JP2016079611A

JP2016079611A - 構造物

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Publication number: JP2016079611A
Application number: JP2014209980A
Authority: JP
Inventors: 石丸　辰治; Tatsuji Ishimaru; 辰治石丸; 紘一野村; Koichi Nomura
Original assignee: Alteka Corp; I2S2 KK
Current assignee: Alteka Corp; I2S2 KK
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: JP6467564B2

Abstract

【課題】減衰装置の設置数を抑えつつ、減衰性能を向上させる。
【解決手段】減衰装置８０は、第一アーム９２、第二アーム９４、及びダンパー１００と有している。第一アーム９２は一端部９２Ｍが下部構造部１２の底部１３に設けられた下側架台８２に回転自在に連結され、第二アーム９４は一端部９４Ａが上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８４に回転自在に連結されている。第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとは、連結部材９６によって回転自在に連結されている。ダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８６に回転自在に連結されると共に、シャフト１０２の連結部１０１が第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとを回転自在に連結している連結部材９６に回転自在に連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、構造物に関する。

上部構造部と下部構造部との間にアイソレータと減衰装置とを有する免震装置を設けた構造物が知られている。アイソレータは、鉛直方向に構造物を支持しつつ水平方向に柔軟に変位可能とする機能を有する。一方、減衰装置は、地震の振動エネルギーを吸収し揺れを短時間で収束させる機能を有する。

減衰装置としては、オイルダンパー（粘性型制震ダンパー）や鉛ダンパー（履歴型制震ダンパー）等が挙げられる。

オイルダンパーは、減衰力（振動エネルギーの吸収性能）は大きいが、一方向のみに伸縮するので、平面視において直交する２方向に沿って設置し、地震による揺れに対応する必要がある（例えば、特許文献１を参照）。

これに対して鉛ダンパーは、あらゆる方向の振動に対応できるので、オイルダンパーよりも設置数が少なくて済む。しかし、鉛ダンパーは履歴減衰力（振動エネルギーの吸収性能）に限界があり、比較的小規模な構造物にしか適用できない場合が多い。

特開２００７−３３２６４３号公報

本発明は、上記事実を鑑み、減衰装置の設置数を抑えつつ、減衰性能を向上させることが目的である。

請求項１の構造物は、下部構造部と上部構造部との間に設けられ、前記下部構造部に前記上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と、一端部が前記下部構造部に回転自在に連結された第一アームと、一端部が前記上部構造部に回転自在に連結されると共に他端部が前記第一アームの他端部に回転自在に連結された第二アームと、一端部が前記上部構造部又は前記下部構造部に回転自在に連結されると共に他端部が前記第一アームの前記他端部と前記第二アームの前記他端部との連結部位に回転自在に連結されたダンパーと、を有する減衰装置と、を備えている。

請求項１に記載の構造物では、支持部材が下部構造部に上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持している。また、下部構造部と上部構造部との相対的な水平方向の振動（変位）を減衰装置が減衰させる。

構造物に地震などの外乱が作用し、下部構造部と上部構造部とが相対的に水平方向に振動（変位）すると、下部構造部に連結された第一アームの一端部と上部構造部に連結された第二アームの一端部との間隔が変化する。これにより、減衰装置を構成する第一アームと第二アームとの角度が変化すると共に第一アームの他端部と第二アームの他端部との連結部位が移動する。そして、この連結部位の移動によって、一端部が上部構造部又は下部構造部に回転自在に連結され、他端部が第一アームと第二アームとの連結部位に回転自在に連結されたダンパーが伸縮し振動を減衰させる。

減衰装置は第一アームと第二アームとでトグル機構を構成している。よって、下部構造部と上部構造部との相対変位が小さくても、幾何学的な特性から第一アームの他端部と第二アームの他端部との連結部位の大きな変形に増幅され、ダンパーが大きなストロークを得る。よって、トグル機構を有しない場合と比較し、ダンパーによる減衰性能が向上する。

また、減衰装置における下部構造部に連結された第一アームの一端部と上部構造部に連結された第二アームの一端部との間隔が変化すれば、ダンパーが伸縮し減衰効果を発揮する。よって、減衰装置はダンパーの伸縮方向の以外の下部構造部と上部構造部との方向の振動（変位）に対しても減衰効果を発揮する。

したがって、減衰装置の設置数を抑えつつ、減衰性能が向上する。また、上部構造部の振動が減衰装置の設置数を抑えつつ短時間で収束する。

請求項２の構造物は、平面視において、前記減衰装置を構成する前記第一アームと前記第二アームとの成す角度が鈍角となるように、前記第一アームと前記第二アームとが連結されている。

請求項２に記載の構造物では、平面視において、減衰装置を構成する第一アームと第二アームとの成す角度が鈍角となるように連結されている。第一アームの他端部と第二アームの他端との連結部位の変化量は、第一アームと第二アームとの成す角度が鋭角よりも鈍角にする方が大きい。よって、角度が鋭角よりも鈍角のほうが、よりダンパーは大きく伸縮するので、大きな減衰効果を発揮する。

請求項３の構造物は、下部構造部と上部構造部との間に設けられ、前記下部構造部に前記上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と、一端部が第一連結部に回転可能に連結された一対の第一アームと、一端部が第二連結部に回転可能に連結された一対の第二アームと、一方の前記第一アームの他端部と一方の第二アームの他端部とを前記上部構造部に回転可能に連結する第一連結手段と、他方の前記第一アームの他端部と他方の第二アームの他端部とを前記下部構造部に回転可能に連結する第二連結手段と、前記第一連結部と前記第二連結部とが外側に折り曲げられた状態で前記第一連結部と前記第二連結部との間に連結されたダンパーと、を有する減衰装置と、を備えている。

請求項３に記載の構造物では、支持部材が下部構造部に上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持している。また、下部構造部と上部構造部との相対的な水平方向の振動（変位）を減衰装置が減衰させる。

構造物に地震などの外乱が作用し、下部構造部と上部構造部とが相対的に水平方向に振動（変位）すると、下部構造部に連結された第一連結手段と上部構造部に連結された第二連結手段とが相対移動する。第一アームと第二アームとは、回転可能に連結されているので、第一連結手段と第二連結手段の相対移動により、外側に折り曲げられた状態で連結された第一連結部と第二連結部との距離が変化する。この第一連結部と第二連結部との距離が変化によって、これらの間に連結されたダンパーが伸縮し振動を減衰させる。

減衰装置は、第一連結部と第二連結部の間の距離の変化は、第一連結手段と第二連結手段との相対移動量に対して増幅されて変化するので、ダンパーによる減衰性能が向上する。

また、減衰装置における下部構造部に連結された第一連結手段と上部構造部に連結された第二連結手段とが相対移動すれば、ダンパーが伸縮し減衰効果を発揮する。よって、減衰装置はダンパーの伸縮方向の以外の下部構造部と上部構造部との方向の振動（変位）に対しても減衰効果を発揮する。

また、減衰装置における第一連結手段と第二連結手段との相対移動量に対する第一連結部と第二連結部の間の距離の変化倍率は、第一連結手段と第二連結手段との相対移動方向に依存しない。よって、下部構造部に対する上部構造部の相対移動方向によることなく、ダンパーが伸縮し減衰効果を発揮する。つまり、上部構造部の振動が短時間で収束する。

請求項４の構造物は、前記減衰装置を構成する前記ダンパーは、前記ダンパーの一端部と他端部との軸方向の相対的な直線変位を回転慣性質量の軸回りの回転変位に変換する機構を有している。

請求項４に記載の構造物では、ダンパーの一端部と他端部とが軸方向に相対的に直線変位すると、回転慣性質量が軸回りに回転する。そして、この回転慣性質量の回転慣性力により減衰効果を発揮する。

回転慣性質量の回転方向の接線方向の変位は、ダンパーの軸方向の直線変位よりも大きいので、回転慣性質量が回転することによって生じる回転慣性質量効果は回転慣性質量に対して大きく増幅することができる。つまり、ダンパー軸方向の変位を回転慣性質量の回転に変換することによって、大きな質量を得ることになる。したがって、ダンパーは、大きな減衰効果を発揮する。

本発明によれば、減衰装置の設置数を抑えつつ、減衰性能を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る免震装置の平面図である。図１に示す免震装置の拡大側面図である。免震装置の減衰装置を構成するダンパーを一部断面で示す斜視図である。免震装置の減衰装置を構成するダンパーの軸方向に沿った断面図である。下部構造部に対して上部構造部がＸ方向に相対移動した状態を示す図１に対応する免震装置の平面図である。下部構造部に対して上部構造部がＹ方向に相対移動した状態を示す図１に対応する免震装置の平面図である。図１に示す免震装置の他の例の拡大側面図である。本発明の第二実施形態に係る免震装置を構成する減衰装置の平面図である。本発明の第一実施形態に係る免震装置を構成する減衰装置の変位の倍率を示すグラフである。本発明の第二実施形態に係る免震装置を構成する減衰装置の変位の倍率を示すグラフである。（Ａ）は本発明の第一実施形態に係る免震装置を構成する減衰装置の模式図であり、（Ｂ）は減衰装置の他の実施形態を示す模式図である。本発明の第一実施形態に係る免震装置の他の実施形態を示す模式図である。トグル機構を有しない減衰装置（ダンパー）を設置した場合を模式的に示す比較例である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る構造物について説明する。

（構造）
本実施形態の構造物の全体構造について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｘ及び矢印Ｙは水平方向における直交する２方向を示し、矢印Ｚは鉛直方向を示している。

図１及び図２に示すように、構造物１０は下部構造部１２と上部構造部１４との間に、免震装置５０が設置された免震層１６が設けられている。なお、本実施形態の構造物１０は、下部構造部１２が図示されていない地盤に構築された免震ピットである基礎免震構造となっている。しかし、基礎免震構造に限定されるものではなく、例えば中間免震構造であってもよい。

ここで、本実施形態の免震装置５０（免震層１６）は、上部構造部１４を鉛直方向に支持しつつ水平方向に相対移動可能（水平方向に柔軟に変位可能）に支持する積層ゴム等のアイソレータを設置することで、上部構造部１４が下部構造部１２の動きに追随しない又は追従しにくくする装置全般が含まれる。

別の観点から説明すると、免震装置５０によって、上部構造部１４の固有振動数が長くなるが、必ずしも長周期化が図られる必要はない。つまり、上部構造部１４の固有周期が、一般的に長周期とされている２秒未満であってもよい。

更に別の観点から説明すると、本発明が適用された構造物１０は、建築基準法で認定される免震構造物以外の構造物も含まれる。要は、下部構造部１２と上部構造部１４との間に、下部構造部１２に上部構造部１４を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と減衰装置とを備える構造物全般に、本発明は適用される。

図１に示すように、免震装置５０は、アイソレータの一例としての複数の積層ゴム６０と複数の第一実施形態の減衰装置８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄとを有している。免震装置５０を構成する減衰装置８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄは、平面視において、矩形状に配置された四つの積層ゴム６０の中心位置にそれぞれ配置されている。

なお、第一実施形態の減衰装置８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄは、配置される位置や向きが異なるだけで、同様の構造である。よって、減衰装置８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄを区別して説明する場合は、部材を表す符合の後に、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを付し、区別して説明する必要がない場合は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを省略する。また、図２では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを省略している。

図２に示すように、免震装置５０を構成する積層ゴム６０は、上部構造部１４を鉛直方向に支持しつつ水平方向に相対移動可能（水平方向に柔軟に変位可能）に支持している。積層ゴム６０は、円板状の下部フランジ６２と上部フランジ６４との間に、ゴム板６６と鋼板６８とが厚み方向に交互に積層された構成とされている。そして、下部構造部１２の底部１３に設けられた下側架台７２と上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台７４との間に積層ゴム６０が配置され、積層ゴム６０の下部フランジ６２及び上部フランジ６４がそれぞれ下側架台７２及び上側架台７４に接合されている。

なお、積層ゴム６０は、上部構造部１４の図示されていない柱の直下に位置するように設置されている。また、積層ゴム６０は、図２に示す構成に限定されない。他の構成の積層ゴムであってもよい。

図１及び図２に示すように、減衰装置８０は、第一アーム９２、第二アーム９４、及びダンパー１００有している。第一アーム９２は、一端部９２Ｍが下部構造部１２の底部１３に設けられた下側架台８２に回転自在に連結されている。一方、第二アーム９４は、一端部９４Ｍが上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８４に回転自在に連結されている。そして、第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとが、連結部材９６によって回転自在に連結されている。

また、ダンパー１００の一端部を構成する後述するホルダー１０４の連結部１０５（図３及び図４を参照）が、上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８６に回転自在に連結されている。また、ダンパー１００の他端部を構成する後述するシャフト１０２の連結部１０１（図３及び図４を参照）が、前述した第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとを連結している連結部材９６に、回転自在に連結されている。

図３及び図４に示すように、本実施形態のダンパー１００は、回転慣性質量を利用した回転慣性質量ダンパーとされている。ダンパー１００を構成するシャフト１０２の外周面には、雌ネジ溝１０２Ａが形成されている。この雌ネジ溝１０２Ａは、雄ネジ１１０Ａが内周面に形成された円筒状の回転体１１０に挿入されている。回転体１１０は、一方が開口した円筒状のホルダー１０４の内部に回転可能に保持されている。また、回転体１１０は、円筒部１１１Ｄ、円筒部１１１Ｄより径が大きな第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、及び第三円盤部１１１Ｃを有する構成とされている。

回転体１１０の一方の端部側はホルダー１０４の開口から突出すると共に、先端部に第一円盤部１１１Ａが形成されている。また、回転体１１０の他方の先端部には、第三円盤部１１１Ｃが形成されている。また、ホルダー１０４内に、第二円盤部１１１Ｂと第三円盤部１１１Ｃとが設けられている。

第二円盤部１１１Ｂ及び第三円盤部１１１Ｃに対応するホルダー１０４の両端部分には、第二円盤部１１１Ｂ及び第三円盤部１１１Ｃが嵌る凹部１１４、１１５が形成されている。そして、凹部１１４、１１５には軸受け１１２、１１３が設けられている。このような構成により、回転体１１０は、矢印Ｋで示す軸回りには回転するが、矢印Ｓで示す軸方向への移動が規制されている。

回転体１１０の第一円盤部１１１Ａには、円盤状の質量体１２０がボルト１２２で締結されている。質量体１２０の中央部には円形の開口部１２０Ａが形成され、この開口部１２０Ａの中をシャフト１０２が通っている。なお、開口部１２０Ａの内径はシャフト１０２の外径より十分に大きいので、開口部１２０Ａとシャフト１０２とは接していない。また、回転体１１０（第一円盤部１１１Ａ、第二円盤部１１１Ｂ、第三円盤部１１１Ｃ、円筒部１１１Ｄ）の軸心、質量体１２０の軸心、及びシャフト１０２の軸心は同一軸線上にある。

ダンパー１００は、上述したような構成をしているので、シャフト１０２が矢印Ｓで示すように軸方向に移動すると、シャフト１０２の外周面の雌ネジ溝１０２Ａと回転体１１０雄ネジ１１０Ａとが螺合して回転体１１０が軸周りに回転し、更に、回転体１１０とボルト１２２で締結された質量体１２０が矢印Ｋで示すように軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって回転する）。

つまり、ダンパー１００は、シャフト１０２の軸方向の直線変位（矢印Ｓ）を、回転慣性質量である回転体１１０の回転変位（矢印Ｋ）に変換する機構を有する回転慣性質量ダンパーとなっている。

なお、ダンパー１００ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体を設ければ、回転体１１０が回転することによる質量体１２０の回転エネルギーの吸収効果により、更に応答値が小さくなる。

また、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体として、粘性体を注入すれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）の効果を持つダンパーとなる。また、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間にエネルギー吸収体として、摩擦パット等を組み込めば質量（Ｍ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなる。更にこれらを二つ組み合わせれば、質量（Ｍ）＋粘性（Ｃ）＋剛性（Ｋ）の効果を持つダンパーとなり、振動方程式の全てを制御できるようになる。なお、ホルダー１０４と内周面と回転体１１０の円柱部１１０Ｄの外周面との間に設けるエネルギー吸収体は、エネルギー吸収できれば上記以外のものであっても良い。

なお、上述したダンパー１００の構造は一例であって、このような構造に特定されない。他の構造の回転慣性質量を利用した回転慣性質量ダンパーであってもよい。

そして、前述したように、図３及び図４に示すダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が、図２に示す上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８６に回転自在に連結されると共に、図３及び図４に示すシャフト１０２の連結部１０１が、図２に示す第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとを連結している連結部材９６に回転自在に連結されている。

なお、本実施形態では、平面視において、図１１に示すように、第一アーム９２と第二アーム９４との長さは同じ（Ｌ１＝Ｌ２）であり、第一アーム９２と第二アーム９４との成す角度θは鈍角となるように構成されている。また、ダンパー１００の軸方向（伸縮方向）は、Ｘ方向（及びＹ方向）に対して４５°の角度になるように設置されている。また、下側架台８２と上側架台８４と上側架台８６とは、平面視において、正方形Ｊの角部に位置するように配置されている。言い換えると、下側架台８２と上側架台８４と結ぶ線分が正方形の対角線となるように配置されている。

なお、減衰装置８０の各部材の構成は、上記に限定されるものではない。例えば、第一アーム９２と第二アーム９４との長さが異なっていてもよい（Ｌ１≠Ｌ２）。ダンパー１００の軸方向がＸ方向（及びＹ方向）に対して４５°以外の角度で配置されていてもよい。また、第一アーム９２と第二アーム９４との成す角度θは鈍角でなくてもよい。或いは、下側架台８２と上側架台８４と上側架台８６とは、平面視において、正方形以外、例えば長方形の角部に位置するように配置されていてもよい。

（作用及び効果）
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

地震などの外乱が作用すると、積層ゴム６０が上部構造部１４の固有振動数を長くする免震効果を発揮する。また、下部構造部１２と上部構造部１４との相対的な水平方向の振動（変位）を減衰装置８０が減衰させる。

下部構造部１２と上部構造部１４とが相対的に水平方向に振動（変位）すると、減衰装置８０における下部構造部１２に連結された第一アーム９２の一端部９２Ｍと上部構造部１４に連結された第二アーム９４の一端部９４Ｍとの間隔が変化する。これにより第一アーム９２と第二アーム９４との角度θが変化すると共に第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとを連結する連結部材９６が移動する。そして、連結部材９６の移動によって、連結部材９６と上部構造部１４とに回転自在に連結されたダンパー１００が、Ｓ方向に伸縮し振動を減衰させる。

減衰装置８０は第一アーム９２と第二アーム９４とでトグル機構を構成している。よって、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位が小さくても、幾何学的な特性から第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとの連結部位の大きな変形に増幅され、ダンパー１００が大きなストロークを得る。よって、トグル機構を有しない場合と比較し、ダンパー１００による減衰性能が向上する。

更に、本実施形態では、平面視において、減衰装置８０を構成する第一アーム９２と第二アーム９４との成す角度θが鈍角となるように構成されている。そして、第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとの連結部位の変位量は、角度θが鋭角よりも鈍角のほうが大きい。すなわち、角度θが鋭角よりも鈍角のほうが、ダンパー１００が大きく伸縮するので、大きな減衰効果を発揮する。

また、質量体１２０及び回転体１１０（回転慣性質量）の回転方向（図３の矢印Ｋ）の接線方向の変位は、ダンパー１００の軸方向（図３の矢印Ｓ）の直線変位（伸縮）よりも大きいので、質量体１２０及び回転体１１０（回転慣性質量）が回転することによって生じる回転慣性質量効果は質量体１２０及び回転体１１０（回転慣性質量）に対して大きく増幅することができる。つまり、軸方向（矢印Ｓ）の変位を回転慣性質量の回転（矢印Ｋ）に変換することによって、大きな質量を得ることになる。したがって、ダンパー１００は、大きな減衰効果を発揮する。

また、減衰装置８０における下部構造部１２に連結された第一アーム９２の一端部９２Ｍと上部構造部１４に連結された第二アーム９４の一端部９４Ｍとの間隔が変化すれば、ダンパー１００が伸縮し減衰効果を発揮する。よって、減衰装置８０はダンパー１００の伸縮方向（矢印Ｓ方向）の以外の方向の下部構造部１２と上部構造部１４との相対的な振動（変位）に対しても減衰性能を発揮する。

したがって、本発明を適用することで、免震装置５０を構成する減衰装置８０の設置数を抑えつつ、減衰性能を向上させることができる。また、上部構造部１４の振動が、減衰装置８０の設置数を抑えつつ短時間で収束する。

つぎに、上述した減衰装置８０はダンパー１００の伸縮方向（矢印Ｓ方向）の以外の方向の下部構造部１２と上部構造部１４との相対的な振動（変位）に対しても、減衰性能を発揮することについて、図５と図６とを用いて具体的に説明する。

図５に示すように、下部構造部１２に対して上部構造部１４がＸ方向右側（図５における右側）に相対移動した場合、減衰装置８０Ａ、８０Ｄの第一アーム９２Ａ、９２Ｄの一端部９２ＡＭ、９２ＤＭと上部構造部１４に連結された第二アーム９４Ａ、９４Ｄの一端部９４ＡＭ、９４ＤＭとの間隔が広がり（角度θＡ、θＤが大きくなり）、ダンパー１００が伸張し、減衰効果を発揮する。

また、減衰装置８０Ｂ、８０Ｃの第一アーム９２Ｂ、９２Ｃの一端部９２ＢＭ、９２ＣＭと上部構造部１４に連結された第二アーム９４Ｂ、９４Ｃの一端部９４ＢＭ、９４ＣＭとの間隔が狭くなり（角度θＢ、θＣが小さくなり）、ダンパー１００が収縮し、減衰効果を発揮する。

図６に示すように、下部構造部１２に対して上部構造部１４がＹ方向上側（図６における上側であって実際の上下方向ではない）に相対移動した場合、減衰装置８０Ａ、８０Ｂの第一アーム９２Ａ、９２Ｂの一端部９２ＡＭ、９２ＢＭと上部構造部１４に連結された第二アーム９４Ａ、９４Ｂの一端部９４ＡＭ、９４ＢＭとの間隔が広がり（角度θＡ、θＢが大きくなり）、ダンパー１００が伸張し、減衰効果を発揮する。

また、減衰装置８０Ｃ、８０Ｄの第一アーム９２Ｃ、９２Ｄの一端部９２ＣＭ、９２ＤＭと上部構造部１４に連結された第二アーム９４Ｃ、９４Ｄの一端部９４ＣＭ、９４ＤＭとの間隔が狭くなり（角度θＣ、θＤが小さくなり）、ダンパー１００が収集し、減衰効果を発揮する。

このように、減衰装置８０はダンパー１００の伸縮方向（矢印Ｓ方向）の以外の方向の下部構造部１２と上部構造部１４との相対的な振動（変位）に対しても減衰性能を発揮することができる。

（減衰装置の設置数の低減）
前述した本発明を適用することで、免震装置５０を構成する減衰装置８０の設置数を抑えつつ、減衰性能を向上させることができる（上部構造部１４の振動が減衰装置８０の設置数を抑えつつ短時間で収束すること）について、より詳しく説明する。

本実施形態のダンパー１００は、軸方向の相対的な直線変位を質量体１２０及び回転体１１０の軸回りの回転変位に変換する機構を有する所謂ダイナミック・マス・ダンパーである。そして、本実施形態のダンパー１００の回転慣性質量（ダイナミック・マス）による入力低減効果によって、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位量が抑制される。

具体的には、ダンパー１００のシャフト１０２が軸方向に移動すると、前述したように、回転体１１０が軸回りに回転し、更に質量体１２０が軸回りに回転する（回転体１１０と質量体１２０とが一体となって回転する）。すなわち、質量体１２０の回転慣性力により、構造物１０に対して質量体１２０が、その場から大きく移動することなく、地震などの振動の入力を低減させることができる（入力低減効果）。

より詳しく説明すると、本実施形態の減衰装置８０の振動モデルの振動方程式から、
ｍ’＝β_ｆ ^２・β_ｔ ^２・ｍｆ
η＝ｍ／（ｍ＋ｍ’）＜１
となる。
なお、ｍは建物の質量、ｍ_ｆは質量体１２０の質量、ｍ’は回転慣性質量、βｔはトグル機構の変位増幅率、β_ｆは回転機構の変位増幅率、ηは入力低減係数である。

このように、地震動の入力をη倍する入力低減効果があることが判る。
よって、例えば、回転慣性質量（ｍ’）が構造物１０の質量（ｍ）と同じ質量（ｍ’＝ｍ）を得ることができれば、
η＝ｍ／（ｍ＋ｍ）＝１／２＝０．５
となり、地震動の入力を０．５倍にすることができる。

ここで、超巨大地震に対応するために、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位の限界変位量（積層ゴム６０（アイソレータ）の限界変形量）を大きくすることは困難とされている。また、超巨大地震に対応するために、免震層１６（免震装置）の剛性を大きくして、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位量を抑制することが考えられるが、この場合、免震効果が低減する。したがって、本実施形態の地震動の入力低減効果を有する減衰装置８０を備える免震装置５０を免震層１６に設けることで、免震層１６（免震装置）の剛性を大きくすることなく、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位量が抑制される。

また、前述したように、減衰装置８０は、第一アーム９２と第二アーム９４とでトグル機構を構成している。よって、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位は、幾何学的な特性から第一アーム９２の他端部９２Ｎと第二アーム９４の他端部９４Ｎとの連結部位の大きな変形に増幅され、ダンパー１００シャフト１０２の移動量が増幅されて大きくなる。

仮に回転慣性質量を１０００ｔｏｎとし、
トグル機構の変位増幅率β_ｔ＝２（前述の［ｍ’＝β_ｆ ^２・β_ｔ ^２・ｍｆ］より）
とすると、
１０００ｔｏｎ×２^２＝４０００ｔｏｎ
となり、４０００ｔｏｎの質量を付加することと同等の減衰効果を得ることができる。したがって、４０００ｔｏｎ必要であれば、減衰装置８０は１／４の設置数で同等の作用を得ることができる。つまり、減衰装置８０の設置数を抑えることができる。

なお、本実施形態のように、図３及び図４に示すダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が、図２に示す上部構造部１４の下面部１５に設けられた上側架台８６に回転自在に連結されている場合におけるトグル機構の変位増幅率βｔは、Ｘ方向の変位とＹ方向の変位とで異なる。

図９のグラフは、Ｗ：Ｈを１：１の場合における倍率（変位増幅率βｔ）と、Ｘ方向の変位及びＹ方向の変位と、の関係を示すグラフである。このように、Ｘ方向には２倍の倍率（変位増幅率βｔ）を得ても、Ｙ方向には１．３倍の倍率（変位増幅率βｔ）しか得ることができない。よって、回転慣性質量の増幅効果は、Ｘ方向は２倍の２乗の４倍となり、Ｙ方方向は１．３倍の２乗の１．６９倍となる。したがって、Ｘ方向とＹ方向とで略同じ減衰効果を得る場合には、Ｘ方向の減衰装置８０の設置数とＹ方向の減衰装置８０の設置数との比率を、４：１．６９とすればよい。

なお、図７に示す減衰装置８１のように、ダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が、下部構造部１２の底部１３に設けられた上側架台８７に回転自在に連結されると、図９のグラフのＸ方向とＹ方向とが逆になる。つまり、例えば、Ｘ方向は１．３倍の倍率（変位増幅率βｔ）となり、Ｙ方向は２．０倍の倍率（変位増幅率βｔ）となる。したがって、図２に示すダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が上部構造部１４に連結された減衰装置８０と、図７に示すダンパー１００のホルダー１０４の連結部１０５が上部構造部１４に連結された減衰装置８１と、をＸ方向とＹ方向とに同数設置することで、Ｘ方向とＹ方向とが略同じ減衰効果が得られる。

なお、図９のグラフは、本実施形態の減衰装置８０の配置の場合の倍率である。つまり、前述したように、平面視において、図１１に示すように、第一アーム９２と第二アーム９４との長さは同じとされ、ダンパー１００の軸方向（伸縮方向）は、Ｘ方向（及びＹ方向）に対して４５°の角度で配置され、そして、下側架台８２と上側架台８４と上側架台８６とが正方形Ｊの角部に位置するように配置されている構成である。

（他の実施形態の例）
つぎに、他の実施形態の例について説明する。

図１及び図１１（Ａ）に示すように、本実施形態の減衰装置８０では、第一アーム９２及び第二アーム９４はダンパー１００と反対側に向かって延出するように配置され、ダンパー１００と反対側の第一アーム９２と第二アーム９４との成す角度が角度θとされている。しかし、図１１（Ｂ）に示す他の実施形態の減衰装置８３ように、第一アーム９２及び第二アーム９４はダンパー１００側に向かって延出するように配置され、ダンパー１００側の第一アーム９２と第二アーム９４との成す角度が角度θとされていてもよい。

また、図１１（Ｂ）に示す他の実施形態の減衰装置８３を図１２に示すように配置してもよい。或いは、図１２の減衰装置８３を、図１及び図１１（Ａ）に示す減衰装置８０、８１に置き換えてもよい。

なお、図１２のようにＸ方向に４基の減衰装置８３を設置した構成では、トグル機構を用いない場合、前述したトグル機構の変位増幅効果が得られないので、同等の減衰効果を得るためには、図１３のようにＸ方向に沿ってダンパー１００を４倍の１６基並べて設置する必要がある。

＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態に係る構造物について説明する。

（構造）
本実施形態の構造物は、第一実施形態と減衰装置以外の装置や構造は同様であるので、減衰装置についてのみ説明する。また、第一実施形態と同一の部材には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、第二実施形態の減衰装置２８０は、第一連結部２２２で回転可能に連結された一対の第一アーム２１２及び第一アーム２１４と、第二連結部２２６で回転可能に連結された一対の第二アーム２１６及び第二アーム２１８を有している。第一連結部２２２には、第一アーム２１２と第一アーム２１４とが回転自在に連結されている。同様に第二連結部２２６には、第二アーム２１６と第二アーム２１８とが回転自在に連結されている。

第一アーム２１２の第一連結部２２２側の端部は、第一連結部２２２を構成する貫通孔が設けられている。第一アーム２１２の先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部２３６にはピン接合用の貫通孔が設けられている。

同様に、第二アーム２１８の第二連結部２２６側の端部も、第二連結部２２６を構成する貫通孔が設けられている。第二アーム２１８の先端部は貫通孔を中心にして内側に向けてＬ字状に折り曲げられ、折り曲げられた先端部２３８にはピン接合用の貫通孔が設けられている。

第一アーム２１２及び第二アーム２１８の他端部同士は、第一取付金具２２１にそれぞれ回転可能にピン接合２２０されている。また、第一アーム２１４及び第二アーム２１６の他端部同士は、第二取付金具２２５にそれぞれ回転可能にピン接合２２４されている。そして、第一取付金具２２１は上部構造部１４の下面部１５（図２、図７を参照）に取り付けられ、第二取付金具２２５は下部構造部１２の底部１３（図２、図７を参照）に取り付けられている。

第一連結部２２２と第二連結部２２６との間には、第一連結部２２２と第二連結部２２６とが外側に押し広げられ外側に折り曲げられた状態で、ダンパー１００が取り付けられている。ダンパー１００の一方の端部は、第一アーム２１２の先端部２３６と貫通孔を利用してピン２３７で回転自在にピン接合されている。同様に、ダンパー１００の他方の端部は、第二アーム２１８の先端部２３８と貫通孔を利用してピン２３９で回転自在にピン接合されている。

これにより、第一アーム２１２及び第一アーム２１４と第二アーム２１６及び第二アーム２１８とで、平面視において、略菱形の枠体２３０が形成されている。

このように、枠体２３０が平面視において略菱形とされていることから、上部構造部１４の下面部１５（図２、図７を参照）に取り付けられた第一取付金具２２１と、下部構造部１２の底部１３（図２、図７を参照）に取り付けられた第二取付金具２２５と、の相対位置が変化すると、第一連結部２２２と第二連結部２２６との距離が変化する。そして、第一連結部２２２と第二連結部２２６との相対位置が変化することで、ダンパー１００の質量体１２０及び回転体１１０（回転慣性質量）が回転する。

地震などの外乱が作用すると、積層ゴム６０が上部構造部１４の固有振動数を長くする免震効果を発揮する。また、下部構造部１２と上部構造部１４との相対的な水平方向の振動（変位）を減衰装置２８０が減衰させる。

下部構造部１２と上部構造部１４とが相対的に水平方向に振動（変位）すると、減衰装置２８０における上部構造部１４の下面部１５に取り付けられた第一取付金具２２１と、下部構造部１２の底部１３に取り付けられた第二取付金具２２５と、の相対位置が変化し、第一連結部２２２と第二連結部２２６との距離が変化する。すなわち、枠体２３０が変形する。そして、枠体２３０が変形し、第一連結部２２２と第二連結部２２６との相対位置が変化することで、ダンパー１００がＳ方向に伸縮し、質量体１２０及び回転体１１０（回転慣性質量）が回転し振動を減衰させる。

このとき、減衰装置２８０では、幾何学的な特性から第一取付金具２２１と第二取付金具２２５との相対位置の変化に対して、第一連結部２２２と第二連結部２２６との距離の変化は増幅される。つまり、下部構造部１２と上部構造部１４との相対変位が小さくても減衰装置２８０によって第一連結部２２２と第二連結部２２６と距離の大きな変形に増幅され、ダンパー１００が大きなストロークを得る。よって、ダンパー１００による減衰性能が向上する。

ここで、図８に示すように、本実施形態の減衰装置２８０は、第一取付金具２２１と第二取付金具２２５とを結ぶ線分がＹ方向（及びＸ方向）に対して４５°となるように設置されている。そして、第一取付金具２２１と第二取付金具２２５とのＹ方向の距離をＷとし、Ｘ方向の距離をＨとする。

図１０は、図８に示すように、Ｗ：Ｈを１：１で設置した場合におけるダンパー１００の倍率と、Ｘ方向及びＹ方向の変位と、の関係を示すグラフである。このグラフを見ると判るように、本実施形態の減衰装置２８０では、Ｘ方向とＹ方向とにそれぞれ同じ倍率を得ることができる。つまり、Ｘ方向に変位した場合もＹ方向に変位にした場合も同じ倍率を得ることができる。

なお、減衰装置２８０の各部材の構成は、上記に限定されるものではない。例えば、一取付金具２２１と第二取付金具２２５とを結ぶ線分がＹ方向（及びＸ方向）に対して４５°以外の角度で配置されていてもよい。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

前述したように、上記実施形態の免震装置（免震層）は、上部構造部を鉛直方向に支持しつつ水平方向に相対移動可能（水平方向に柔軟に変位可能）に支持する積層ゴム等のアイソレータを設置することで、上部構造部が下部構造部の動きに追随しない又は追従しにくくする装置全般が含まれる。下部構造部と上部構造部との間に、下部構造部に上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と減衰装置とを備える構造物全般に、本発明を適用することができる。

また、例えば、上記実施形態では、積層ゴム６０が、構造物における下部構造部１２と上部構造部１４との間（免震層１６）に設けられ免震効果を発揮したが、これに限定されない。積層ゴム以外の支持部材、例えば、滑り支承や転がり支承であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、ダンパー１００は、回転慣性質量を利用した回転慣性質量ダンパーであったが、これに限定されない。例えば、オイルダンパーであってもよいし、摩擦ダンパーであってもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

１０構造物
１２下部構造部
１４上部構造部
５０免震装置
６０積層ゴム（支持部材の一例）
８０減衰装置
９３減衰装置
９２第一アーム
９４第二アーム
１００ダンパー
２１２第一アーム
２１４第一アーム
２１６第二アーム
２１８第二アーム
２２１第一取付金具（第一連結手段）
２２２第一連結部
２２５第二取付金具（第二連結手段）
２２６第二連結部
２８０減衰装置

Claims

下部構造部と上部構造部との間に設けられ、前記下部構造部に前記上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と、
一端部が前記下部構造部に回転自在に連結された第一アームと、一端部が前記上部構造部に回転自在に連結されると共に他端部が前記第一アームの他端部に回転自在に連結された第二アームと、一端部が前記上部構造部又は前記下部構造部に回転自在に連結されると共に他端部が前記第一アームの前記他端部と前記第二アームの前記他端部との連結部位に回転自在に連結されたダンパーと、を有する減衰装置と、
を備える構造物。
平面視において、前記減衰装置を構成する前記第一アームと前記第二アームとの成す角度が鈍角となるように、前記第一アームと前記第二アームとが連結されている、
請求項１に記載の構造物。
下部構造部と上部構造部との間に設けられ、前記下部構造部に前記上部構造部を水平方向に相対移動可能に支持させる支持部材と、
一端部が第一連結部に回転可能に連結された一対の第一アームと、一端部が第二連結部に回転可能に連結された一対の第二アームと、一方の前記第一アームの他端部と一方の第二アームの他端部とを前記上部構造部に回転可能に連結する第一連結手段と、他方の前記第一アームの他端部と他方の第二アームの他端部とを前記下部構造部に回転可能に連結する第二連結手段と、前記第一連結部と前記第二連結部とが外側に折り曲げられた状態で前記第一連結部と前記第二連結部との間に連結されたダンパーと、を有する減衰装置と、
を備える構造物。
前記減衰装置を構成する前記ダンパーは、前記ダンパーの一端部と他端部との軸方向の相対的な直線変位を回転慣性質量の軸回りの回転変位に変換する機構を有する、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構造物。