JPH11200546A - 減衰スラブ及び減衰構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建築計画上の制約を受けずに、構造物に減衰
を付与する。 【解決手段】 スラブ１の一部に、スラブ１の厚さ方向
に、全厚の内の少なくとも一部の深さに目地２を形成
し、その目地２に減衰性を有する減衰材３を充填し、ス
ラブ１自身に減衰の機能を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はスラブ自身に減衰
の機能を付与した減衰スラブ、及びそれを含む減衰構造
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】構造物
に減衰を付与する方法には、構造物内の隣接する層と層
の間に、ブレース等の耐震要素を介して粘弾性体や、摩
擦を生じるダンパー等を配置する方法があるが、いずれ
もこれら減衰装置を構造物の骨組内に組み込み、上下方
向に亘って設置する形になることから、建築計画上の制
約を受け易く、実施が現実的でない場合もある。

【０００３】また減衰装置の設置自体が可能であるとし
ても、例えば各層毎に、決まった位置に組み込まれるこ
とで構造物全体の減衰効果を得るような減衰装置を使用
する場合、建築計画からの制約によって組み込める減衰
装置の位置や数が制限されれば、構造物全体では所期の
減衰効果が得られなくなる。

【０００４】この発明は上記背景より、建築計画上の制
約を受けない減衰構造を提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明ではスラブの一部
に、スラブの厚さ方向に、全厚の内の少なくとも一部の
深さに目地を形成すると共に、その目地に減衰性を有す
る減衰材を充填することによりスラブに面内の変形性能
と減衰性能を付与し、スラブ自身に減衰性能を付与する
ことで建築計画上の制約に関係なく減衰構造の実施を可
能にし、構造物への適用の範囲を拡張する。

【０００６】目地はスラブの面内剛性を低下させること
でスラブを面内変形し易くし、減衰材はスラブが面内変
形したときに減衰力を発生し、スラブの変形を抑制する
ことでスラブが接続する骨組の振動を低減する。スラブ
の面内変形は目地の両側の部分の間に相対的な水平変形
が生じることで、全体としてはせん断変形として生じ
る。

【０００７】減衰材は異なる構造部材間に跨ることがな
く、同一部材であるスラブ内に組み込まれることで、従
来の減衰装置のように配置上、建築計画の面から制約を
受けることはなくなり、どのような建築計画にも対応で
きる自由さを持つ。

【０００８】通常のスラブは面内剛性が極めて高く、面
内変形が小さいため、剛床仮定が成立する。例えば平面
上、ｘ方向とｙ方向のそれぞれに２スパンを有する正方
形平面の建築構造物において、大地震による水平方向の
力が作用したとする。この場合、スラブの面内剛性が高
いために平面形は正方形を維持したまま水平に移動し、
各骨組の柱には水平変形に伴うせん断力が水平に作用す
ることになる。

【０００９】これに対し、スラブの一部に形成された目
地に減衰材が充填された請求項１の減衰スラブは水平力
によって面内変形し易い性質を持つため、請求項２に記
載の、減衰スラブを有する柱・梁、あるいは壁からなる
骨組は地震時に生じる水平力により各骨組のそれぞれの
剛性，質量に応じて変形するため、図４やは図５に示す
ように各骨組間に相対変形が生じ、減衰スラブはせん断
変形を起こす。

【００１０】例えば図１及び図２に記載の構造物におい
て、各平面骨組の柱が負担するスラブの荷重の割合か
ら、Ｘ方向に構面を構成する各平面骨組の内、Ｘ方向の
端部以外に位置する柱は端部に位置する柱より多くの荷
重を負担するため、Ｙ方向の水平力により端部以外の柱
が端部の柱より変形し易い。

【００１１】このことから、Ｙ方向に対向する両平面骨
組の柱に接続している減衰スラブはＹ方向の水平力によ
りせん断変形しようとする。このとき、減衰材がそれを
挟んだ両側の部分の間の相対的な水平変形に伴う両部分
間の相対的な速度差に応じた減衰力を発生し、その減衰
力によってＹ方向に構面を構成する平面骨組の振動を低
減する。

【００１２】上記のＹ方向の水平力によって発生する減
衰スラブの減衰力は、２以上のスパンを持つＸ方向の平
面骨組がＹ方向に３列以上配列した構造物においては、
Ｘ方向の水平力によっても同様の機構で発生する。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１の減衰スラブは図１，図
３に示すようにスラブ１の一部に、スラブ１の厚さ方向
に、全厚の内の少なくとも一部の深さに形成された目地
２に減衰材３を充填して構成されるものである。スラブ
１は床スラブ，屋根スラブ，基礎スラブを含む。

【００１４】減衰材３には例えばシリコン等の高分子材
料や、アルミニウム，鉛等の金属材料の他、高減衰ゴム
のように減衰性能を持つゴムが使用されるが、減衰性能
を持てば材料を問わない。

【００１５】目地２はスラブ１の上面側から，もしくは
下面側から全厚の内の一部の深さに、または全厚に亘っ
て形成される。図３はスラブ１の全厚に亘って目地２を
形成し、目地２の幅方向に減衰材３を複数層に分けて充
填した場合を示す。

【００１６】図３の場合、減衰材３はそれより剛な鋼材
等のセパレータ４，４間に挟み込まれ、セパレータ４に
接着，あるいは接合された形で充填される。図３−(a)
はスラブ１が鉄筋コンクリート造の場合、(b) はデッキ
プレートの捨て型枠と一体化した鉄筋コンクリート造の
場合、(c) はプレキャストコンクリート製の場合であ
る。

【００１７】図３−(a) ，(b) の場合、目地２はコンク
リートの打設時に予め目地部材を埋め込んでおくことに
より形成され、(c) の場合、プレキャストコンクリート
版同士が目地２部分に配置される減衰材３、または減衰
材３とセパレータ４によって接続される。

【００１８】図面では目地２を１方向に長く形成し、そ
れに交差する方向に間隔をおいて配列させているが、目
地２は後述のように、水平力によってスラブ１が接続す
る平面骨組の変形に伴ってスラブ１が面内変形できるよ
うに、スラブ１の水平剛性を調整する状態に形成されて
いればよく、目地２の深さや、長さと配列は図示の形に
限られない。

【００１９】目地２の形成により、スラブ１は平面骨組
の変形に伴って面内変形し、目地２を挟んだ両側の部分
の間には相対的な水平変形が生ずる。そのとき、減衰材
３はその両側の部分の間の相対的な速度差に応じた減衰
力を発生することでスラブ１の変形を抑制し、平面骨組
の振動を低減する。

【００２０】図１，図２に、１方向に構面を構成し、２
以上のスパンを有する平面骨組がスパン方向（Ｘ方向）
に交差する方向（Ｙ方向）に３列配列し、Ｘ方向の平面
骨組の各隣接する柱５，５と、その平面骨組に対向する
Ｘ方向の平面骨組の各隣接する柱５，５に請求項１の減
衰スラブが接続した構造物の例を示す。ここでは構造物
が３層で、Ｘ方向，Ｙ方向共、２スパンのラーメン構造
の場合を示すが、平面骨組は必ずしもラーメン構造であ
る必要はない。

【００２１】この構造では図１においてＸ方向に構面を
構成する３通りの平面骨組I,II,IIIの内、Ｙ方向の中央
に位置する平面骨組IIは柱５の支配面積から、Ｘ方向の
水平力の作用時にその両側に位置する平面骨組Ｉ,IIIよ
り大きな水平荷重を負担し、両側の各平面骨組Ｉ,IIIは
中央の平面骨組IIの約半分の水平荷重を負担する。

【００２２】目地２のないスラブは剛床仮定が成立する
ことから、Ｘ方向の水平力の作用時に一様に水平変位を
生ずるため、中央の平面骨組IIとその両側の平面骨組
Ｉ,IIIは同じ量だけ水平変形するが、請求項１のスラブ
１は目地２の形成によって剛床仮定が成立せず、面内変
形し易いことと、各平面骨組I,II,IIIが負担する水平荷
重の大きさの違いから、図４に示すように中央の平面骨
組IIと、両側の平面骨組Ｉ,IIIはそれぞれ異なった振動
性状を示し、平面骨組IIの変形が平面骨組Ｉ,IIIの変形
より大きくなる。

【００２３】このとき、各スラブ１の、目地２を挟んだ
両側の部分間には矢印で示すようにスラブ１の面内でせ
ん断力が作用し、せん断力によって長方形状のスラブ１
は平行四辺形状にせん断変形する。減衰材３にはその変
形時の相対的な速度差に応じた減衰力が発生し、この減
衰力が目地２を挟んだ両側の部分に働くため、各平面骨
組II、Ｉ,IIIの振動は発生と共に減衰する。

【００２４】図５はＹ方向の水平力が作用したときの様
子を示す。この場合もＸ方向の水平力が作用したときと
事情は変わらず、Ｙ方向に構面を構成し、Ｘ方向の中央
に位置する平面骨組Ｖと、両側の各平面骨組IV，VIは異
なる振動をする。そのときの目地２を挟んだ両側の部分
間にはせん断変形に伴って減衰力が発生するため、Ｘ方
向の水平力作用時と同様に各平面骨組Ｖ、IV，VIの振動
はその発生と共に減衰する。

【００２５】従って図面では各スラブ１の目地２をＹ方
向に長く形成し、Ｘ方向に間隔をおいて配列させている
が、骨組の振動を減衰させる上で、目地２の配列の方向
は水平力の作用方向に関係しないことになる。

【００２６】図６は図１，図２に示す構造物の振動モデ
ルを示す。上記の通り、構造物の全平面骨組をＸ方向に
構面を構成する中央の平面骨組IIと、両側の平面骨組
Ｉ,IIIとに区分した場合、中央の平面骨組IIが両側の平
面骨組Ｉ,IIIより大きな荷重を負担するため、負担する
質量Ｍも平面骨組Ｉ,IIIが負担する質量ｍより大きく、
上記した柱５の支配面積の関係から質量Ｍは質量ｍの約
２倍である。

【００２７】また平面骨組IIと平面骨組Ｉを接続するス
ラブ１、及び平面骨組IIと平面骨組III を接続するスラ
ブ１は面内変形し易いため、平面骨組IIと、平面骨組
Ｉ,IIIはそれぞれの固有周期に応じた振動を独立して起
こし、平面骨組IIと、平面骨組Ｉ,IIIは異なった振動系
を構成する。

【００２８】更に平面骨組IIと平面骨組Ｉを接続するス
ラブ１、及び平面骨組IIと平面骨組III を接続するスラ
ブ１には減衰材３が介在しているため、図１，図２に示
す構造物は異なった振動系の平面骨組IIと平面骨組Ｉ
間、及び平面骨組IIと平面骨組III間に減衰装置が接続
していることと同じことになり、図６に示すような振動
モデルが成立する。

【００２９】図６に示す振動モデルにおいて、平面骨組
Ｉと平面骨組 IIIは同一の振動系であるから、両者を一
つの振動系に合成することができ、図６の振動モデルは
更に図７に示す２質点系の振動モデルに単純化される。

【００３０】平面骨組Ｉと平面骨組 IIIを合成した振動
系の質量Ｍ’と水平剛性Ｋ１は、図６の平面骨組Ｉの質
量ｍと水平剛性を単純に２倍にした大きさになり、質量
Ｍ’は平面骨組IIの質量Ｍと実質的に同一で、水平剛性
Ｋ１が平面骨組IIの振動系の水平剛性Ｋ２の２倍にな
る。

【００３１】図７に示す振動モデルの共振曲線を図８に
示す。ある振動モデルにおいては、共振曲線のパラメー
タである減衰定数を任意に選択した（例えば減衰定数が
０の場合と∞の場合）、二つの破線で示す共振曲線は一
定の点で交わるため、実線で示すようにこの交点を最大
値とするような減衰定数を設定すれば、その減衰定数が
振動モデルでの最適の減衰定数となる。図８の実線で示
す共振曲線からは、ｈ＝1/2 ・｛ (f2−f1)/f0｝より約
10％の減衰定数が得られる。f1，f2は破線で示す共振曲
線の共振振動数である。

【００３２】

【発明の効果】請求項１ではスラブの一部に形成した目
地に減衰性を有する減衰材を充填し、スラブ自身に減衰
性能を付与するため、異なる構造部材間に跨る場合のよ
うに建築計画の面から制約を受けることがなくなり、ど
のような建築計画にも対応でき、構造物への適用の範囲
を拡張することができる。

【００３３】請求項２では柱・梁、あるいは壁からなる
架構を有する構造物の各階床スラブの一部，または全部
に請求項１記載の減衰スラブを適用することで、少なく
ともスパン方向に交差する方向の水平力によって減衰ス
ラブをせん断変形させ、その変形時に減衰材にその両側
部分間の相対的な速度差に応じた減衰力を発生させるた
め、構造物の振動を有効に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】減衰スラブを適用した構造物の例を示した平面
図である。

【図２】図１の縦断面図である。

【図３】スラブへの減衰材の充填例を示した断面図であ
る。

【図４】図１の構造物にＸ方向の水平力が作用した場合
の平面骨組と減衰スラブの変形の様子を示した平面図で
ある。

【図５】図１の構造物にＹ方向の水平力が作用した場合
の平面骨組と減衰スラブの変形の様子を示した平面図で
ある。

【図６】図１，図２の構造物をモデル化した図である。

【図７】図６の振動モデルを単純化した図である。

【図８】図７の振動モデルから得られる共振曲線を示し
たグラフである。

【符号の説明】

１……スラブ、２……目地、３……減衰材、４……セパ
レータ、５……柱。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラブの一部に、スラブの厚さ方向に、
   全厚の内の少なくとも一部の深さに目地を形成し、その
   目地に減衰性を有する減衰材を充填してある減衰スラ
   ブ。
2. 【請求項２】 柱・梁、あるいは壁からなる架構を有す
   る構造物において、各階床スラブの一部，または全部が
   請求項１記載の減衰スラブである減衰構造物。