JPH0658012A - 建物の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 従来のハイブリッド方式の制振装置と変わら
ない制振効果を発揮し得ると共に、アクティブ制振手段
からの固体伝播音を微少量に低減することができる建物
の制振装置を提供する。 【構成】 建物の屋上に、コンクリート質量体３０を複
数の積層ゴム４０で支持し且つその積層ゴム間をダンパ
ー４１で連結した構成のパッシブ制振手段を設置し、そ
のコンクリート質量体３０上に、アクティブ制振手段を
構成する被駆動付加質量体５とこの被駆動付加質量体５
を動かす駆動装置とを直接に設置し、この被駆動付加質
量体５を動かす駆動装置の反力点を上記主要付加質量体
の一部にとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建物の制振装置、特に
ハイブリッド方式の制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビル等の建物においては、地震あ
るいは風圧などにより振動が発生した場合の振動を制振
するため、その制振装置が建物の屋上に設けられる。こ
のような建物の屋上で制振するシステムとしては、次に
示すものがある。

【０００３】(1) アクティブ方式 図６（ａ）に示すように、ビル５１の屋上５２に、ビル
５１の質量に応じた所定の重量を有する付加質量体５３
を置き、これを積極的にビル５１の振動状態に応じて変
位させて制振するものであり、制振性能は良いが高価な
システムとなる。

【０００４】(2) パッシブ方式 建物入力に対して積極的な働きかけを行わないものであ
り、図６（ｂ）に示すように、水ダンパー５４等から成
るパッシブ制振手段を設けて、その水ダンパーの水の揺
動等でビル５１の振動を吸収するものであるが、チュー
ニング（微調整）が必要であり１つの振動モードのみが
対象となる。

【０００５】(3) ハイブリッド（混成）方式 パッシブ方式とアクティブ方式を併用したもので、図６
（ｃ）及び図７に示すように、パッシブ型ＴＭＤ（調整
質量ダンパー；Tuned Mass Damper ）の主要付加質量体
５５を、建物５１の一部５１ａを反力としたアクチュエ
ータ５６によりアクティブに駆動する方式である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のハイブ
リッド方式（図６（ｃ））は、建物５２に反力をとるシ
ステムであるため、その反力点からアクチュエータ５６
のモータ、その他から発生する高周波振動が固体伝播音
として伝わり易い。従って、音の面からビルの居住性に
悪い影響を与えるという問題がある。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、従来のハイブリッド方式の制振装置と
変わらない制振効果を発揮し得ると共に、アクティブ制
振手段からの固体伝播音を微少量に低減することができ
る建物の制振装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明による建物の制振装置は、建物の屋上に、主
要付加質量体をアイソレータで支持した構成のパッシブ
制振手段を設置し、その主要付加質量体上に、アクティ
ブ制振手段を構成する被駆動付加質量体とこの被駆動付
加質量体を動かす駆動装置とを設置し、この被駆動付加
質量体を動かす駆動装置の反力点を上記主要付加質量体
にとった構成のものである（請求項１）。この場合、上
記主要付加質量体はコンクリート質量体とし、アイソレ
ータは積層ゴムとすることができる（請求項２）。

【０００９】本発明においては、建物の屋上に、コンク
リート質量体を複数の積層ゴムで支持し且つそのコンク
リート質量体と屋上間をダンパーで連結した構成のパッ
シブ制振手段を設置し、そのコンクリート質量体上に、
アクティブ制振手段を構成する被駆動付加質量体とこの
被駆動付加質量体を動かす駆動装置とを設置し、この被
駆動付加質量体を動かす駆動装置の反力点を上記主要付
加質量体にとった構成とすることが好ましい（請求項
３）。

【００１０】

【作用】請求項１〜３の発明においては、主要付加質量
体を動かすための反力を建物に直接とらず、主要付加質
量体の上に被駆動付加質量体を設置して、主要付加質量
体を動かすための反力は、被駆動付加質量体を動かすこ
とによって発生する被駆動付加質量体の慣性力を用いて
いる。この被駆動付加質量体によって発生する慣性力
は、パッシブ型ＴＭＤとして構成された主要付加質量体
によって増幅され、建物に制振力として伝達される。こ
の制振効果は、従来の図６（ｃ）と同等あるいはそれ以
上となる。また、アクティブ制振手段から発生する高周
波振動は、アイソレータを構成するバネなどの弾性手段
を介して遮断され、建物には固体伝播音が伝わらない。
従って、固体伝播音が微量になり、居住性が良くなる。

【００１１】請求項３の発明においては、コンクリート
質量体，多段積層ゴム，ダンパーからパッシブ型ＴＭＤ
が構成される。パッシブ制振手段にダンパーを設けた場
合、高周波成分に対応する駆動装置の挙動はダンパーに
よってカットできると共に、駆動装置の作動遅れに対し
ても、その悪影響を除去することができる。また、この
ダンパーにより制御系の発振を抑制し、安定化が図られ
る。

【００１２】更に、請求項１〜３の発明のパッシブ制振
手段は、主要付加質量体とアイソレータにより、又は、
コンクリート質量体と積層ゴム、更にダンパーを組合わ
せてパッシブ型ＴＭＤとして構成したものであるので、
１次モードを効率的に制御できると共に、高次モードも
制御することが可能である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の建物の制振装置を、図示の実
施例に基づいて説明する。図１において、１はビル２の
屋上２ａに設置された制振装置であり、パッシブ制振手
段Ｐとその上に装置されたアクティブ制振手段Ａとから
成り、ハイブリッド型となっている。前者のパッシブ制
振手段Ｐは、図２に示すように、主要付加質量体３をア
イソレータ４で支持した構成であり、また後者のアクテ
ィブ制振手段Ａは、主要付加質量体３の上に被駆動付加
質量体５を直接に設置し、この被駆動付加質量体５を動
かす駆動装置６の反力点を上記主要付加質量体３の一部
３ａにとった構成となっている。従って、パッシブ制振
手段Ｐから見た場合、従来と異なり、主要付加質量体３
を動かすための反力点は建物にとられてはおらず、主要
付加質量体３を動かすための反力は、被駆動付加質量体
５を動かすことによって発生する被駆動付加質量体５の
慣性力による構成となっている。

【００１４】上記アクティブ制振手段Ａの数は、制振す
べき振動方向が１方向のときは１台，これと直交する方
向をも考慮した２方向のときはそれぞれの方向について
各１台（計２台）が用いられ、１方向あるいは２方向の
建物応答が公知のハイブリッド方式で制御される。本実
施例の場合、アクティブ制振手段Ａの数は１台であり、
ビル２の短辺（矢印Ｘ）方向についての振動を制振する
ように設置されている。従って、この矢印Ｘ方向につい
ての１方向ハイブリッドとなっていると共に、主要付加
質量体３の慣性方向についての１方向パッシブとなって
いる。

【００１５】図３，図４に制振装置１の具体的構成を示
す。図示するように、パッシブ制振手段Ｐは、主要付加
質量体３としてのコンクリート質量体３０と、このコン
クリート質量体３０を複数箇所で支えるアイソレータ４
としての多段積層ゴム４０と、主要付加質量体３と建物
の屋上間を連結するダンパー４１とからなり、全体はパ
ッシブ型ＴＭＤとして構成される。多段積層ゴム４０の
バネ剛性は、主要付加質量体３および被駆動付加質量体
５等の重量を勘案し、パッシブ制振系の固有振動数が建
物の主要モード固有振動数にほぼ一致することを前提と
して決定される。一方、ダンパー４１は減衰力可変型の
ダンパーとする。すなわち、通常はパッシブ制振系にお
いて最適減衰力が得られるように設定するが、多段積層
ゴム４０の変形が過大になった場合は自動的に減衰力が
切り替わり、前記最適減衰力に比べ１桁程度大きな減衰
力が得られるシステムとし、これをブレーキ用として用
いるようにしている。

【００１６】コンクリート質量体３０の上面には長方形
の凹所３１が形成されており、ここにアクティブ制振手
段Ａの下部が収められている。一方、アクティブ制振手
段Ａは、ボルト１２によりコンクリート質量体３０の上
面の凹所３１内に固定された本体１１を有する。１１ａ
は本体の上面を、１１ｂは固定部を示す。アクティブ制
振手段Ａの被駆動付加質量体５はＴ字状の断面形状とさ
れており、その下部が本体１１に設けた溝状凹部１３内
に挿入され、また、両側の腕部は溝状凹部１３の周縁の
上面に対向するように張り出し、リニアベアリング１４
を介して支承され、溝状凹部１３に沿って移動可能とな
っている。

【００１７】図５に示すように、被駆動付加質量体５を
動かすため、被駆動付加質量体５にはボールネジ機構１
５が設けてあり、これに螺入する雄ネジ１６の両端は本
体上面１１ａ上に設けた第１の軸受部１８と第２の軸受
部１９により支承されている。また本体上面１１ａ上に
は駆動装置６としてのＡＣサーボモータ２０が設けてあ
り、その出力軸２１はカップリング１７を介して雄ネジ
１６に結合され、その回転駆動力がボールネジ機構１５
に伝達されて、被駆動付加質量体５を図５の矢印Ｘ方向
に摺動させ得るる構成となっている。尚、上記軸受部１
８，１９は、図示してないがアンギュラコンタクト玉軸
受とこれを保持するストッパから成り、ラジアル方向だ
けでなくスラスト方向（矢印Ｘ方向）の加重にも耐えら
れる構造となっている。これは被駆動付加質量体５を移
動させる際の反作用を考慮したものである。また、上記
ＡＣサーボモータ２０の出力軸２１の他端は、上面１１
ａに固定された電磁ブレーキ機構２２に連結され、停電
時等に電源供給が無くなったとき、自動的に出力軸２１
を制動する構成になっている。

【００１８】上記のように構成された制振装置１は、図
１の如く、ビル２の所要階の床面，柱等に設けた振動状
態検知センサ７，ビル２の地下に設けた地震センサ８，
ビル２の屋上に設けた風速風向計９及びアクティブ制振
手段Ａの制御系１０と共に、全体として制振システムを
構成している。

【００１９】さて、地震発生又は風圧の作用によりビル
２が矢印Ｘ方向に振動した場合、そのビル各階で異なる
振動が各振動状態検知センサ７により検出され、地震セ
ンサ８からの検出信号と共に制御系１０に入力される。
制御系１０ではこれをＡ／Ｄ変換器２７でディジタル化
した後、演算装置２８に入力し、風速風圧計９からの信
号とに基づいて、所定のプログラムに従って、被駆動付
加質量体５の変位方向、変位量、速度、加速度等を算出
する。そしてこの演算装置２８に接続されているサーボ
コントローラ２９は、演算装置２８からの命令によりＡ
Ｃサーボモータ２０に駆動電流を供給する。常時微弱電
流が通電されてスタンバイ状態にあるＡＣサーボモータ
２０は、上記駆動電流の供給と同時に雄ネジ１６を回転
駆動する。この回転力はボールネジ機構１５に伝達され
て被駆動付加質量体５の変位に変換され、被駆動付加質
量体５はコンクリート質量体３０上を、応答性良く、例
えば図３の矢印Ｘ１方向に摺動する。

【００２０】ここで、被駆動付加質量体５は主要付加質
量体３の上に直接設置され、その反力点を主要付加質量
体３の一部にとってあるため、被駆動付加質量体５が主
要付加質量体３たるコンクリート質量体３０上を矢印Ｘ
１方向に動くと、この被駆動付加質量体５の慣性力とし
て、図３に示すように、主要付加質量体３を動かすため
の反力が矢印Ｘ２方向に発生する。この被駆動付加質量
体５によって発生する慣性力は、パッシブ型ＴＭＤを構
成する主要付加質量体３によって増幅されて、ビル２に
制振力として伝達され、これによりビル２で発生した振
動が制振される。

【００２１】この制振効果は、従来技術で述べた図６
（ｃ）タイプと同等あるいはそれ以上となると共に、ア
クティブ制振手段Ａから発生する固体伝播音を微量にす
る働きとして現れる。何故なら、アクティブ制振手段Ａ
のモータ等から発生する高周波振動は、パッシブ型ＴＭ
Ｄを構成する主要付加質量体３たるコンクリート質量体
３０，アイソレータ４たる多段積層ゴム４０を通しての
み、建物に伝わることが可能であり、従来のように直接
にビル２に伝わることは無いからである。

【００２２】また、駆動装置８たるＡＣサーボモータ２
０は、演算装置２８からの命令によりサーボコントロー
ラ２９を介して応答する場合、その入力制御信号中の高
周波成分に対しては極端な作動遅れを生じ、建物の揺れ
を増幅する方向に挙動してしまうことがある。しかし、
パッシブ制振手段Ｐに上記ダンパー４１を設けた場合、
高周波成分に対応する駆動装置８の挙動はダンパー４１
によってカットできると共に、駆動装置８の作動遅れに
対しても、その悪影響を除去することができる。また、
このダンパー４１は制御系の発振を抑制し、安定化を図
る働きもする。

【００２３】更に上記実施例のパッシブ制振手段Ｐは、
コンクリート質量体３０を複数の多段積層ゴム４０で支
え、さらにダンパー４１を連結してパッシブ型ＴＭＤを
構成したものであり、これとアクティブ制振とにより、
１次モードを効率的に制御すると共に、高次モードも制
御することが可能であって、従来の水ダンパーなどのよ
うに１次モードの制御のみに限定されることはない。

【００２４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、下記のよ
うな優れた効果が得られる。 １）請求項１〜３によれば、アクティブ制振手段から発
生する高周波振動は、アイソレータにより又は積層ゴム
或いは積層ゴムとダンパーとの組合わせから成るパッシ
ブ型ＴＭＤを介して遮断され、建物には固体伝播音が伝
わらない。従って、建物の居住性が良くなる。 ２）また、請求項１〜３の発明によれば、被駆動付加質
量体によって発生する慣性力が、パッシブ型ＴＭＤとし
て構成された主要付加質量体によって増幅されて、建物
に制振力として伝達されるため、従来のハイブリッド方
式の制振装置と同等あるいはそれ以上の制振効果が得ら
れる。 ３）更に、請求項１〜３の発明のパッシブ制振手段Ｐ
は、主要付加質量体とアイソレータにより、又は、コン
クリート質量体と積層ゴム、更にダンパーとの組合わせ
たパッシブ型ＴＭＤにより構成したものであるので、１
次モードを効率的に制御できると共に、高次モードも制
御することが可能である。 ４）特に請求項３の構成によれば、高周波成分に対応す
る駆動装置の挙動はダンパーによってカットされ、駆動
装置の作動遅れに対しても、その悪影響を除去できると
共に、制御系の発振を抑制し安定化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の建物の制振装置をビルに適用した一実
施例を示す概略図である。

【図２】本発明の建物の制振装置を示す概念図である。

【図３】本発明の建物の制振装置の一実施例を示す一部
断面正面図である。

【図４】本発明の建物の制振装置の一実施例を示す上面
図である。

【図５】図４の制振装置におけるアクティブ制振手段の
側面図である。

【図６】従来の制振装置の構成例を示す概念図である。

【図７】従来の図６（ｃ）に示したハイブリッド方式の
制振装置の拡大説明図である。

【符号の説明】

１ 制振装置 ２ ビル ２ａ 屋上 ３ 主要付加質量体 ４ アイソレータ ５ 被駆動付加質量体 ６ 駆動装置 ７ 振動状態検知センサ ８ 地震センサ ９ 風速風向計 １０ 制御系 １１ 本体 １５ ボールネジ機構 ２０ ＡＣサーボモータ（駆動装置） ２１ 出力軸 ２２ 電磁ブレーキ機構 ２７ Ａ／Ｄ変換器 ２８ 演算装置 ２９ サーボコントローラ ３０ コンクリート質量体 ４０ 多段積層ゴム ４１ ダンパー Ｐ パッシブ制振手段 Ａ アクティブ制振手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物の屋上に、主要付加質量体をアイソ
   レータで支持した構成のパッシブ制振手段を設置し、そ
   の主要付加質量体上に、アクティブ制振手段を構成する
   被駆動付加質量体とこの被駆動付加質量体を動かす駆動
   装置とを設置し、この被駆動付加質量体を動かす駆動装
   置の反力点を上記主要付加質量体にとったことを特徴と
   する建物の制振装置。
2. 【請求項２】 上記主要付加質量体がコンクリート質量
   体であり、アイソレータが積層ゴムであることを特徴と
   する請求項１記載の建物の制振装置。
3. 【請求項３】 建物の屋上に、コンクリート質量体を複
   数の積層ゴムで支持し且つそのコンクリート質量体と屋
   上間をダンパーで連結した構成のパッシブ制振手段を設
   置し、そのコンクリート質量体上に、アクティブ制振手
   段を構成する被駆動付加質量体とこの被駆動付加質量体
   を動かす駆動装置とを設置し、この被駆動付加質量体を
   動かす駆動装置の反力点を上記主要付加質量体にとった
   ことを特徴とする建物の制振装置。