JPH07310455A - 制振構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来に増して高い制振効果を有する制振構造
物を提供する。 【構成】 上下方向に複数の層１Ａ、１Ｂ、１Ｃを形成
するメガストラクチャー１の各層１Ａ、１Ｂ、１Ｃのス
ラブ１ａ、１ｂ、１ｃ上に、それぞれ第一サブストラク
チャー２を、積層ゴム３を介して設置し、各第一サブス
トラクチャー２上にそれぞれ第二サブストラクチャー４
を、積層ゴム３を介して設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地震、風等による振動
に対して高い制振効果を有する制振構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】制振構造物は、地震や風等により生じる
構造物の振動を減衰する手段を備える構造物であり、近
年、様々の提案が行なわれている。その提案の内の一つ
に、高層構造物のサブストラクチャーに免震構造物を適
用する制振構造物がある。高層構造物は、特に超々高層
の場合に、通常用いられる骨組に比してスパン、階高、
断面寸法が際立って大きいメガストラクチャーを用いた
形式を取ることが多い。しかも、風荷重が支配的となる
場合が多いため、メガストラクチャーの弾性範囲内に納
める設計となる。そうした設計では建物の内部減衰は非
常に小さいものしか期待出来ないので、地震および風に
対しては過大な応答を示してしまう。そこで、弾性減衰
手段を構造物に付加した高層構造物用の制振構造物が多
数提案されている。

【０００３】その一つとして、図４に示すように、複数
層に仕切られたメガストラクチャー１の各層の内部に、
それぞれ、サブストラクチャー２Ａを、積層ゴム３を介
して設置するものがある。この制振構造物によれば、メ
ガストラクチャー１が風等により振動すると、サブスト
ラクチャー２Ａが、積層ゴム３を介してメガストラクチ
ャー１により励振される。すると、メガストラクチャー
１には、サブストラクチャー２Ａを励振する力の反作用
として、その振動を減衰するような力が作用し、メガス
トラクチャー１の振動は急速に減衰される。また、積層
ゴム３により、その振動エネルギーは吸収されるので、
メガストラクチャー１により励振されたサブストラクチ
ャー２Ａの振動も減衰させることが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、サブストラク
チャーがメガストラクチャーにより最初に励振力を与え
られた後は、サブストラクチャーの振動の周期は、その
固有振動数に依存するため、その固有振動数によって
は、サブストラクチャーがメガストラクチャーを逆に励
振することにもなりかねない。そこで、サブストラクチ
ャーの固有振動数は、サブストラクチャーがメガストラ
クチャーの振動を減衰させる振動をするように設定しな
ければならない。即ち、サブストラクチャーの固有振動
数は、振動を効果的に減衰させるにあたって大変重要な
ファクターであるといえる。そして、最近では、上述し
たような高層の制振構造物におけるサブストラクチャー
の固有振動数は、従来より小さく設定した方が効果的な
減衰を行なうことが出来ることが分っている。しかし、
従来の免震構造物では、その固有振動数を更に小さく設
定することは難しい。従って、サブストラクチャーに従
来の免震構造物を用いた場合は、より高い制振効果を発
揮することが出来ないという問題がある。本発明は、上
記事情に鑑み、従来に増して高い制振効果を有する制振
構造物を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の制振構造
物は、主架構の内部に、副架構が弾性減衰手段を介して
水平方向に相対振動自在に設けられる制振構造物であっ
て、前記副架構は、複数の単位架構が、それぞれ弾性減
衰手段を介して上下に連続するように且つ水平方向に相
対振動自在に設けられてなることを特徴とする。請求項
２記載の制振構造物は、上下方向に複数の層を形成する
主架構の少なくとも二つの層の内部に、それぞれ副架構
が弾性減衰手段を介して水平方向に相対振動自在に設け
られる制振構造物であって、前記各副架構は、複数の単
位架構が、それぞれ弾性減衰手段を介して上下に連続す
るように且つ水平方向に相対振動自在に設けられてなる
ことを特徴とする。請求項３記載の制振構造物は、請求
項１又は２記載の制振構造物であって、前記弾性減衰手
段が積層ゴムであり、前記副架構の最下端の単位架構
は、前記主架構の内部のスラブに、前記積層ゴムを介し
て設置され、前記主架構の内部の底部に設置された前記
単位架構の上方の単位架構は、単位架構上に、前記積層
ゴムを介して設置されることを特徴とする。

【０００６】

【作用】請求項１記載の制振構造物は、副架構を、複数
の単位架構が、それぞれ弾性減衰手段を介して上下に連
続するように且つ水平方向に相対振動自在に設けられて
なるようにしたので、副架構の固有振動数を従来に比し
て小さくし得るように作用する。請求項２記載の制振構
造物は、上下方向に複数の層を形成する主架構の少なく
とも二つの層の内部に、それぞれ、弾性減衰手段を介し
て上下に連続し且つ水平方向に相対振動自在な複数の単
位架構よりなる副架構を設けたので、主架構の振動を各
層ごとに減衰し得るように作用する。請求項３記載の制
振構造物は、請求項１又は２記載の制振構造物同様に作
用する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。地盤５上には、図１に示すように、制振構造物１
００が設けられており、制振構造物１００は、地盤５上
に設けられたメガストラクチャー１と、メガストラクチ
ャー１内部に積層ゴム３を介して設けられたサブストラ
クチャー８とを備えている。サブストラクチャー８は、
それぞれ積層ゴム３を介して上下に連続するように且つ
水平方向に相対振動自在に設けられた第一、第二サブス
トラクチャー２、４により構成されている。

【０００８】メガストラクチャー１は、その下部から上
方に向けて第一層１Ａ、第二層１Ｂ、第三層１Ｃを形成
するように設けられている。尚、本実施例では、説明の
簡素化のためにメガストラクチャー１を三層構造とした
が、必ずしも三層である必要はなく、一層、二層、又
は、四層以上であってもよいことは勿論である。第一、
第二、第三層１Ａ、１Ｂ、１Ｃ内部には、それぞれ、第
一、第二、第三サブストラクチャー設置空間Ｓ１、Ｓ
２、Ｓ３が形成されている。第一、第二、第三サブスト
ラクチャー設置空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３には、それぞれ、
そのスラブ１ａ、１ｂ、１ｃ上に複数個の積層ゴム３を
介して第一サブストラクチャー２が設置されており、こ
の積層ゴム３は、上下方向に積層されたゴム板を有する
弾性減衰手段であり、積層ゴム３は、第一サブストラク
チャー２をスラブ１ａ、１ｂ、１ｃに対して水平方向に
相対振動自在に支持している。

【０００９】各々の第一サブストラクチャー２上には、
第一サブストラクチャー２同様の第二サブストラクチャ
ー４が、複数個の積層ゴム３を介して設置されており、
積層ゴム３は、第二サブストラクチャー４を第一サブス
トラクチャー２に対して水平方向に相対振動自在に支持
している。

【００１０】制振構造物１００等は、以上のような構成
を有するので、風や地震等によりメガストラクチャー１
が水平方向に振動すると、メガストラクチャー１の各層
１Ａ、１Ｂ、１Ｃのスラブ１ａ、１ｂ、１ｃから、積層
ゴム３を介して、第一サブストラクチャー２にその振動
が伝わり、第一サブストラクチャー２が水平方向に振動
する。また、その振動は、第一サブストラクチャー２か
ら積層ゴム３を介して第二サブストラクチャー４に伝わ
り、第二サブストラクチャー４が第一サブストラクチャ
ー２に対して水平方向に振動する。すると、この第一サ
ブストラクチャー２と第二サブストラクチャー４の振動
により、メガストラクチャー１の振動は、吸収されるの
で、そのメガストラクチャー１の振動を減衰させること
が出来る。

【００１１】また、第一、第二サブストラクチャー２、
４の振動は、第一サブストラクチャー２とメガストラク
チャー１のスラブ１ａ又は１ｂ又は１ｃとの間に設けら
れた積層ゴム３と、第一サブストラクチャー２と第二サ
ブストラクチャー４との間に設けられた積層ゴム３とに
より、その振動エネルギーを吸収することが出来るの
で、それぞれ減衰することが出来る。従って、風、地震
等により制振構造物１００に生じた振動を迅速に減衰す
ることが出来る。

【００１２】また、第一サブストラクチャー２に、第二
サブストラクチャー４を、積層ゴム３を介して上下に連
続するように且つ水平方向に相対振動自在に設けたの
で、第一、第二サブストラクチャー２、４よりなるサブ
ストラクチャー８の固有振動数を、図４に示す従来のよ
うにサブストラクチャー２Ａをメガストラクチャー１に
設けた一層式構造の場合に比して小さく設定することが
出来る。

【００１３】これは、以下のように振動方程式を解くこ
とにより簡単に示すことが出来る。まず、従来の一層式
構造の場合には、メガストラクチャー１に対するサブス
トラクチャー２Ａは、図５に示すように一質点系でモデ
ル化出来る。よって、その固有振動数ωｏは、サブスト
ラクチャー２Ａの質量をｍｏとし、積層ゴム３のばね定
数をｋｏとすると、数１のように示すことが出来る。

【数１】 次に、図１に示す上記実施例中の制振構造物１００の場
合、即ち、第一、第二サブストラクチャー２、４を有す
る二層式構造の場合には、図２に示すように、二質点系
でモデル化出来る。よって、その固有振動数をω、第一
サブストラクチャー２の質量をｍ１、第二サブストラク
チャー４の質量をｍ２、第一サブストラクチャー２とメ
ガストラクチャー１間の積層ゴム３のばね定数をｋ１、
第一サブストラクチャー２と第二サブストラクチャー４
間の積層ゴム３のばね定数をｋ２とすると、その振動方
程式は、数２のように示すことが出来る。

【数２】 ここで、ｋ１＝α・Ｋ２、ｍ１＝β・ｍ２（但し、α、
βは定数）とおくと、数２を数３のように変形すること
が出来る。

【数３】 よって、固有振動数ω（＝ω１、ω２）は、数３を解く
ことにより、数４のように示すことが出来る。

【数４】

【００１４】従って、数１により従来の一層式構造の固
有振動数ωｏを表すことが出来、数４により本実施例の
二層式構造の固有振動数ω（＝ω１、ω２）を表すこと
が出来る。そこで、以下の条件の基に従来の一層式構造
の固有振動数ωｏと本実施例の二層式構造の固有振動数
ω（＝ω１、ω２）とを比較する。条件（１）は、二層
式構造での第一、第二サブストラクチャー２、４の質量
の合計と一層式構造でのサブストラクチャー２Ａの質量
とが等しい、即ち、ｍ１＋ｍ２＝ｍｏであり、条件
（２）は、一層式構造と二層式構造の積層ゴム３の剛性
が同一、即ち、ｋ１＝ｋ２、且つα＝１であり、条件
（３）は、二層式構造の積層ゴム３のばね定数を一層式
構造の積層ゴム３のばね定数のγ倍、即ちｋ１＝ｋ２＝
γ・ｋｏである。この条件により、一層式構造の固有振
動数ωｏと二層式構造の固有振動数ω（＝ω１、ω２）
とを現実に即した状態で比較することが出来る。

【００１５】条件（１）、（２）、（３）を数４に代入
し従来の一層式構造と本実施例の二層式構造の固有振動
数比を計算した表を図３に示す。図３から以下のことが
指摘出来る。一つには、二層式構造の第一、第二サブス
トラクチャー２、４の質量比γを調整することにより、
従来の一層式構造に比して固有振動数ωを小さくするこ
とが出来ることである。また一つには、二層式構造の剛
性を従来の一層式構造の剛性に比して小さくすることに
より、固有振動数ωを更に小さくすることが出来ること
である。従って、第一、第二サブストラクチャー２、４
によりなるサブストラクチャー８の固有振動数ωを従来
に比して小さく設定することが出来るので、従来の制振
構造物よりメガストラクチャー１の振動、従って、制振
構造物１００の振動をより効果的に減衰する固有振動数
にすることが出来る。よって、従来に増して高い制振効
果を発揮することが出来る。

【００１６】また、本実施例の制振構造物１００は、上
下方向に複数の層１Ａ、１Ｂ、１Ｃを形成するメガスト
ラクチャー１を有し、その各層１Ａ、１Ｂ、１Ｃに第
一、第二サブストラクチャー２、４よりなるサブストラ
クチャー８を設置したので、メガストラクチャー１の振
動を各層１Ａ、１Ｂ、１Ｃごとに減衰することが出来
る。よって、メガストラクチャー１の振動が各層１Ａ、
１Ｂ、１Ｃ毎に異なる位相を有していても、その振動を
迅速に減衰することが出来る。よって、制振構造物１０
０の振動を迅速に減衰することが出来る。

【００１７】尚、上記実施例においては、第一サブスト
ラクチャー２上に第二サブストラクチャー４を設けて二
層構造としたが、第二サブストラクチャー４の上に更
に、第三のサブストラクチャーを積層ゴム３等の弾性減
衰手段を介して設けて三層構造としても、また、更に四
層以上の構造としてもよいことは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】請求項１記載の制振構造物によれば、弾
性減衰手段を介して上下に連続し且つ水平方向に相対振
動自在に設けられた複数の単位架構により構成したの
で、副架構の固有振動数を従来に比して小さくすること
が出来る。よって、従来の制振構造物より主架構の振動
をより効果的に減衰する固有振動数にすることが出来
る。よって、従来に増して高い制振効果を発揮すること
が出来る。請求項２記載の制振構造物は、主架構の振動
を各層ごとに減衰することが出来るので、主架構の振動
が各層毎に異なる位相を有していても、その振動を迅速
に減衰することが出来る。請求項３記載の制振構造物
は、請求項１又は２記載の制振構造物同様の効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の制振構造物の一実施例を示
す図である。

【図２】 図２は、図１の制振構造物の第一、第二サブ
ストラクチャーの概念モデルを示す図である。

【図３】 図３は、従来の一層式構造の制振構造物と本
実施例の二層式構造の制振構造物のサブストラクチャー
の固有振動数比を計算した結果を示す表である。

【図４】 図４は、従来の制振構造物を示す図である。

【図５】 図５は、図４の制振構造物のサブストラクチ
ャーの概念モデルを示す図である。

【符号の説明】

１…メガストラクチャー（主架構） １Ａ…第一層（層） １Ｂ…第二層（層） １Ｃ…第三層（層） ２…第一サブストラクチャー（単位架構） ３…積層ゴム（弾性減衰手段） ４…第二サブストラクチャー（単位架構） ８…サブストラクチャー（副架構） １００…制振構造物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主架構の内部に、副架構が弾性減衰手段
   を介して水平方向に相対振動自在に設けられる制振構造
   物であって、 前記副架構は、複数の単位架構が、それぞれ弾性減衰手
   段を介して上下に連続するように且つ水平方向に相対振
   動自在に設けられてなることを特徴とする制振構造物。
2. 【請求項２】 上下方向に複数の層を形成する主架構の
   少なくとも二つの層の内部に、それぞれ副架構が弾性減
   衰手段を介して水平方向に相対振動自在に設けられる制
   振構造物であって、 前記各副架構は、複数の単位架構が、それぞれ弾性減衰
   手段を介して上下に連続するように且つ水平方向に相対
   振動自在に設けられてなることを特徴とする制振構造
   物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の制振構造物であっ
   て、 前記弾性減衰手段が積層ゴムであり、 前記副架構の最下端の単位架構は、前記主架構の内部の
   スラブに、前記積層ゴムを介して設置され、 前記主架構の内部の底部に設置された前記単位架構の上
   方の単位架構は、単位架構上に、前記積層ゴムを介して
   設置されることを特徴とする制振構造物。