JPH073127B2 - 建物の制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、例えば超高層又は超々高層ビル、あるいは
軒高さほど高くないけれども敷地の制限で細長い形状と
された建物は展望塔とか空港管制塔のような塔状構造
物、さらには免震装置を導入した建物など長い周期の揺
れ易い建物の内部に設置され、同建物の揺れに共振する
別異の振動系を構成して建物の振動エネルギを吸収する
制振装置に係り、さらにいえば所望重量の質量ブロック
とこれを水平振動が自在に支える積層ゴム脚及び減衰装
置とより成り、かつ重層構造とすることが容易に可能で
建物の複数の固有周期に対し多自由度系で制振効果を発
揮する、建物の制振装置に関する。

従来の技術 第５図に示した制振装置は、千葉ポートタワーに実施
されたもので、基礎フレーム31上にＹ方向レール32、32
を設けてその上にＹ方向の質量ブロック33を往復移動自
在に設置し、その一側縁部に形成したＹ方向ラック35に
基礎フレーム31上の回転式減衰装置34（粘性ダンパー）
のピニオン34′が噛み合わされている。また、前記Ｙ方
向の質量ブロック33上に設けたＸ方向レール36、36にＸ
方向の質量ブロック37を往復移動自在に設置し、その一
側縁部に形成したＸ方向ラック38には前記Ｙ方向質量ブ
ロック33上に設けた回転式減衰装置39のピニオン39′が
噛み合わされている。

第６図に示した制振装置は、120mの鉄塔支持型煙突に
実施されたものとして日本建築学会で昭和60年11月に発
表されたもので、下端を自在継手40により構造物の床に
支持されたロッド41の上端に質量ブロック42を取付けて
いる。そして、ロッド41の中間部には水平の直角２方向
（Ｘ、Ｙ方向）にオイルダンパー43とばね44を取付け、
各々の他端は構造物の床上に固定した反力ポスト45に取
付けられている。

本発明が解決しようとする問題点 （Ｉ）制振装置は建物の揺れに共振する別の振動系であ
り、制振装置が激しく揺れるほど建物の振動エネルギを
多く吸収して制振効果を奏する。しかし、従来の上記
の制振装置は、大掛りなメカニカル機構であるためか、
構造物が風又は地震等によりかなり大きく揺れても反応
が鈍く、スムーズに振動せず、制振効果がはかばかしく
ない。その割にコスト的には高価な装置となっている。

また、水平のＸ、Ｙ各方向に１自由度の合計２自由度系
の構成であるため、各方向に１種類の周期特性しか設定
できない。ところが、一般に建物の振動勢力として大き
い１次、２次の振動エネルギを吸収すると制振効果が大
きいのであり、前記の如くＸ、Ｙに各１自由度系の構成
では、１次周期はともかくとして、２次周期の振動エネ
ルギーを吸収する構成とはとうていなし得ず、制振効果
が低いという問題点がある。

その上、バネによる周期の微調整も現場では至難の構成
である。しかるに、建物などの固有振動周期は、設計段
階においてある程度高い精度の試算はできるものの、実
際値は建物が出来上ってみないとわからないという不明
瞭さがつきまとい、現場合せの重要性が大きいのに、従
来これに対応できないという問題点があった。

（II）次に、上記に述べた制振装置は、構造が比較的
簡単で安価ではあるけれども、やはり水平のＸ、Ｙ各方
向に１自由度の合計２自由度の構成であり、上記の制
振装置と同様な問題点がある。

その上、この制振装置の場合は、質量ブロック42の振動
振幅（変位量）をさほど大きくはとれない構成なので、
吸収可能な振動エネルギ量が小さく、大形構造物には適
用しがたいという問題点もある。

問題点を解決するための手段 （第１の発明） 上記従来技術の問題点を解決するための手段として、こ
の発明に係る建物の制振装置は、図面の第１図〜第４図
に好適な実施例を示したとおり、建物内に設置し建物の
揺れに共振する別の振動系を構成し建物の振動エネルギ
を吸収する制振装置において、建物の床１上に所望重量
の質量ブロック１を積層ゴム脚２…により水平振動が自
在に設置し、該質量ブロック１と建物の床10との間に減
衰装置３を設置した。そして、質量ブロック１の外方位
置であって建物の床10に反力ポスト８を取付け、該反力
ポスト８と質量ブロック１との間に周期微調整用のばね
７を設置して構成した。

作用 所定の剛性と線型的でしなやかな変形性能を発揮する構
成の積層ゴム脚２…で支持された質量ブロック１は、建
物の軽度の揺れに対しても速やかに反応して激しく振動
する。したがって、建物の揺れに対する感度が良く、し
かも振動エネルギ吸収の効果、即ち制振効果に優れる。

また、基本的な共振周期特性は積層ゴム脚２の特性（剛
性、変形性能）で設定でき、さらに現場では微調整ばね
７の強さの設定により周期特性の調節をかなり広範囲に
行なえる。即ち、完全に露出している微調整用ばね７の
交換は至極簡単に行なえて施工性が良く、制振効果を十
分に高められる。

質量ブロック１の振動による水平運動エネルギは、水平
運動によって生ずる相対変位を利用した粘性流体利用の
減衰装置３で消費させ低減させるのである。

（第２の発明） 同上の問題点を解決するための手段として、この発明に
係る建物の制振装置は、やはり図面の第１図〜第４図に
好適な実施例を示したとおり、上記第１の発明の構成の
全部を主要部とした上で、多層構造に構成した。即ち、 建物内に設置し建物の揺れに共振する別の振動系を構成
し建物の振動エネルギを吸収する制振装置において、 建物の床１上に所望重量の質量ブロック１を積層ゴム脚
２…により水平振動が自在に設置し、さらに該質量ブロ
ック１の上にもさらに質量ブロック１を積層ゴム脚２…
により水平振動が自在に設置し、以下同様にして所要数
の質量ブロック１を積み重ねて重層構造とした。

そして、最下位の質量ブロック１と建物の床10との間、
及び各層の質量ブロック１、１の間に減衰装置３を設置
した。また、各質量ブロック１の外方であって建物の床
10上に反力ポスト８を取付け、該反力ポスト８と各質量
ブロック１との間に周期微調整用のばね７を設置して構
成した。

なお、上記積層ゴム脚２としては、ゴムシートと鉄板を
互い違いに配置して貼り合せた互層構造のものが実施さ
れる。

また、上記減衰装置３としては、一定の平行隙間をあけ
て対峙せしめた水平運動板の一方を建物の床10に、他方
は質量ブロック１に取付け、この水平運動板3b、５の隙
間に粘性流体６を満たした構成のものがに実施される。

さらに、最上位の質量ブロック１′は、建物の天井梁11
との間に減衰装置３を有する構成でも実施される。

作用 この第２の発明も、上述した第１の発明と同一の作用を
奏するほか、特に多層構造としたので、積層ゴム脚２…
の構造上周期の長いものを作りにくい欠点が、層数を増
やすことによって改善され周期の制約が解かれて長い周
期の建物にも適用可能である。

また、質量ブロック１が２層であると、水平のＸ、Ｙ各
方向に２自由度で全体では４自由度（層数次第では多自
由度）の振動系を構成したことになる、よって、この４
自由度の振動周期特性を建物のＸ、Ｙ各方向の１次周
期、２次周期に合致させることにより、一般に建物の振
動勢力として大きい１次、２次の振動振幅をかなり低減
でき、制振効果が大きいのである。

実施例 次に、図面に示した実施例を説明する。

第１図と第２図に示した制振装置は、いわゆるパツシブ
ダンパー型のもので、原理的に激しく揺れるほど建物の
振動エネルギを多く吸収し制振効果があるので、通常は
第３図のように建物Ａにおいて最も揺れ幅が大きい最上
階に設置し同建物Ａの揺れに共振する別の振動系を構成
するものとして使用される。

即ち、建物の床10上の４箇所に円柱形状の積層ゴム脚２
…を固定して立て、これらにより所望重量の質量ブロッ
ク１が水平振動が自在に水平に支持されている。

質量ブロック１は、建物Ａの卓越する振動周期に関する
有効質量の数％以下の質量を有するものとし、その材質
は例えばコンクリート製あるいは鋼製容器の中に重量物
を詰めた構成とされている。図示例の質量ブロック１は
平面が正方形状のものとし、その四隅位置が各１本ずつ
の積層ゴム脚２…で支持されている（第２図）。

積層ゴム脚２は、上部支持板2a及び下部支持板2bと、そ
の間に複数のゴム弾性板及び金属板を交互に鉛直方向に
積層して貼り合せ（通常は加硫接着）一体化した部分と
で構成されている。上部支持板2aを質量ブロック１の下
面にボルトその他の手段で固着し、下部支持板2bは建物
Ａの床10にやはりボルトその他の手段で固着した構成と
されている。ゴム弾性板と金属板を交互に積層した構成
なので、質量ブロック１を安全に支持し、かつ水平方向
に所定の剛性と変形性能を発揮するものとなっている。
よって、その設計如何により、建物の基本的な振動周期
特性に合致する特性が容易に得られる。

なお、図示例の積層ゴム脚２の水平断面は円形である
が、この限りではなく、四角形あるいは多角形等とする
ことが可能である。

図中３は上記質量ブロック１と建物の床Ａとの間に設置
された粘性流体利用の減衰装置である。質量ブロック１
の下面に支持棒3aを垂直下向きに固定し、その下端に水
平運動板の一つである円板形状の可動抵抗板５が水平に
取付けられている。他方、建物Ａの床10上には前記可動
抵抗板５と同心円状配置で浅型の容器3bを固定し、該容
器3b内に例えばシリコン油、あるいはポリイソブチレ
ン、ポリプロピレン、ポリブテンなどの高分子粘性体、
又はアスファルトの如き粘性流体６が収容されている。
前記可動抵抗板５と、これに対峙する容器3bの底との間
に数mm程度の水平方向に平行な隙間を確保し、同隙間を
前記粘性流体６で充満せしめている。つまり、容器3bの
底がもう一つの水平運動板とされているのである。質量
ブロック１が水平振動すると、これに伴って可動抵抗板
５が水平運動をし、容器3bの底との間に相対変位を生ず
るので、ひいては粘性流体６に粘性せん断抵抗力を生ぜ
しめ振動エネルギを吸収、減衰するのである。

なお、可動抵抗板５の下面に、容器3bの底と当接し滑動
するすべり材を取付けて前記間隙の大きさを一定に保持
すること、及び積層ゴム脚２の沈下変形を吸収するスラ
イド部を支持棒3aに設けることにより、前記粘性流体６
の粘性せん断抵抗力を常に一定の大きさに保持する構成
にすると、一層好都合である。

次に、前記質量ブロック１の外方の直角４方向の位置で
あって建物Ａの床10上に反力ポスト８を固定して立設
し、該反力ポスト８と質量ブロック１のばね受けアング
ル９との間に振動周期微調整用のコイルばね７が取付け
られている。該コイルばね７のバネ定数が大きいと質量
ブロック１の振動周期が短かくなり、逆に小さいと長く
なる。つまり、コイルばね７のバネ定数の選択と交換に
より、振動周期の微調整ができるのである。あるいは水
平Ｘ、Y2方向の振動周期の違いも容易に微調整可能であ
る。

ところで、第１図の制振装置の場合、前記質量ブロック
１の上にも積層ゴム脚２…を取付け、これにより第２の
質量ブロック１′を水平振動が自在に水平に支持せしめ
た２段の積層構造に構成されている。そして、第１段目
と第２段目の質量ブロック１、１′間に減衰装置３を設
置し、反力ポスト８と質量ブロック１′のばね受けアン
グル９との間には周期調整用のコイルばね７が取付けら
れている。いわば同じ構成のくり返しによる積み上げで
積層構造に構成されている。したがって、必要なら建物
Ａの階高の許す限りの多層構造に構成することができ
る。

しかして、上記のように２段の積層構造とした場合、水
平のＸ、Ｙ各方向へ２自由度となり、合計４自由度の振
動系を構成したことになる。したがって、質量ブロック
１、１′の重量、及び積層ゴム脚２の剛性と変形性能、
並びにコイルばね７の強さの３特性の組合せを適正設計
することにより、前記４自由度の振動周期特性を建物Ａ
の水平Ｘ、Ｙ各方向の１次周期、２次周期とほぼ合致さ
せることが可能である。かくすると、一般に建物Ａの振
動勢力として大きい１次、２次の振動振幅をかなり低減
できることになり、制振効果に優れるのである。もっと
も、具体的な振動振幅低減量は、減衰装置３の能力によ
って決まる。

第２の実施例 第４図に示した制振装置は、上位の質量ブロック１′と
上階の梁11との間に減衰装置３が設置された構成を特徴
とする。減衰装置３の個数が増えた分だけ、振動振幅を
低減する能力が大きいものとなる。

図中４は上階の梁11と減衰装置３とのつなぎを容易にな
さしめる高さ調節部材である。

本発明が奏する効果 以上に実施例と併せて詳述したとおりであって、この発
明に係る建物の制振装置は、全体の構成が線型的で動き
がスムーズであるから、建物Ａの揺れに敏感に反応して
作動し制振効果に優れる。

また、構造が簡単なので施工及びメンテナンスが容易で
あり、安価である。

次に、この発明の制振装置の場合、コイルばね７の強さ
調整により振動周期の微調整が容易にでき、現場合せが
楽にできるので、出来上った建物Ａの実際の固有振動周
期に合致す特性を確保することが容易であり、固有周期
に対する優れた制振効果を発揮させられる。

しかも、多層構造に構成された制振装置は、層数に比例
して多自由度の振動系を構成するので、建物Ａの複数の
優勢な固有振動周期をねらい打打ちして制振効果を上げ
ることが可能である。

また、重量構造の制振装置は、小型の積層ゴム脚２の短
所を補償して変形量が大きいものとすることができ、周
期の長い大形構造物にも適用可能なものとなるので、適
用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の制振装置の第１実施例を示
した正面図とII−II矢視断面図、第３図は建物へ適用し
た場合の立面図、第４図は第２実施例の正面図、第５図
と第６図は従来の制振装置を示した斜視図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建物内に設置し建物の揺れに共振する別の
   振動系を構成し建物の振動エネルギを吸収する制振装置
   において、 建物の床（10）上に所望重量の質量ブロック（１）を積
   層ゴム脚（２）…により水平振動が自在に設置し、該質
   量ブロック（１）と建物の床（10）との間に減衰装置
   （３）が設置されており、質量ブロック（１）の外方位
   置であって建物の床（10）上に反力ポスト（８）を取付
   け、該反力ポスト（８）と質量ブロック（１）との間に
   周期微調整用のばね（７）が設置されていることを特徴
   とする建物の制振装置。
2. 【請求項２】建物内に設置し建物の揺れに共振する別の
   振動系を構成し建物の振動エネルギを吸収する制振装置
   において、 建物の床（10）上に所望重量の質量ブロック（１）を積
   層ゴム脚（２）…により水平振動が自在に設置し、該質
   量ブロック（１）の上にも質量ブロック（１）を積層ゴ
   ム脚（２）…により水平振動が自在に設置し、以下同様
   にして所要数の質量ブロック（１）を積み重ねた重層構
   造となし、最下位の質量ブロック（１）と建物の床（1
   0）との間及び各層の質量ブロック（１）（１）の間に
   減衰装置（３）が設置されており、各質量ブロック
   （１）の外方位置であって建物の床（10）上に反力ポス
   ト（８）を取付け、該反力ポスト（８）と各質量ブロッ
   ク（１）との間に周期微調整用のばね（７）が設置され
   ていることを特徴とする建物の制振装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載した積層ゴム
   脚（２）は、ゴムシートと鉄板を互い違いに配置し貼り
   合せた互層構造であることを特徴とする建物の制振装
   置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項に記載した減衰装置
   （３）は、一定の平行隙間をあけて対峙せしめた水平運
   動板の一方（3b）を建物の床（10）に、他方（５）は質
   量ブロック（１）に取付けると共に、この水平運動板
   （3b）（５）の隙間に粘性流体（６）を満たした構成で
   あることを特徴とする建物の制制振装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第２項に記載した最上位の
   質量ブロック（１）は、建物の天井梁（11）との間に減
   衰装置（３）を有していることを特徴とする建物の制振
   装置。