可能である。
すべりを生じさせる層が多いほど、また摩擦係数は小さいほど主構造体の層間変形角を小さくすることが可能である。
すべりを可能とした層の副構造体の加速度はすべりなしモデルと比較し大きく低減が可能であり、また剛結とした層も上層をすべらせることですべりなしモデルより副構造体の加速度を低減可能である。
残留変位は最大で20cm程度生じた。残留変位を低減させるためには傾斜すべり機構が有効であることが先行特許(特開2014-201385号、特許6432763号、特許6590210号等)で明らかとなっている。傾斜すべり機構の有効性については後述する。
いずれのモデルも、主構造体の層せん断力の低減効果が大きく(1階の層せん断力は剛結時に比べ36%~60%低減)、モデル1や2のベースシア係数は0.4程度である。
In the no-slip model, the inter-story drift angle is extremely large, exceeding 1/50, but by adopting the proposed method, it is possible to reduce the inter-story drift angle of the main structure, and in model 2, which has the greatest effect, it is possible to keep the inter-story drift angle within approximately 1/100.
The more layers that cause slippage and the smaller the friction coefficient, the smaller the interlayer deformation angle of the main structure can be.
The acceleration of the secondary structure of a layer that is allowed to slide can be significantly reduced compared to a non-slip model, and even in rigidly connected layers, the acceleration of the secondary structure can be reduced more than the non-slip model by allowing the upper layer to slide.
The maximum residual displacement was about 20 cm. It has been clarified in previous patents (JP Patent Publication No. 2014-201385, Patent No. 6432763, Patent No. 6590210, etc.) that the inclined sliding mechanism is effective in reducing the residual displacement. The effectiveness of the inclined sliding mechanism will be described later.
In both models, the effect of reducing the story shear force of the main structure was large (the story shear force on the first floor was reduced by 36% to 60% compared to when rigidly connected), and the base shear coefficient of Models 1 and 2 was approximately 0.4.

以下では上記のモデル2(1~9層の摩擦係数μ=0.1)を対象に、通常の水平すべりと傾斜すべりを比較する。図12に傾斜すべり支承6(すべり支承)の構成を示す。傾斜すべり支承6は、V字形状の傾斜面611を有する上沓61、逆V字形状の傾斜面621を有する下沓62、上沓61および下沓62に沿って摺動可能な摺動子63およびすべり材64で構成されている。副構造体は、傾斜すべり支承6を介して床23(底部)の上を滑動する。図13に示すように、傾斜すべり支承の復元力は、摩擦による復元力と傾斜復元力の重ね合わせである。すなわち、傾斜すべり支承による復元力によって残留変位を低減させることができる。なお、解析では、傾斜面の傾斜角はθ=1.5°とした。傾斜復元力はWtanθ=0.026Wで、摩擦力0.1Wの26%である。復元力が摩擦力よりかなり小さいが、この復元力により残留変位はほぼなくなる。また、副構造体は、球面をすべり面とするすべり支承を介して床23の上を滑動するように構成されていてもよい。 In the following, normal horizontal sliding and inclined sliding are compared for the above model 2 (friction coefficient μ = 0.1 for the 1st to 9th floors). Figure 12 shows the structure of the inclined sliding support 6 (sliding support). The inclined sliding support 6 is composed of an upper shoe 61 with a V-shaped inclined surface 611, a lower shoe 62 with an inverted V-shaped inclined surface 621, a slider 63 that can slide along the upper shoe 61 and the lower shoe 62, and a sliding member 64. The secondary structure slides on the floor 23 (bottom) via the inclined sliding support 6. As shown in Figure 13, the restoring force of the inclined sliding support is the superposition of the restoring force due to friction and the inclined restoring force. In other words, the residual displacement can be reduced by the restoring force due to the inclined sliding support. In the analysis, the inclination angle of the inclined surface was set to θ = 1.5°. The inclined restoring force is W tan θ = 0.026 W, which is 26% of the friction force of 0.1 W. Although the restoring force is much smaller than the frictional force, this restoring force almost completely eliminates the residual displacement. The secondary structure may also be configured to slide on the floor 23 via a sliding support with a spherical sliding surface.

図14および図15に傾斜すべりの場合の解析結果による最大応答値を示す。主構造体の層間変形角や副構造体と主構造体の加速度、主構造体と副構造体の相対変位、主構造体の層せん断力については、通常の水平すべりと傾斜すべりでほとんど変化がないが、残留変位は、傾斜すべりによると概ね0となった。 Figures 14 and 15 show the maximum response values from the analysis results in the case of inclined sliding. There is almost no change in the inter-story deformation angle of the primary structure, the acceleration between the secondary structure and the primary structure, the relative displacement between the primary structure and the secondary structure, and the story shear force of the primary structure between normal horizontal sliding and inclined sliding, but the residual displacement was approximately zero with inclined sliding.

上記の制振性能を検証する解析より、本実施形態による連結制振構造では、従来の制振構造では実現することが困難な応答加速度の低減にも効果のある、非常に制振効果の高い工法であることがわかる。従来の制振構造では、熊本地震西原村観測波入力時のベースシア係数0.4を達成することは非常に困難である。このことからも、本実施形態による連結制振構造の制振効果の高さを確認できた。 The above analysis verifying the vibration control performance shows that the linked vibration control structure of this embodiment is a construction method with a very high vibration control effect, which is also effective in reducing response acceleration, which is difficult to achieve with conventional vibration control structures. With conventional vibration control structures, it is very difficult to achieve a base shear coefficient of 0.4 when waves observed in Nishihara Village during the Kumamoto earthquake are input. This also confirmed the high vibration control effect of the linked vibration control structure of this embodiment.

副構造体のモジュール建築技術と併用することで、省人化・現場施工効率の向上も同時に達成が可能であり、かつ竣工後のモジュール更新や用途変更等にも対応することが容易である。 By using this in conjunction with modular construction technology for secondary structures, it is possible to simultaneously reduce manpower and improve on-site construction efficiency, and it is also easy to accommodate module updates and changes in use after completion.

また、本実施形態による連結制振構造は、主構造体に対し副構造体を層ごとにすべらせる構成としているため、建物内に分散適用することが可能であり、大きな軸力を負担する高価なすべり支承を設ける必要はない。
本実施形態による連結制振構造は、部分的に適用した場合でも建物全部に適用した場合でも、すべらせる副構造体だけでなく、建物全体の地震応答(加速度・変位・層せん断力)を低減できる。また、適用する層数が多いほど応答低減効果が大きくなることがわかる。
実建物に適用する場合に問題となる、残留変位に対する対策として、傾斜すべり機構(傾斜すべり支承)が考えられる。本実施形態による連結制振構造は、傾斜すべり機構を適用することで制振効果をそのままにしつつ残留変位を殆ど0とすることも可能である。
主構造体に外壁を設置すれば、副構造体には風荷重が作用しないため、すべり摩擦係数をより小さくすることができる。
In addition, since the linked vibration control structure of this embodiment is configured so that the secondary structure slides layer by layer relative to the main structure, it can be applied in a distributed manner throughout a building, and there is no need to install expensive sliding bearings that can withstand large axial forces.
The linked vibration control structure according to this embodiment can reduce the earthquake response (acceleration, displacement, and story shear force) of not only the sliding secondary structure but also the entire building, whether it is applied partially or entirely to the building. It can also be seen that the greater the number of stories to which it is applied, the greater the response reduction effect.
As a countermeasure against residual displacement, which is a problem when applying this to an actual building, a tilted sliding mechanism (tilt sliding bearing) is considered. The linked vibration control structure according to this embodiment can reduce the residual displacement to almost zero while maintaining the vibration control effect by applying a tilted sliding mechanism.
By installing an exterior wall on the main structure, the secondary structure will not be subjected to wind loads, making it possible to reduce the coefficient of sliding friction.

以上、本発明による連結制振構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The above describes an embodiment of the linked vibration control structure according to the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

例えば、上記の実施形態では、副構造体は、主構造体2の床23の上を滑動可能にように構成されているが、内部空間24の下方に位置する底部であれば、床23に代わって主構造体2の梁22などの上を滑動可能に構成されていてもよい。 For example, in the above embodiment, the secondary structure is configured to be slidable on the floor 23 of the primary structure 2, but as long as the bottom is located below the internal space 24, it may be configured to be slidable on the beams 22 of the primary structure 2 instead of the floor 23.

また、上記の実施形態では、副構造体3は、内部空間24に複数設けられている。これに対し、1つの層の内部空間24に1つの副構造体3が設けられていてもよい。 In addition, in the above embodiment, multiple secondary structures 3 are provided in the internal space 24. In contrast, one secondary structure 3 may be provided in the internal space 24 of one layer.

また、上記の実施形態では、副構造体3は、床23、天井33および壁32を有するユニットである。これに対し、副構造体3は、床23のみで構成されていたり、床23と壁32で構成されていたりしてもよい。また、副構造体3は、ユニット化されずに、内部空間24において構築された構造であってもよい。 In the above embodiment, the secondary structure 3 is a unit having a floor 23, a ceiling 33, and a wall 32. In contrast, the secondary structure 3 may be composed of only the floor 23, or may be composed of the floor 23 and the wall 32. The secondary structure 3 may also be a structure constructed in the internal space 24 without being unitized.

また、上記の実施形態では、主構造体2に外壁が設けられていないが、設けられていてもよい。このような構成とすることにより、主構造体2が風荷重を受け、副構造体3には風荷重が作用しないようにすることができる。このため、副構造体3に風荷重が作用することを考慮しないでよく、副構造体3が主構造体2の床23を滑動する際の摩擦係数を小さくすることができる。 In addition, in the above embodiment, the main structure 2 does not have an outer wall, but it may have one. With this configuration, the main structure 2 receives wind loads, and the wind loads do not act on the secondary structure 3. Therefore, it is not necessary to consider wind loads acting on the secondary structure 3, and the coefficient of friction when the secondary structure 3 slides on the floor 23 of the main structure 2 can be reduced.

また、上記の実施形態では、副構造体3は、高層部分12の各階に設けられている。副構造体3は、1つの階に複数設けられていてもよいし、1つのみ設けられていてもよい。本実施形態では、副構造体3は、1つの階に複数設けられている。本実施形態では、各階に同じように複数の副構造体3が設けられている。なお、副構造体3は、各階において設置される数や形状が異なっていても、複数階にまたがる構造としてもよい。さらに、副構造体3を設置しない階があってもよい。また、低層部分13についても、高層部分12と同様に主構造体と副構造体とを有する構成としてもよい。 In the above embodiment, the secondary structure 3 is provided on each floor of the high-rise section 12. A plurality of secondary structures 3 may be provided on one floor, or only one may be provided. In this embodiment, a plurality of secondary structures 3 are provided on one floor. In this embodiment, a plurality of secondary structures 3 are provided on each floor in the same manner. The secondary structures 3 may be structured across multiple floors, even if the number or shape of the secondary structures 3 installed on each floor is different. Furthermore, there may be floors on which the secondary structures 3 are not installed. The low-rise section 13 may also be configured to have a main structure and secondary structures, similar to the high-rise section 12.

1 連結制振構造
2 主構造体
3 副構造体
4 制振装置
6 傾斜すべり支承(すべり支承)
22 梁
23 床23(底部)
24 内部空間
31 床
32 壁
33 天井
1 Linked vibration-damping structure 2 Main structure 3 Secondary structure 4 Vibration-damping device 6 Inclined sliding bearing (sliding bearing)
22 Beam 23 Floor 23 (bottom)
24 Interior space 31 Floor 32 Wall 33 Ceiling

Claims (4)

複数層を有し、内部に内部空間を有する主構造体と、
前記内部空間に設けられる副構造体と、を有し、
前記主構造体は、前記内部空間の下方に位置する底部を有し、
前記副構造体は、前記底部の上を滑動可能であり、
前記主構造体は、各層それぞれの内部に前記内部空間を有し、
前記副構造体は、前記主構造体の各層の前記内部空間それぞれに設けられ、
前記主構造体と前記副構造体とは、制振装置のみで連結されている連結制振構造。
A primary structure having a plurality of layers and an internal space therein;
a sub-structure provided in the internal space;
The main structure has a bottom portion located below the internal space,
the sub-structure being slidable on the base;
The primary structure has the internal space within each layer,
The sub-structure is provided in each of the internal spaces of each layer of the main structure,
A linked vibration-damping structure in which the main structure and the secondary structure are connected only by a vibration-damping device .
前記副構造体は、床、壁および天井を有するユニットである請求項1に記載の連結制振構造。 The linked vibration-damping structure of claim 1 , wherein the sub-structure is a unit having a floor, walls and a ceiling. 前記主構造体には、外壁が設けられている請求項1または2に記載の連結制振構造。 The linked vibration-damping structure according to claim 1 or 2 , wherein the main structure is provided with an outer wall. 前記副構造体と前記底部との間にはすべり支承が設けられ、
前記副構造体は、前記すべり支承を介して前記底部の上を滑動可能であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の連結制振構造。
A sliding bearing is provided between the substructure and the bottom,
The linked vibration-damping structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the secondary structure is slidable on the bottom via the sliding bearing.
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