JPH01154972A

JPH01154972A - 建物架構の可変剛性接合装置

Info

Publication number: JPH01154972A
Application number: JP31259187A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yamada; 俊一山田; Takuji Kobori; 小堀　鐸二; Tadashi Nasu; 那須　正
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-06-16
Also published as: JPH0413517B2

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〕この発明は制置構造の建物架構において、架構構成部材
接合部に用いる可変剛性接合装置に関するもので、建物
に入力する地震、風等の外力に応し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副においては地
震時の地盤の動きゃ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減震構法、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頼性の問題がある。

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
、共振現象を避り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
た制置方法を捉案している。

上記の制置方法では柱、はり、フレーズ、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、風力等の影舌は建物内の振動センサ
ーで感知する。

■　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、これをフィードハックして、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接合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。

この発明の可変剛性接合装置５は第１シリンダー６と、
第１シリンダー６の両側に対称的に配置された２つの第
２シリンダー７とを有し、それぞれ架構構成部材接合部
の対向する部材、例えば梁２とフレーズ３の接合部にお
いて、第１シリンダー６をフレーズ３側接合部に、第２
シリンダー７を梁２側接合部に固定する。なお、２つの
２シリンダー７は同一部４Ａまたは同じ動きをする部材
に固定する（第２図参照）。

第１シリンター６は中央に加圧室８を設り、加圧室８の
両側にピストン１０を備えており、それぞれ第２シリン
ダー７のビス１〜ン１１と、ロッド１２を共有している
。

また、第１シリンダー６および２つの第２シリンダー７
内には加圧による各ビス１〜ン１０，１１の移動に抵抗
するばね１３．１４を設けてあり、無加圧時（基準とな
る圧力状態）にばばね１３゜１４による基本剛性を有す
る。

加圧に対する抵抗をばね１３．１４のみによる場合は、
空気圧または油圧等の流体圧を増すことにより、ばね１
３．１４が圧縮されて密着し、密着部から直接力を伝達
することになり、ばね１３゜１４による基準剛性に対し
、高い剛性状態となる。

また、第１シリンダー６および第２シリンダー７内のば
ね１３，１４側には粉体または粒体１６（以下、粉粒体
という）を充填すれば、加圧状態において粉粒体１６が
非線型的に抵抗を増しく第７閣参照）、高い剛性状態を
得ることができ、加圧力の大きさで装置５としての剛性
をコントロールすることができる。

なお、粉粒体１６としては合成樹脂等の微小中空球体や
砂等が使用でき、またアクリル酸・ビニルアルコール共
重合体等の高吸水性樹脂またはこれらを混在させたもの
等を使用することもできる。

〔実施例〕

次に、図示した実施例をその作用とともに説明する。

第２図は可変剛性接合装置５を柱梁構面内に適用した場
合の実施例であり、第１図はその内部構造を示したもの
である。

可変剛性接合装置５は第１シリンダー６およびその両側
に対称的に設けた２つの第２シリンダー７を有する。第
２図の例は柱梁構面内において、」二側の梁２中央部に
山形に屈曲するフレーズ３の頂部を接合するもので、第
１シリンダー６をブレース３側に、２つの第２シリンダ
ー７を梁２側に固定し、可変剛性接合装置５の剛性状態
を変化させ、梁２とブレース３の接合状態を変えること
により、架構としての剛性を変化させることができる。

第１シリンダー６は中央に加圧室８を設け、゛加圧室８
の両側にビスｌ〜ン１０を備えており、それぞれ両側の
第２シリンダー７のビスＩ・ン１１と、ロッド１２を共
有し、このロッド１２を介して力の伝達が行われる。加
圧、減圧は制御弁１８で行い、この例では第１シリンダ
ー６の加圧室８と、第１シリンダー６寄りに設けた第２
シリンダー７の加圧室９をフレキシブルジヨイント１７
を有するパイプで連通し、ロッド１２を共有するピスト
ン１０．１１を同し方向に加圧することができる。

また、この加圧に対しては、加圧室８．９と反対側に設
げたばね１４およびばね１４側に充填した粉粒体１６が
抵抗するようになっている。

なお、制御弁１８による加圧、減圧ば２系統に分＆Ｊて
行う場合もある。また、制御■弁１８は地震等に応じ、
コンピューターの指令で、作動するのを基本とするが、
マニュアル操作も可能である。

次に、第５図（８１，（ｂ）に基ついて、剛性変化のメ
カニズムを説明する。

ばね１３，１４はビス１〜ン１０，１１のスＩ−ローク
の範囲内では線型の変形特性を示し、装置５にはばね１
３．１４の基本剛性による比較的低い剛性状態が得られ
る。

粉粒体１６ば前述のように油圧等で圧縮することにより
、高い剛性を示すが、圧力がＯの状態では、引張に対し
抵抗を示さない（第７図参照）。

従って、プレストレスの形であらかじめ所定の圧力を加
えておけば、第１シリンダー６および第２シリンダー７
を固定した部材の相対移動による圧縮力解除の際も、高
い引張剛性が得られる。以下、プレストレスを与えた状
態を基準の圧力と考え、このときを無加圧状態とする。

また、高吸水性樹脂等の粒状の液体吸収物質（液体を吸
収して、ゲル状態になる）を混入ずれば、無加圧あるい
は低加圧時には、液体がない場合に比べて、低い剛性と
なるので、剛性の変化幅を広げることができる。

次に、第６図（ａ）、　（ｂ）に基づいて、力の伝達の
メカニズムを説明する。

■　第２シリンダー７を固定した梁２がら、第１シリン
ダー６を固定したフレーズ３への力の伝達は次のように
なる。

図中、左側の第２シリンダー７が引張力Ｐ。

を受けるときは、右側の第２シリンダー７が圧縮力Ｐ１
を受ける。

梁２からの引張力Ｐ１は、左側の第２シリンダー７のば
ね１４の剛性と粉粒体１６−の圧縮解除による引張剛性
でピストン１１に伝達され、ピストン１０に対する第１
シリンダー６のばね１３の剛性と粉粒体１６の圧縮によ
る圧縮剛性で、フレーズ３に水平力Ｐ２を伝達する。

梁２からの圧縮力Ｐ、は、右側の第２シリンダー７のば
ね１４の剛性と粉粒体１６の圧縮による圧縮剛性でピス
トン１１に伝達され、ピストン１０に対する第１シリン
ダー６のばね１３の剛性と粉粒体１６の圧縮解除による
引張剛性で、フレーズ３に水平力Ｐ２′を伝達する。

結局、左右の第２シリンダー７から同し伝達機構（圧縮
と引張）を通るので、両者同じ剛性になる。

■　加圧時に第１シリンダー６（および第２シリンダー
７）に対する加圧力を越えた力が左右の第２シリンダー
７から作用すると、引張剛性が基本剛性に戻り、剛性が
低下する。第３図は０点、すなわち装置５に水平力が作
用していない状態で、加圧力を変えることにより、剛性
を種々変化さゼ、このときの荷重変形曲線における離間
荷重（図中、まる印で示す）と剛性変化の関係を示した
ものである。

■　荷重が作用している状態で、減圧操作すなわち剛性
を低減させる操作をした場合、力の解放による不安定な
状態が起こり得る（第４図参照）が、第１図に示すよう
にピストン１０．１１に高圧から低圧への変化の場合だ
け開くダンパー弁１９を設けることにより、油等の液体
１５が通過して、ダンパー機能が働き、このショックを
和らげることができる。なお、このダンパー弁１９位置
および液体溜２０位置にはフィルター等を設けて、粉粒
体１６が通らないようにする。

■　離間荷重までの高い剛性は加圧力の大きさによって
決まる（第３図参照）が、これによって伝達できる力は
左右同時に伝わるので、加圧力の倍の力になり、装置と
しての効率がよい。

第８図（ａｌ、　（ｂｌは上述の装置に対し、粉粒体１
６を使用しない簡易型の可変剛性接合装置５の例を示し
たもので、第１シリンダー６および第２シリンダー７の
ばね１３，１４側に空気穴２１を形成したダブルジャキ
型としている。

無加圧の状態では、第８図（ａｌに示すような形でばね
１３，１４による低い剛性状態となり、加圧状態とし、
ばね１３，１４を密着させると密着部から直接力が伝達
されることになり、高い剛性状態が得られる。この関係
を示したのが、第９図である。すなわち、ばね１３，１
４による低い剛性状態が、ばね１３，１４を密着させる
だけの加圧力が加わった時点から高い剛性状態に移る。

第１０図（ａ）、　（ｂｌは上述の第８図（ａｌ、　（
ｂｌの装置に対し、空気穴２１を形成する代わりに、第
２シリンダー７のピストン１１にダンパー弁１９を設け
、ダンパー機能をもたせたものである。なお、この例で
は加圧は第１シリンダー６に対してのみ行っている。

〔発明の効果〕

■　第１シリンダーと、第１シリンダーの両側に対称的
に配置された第２シリンダーからなる接合装置への加圧
力を変えることにより、ばねによる低い剛性状態と加圧
時の高い剛性状態との間の剛性変化が可能となり、架構
構成部材の接合状態を変化させることができる。

■　ばねに加え粉粒体を使用する°ことにより、非線型
的に種々の剛性状態を実現することができる。

■　コンピューター等により制御弁を作動させ、加圧状
態を変えることにより、架構構成部材接合部における剛
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図はこの発明の可変剛性接合装置の第１実施例を示
す断面図、第２図は柱梁構面内への適用例を示す正面図
、第３図は第１実施例について種々剛性を変化させた場
合の荷重変形曲線を示すグラフ、第４図は第１実施例に
ついて変形途中で剛性を変化させた場合の荷重変形曲線
の一例を示すグラフ、第５図（ａｔ、　（ｂｌは剛性変
化のメカニズムを説明するための断面図、第６図（ａ）
、　（ｂ）は力の伝達のメカニズムを説明するための断
面図、第７図は粉粒体の変形特性を示す荷重変形曲線の
グラフ、第８図［ａ）、（ｂ）は第２実施例を示す断面
図、第９図はその変形特性を示す荷重変形曲線のグラフ
、第１０図＋ａ＋、　（ｂｌは第３実施例を示す断面図
である。１・・柱、２・・・梁、３・・・フレーズ、４・・ブラ
ケソ１−１５・・・可変剛性接合装置、６・・・第１シ
リンダー、７・・・第２シリンダー、８．９・・・加圧
室、１．０．１１・・・ピストン、１２・・・ロソ１、
］、３．１４・・・ばね、１５・・・液体、１６・・・
粉粒体、１７・・・フレキシブルジヨイント、１８・・
・制御弁、１９・・・ダンパー弁、２０・・・液体溜り
、２１・・・空気穴

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央に加圧室を設け、該加圧室の両側にピストン
を備えた第１シリンダーと、前記第１シリンダーの両側
に対称的に配置され、前記第１シリンダーとピストンの
ロッドを共有する２つの第２シリンダーとが、それぞれ
架構構成部材接合部の対向する部材に固定され、前記各
シリンダー内には加圧による前記各ピストンの移動に抵
抗するばねを設けてあることを特徴とする建物架構の可
変剛性接合装置。
（２）架構構成部材接合部の対向する部材はそれぞれ梁
または柱とフレーズである特許請求の範囲第１項記載の
建物架構の可変剛性接合装置。
（３）第１シリンダーがフレーズに固定され、２つの第
２シリンダーが梁に固定される特許請求の範囲第２項記
載の建物架構の可変剛性接合装置。
（４）中央に加圧室を設け、該加圧室の両側にピストン
を備えた第１シリンダーと、前記第１シリンダーの両側
に対称的に配置され、前記第１シリンダーとピストンの
ロッドを共有する２つの第２シリンダーとが、それぞれ
架構構成部材接合部の対向する部材に固定され、前記各
シリンダー内には加圧による前記各ピストンの移動に抵
抗するばねを設け、かつ前記第１シリンダーおよび第２
シリンダー内のばね側には粉体または粒体を充填してあ
ることを特徴とする建物架構の可変剛性接合装置。
（５）粉体または粒体は球状の高吸水性樹脂または高吸
水性樹脂を混在させたものである特許請求の範囲第４項
記載の建物架構の可変剛性接合装置。