JPH0370072B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は制震構造の建物架構に用いられる軸
方向引張力に対する可変剛性材に関するもので、
建物に入力する地震、風等の外力に応じて部材の
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
いは柱等にスリツトを設け、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（特
開昭62−268479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
図つた制震方法を提案している。

上記の制震方法では柱、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
ピユ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、建物の制震を行な
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ユーター
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サーで感知する。

感知した地震について、コンピユーターによ
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。

コンピユ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ユーターの予測
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つた場
合の実際の振動が検知でき、これをフイードバ
ツクして、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材は、上述のよ
うな制震方法において、ブレース、あるいは柱等
に使用し、軸方向の引張剛性を変化させ、地震等
に対処できるようにしたものである。なお、この
発明は上述の制震方法への使用にのみ限定するも
のではなく、上記方法の改良方法に使用したり、
あるいは単に剛性を変化させるために使用するこ
とも可能である。

〔発明の構成〕

この発明の可変剛性材は建物架構において、軸
方向の引張力に対して抵抗部材となつたり、無抵
抗部材となつたりするもので、第１図ａ，ｂに示
すように、２以上のピース１ａ，１ｂからなり、
その端部を突き合わせた状態で、拘束材３により
ピース１ａ，１ｂどうしを拘束し、引張力に抵抗
させたり、ピース１ａ，１ｂの拘束を解除して引
張力に対し無抵抗とすることができる。

拘束材３は一方のピース１ａに設けられ、サー
ボモーターあるいはパルスモーター等の駆動装置
により作動する。拘束方法としては拘束材３を拘
束材３に設けたボールねじ６によつてボルト５に
沿つてピース１ａ軸方向と直角な方向に平行移動
させ、対向するピース１ａ，１ｂの端部に設けた
係止用突部２ａ，２ｂに同時に係合させたり、係
合を解除したりする方法等が考えられる。また、
ピース１ａ，１ｂどうしが離れて軸心がずれない
ように、棒鋼等、ピース１ａ，１ｂに比べ引張剛
性が十分小さい連結材４でピース１ａ，１ｂを連
結しておくことが望ましい。その場合連結部材４
は可変剛性材１に対し、偏心しないように部材の
相対する２面に設ける等する。

サーボモーター等の駆動装置の作動はコンピユ
ーターの制御プログラムによつて行なうことがで
きる。すなわち、地震等の振動外力に応じ、コン
ピユーターで、剛性を制御することができ、建物
各部での部材の剛性、連結状態等を変化させて、
建物全体としての固有周期を変化させるなどして
共振をかわすことができる。

〔実施例〕

次に、図示した実施例について説明する。

第２図ａ〜ｄはこの発明の一実施例を示したも
ので、１つの構造部材をピース１ａ，１ｂに分割
し、棒鋼等の引張剛性の小さい連結材４により結
んである。図中、７ａ，７ｂは連結材４をピース
１ａ，１ｂの両側面に取り付けるための取付フラ
ンジである。

ピース１ａ，１ｂのそれぞれには部材断面のも
つ抵抗力を伝えられる係止用突起２ａ，２ｂがそ
れぞれ相対する２面から出ている。これらピース
１ａ，１ｂの係止用突起２ａ，２ｂに同時に係合
することができる拘束材３がそれぞれの面にあ
り、可変剛性材１の材軸と直角な方向に移動し
て、係止用突起２ａ，２ｂと接触したり離れたり
する。接触するときには拘束材３がそれぞれの係
止用突起２ａ，２ｂに引掛つて軸方向の引張力に
抵抗でき、離れたときには拘束材３で引張力に抵
抗することができず、連結材４のみの抵抗とな
る。なお連結材４は引張剛性が可変剛性材１本体
のピース１ａ，１ｂの引張剛性に比べ十分小さい
ものとする。

拘束材３の移動はボールねじ６のナツト部分を
拘束材３に固定し、ボルト５を回転させることに
より行なう。この実施例ではボルト５を一方のピ
ース１ａの部材断面中心に設け、コンピユーター
制御されるモーター８の回転によりギヤ９ａ，９
ｂを介して回している。ボルト５はピース１ａに
固定した支持台１０およびサポート１１により回
転可能に支持され、ピース１ａを挟んで２面に設
けたそれぞれの拘束材３について互いに逆ねじに
なつている。これにより、１台のモーター８の回
転で２つの拘束材３が同時に対称の動きをする。
拘束材３はボルト５に関して対称の形状とすれば
安定性が良い。また、この実施例では拘束材３の
ピース１ａ側にスライダー１２を設け、ピース１
ａを貫通する棒状のガイド部材１３に沿つて摺動
させ、拘束材３が回転しないようにしてある。

第３図および第４図はそれぞれ駆動機構につい
ての変形例を示したもので、第３図の例はモータ
ー８′をボルト５の軸線上に配し、支持台１０に
固定した場合、第４図は支持台を設けず、ボルト
５のサポート１１′を直接ピース１ａに取り付け
た場合である。図中１４は拘束材３の移動を制限
するストツパーである。

第５図ａ〜ｄは他の実施例として、駆動機構を
ピース１ａの側方に設けた場合を示したものであ
る。すなわち、拘束材３を平行移動させるための
ボルト５およびボールねじ６のナツトをピース１
ａおよび拘束材３の側方に設け、反対側にはガイ
ド部材１３′および拘束材３に固定したスライダ
ー１２′を設けたもので、モーター８はピース１
ａの側方に突出させたブラケツト１５によつて支
持し、ギヤ９ａ，９ｂを介してボルト５を回転さ
せる。第５図ａ〜ｄにおいて、ボールねじ６およ
びモーター８をピース１ａの両側方に設けて、モ
ーター８を同期させて、拘束材３を作動させる方
法もある。

第６図は建物架構のブレースに適用した場合の
例を示したもので、拘束材３によつて可変剛性材
１のピース１ａ，１ｂが拘束されているときは通
常のブレースと同様、軸方向の圧縮力、引張力に
抵抗できる構造であるのに対し、拘束材３を離し
た状態では引張力には抵抗できない構造となり、
建物全体の剛性も変わつてくる。

第７図ａ，ｂは建物最下層の軸力用柱１６の両
側に地震用柱として、この発明の可変剛性材１を
用いた場合の例で、第７図ａの両方拘束状態に対
し、第７図ｂのように一方の拘束を解除あるいは
拘束解除状態から拘束状態へ移行させる等して、
地震等に応じて剛性を変化させることができる。
図中１７はブレースまたは耐震壁である。

第８図および第９図は軸方向の引張力に関して
剛性を可変とするとともに軸方向の圧縮力に関し
ても剛性を可変してブレースに適用した場合の実
施例を示したものである。すなわち、可変剛性材
１′のピース１b′とピース１c′（第８図）またはピ
ース１a′とピース１b′（第９図）をピン２１で連
結し、一方のピースから延びる拘束材２２によ
り、他方のピースの回転を拘束または解放して圧
縮力に抵抗（拘束時）させたり、圧縮力に対し無
抵抗（拘束解除時）とすることができる。第８図
の例は可変剛性材１′を３つのピース１a′，１b′，
１c′で構成し、ピース１a′とピース１b′の間で引
張力に対して可変剛性となるよう拘束材３が面内
で平行移動し、またピース１b′とピース１c′の間
て引張力に対し可変剛性となるよう面内での回転
が可能なピン２１を設けてある。これに対し、第
９図の例では可変剛性材１′を２つのピース１a′，
１b′で構成し、引張力に関する拘束材３は面外方
向に移動するようにし、圧縮力に関するピン２１
部分をルーズボールとしてある。

第１０図ａ，ｂは可変剛性材１′を同じく軸力
用柱として用いた場合であり、第１０図ａは２本
とも圧縮力にも引張力にも抵抗させている状態、
第１０図ｂは図中左側の軸力用柱については引張
力には抵抗できるが圧縮力には抵抗しない状態、
右側については圧縮力については抵抗できるが引
張力には抵抗しない状態を示したもので、個々の
地震に応じて、それぞれの柱および建物全体の剛
性を変えることができる。

〔発明の効果〕 部材を構成するピースどうしを連結したり、
連結を解除することができ、軸方向の引張力に
対し、部材の剛性を変えることができる。ま
た、連結および連結解除はピースの連結端部に
設けた係止用突部と拘束材との係合および係合
解除によつて行われるため、連結状態にあつて
は必要とする剛性が確実に得られる。

コンピユーター等で、建物架構に用いた可変
剛性材の剛性変化を制御することにより、個々
の地震特性に応じて建物の固有周期を変動さ
せ、共振現象による建物の大きな変形を抑制す
ることができる。

コンピユーターを用いた制震方法に利用する
ことにより、共振がなく、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ａ，ｂはそれぞれこの発明の基本構造を
示す拘束状態および拘束解除状態の縦断面図、第
２図ａ〜ｄはそれぞれこの発明の一実施例を示す
平面図、正面図、−断面図、および−断
面図、第３図および第４図はそれぞれ駆動機構の
変形例を示す縦断面図、第５図ａ〜ｄは他の実施
例を示す平面図、正面図、−断面図、および
−断面図、第６図はブレースへの適用を示す
正面図、第７図ａ，ｂは建物下端の軸力用柱に適
用した場合の正面図、第８図および第９図は軸方
向の引張力および圧縮力の双方に対して剛性を可
変とした場合においてのブレースへの適用例を示
す正面図、第１０図ａ，ｂは同じく軸力用柱に適
用した場合の正面図である。 １……可変剛性材、１ａ，１ｂ……ピース、２
ａ，２ｂ……係止用突部、３……拘束材、４……
連結材、５……ボルト、６……ボールねじ、７
ａ，７ｂ……取付フランジ、８……モーター、９
ａ，９ｂ……ギヤ、１０……支持台、１１……サ
ポート、１２……スライダー、１３……ガイド部
材、１４……ストツパー、１５……ブラケツト、
１６……軸力用柱、１７……ブレースまたは耐震
壁、２１……ピン、２２……拘束材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２以上のピースからなる長尺部材であつて、
   駆動装置の作動により、前記ピースの対向する連
   結端部に設けた係止用突部に同時に係合および係
   合解除可能な拘束材を前記対向するピースの一方
   に設けたことを特徴とする建物架構の可変剛性
   材。 ２ 係止用突部は各ピースの対向する２面に設け
   てある特許請求の範囲第１項記載の建物架構の可
   変剛性材。 ３ 拘束材は駆動装置の作動によりピース軸方向
   と直角な方向に可動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材。 ４ 対向するピースの端部どうしは引張剛性が前
   記ピースに比べ十分小さいピース軸方向の連結材
   で連結してある特許請求の範囲第１項、第２項ま
   たは第３項記載の建物架構の可変剛性材。 ５ 連結材は棒鋼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材。