JPH0515851B2 - - 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可
変剛性材に関するもので、構造部材中に設けたピ
ン接合部をピン接合と剛接合とに変換可能とし、
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供して
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、梁
等に使用し、剛性を変化させて地震等に対処でき
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第１図ａ，ｂ，ｃに示
すように２以上のピース１ａ，１ｂからなる長尺
構造部材の中にピン接合と剛接合とに変換が可能
な接合部２を設けたものである。回転の支点とな
るピン接合部２は拘束材３により固定され、ピン
接合部２を介して接合した２ピース１ａ，１ｂを
結ぶ拘束材３が拘束状態と拘束解除状態との間で
可動であり、これによりピン接合と剛接合が変換
できる。拘束材３を動かすための駆動装置は油圧
シリンダー、電動式のもの、電磁式のもの等いず
れでも良い。

また、圧縮力には抵抗できない３ピン構造の部
材において、中央のピン接合部に拘束材を設け、
ピン接合と剛接合とに変換可能とすれば、必要に
応じ拘束状態または拘束解除状態とすることによ
り圧縮抵抗材になつたり、無抵抗材になつたりす
る。

また、ピン接合部２において、一方のピース１
ａから他方のピース１ｂに向けて係止用腕部４を
設けることにより、ピン接合部での回転方向を限
定することができ、この係止用腕部４と他方のピ
ース１ｂとの間に拘束材３を設ければよい。

このようなピン接合と剛接合との間の交換はコ
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、建物の剛性を制御するこ
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もできる。

〔実施例〕

次に、図示した実施例について説明する。

第２図ａ〜ｅは一実施例におけるピン接合部２
の近傍を示したものである。

２つのピース１ａ，１ｂがピン接合部２で接続
され、一方のピース１ａから他方のピース１ｂに
向けて延びた係止用腕部４により、ピン接合部２
における回転方向が限定される。係止用腕部４に
は他方のピース１ｂを挟み込むように、可変剛性
材１の軸方向と直角な方向の拘束材３が蝶番５に
よつて取り付けられている。拘束材３の先端部に
は係止突起６があり、拘束材３の蝶番５での回転
により相手側のピース１ｂをつかんだり、離した
りすることができ、これによつてピン接合、剛接
合に変換できる。

拘束材３には構造部材としての可変剛性材１の
せん断力と拘束した状態で生じるてこ反力の和の
力が生じるため、これに抵抗できるものとする必
要がある。このことは、拘束材３のピン機構とし
ての蝶番５についても同様である。

拘束材３にかかる力が小さい場合は拘束材３の
係止突起６の支圧抵抗に代えて、第３図に示すよ
うに、拘束材３と相手側のピース１ｂとの接触面
での摩擦力によつて抵抗させたり、第４図に示す
ように拘束材３か相手側のピース１ｂに取り付け
た磁石９によつて抵抗させてもよい。

拘束材３の回転は図に示すように相手側のピー
ス１ｂに設けた電動サーボモーター７等の簡単な
アクチユエーターにより自動制御できる。拘束材
３とサーボモーター７をつなぐ連結材８は棒鋼
等、剛なものを用いれば、拘束材３と相手側のピ
ース１ｂの衝突を防ぐことができる。このため、
連結材８と拘束材３およびサーボモーター７との
接合部はサーボモーター７の動きに追従できるよ
うにピン接合とし、必要に応じユニバーサルジヨ
イントとすることもできる。また、連結材８を圧
縮抵抗できないひも状の柔かいものとする場合に
は拘束材３と相手側のピース１ｂとの間にクツシ
ヨン材を設けて衝撃を緩和する。

アクチユエーターとしてのサーボモーター７の
パワーは係止突起６や磁石９を設ける場合には拘
束材３を回転させる程度の能力があればよい。ま
た、摩擦で抵抗させる場合には必要な摩擦力を起
こすだけのパワーが必要となる。逆に言えばサー
ボモーター７のトルクが大きい場合には、第３図
のように摩擦力で抵抗させることができる。

また、上述の構成とは逆に、相手側のピース１
ｂに拘束材を設け、係止用腕部４にサーボモータ
ーを設けても良い。この他、相対向する拘束材３
間を油圧シリンダー等で連結し、油圧シリンダー
を伸縮させて拘束材を開いたり閉じたりすること
もできる。

拘束材３が作動する時点は係止用腕部４と相手
側のピース１ｂが触れる時点、すなわちピン接合
部２を介して分かれた２ピース１ａ，１ｂが一直
線になるときである。このことにより、振動等、
絶えず動いている部材においてもピン接合と剛接
合に変換可能である。なお、ピン接合部２におけ
る最大の回転量は建物の変形が許容限度内に納ま
る程度である。

可変剛性材１の使い方としては柱、梁、ブレー
スなどの部材の中に、この可変接合部を全てピン
接合としたときに不安定構造となるまで設置でき
る。この範囲でピン接合と剛接合の数と位置を調
整することにより、部材の曲げ剛性を変えること
ができる。なお、ある部材について軸力に抵抗さ
せない場合には固定しているピン接合部の１つを
ルーズホールにすればよい。

また、梁または柱（モーメント柱も含む）の水
平荷重に対する抵抗機構を変化させるのに用いれ
ば部材の剛性コントロールができる。従つて、地
震等の周波数特性の不確定なものに対しても、コ
ンピユーター制御による時々刻々の剛性変化によ
り建物を共振させないことが可能である。

なお、係止用腕部４がある場合、回転の方向が
限定されるため、地震等の繰り返し荷重に対して
は、それぞれ逆向きに変化可能なものをペアとし
て用いる。

第５図ａ〜ｃはこの発明の可変剛性材をラーメ
ン構造の梁または柱に用いた場合の水平荷重に対
する力学機構のバリエーシヨンを示したもので、
ａ図は材端部２箇所のピン接合部２を両方とも拘
束し、剛接合とした状態、ｂ図は一方の拘束を解
除し、一方のみピン接合とした場合、ｃ図は両方
とも拘束を解除し、ピン接合とした場合である。

第６図ａ〜ｆは同様に両材端部および中央部の
合計３個所にピン接合部を設けた梁の鉛直荷重に
対する力学機構のバリエーシヨンを示したもので
ある。

第７図ａ〜ｄは建物最下階のモーメント柱に適
用した場合の例を示したもので、上下端部に拘束
材３により拘束可能なピン接合部２を設けた可変
剛性材１を用いている。なお、上側のピン接合部
２についてはルーズホール１０により軸力に抵抗
させない構造としている。同図ｂ〜ｄは曲げモー
メント図であり、ｂ図は２本ともすべて拘束した
場合、ｃ図は１本について上下の拘束を解除した
場合、ｄ図は１本について上側のみ拘束を解除し
て柔かく抵抗させた場合である。

第８図ａ〜ｃはこの発明の可変剛性材１の応用
例として、３ピン構造の部材において中央部のピ
ン接合部２に拘束材３を設け、拘束と無拘束の切
替えを可能とし、必要に応じて可変剛性材１を圧
縮抵抗材としたり無抵抗材として利用するもので
ある。中央のピン接合部２には、一方のピース１
ａから他方のピース１ｂへ係止用腕部４を出して
おき、圧縮無抵抗時に圧縮力が加わつた時には一
方向にのみ回転するようにする。この時に不安定
な釣り合い状態が起こらないように係止用腕部４
の先端には相手側のピース１ｂを回転方向に押し
出すことができる程度の弱いばね１１を設ける。
拘束材３は可変剛性材１を圧縮抵抗材として働か
せたときに座屈に耐える程度の比較的小さい断面
があればよい。使い方としてはブレースや耐震壁
の脚部の柱等に用いて建物架構の剛性を可変とす
ることができる。

第９図は建物架構のブレースとして利用したも
ので、柱１２と梁１３に囲まれる部分に斜めに可
変剛性材１を配し、両端を柱梁接合部にピン１４
で取り付けてある。中央のピン接合部２はピン接
合と剛接合で可変であり、ピン接合とすることに
より軸方向の圧縮力に抵抗せず、剛接合とするこ
とにより圧縮力に抵抗することができる。

第１０図ａ，ｂは建物の最下階について、中央
の長期荷重用柱１５の両側に３ピン構造の可変剛
性材１を地震時用柱として配した例で、地震の特
性に応じて中央のピン接合部２を拘束したり、拘
束解除したりして、建物の剛性を変える。図中１
６はブレースまたは耐震壁である。

〔発明の効果〕 部材中のピン接合部を拘束材により拘束状態
と拘束解除状態との間で可変としてあることに
より、ピン接合部をピン接合と剛接合との間で
自由に変換でき、部材の剛性を変えることがで
きる。

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。

拘束材や駆動装置を必要とする以外は、特に
大きな断面を必要とせずに、建物の安全性を高
めることができる。

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，ｃはそれぞれこの発明の基本構
造を示す正面図、拘束状態の断面図、および拘束
解除状態の断面図、第２図ａ〜ｅはそれぞれ一実
施例の正面図、拘束状態の断面図、その平面図、
拘束解除状態の断面図、およびその平面図、第３
図および第４図はそれぞれ拘束手段の変形例を示
す断面図、第５図ａ〜ｃおよび第６図ａ〜ｆは使
用状態における力学機構の変化を示す説明図、第
７図ａはモーメント柱への適用例を示す正面図、
第７図ｂ〜ｄは曲げモーメント図、第８図ａ〜ｃ
は３ピン構造への適用例を示す正面図、第９図は
ブレースへの適用例を示す正面図、第１０図ａ，
ｂは建物下端の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
……ピン接合部、３……拘束材、４……係止用腕
部、５……蝶番、６……係止突起、７……サーボ
モーター、８……連結材、９……磁石、１０……
ルーズホール、１１……ばね、１２……柱、１３
……梁、１４……ピン、１５……長期荷重用柱、
１６……ブレースまたは耐震壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２以上のピースを回転の支点となるピンを介
   して接合した長尺部材であり、一方のピースには
   他方のピースの回転を拘束するための拘束材およ
   び該拘束材を拘束状態と拘束解除状態の間で可動
   とする駆動装置を設けてあり、一方のピースには
   他方のピースの回転方向を限定するための係止用
   腕部を設けてあり、前記拘束材は前記腕部に可変
   剛性材と直角方向に取り付けた一対の挟持部材か
   らなり、駆動装置により開閉して他方のピースを
   解放、拘束するようにしてあることを特徴とする
   建物架構の可変剛性材。