JPH0285478A - 制振方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、長周期化された構造物若しくは被支承床をア
クチュエータから加えられる制振力で制振するに際して
、構造物等に入力される地震入力並びにアクチュエータ
からの制振力の作用に基づく構造物等の応答速度を検出
して、この応答速度によりアクチュエータの制振力を制
御するようにしだ制振方法に関するものである。

（従来の技術） 地震動等に対して構造物の揺れを規制するための制振手
法としては、様々なものが案出されている。ここに、ア
クチュエータなどの動力源が有する制振力によって構造
物の揺れを抑制する方法が知られており、この方法の一
般的な適用例は第７図に示すように、構造物固有の振動
モードの腹となる構造物すの頂部または中間階にアクチ
ュエータａが設備されて当該位置でセンサＣからの検出
信号に基づいて制振制御を施すように構成されている。

このアクチュエータａは、構造物すに固定された固定ブ
ロックｄと付加振動体ｅとの間に設けられ、構造物すの
揺れにより慣性で振れる付加振動体ｅに反力をとって構
造物すに制振力を加えるようになっている。このような
構成は、構造物すへ入力すべき制振力が比較的小さくて
済むので好ましいが、反面構造物すが高層である等構造
物す自体が長周期性を備えている必要があると共に、振
動抑制効果としても充分なものが得られないという欠点
がある。また構造物す内に制振機構が設備されるため、
その延べ床面積を減少させることともなる。

このような実情を考慮してアクチュエータを構造物の頂
部や中間階以外の場所にも設置することを可能とし且つ
また通常長周期性を有しない５に２０階程度の中・低層
構造物をも制振制御の対象構造物とすることができるよ
うに、地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ
等で構成した滑り支承材などの長周期化手段を介して構
造物を免振支持するようにした免振構造物が開発されて
いる。この免振構造物では、構造物の直下に介装される
長周期化手段により構造物固有の振動モードの腹を構造
物の下層部分に得ることができ、従って中・低層構造物
をも長周期化することができると共に、この下層位置に
おいて構造物とその外部の地盤との間にアクチュエータ
を設けることができる（日本建築学会論文報告集、第１
０３号（昭和３９年１０月）　ｐ、１１８等がある）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述したような免振構造物に対して好ましい
制振効果を発揮させるにあたっては、アクチュエータの
発生する制振力の適切な制御が重要であり、このアクチ
ュエータの最適な制御方法の案出が望まれている。また
上述の免振構造を構造物内の特定の床構造に適用して制
振することも考えられ、その場合のアクチュエータの制
御も重要である。

本発明の目的は、長周期性を有する免振構造物をアクチ
ュエータから加えられる制振力で制振するに際し、好適
な制振制御方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段と作用） 本発明は、地盤上に長周期化手段を介して免振支持され
た構造物を、アクチュエータが発生する制振力で制振す
るに際して、地震入力並びにアクチュエータからの制振
力の作用に基づく構造物の応答速度を検出し、応答速度
によりアクチュエータの制振力をフィードバック制御す
るようになっている。

また本発明は、構造物の床部分を構成し構造物と共に振
動する構造床上に長周期化手段を介して免振支持された
被支承床を、アクチュエータが発生する制振力で制振す
るに際して、地震入力並びにアクチュエータからの制振
力の作用に基づく被支承床の応答速度を検出し、応答速
度によりアクチュエータの割振力をフィードバック制御
するようになっている。

そして、上述のようにアクチュエータの制振力を制御す
ることにより、構造物若しくは被支承床の制振制御を行
なうようになっている。

（実施例） 以下に、本発明の好適実施例を添付図面に従って詳述す
る。

本発明は、地震動などの外乱または構造物自体の振動を
検出するセンサを有し、その信号を制振のための制御信
号として用い、外部より制振力を与えることによって免
振支持により長周期化された構造物の地震などによる揺
れを積極的に低減する制振方法を提供する。第１図には
、本発明の制振方法の実施に採用される装置の概念が示
されており、本装置は主に地動並びに構造物３の揺れの
状態を検出する計測システム（センサ）１と、計測シス
テム１で計測された計測値をデータとしてこれらを処理
する制御システム（制御手段）２と、制御システム２か
らの制御信号に従って構造物３に制振力を加える動力駆
動システム（アクチュエータ）４とから構成される。

構造物３を制振する場合の具体的構成例を説明すると第
２図に示すように、四部５が区画形成された地盤６上に
は、その凹部５内に長周期化手段７を介して構造物３が
建設され、この構造物３は長周期化手段７によって長周
期化されて構成される。本実施例にあっては長周期化手
段７として、適当な高さを有し且つ凹部５内に間隔を隔
てて配設された複数の積層ゴムが例示されている。なお
、長周期化手段７としては、積層ゴムに限らず、滑り支
承祠、ベアリング、ソフトストリー、磁気浮上手段など
を採用してもよい。また本実施例にあっては、構造物３
と地盤６との間に長周期化手段７と並列にダンパ８が配
設されており、このダンパ８によって相当の振動減衰効
果が得られるようになっている。

このように構成された構造物３と地盤６との間には、地
震時における地動方向に伸縮駆動されて構造物３に制振
力を入力する動力駆動システム４としての油圧シリンダ
などのアクチュエータ９が設けられる。具体的にはアク
チュエータ９は、凹部５の垂直壁５ａとこれに相対向す
る構造物３の下層部分との間に、地震の横揺れ方向に沿
ってほぼ水平に設けられる。またこのアクチュエータ９
は、構造物３の周囲に間隔を隔てて複数配設され、様々
な方向性の地震に対応できるようになっている。

他方計測システム１としては、地盤６側に地震時の地動
（地盤の地動速度）を検出する第１のセンサ１０が設置
されると共に、構造物３内に地震入力並びにアクチュエ
ータ９からの制振力の作用に基づく構造物３の応答速度
を検出する第２のセンサ１１が設置される。これら第１
のセンサ１０及び第２のセンサ１１で検出される検出信
号は、後述するフィードバック制御に利用される。そし
てこれらセンサ１０，１１には、検出信号を増幅するた
めの増幅器１２を介して制御システムまたるコンピュー
タなどの制御手段１３が接続される。

この制御手段１３はアクチュエータ９に接続され、各セ
ンサ１０，１１からの検出信号に応じてアクチュエータ
９の制振力を制御する機能を有する。

第４図には本発明の制振方法に対応させたフィードバッ
ク制御方式の回路構成が示されており、地震入力及びこ
れに対して制振力が加えられた結果の構造物３の応答速
度を第２のセンサ１１で検出しく後述するように、第１
のセンサ１０で地動速＝　　７　− 度をも併せて検出する場合もある）、その検出値を制御
手段１３に戻して次のアクチュエータ９の作動に利用す
るようになっており、構造物３の振動特性を制御回路に
事前に正確に組込む必要がなく、構造物３の非線形性に
対しても追従させることができるものである。また、風
など構造物３の上方に加振力が加わるような場合にも有
効に機能する。なお、増幅器１２並びに制御手段１３の
設置位置は、図示のように構造物３内であっても、地盤
６側であっても良い。

次に、上述の免振構造を構造物３内の特定の床構造に適
用して制振する場合の具体的構成例を説明する。第３図
に示すように、構造物３の各階を区画する床部分を構成
し地震時などに構造物３と共に振動する構造床１４上に
は、長周期化手段７を介して被支承床１５をが載置され
、この被支承床１５は長周期化手段７によって長周期化
されて構成される。本実施例にあっては長周期化手段７
として、適当な高さを有し且つ構造床１４上に間隔を隔
てて配設された複数の積層ゴムが例示されている。この
被支承床１５上には、振動の影響を嫌う電算機などの精
密機器１６が搭載される。

このように構成される被支承床１５と構造物３との間に
は、地震時における地動方向に伸縮駆動されて被支承床
１５に制振力を入力する動力駆動システム４としてアク
チュエータ９が設けられる。

具体的にはアクチュエータ９は、構造物３の垂直壁３ａ
とこれに相対向する被支承床１５の端面１５ａとの間に
、地震の横揺れ方向に沿ってほぼ水平に設けられる。ま
たこのアクチュエータ９は、被支承床１５の周囲に間隔
を隔てて複数配設され、様々な方向性の地震に対応でき
るようになっている。

他方計測システム１としては、被支承床１５が設置され
ている構造床１４上に地震時の振動（構造床１４の応答
速度）を検出する第１のセンサ１０が設置されると共に
、構造物３内の被支承床１５上に地震入力並びにアクチ
ュエータ９からの制振力の作用に基づく被支承床１５の
応答速度を検出する第２のセンサ１］が設置される。こ
れらセンサ１０．１１は、上述の構造物３全体の制振の
場合と同様にフィードバック制御に利用される。

そしてこれらセンサ１．０．１１には、検出信号を増幅
するための増幅器］２を介して制御システムまたるコン
ピュータなどの制御手段１３が接続され、またこの制御
手段１３にはアクチュエータ９が接続されて、各センサ
１０．１１からの検出信号に応じてアクチュエータ９の
制振力を制御するようになっている。なお、増幅器１２
並びに制御手段１３の設置位置は上述と同様、構造物３
内であっても、地盤６側であっても良い。

次に制振制御の手法について、構造物３全体の制振の場
合を例に説明する。これは、被支承床１５の場合も同様
である。

長周期化手段７によって支持された構造物３にアクチュ
エータ９の制振力を作用させることによって、地震時の
地動による構造物３の揺れを抑制する場合の基本的な振
動方程式は、次のように表現される。

ｍ　：Ｘ＋　ｃ　ｘ　＋　ｋ　ｘ　−−ｍ　’ｊ　十Ｐ
　　　　　−（１）ｍ、構造物３を含む振動系固有の質
量 Ｃ：構造物３を含む振動系固有の減衰係数に：構造物３
を含む振動系固有の剛性 に：構造物３の地盤６に対する相対加速度父：構造物３
の地盤６に対する相対速度Ｘ・構造物３の地盤６に対す
る相対変位ｙ：地動加速度 Ｐ；アクチュエータ９の制振力 この（１）式は、地盤６に対する構造物３の振動状態を
表記したものである。そしてこのように表現された（１
）式は、左辺が上述の構造物３の相対系（地盤６と構造
物３との相対関係）での振動特性を、右辺が地盤６の振
動（地動加速度ジ）並びにアクチュエータ９の制振力Ｐ
を含む外力の内容となっている。ここに上式から地震入
力並びにアクチュエータ９からの制振力の作用に基づく
構造物３の応答量としてはその変位Ｘ、速度交。

加速度父がある。また上記振動系を考慮した場合、構造
物３の振動特性を変更できる諸量としては構遺物３を含
む振動系固有の質量ｍ、構造物３を含む振動系固有の減
衰係数Ｃ１構造物３を含む振動系固有の剛性ｋがある。

そして本発明にあっては構造物３の応答を検出してこれ
ら検出量を制御系で処理するにあたり、構造物３を含む
振動系固有の減衰係数Ｃを制御系において適当に変更す
ることにより構造物３の振動特性を変化させて制振させ
るようになっている。このように振動系固有の減衰係数
を変更して減衰力を付加させることにより、構造物３の
応答を適度に低減する効果と、長周期化手段７の過大な
変形を抑制する効果とを得て、高い安全性を確保しつつ
適当な制振効果を得ることができる。すなわち第５図に
示すように地盤６か変位を生じても、構造物３には大き
なダンピング効果が働いて地盤６に対する相対変位を小
さくできる制振効果が得られることになる（図中、α〉
β）。換言すれば、第６図に示した伝達率と振動数との
関係を示すグラフにおいて、無制振の振動状態（図中、
Ａ）と異なり、共振振幅を低減した制振効果を得るもの
である（図中、Ｂ）。

ここに制御手段１３において次のような制御関数を設定
する。これは、検出される構造物３の絶対応答速度に基
づいてアクチュエータ９の制振力Ｐを与えるものである
。なお、構造物３の絶対応答速度は地動速度９と構造物
３の地盤６に対する相対速度Ｘとを重ね合せることで与
えられる。

Ｐ＝−ｃ　ａ　（ｘ＋ｙ）　　　　＋・＋　（２）ｃａ
、制御手段１３で与えられる減衰係数そこで上記（２）
式のように表現された振動系の減衰力を変更させるため
のアクチュエータ９の制振力Ｐの項を、上記（１）式に
代入すると、振動方程式は次のように表現され、構造物
３の振動特性が変更された効果が与えられる。

ｍ５ｊ＋ｃＭ＋ｃａ　（Ｍ＋ｙ）＋ｋｘ＝−ｍｐ・・・
（３） この制御式（３）によれば構造物３の応答量の一つ（絶
対応答速度、ｘ＋ｙ）により、構造物３の地盤６に対す
る相対変位及び地震入力を適度に抑制することができる
制振制御が実行されることになる。このような制振制御
方式によれば、構造物３の地盤６に対する相対応答変位
を小さくし、構造物３の損傷を低減することができる。

特に上記（３）式の制御関数によれば、構造物３を含む
振動系の固有振動数近傍で振動の増幅を押えることがで
きるのみならず、その他の振動数に対しても無制振の状
態より伝達率が常に下回って収斂してゆく効果がある。

以上の説明は構造物３の制振に関するものであるが、被
支承床１５の場合には、上記（３）式中の各制御値を次
のようにして取扱えば良い。

ｍ：被支承床１５を含む振動系固有の質ユＣ：被支承床
１５を含む振動系固有の減衰係数に＝被支承床１５を含
む振動系固有の剛性父：被支承床１５の構造床１４に対
する相対加速度 交：被支承床１５の構造床１４に対する相対速度Ｘ：被
支承床１５の構造床１４に対する相対変位Ｘ＋９．被支
承床１５の静止系に対する絶対応答速度 ところで、上記（２）式では、構造物３の静止系に対す
る応答速度交＋９を採用して制御関数を決定したか、地
盤６との相対応答速度交で制御関数を与えるようにして
も良い。これは、検出される構造物３の相対応答速度交
に基づいてアクチュエータ９の制振力Ｐを与えるもので
ある。この場合には、アクチュエータ９の制御式は、次
のように表現される。

Ｐ＝−ｃａ交　　　　　・・・（５） 上記（５）式のように表現された振動系の減衰力を変更
させるためのアクチュエータ９の制振力Ｐの項を、上記
（１）式に代入すると、振動方程式は次のように表現さ
れ、構造物３の振動特性が変更された効果が与えられる
。

ｍ　＊　＋　（ｃ　＋ｃ　ａ　）　ｘ十ｋ　ｘ　＝　−
ｍ　ｙ−（６）このように相対応答速度交で表現された
制御式（６）であっても、上述の絶対応答速度ｘ＋ｙで
表現された制御の場合と同様、構造物３の応答量の一つ
（相対応答速度、交）により、構造物３の地盤６に対す
る相対変位及び地震入力を適度に抑制することができる
制振効果を得ることができる。

以上説明したように、長周期性を有する免振構造物３若
しくは構造物３内の特定の床構造（被支承床１５）をア
クチュエータ９から加えられる制振力Ｐで制振するに際
し、構造物３を含む振動系固有の減衰係数Ｃを変更して
減衰力を付加させる新たに導出された上記（３）、（５
）式を制御関数としてアクチュエータ９の制振力Ｐの制
御を行なうことにより、構造物３の地盤６に対する相対
変位及び地震入力を適度に抑制する制振制御が実行され
て構造物３の応答を適度に低減する効果と、長周期化手
段７の過大な変形を抑制する効果を得て、高い安全性を
確保しつつ適当な制振効果を得ることができる。

（発明の効果） −１６＝ 以上要するに本発明に係る制振方法によれば、地盤上に
長周期化手段を介して免振支持された構造物を、または
構造物の体部分を構成し構造物と共に振動する構造床上
に長周期化手段を介して免振支持された被支承床を、ア
クチュエータが発生する制振力で制振するに際して、新
たに導出された制御関数でアクチュエータの制振力の制
御を行なうことにより、構造物を含む振動系のダンピン
グ効果を高めることができ、このような割振制御方式に
よれば、構造物の地盤に対する相対応答変位を小さくし
、構造物の損傷を低減することができるという優れた割
振効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制振方法の実施に採用される装置の概
略構成図、第２図は構造物を制振する場合の具体的構成
図、第３図は免振構造を構造物内の特定の床構造に適用
して制振する場合の具体的構成図、第４図は本発明の制
振方法に対応させたフィードバック制御方式の回路構成
図、第５図は地震に対する構造物の制振効果を説明する
模式図、第６図は本発明の制振方法を採用した場合のグ
ラフ、第７図は従来の制振機構を示す構成図である。 ３・・・構造物　　　　　　６・・・地　盤７・・・長
周期化手段　　　９・・・アクチュエータ１４・・・構
造床　　　　　１５・・・被支承法特許出願人　　　　
　　株式会社　　大　林　組代　　理　　人　　　　　
　　　　弁理士　　−色　　健　　軸向　　　　　　　
　　　　　弁理士　　松　　本　　雅　　利第３図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤上に長周期化手段を介して免振支持された構
   造物を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに
   際して、地震入力並びに上記アクチュエータからの制振
   力の作用に基づく上記構造物の応答速度を検出し、該応
   答速度により上記アクチュエータの制振力をフィードバ
   ック制御するようにしたことを特徴とする制振方法。
2. （２）構造物の床部分を構成し該構造物と共に振動する
   構造床上に長周期化手段を介して免振支持された被支承
   床を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに際
   して、地震入力並びに上記アクチュエータからの制振力
   の作用に基づく上記被支承床の応答速度を検出し、該応
   答速度により上記アクチュエータの制振力をフィードバ
   ック制御するようにしたことを特徴とする制振方法。