JP2001521079A - 構造の変位、加速度及び地震力を制御する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 建物、橋及び同様なもの等の構造に使用するための地震エネルギ減少システム。該システムは、重力構造（４０）、少なくとも１基の反作用構造（４１）、及び重力構造と反作用構造を接続するための接続装置を具備する。接続装置は、応答周期を設定するための少なくとも１基のスプリング（３０）と、構造（２０）内のエネルギを弱めるためのエネルギ減少ユニット（３１）を具備する。地震、風等の外部刺激による変形、加速度及び内部力に関する構造の応答をこの様に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ・本発明の背景 １．技術分野 本発明は、建物及び橋等の構造において、更により特別には、地震エネルギを
消散させ、更に内部力、変位及び加速度を制御するために、構造のダンピング（
弱める）能力、撓みのパターン及び応答周期が本発明により設定されている構造
システムに対して、地震及び風等の外的な刺激により引き起こされる内部力、加
速度、ドリフト（動揺）等を弱め、更に制限するためのシステムに関する。

【０００２】 ・従来技術の説明 建物又は橋等の構造、更にその様な構造の付近にいるか又は中にいる人々につ
いても同様に保護するために、地震力に抵抗力のあるシステムが工夫されてきた
。これらのシステムは、能動的及び／又は受動的な地震エネルギ減少装置を時々
具備することがある。これらのシステムは、地震により生じる地震力への対応に
おいて、全体的な崩壊から構造を保護し、損傷を制御することを試みる。一般的
に、局地的な建物のコードは、種々のパラメーターに基づいた構造により耐えら
れるべき最少の等価地震力を設定する。これらの力の配分及び強さは、構造の質
量、その振動の特性（応答周期）、地域的な地震活動度、局地的な土質状態、地
震システムのタイプ及び構造の重要さの関数として一般的に決定される。

【０００３】 地震用支柱システム等の耐地震性システムを含む従来の構造に関して、支配的
な応答周期及びダンピング能力は、地震用支柱システムを具備する要素の材料特
性、その形状及びその質量により決定されるシステムに効果的に組み込まれる。
これらの要素は、種々のタイプの構造的な壁及び／又は構造（フレーム）により
一般的に構成される。そのダンピング能力及び構造の応答周期は、与えられる地
震への対応において、構造の内部力、加速度及び変位に影響を与える。

【０００４】 従来の支柱システムにより、構造の横方向の弾性的な地震応答は、システムの
ダンピング特性と地震の振動特性に関して地震用システムの剛性により影響され
る。一般的に、構造の下の土壌が、少なくとも適度に剛性がある場合には、構造
物の場所からの大距離に対して適度な距離において、大規模地震に対して中位の
ものは、より剛性のある構造ではより大きな力で、より柔軟な構造ではより小さ
な力を生じる。上述の条件において、相対的な撓みは、より剛な構造ではより小
さく、より柔軟な構造ではより大きい。これらの一般的な関係は、構造が裂けた
地震断層に非常に近く位置する場合か、又は構造が極端に柔らかい土壌が下にあ
る場合は、有効ではない。

【０００５】 一般的により剛な構造は、より大きな地震力に弾性的に耐えるように、より柔
軟な構造より強く形成されているはずである。より剛な構造は、その内容物に反
対に作用するより高い内部加速度を生じる。剛な構造が、弾性的な地震力に十分
に耐える程強く造られていない場合に、それは構造的な損傷を受ける。損傷を受
けることにより、構造は地震エネルギを弱める。内部力は、構造の弾性的な強度
に対して限度がある。構造は、効果的に柔らかく、より大きなドリフトを受ける
。これらのより大きなドリフトは、非構造的な損傷を増大することが出来る弾性
のない変形である。

【０００６】 他方では、より柔軟な構造は、一般的により剛な構造より比較的より弱く造ら
れているが、与えられた地震による地震力に弾性的に耐えることができる。剛な
構造のように、柔軟な構造が、弾性的な地震力に十分耐えるほど強く造られてい
ない場合に、それはまた、構造的な損傷を受けることにより地震エネルギを弱め
る。柔軟な構造は、非構造的な要素に反対に作用することが可能な大きな変形を
、それらに構造的変形を受け易くすることにより、受けても良い。

【０００７】 強度の顕著な損失なしで、顕著な構造的損傷を支えるための構造の能力（即ち
、高度の延性を有する構造）は、局地的な建物のコードに考慮される。高度の延
性を有する構造は、より低い延性を有するものより弱く設計されても良い。 補足的なダンピングが、従来の地震用支柱システムの支柱要素内にエネルギ減
少ユニット（ＥＤＵ）を追加することにより具備されても良い。追加されたダン
ピングは、撓み、加速度、及び構造的及び非構造的な損傷を低減することにより
、構造の地震性能を改善する。

【０００８】 図２０は、複雑な構造を理解するために使用できる単純化されたモデルのため
のダンピング、応答周期及び加速度間の一般的な関係をグラフにより図示する。

【０００９】 現在の設計実施要領に影響する構造的なシステムの強度、剛性及び延性の幾つ
かの基本的関係が存在する。これらの関係の幾つかは次のものを含む。 構造の与えられた寸法及びタイプに関して、強度の増大は、一般的に剛性の
増大を生じる。 剛性の増大は一般的に、変形の減少、内部加速度（及び内容物の損傷のポテ
ンシャル）、及び地震力の増大を生じる。 強度の減少は、一般的に延性要求又はダンピング要求の増大を生じる。 補足的なダンピングの増大は、一般的に力、変形、内部加速度、及び構造的
及び非構造的な損傷の減少を生じる。 更に、システムのダンピング、延性及び強度の相対的な改善は、一般的に費
用の追加を生じる。

【００１０】 モーメントフレーム構造内の補足的なダンピングの典型的な配置は、図１に図
示される。システムの横方向の静的剛性の全て又は部分は、モーメント接続部１
５としてまた知られる剛又は半剛な接続部により接続するビーム１３とコラム１
４の曲げ剛性の結果である。エネルギ減少ユニット（ＥＤＵ）１１とレベルを接
続するために、ブレース１０は、各レベル間で構造に追加される。エネルギ減少
装置は、摩擦、降伏する金属、エネルギ吸収プラスチック、ゴム等、及びオリフ
ィスを強制的に通過する流体等の幾つかの機構の使用により稼動しても良い。こ
れらの装置（ＥＤＵ）は、各レベル間の相対的な変位により、各レベル間の相対
的な速度により、又は能動的な制御方法により作動しても良い。ＥＤＵはまた、
ブレースを経由して構造に追加の静的な剛性を提供してもよい。図２に図示され
る第２の一般的な配置において、ブレース１０は、中央にＥＤＵ１１を具備しな
がら、構造の部分の間で対角線に伸長する。

【００１１】 補足的なダンピング装置は、従来の地震用支柱システムに実質的な費用を追加
する。現在まで、これらの装置の設置に関係する費用は、それらの使用を制限す
る要因であった。

【００１２】 図３に図示されるこれとは別の従来技術のシステムは、建物全体の下に絶縁層
を有しており、基礎絶縁システムとして通常は参照される。絶縁層は、一般的に
ベアリングの形のアイソレータ（絶縁器）１６を使用しており、そして、横方向
の地面の加速度を受けた場合にベアリングは比較的柔軟であるので、構造の応答
周期に影響すること、及びダンピングを形成することによる２種の方法で伝達さ
れる加速度及び変形を制御する。選択的な補足的なダンピング装置１１が追加で
きる。ダンピング装置は、（ベアリングと補足装置が一体式のもの）構造の変形
、加速度及び力を制御することを補助する。アイソレータ上の構造システムは、
従来の地震用支柱システムのそれと同様になる傾向があるが、しかし絶縁された
構造は、大規模な地震において、より少ない損傷を受ける傾向がある。

【００１３】 絶縁層は柔らかいので、構造は大きな水平の動き又は「ドリフト（動揺）」（
選択的なダンピング装置でさえも）を受ける。これらのドリフトは、一般的には
３０．５及び６１センチメートル（１及び２フィート）の間にあり、エレベータ
、配管、電源ライン等の種々の建造物システムにより吸収されなければならない
。これとは別に、建物は、特別のカバーされたちり又は地震接続部により周囲の
程度に関して変形することが許容され、分離されなければならない。基礎が絶縁
された建物は、地震において従来の地震用支柱システムを有するものより良好に
機能する傾向がある。しかし、大規模の変形を吸収することが必要な特別な建物
システムの詳細、ちり及びアイソレータに起因する基礎絶縁システムの設置に関
係する追加の費用は相当なものである。これらの費用は、今日まで、基礎絶縁シ
ステムの使用を制限してきた。 従って、経済的で建物の機能を妨害しない一方で、荷重、内部加速度、変形、
及び構造的及び非構造的な損傷を制御する地震システムが、必要とされる。

【００１４】 ・本発明の概要 本発明による調整されダンピングされる構造的なシステムは、該システムの使
用方法と同様に、従来技術の欠点に対処する。本発明の１つの形態に従い、例え
ば地震、爆発、風等の様な外部刺激により引き起こされる加速度及びドリフトを
制限しており、内部力をダンピングするために、建物又は橋等の構造と共に使用
するためのシステムは、重力構造、少なくとも１基の反作用構造、及び重力構造
と反作用構造を接続するための接続装置を具備する。接続装置は、応答周期を設
定するための少なくとも１基のスプリングと、外部刺激により引き起こされる構
造内の地震又は風エネルギを弱めるための少なくとも１基のダンピング装置を具
備する。

【００１５】 本発明のこれとは別の形態に従い、システムは、少なくとも４基の反作用構造
を具備する。各反作用構造は、構造の異なる垂直な平面内に含まれる。 本発明の更にこれとは別の形態に従い、構造は、１以上の層として垂直に伸長
する建物である。システムは、エネルギ減少ユニットの形で多数のダンピング装
置と多数のスプリングを具備する。各層は、反作用構造を重力構造に接続するた
めに少なくとも１基のエネルギ減少ユニットと少なくとも１基のスプリングを具
備する。

【００１６】 本発明の更にこれとは別の形態に従い、重力構造は、多数のビームとコラムを
具備しており、重力構造の第１のレベルのコラムは、構造の剛性をできる限り少
なくし、第１のレベルコラムの内部力をできる限り少なくするために、頂部と底
部に回転において剛性の低い接続部を具備する。 本発明の更なる別の形態に従い、反作用構造は、平面からはずれる曲げによる
内部力を出来るだけ小さくするために、回転において柔軟な接続部を経由して地
面に接続する。

【００１７】 本発明のこれとは別の形態に従い、重力構造の第１のレベルのコラムは、地面
に接続する基礎絶縁ローラーに接続する。 本発明の更なる形態に従い、基礎絶縁ローラーは低摩擦パッドである。 本発明の更にこれとは別の形態に従い、システムは、低レベルの風と地震にお
いて、構造に堅固に接続するために、重力構造と反作用構造間に風ヒューズを更
に具備しており、風ヒューズは大規模な外部刺激においては切り離される。

【００１８】 本発明のこれとは別の実施の形態に従い、反作用構造は、重力構造に堅固に連
接する。 これとは別の実施の形態の１つの形態に従い、システムが、２つのコラムと２
つのビームの間に設置されていて先端を形成していて一対の対角に伸長するブレ
ースを含む少なくとも１基の調整されダンピングされる構造と、堅固に連接する
重力及び反作用構造に該対のブレースを接続する少なくとも１基のスプリングと
、堅固に連接する重力及び反作用構造に該対のブレースを接続する少なくとも１
基のダンピング装置と、を具備するようにシステムは形成される。

【００１９】 これとは別の実施の形態の別の形態に従い、システムが少なくとも４基の調整
されダンピングされる構造を具備する。各調整されダンピングされる構造は、構
造により形成される異なる垂直な平面内に含まれる。 これとは別の実施の形態の更に別の形態に従い、構造は多層の建物であり、各
層は少なくとも４基の調整されダンピングされる構造を有する。各層の各調整さ
れダンピングされる構造は、建物により形成される異なる垂直な平面内に含まれ
る。

【００２０】 これとは別の実施の形態の別の形態に従い、システムが、それらの基礎におい
て回転剛性の低い接続部を有するコラムと、堅固に連接する重力及び反作用構造
に対する剛性をできる限り小さくし、システム内の内部力をできる限り小さくす
るために、回転剛性の低い接続部を有するこれらのコラムに構造として組み込ま
れるビームと、を具備する。

【００２１】 本発明のこれとは別の形態に従い、内部力をダンピングする方法が、外部刺激
により引き起こされる建物又は橋等の構造内のドリフト及び加速度を制限してお
り、構造が重力構造及び反作用構造を具備しており、該方法が、構造の反作用構
造と構造の重力構造間の接続スプリングと、構造の反作用構造と構造の重力構造
間の接続エネルギ減少ユニットとを具備する。

【００２２】 本発明の更にこれとは別の形態に従い、該方法は、外部刺激に対して要求され
る構造の応答周期を選定すること、要求される応答周期に基づくスプリングを形
成すること、外部刺激により引き起こされる構造内のドリフト及び加速度を制限
するために、必要なレベルのダンピングを選択すること、及び要求されるレベル
に基づくエネルギ減少ユニットを形成すること、を更に具備する。

【００２３】 従って、建物、橋及び同様なものに使用するための本発明による調整されダン
ピングされる構造システムは、エネルギ減少装置、スプリング、重力構造及び反
作用構造を具備しており、構造の応答周期、構造の変形パターン、構造の強度及
び構造のダンピング容量を独立して設定するように配置される。

【００２４】 本発明の好適な実施の形態により、重力荷重支持構造と地震荷重反作用構造の
接続は、建物の場合において、床板のレベルで形成される。従来の地震エンジニ
アリング要領のように、建物の配分された質量は、各床板において一まとめにさ
れた質量として概算できる。重力荷重を支持する構造の設計は、詳しく述べるこ
とができるので、その横方向の剛性は、解析的には無視できる。地震荷重反作用
構造は、非常に小さな応答周期に結果としてなる非常に小さな質量及び非常に高
い剛性であるように設計することが出来る。従って、反作用構造の応答は、地面
の動きのそれと近くなる。地震反作用構造は、基本的に剛であり、重力荷重支持
構造は基本的に柔軟であるので、建物の全体の横方向の剛性は、複数のスプリン
グにより決定される。更に、建物の全体のダンピング容量は、複数のエネルギ減
少装置により決定される。その上更に、建物は、一連の独立の一自由度の構造と
して数学的にモデル化可能であり、そこでは質量、剛性及びダンピング等のパラ
メーターが、各層について選定される。従って、与えられた地震に対する建物の
応答は、解析的に決定でき、応答周期、加速度、力及び変形により特徴付けでき
る。

【００２５】 本発明のこれとは別の形態及び利点は、同じ番号が同じ要素を表している図面
を参照すると共に、以下に示す好適な例示の実施の形態の詳細な記述を読み、理
解することにより認識される。

【００２６】 ・好適な例示の実施の形態の詳細な説明 本発明は、例えば、建物、橋、高い位置にある道路及び高い位置にある鉄道路
等の構造に使用できる。単純化及び明確化のために、それは、それを建物への使
用について説明することにより記述する。

【００２７】 図４によると、本発明による地震等の外力により引き起こされた内部力を制限
するか又は弱めるためのシステムは、図解的に図示される。この配置により、調
整されダンピングされる構造２０は、重力構造４０及び少なくとも１基の反作用
構造４１を具備する。この実施の形態において、重力構造４０は、コラム（柱）
２１ａ及びビーム（桁）２２ａを具備しており、一方で反作用構造４１は、コラ
ム２１ｂとビーム２２ｂを具備する。図１０に示されるように、反作用構造はま
た、各階にある一対のブレースと共に、実質的に逆Ｖ形状で配置されるブレース
（支柱）２３を具備しており、それはＶ形状、Ｘ形状等であってもよい。ブレー
ス、コラム及びビームは、接続部２４により種々の場所で接続する。これとは別
に本実施の形態において、重力及び反作用構造は、システムを利用する構造の基
礎において接続部５０と７０を経由して地面に接続する。

【００２８】 反作用構造４１は、例えば、補強されたコンクリート、補強された煉瓦工事、
木、鋼等の壁や、石又は土の補強壁や、鋼又は補強されたコンクリートの支柱を
有する構造や、鋼、補強されたコンクリート等のモーメント構造や、又は同様な
もの等の種々の材料及び形態により構成できる。反作用構造４１は、地面にかな
り堅固に接続する必要がある。

【００２９】 好適な実施の形態において、重力構造及び反作用構造は、複数のスプリング３
０及びダンパー又はエネルギ減少ユニット（ＥＤＵ）３１を経由して接続する。
スプリングは、スプリングの剛性により建物のために応答周期を設定するために
、形成される。応答周期は、スプリング３０の剛性を調節することにより設定さ
れる。より剛なスプリングは、より低い応答周期を有するより剛な構造を形成し
、その一方で「柔軟な」スプリングは、より高い応答周期を有するより柔軟な構
造を形成する。応答周期を設定するスプリングの剛性と共に、エネルギ減少ユニ
ットは、外部の刺激により引き起こされるエンルギを弱めるためにダンピングの
程度を設定するために形成され更に寸法が決められる。

【００３０】 好適な実施の形態において、最低でも１基のスプリング及び１基のダンパー又
はＥＤＵが、重力構造に各反作用構造を接続する。しかし、スプリングとダンパ
ーは、一般的に追加的であり、従って多数の小型のスプリングが、１基の大型の
スプリングの全体のスプリング効果を形成するように使用されてもよい。同様に
、多数の小型のダンパーが、１基の大型のダンパーの全体の効果を形成するよう
に使用されても良い。最終的には、スプリングがそれら自体の固有のダンピング
効果を有しており、ＥＤＵがそれら自体の固有のスプリング効果を有することも
正しい。これらのダンピング及びスプリング効果は、全体のダンピング及び剛性
に追加されるものである。

【００３１】 全体の構造２０に関係していて各床により支持される質量（重量）は、図４と
５のブロック２５により表示される。建物内の全荷重を考慮するために、全体の
構造２０を形成する場合に、十分な反作用構造が利用される。図６は、本発明に
よるシステムに使用できる鋼構造構造物のための一つの可能な床構造平面を図示
する。４基の反作用構造４１が、重力構造４０内の所々に配置されて、調整され
ダンピングされる構造２０を形成する。最も局部的な建物のコードに合わせるた
めに、４基の反作用構造４１が、各反作用構造４１が異なる垂直な平面内に存在
する状態で、一般的に必要である。反作用構造は、お互いから交差する必要はな
い。多かれ少なかれ、反作用構造４１は、建物の寸法又は形状に依存して使用さ
れてもよい。

【００３２】 調整されダンピングされる構造２０について、ダンパー及びスプリング内の力
は、階から階へ付加されるものではなく、層が同様な質量、スプリング及びエネ
ルギ減少ユニットを有する場合には、力は各階において概略同じものである。質
量は、スプリングの剛性に接続するが、しかし反作用構造４１の剛性からは切り
離されており、各層における質量は、お互いから効果的に切り離すことができる
。質量の重力の効果は、重力構造４０により効果的に支持される。反作用構造４
１は、建物５７の基礎に効果的に剛に接続される。従って、建物の個別の層は、
お互いに干渉せず、調整されダンピングされる構造内の受動的な地震エネルギ減
少システムは、階から階の間では絶縁されており、従って各階は、基本的に一層
の構造として機能する。これは、地震力から全体の構造を一所に絶縁するこれと
は別の地震エネルギ減少システムとは反対に建物の機能に対してはるかに邪魔に
ならない。更に、基礎絶縁システム等の従来技術の地震エネルギ減少システムに
比較すると、本発明による受動的な地震エネルギ減少システムは、費用が著しく
より少なく見積もられる。

【００３３】 図７、図８ａ及び図８ｂは、どのように重力構造内のコラム２１ａが、第１の
レベルで接続することが好ましいかを図示する。第１のレベルは、地面のレベル
であっても良いし、建物によっては地面より下であっても良い、即ち、建物は地
面の下まで伸長してもしなくてもいずれでも良い。下部のコラム４９ａは、ピン
接続部５０として通常は説明される回転剛性の低い接続部により上部のコラム４
９ｂに接続される。ピン接続部５０はまた、下部コラム４９ａを建物の基礎５７
又は地面に接続するために使用される。これらのピン接続部は、重力構造４０が
「柔軟」であることを許容しており、それによりシステムに対して限界的な剛性
だけを形成する。

【００３４】 図８ａ及び図８ｂに示されるように、ピン接続部５０は、２基の隣接するコラ
ム４９ａと４９ｂの間に設置される円形のベアリング５１を具備する。４個のボ
ルト５２は、ベレビレ（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）・スプリングワッシャー５３に
より隣接するコラム部に接続するように使用される。 図５と９は、重力構造４０が第１のレベルでローラー６０により支持される実
施の形態を図示する。ローラー６０は、重力構造４０をより柔軟にしており、ピ
ン接続部５０の第１のレベルを、基礎５７に対する接続コラム部４９ａに置き換
える。図９により示すように、ローラー６０は、低摩擦パッドの形態であること
が好ましい。その様なパッドの例は、マサチューセッツ（１００ Ｉｎｄｕｓｔ
ｒｉａｌ Ｐａｒｋ Ｒｏａｄ， Ｈｉｎｇｈａｍ， Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔ
ｔｓ ０２０４３）にあるメリマン社（Ｍｅｒｒｉｍａｎ，Ｉｎｃ．）から購入
可能であって約０．０４の摩擦係数を有するＰＴＦＥ組織を具備する。ローラー
６０は、基礎６２上にある板６１に設置される。基礎６２は、ボルト６３により
建物の基礎５７にボルト止めされる。

【００３５】 図１１ａ及び図１１ｂは、反作用構造４１内のコラム２１ｂが、地面又は建物
の基礎５７に接続できる一つの可能な方法を図示する。回転において柔軟なフレ
キシブル接続部７０が、基礎７１及び本体７２を含むように使用される。基礎７
１と本体７２各々は、そこから突き出ていて混合する多数の指７３を具備する。
ボルト７４は、基礎７１及び本体７２を接続する。基礎７１は、頭付きのスタッ
ド７５により確実に建物の基礎５７内に埋め込まれる。反作用構造４１は、非常
に剛であるので、フレキシブル接続部７０は、大きな内部応力を受けないで、平
面からはずす力に対応してコラムが動くことを許容する。

【００３６】 図１１ｃ及び図１１ｄは、どのように反作用構造４１内のコラム２１ｂが、地
面又は建物の基礎５７に接続されるかという、これとは別の例を図示する。フレ
キシブル接続部７０は、基礎７１と本体７２を含むように使用される。基礎及び
本体は、ボルト７４により接続される。ベレビレ・スプリングワッシャー５３は
、フレキシブルスペーサとして使用される。

【００３７】 図１２ａと図１２ｂは、大きな外部応力を受けずに、平面からはずれてブレー
スが動くことを許容するフレキシブル接続部により、反作用構造４１内のブレー
ス２３が、建物の基礎に接続する一つの方法を図示する。 ビーム７６は、建物の基礎又は地面に埋められる。二重のアングル（角材）７
７は、ビーム７６と板７８にボルト止めされる。ベレビレ・スプリングワッシャ
ー５３は、二重のアングル７７及び板７８の間に具備される。すき間が、曲げを
許容するためにブラケット７８と第１のレベルの床７９の間に形成される。

【００３８】 図１３は、どのように反作用構造４１と近接する重力構造部４０ａが、物理的
に連結されるかを図示する。重力構造部４０ａは、コラム２１ｂを反作用構造４
１と共有する。床ビーム８０が、滑り接続部８１を経由してコラム２１ｂに接続
する。すき間Ｇは、床ビーム８０と床スラブ（厚板）８２とコラム２１ｂの間に
形成される。同様に、すき間Ｇは、床スラブ８３とコラム２１ｂの間に形成され
る。すき間Ｇは、約５０．８ｍｍ（２インチ）であることが好ましいが、大なり
小なり設計条件に依存している。ガーダー（大桁）８４はまた、滑り接続部によ
りコラム２１ｂに接続する。

【００３９】 図１４〜１６は、接続スプリング３０とＥＤＵ３１を重力構造と反作用構造に
接続するための配置例を図示する。数多くのその様な配置があることは明白であ
る。 図１４〜１６に図示される配置例において、スプリング３０は、ブラケッ
ト９２とロッド９５を経由して重力構造ビーム９１ａと９１ｂに接続しており、
ブラケット９６とロッド９５を経由して反作用構造ビーム９０に接続する。２基
のＥＤＵ３１は、ブラケット９３を経由して重力構造ビーム９１ａと９１ｂに接
続しており、ブラケット９４を経由して反作用構造ビーム９０に接続する。

【００４０】 応答周期を設定するために使用されるスプリング３０は、種々の材料と形態か
らなることができ、構造の変形と構造により展開される荷重を制御するために、
種々の可変な剛性特性を示すように配置することができる。スプリング３０は、
大型でヘビーデューティーなスプリングであることが好ましく、種々の形状から
なることができる。優れた結果は、ベレビレ・スプリング又はディスクスプリン
グとして知られる円錐形の鋼板の配置により得られており、それらはオハイオの
（４２５ Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｃｈａｒｄｏｎ， Ｏｈｉｏ ４４
０２４−０２０７）のソロン社（Ｓｏｌｏｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃ
ｏｍｐａｎｙ）又はその他の製作所から購入できる。満足できる結果を提供する
これとは別のスプリングは、ノーブレスビル（Ｆｉｒｅｓｔｏｎｅ， １７００
Ｆｉｒｅｓｔｏｎｅ Ｂｌｖｄ．， Ｎｏｂｌｅｓｖｉｌｌｅ， ＩＮ ４６
０６０）のマーシュメロー（ＭＡＲＳＨ ＭＥＬＬＯＷ）が製造している。前述
したように、多数のスプリングが、必要な「スプリング効果」を提供するように
使用されてもよい。スプリングの集合効果は、種々の線形及び非線形スプリング
を直列及び／又は並列で組み合わせる事により、更に特定のスプリングの係合を
遅らせるすき間と共に発揮できる。複数のスプリングの集合効果は、線形又は非
線形な弾性特性を有する単一のスプリングとして説明できる。

【００４１】 特定の配置内のその他の反作用構造又は壁、あるいは構造に接続するエネルギ
減少ユニット又はダンパー３１は、全体構造のダンピング特性を設定する。複数
のエネルギ減少装置として、これらに限るわけではないが、例えば流体ショック
吸収器、エネルギ吸収プラスティック、ゴム等、摩擦装置及び降伏する鋼製の装
置等を使用できる。これらの装置は、相対的な構造の変位又は速度によって受動
的に応答可能であるか又は、それらは能動的に制御できる。

【００４２】 従って、地震において、例えば剛な反作用構造４１は、地面と共に動き、一方
で重力構造４０は選択的なローラー６０上で揺れる及び／又は動く。スプリング
３０は、応答周期を制御しており、ＥＤＵ３１は、重力構造の動きを制限及びダ
ンピングして、応答においてエネルギを消費する。すき間Ｇは、反作用構造に関
して床の動きを許容する。一般的に、反作用構造及び重力構造の設計は、局地的
な建物コード及び建物仕様に基づいており、それは、すき間Ｇが非常に強い地震
において、５０．８〜７６．２ｍｍ（２〜３インチ）の動きを許容するように、
スプリング及びＥＤＵが形成される事を要求する。しかしもし極度に強い地震に
よりすき間Ｇを越える動きを引き起こした場合には、反作用構造４１は、更なる
動きを防止することにより、「予備」として作用する。２つの構造の直接の係合
は、複数のスプリングの強度、及び複数のエネルギ減少装置のエネルギ減少容量
を越える地震用反作用構造のエネルギ減少容量と強度の完全な利用を許容する。
従って、従来技術のシステムと比較した場合、本発明は、地震において、建物の
動き及び動揺を低減し、それにより損傷を低減する。

【００４３】 図１７は、これとは別の実施の形態を図示しており、そこでは粘性弾性（Ｖｉ
ｓｃｏ−ｅｌａｓｔｉｃ）ＥＤＵ１００が使用される。粘性弾性ＥＤＵ１００は
、反作用構造ビーム２２ｂに設置される。より小さいビーム１０１は、粘性弾性
ＥＤＵの上で床１０２の下に設置される。粘性弾性材料のレンズ１０３は、鋼板
１０４ａと１０４ｂの間に接着されており、アセンブリは、反作用及び重力構造
の間に設置される。粘性弾性レンズ材料は、構造の相対的な動きによるせん断で
歪められた場合に、スプリング効果及びダンピング効果を共に発揮する。スプリ
ング効果及びダンピング効果は、特定された材料のタイプ、レンズの表面積及び
厚みにより制御される。材料は、ＥＤＵを製造するために現在使用されており、
それは、ミネソタ（３Ｍ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ２２０−８Ｅ−
０４， Ｓｔ． Ｐａｕｌ， Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ， ５５１４４−１０００）
の３Ｍの工業用テープ及び特製品部門により製造されている。補足的なスプリン
グとエネルギ減少ユニットは、システムをより一層調整するために追加できる。
このスプリングとエネルギ減少装置のこの形態の利点は、その機構の単純性にあ
る。

【００４４】 図１８ａ、図１８ｂ及び図１８ｃは、スプリング３０とダンパー３１のこれと
は別の配置を図示する。ブラケット９７は、スプリング３０を重力構造ビーム９
１に接続しており、更にまたＥＤＵ３１を重力構造ビーム９１に接続する。ブラ
ケット９８は、ＥＤＵ３１を反作用構造ビーム９０に接続する。スプリング３０
はまた、反作用構造コラム２１ｂに接続する。 前述のように、柔軟な建物は、強い風において、「揺れ」又は動きに影響され
やすい傾向がある。その様な状況を考慮して、風ヒューズ４５が、図４に図示す
るように、調整されダンピングされる構造内に具備できる。これらの風ヒューズ
は、建物をより剛にするので、強い風においては、動揺は低減されるが、しかし
大規模地震により生じる様な極度に強い力においてせん断するピンをそれら内に
有しており、それにより、建物をより剛ではないか又はより「柔軟」にしており
、更にそれにより反作用構造と重力構造の間の相対的な動きが、エネルギ減少ユ
ニットに作用することを許容する。

【００４５】 図１９は、反作用構造と重力構造が、２６により図解的に表示するように、剛
に連接するこれとは別の実施の形態を図解的に図示する。典型的に、剛な接続部
２６は、ボルト止めの接続部である。その様な配置は、調整されダンピングされ
る構造として説明される。多層の建物の調整されダンピングされる構造１１０は
、個別のコラム２１とビーム２２から製造される。第１のレベルのコラムは、前
で述べたように、建物の基礎に堅固に又はフレキシブル接続部により一般的に接
続される。ブレース２３は、一般的に逆のＶ形状（しかし、Ｖ形状又はＸ形状で
配置可能である）で形成される。コラム、ビーム及びブレースは、低回転剛性又
はピン接続部２４により種々の場所で共に接続される。一般的に、ビーム２２は
、多層の建物の床又は層に対応する。種々のビーム上のブロック２５は、多層の
建物の各床で支持される質量を表示する。

【００４６】 図１９に図示される調整されダンピングされる構造の配置を利用する建物構造
は、図６に示されるように配置されており、各階のための４以上の調整されダン
ピングされる構造を一般的に有する。各４式の２つは、一般的に向き合う垂直平
面にあるが、お互いに必ずしも直接に向き合う必要はない。もちろん、追加的な
又はより少ない構造が、局部的な建物コードの要求及び建物の寸法及び形状によ
って使用できる。

【００４７】 調整されダンピングされる構造により、適切に構造をダンピングするために、
ダンパー力は、地面の階で一般的に最大であり、より高い階で次第に減少する。
スプリング力は、階の間で一般的に付加的であり、ダンパーと同様に、スプリン
グの最大力は、地面の階に位置する。

【００４８】 従って、本発明を利用することにより、地震荷重、構造の変形、及び構造的及
び非構造的な損傷の制御は、最初から建造された構造及び特定の既存の構造にお
いて実現できることが理解できる。本発明による方法は、複数のスプリングの選
定により重力荷重を支持する構造の求められる応答周期の設定を具備する。応答
周期は、種々の地震に対応して局地的な地面の揺れの特性を考慮して選択できる
。荷重支持構造の要望されるダンピング特性は、複数のエネルギ減少装置の選定
により設定され、地震荷重の反作用構造は、与えられた地震に曝される構造の解
析に基づいて設計できる。複数のスプリング及び複数のエネルギ減少装置への接
続を経由する構造システムの係合及び切り離しは、力で制御される切り離し可能
なリンク及び変位を制限する間隔の使用により制御しても良い。設計手順が、地
震と風の影響に耐えることにおいて非常に有効な構造を製作するために、本発明
を利用して実施されても良い。

【００４９】 本発明は、特定の例示された実施の形態を参照して説明されたにもかかわらず
、それが、記載される請求項の範囲にある全ての修正及び等価なものをカバーす
ることを意図していることが認識できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、１つの従来技術の地震エネルギ減少システムの図解的な図面である。

【図２】 図２は、第２の従来技術の地震エネルギ減少システムの図解的な図面である。

【図３】 図３は、第３の従来技術の地震エネルギ減少システムの図解的な図面である。

【図４】 図４は、本発明による調整されダンピングされる構造システムの図解的な図面
である。

【図５】 図５は、図４に図示される調整されダンピングされる構造システムの図解的な
図面であり、そこでは重力構造が、低摩擦パッドを経由して地面に接続する。

【図６】 図６は、本発明による調整されダンピングされる構造システムの反作用構造と
重力構造の配置を図示する鋼構造構造物のための床構造平面の図解的な平面図で
ある。

【図７】 図７は、ピン止め接続部を有する重力構造の第１のレベルコラムの側面図であ
る。

【図８ａ】 図８ａは、本発明による調整されダンピングされる構造システムの重力構造の
第１のレベルコラム内の接続部の拡大図である。

【図８ｂ】 図８ｂは、図８ａで図示する接続部の平面図である。

【図９】 図９は、図５で図示する重力構造の第１のレベルコラムの拡大図である。

【図１０】 図１０は、鋼構造の反作用構造の可能な配置を図示する側面図である。

【図１１ａ】 図１１ａは、平面から外への曲げによる内部応力を最少にするヒンジ付きの接
続部を図示する反作用構造のコラムの可能な接続部の拡大された前側面図である
。

【図１１ｂ】 図１１ｂは、図１１ａでを図示される接続部の拡大された側面図である。

【図１１ｃ】 図１１ｃは、平面から外への曲げによる内部応力を最少にするヒンジ付きの接
続部を図示する反作用構造のコラムの別の接続部の拡大された前側面図である。

【図１１ｄ】 図１１ｄは、図１１ｃでを図示される接続部の拡大された側面図である。

【図１２ａ】 図１２ａは、反作用構造の基礎及び対角のブレースの接合点の拡大された側面
図である。

【図１２ｂ】 図１２ｂは、図１２ａで図示される接合点の拡大された断面図である。

【図１３】 図１３は、本発明による調整されダンピングされる構造システムの反作用構造
と重力構造の間の接合点の拡大された側面図である。

【図１４】 図１４は、図１０において図１４−図１４の線で表示されおり、本発明による
調整されダンピングされる構造システムの反作用構造と重力構造を接続するダン
パーとスプリングの１つの可能な配置の平面図である。

【図１５ａ】 図１５ａは、図１４において図１５ａ−図１５ａの線で表示される反作用構造
へのダンパー接続部の断面図である。

【図１５ｂ】 図１５ｂは、図１４において図１５ｂ−図１５ｂの線で表示される重力構造へ
のダンパー接続部の断面図である。

【図１６ａ】 図１６ａは、図１４において図１６ａ−図１６ａの線で表示される重力構造へ
のスプリング接続部の断面図である。

【図１６ｂ】 図１６ｂは、図１４において図１６ｂ−図１６ｂの線で表示される反作用構造
へのスプリング接続部の断面図である。

【図１７】 図１７は、粘性弾性スプリング／ダンパーの組み合わせを利用する本発明によ
るこれとは別の形態の側面図である。

【図１８ａ】 図１８ａは、図１０において図１８ａ−図１８ａの線で表示されるダンパーと
スプリングの別の配置を図示する平面図である。

【図１８ｂ】 図１８ｂは、図１８ａにおいて図示されるダンパーとスプリングの配置を図示
する部分側面図である。

【図１８ｃ】 図１８ｃは、図１８ａにおいて図示されるダンパーとスプリングの配置を図示
する部分側面図である。

【図１９】 図１９は、本発明によるこれとは別の実施の形態の図解的な図面である。

【図２０】 図２０は、応答周期、ダンピング及び加速度の間の関係を図示するグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 マー，デビッド アメリカ合衆国，カリフォルニア 94704， バークレイ，エトナ ストリート 2510− １／２ Ｆターム(参考） 2D046 DA11 2D059 AA05 GG05 3J048 AA02 AB01 BA24 BC05 BD08 BE03 BE15 EA38

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部力をダンピングするために建物又は橋等の構造と共に使
   用するためのシステムにおいて、外部刺激により引き起こされる加速度及びドリ
   フト（動揺）を制限する該システムが、 ａ． １基の重力構造と、 ｂ． １基の反作用構造と、 ｃ． 重力構造と反作用構造を接続するための接続手段と、 を具備しており、 該接続手段が、応答周期を設定するためのスプリング手段と、構造内の力、加
   速度及びドリフトを制限し、エネルギを弱めるためのダンピング手段とを具備す
   る 内部力をダンピングするために建物又は橋等の構造と共に使用するためのシス
   テム。
2. 【請求項２】 システムが、少なくとも４基の反作用構造を具備しており、
   各反作用構造が、接続手段を経由して重力構造に接続しており、各反作用構造が
   構造の異なる垂直な平面内に含まれる請求項１に記載のシステム。
3. 【請求項３】 構造が、１以上の層として垂直に伸長する建物であって、ス
   プリング手段が、多数のエネルギ減少ユニットを具備するダンピング手段と多数
   のスプリングを具備しており、そこでは各層が、反作用構造を重力構造に接続す
   るための少なくとも１基のエネルギ減少ユニットと少なくとも１基のスプリング
   を具備する請求項２に記載のシステム。
4. 【請求項４】 重力構造が、多数のビームとコラムを具備しており、コラム
   の第１のレベルが、頂部と底部にピン接続部を具備する請求項１に記載のシステ
   ム。
5. 【請求項５】 反作用構造が、多数のビームとコラムを具備しており、コラ
   ムの第１のレベルが回転において柔軟な接続部を経由して地面に接続する請求項
   １に記載のシステム。
6. 【請求項６】 重力構造が、多数のビームとコラムを具備しており、コラム
   の第１のレベルが基礎絶縁ローラーに接続する請求項１に記載のシステム。
7. 【請求項７】 基礎絶縁ローラーが低摩擦パッドである請求項６に記載のシ
   ステム。
8. 【請求項８】 重力構造と反作用構造の間に風ヒューズを更に具備する請求
   項１に記載のシステム。
9. 【請求項９】 反作用構造が、補強されたコンクリート、補強された煉瓦工
   事、鋼及び木から構成されるグループの、少なくとも１つを具備する壁を具備す
   る請求項１に記載のシステム。
10. 【請求項１０】 反作用構造が、石及び土から構成されるグループの、少な
    くとも１つの補強壁（ｂｕｔｔｒｅｓｓ）を具備する請求項１に記載のシステム
    。
11. 【請求項１１】 少なくとも１基の反作用構造が、少なくとも１基の調整さ
    れダンピングされる構造を形成するために、重力構造の部分に堅固に連接する請
    求項１に記載のシステム。
12. 【請求項１２】 少なくとも１基の調整されダンピングされる構造が、 ａ． ２つのコラムと２つのビームの間に設置されていて先端を形成していて
    一対の対角に伸長するブレースと、 ｂ． 堅固に連接する重力及び反作用構造に該対のブレースを接続する少なく
    とも１基のスプリングと、 ｃ． 堅固に連接する重力及び反作用構造の２つの近接する層にブレースを経
    由して接続する少なくとも１基のダンピング装置と、 を具備する請求項１１に記載のシステム。
13. 【請求項１３】 システムが、少なくとも４基の調整されダンピングされる
    構造を具備しており、各調整されダンピングされる構造が、構造により形成され
    る異なる垂直な平面内に含まれる請求項１２に記載のシステム。
14. 【請求項１４】 構造が多層の建物であり、各層が少なくとも４基の調整さ
    れダンピングされる構造を有しており、各層の各調整されダンピングされる構造
    が、建物により形成される異なる垂直な平面内に含まれる請求項１２に記載のシ
    ステム。
15. 【請求項１５】 反作用構造が、多数のビームとコラムを具備しており、コ
    ラムの第１のレベルが回転において柔軟な接続部を経由して地面に接続する請求
    項１２に記載のシステム。
16. 【請求項１６】 外力により引き起こされる内部力をダンピングするために
    建物又は橋等の多層の構造と共に使用するためのシステムにおいて、該システム
    が、 ａ． 多数のビーム及びコラムを具備する１基の重力構造と、 ｂ． 多数のビーム及びコラムを具備する少なくとも４基の反作用構造と、 ｃ． 反作用構造の各部分の各層を、少なくとも１基のスプリングにより、重
    力構造に接続する複数のスプリングと、 ｄ． 各反作用構造の各層を、少なくとも１基のエネルギ減少ユニットにより
    、重力構造に接続する複数のエネルギ減少ユニットと、 を具備する 外力により引き起こされる内部力をダンピングするために建物又は橋等の多層
    の構造と共に使用するためのシステム。
17. 【請求項１７】 重力構造のコラムの第１のレベルが、頂部と底部にピン接
    続部を具備する請求項１６に記載のシステム。
18. 【請求項１８】 反作用構造のコラムの第１のレベルが、回転において柔軟
    な接続部を経由して地面に接続する請求項１６に記載のシステム。
19. 【請求項１９】 重力構造のコラムの第１のレベルが基礎絶縁ローラーに接
    続する請求項１６に記載のシステム。
20. 【請求項２０】 重力構造と反作用構造の間に風ヒューズを更に具備する請
    求項１６に記載のシステム。
21. 【請求項２１】 外力により引き起こされる建物又は橋等の構造内の内部力
    をダンピングする方法において、構造が重力構造及び少なくとも１基の反作用構
    造を具備しており、該方法が、 構造の反作用構造と構造の重力構造の間の接続スプリングと、 構造の反作用構造と構造の重力構造の間の接続エネルギ減少ユニットと、 を具備する外力により引き起こされる建物又は橋等の構造内の内部力をダンピ
    ングする方法。
22. 【請求項２２】 要求される構造の外力に対する応答周期を選定することと
    、 要求される応答周期に基づくスプリングを形成することと、 外力により引き起こされる構造内の必要なレベルのダンピングを選定すること
    と、 要求されるレベルのダンピングに基づくエネルギ減少ユニットを形成すること
    と、 を更に具備する請求項２１に記載の方法。