JP2006144476A - Base-isolating device and building structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、建築構造物における免震装置と、それを適用した建築構造物に関するものである。 The present invention relates to a seismic isolation device in a building structure and a building structure to which the seismic isolation device is applied, for example.
従来、建築構造物が地震等の揺れに対する対策として、その構造物の剛性を高めることが一般に行われていたが、やがて、振動そのものに対して対応する受動型制振、若しくは、能動型制振、これらを組み合わせたハイブリッド型制振等の制振装置が使用されるようになる。これに対して、振動そのものを建築構造物に伝達されないように地盤と建築構造物とを絶縁する免震装置が提案されている。 Conventionally, it has been common practice to increase the rigidity of a building structure as a countermeasure against shaking such as an earthquake, but eventually, passive vibration control or active vibration control corresponding to the vibration itself will occur. Therefore, a vibration damping device such as a hybrid type vibration damping device that combines these is used. On the other hand, seismic isolation devices that insulate the ground from the building structure so that the vibration itself is not transmitted to the building structure have been proposed.
前記免震装置20は、図9に示すように、薄い鋼板とゴムシートを幾層にも積層した復元材21と、減衰材22とでなり、これにより地震等の揺れを受け流すものである。この免震装置においては、通常時に風等の影響により長期的な揺れが生じて構造物内部の人に違和感を与える場合があるので、風等の影響を受けないように、ダンパ等の減衰(制振)材22を設けている。
As shown in FIG. 9, the
このように、免震装置又は制振装置若しくはこれらの組み合わせたものが知られるようになったが、これらの装置において、振動に対する高い応答加速度抑制効果を発揮させて中層構造物から高層構造物にまで対応できるように、例えば、地面と構造物の間に免震装置を配設し、制御装置により開閉弁でオン・オフ制御される制振ダンパー等の制振装置を構造物の各階に配設したもの、または、高層構造物における下層部の複数層の水平剛性を低剛性にして免震構造に近い構造体にするとともに減衰装置を当該低層階の各階に配設したものが知られている(特許文献1乃至2参照)。
しかし、上記の免震装置では、ダンパ等の減衰装置に要求される負荷が大きく、コストが嵩むという課題がある。また、制振ダンパーをコンピュータによるオン・オフ制御によって応答加速を抑制するには、制御システムの全体構成が複雑となり、免震装置として単独での使用が困難で、建物の振動特性を考慮して設計する必要があり、設計の自由度が少ない。 However, the above-described seismic isolation device has a problem that the load required for the damping device such as a damper is large and the cost increases. Also, in order to suppress response acceleration by controlling the damping damper with a computer, the overall configuration of the control system becomes complicated, making it difficult to use alone as a seismic isolation device, and considering the vibration characteristics of the building. It is necessary to design and there is little freedom of design.
更に、建築構造物の下層部を、その剛性を意図的に弱くし、免震構造に近い構造にして減衰装置を配設するのは、構造物自体の設計にも水平剛性を弱くするための特殊構造が必要となり、種々の設計上の制約が多く建築部材のコストも嵩むことになる。また、構造物と別に独立して免震装置としての設計ができないので、設計上の自由度が少ない。
本発明に係る免震装置と建築構造物とは、このような課題を解決するために提案されたものである。
Furthermore, the lower part of the building structure is intentionally weakened in its rigidity, and the damping device is arranged in a structure close to a seismic isolation structure in order to reduce the horizontal rigidity in the design of the structure itself. A special structure is required, and there are many design restrictions and the cost of building members increases. Moreover, since the design as a seismic isolation device cannot be performed independently of the structure, the degree of freedom in design is small.
The seismic isolation device and the building structure according to the present invention have been proposed in order to solve such problems.
本発明に係る免震装置の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、略水平に配設される連結部材と、該連結部材を挟んでその上層に連結して配設される復元材及び減衰材と、前記連結部材の下層に連結して配設される復元材及び減衰材とからなることである。
また、
前記上層の復元材及び減衰材の上面に上連結部材を設け、下層の復元材及び減衰材の下面に下連結部材を設けて、交換可能なユニットに形成されていること、;
前記上層の減衰材と下層の減衰材とは、それぞれが制御装置に接続されていて、若しくは、いずれか一方の減衰材が制御装置に接続されていて、上下連結部材の振動情報がフィードバックされる前記制御装置によって前記減衰材の減衰係数値が制御されること、;
を含むものである。
The gist for solving the above-mentioned problems of the seismic isolation device according to the present invention is to achieve a connection member disposed substantially horizontally and connected to the upper layer with the connection member interposed therebetween. It consists of a restoring material and a damping material, and a restoring material and a damping material that are connected to the lower layer of the connecting member.
Also,
An upper connecting member is provided on the upper surface of the upper restoring material and the damping material, and a lower connecting member is provided on the lower surface of the lower restoring material and the damping material, thereby forming a replaceable unit;
The upper damping material and the lower damping material are each connected to a control device, or one of the damping materials is connected to the control device, and vibration information of the upper and lower connecting members is fed back. A damping coefficient value of the damping material is controlled by the control device;
Is included.
本発明に係る建築構造物の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、前記本発明の免震装置を、建築構造物の基礎部と地盤との間に配設したこと、又は、建築構造物の基礎部と地盤との間と、一又は二以上の途中階層とに配設したことである。
更に、前記建築構造物の途中階層に免震装置を配設する際に、該建築構造物の地震応答における振動モードの節となる位置に配設したことを含むものである。
The gist for solving the above-mentioned problems of the building structure according to the present invention and achieving the object is that the seismic isolation device of the present invention is disposed between the foundation of the building structure and the ground, or It is that it was arrange | positioned between the foundation part of the building structure and the ground, and one or two or more intermediate layers.
Furthermore, when the seismic isolation device is disposed in the middle layer of the building structure, the seismic isolation device is disposed at a position that becomes a node of the vibration mode in the earthquake response of the building structure.
本発明の免震装置とそれを適用した建築構造物とによれば、前記連結部材の上下に設けられた復元部材と減衰材とに分割して当該免震装置を多層化することで、従来の免震装置よりも剛性を低くすることが容易であり、その役割が分担されることになる。即ち、大きな地震等による振動に対しては、下層の復元材と減衰材とが効き、風等の微笑な揺れに対しては、上層の減衰材が効くようになる。よって、上下層の減衰材を調整する自由度が増し、前記減衰部材の負荷を軽減させたり、高周波数成分の応答を任意に低減させたりすることが容易となる。
前記免震装置をユニット化することで、運搬や施工作業、及び、交換作業等が容易となると共に、設計において建築構造物側の制振設計と免震装置側の免震設計とを連関させる必要が無く、自由度が増大するものである。
更に、上下連結部材の振動情報、例えば、加速度等がフィードバックされる前記制御装置によって前記減衰材の減衰係数値が制御されるようにすることで、地震や風等の外部入力に対して、より適切な減衰能力に変更することが可能となり、免震性能が向上する。
建築構造物の中間層にも前記免震装置を配設することで、構造物の上部と下部との振動の絶縁が可能となって、制振に大きな効果を奏する。また、前記建築構造物の、主として地震応答における振動モードの節となる位置に配設すれば、地震等の揺れが大幅に減衰されて、振動の絶縁が確実なものとなる。
According to the seismic isolation device of the present invention and the building structure to which the seismic isolation device is applied, by dividing the seismic isolation device into multiple layers by dividing the restoration member and the damping material provided above and below the connecting member, It is easy to make the rigidity lower than that of the seismic isolation device, and its role is shared. That is, the lower-layer restoring material and the damping material are effective for vibration caused by a large earthquake and the like, and the upper-layer damping material is effective for a smile such as a wind. Accordingly, the degree of freedom for adjusting the upper and lower layers of the damping material is increased, and it becomes easy to reduce the load on the damping member and arbitrarily reduce the response of the high frequency component.
Unitizing the seismic isolation device facilitates transportation, construction work, replacement work, etc., and links the vibration control design on the building structure side with the seismic isolation design side on the seismic isolation device side in the design. There is no need, and the degree of freedom increases.
Furthermore, by controlling the damping coefficient value of the damping material by the control device that feeds back vibration information of the upper and lower connecting members, for example, acceleration and the like, it is more effective against external inputs such as earthquakes and winds. It becomes possible to change to an appropriate damping capacity, improving seismic isolation performance.
By disposing the seismic isolation device also in the intermediate layer of the building structure, it becomes possible to insulate vibrations between the upper part and the lower part of the structure, which has a great effect on damping. Further, if the building structure is disposed at a position that is mainly a node of a vibration mode in an earthquake response, a vibration such as an earthquake is greatly attenuated, and the insulation of the vibration is ensured.
本発明に係る免震装置1は、図1に示すように、略水平に配設される連結部材2と、該連結部材2を上下に挟んでその上層に連結して配設される復元材3及び減衰材4と、前記連結部材2の下層に連結して配設される復元材5及び減衰材6とからなる。この免震装置1は、建築構造物7と地盤8との間に設けられる。
As shown in FIG. 1, a
前記連結部材2は、上下の復元材3,5と減衰材4,6とをそれぞれ連結するものであり、例えば、鋼製の平板体である。その質量は、建築構造物の上階の質量と同じか小さくして、適宜調整される。
The connecting
前記復元材3と復元材5とは、薄い鋼板とゴムシートを積層したもので形成され、その剛性は、両者とも同じである。
The
前記減衰材4と減衰材6とは、パッシブ型の減衰装置として、例えば、オイルダンパ、弾塑性部材、磁気粘性流体(Magnetorheological fluid)ダンパ、等である。この減衰材の減衰係数の設定に関しては、上層の減衰材4の減衰係数を、下層の減衰材6の減衰係数よりも小さくする。また、下層の減衰材6の減衰係数を、従来例の減衰材22の減衰係数(βとする)に対して、小さくしたり大きくしたり、適宜に設計目的に応じて設定する、若しくは制御装置で可変させるものである。
The damping
このような免震装置1を、建築構造物7と地盤8との間に設けた場合には、図2に示すような、地震が入力された場合に絶対座標系で示す水平方向の変形モードとなる。前記上層の減衰材4の減衰係数を、下層の減衰材6の減衰係数寄りも小さくすることで、風等の影響による揺れを十分に抑制することができるものである。
When such a
また、図3に示すように、他の実施例として、前記上層の減衰材4と下層の減衰材6とは、それぞれが制御装置(図では制御器)9に接続されていて、連結部材2の加速度が振動情報としてフィードバックされる前記制御装置9によって前記減衰材4,6の減衰係数値が制御されるようにする。
As shown in FIG. 3, as another embodiment, the upper
このセミアクティブダンパである前記減衰材4,6によって、減衰係数を大にしたり小にしたり制御することで、地震波や風等の外力に対して最も有効に制振するように、設定できるものである。例えば、風等の影響を抑えるには、前記上層の減衰材4の減衰係数を「大」にしたり、地震時には、「小」にしたり、下層の減衰材6の減衰係数を、構造物周囲の擁壁との間隙が十分ある場合には「小」にして加速度を抑え、逆に擁壁との間隙が少ない場合には、「大」にして、変位を抑えて、上層の減衰材4で加速度を抑えるようにその減衰係数を「小」にしたりするものである。
The damping
なお、場合によっては、上記減衰材4,6のうち、いずれか一方の減衰材が制御装置9に接続されて、制御できるようにしても良い。この場合には、例えば、上層の減衰材4をセミアクティブにして、風の影響があるときには、減衰係数を「大」にし、大地震等においては、減衰係数を「小」にして、入力を減衰させるものである。このように、前記減衰材4,6を、従来の免震装置の減衰材22の減衰係数よりも小さくしてそのコストを軽減させることができる。なお、下層の減衰材6の減衰係数を前記減衰材22の減衰係数よりも大きくすることがあってコストが嵩むことがあるが、それにより擁壁との間隙が狭い等の建築構造物周囲の厳しい環境に応じた設計が可能となるものである。
In some cases, one of the
更に、他の実施例として、図4に示すように、前記免震装置1を建築構造物の基礎部と地盤との間と、一又は二以上の途中階層とに配設するものである。そして、前記免震装置1を中間層に設ける場合には、前記建築構造物7の地震応答における振動モードの節10となる位置に配設する。
Furthermore, as another embodiment, as shown in FIG. 4, the
これにより、例えば、高層建築構造物7である場合に、前記免震装置1が節となる中間層に配設されることで、上層と下層との振動の絶縁が確実になされて、大きな制振効果が発揮されるものである。図5に免震装置1を中間層に配設した場合の水平変形モードの概略イメージを示す。なお、このようにして、途中階に免震装置1を配設することで、高層建築構造物7の任意の階層位置に節を設けることもできるのである。
As a result, for example, in the case of a high-
他の実施例として、図6に示すように、上層の復元材3及び減衰材4の上面に上連結蓋部材11を設け、下層の復元材5及び減衰材6の下面に下連結蓋部材12を設けて、交換可能なユニットに形成された免震装置1aとするものである。このユニット型の免震装置1aの平面形状は、矩形状でも円形状でも良い。前記上・下連結蓋部材11,12は、例えば、鋼製である。
As another embodiment, as shown in FIG. 6, an upper connection lid member 11 is provided on the upper surfaces of the
このようなユニット型の免震装置1aであれば、免震適用対象の建築構造物7に対して、地震の入力に対してどの程度に制振させるかにおいて必要な個数を算出するなど、自由な設計が可能であり、予め地震の規模に対応した標準型の免震装置1aを複数種類用意しておくことで、建築設計に迅速な対応が可能となる。また、ユニット化することで、免震装置の輸送・運搬にも便宜となり、現場での免震装置の設置作業も効率的となる。
With such a unit-type seismic isolation device 1a, it is possible to freely calculate the number of units required to control the seismic isolation
本発明に係る免震装置1と従来の免震装置との比較した実施例における結果を示す。図7は、本発明の免震装置1を適用した建築構造物7を、モデル化したものである。
図中において、
符号Cg0は、下層の減衰材6の減衰係数、
符号Cg1は、上層の減衰材4の減衰係数、
符号Kg0は、下層の復元材5の剛性係数、
符号Kg1は上層の復元材3の剛性係数、
符号mgは、連結部材2の質量、
符号m1…m12は、各階の質量、
をそれぞれ示すものである。
The result in the Example compared with the
In the figure,
The symbol Cg0 is a damping coefficient of the lower damping
Reference sign Cg1 is an attenuation coefficient of the upper damping
The symbol Kg0 is the stiffness coefficient of the
The symbol Kg1 is the stiffness coefficient of the restoring
The symbol mg is the mass of the connecting
The symbols m1 to m12 are the masses of each floor,
Respectively.
この実験モデルに、例えば、阪神・淡路大震災の神戸の地震を入力した場合の屋根の加速度を従来例と比較した結果が、図8に示す特性曲線である。図9に示す従来例における免震装置20の、復元材21の剛性係数Kgと同じにして、その減衰材22の減衰係数をβとして、
図9(A)では、Cg0=β×1.4,Cg1=β×0.4,Kg1=Kg0=Kg(従来例),mg=m1/6とした例であり、
同図(B)では、Cg0=β×1.6,Cg1=β×0.4,Kg1=Kg0=Kg(従来例),mg=m1/6とした例であり、
同図(C)では、Cg0=β×2.0,Cg1=β×0.4,Kg1=Kg0=Kg(従来例),mg=m1/6とした例である。従来例の免震装置20(図中の破線)と比較して、本発明の免震装置1(実線)の加速度が顕著に抑制されているのが判る。
For example, the result of comparing the acceleration of the roof with the conventional example when a Kobe earthquake of the Great Hanshin-Awaji Earthquake was input to this experimental model is the characteristic curve shown in FIG. In the conventional
9A shows an example in which Cg0 = β × 1.4, Cg1 = β × 0.4, Kg1 = Kg0 = Kg (conventional example), and mg = m1 / 6.
FIG. 5B shows an example in which Cg0 = β × 1.6, Cg1 = β × 0.4, Kg1 = Kg0 = Kg (conventional example), and mg = m1 / 6.
FIG. 6C shows an example in which Cg0 = β × 2.0, Cg1 = β × 0.4, Kg1 = Kg0 = Kg (conventional example), and mg = m1 / 6. It can be seen that the acceleration of the seismic isolation device 1 (solid line) of the present invention is significantly suppressed as compared with the conventional seismic isolation device 20 (broken line in the figure).
1,1a 免震装置、
2 連結部材、
3 上層の復元材、
4 上層の減衰材、
5 下層の復元材、
6 下層の減衰材、
7 建築構造物、
8 地盤、
9 制御装置(制御器)
10 節。
11 上連結蓋部材、
12 下連結蓋部材、
20 従来の免震装置、
21 復元材、
22 減衰材。
1,1a Seismic isolation device,
2 connecting members,
3 Upper layer restoration material,
4 Upper damping material,
5 Underlying restoration material,
6 Lower damping material,
7 Building structures,
8 Ground,
9 Control device (controller)
Tenth verse.
11 Upper connecting lid member,
12 Lower connecting lid member,
20 Conventional seismic isolation device,
21 Restoration material,
22 Damping material.
Claims (5)
を特徴とする免震装置。 A connecting member disposed substantially horizontally; a restoring material and a damping material disposed by being connected to an upper layer of the connecting member; a restoring material disposed to be connected to a lower layer of the connecting member; Consisting of damping material,
A seismic isolation device.
を特徴とする請求項1に記載の免震装置。 An upper connecting member is provided on the upper surface of the upper layer restoring material and the damping material, and a lower connecting member is provided on the lower surface of the lower layer restoring material and the damping material, and is formed in a replaceable unit.
The seismic isolation device according to claim 1.
を特徴とする請求項1または2に記載の免震装置。 The upper damping material and the lower damping material are connected to the control device, respectively, or one of the damping materials is connected to the control device, and the vibration information of the connecting member is fed back. A damping coefficient value of the damping material is controlled by a device;
The seismic isolation device according to claim 1 or 2.
を特徴とする建築構造物。 The seismic isolation device according to any one of claims 1 to 3 is disposed between the foundation portion of the building structure and the ground, or between the foundation portion and the ground of the building structure, or one or two. Arranged in the middle of the above,
A building structure characterized by
を特徴とする請求項4に記載の建築構造物。 When the seismic isolation device is arranged in the middle of the building structure, it is arranged at a position that becomes a node of the vibration mode in the earthquake response of the building structure,
The building structure according to claim 4.
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