JPH01154971A - 建物架構の可変剛性装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明ば制置構造の建物架構に用いられる可変剛性装
置に関するもので、建物に入力する地震、風等の外力に
応じて建物架構の剛性を変化させ、地震等に対処させる
ものである。

〔従来の技術〕

従来、高層建築や重要構造物等の耐震設計においては地
震時の地盤の動きや建物の応答を計算し、安全性をチエ
ツクする動的設計が行われている。

耐震の方法としては建物と基礎の間に積層ゴム支承やダ
ンパーを介在させた免震構法あるいは微震構法、建物構
成部材のうち、非主要部材の破壊により地震エネルギー
を消費させる方法、壁あるいは柱等にスリットを設け、
建物を最適の剛性に調整する方法等がある。

ところで、現行の耐震設計手法により設計された建物の
地震時における安全性の確認は、構造物の塑性化を伴な
う履歴特性による吸収エネルギーが構造物に作用する地
震エネルギーを上回るという基本思想によるが、これに
は履歴ループ特性に対する信顛性の問題がある。

また、従来の方法はいずれも地震や風等の自然外力に対
し、受身の耐震構造を与えるものであり、建物が特定の
固有振動数を有するため地震という不確定な入力に対し
、共振現象を避けて通ることはできない。

これに対し、出願人は特願昭６１−１１２０２６号にお
いて、上述のような受身の耐震方法でなく、感知した地
震動に基づく応答予測システムの判断のもとに建物自体
の剛性を変化させ、共振領域外または共振の少ない状態
とし、建物および建物内の機器、居住者等の安全を図っ
た制置方法を提案している。

上記の制置方法では柱、はり、ブレース、壁並びにそれ
らの接合部の全部もしくは一部、または建物と基礎ある
いは隣接する建物との間に、コンピューターの指令によ
り連結状態が変化する制御装置を設け、次のようにして
、建物の制置を行なう。

■　地震の発生を建物を中心に狭域および広域に配置し
た地震感知装置により感知し、観測データを有線、無線
の通信網によりコンピューターに伝達する。広域の地震
感知装置は既設の地震観測点における地震計あるいは専
用に設置したものをマイクロ回線あるいは電話回線等で
結ぶ。

また狭域の地震感知装置は建物の周辺あるいは周辺地盤
内に設けた地震計や、建物基部や建物内に設置した振動
センサーからなり、風力等の影響は建物内の振動セン・
す“−で感知する。

■　感知した地震について、コンピューターによ・り地
震の規模の判断、周波数特性の分析、応答量の予測等を
行ない、建物の振動を制御すべきか否か、また制御すべ
き場合の制御量について、共振をかわし、地震応答量の
少ない最適剛性（固有振動数）を与えるものとして判断
を下す。

■　コンピューターの指令を建物の各部の制御装置に伝
え、建物の剛性をコンピューターの予測に基づく最適剛
性となるよう制御装置を作動させる。連結状態の調整は
固定状態と連結解除状態を油圧機構、電磁石等によりオ
ン、オフで調整するものや、固定状態、連結解除状態の
外、緊張力の導入や任意の位置での固定を油圧機構ある
いは特殊合金等を用いて調整するもの等が考えられる。

また、建物内に配した振動センサーにより、建物各部に
おける応答量並びに制御を行った場合の実際の振動が検
知でき、これをフィードバックして、制御量の修正等を
行なうことができる。

〔発明の目的〕

この発明の建物架構の可変剛性装置は上述のような制置
方法において、柱梁構面内あるいは床スラブ構面内等に
使用し、架構の地震時の変形を自由に制御することによ
り、建物の応答を低減させ、建物の地震災害を防ぐとと
もに、中に居住する人や機械設備等を地震による不快感
、振動障害等から守ることを目的としたものである。

〔発明の構成〕

以下、この発明の概要を実施例に対応する図面の符号を
用いて、説明する。

この発明は構面内のブレース３として鋼索、ＰＣｆｉ線
、ピアノ線等のワイヤーまたはチェーン、ロープ、ベル
ト等の索状部材３ａを用い、緊張装置５により、索状部
材３ａの張力を調整し、地震時に架構の変形を自由に制
御できるようにしたものである。

また、ブレース３の少なくとも一端には所定のス１−ロ
ークを有するバッファ４を介在させてあり、このバッフ
ァ４のダンパー機能により、ブレース３をダンパーブレ
ースとして働かせたり、剛性を急変させたときにはバッ
ファ４を本来の緩衝器として機能させることができる。

バッファ４はばね式のものや油圧式のもの等が使用でき
るが、特に形式は問わない。

ブレース３を構成する索状部’７４’　３　ａはループ
状の索状部材を使用し、一端をバッファ４、他端をプー
リー７に掛けるようにすれば、索状部材３ａに作用する
摩擦力等を低減することができる。

なお、バッファ４およびプーリー７は柱梁接合部、ある
いば床スラブ構面の場合は柱１位置に設りたカ七ノドプ
レート６等に取りイ」ける。緊張装置５もガセソＩ・プ
レート６等に取り付けることができるか、離して別個に
取り付けてもよい。

〔作　用〕

■　ブレース３の索状部材３ａば、あらかじめバッファ
４をそのスＩ・ローりの半分だけ押し込むように緊張し
てセントすることにより　（第１図参照）、バッファ４
のばね等の変形量だけのプレストレスが索状部材３ａに
導入されたことになり、ブレース３はその分の圧縮力を
負担することができる。すなわち、ブレース３の剛性は
圧縮、引張の両方向ともバッファ４のばね等による低い
剛性となり、ブレース３におりる荷重と変形の関係が直
線的になる。なお、バッファ４のス）・ローりばブレー
ス３の架構としての許容圧縮変形量および許容引張変形
量の合計以上とする。

■　緊張装置５によりブレース３の索状部材３ａを緊張
することにより、バッファ４のばね等を完全に密着させ
ることができる（第２図参照）。

このときブレース３の引張に対する剛性は索状部材３ａ
だけの剛性となり、引張に対しては高い剛性のブレース
となる。一方、圧縮に対しては上述の■のままである。

第７図はこのときのブレース３にかかる荷重と変形の関
係を示したものである。

■　バッファ４のダンパー機能により、」−述の■の状
態のときは引張時も圧縮時も低い剛性をもつブレース兼
ダンパーとして働き、■の状態のときば引張時には高い
剛性のブレースとして、圧縮時には低い剛性をもつブレ
ース兼ダンパーとして働（。

■　緊張装置５による剛性急変の際に生じる衝撃（特に
、高い剛性で負担していた力が低い剛性に移った途端に
解放される力によるショック）はへソファ４の本来の機
能である緩衝器としての働きで吸収することができる。

〔実施例〕

次に図示した実施例について説明する。

第１図〜第３図はこの発明の可変剛性装置を柱梁構面に
適用した場合の実施例である。

この実施例では柱梁構面内の対角位置にガセットプレー
ト６を設け、一方にプーリー７、他方にバッファ４およ
び緊張装置５を取り付り、プーリー７とバッファ４にル
ープ状の索状部材として、ワイヤー３ａを掛は渡し、ブ
レース３を構成している。

緊張装置５はモーター８を作動させることにより、束材
５ａを回転させ、束材５ａの両端部でループ状のワイヤ
ー３ａの間隔を押し広げてワイヤー３ａを緊張し、また
束材５ａを戻すことにより、その緊張力を解除できるよ
うにしたものである。

束材５ａはガセットプレート６に取り付けた回転軸９の
回りに回転し、第１図のように束材５ａとブレース３が
直列の状態では緊張装置５からの緊張はなく、第２図の
ように束材５ａがブレース３と直交する状態で、最大の
緊張力が導入される。

バッファ４は油圧式のものやその他種々の形式のものが
考えられるが、説明の都合上、以下図示したようなばね
として説明する。なお、他の形式のものについても同様
に考えることができる。第１図のように緊張装置５から
の緊張がない状態では、あらかじめバッファ４のばねを
縮め、引張および圧縮方向の力に対して中立の状態、す
なわちブレース３のワイヤー３ａにある程度の緊張力が
プレスＩ・レスとして導入されている状態としておく。

このときブレース３の剛性はワイヤー３ａとバッファ４
の直列ばねの剛性をもつ。

第２図のように緊張した状態では、バッファ４のばねが
密着し、圧縮に対するブレース３の剛性はワイヤー３ａ
とバッファ４の直列ばねの剛性のままであるが、引張に
対してはワイヤー３ａだけの剛性となり、高い剛性とな
る。なお、ループ状のワイヤー３ａの間隔を押し広げた
り、戻したりするメカニズムにおいて、例えば引張時に
押し広げの抵抗が大きく、瞬時に剛性を変化させるのが
難しい場合でも、構造物が振動しているときにはブレー
ス３に作用する力が、次には圧縮に移り、押し広げの動
作が容易となり、次の引張に対しては、変化後の剛性と
なっている。第６図はこの関係を示したものである。

第４図および第５図の実施例は上述の実施例における束
材５ａの回転による緊張装置５の代わりに、油圧または
空気圧等のシリンダー１０．１１を緊張装置として用い
たものである。また、以上の実施例ではループ状のワイ
ヤー３ａの間隔を押し広げることにより、ワイヤー３ａ
を緊張しているが、ループ状のワイヤーを用いずに、単
にワイヤ一端部を引っ張るような形で緊張するものでも
よい。その場合、あらかじめバッファ４のばねを縮め、
引張および圧縮の両方向の力に対して中立の状態とする
には、緊張装置によりプレストレス分の張力を与え、そ
れを基準として緊張力の導入、解除を行うことになる。

また、以上は片側ブレースの場合であるが、構面内に交
差する２つのブレース３を設けることにより（第１０図
参照）、架構としての剛性変化のパターンは第８図のよ
うになる。すなわち、緊張装置５による緊張がない状態
では、架構の剛性と前述のばね剛性を足し合わせた形で
、荷重と変位は直線的な関係となり、緊張力を与え、ば
ね剛性が１動かなくなると、フ゛レース３のワイヤ−３
ａ自体による高い剛性と架構の剛性を足し合わせたもの
となる。

また、ループ状のワイヤー３３の間隔を押し広げると、
束材５ａあるいはシリンダー１０．１１等にはブレース
引張力分の分力が加わるが、これらによるブレース３の
角度は緩いので、分力は十分小さく、それに抵抗できる
だけの強さがあればよい。第９図に示した実施例はワイ
ヤー３ａの押し広げによる束材５ａの両側での角度θが
等しくなるよう、ガセットプレート６にプーリーまたは
ピン１２を設けたものである。また、この実施例ではバ
ッファ４側ではなく、プーリー７側に緊張装置５を設け
である。

以上、一対の柱１と梁２によって囲まれる構面との関係
で説明したが、第１０図に示すように多層階の建物に適
用する場合、この装置を多数配置し、建物全体として剛
性を変化させることができる。

〔発明の効果〕

■　索状部材によって構成されるブレースと緊張装置の
組み合わせにより、地震時における架構の変形を制御す
ることができる。

■　緊張力を導入または増大させない状態のときは、バ
ッファのダンパー機能により、引張時も圧縮時も低い剛
性をもつブレース兼ダンパーとして働き、緊張力を導入
または増大させた状態のときは、引張時には高い剛性の
ブレースとして、圧縮時には低い剛性をもつブレース兼
ダンパーとして働く。

■　緊張装置による剛性急変の際に生じる衝撃、特に、
高い剛性で負担していた力が低い剛性に移った途端に解
放される力によるショック等はバッファの本来の機能で
ある緩衝器としての働きで吸収することができる。

■　コンピューター等により制御される緊張装置により
、ブレースの剛性を変化させ、個々の地震特性に応じて
建物全体の変形を制御できる。

これにより、建物の安全性を高め、揺れの少ない快適な
居住空間が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示す正面図
、第３図は緊張装置部分の側面図、第４図および第５図
は緊張装置の変形例を示す正面図、第６図はこの発明の
装置の作用を説明するためのグラフ、第７図および第８
図はブレースに作用する荷重とブレースの変形との関係
を示すグラフ、第９図はこの発明の他の実施例を示す正
面図、第１０図は多層階建物への適用例を示す正面図で
ある。 １・・・柱、２・・・梁、３・・・ブレース、３ａ・・
・ワイヤー、４・・・バッファ、５・・・緊張装置、６
・・・ガセットプレート、７・・・プーリー、８・・・
モーター、９・・・回転軸、１０・・・シリンダー、１
１・・・シリンダー、１２・・・ピン 第９図 第１０図 （１）ゴぜ共亡１

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）構面内のブレースとして張力調整用の緊張装置を
   備えた索状部材を用い、該ブレースの少なくとも一端に
   は所定のストロークを有するバッファを介在させてある
   ことを特徴とする建物架構の可変剛性装置。
2. （２）バッファのストロークはブレースの架構としての
   許容圧縮変形量および許容引張変形量の合計以上とした
   特許請求の範囲第１項記載の建物架構の可変剛性装置。
3. （３）索状部材は鋼索である特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の建物架構の可変剛性装置。
4. （４）索状部材はチェーンである特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の建物架構の可変剛性装置。
5. （５）索状部材はロープである特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の建物架構の可変剛性装置。
6. （６）索状部材はベルトである特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の建物架構の可変剛性装置。