JPH02213539A - 建造物の水平変位自動制御機構 - 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〕 本発明は、主として地震や風等の外力が作用したときに
建造物に生じる水平変位による変形及び捩れを出来るだ
け少なくすると共に建造物の固有周期を短縮せしめるこ
とも８来る建造物の水平変位自動制御機構に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、地震に対して建造物の変形を小さくする方法とし
ては、建造物のフレーム構造に粘りを持たせてフレーム
の変形により地震エネルギーを吸収させる方法や、建造
物内に耐震壁をバランス良く配置してこの耐震壁のふん
ばりで変形を小さくする方法が一般的であった。

そして最近では、建造物の固有周期を変えることにより
地震入力を小さくする免震構造や、建造物に何らかの装
置を組み込むことによって地震入力を減衰させる副層構
造が知られている。しかしながら、これらはいずれも実
施が困難であったり外力に対して建造物の変形を充分に
抑制出来なかったりする理由で満足なものとは言えない
。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は比較的簡単に実施し得て主として地震や風等の
外力に対して建造物の水平変位による変形及び捩れを充
分に小さくすることが出来るように、更には建造物の固
有周期も短縮できるように建造物の水平変位自動抑制機
構を新規に構成することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は種々検討した結果、建造物の構造を維持する
柱や壁等の縦フレームの複数個所で該縦フレーム内に下
端を固定して鉛直にアンボンドに設置した張力付与材の
該縦フレームから上方への突出部に弾性体又はアクチュ
エーターを装着し、該縦フレームに対するその加圧力で
プレストレス状態にすることによって上記課題を解決出
来ることを究明して本発明を成した。

以下１本発明に係る建造物の水平変位制御機構を図面に
よって詳細に説明する。

第１図は本発明に係る建造物の水平変位制御機構の１例
を模式的に示す説明図、第２図、第３図及び第４図はそ
れぞれ第１図中のＡ部を具体的な例で示す拡大図、第５
図は制御作用の説明図、第６図は突出部の長さが変わる
ことなく水平変位したと仮定した場合の突出部の拡大説
明図、第７図は第５図の突出部の拡大説明図である。

本発明に係る建造物の水平変位自動制御機構は、建造物
の構造を維持する柱や壁等の縦フレームの複数個所に１
次のような状態に張力付与材が設置されて構成されてい
るのである。すなわち第１図に示す如く、縦フレームの
複数個所（図例は２個所ンに張力付与材１が縦フレーム
中にその下ｉ１ａを固定されて鉛直方向にアンボンドに
設置されており、張力付与材１の上部は縦フレーム２の
上端から上方に突出しており、そしてこの突出部分に更
に圧縮可能に装着され圧縮された弾性体４の弾性力によ
ってプレストレスが縦フレームに付与された状態にある
のである。

本発明において張力付与材１とは、ＪＩＳ　Ｇ　３５３
６ｒｐｃ鋼線及びｐｃ鋼より線」やＪＩＳ　Ｇ　３１０
９　ｒ　ＰＣ鋼捧」に適合するもののみならず、それら
と同等以上の品質を持ったものであれば良い。

縦フレームは第１図に示す如く複数の柱２及び／又は壁
３から成る場合が多く、この場合張力付与材１は柱２中
に設置されるのが一般的であるが、柱のない壁構造の建
造物の場合はＭ３中に設置される。

弾性体４は張力付与材１の上端の突出部に装着されてお
り、そしてその装着状態は水平方向に縦フレームに変位
が起っていない状態でその弾性力が作用して縦フレーム
にプレストレスを付与しているのであるからこの状態で
既に圧縮されているのであり、また後記するすように建
造物が水平変位したときに更に圧縮可能でなければ制御
作用は起らないのである。このような弾性体４としては
種々あるが５例えば第２図に示す如きコイルばね４′や
第３図に示す如きゴム体４″が示される１弾性体４の装
着方法は、例えば第２図、第３図の示す如く張力付与材
１の突出部に弾性体４をワッシャ５で挟んだ状態に外挿
してナツト６で締め付ければ良い。

本発明においては、弾性体４の代わりに第４図に示す如
き縦フレーム上端の変位及び／又は荷重をセンサー及び
／又はロードセル７ａで感知してその変位を小さくする
ようにその加圧力を自動的にコントロールするアクチュ
エーター７を張力付与材１の突出部に装着しても良い、
この場合、図例の如く張力付与材１の２本を１組にして
設置するのがアクチュエーター７の装着を容易に出来る
ので好ましい。

張力付与材１が縦フレーム中に下端を固定されてアンボ
ンドに設置された状態においては、一般に縦フレーム中
に設けられたシース（鞘）（図例ではすべて図示省略）
内に張力付与材１がプレストレスを付与されて設置され
ており、シース内に適度な軟度を持つアンボンド部材（
図例ではすべて図示省略）が防錆のために封入されてい
る。従って縦フレームの伸縮は、縦フレーム中にアンボ
ンドに設置された張力付与材１に直接には影響されるこ
とはなく、その突出部に設けられた弾性体４又はアクチ
ュエーター７の弾性力又は加圧力によって影響される。

上記のように張力付与材１を設置する複数の個所を建造
物の何処にするかは、当該建造物全体の形状や柱２．壁
３の配置等の構成に即して次に説明する作用が有効に働
くように定める。

〔作　用〕

第１図に示すように壁３及びそれを挟んで隣接する２本
の柱２，２′から成る縦フレームの各柱２．２′にそれ
ぞれ張力付与材１，１′が前記説明のように設置されて
成る水平変位自動制御機構を例にして、外力がこの柱２
，２′間の面すなわち壁３の面に沿って水平に作用する
場合の水平変位自動制御作用を説明する。

本発明に係る建造物の水平変位自動制御機構の制御原理
は、建造物に水平方向に外力が作用すると上下方向に変
位が生じるが、この上下方向の変位を小さく抑えること
によって水平方向の変位や援れを小さくし、それによっ
て建造物の変形を極力／１〜さくとどめると共に建造物
の固有周期を短縮せしめようとするものである。

いま、水平変位のない正常な状態について考察すると、
第１図に示す如く張力付与材１の突出部に装着された弾
性体４によって縦フレームの柱２゜２′のそれぞれは均
等に加圧されてδ１だけ縮小し、プレストレス状態にあ
る。そこに水平方向の外力（水平力）Ｆが作用すると、
縦フレームの上部がそれぞれ程度を異にして水平方向に
変位する６すなわち、一方の柱２の上端は上方に変位し
、他方の柱２′の上端は下方に変位して建造物は変形す
る。このような変形は、水平方向の変位を上部のみの変
位として第５図のように相対的に示すことが出来る。

いま仮に上記の如く柱２，２′の上端が上下に変位して
も張力付与材１，１′の突出部の長さ誌が第６図に示す
如く変わらず従って弾性体４の弾性力による縦フレーム
への加圧力も柱２，２′間で変わらないとすれば、柱２
及び２′の各上端の上下方向の変位は弾性体４からはそ
の加圧力による差が生じるようには影響されることなく
現われ、柱２では６２′だけ上方に変位して引張り状態
に、また柱２′ではδ、′だけ下方に変位して圧縮状態
になる。この変位６２′とδ、′とは一般にほぼ等しい
。

しかしながら本発明においては、弾性体４が装着された
張力付与材１，１′は下端を固定されてアンボンドに柱
２，２′中に設置されているので、第７図に示す如く柱
２，２′の各上端が上下方向に変位しても、張力付与材
１の上端はほとんど変位しない、そのため、柱２の引張
り側では柱２の上端が上方に変位しようとするのに対し
て、張力付与材１の突出部が短くなって弾性体４を更に
圧縮して柱２への加圧力を高めてその変位量を６２より
は小さいδ２にとどめさせ、また柱２′の圧縮側では柱
２′の上端が下方へ変位しようとするのに対して、張力
付与材１′の突出部が長くなって弾性体４の圧縮度を低
くして柱２′への加圧力を弱めてその変位量をδ、′よ
りは小さいδ□にとどめさせる。このように、柱２，２
′の各上端の上下方向の変位量δ３．δ３を小さくとど
めさせることは、すなわちそれだけ水平方向への変位を
小さくさせることになり、従って建造物の変形や捩れを
小さくすることが出来るのである。そしてこのように建
造物の変形や捩れを小さくすることが出来ることは、言
わば建造物の剛性が大きくなったのと同様の効果を発揮
することになるので水平力による建造物の応答を小さく
して建造物の固有周期を短縮させる作用を発揮するので
ある。上記作用は弾性体４の代わりにアクチュエーター
７を使用する場合でも、センサー及び／又はロードセル
７ａが柱２，２′変位及び／又は荷重を感知してその変
位を小さくするようにアクチュエーター７が圧力を自動
的にコントロールするので１弾性体４を使用するのと同
様に作用するのである。

弾性体４の物性として重要な弾性力をどのように選ぶか
は次の考え方を基礎とする。すなわち、縦フレーム上端
の変位の発生に関与する力としては、柱２の引張り側で
は弾性体４による下向きの加圧力↓Ｐ□（矢印は力の作
用方向を示す、以下同じ）、建造物の重量による下向き
の軸力↓Ｐ２゜及び水平力Ｆによる上向きの引張り力↑
Ｐ、であり、これらの合計すなわち↓Ｐ、＋↓Ｐ２＋↑
Ｐ１が極力小さくなるように、つまり柱２の変位δ。

が小さくなるように↓Ｐ工すなわち弾性体４の加圧力を
選ぶのである。柱２′の圧縮側では上記において力Ｐ３
は下向きに作用するので力Ｐ１が下向きに作用する以上
、↓Ｐ１＋↓Ｐ８＋↓Ｐ、を零には出来ないが、前記の
如く張力付与材１′の突出部が長くなることによって圧
縮力を弱めるので実用上充分に効果のある制御を行うこ
とが出来るのである。従って弾性体４の弾性力は引張り
側を基準に選ぶが、それには建造物の重量等の個々の建
造物の構成が選定資料となる。

なお、縦フレームが引張り状態になったときに張力付与
材１が過度に緊張して降伏点（耐力）以上に伸長してし
まうことを避けるためには、弾性体４として張力付与材
１の降伏荷重以下の降伏荷重を有する素材を使用すれば
良く、弾性体４の代わりにアクチュエーター７を使用す
る場合にはセンサー及び／又はロードセル７ａが柱２，
２′変位及び／又は荷重が所定量以上になったことを感
知した際にその作動を開放するように設定しておくこと
により対処できる。これによって張力付与材１の破壊を
防止し、弾性体４を使用する場合には弾性体４を交換す
るだけで、またアクチュエーター７を使用する場合には
そのまま永く制御作用を行わせることが出来る。

〔発明の効果〕

以上詳述した如き本発明に係る建造物の水平変位制御機
構は、建造物の縦フレーム内の複数の個所で下端を固定
し鉛直方向にアンボンドに設置した張力付与材の縦フレ
ームから上方へ突出した部分に弾性体又はアクチエータ
ーを設けて縦フレームへのその加圧力によりプレストレ
スを付与した状態としたことにより、外力により水平変
位が生じて建造物を変形させようとするときにその変形
及び捩れを小さくさせるように上記加圧力の増減が縦フ
レームの引張り側と圧縮側とで互に逆に起ることにより
水平変位を自動的に制御して変形を小さくすることが出
来るのであり、そしてこのように建造物の変形や捩れを
小さくすることが出来ることは言わば建造物の剛性が大
きくなったのと同様の効果を発揮することになるので水
平力による建造物の応答を小さくして建造物の固有周期
を短縮させることに繋がるのであって、この固有周期の
短縮程度は建造物の完成後においても張力付与材に付与
するプレストレスの大きさによって容易に調整できる利
点も有している。そしてこのような制御機構を設置する
ことは容易であり１本発明は建築分野に貢献するところ
の非常に大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る建造物の水平変位制御機構の１例
を模式的に示す説明図、第２図、第３図及び第４図はそ
れぞれ第１図中のＡ部を具体的な例で示す拡大図、第５
図は制御作用の説明図、第６図は突出部の長さが変るこ
となく水平変位したと仮定した場合の突出部の拡大説明
図、第７図は第５図の突出部の拡大説明図である。 図面中 １．１′・・・・張力付与材 １ａ・・・・下端 ２．２′・・・・柱 ３・・・・壁 ４・・・・弾性体 ４′・・・・コイルばね ４′・・・・ゴム体 ５・・・・ワッシャ ６・・・・ナツト ７・・・・アクチュエーター ７ａ・・・・ロードセル δ□・・・・正常な場合の弾性体の加圧力による縮小分 δ２．δ３・・・・水平変位があった場合の縦フレーム
の引張り側及び圧縮側の上下方 向変位長 δ、′・・・・水平変位があって縦フレームの引張り側
及び圧縮側の張力付与 材の突出部の長さが変位前と変 らないと仮定したときのそれぞ れの側の上下方向変位長 許 出 願 人 株式会社 日本設計事務所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　外力が作用した際に建造物の上部と下部との間に生
   じる差のある水平変位による変形を小さくするための自
   動制御機構であつて、建造物の縦フレームの複数個所に
   おいて張力付与材（１）が該縦フレーム内に下端（１ａ
   ）を固定されて鉛直方向にアンボンドに設置されていて
   該縦フレーム上端から上方に突出した突出部分に更に圧
   縮可能に装着された弾性体（４）の弾性力によつて該張
   力付与材（１）にプレストレスが付与された状態にある
   ことを特徴とする建造物の水平変位自動制御機構。 ２　弾性体（４）として張力付与材（１）の降伏荷重以
   下の降伏荷重を有する素材を使用する請求項１に記載の
   建造物の水平変位自動制御機構。 ３　弾性体（４）に代えて、フレーム上端の変位及び／
   又は荷重を感知してフレームへの圧力を自動的にコント
   ロールするアクチエーター（７）が装着されている請求
   項１に記載の建造物の水平変位自動制御機構。