JPH11270175A - 連結構造物の制振方法 - Google Patents
連結構造物の制振方法Info
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Abstract
ともに、2つの構造物間で常時振動エネルギーを吸収さ
せることにより、連結構造物の衝突時の衝撃力を低減し
つつ、衝突時に発生する高次モード振幅成分のエネルギ
ーを効果的に吸収して応答加速度を小さくする。 【解決手段】 中心部のセンターコア12は、連層耐震
壁を用いて低質量,高剛性として形成する。その周囲に
所定の近接した間隔Sをもって囲繞する外周建物14
は、多層の床スラブを設けて高質量,低剛性の高層ビル
として構築する。センターコア12の外壁18に衝突緩
衝手段20を設け、センターコア12と外周建物14と
の衝突時に衝突緩衝手段20が作用して衝撃力を徐々に
吸収する。一方、センターコア12および上記外周建物
14双方を振動エネルギー吸収手段30で連結し、セン
ターコア12と外周建物14間の振動を常時吸収する。
Description
2つの構造物を、双方の衝突現象を用いて制振するよう
にした連結構造物の制振方法に関する。
て、質量体をアクティブまたはパッシブに移動させるよ
うにしたTMDやAMDが知られており、これらは入力
振動に対して構造物頂部に水平方向の制御モーメントを
発生させるようになっている。しかし、これらの装置で
大振動を制振しようとした場合、質量体の振幅を装置の
許容ストローク以下に抑えるためには、過大な付加質量
が必要となってその実現が困難になってしまうこともあ
る。
MD等のように付加質量の慣性力で制振するのではな
く、並立する構造系同士を連結して制振するようにした
連結構造物の制振方法(特開平6−58017号公報参
照)を採用することが考えられる。即ち、この連結構造
物の制振方法は、並立する構造特性の異なる構造系どう
しをばねおよびダンパーで連結させて連結構造物を構成
し、2つの構造物の揺れの固有周期の相違を利用して制
振するようになっている。
五重塔があるが、この五重塔等の多層塔は中心部に立設
される芯柱を囲繞して塔家が構築され、地震発生時に芯
柱と塔家との間に衝突を起こすことにより優れた制振機
能が発揮されるものと考えられる。即ち、質量や剛性等
の構造特性の異なる2つの構造物(芯柱と塔家)の揺れ
の相違を利用し、双方の構造物の衝突現象により制振す
るものである。
従来の連結構造物の制振方法にあっては、衝突が発生す
るように近接された2つの構造物では、衝突を与える側
の構造物の変形は抑えられるが、衝突を受けた側の構造
物は、衝突が発生しない場合に比較してその時刻の変形
は大きくなる。しかし、固有周期の異なる構造物系の最
大応答生起時刻は一般的に異なり、衝突を受けた構造物
系の最大応答変位が大きくなることは確率的に少なくな
る。衝突現象は、相互の構造物にパルス的な衝撃力を与
え合う現象として捉えることができる。単純な衝突の場
合、その衝突時の作用時間が短いために衝撃力が非常に
大きくなり、衝突箇所の局部的な破損を引き起こす恐れ
がある。
変形歪みを如何に抑制するかが問題となる。このとき、
構造物の変形は一次モードで大部分が規定される。衝突
作用による制振手法とは、一次モード振動数で揺動する
運動エネルギーを、衝突という衝撃パルス力で広い振動
数成分の力に分散することによって、他の高次モード振
動エネルギーに変換していることになる。その結果、一
次モード振幅成分は小さくなるが、他の高次モード成分
は衝突前より大きくなり、構造物の変形は小さくなる
が、応答加速度は大きくなってしまうという課題があっ
た。
て成されたもので、2つの構造物の衝突の作用時間を長
くするとともに、2つの構造物間で常時振動エネルギー
を吸収させることにより、連結構造物の衝突時の衝撃力
を低減しつつ、衝突時に発生する高次モード成分のエネ
ルギーを効果的に吸収することができる連結構造物の制
振方法を提供することを目的とする。
めに本発明の請求項1に示す連結構造物の制振方法は、
質量や剛性等の構造特性が相異なり、かつ、互いに近接
して構築された第1構造物および第2構造物を備え、地
震や風等を起因とする振動入力により揺動する双方の構
造物の衝突現象を用いて制振する連結構造物の制振方法
において、上記第1構造物および上記第2構造物の少な
くとも一方に衝突緩衝手段を設け、第1,第2構造物の
衝突時に該衝突緩衝手段が作用して衝撃力を徐々に吸収
するとともに、上記第1構造物および上記第2構造物双
方を振動エネルギー吸収手段で連結し、該振動エネルギ
ー吸収手段によって第1,第2構造物間の振動を常時吸
収する。
の制振方にあっては、上記第1構造物および上記第2構
造物のうち、低質量,高剛性となる一方の構造物の上端
部に、高質量,低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う
剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部
との間に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在
し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との
水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用す
る下方への押し付け力を他方の構造物で支持する。
の制振方にあっては、上記衝突緩衝手段を、ばね部材単
体またはダンパー部材単体、若しくは、ばね部材とダン
パー部材の併用体として構成する。
造物の制振方法にあっては、上記振動エネルギー吸収手
段を、ダンパー部材を用いて構成する。
振方法の作用を以下述べると、請求項1では、第1構造
物および上記第2構造物の少なくとも一方に、衝突時に
作用して衝撃力を吸収する衝突緩衝手段を設けたので、
この衝突緩衝手段によって第1構造物と第2構造物とが
衝突した際の作用時間が長くなり、延いては衝撃力の大
きさを小さくすることができる。また、上記第1構造物
および上記第2構造物双方を連結して両者間の振動を常
時吸収する振動エネルギー吸収手段を設けたので、衝突
した際に発生する高次モード成分を吸収することができ
る。従って、構造特性の異なる構造物の揺れの相違を利
用して互いに衝突させて、双方の第1,第2構造物から
なる連結構造物を制振する場合に、衝突を受けた側の構
造物は上記衝突緩衝手段により衝撃が緩和されるため、
衝突箇所が局部的に破損されるのを防止できる。そし
て、衝突現象によって構造体変形の大部分を占める一次
モードの振幅成分は、他の高次モードの振幅成分に分散
しつつ低減されて構造物の変形を小さくするが、このと
き分散された高次モード成分は、上記振動エネルギー吸
収手段によって容易に吸収できるため、応答加速度を小
さくすることができる。
び上記第2構造物のうち、低質量,高剛性となる一方の
構造物の上端部に、高質量,低剛性となる他方の構造物
の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の
構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑
り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方
の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体
鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支
持するようにしたので、大地震等により大きな水平力が
入力されて、一方の構造物に大きな曲げモーメントが作
用して曲げ変形されようとしても、上記剛体鍔部は滑り
部材を介して他方の構造物の頂部に沿って水平移動しつ
つ、剛体鍔部の押し下げ力を該他方の構造物によって支
持することができる。このため、この支持部分によって
押し下げ力に対する反力が他方の構造物に発生し、この
反力により剛体鍔部には上記一方の構造物の曲げに対向
するモーメントが発生する。このため、上記一方の構造
物はこのときのモーメントにより、上端部を曲げ方向と
は反対方向に押し戻し、延いては、この一方の構造物の
曲げ変形を抑制することができる。従って、一方の構造
物は他方の構造物に支持されることによって剛性(抵抗
力)を十分に維持し、その剛性比を十分に確保すること
ができるため、連結構造物の制振効果を更に向上するこ
とができる。
を、ばね部材単体またはダンパー部材単体、若しくは、
ばね部材とダンパー部材の併用体として構成したので、
ばね部材ではこれの弾発力により衝撃エネルギーを吸収
する一方、ダンパー部材ではこれの減衰力により衝撃エ
ネルギーを吸収する。このため、いずれにあっても衝撃
エネルギーは徐々に吸収されることになり、その作用時
間を長くすることができる。
吸収手段を、ダンパー部材を用いて構成したので、第1
構造物と第2構造物との相対変位を減衰力により吸収
し、簡単な構成にして第1,第2構造物間の振動エネル
ギーを効果的に吸収することができる。
面を参照して詳細に説明する。図1から図3は本発明の
連結構造物の制振方法の一実施形態を示し、図1は連結
構造物の全体構成を示す断面正面図、図2は図1中のA
−A線断面図、図3は連結構造物の要部を拡大した断面
平面図である。
終結型として構成され、図1,図2に示すように中心部
に立設される第1構造物としてのセンターコア12と、
その周囲に所定の近接した間隔Sをもって囲繞するよう
に立設される第2構造物としての外周建物14とを備
え、これらセンターコア12と外周建物14とは剛性特
性が異なっている。上記センターコア12は連層耐震壁
を用いて低質量,高剛性として形成される一方、上記外
周建物14は多層の床スラブ16,16…を設けて高質
量,低剛性の高層ビルとして構築され、これらセンター
コア12および外周建物14は同一高さに形成される。
14は、それぞれの剛性特性が異なり、かつ、互いに近
接されていることから、大地震や強風等を原因とする振
動入力によりそれぞれが大きく揺動されると、それぞれ
の揺れの相違により一方が他方に衝突することにより制
振する方法が採られる。
上記センターコア12の四方を囲む外壁18のそれぞれ
の両側部に衝突緩衝手段20を設け、センターコア12
と外周建物14との衝突時に該衝突緩衝手段20が作用
して衝撃力を徐々に吸収させる一方、上記センターコア
12および上記外周建物14双方を振動エネルギー吸収
手段30で連結し、該振動エネルギー吸収手段30によ
ってセンターコア12と外周建物14間の振動を常時吸
収するようになっている。
ア12の外壁18から所定間隔をもって配置される衝突
受け板22と、この衝突受け板22の周囲に水平方向を
指向して配置され、該衝突受け板22を外壁18に結合
する複数本のスプリング24と、上記衝突受け板22の
中央部と外壁18とを連結するダンパー26とにより構
成される。
イル等の粘性流体を作動流体とする常接ダンパー32で
構成され、この常接ダンパー32のシリンダー32aが
センターコア12側に取り付けられるとともに、ピスト
ンロッド32bが外周建物14側に取り付けられる。そ
して、センターコア12と外周建物14との揺れの相違
により発生する間隔S変化により、常接ダンパー32に
減衰力が発生されるようになっている。また、上記シリ
ンダー32aと上記ピストンロッド32bとは、センタ
ーコア12および外周建物14に対して互いに逆に取付
けることもできる。
記振動エネルギー吸収手段30は、外周建物14の各階
毎にそれぞれ設けられ、センターコア12と外周建物1
4とのいかなる変形を伴う揺れにも対応できるようにな
っている。
法にあっては、センターコア12の外壁18に衝突緩衝
手段20を設けてあるので、センターコア12と外周建
物14とが衝突しようとする際に、該衝突緩衝手段20
の衝突受け板22が外周建物14の内壁28に衝接され
る。すると、該衝突受け板22はスプリング24の圧縮
変形を伴ってセンターコア12方向に移動し、この移動
に伴ってダンパー26が押し込まれる。このため、上記
衝突緩衝手段20にはスプリング24の弾発力とダンパ
ー26の減衰力が作用して、衝突時の衝突エネルギーを
徐々に吸収しつつ衝突荷重を受け止める。従って、セン
ターコア12と外周建物14とが衝突した際の荷重作用
時間を長くすることができる。
的な衝撃力を与え合う現象として捉えることができ、こ
のときの衝撃力をP,作用時間をΔtとし、かつ、セン
ターコア12の質量m1 と外周建物14の質量m2 の衝
突前と衝突後の双方の系の速度応答の変化をΔx1 とΔ
x2 とすると、P=(m1 ・Δx1 +m2 ・Δx2 )/
Δt …… として表すことができる。従って、上記
衝突緩衝手段20を設けたことにより衝突現象の作用時
間Δtを長く(大きく)することができるため、これに
伴って衝撃力Pは小さくなる。
物14との間に設けた常接ダンパー32は、これらセン
ターコア12と外周建物14との衝突作用によって分散
される高次モードの振幅成分を常時吸収することができ
るため、該高次モード成分によって増大される応答加速
度を小さくすることができる。
ターコア12と外周建物14の構造特性の異なる揺れの
相違を利用して、双方の構造物12,14を互いに衝突
させて制振する場合に、衝突を受けた側の構造物は上記
衝突緩衝手段20により衝撃が緩和されるため、衝突箇
所が局部的に破損されるのを防止できる。そして、衝突
現象によって構造体変形の大部分を占める一次モードの
振幅成分は、他の高次モード成分に分散しつつ低減され
て構造物の変形を小さくするが、このとき分散された高
次モード成分は、上記常接ダンパー32によって容易に
吸収できるため、応答加速度が増大されるのを抑制でき
る。
段20としてスプリング24とダンパー26とを用いた
ので、それぞれの弾発力および減衰力を予め調節してお
くことにより、簡単な構成をもって衝撃エネルギーを最
適な条件下に徐々に吸収することが可能となる。また、
この場合、上記衝突緩衝手段20はスプリング24,ダ
ンパー26の併用で構成されるが、これに限ることなく
スプリング24のみ、若しくはダンパー26のみで構成
することもできる。更に、上記衝突緩衝手段20はセン
ターコア12の外壁18に設けた場合を開示したが、こ
れに限ることなく外周建物14の内壁28に設けても良
く、また、これら外壁18および内壁28の両方に設け
ることもできる。
常接ダンパー32によって構成したので、センターコア
12と外周建物14との相対変位を減衰力をもって効果
的に吸収でき、かつ、その構成を簡単にすることができ
る。
受け板22を質量体として所定の質量を与えておくこと
により、該衝突受け板22と上記スプリング24とで構
成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成する
ことができ、該衝突緩衝手段20を設けた側の構造物の
制振効果を更に向上させることができる。
体構成の断面正面図で、この実施形態を上記実施形態と
同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略し
て述べる。
は、上記センターコア12の上端部に上記外周建物14
の頂部14aを覆う剛体鍔部としてのハットトラス40
を設け、このハットトラス40の下面と上記外周建物1
4の頂部14aとの間に、これら両者間の水平移動を許
容する滑り材42を介在する。そして、これら滑り材4
2を介してハットトラス40と外周建物14との水平方
向の相対移動を許容しつつ、該ハットトラス40に作用
する下方への押し付け力を支持するようになっている。
た直方体状の立体トラスとしてセンターコア12頂部に
一体に取り付けられ、このセンターコア12の曲がり変
形に抵抗するモーメントが作用した場合にも、十分にそ
の形状を保持できる剛性を備えて構成される。この場
合、上記滑り材42を上記外周建物14の柱17の形成
位置に対応して配置することが望ましい。
態と同様にセンターコア12と外周建物14との間の隙
間Sに、衝突緩衝手段20および振動エネルギー吸収手
段30が図3に示したように設けられる。
法にあっては、大地震等により大きな水平力Pが連結構
造物10に入力され、これによってセンターコア12が
大きく曲げ変形されようとする場合、センターコア12
の上端部に設けたハットトラス40は、滑り材42を介
して外周建物14の頂部14aに沿って水平移動しつ
つ、下方への押し下げ力Fが発生する。この押し下げ力
Fは上記滑り材42を介して外周建物14によって支持
されるため、この支持部分によって押し下げ力Fに対す
る反力Rが外周建物14に発生し、この反力Rによりハ
ットトラス40にはセンターコア12の曲げに対向する
モーメントMが発生することになる。このため、センタ
ーコア20はこのときのモーメントMにより、上端部が
曲げ方向とは反対方向に押し戻され、延いては、このセ
ンターコア20の曲げ変形を抑制することができる。
建物14に支持されることによって剛性(抵抗力)を十
分に維持し、その剛性比を十分に確保することができ
る。このため、1棟終結型として構成される連結構造物
10の制振効果を、上記衝突緩衝手段20および上記振
動エネルギー吸収手段30による制振効果と相俟って著
しく向上させることができる。
よれば以下に述べるような優れた効果を奏する。
構造物を構成する第1構造物および上記第2構造物の少
なくとも一方に、衝突時に作用して衝撃力を吸収する衝
突緩衝手段を設けるとともに、上記第1構造物および上
記第2構造物双方を連結して両者間の振動を常時吸収す
る振動エネルギー吸収手段を設けたので、上記衝突緩衝
手段によって第1構造物と第2構造物とが衝突した際の
作用時間を長くし、延いては衝撃力の大きさを小さくで
きるとともに、上記振動エネルギー吸収手段によって、
衝突した際に発生する高次モード成分を吸収することが
できる。従って、構造特性の異なる構造物の揺れの相違
を利用して互いに衝突させて、双方の第1,第2構造物
からなる連結構造物を制振する場合に、衝突を受けた側
の構造物は上記衝突緩衝手段により衝撃が緩和されるた
め、衝突箇所が局部的に破損されるのを防止できる。そ
して、衝突現象によって構造体変形の大部分を占める一
次モードの振幅成分は、他の高次モード成分に分散しつ
つ低減されて構造物の変形を小さくするが、このとき分
散された高次モード成分は、上記振動エネルギー吸収手
段によって容易に吸収できるため、応答加速度が増大さ
れてしまうのを抑制することができる。
び上記第2構造物のうち、低質量,高剛性となる一方の
構造物の上端部に、高質量,低剛性となる他方の構造物
の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の
構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑
り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方
の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体
鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支
持するようにしたので、剛体鍔部は滑り部材を介して他
方の構造物の頂部に沿って水平移動しつつ、剛体鍔部の
押し下げ力を該他方の構造物によって支持することがで
きる。従って、一方の構造物の曲げ変形を抑制できるた
め、一方の構造物は他方の構造物に支持されることによ
って剛性(抵抗力)を十分に維持し、その剛性比を十分
に確保することができ、連結構造物の制振効果を更に向
上することができる。
を、ばね部材単体またはダンパー部材単体、若しくは、
ばね部材とダンパー部材の併用体として構成したので、
ばね部材ではこれの弾発力により衝撃エネルギーを吸収
する一方、ダンパー部材ではこれの減衰力により衝撃エ
ネルギーを吸収する。このため、いずれにあっても衝撃
エネルギーは徐々に吸収されることになり、その作用時
間を長くすることができる。
ギー吸収手段を、ダンパー部材を用いて構成したので、
第1構造物と第2構造物との相対変位を減衰力により吸
収し、簡単な構成にして第1,第2構造物間の振動エネ
ルギーを効果的に吸収することができる。
成の断面正面図である。
面図である。
拡大した断面平面図である。
構成の断面正面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 質量や剛性等の構造特性が相異なり、か
つ、互いに近接して構築された第1構造物および第2構
造物を備え、地震や風等を起因とする振動入力により揺
動する双方の構造物の衝突現象を用いて制振する連結構
造物の制振方法において、 上記第1構造物および上記第2構造物の少なくとも一方
に衝突緩衝手段を設け、第1,第2構造物の衝突時に該
衝突緩衝手段が作用して衝撃力を徐々に吸収するととも
に、上記第1構造物および上記第2構造物双方を振動エ
ネルギー吸収手段で連結し、該振動エネルギー吸収手段
によって第1,第2構造物間の振動を常時吸収させるこ
とを特徴とする連結構造物の制振方法。 - 【請求項2】 上記第1構造物および上記第2構造物の
うち、低質量,高剛性となる一方の構造物の上端部に、
高質量,低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う剛体鍔
部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部との間
に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、こ
の滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との水平方
向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方
への押し付け力を他方の構造物で支持することを特徴と
する請求項1に示す連結構造物の制振方法。 - 【請求項3】 上記衝突緩衝手段は、ばね部材単体また
はダンパー部材単体、若しくは、ばね部材とダンパー部
材の併用体として構成したことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の連結構造物の制振方法。 - 【請求項4】 上記振動エネルギー吸収手段は、ダンパ
ー部材を用いて構成したことを特徴とする請求項1また
は2に記載の連結構造物の制振方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07064698A JP3858432B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 連結構造物の制振方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07064698A JP3858432B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 連結構造物の制振方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11270175A true JPH11270175A (ja) | 1999-10-05 |
| JP3858432B2 JP3858432B2 (ja) | 2006-12-13 |
Family
ID=13437634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07064698A Expired - Fee Related JP3858432B2 (ja) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | 連結構造物の制振方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3858432B2 (ja) |
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