JP2013249618A - 外装材、構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の耐震性を向上でき、かつ構造物の外側からの施工が可能で、構造物の内部に広い空間を確保できる外装材等を提供する。
【解決手段】カーテンウォール３の、水平方向に隣接する柱部２０、２０の水平材１１、１１同士を減衰材１３により連結する。柱部２０の下端部にはプレート３７が設けられ、上層の柱部２０は、このプレート３７の２つの孔３６に、下層の柱部２０に設けた鉛直方向の２本のピン２７を通して配置され、該ピン２７に沿って上下に移動可能となっている。地震時等、カーテンウォール３を設けた構造物１０に水平力が加わると、構造物１０の層間変形に伴いカーテンウォール３がロッキングし、この際減衰材１３により減衰効果が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は外装材およびこれを設けた構造物に関する。

従来、構造物に制震ダンパを取り付けた架構として、構造物の構造躯体本体を構成する柱や梁に制震ダンパを設置するもの（例えば、特許文献１、２参照）、柱や梁が形成する空間部分に制震ダンパを取り付けた間柱を設置するもの（例えば、特許文献３参照）等がある。また、カーテンウォールの内側面と構造物の梁との間に、両者の相対変位に対して作用する減衰装置を設けたカーテンウォールの取付構造も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平８−６８２３２号公報 特開平９−２２１８３６号公報 特開２０００−１６０８７５号公報 特開平１０−９６２８５号公報

しかしながら、これらの制震ダンパは、構造躯体に施工するものであった。従って、例えば既存構造物の耐震改修を行う際には、内部の居室内での作業が必要となり、居室内に人が居ながらにして作業を行うことが難しかった。また、柱や梁が形成する空間部分に制震ダンパを取り付けた間柱を設置すると、内部空間が縮小されるうえ、内部からの視界が遮られる、見栄えが良くない等の問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構造物の耐震性を向上でき、かつ構造物の外側からの施工が可能で、構造物の内部に広い空間を確保できる外装材等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、構造物の外面に、前記構造物の構造躯体とは別に設けられる外装材であって、隣接する柱部同士を水平方向に連結する連結部で、減衰材を設けたことを特徴とする外装材である。

本発明によれば、地震時等で外装材が構造物の層間変位に追従してロッキングする際に、柱部同士の連結部の減衰材により減衰力を得て、制震機能を発揮することができる。本発明では、外装材に減衰材を内蔵するため、この外装材を用いることで、構造物の耐震性を向上させつつ、内部に広い空間を確保でき、設計上の自由度を高めることもできる。また、既設の構造物の改修においては、主に居室外側からの作業となるため、施工が容易であり、メンテナンス性の向上も図ることができる。

前記柱部が、鉛直面内で回転可能であることが望ましい。
また、上層の柱部の下端部を、下層の柱部に設けた鉛直方向のピンに挿入し、上下の柱部を接続することが望ましい。
また、前記ピンは、平面上複数設けられることが望ましい。

これにより、ロッキング時に減衰材をより大きく変形させより大きな減衰力を得ることができる。また、ピンを用いた簡易な構造でこれを実現するので、施工も容易になる。さらに、平面上複数のピンを用いることで、柱部の水平面内の回転を防いで外装材を面外に変形しない構造として減衰効果を確実に得ることができる。

前記柱部が、内側の構造躯体に、鉛直面内で回転可能に取り付けられることが望ましい。
これにより、柱部を鉛直面内でより回転しやすくし、減衰材により大きな減衰力が得られるようになる。

第２の発明は、第１の発明の外装材を設けた構造物である。
構造物に第１の発明の外装材を設けることにより、前記したように耐震性能が高くなり、かつ構造物の内部に広い空間を確保できる。さらに外装材は外側から施工できるので、施工も容易である。

本発明によれば、構造物の耐震性を向上でき、かつ構造物の外側からの施工が可能で、構造物の内部に広い空間を確保できる外装材等を提供できる。

カーテンウォール３を設置した構造物１０を示す図 カーテンウォール３の一部を示す立面図 図２の線Ａ−Ａによる断面図 図３の線Ｂ−Ｂによる断面図 図４の線Ｃ−Ｃによる断面図 柱部２０の変形を示す図 カーテンウォール３の制震機能を説明する図 カーテンウォール３ａと構造躯体１との接続箇所を示す図 カーテンウォール３ｂの制震機能について説明する図

以下、図面に基づいて、本発明の外装材の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（カーテンウォール３の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態の外装材であるカーテンウォール３を設置した構造物１０の概略を示す図である。図に示すように、本実施形態のカーテンウォール３は、構造物１０の外面に、構造物１０の構造躯体と別に設けられ、構造物１０の荷重を直接負担しないものである。後述するように、このカーテンウォール３は制震機能を有する。

次に、このカーテンウォール３について図２〜図５を参照して説明する。図２は、カーテンウォール３の一部を示す立面図であり、図１の範囲ａを示す。図３は、図２の線Ａ−Ａによる断面図である。また、図４は、図３の線Ｂ−Ｂによる断面図であり、図５は図４の線Ｃ−Ｃによる断面図である。

図２に示すように、カーテンウォール３では、各層において水平方向に複数の柱部２０が設けられる。各柱部２０は、柱材２５と水平材１１、およびこれらを接続するジョイント部２１からなる。

水平材１１は、柱材２５の上部から水平方向の両側に延びるように設けられる。図３に示すように、水平材１１は、柱材２５の構造躯体１側にジョイント部２１で接続される。なお、本実施形態では、柱材２５や水平材１１としてＨ型鋼を用いるが、これに限ることはない。目的に応じて様々な形状、材質の部材を用いることができる。ただし、本実施形態のように柱材２５にＨ型鋼を用いると、そのフランジ部分が縦庇として機能し日射遮蔽効果が得られる利点がある。

隣り合う柱部２０、２０の水平材１１、１１の端部同士は、連結部３０において、減衰材１３により連結される。即ち、これらの水平材１１、１１の端部に、減衰材１３の両端がそれぞれ接合される。

減衰材１３は、地震時等に力が加わった際に降伏し、その際減衰力を得て制震機能を発揮するためのものであり、例えば鋼製のハニカムダンパである。ただし、減衰材１３はこれに限らず、その他の鋼製ダンパを用いてもよいし、あるいは油圧ダンパ等の粘性ダンパなど、減衰力が得られるものであれば減衰材１３として用いることが可能である。

また、図３に示すように、柱部２０では、ジョイント部２１において構造物１０の構造躯体１（内側の構造躯体）側に張り出す張出部９が設けられ、この張出部９と構造躯体１がボルト等を用いて剛接合されて接続される。

隣り合う柱部２０、２０の柱材２５、２５の間にはガラス１７が配置される。ガラス１７の周囲はフレーム１５で保持される。このフレーム１５は、図示しない取付治具等を用いて柱部２０等に取り付けられる。

フレーム１５はガラス１７を摺動可能に保持し、図３に示すように、ガラス１７を若干幅移動可能とするための空間４１を内部に有する。そのため、後述するようにカーテンウォール３がロッキングし変形した際にも、ガラス１７には殆ど応力が伝わらないようになっている。

カーテンウォール３は、以上のように構成された各層を上下に配置して構成される。この際、図４に示すように、下層の柱部２０と上層の柱部２０は、ピン接続部５３において接続される。

図４、図５に示すように、下層の柱部２０のジョイント部２１の上には、円柱状のピン２７が平面上２つ固定される。このピン２７は鉛直方向に設けられ、下層の柱材２５の上端に設けたプレート３８を貫通し上方に突出する。
一方、上層の柱材２５の下端には、プレート３７が設けられる。このプレート３７には、ピン２７よりわずかに径の大きい円形の孔３６が２つ設けられる。

ピン接続部５３では、上層の柱部２０が、柱材２５の下端部のプレート３７の２つの孔３６にピン２７をそれぞれ通しつつ、下層の柱部２０の上に配置される。これにより上下層の柱部２０、２０が接続される。カーテンウォール３は、このようにして上層の柱部２０を下層の柱部２０に接続しながら、下層から順に組み上げてゆくことができる。

本実施形態では、このような構成により、ピン接続部５３において、柱部２０の鉛直面内の回転に対する剛性をより低くし、水平面内の回転に対する剛性をより高くしている。

すなわち、ピン接続部５３では、上層の柱部２０が下方のピン２７をプレート３７の孔３６に通して配置し接続され、柱部２０の下端部がピン２７に沿って移動可能になっている。この際、カーテンウォール３に加わる水平力に応じて、図６に示すように柱部２０が若干回転して傾きつつ移動することが可能であり、鉛直面内の回転に対する剛性は低い。一方、ピン２７は平面上複数設けられているので、柱部２０の水平面内での回転は防がれ、水平面内の回転に対しては剛性が高い構造となる。

なお、図４に示すように、前記のプレート３７、３８の間には間隔保持材３９が配置されており、下層の柱材２５の上端と上層の柱材２５の下端の間には若干の間隔がある。この間隔は、シール材４７でシールされる。

（カーテンウォール３による制震作用）
次に、地震時等のカーテンウォール３の制震作用について、図７を参照して説明する。図７は、地震時等におけるカーテンウォール３の変形状態を模式的に示す図である。図ではカーテンウォール３の一層について一部を示し、説明のため変形状態はやや誇張して示している。

図に示すように、カーテンウォール３を備えた構造物１０が矢印Ｈに示すような水平力を受けると、カーテンウォール３が構造物１０の層間変位に追従してロッキングし、矢印Ｉに示すように鉛直面内で回転する。カーテンウォール３では、この変形に伴い連結部３０において水平材１１の端部が位置ずれしようとして減衰材１３に力が加わる。減衰材１３はこの力によって変形して降伏し、この際減衰力が得られる。従って、構造物１０の構造躯体１に入力される水平力が低減でき、構造物１０の耐震性能が確保される。

この際、ピン接続部５３では前記のように柱部２０の鉛直面内の回転に対する剛性が低いので柱部２０が回転しやすく、ロッキングに伴う減衰材１３の変形を大きくできより大きな減衰力が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、カーテンウォール３が構造物１０の層間変位に追従してロッキングする際に、柱部２０同士の連結部３０の減衰材１３により減衰力を得て、制震機能を発揮することができる。このように、本実施形態ではカーテンウォール３に減衰材１３を内蔵するため、構造物１０の耐震性を向上させつつ、内部で広い空間を確保でき、設計上の自由度を高めることもできる。また、既設の構造物１０の改修においては、主に居室外側からの作業となるため、施工が容易であり、メンテナンス性の向上も図ることができる。

また、柱部２０は鉛直面内で回転可能であるので、ロッキング時に減衰材１３を大きく変形させより大きな減衰力を得ることができる。また、本実施形態では、これを複数のピン２７を用いたピン接続部５３により簡易な構造で実現しているので、施工も容易になる。さらに、柱部２０の水平面内の回転を防いでカーテンウォール３を面外に変形しない構造として減衰効果を確実に得ることができる。

ただし、本発明はこれに限らない。以下、別の例を第２、第３の実施形態として説明する。なお、以下の実施形態は、第１の実施形態と異なる点を主に説明し、同様の点については説明を省略する。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、カーテンウォール３を構造躯体１とボルト等を用いて接続したが、接続方法はこれに限らない。第２の実施形態はその例であり、図８は、第２の実施形態のカーテンウォール３ａと構造躯体１との接続箇所を示す図である。

図８に示すように、第２の実施形態では、構造躯体１に設けた円筒状のパイプ２８をジョイント部２１に挿入するようにしてカーテンウォール３ａと構造躯体１とを接続し、この接続箇所においても、柱部２０が鉛直面内で回転可能なようにしている。なお、この接続箇所では、その他の方向については柱部２０の移動が拘束される。

この場合でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第２の実施形態では、柱部２０が鉛直面内でより回転しやすくなり、減衰材１３による減衰効果を大きくできる。

［第３の実施形態］
第１の実施形態では、柱部２０をピン接続部５３により接続しているが、場合によってはこれを省略することも可能である。第３の実施形態はその例であり、図９は、第３の実施形態のカーテンウォール３ｂの制震機能について説明する図である。

図に示すように、本実施形態のカーテンウォール３ｂの柱部２０ａでは、１層分の柱材２５ａの長さが長く、柱自体の剛性が低いため地震時等に変形し鉛直面内で回転可能になっている。このように、柱自体の変形回転が期待できれば、必ずしも前記のようにピン接続部を設けなくても、所望の減衰効果が発揮でき第１の実施形態等と同様の効果が得られる場合もある。

このように、カーテンウォールの構成は、隣り合う柱部２０間に減衰材１３を設ける限りにおいて、様々に考えられる。目的の減衰性能や施工性に合わせ、どのような構成を採るかを定めればよい。

なお、以上の説明においては、各層で減衰材１３を設けるものとしているが、これに限らず、減衰材１３を設ける箇所は目的に応じて定めることができる。例えば、減衰材１３は１層おきに設けてもよい。また、減衰材１３は、各層の柱部の間の全てで設けなくてもよく、一部のみに設けてもよい。さらに、第１〜第３の実施形態の構成を組み合わせてカーテンウォールを形成することも可能である。また、カーテンウォールは、図１のように構造物１０の１面のみに設けるものに限らず、構造物１０の各面に適宜設けることが可能である。

さらに、本発明の外装材は、上記したようなカーテンウォールに限ることもない。例えば耐震改修に用いる場合など、構造物１０の外側で、ガラス１７等を省略し、上記のようにして隣り合う柱部２０間に減衰材１３を設けただけの機構も外装材として考えられる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………構造躯体
３、３ａ、３ｂ………カーテンウォール
１０………構造物
１１………水平材
１３………減衰材
２０、２０ａ………柱部
２５、２５ａ………柱材
２７………ピン
５３………ピン接合部

Claims (6)

1. 構造物の外側に、前記構造物の構造躯体とは別に設けられる外装材であって、隣接する柱部同士を水平方向に連結する連結部で、減衰材を設けたことを特徴とする外装材。
2. 前記柱部が、鉛直面内で回転可能であることを特徴とする請求項１記載の外装材。
3. 上層の柱部の下端部を、下層の柱部に設けた鉛直方向のピンに挿入し、上下の柱部を接続したことを特徴とする請求項２記載の外装材。
4. 前記ピンが、平面上複数設けられたことを特徴とする請求項３記載の外装材。
5. 前記柱部が、内側の構造躯体に、鉛直面内で回転可能に取り付けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の外装材。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の外装材が設けられた構造物。

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