JP2012122228A - Vibration control device fitted with inertia mass damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、慣性質量ダンパーを用いた制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device using an inertial mass damper.
従来、錘の慣性モーメントを利用して、錘を回転させることで実際の質量より桁違いに大きな慣性質量効果を発揮する機構(以下、慣性質量ダンパーという)が知られている。このような慣性質量ダンパーでは、ダンパー両端の相対加速度に比例した反力が生じるため、想定外の入力時には過大な反力が作用してダンパー本体やこれに取り付けられる本体構造物が破損するおそれがあった。そこで、回転錘とボールねじ機構との間に摩擦材を介して接合することにより過負荷防止機能を設ける方法が、例えば、特許文献1に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a mechanism (hereinafter referred to as an inertia mass damper) that exhibits an inertia mass effect that is orders of magnitude greater than the actual mass by rotating the weight using the inertia moment of the weight is known. In such an inertial mass damper, a reaction force proportional to the relative acceleration at both ends of the damper is generated.Therefore, an excessive reaction force may act upon unexpected input, which may damage the damper body or the body structure attached to the damper body. there were. Therefore, for example,
特許文献1には、相対振動を回転運動に変換して回転錘に伝達する振動伝達機構としてのボールねじ機構と回転錘との間に、回転錘を振動伝達機構に対してトルク伝達可能に連結するとともに、それらの間で伝達されるトルクが所定の制限値を超えた時点で回転錘を振動伝達機構に対して相対回転させてトルク伝達を制限するトルク制限機構を介装し、トルク制限機構を滑り材の摩擦力を利用したり、あるいは汎用のトルク保持装置を利用する慣性質量ダンパーについて記載されている。
In
ところで、振動低減機構として、構造体を支持体に対して弾性支持する付加バネと、回転体の回転により回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパーと、を構造体とそれを支持する支持体との間に直列に介装した付加制振機構を設けたものが広く知られている(例えば、特許文献2参照)。 By the way, as a vibration reduction mechanism, an additional spring that elastically supports the structure with respect to the support, and a rotary inertia mass damper that generates a rotation inertia mass by the rotation of the rotating body, the structure and the support that supports the structure. One having an additional vibration suppression mechanism interposed in series between them is widely known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、従来の制震装置では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献1の慣性質量ダンパーでは、既往技術の摩擦材を用いた過負荷防止機構によれば残留変形を生じずに反力を頭打ちにできるという高性能な特性が得られるが、特殊な回転摩擦機構を組み込んでいることから、このような過負荷防止機能が高価となる問題があり、安価な慣性質量ダンパーを使用しつつ同等の効果を発揮するものが求められており、その点で改良の余地があった。
また、特許文献2に示す振動低減機構にあっては、構造物の固有振動数と同調させることで大きな応答低減効果が得られる。そのため、さらに付加ばねに非線形性を考慮することで、構造物の最大応答値をあまり変化させずにダンパー負担力を大幅に低下できることから、これを実現する具体的な構造架構形態が必要とされていた。
However, the conventional vibration control device has the following problems.
That is, in the inertial mass damper of
Moreover, in the vibration reduction mechanism shown in
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安価な構造により慣性質量ダンパーの負担力を低減することができる慣性質量ダンパーを用いた制振装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a vibration damping device using an inertial mass damper that can reduce the burden of the inertial mass damper with an inexpensive structure.
上記目的を達成するため、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置は、建物の隣り合う柱と上下方向に隣り合う梁とによって囲まれる架構内に介装される慣性質量ダンパーを用いた制振装置であって、一端が上階梁及び下階梁のいずれか一方の第1梁に固定され、他端が他方の第2梁に摺動可能に設けられ、制振ダンパーの機能を有するブレースと、一端が第2梁に固定され、他端がブレースの他端に固定された慣性質量ダンパーとを備え、ブレースと慣性質量ダンパーとが直列に接合されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a vibration damping device using an inertial mass damper according to the present invention uses an inertial mass damper interposed in a frame surrounded by adjacent columns of a building and vertically adjacent beams. A vibration damping device having one end fixed to the first beam of the upper floor beam and the lower floor beam and the other end slidably provided to the other second beam. And an inertia mass damper having one end fixed to the second beam and the other end fixed to the other end of the brace, and the brace and the inertia mass damper are joined in series. .
本発明では、地震の振動などにより第1梁と第2梁とが相対変位すると、ブレースと第2梁とが慣性質量ダンパーを介して相対変位することになる。そして、例えば軸降伏形ブレースダンパーや摩擦ダンパー等の制振ダンパーの機能を有するブレースが用いられることで、慣性質量ダンパーの負担力が大きくなっても直列に配置したブレースにより荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止される。そのため、慣性質量ダンパーの負担力頭打ちさせることができ、過負荷防止機構と同様のフェールセーフ機構を実現することができる。 In the present invention, when the first beam and the second beam are relatively displaced due to earthquake vibration or the like, the brace and the second beam are relatively displaced via the inertia mass damper. For example, a brace having a damping damper function such as a shaft yielding brace damper or a friction damper is used. Generation of a reaction force is prevented. Therefore, the load of inertia of the inertia mass damper can be stopped, and a fail-safe mechanism similar to the overload prevention mechanism can be realized.
また、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、慣性質量ダンパーには、第2梁に対して支持される付加減衰機構が並列に接合されていることが好ましい。
この場合、静的剛性をもたない慣性質量ダンパーに対して、オイルダンパー等の付加減衰機構によって振動を減衰させることができるので、残留変形も抑制することができる。
In the vibration damping device using the inertial mass damper according to the present invention, it is preferable that an additional damping mechanism supported to the second beam is joined in parallel to the inertial mass damper.
In this case, since the vibration can be attenuated by an additional damping mechanism such as an oil damper with respect to the inertia mass damper having no static rigidity, residual deformation can also be suppressed.
また、本発明に係る慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、慣性質量ダンパーには、第2梁に対して弾性支持される付加ばねが並列に接合されていることが好ましい。
この場合、静的剛性をもたない慣性質量ダンパーに対して、付加ばねの弾性によって復元性が付与されるので、残留変形を抑制することができる。
In the vibration damping device using the inertial mass damper according to the present invention, it is preferable that an additional spring elastically supported with respect to the second beam is joined in parallel to the inertial mass damper.
In this case, since the resilience is imparted to the inertial mass damper having no static rigidity by the elasticity of the additional spring, residual deformation can be suppressed.
本発明の慣性質量ダンパーを用いた制振装置によれば、直列に配置したブレースにより慣性質量ダンパーの荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのを抑制するとともに、慣性質量ダンパーの負担力を低下させることができるため、慣性質量ダンパーに過負荷防止機構を設ける必要がなくなる。したがって、一般的に用いられる部材による単純な機構により建物に制振装置を組み込むことが可能となるので、コストの低減を図ることができる。 According to the vibration damping device using the inertial mass damper of the present invention, the load of the inertial mass damper is suppressed by the braces arranged in series and the reaction force is excessively generated, and the load of the inertial mass damper is reduced. Therefore, it is not necessary to provide an overload prevention mechanism for the inertial mass damper. Therefore, since it becomes possible to incorporate a vibration control device in a building by a simple mechanism using members that are generally used, it is possible to reduce costs.
以下、本発明の実施の形態による慣性質量ダンパーを用いた制振装置について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a vibration damping device using an inertial mass damper according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1に示すように、第1の実施の形態による制振装置1Aは、建物の隣り合う柱2(2A、2B)と上下方向に隣り合う梁3(上部梁3A、下部梁3B)とによって囲まれる架構R内に介装されている。すなわち、制震ダンパー装置1Aは、架構Rの面内において、上部梁3A(第1梁)に固定されるとともに下部梁3B(第2梁)に対して水平方向に摺動可能に設けられたV字型のブレース4が設けられ、このブレース4のV字頂点部4aと下部梁3Bとが慣性質量ダンパー5を介して接続され、さらにV字頂点部4aと他方の柱2(第2柱2B)とがオイルダンパー6(付加減衰機構)を介して接続されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
ブレース4は、V字状の一対の上端部4b、4b(固定端)がそれぞれ架構Rの角部(柱2と上部梁3Aとの接合部)に一体的に固定され、V字頂点部4a(摺動端)が下部梁3Bの上面3aに設けられているリニアガイド7によって摺動可能な接合治具10に接続されている。また、ブレース4として、軸降伏形ブレースダンパー(例えば清水建設株式会社の「CSダンパー」等)や摩擦ダンパーが採用されている。
The
接合治具10には、ブレース4のV字頂点部4aが固定されるとともに、摺動方向Xの一端10aに慣性質量ダンパー5の軸方向(ストローク方向)の一端5aが接続され、さらに摺動方向Xの他端10bにオイルダンパー6の軸方向の一端6aが接続されている。接合治具10は、下部梁3Bに設けられたリニアガイド7に沿って変位する構成となっている。
The V-
リニアガイド7は、長手方向が下部梁3Bの材軸方向に平行となるようにして下部梁3Bの上面3aに固定される案内レールであって、このレールに沿って接合治具10が摺動可能に支持されている。
The
慣性質量ダンパー5は、軸方向の一方(図1で右側)の一端5aが接合治具10を介してブレース4に固定され、他方(図1で左側)の他端5bが第1ダンパー取付治具8を介して下部梁3Bと接続されている。このとき、第1ダンパー取付治具8は、下部梁3Bの上面3aに固定され、慣性質量ダンパー5の軸方向への変位を拘束している。
The
オイルダンパー6は、互いに相対変位する部材間(上部梁3Aと下部梁3Bとの間)に介装され、両端の相対速度に比例した負担力を備え、慣性質量ダンパー5に対して軸方向が同軸線上となっている。つまり、オイルダンパー6は、同調時に慣性質量ダンパー5に生じる増幅された変位が伝達され、この増幅された変位のエネルギーを吸収する機能を有し、軸方向の一方(図1で左側)の一端6aが接合治具10を介してブレース4に固定され、他方(図1で右側)の他端6bが第2ダンパー取付治具9を介して下部梁3Bと接続されている。このとき、第2ダンパー取付治具9は、下部梁3Bの上面3aに固定され、オイルダンパー6の軸方向への変位を拘束している。
The
次に、上述した制振装置1Aの作用について図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本制振装置1Aでは、地震の振動などにより上部梁3Aと下部梁3Bとが相対変位すると、ブレース4と下部梁3Bとが慣性質量ダンパー5を介して相対変位することになる。そして、制振ダンパーの機能を有するブレース4が用いられることで、慣性質量ダンパー5の負担力が大きくなっても直列に配置したブレース4により荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止される。そのため、慣性質量ダンパー5の負担力を頭打ちさせることができ、過負荷防止機構と同様のフェールセーフ機構を実現することができる。
Next, the operation of the above-described
As shown in FIG. 1, in the
また、本制振装置1Aでは、慣性質量ダンパー5には、下部梁3Bに対して支持されるオイルダンパー6が並列に接合されているので、静的剛性をもたない慣性質量ダンパー5に対して、付加減衰機構をなすオイルダンパー6によって振動を減衰させることができ、残留変形も抑制することができる。
Further, in the
上述のように本第1の実施の形態による慣性質量ダンパーを用いた制振装置では、直列に配置したブレース4により慣性質量ダンパー5の荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのを抑制することができるため、慣性質量ダンパー5に過負荷防止機構を設ける必要がなくなる。したがって、一般的に用いられる部材による単純な機構により建物に制振装置1を組み込むことが可能となるので、コストの低減を図ることができる。
As described above, in the vibration damping device using the inertial mass damper according to the first embodiment, it is possible to suppress the occurrence of an excessive reaction force due to the load of the inertial
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1の実施の形態と異なる構成について説明する。 Next, other embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the same or similar members and parts as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. A configuration different from the embodiment will be described.
(第2の実施の形態)
図2に示すように、第2の実施の形態の制振装置1Bは、ブレース4が上下方向に反転した逆V型のブレース4を架構Rの面内に配置したものである。
つまり、ブレース4は、一対の下端部4c、4c(固定端)がそれぞれ架構Rの角部(柱2と下部梁3Bとの接合部)に一体的に固定され、V字頂点部4d(摺動端)が接合治具10に接続している。ここで、接合治具10は、上部梁3Aの下面3bに対して接合していない状態であり、ブレース4のV字頂点部4dが固定されるとともに、摺動方向Xの一端10aに慣性質量ダンパー5の軸方向(ストローク方向)の一端5aが接続され、さらに摺動方向Xの他端10bにオイルダンパー6の軸方向の一端6aが接続されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 2, the
That is, the
そして、慣性質量ダンパー5は、軸方向の一方(図1で右側)の一端5aが接合治具10を介してブレース4に固定され、他方(図1で左側)の他端5bが第1ダンパー取付治具8を介して上部梁3Aと接続されている。
一方、オイルダンパー6は、軸方向の一方(図1で左側)の一端6aが接合治具10を介してブレース4に固定され、他方(図1で右側)の他端6bが第2ダンパー取付治具9を介して上部梁3Aと接続されている。
The
On the other hand, one
本第2の実施の形態による制振装置1Bでは、上述した第1の実施の形態と同様に、地震の振動などにより上部梁3Aと下部梁3Bとが相対変位すると、ブレース4と上部梁3Aとが慣性質量ダンパー5を介して相対変位することになる。そして、制振ダンパーの機能を有するブレース4が用いられるので、慣性質量ダンパー5の負担力が大きくなっても直列に配置したブレース4により荷重が頭打ちされて過大な反力が生じるのが防止されるという作用、効果を奏する。
In the
(第3の実施の形態)
図3に示すように、第3の実施の形態による制震装置1Cは、上述した第1の実施の形態の制震装置1A(図1)の構成を一部変更した構成であって、ブレース4にリリーフ機構付きオイルダンパー(以下、ブレース用オイルダンパー11という)を介装し、さらに上述した第1の実施の形態で接合治具10と下部梁3Bとの間に設けられるオイルダンパー6に代えて復元ばね12(付加ばね)を設けた構成となっている。なお、慣性質量ダンパー5は、第1の実施の形態と同様の構成であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 3, the
ブレース用オイルダンパー11は、その軸方向を、ブレース4を構成する一対の直線部41、42のそれぞれの材軸方向Jに向けた状態で、各直線部41、42に組み込まれており、リリーフ弁等のリリーフ機構を設けることで過負荷が防止される特性を有している。
ここで、ブレース4の長さ寸法が大きい場合には、ブレース用オイルダンパー11に鋼材(鋼管等)を材軸方向に一体化して延長し、その両端にクレビスやボールジョイントを設けた構成としても良い。
The
Here, when the length dimension of the
復元ばね12は、ばねの伸縮方向(付勢方向)の一方(図1で左側)の端部12aが接合治具10を介してブレース4に固定され、他方(図1で右側)の端部12bが第2ダンパー取付治具9を介して下部梁3Bと接続されている。
The restoring
第3の実施の形態による制振装置1Cでは、相対変位が生じて慣性質量ダンパー5の負担力が大きくなっても、慣性質量ダンパー5に対して接合治具10を介して直列に配置されるブレース4のリリーフ荷重によって頭打ちとなるため、反力を抑制することができ、過大な反力が生じることがなくなる効果を奏する。
さらに、慣性質量ダンパー5には上部梁3Aに対して弾性支持される復元ばね12が並列に接合されているため、静的剛性をもたない慣性質量ダンパー5やブレース用オイルダンパー11に対して、復元ばね12の弾性によって復元性を付与させることができるので、残留変形を抑制することができる。
In the
Further, since a restoring
(第4の実施の形態)
次に、図4および図5に示すように、第4の実施の形態による制振装置1Dは、上述した第1〜第3の実施の形態では層間(上部梁3Aと下部梁3Bとの間の架構R)に設置する構成としたが、これに代えて建物の2層、あるいは3層など複数層(本第4の実施の形態では2層)にわたって配置された構成となっている。
この場合、上部梁3Aと下部梁3Bとの間に中間階の中間梁3Cが設けられており、その中間梁3Cの位置は制振装置1Dと干渉しないように架構面に対して直交する方向にずれた位置に配置されている。
(Fourth embodiment)
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the
In this case, an
ブレース4は、上部梁3Aと中間梁3Cとの間の上部架構Raに設けられる上部ブレース4Aと、中間梁3Cと下部梁3Bとの間の下部架構Rbに設けられる下部ブレース4Bとからなる。
上部ブレース4Aは、V型をなし、その一対の上端部4b、4bが上部梁3Aに固定されるとともに、V字頂点部4aが中間梁3Cに対して第1接合治具10Aを介して摺動可能に支持されている。この上部ブレース4Aは、鋼材ダンパーまたは摩擦ダンパー等のブレースダンパーが採用されている。
下部ブレース4Bは、略逆V型をなし、その一対の下端部4c、4cが下部梁3Bに固定されるとともに、V字頂点部4dが中間梁3Cに対して第2接合治具10Bを介して摺動可能に支持されている。この下部ブレース4Bは、降伏しない部材からなる耐震ブレースが採用されている。
The
The
The
上部ブレース4Aに接続される第1接合治具10Aは、中間梁3Cの材軸方向中央部に配置され、摺動可能に支持するリニアガイド7が中間梁3Cの側方に設けられている。
下部ブレース4Bに接続される第2接合治具10Bは、中間梁3Cの材軸方向で第1接合治具10Aよりも柱2A寄りの位置、すなわち第1接合治具10Aに対して慣性質量ダンパー5を介して設けられ、そのリニアガイド7が中間梁3Cの側方に設けられている。
そのため、第1接合治具10Aおよび第2接合治具10Bは、それぞれのリニアガイド7に対して横向きの状態で摺動可能に係合した構成となっている。
The first joining
The second joining
Therefore, the first joining
慣性質量ダンパー5は、下部梁3Bと上部梁3Aとの相対変位を同調時に増幅させる機能を有するとともに減衰機構を備えており、軸方向の一方(図4で右側)の一端5aが第1接合治具10Aを介して上部ブレース4Aに固定され、他方(図4で左側)の他端5bが第2接合治具10Bを介して下部ブレース4Bに固定されている。
The inertial
また、第1接合治具10Aにおける摺動方向Xで慣性質量ダンパー5と反対側の端部(他端10b)は、復元ばね12を介して柱2(第2柱2B)に接続されている。
復元ばね12は、ばねの伸縮方向P(付勢方向)の一方(図1で左側)の端部12aが第1接合治具10Aを介して上部ブレース4に固定され、他方(図1で右側)の端部12bが連結部材13を介して第2柱2Bに接続されている。
Further, the end (the
The restoring
このように構成される第4の実施の形態による制振装置1Dでは、2層をまたいで設置することで、慣性質量ダンパー5に作用する変位を稼ぐことができ、つまりブレース4と慣性質量ダンパー5とを直列に配置した本制振装置に生じる相対変位が大きくなるので、制震効果を増大することができる。これは、制振装置に変位拡大機構を設けた場合において、その等価な減衰係数や慣性質量が増大するのと同様の効果である。
In the
以上、本発明による慣性質量ダンパーを用いた制振装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第1の実施の形態および第2の実施の形態では慣性質量ダンパー5と並列にオイルダンパー6を設けているが、これに限らず、例えば慣性質量ダンパーに減衰機能をもたせたものを採用することも可能であり、その場合にはオイルダンパーは不要となる。また、接合治具10の両側に慣性質量ダンパー5を配置するようにしても良い。
As mentioned above, although the embodiment of the vibration damping device using the inertial mass damper according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof. is there.
For example, in the first embodiment and the second embodiment, the
また、複数層(2層)をまたいで制振装置を設置する場合において、第4の実施の形態では鋼材ダンパーまたはオイルダンパーよりなるブレース4を上層側の上部架構Raに配置しているが、上部架構Raと下部架構Rbとのいずれか一方に配置されれば良い。
Further, in the case where the vibration damping device is installed across a plurality of layers (two layers), the
さらに、本実施の形態による制振装置は、新設構造物が適用対象であることに限定されることはなく、既存構造物の柱梁2、3に上記のブレース4等を接合してもよい。
また、図6のように既存柱梁の架構Rの面内に鉄骨枠14を設け、この枠中に上述した実施の形態による制振装置(図6では第1の実施の形態による制振装置1A)を配置することで、RC構造物でも鉄骨構造物でも同様の効果が得られる。なお、この鉄骨枠14と躯体(柱梁)との間の隙間には、モルタル等が充填された構造となっている。
Furthermore, the vibration damping device according to the present embodiment is not limited to the application of the new structure, and the
Further, as shown in FIG. 6, a
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the above-described embodiments with well-known constituent elements without departing from the spirit of the present invention, and the above-described embodiments may be appropriately combined.
1A〜1D 制振装置
2、2A、2B 柱
3A 上部梁(第1梁)
3B 下部梁(第2梁)
3C 中間梁
4 ブレース
5 慣性質量ダンパー
6 オイルダンパー(付加減衰機構)
7 リニアガイド
8 第1ダンパー取付治具
9 第2ダンパー取付治具
10、10A、10B 接合治具
11 ブレース用オイルダンパー
12 復元ばね(付加ばね)
R 架構
1A-1D
3B Lower beam (second beam)
7
R frame
Claims (3)
固定端が上階梁及び下階梁のいずれか一方の第1梁に固定されるとともに、摺動端が他方の第2梁に摺動可能に設けられた制振ダンパーの機能を有するブレースと、
一端が前記第2梁に固定され、他端が前記ブレースの摺動端に固定された慣性質量ダンパーと、
を備え、
前記ブレースと前記慣性質量ダンパーとが直列に接合されていることを特徴とする慣性質量ダンパーを用いた制振装置。 A vibration damping device using an inertial mass damper interposed in a frame surrounded by adjacent pillars of a building and beams adjacent in the vertical direction,
A brace having a function of a damping damper having a fixed end fixed to the first beam of either the upper beam or the lower beam and a sliding end slidably provided to the other second beam; ,
An inertia mass damper having one end fixed to the second beam and the other end fixed to the sliding end of the brace;
With
A vibration damping device using an inertial mass damper, wherein the brace and the inertial mass damper are joined in series.
2. The vibration damping device using the inertial mass damper according to claim 1, wherein an additional spring that is elastically supported with respect to the second beam is joined to the inertial mass damper in parallel.
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