JP2002013310A - 制震構造物用可変減衰装置および制震構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造を維持しながら、加速度と変位の
両者の応答低減を可能とする制震構造物用可変減衰装置
を提供する。 【解決手段】 可変減衰装置１は、シリンダ２と、ピス
トン３と、ピストン３の両側に設けられた油圧室４を有
する。この両油圧室４をつなぐ形で２つの流路５ａ，５
ｂを並列に設ける。一方の流路５ａには、全開と全閉の
切替えが可能な開閉制御弁６ａを設ける。他方の流路５
ｂには、開閉制御弁６ｂとともに、オリフィス８を直列
に設ける。両開閉制御弁６ａ，６ｂを閉とすることで、
最大の減衰係数Ｃ_max を実現し、開閉制御弁６ａを閉に
したまま開閉制御弁６ｂを開とすることによりオリフィ
ス８で規定される中間の減衰係数Ｃ_mid を実現し、開閉
制御弁６ａを開とすることにより最小の減衰係数Ｃ_min
を実現する。このような可変減衰装置をブレース１３を
介して構造物の柱梁架構内に組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、地震や風等の振
動外力による建物の揺れを低減するための制震構造物用
可変減衰装置およびその可変減衰装置を組み込んだ制震
構造物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物の揺れを低減するための油圧ダンパ
形式の制震装置として、開閉制御弁の開度を全開、全閉
の２段階に制御可能とした可変減衰装置等がある（例え
ば、特許２９５９５５４号掲載公報参照）。

【０００３】このような可変減衰装置の基本構造は、図
４に示すように、シリンダ２とシリンダ２内で往復動す
るピストン３、ピストン３の両側に設けられた油圧室
４、両油圧室４をつなぐ流路５に設けた開閉制御弁６な
どからなり、制御コントローラからの電流供給により開
閉制御弁６を全閉と全開の２段階に開閉動作させること
により、減衰係数を最大値Ｃ_max と最小値Ｃ_min の２段
階に切り替えることができる。

【０００４】このような可変減衰装置１０は、例えば建
物層間にブレース１３などの構造要素を介して取り付け
られるため、ブレース１３を含めた装置部の力学特性
は、図５に示すようなバネとダッシュポットが直列結合
したマクスウェル型のモデルで表される。

【０００５】上記特許２９５９５５４号掲載公報の発明
では、装置の減衰係数、すなわち弁開度を振動の振幅最
大点で切り替えることにより、図６に示すような大きな
エネルギー吸収を行い、構造物の振動を低減することが
できる。

【０００６】また、弁開度が全閉または全開という両端
の２段階のみをとればよいことから、弁開度を連続的に
可変制御できる装置（例えば、特公平７−４５７８１号
公報参照）と比べて、装置の構造を簡単にすることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような２段階切替え型の可変減衰装置を用いて、図６
のような制御を行うと、減衰係数をＣ_max からＣ_min に
切り替える変位最大点で、装置に発生していた荷重を急
激に除荷してしまうため、瞬間的に大きな加速度が発生
してしまうことがある。

【０００８】建物応答変位を大きく低減して耐震安全性
を向上させるという意味では、上記の制御でも十分であ
るが、小さな地震や台風などによる風応答時には、発生
加速度により居住性が損なわれる可能性がある。

【０００９】本願発明は、上述のような課題の解決を図
ったものであり、簡単な構造を維持しながら、加速度と
変位の両者の応答低減を可能とする制震構造物用可変減
衰装置および制震構造物を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る制
震構造物用可変減衰装置は、シリンダと、前記シリンダ
内で往復動するピストンと、前記ピストンの両側に設け
られた油圧室と、前記両油圧室をつなぐ流路に設けられ
た開閉制御弁とを備える制震用可変減衰装置において、
前記両油圧室をつなぐ流路を並列に複数設け、前記複数
の流路に設けられた開閉制御弁の開閉を制御すること
で、装置の減衰係数を３段階以上の多段階に切り替えら
れるようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】この可変減衰装置は、従来の可変減衰装置
と同様、例えばシリンダを柱梁架構の梁に固定し、ピス
トンをブレースあるいは耐震壁などの耐震要素に連結す
ることで、柱梁架構内に組み込まれる（シリンダとピス
トンを逆に取り付けたり、装置を耐震要素内に組み込む
こともできる）。

【００１２】各流路の開閉制御弁は、基本的には全開と
全閉、あるいは特定の減衰係数を与えるある絞りを有す
る２種類の開度（開と閉）の間での制御ができるもので
あればよい。その場合、全ての開閉制御弁を閉とするこ
とで、減衰係数が最大の減衰係数Ｃ_max をとることにな
る。

【００１３】本願発明の主たる対象となる減衰係数を３
段階に切り替え可能な可変減衰装置の場合についてみる
と、両油圧室をつなぐ２つの流路を並列に設け、両流路
に開閉制御弁を設け、一方の流路にさらにオリフィスな
どの絞りを設けるか、あるいは上述のように開閉制御弁
自体の開度を異ならせることで、何れか一方を閉じた場
合について２種類の減衰係数Ｃ_mid ，Ｃ_min が得られ
る。

【００１４】従って、２つの流路の併せて２つの開閉制
御弁を制御することで、最大の減衰係数Ｃ_max 、中間の
減衰係数Ｃ_mid 、最小の減衰係数Ｃ_min （通常、開度の
大きい開閉制御弁が開いている場合は、他方の開閉制御
弁の開閉状態に関わらず、実質的に、最小の減衰係数Ｃ
_min となる）の３段階の減衰係数の間で制御することが
可能となる。

【００１５】また、原理的には、４段階以上の切り替え
も、並列な流路の数を増やすことで、同様に考えること
ができる。

【００１６】請求項２は、請求項１に係る制震構造物用
可変減衰装置において、前記複数の流路の少なくとも１
つに、該流路の開閉制御弁と直列にオリフィスが設けら
れていることを限定したものである。

【００１７】請求項１に係る発明の説明で述べたことと
関連するが、開閉制御弁と直列にオリフィスを設けるこ
とで、その流路固有の減衰係数Ｃ_mid を定めることがで
きる（中間の減衰係数Ｃ_mid は、４段階以上の切替えの
場合は、異なる複数の減衰係数Ｃ_mid1, Ｃ_mid2, ……と
なる）。

【００１８】請求項３は、請求項１または２に係る制震
構造物用可変減衰装置において、前記オリフィスと直列
に設けられている開閉制御弁が断電時に開状態となるよ
うにしてあることを限定したものである。

【００１９】停電などによる断電時あるいは誤作動回避
のために装置を停止させた場合等に、並列に設けられた
２つの流路のうち、オリフィスのない流路について開閉
制御弁が閉、オリフィスのある流路について開閉制御弁
が開となるようにすれば、オリフィスによる絞りに応じ
た減衰係数（中間の減衰係数Ｃ_mid ）を与える受動型の
油圧ダンパとして機能させることができる。流路が３つ
以上の場合も同様に考えることができる。

【００２０】本願の請求項４に係る制震構造物は、請求
項１、２または３記載の制震構造物用可変減衰装置を構
造物の柱梁架構内に耐震要素を介して組み込んだことを
特徴とするものである。

【００２１】可変減衰装置の制御方法としては、装置と
別に柱梁架構側にセンサーを設けて地震等による構造物
の応答をもとに制御することもできるが、上述した特許
２９５９５５４号掲載公報記載の発明のように、装置部
のみの情報で、複数配置した可変減衰装置を個別に制御
するようにすれば、装置外部にセンサーや制御コンピュ
ータ、配線等を必要としないシステムとすることもでき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明の可変減衰装置
の一実施形態における基本構造（図１(a) ）とその設置
形態（図１(b) ）の一例を示したものである。この可変
減衰装置は、装置の減衰係数を最大値Ｃ_max と最小値Ｃ
_min 、およびその中間Ｃ_mid の３段階に切り替えられる
ようにしたものであり、これにより後述するように変位
応答低減効果を維持しながら、加速度応答を大幅に低減
することができる。

【００２３】図１(a) に示される可変減衰装置１の具体
的な構成としては、シリンダ２と、シリンダ２内で往復
動するピストン３と、このピストン３の両側に設けられ
た油圧室４を有し、この両油圧室をつなぐ形で２つの流
路５ａ，５ｂが並列に設けられている。

【００２４】回路Ａを構成する図中上側の流路５ａに
は、全開と全閉の切替えが可能な開閉制御弁６ａ（電磁
切替弁等）が設けられている。一方、回路Ｂを構成する
下側の流路５ｂには、同様に全開と全閉の切替えが可能
な開閉制御弁６ｂが設けられ、さらにこの開閉制御弁６
ｂ（電磁切替弁等）と直列にオリフィス８が設けられて
いる。

【００２５】回路Ａ，Ｂとも閉とすることで、最大の減
衰係数Ｃ_max が実現され、回路Ａを閉にしたまま回路Ｂ
を開とすることによりオリフィス８で規定される中間の
減衰係数Ｃ_mid が実現され、回路Ｂの状態に関わらず回
路Ａを開とすることにより最小の減衰係数Ｃ_min が実現
される。

【００２６】回路Ｂのオリフィス８のオリフィス特性
は、目標とする除荷の速さにより決定されるが、この値
は単純に装置をパッシブダンパとして設定するときの減
衰特性に近い形で設定することができる。

【００２７】その場合、回路Ａは断電時を閉、電力供給
時を開となるように設定し、回路Ｂは断電時を開、電力
供給時を閉となるように設定しておけば、停電時には回
路Ｂのみ有効となり、減衰係数Ｃ_mid のパッシブダンパ
として機能させることができる。

【００２８】すなわち、３段階切替え可変減衰装置は、
そのまま断電時フェールセーフ機能付きダンパとしても
機能させることができる。なお、パッシブダンパとして
機能させるためには、適切な減衰特性を発揮することが
必要であり、図１(a) ではこれを固定のオリフィス８に
より実現しているが、オリフィスの代わりに調圧弁等を
用いることも可能である。

【００２９】図２は、図１の可変減衰装置を用いた制御
例について、可変減衰装置の荷重Ｆと層間変形ｘの関係
を一定振幅δの場合について示したものである。

【００３０】具体的には、応答変位がから振幅最大点
に至る前ので、減衰係数をＣ_{ma x} からＣ_mid に切り
替える。これにより、装置部に発生していた力はゆっく
りと抜けて行くので、急激な除荷による衝撃加速度は生
じない。

【００３１】Ｃ_mid が完璧に調整されていれば、ちょう
ど振幅最大点で荷重０になるが、実際のランダムな地
震応答実施形態には必ずしもそうならないため、Ｃ_mid
はやや大きめの値に設定しておき、振幅最大点で減衰
係数をＣ_mid からＣ_min に切り替える。これより、残っ
ていた荷重が完全に吸収され、エネルギー吸収効率を高
く維持することができる。

【００３２】図３は、本願発明の可変減衰装置１を組み
込んだ制震構造物の概要を示したものであり、上述のよ
うに構成される可変減衰装置をブレース１３を介して柱
梁架構内に組み込むことで、建物に制震機能を与え、か
つ荷重の急激な除荷による瞬間的な大きな加速度の発生
を防止し、小地震や風などによる振動についても快適な
居住性を維持することができる。

【００３３】

【発明の効果】本願発明の可変減衰装置は、開閉制御弁
の開度の切り換えを２段階で行う簡単な構造を維持しつ
つ、並列する複数の流路を利用して減衰係数を３段階ま
たは多段階に制御できるようにしたものであり、制震構
造物に適用した場合において、減衰係数の切替えの際に
瞬間的に発生する大きな加速度を回避することができ
る。

【００３４】すなわち、簡単な構造を維持しながら、加
速度と変位の両者の応答低減を可能とするものであり、
それによって制震時における快適な居住性を維持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の一実施形態を示したもので、(a)
は可変減衰装置の基本構造を示す概要図、(b) はその設
置形態の一例を示す説明図である。

【図２】 本願発明に係る可変減衰装置による制御例で
の可変減衰装置の荷重Ｆと層間変形ｘの関係を一定振幅
の場合について示したグラフである。

【図３】 本願の請求項４に係る制震構造物を示す概要
図である。

【図４】 従来例を示したもので、(a) は従来の２段切
替えの可変減衰装置の基本構造を示す概要図、(b) はそ
の設置形態の一例を示す説明図である。

【図５】 図４(b) に対応する力学モデルの図である。

【図６】 従来の２段切替えの可変減衰装置による制御
例での可変減衰装置の荷重Ｆと層間変形ｘの関係を一定
振幅の場合について示したグラフである。

【符号の説明】

１…可変減衰装置、２…シリンダ、３…ピストン、４…
油圧室、５，５ａ，５ｂ…流路、６，６ａ，６ｂ…開閉
制御弁、７…制御回路、８…オリフィス、１０…従来の
可変減衰装置、１１…柱、１２…梁、１３…ブレース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、前記シリンダ内で往復動す
   るピストンと、前記ピストンの両側に設けられた油圧室
   と、前記両油圧室をつなぐ流路に設けられた開閉制御弁
   とを備える制震用可変減衰装置において、前記両油圧室
   をつなぐ流路を並列に複数設け、前記複数の流路に設け
   られた開閉制御弁の開閉を制御することで、装置の減衰
   係数を３段階以上の多段階に切り替えられるようにした
   ことを特徴とする制震構造物用可変減衰装置。
2. 【請求項２】 前記複数の流路の少なくとも１つには、
   該流路の開閉制御弁と直列にオリフィスが設けられてい
   る請求項１記載の制震構造物用可変減衰装置。
3. 【請求項３】 前記オリフィスと直列に設けられている
   開閉制御弁が断電時に開状態となるようにした請求項１
   または２記載の制震構造物用可変減衰装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の制震構造物
   用可変減衰装置を構造物の柱梁架構内に耐震要素を介し
   て組み込んだことを特徴とする制震構造物。