JPH0674610B2 - 制震構造物用可変剛性装置ユニット - 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物に用いられる可変剛性装置ユニッ
トに関するもので、柱、梁、耐震壁、ブレース等の構造
物構成要素どうしを接続したり、切り離したりすること
により、構造物の剛性を可変とするものである。

〔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
ッ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、共振現象を避けて通ることはできない。

これに対し、出願人は特開昭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
能動的に変化させ、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、これをフィードバックして、制御量の修正等を
行なうことができる。

この他、従来の可変剛性建物の考え方としては、例えば
柱と梁で囲まれる構面内のブレースを伸縮させたり、ブ
レース自体の剛性を可変としたり、あるいは柱または梁
とブレースとの連結状態のオン、オフの切換えにより架
構の剛性を変化させる等して制御を行っている（特開昭
63−70734号公報、特願昭61−258794号、特願昭62−285
069号、特願昭62−285070号、特願昭62−289780号等参
照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の可変剛性建物においては、構造物構成要素ごと種
々の可変剛性機構が考えられているが、それぞれ機構が
異なるため、制御方法や個々の装置の機能等に応じて制
御する必要があり、建物全体としての制御が複雑になる
恐れがある。

この発明は上述のような問題を解決することを目的とし
たもので、可変剛性機構をユニット化して汎用性のある
装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

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。

この発明の制震構造物用可変剛性装置ユニットは、構造
物の柱、梁、耐震壁あるいはブレース等の構造物構成要
素間に配置されるユニットであり、接続状態を可変とし
た雄型２と雌型３とからなる。

雄型２と雌型３は、それぞれ構造物構成要素どうしの対
向面の一方に固定され、個々のユニットの接続状態を変
えることにより、構造物構成要素間の応力伝達状態を可
変としている。

圧縮型ユニット１としては雌型３に雄型２の棒状嵌入部
４を案内する案内孔５を設け、案内孔５内に制御機構か
らの指令により作動するストッパー６を設けている。ス
トッパー６は案内孔５内において、雄型２の嵌入部４の
進入を阻止する進入阻止位置（第１図参照）と案内路よ
り後退した進入許容位置（第２図参照）との間で移動可
能となっており、雄型２の嵌入部４の進入を阻止するこ
とにより、雄型２および雌型３間で圧縮力の伝達を可能
としたり、ストッパー６を後退させて雄型２の嵌入部４
の進入を許容することにより、圧縮力が伝達されない状
態とすることができる。

また、引張型ユニット11としては雄型12の棒状嵌入部14
の先端に拡大頭部17を設け、雌型13の案内孔15に設けた
圧縮型ユニット１の場合と同様なストッパー16で拡大頭
部17を係止して、嵌入部14の案内孔15からの抜け出しを
阻止することにより雄型12および雌型13間で引張力の伝
達を可能とたり、ストッパー16を後退させて、雄型12の
嵌入部14の抜け出しを許容することにより引張力が伝達
されない状態とすることができる。

なお、雌型の案内孔内の奥行き方向２箇所にストッパー
を設け、一方（奥側）で雄型の嵌入部の進入を阻止可能
とし、他方（手前側）で雄型の嵌入部に設けた拡大頭部
を係止可能とすることにより、圧縮、引張両方向につい
て制御可能な可変剛性装置ユニットとすることもでき
る。

このような可変剛性装置ユニットは、構造物内の必要箇
所に分散配置し、従来の技術の項で述べた可変剛性建物
の場合と同様に、感知した入力地震動あるいは構造物の
応答等に応じて、個々の可変剛性装置ユニットの接続状
態を制御することにより、柱梁架構あるいは構造物全体
としての剛性を変化させ、構造物の応答を抑制すること
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図はこの発明における圧縮型ユニットの一
実施例を示したもので、対向する構造物構成要素20に雄
型２および雌型３をそれぞれに設けた定着板９を介し
て、ボルト等で固定してある。

図に示すようにストッパー６の作動により雄型２の棒状
嵌入部４の進入を阻止したり、嵌入部４の進入を可能こ
とができる。ストッパー６はばね７によって、嵌入部４
の案内路側へ向けて付勢されており、電磁石８のオン、
オフにより案内路側へとび出した位置と後退した位置と
の間で出し入れが可能となっている。

第１図は圧縮力伝達状態を示したもので、電磁力８をオ
フとしてストッパー６を案内路側へとび出させ、ストッ
パー６と雄型２の嵌入部４の先端を当接させることによ
り圧縮力が伝達される。

第２図は電磁石８をオンにしてストッパー６を後退させ
ることにより雄型２の嵌入部４の進入を可能としたもの
で、圧縮方向の力が作用しても圧縮力は伝達されない。
この状態を弛緩状態−１と呼ぶ。

第３図は引張方向の力が作用した状態を示したもので、
この状態ではストッパー６の位置に関係なく力は伝達さ
れない。この状態を弛緩状態−２と呼ぶ。

第４図はこの発明における引張型ユニットの一実施例を
示したもので、対向する構造物構成要素20に雄型12およ
び雌型13をそれぞれに設けた定着板19を介して、ボルト
等で固定してある。

引張型ユニット11では雄型12の嵌入部の先端に拡大頭部
14′を設け、この拡大頭部14′をストッパー16で係止で
きるようになっている。電磁力18をオフとしてストッパ
ー16を案内路側へとび出させ、ストッパー16で雄型12の
嵌入部14の拡大頭部14′を係止することにより引張力が
伝達される。電磁力18をオンにしてストッパー16を後退
させれば、雄型12の嵌入部14は自由に移動し、応力の伝
達はなくなる。

第５図〜第７図は柱梁架構の柱21と壁23間に圧縮型ユニ
ット１を設置した場合の装置の作動状態例を示したもの
である。

第５図は圧縮型ユニット１を圧縮力伝達状態とし、柱梁
架構と壁23を接続した状態であり、壁23が柱21および梁
22と協同して働くので、高い建物剛性となる。

第６図は圧縮型ユニット１が上述の弛緩状態−１にあ
り、柱梁架構と壁23とは接続されておらず、壁23は制震
要素として働いていない。すなわち、建物の剛性として
は低い状態にある。

第７図は第６図と同様であるが、圧縮型ユニット１は上
述の弛緩状態−２にある。

第８図〜第10図はこの発明の可変剛性装置ユニットの種
々の使用例を示したものである。

第８図は複数の圧縮型ユニット１により柱梁架構と壁23
を接続したたもので、圧縮型ユニット１を対称に配置
し、建物の振動を制御できるようにしたものである。圧
縮型ユニット１の制御は電磁石のオン、オフを地震動の
卓越周期との関係で、適切な建物周期が実現できるよう
にコントロールする。

第９図の実施例は鋼材等からなるブレース24の中央部に
引張型ユニット11を介在させることにより、ブレース24
に作用する引張力に対し、ブレース24を効かせたり、効
かせなかったりして建物の剛性を制御するものである。

第10図の実施例は一対のワイヤーからなるブレース25の
中央部に圧縮型ユニット１をワイヤー間に挟まれるよう
に介在させたものである。ワイヤーに引張方向の力が作
用した場合、圧縮ユニット１を圧縮力伝達状態とするこ
とによりワイヤーブレース25が引張力を負担し、圧縮型
ユニット１を弛緩状態−１とすることによりワイヤーブ
レース25が引張力を負担しないようになる。

〔発明の効果〕

この発明の制震構造物用可変剛性装置ユニットは、従来
の可変剛性建物において、構造物構成要素ごと可変剛性
機構を設計し、それぞれの可変剛性機構ごと制御を行っ
ているのに対し、可変剛性機構を装置としてユニット化
し、汎用性を持たせたものであり、メインテナンスや交
換が容易となる。また、装置ユニットとしての大量生産
が可能である。

可変剛性装置ユニットは、雄型と雌型の組み合わせにお
いて、雄型の嵌入部の進入または抜け出しを阻止するス
トッパーの制御により接続状態を可変とした簡単な構造
のものであるため、設計および制御が容易である。

さらに、ユニットとして制御機構も統一されるため、構
造物構成要素ごと可変剛性機構を設計する場合と比べ、
制震構造物の設計が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の一実施例における可変剛性
装置の構造および機能を示す断面図、第４図は他実施例
を示す断面図、第５図〜第７図は制震壁と組み合わせた
場合の装置の作動状態を示す説明図、第８図〜第10図は
種々の使用例を示す説明図である。 １……圧縮型ユニット、２……雄型、３……雌型、４…
…嵌入部、５……案内孔、６……ストッパー、７……ば
ね、８……電磁石、９……定着板、 11……引張型ユニット、12……雄型、13……雌型、14…
…嵌入部、14′……拡大頭部、15……案内孔、16……ス
トッパー、17……ばね、18……電磁石、19……定着板、 20……構造物構成要素、21……柱、22……梁、23……
壁、24……ブレース、25……ブレース

フロントページの続き (72)発明者 那須 正 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 倉田 成人 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物内の構造物構成要素間に配置される
   ユニットであり、前記構成要素の対向面の一方に固定さ
   れる棒状の嵌入部を有する雄型と、他方に固定され前記
   雄型の嵌入部を案内する案内孔を有する雌型とからな
   り、前記案内孔には制御機構からの指令により前記嵌入
   部の案内孔内の案内路への進入を阻止する進入阻止位置
   と前記案内路より後退した進入許容位置との間で移動可
   能なストッパーを設けてあることを特徴とする制震構造
   物用可変剛性装置ユニット。
2. 【請求項２】構造物内の構造物構成要素間に配置される
   ユニットであり、前記構成要素の対向面の一方に固定さ
   れ先端に拡大頭部を有する棒状の嵌入部を有する雄型
   と、他方に固定され前記雄型の嵌入部を案内する案内孔
   を有する雌型とからなり、前記案内孔には制御機構から
   の指令により前記嵌入部の拡大頭部を係止し、該嵌入部
   の案内孔内の案内路からの抜け出し方向への移動を阻止
   する抜け出し阻止位置と前記案内路より後退した抜け出
   し許容位置との間で移動可能なストッパーを設けてある
   ことを特徴とする制震構造物用可変剛性装置ユニット。