JP2017145621A - 免震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】確実且つ効果的に応答低減を可能にした免震構造物を提供する。【解決手段】それぞれ免震装置で支持され、自立して構築される一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を備え、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量装置１を介して連結する。【選択図】図１

Description

本発明は、免震建物などの免震構造物に関する。

積層ゴム支承などの免震装置で支持することにより免震性能を付与した免震建物（免震構造物）は、地震時の建物の応答加速度を大きく低減できることから、被災直後も建物機能を維持し、事業継続あるいは災害拠点としての働きを期待できる（例えば、特許文献１参照）。このような被災後の機能維持を性能目標とした高耐震性の免震建物の需要は今後ますます高まり、且つその耐震性能もより高いものが求められる。

一方、主に制振構造に採用されている慣性質量ダンパーは、錘質量によって大きな慣性質量を与え、ダンパーに生じる相対加速度に応じた反力を発生する（例えば、特許文献２参照）。この慣性質量ダンパーを免震層に設けるなどし、慣性質量ダンパーの特性を免震建物に付与すると、長周期化と変位の抑制効果を期待することができる。

特開２０１０−２０３１９２号公報 特開２００３−５６２０４号公報

しかしながら、上記のように慣性質量ダンパーを免震層に適用した場合には、高振動数領域での加速度が増大することから、短周期成分を多く含むような地震動に対しては、応答加速度を増大させ、免震効果を低下させてしまうおそれがある。したがって、免震建物へ慣性質量ダンパーを適用するために高振動数領域での応答加速度の増加を防ぎながらダンパーの性能を効果的に発揮させる手法の開発が強く求められていた。

本発明は、上記事情に鑑み、確実且つ効果的に応答低減を可能にした免震構造物を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の免震構造物は、それぞれ免震装置で支持され、自立して構築される一方の免震構造体と他方の免震構造体を備え、前記一方の免震構造体と前記他方の免震構造体が慣性質量装置を介して連結されていることを特徴とする。

また、本発明の免震構造物においては、前記一方の免震構造体と前記他方の免震構造体が慣性質量装置及び減衰装置を介して連結されていることが望ましい。

さらに、本発明の免震構造物においては、前記慣性質量装置の量が、Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．６８〜１．１９、且つｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜０．８の範囲で設定されていることがより望ましい。
ここで、ｍ_Ａは一方の免震構造体の質量、ｍ_Ｂは他方の免震構造体の質量、Ｋ_Ａは一方の免震構造体の免震層剛性、Ｋ_Ｂは他方の免震構造体の免震層剛性であり、Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを下記の式（２）、式（３）によって算出し、下記の式（１）を満たす範囲で慣性質量ｍ_ｄを設定する。

また、本発明の免震構造物において、前記減衰装置は、応答速度１．０ｍ／ｓの時の荷重Ｆ_Ｃｄが下記の式（４）を満たすように減衰係数を設定したものであることが望ましい。

ここで、Ｆ_ｍｄは慣性質量装置の応答加速度１．０ｍ／ｓ^２時の荷重である。

さらに、本発明の免震構造物においては、前記減衰装置がオイルダンパーであり、該オイルダンパーの容量が５００〜４０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）であることが望ましい。

本発明の免震構造物においては、一方の免震構造体と他方の免震構造体を慣性質量装置で連結したり、慣性質量装置及び減衰装置で連結することにより、応答低減対象である一方の免震構造体の加速度と変位の応答値をともに抑制することが可能になる。

また、慣性質量装置、慣性質量装置及び減衰装置を免震構造体間の連結要素として用いることにより、免震層に設置した場合に生じる高振動数領域での加速度上昇がなくなり、一方の免震構造体の変位を効果的に抑制することが可能になる。

よって、本発明の免震構造物によれば、確実且つ効果的に応答低減が可能な免震構造物を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る免震構造物を示す図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 慣性質量ダンパーの一例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る免震構造物の解析モデルを示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル１による一方の免震構造体と他方の免震構造体の伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル１の慣性質量ダンパー量の違いによる伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル２の慣性質量ダンパー量の違いによる伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル１の連結位置の違いによる伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル２のダンパーの違いによる伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション（時刻歴応答解析）で用いた入力地震動の応答スペクトルを示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル１の時刻歴応答解析結果を示す図である。 本発明の第１実施形態のシミュレーション結果であり、モデル２の時刻歴応答解析結果を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る免震構造物の変更例を示す図である。 図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る免震構造物を示す図である。 図１５のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る免震構造物の解析モデルを示す図である。 本発明の第２実施形態のシミュレーション結果であり、一方の免震構造体と他方の免震構造体の伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態のシミュレーション結果であり、オイルダンパー量の違いによる伝達関数の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態のシミュレーション（時刻歴応答解析）で用いた入力地震動の応答スペクトルを示す図である。 本発明の第２実施形態のシミュレーション結果であり、時刻歴応答解析結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る免震構造物の変更例を示す図である。 図２２のＸ１−Ｘ１線矢視図である。

以下、図１から図１２を参照し、本発明の第１実施形態に係る免震構造物について説明する。

本実施形態の免震構造物Ａは、免震建物であり、図１及び図２に示すように、それぞれ自立して隣り合う一方の免震構造体（一方の免震建物）Ａ１と他方の免震構造体（他方の免震建物）Ａ２を並設し、両者を慣性質量ダンパー（慣性質量装置）１で連結し、主要建物である一方の免震構造体Ａ１の地震時の応答を効果的に低減するように構成されている。

また、一方の免震構造体Ａ１、他方の免震構造体Ａ２は、建物基礎部に免震層２を持つ基礎免震構造で構成され、各免震構造体Ａ１、Ａ２の免震層２は、任意の免震支承と減衰装置により構成されている。

例えば、免震支承としては積層ゴム、すべり支承、リニアスライダーのいずれか、もしくは複数を併用し、減衰装置としてはオイルダンパー、鉛ダンパー(積層ゴムに内包するＬＲＢを含む)、鋼材ダンパー、摩擦ダンパーのいずれか、もしくは複数を併用することが好ましい。

さらに、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の免震周期は一致しないようにする。
また、免震周期Ｔは、以下の式（５）で算出される値とする。なお、ｍは免震構造体（建屋）の質量、Ｋは免震層剛性である。

両免震構造体Ａ１、Ａ２ともに、免震層上部の構造体（上部構造）の各層の剛性は各々の免震層剛性の１０倍以上とする。

一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を連結する慣性質量ダンパー１は、例えば、図３に示すように、軸線Ｏ１方向両端部に設けられ、一方がボールジョイントである取付部材３と、ボールねじ４と、ボールねじ４を軸線Ｏ１周りに回転可能に支持する軸受け５と、ボールねじ４に螺着したボールナット６と、ボールナット６に取り付けられた回転錘７と、付加ばね８と、押し付けばね９と、摩擦板１０などが主な構成要素とされている。
なお、図３に示した慣性質量ダンパー１はあくまで一例であり、本発明に係る慣性質量装置は他の構成を備えたものであってもよい。

また、本実施形態の慣性質量ダンパー１は、慣性質量ｍ_ｄを以下の式（６）の条件を満たす範囲で設定する。ここで、Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂは式（７）、式（８）による。また、ｍ_Ａは一方の免震構造体Ａ１の建屋質量、ｍ_Ｂは他方の免震構造体Ａ２の建屋質量、Ｋ_Ａは一方の免震構造体Ａ１の免震層剛性、Ｋ_Ｂは他方の免震構造体Ａ２の免震層剛性である。

また、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の連結位置（慣性質量ダンパー１の設置位置）は、両免震構造体Ａ１、Ａ２とも免震層２より上層の任意の位置でよいが、できる限り最上階付近が望ましい。

ここで、図４に示す連結振動モデルを用いて、伝達関数と時刻歴応答解析による検討を行うことにより、本実施形態の免震構造物Ａの応答低減効果を確認したシミュレーションについて説明する。

まず、解析モデルを次のように設定した。
モデル１は、一方の免震構造体Ａ１、他方の免震構造体Ａ２ともに５質点のせん断モデルであり、任意の層を慣性質量ダンパー１で連結した。
モデル２は、一方の免震構造体Ａ１が１０質点、他方の免震構造体Ａ２が５質点のせん断モデルであり、任意の層を慣性質量ダンパー１で連結した。
モデル１、モデル２ともに、最下層は免震層２である。

よって、Ｋ_１はＫ_２〜Ｋ_１０に比較して１／１０以下の小さな値とし、Ｃ_１は減衰定数（＝Ｃ／（２ω_ＡΣＭ_ｉ’）：ω_Ａは一方の免震構造体の１次固有円振動数）であり、０．１５〜０．３程度の値をとる。

同様に、ｋ_１はｋ_２〜ｋ_５に比較して１／１０以下の小さな値とし、ｃ_１は減衰定数（＝ｃ１／（２ω_ＢΣｍ_ｉ’）：ω_Ｂは他方の免震構造体の１次固有円振動数）で０．１５〜０．３程度の値をとる。

そして、表１、表２に、解析検討に用いたモデル１、モデル２の諸元をそれぞれ示す。
これらの表に示す通り、両免震構造体Ａ１、Ａ２とも、免震層２より上層の部分（上部構造）は１％の剛性比例型減衰を有する。

次に、伝達関数に関するシミュレーション結果を示す。

図５は、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２について、３ケースの伝達関数を示している。

ＣＡＳＥ１は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立して建っている場合であり、加速度、変位ともに各免震周期にピークが見られる。

ＣＡＳＥ２は一方の免震構造体Ａ１の免震層２に１０００ｔの慣性質量ダンパー１を設置した場合である。
このように免震層２に慣性質量ダンパー１を用いたＣＡＳＥ２では、１次固有周期の長周期化と低振動数領域での応答低減効果があるが、高振動数領域で加速度応答が増大することが確認された。

ＣＡＳＥ３は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の最上階を１０００ｔの慣性質量ダンパー１で連結した場合である。
このように免震構造体Ａ１、Ａ２間を慣性質量ダンパー１で連結したＣＡＳＥ３では、一方の免震構造体Ａ１がＣＡＳＥ２のような高振動数領域での加速度増大が生じず、加速度と変位の最大応答値がともに抑制されることが確認された。

図６はモデル１において慣性質量ダンパー１の量を５００ｔ〜５０００ｔ（Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．８８〜１．３０、ｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜１．０）まで変化させた場合の伝達関数を示している。なお、図６中には、比較のため、慣性質量ダンパー０ｔ（一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立した状態）の伝達関数も示している。

この図６から、慣性質量ダンパー量を増加させると、一方の免震構造体Ａ１は、加速度、変位ともに０．３Ｈｚ付近の応答が増加し、それ以下の振動数領域の応答が低減する傾向が確認された。また、他方の免震構造体Ａ２は、ピーク値は大きく変動しないが、長周期の応答が大きくなる傾向が確認された。

応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の応答値は、慣性質量ダンパー５００ｔ〜５０００ｔの範囲において、各免震構造体Ａ１、Ａ２が独立の場合よりも最大応答値を低減できることが確認された。

但し、慣性質量が３０００ｔより大きい範囲では一方の免震構造体Ａ１の応答特性の変化が小さくなることが確認された。このことから、モデル１の場合、慣性質量は５００ｔ〜３０００ｔ程度（Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．８８〜１．１９、ｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜０．６）が適量であると言える。

図７は、モデル２において慣性質量ダンパー１の量を１０００ｔ〜１２０００ｔ（Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．６８〜０．８１、ｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜１．２）まで変化させた場合の伝達関数を示している。図７中には、比較のため、慣性質量ダンパー０ｔ（一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立した状態）の伝達関数も示している。

慣性質量ダンパー量を増加させると、一方の免震構造体Ａ１は０．２〜０．３Ｈｚ間の加速度、変位の応答が増加し、それ以下の振動数領域の応答が低減する傾向が確認された。また、他方の免震構造体Ａ２は、０．３Ｈｚより小さい範囲の応答が大きくなる傾向が確認された。

また、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の応答値は、慣性質量ダンパー１０００ｔ〜１２０００ｔの範囲において、各免震構造体Ａ１、Ａ２が独立の場合よりも最大応答値を低減できることが確認された。

但し、慣性質量が８０００ｔより大きい範囲では一方の免震構造体Ａ１の応答特性の変化が小さくなることが確認された。このことから、モデル２の場合、慣性質量は１０００ｔ〜８０００ｔ程度（Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．６８〜０．７６、ｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜０．８）が適量であると言える。

そして、以上のシミュレーション結果から、連結用の慣性質量ダンパー量はＴ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．６８〜１．１９、且つｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜０．８の範囲で設定することが適当であると言える。

次に、図８は、モデル１において慣性質量ダンパー１の連結位置を変化させた場合の伝達関数を示している。図８中には、比較のため、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ１を連結していない場合の伝達関数も示している。

この図８から、一方の免震構造体Ａ１は、連結位置が下層になるほどに、最大応答値がやや増加する傾向があるが、その増加量は小さく、いずれの場合も一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を連結しない場合よりも最大応答値が小さくなることが確認された。但し、図８中のＭ_２−ｍ_２やＭ_１−ｍ_１のケースでは一方の免震構造体Ａ１の１Ｈｚ付近の加速度応答が、連結しない場合よりもやや大きくなっている。

他方の免震構造体Ａ２は、１Ｈｚ以上の振動数領域で伝達関数の変化が生じているが、最大応答値については連結位置による大きな違いがないことが確認された。

以上の結果から、慣性質量ダンパー１による連結位置は免震階から最上階までの任意の位置で応答低減効果を得られるが、より効果的な応答低減には最上階付近にすることが望ましいと言える。

図９は、モデル２において連結用ダンパーをオイルダンパーとした場合の伝達関数を示している。図９中には、比較のため、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を連結していない場合、及び２０００ｔの慣性質量ダンパー１で連結した場合の伝達関数も示している。

図９から、オイルダンパーで連結した場合、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の応答はダンパー量を増やすほど、加速度、変位ともにピーク値が低減する。但し、０．２〜０．３Ｈｚの範囲では、慣性質量ダンパー１による連結の方が効率的（効果的）に応答を低減できる。

次に、時刻歴応答解析のシミュレーション結果を示す。

図１０は、時刻歴応答解析に用いた入力地震動の応答スペクトルを示している。ＥＬ ＣＥＮＴＲＯは５０ｃｍ／ｓに基準化して入力した。
なお、ＥＬ ＣＥＮＴＲＯは１秒以下の短周期成分を多く含み、告示関東は１秒以下から長周期領域にかけてフラットな速度応答スペクトルであり、ＳＺ２は１〜４秒の長周期領域のエネルギーが大きいという特性がある。

図１１、図１２は、モデル１、モデル２の時刻歴応答解析の結果であり、最大応答加速度と最大応答変位をそれぞれ示している。
なお、図１１のＣＡＳＥ１−１と図１２のＣＡＳＥ２−１は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立している場合、図１１のＣＡＳＥ１−２と図１２のＣＡＳＥ２−２は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１で連結した場合、図１１のＣＡＳＥ１−３と図１２のＣＡＳＥ２−３は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２をオイルダンパーで連結した場合の応答をそれぞれ示している。

本シミュレーションの時刻歴応答解析では、慣性質量ダンパーとオイルダンパーがリリーフ機構を有するものとした。また、時刻歴応答解析に用いたダンパーの諸元は表３に示す通りである。

図１１及び図１２から、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の応答値に注目すると、短周期成分を多く含むＥＬ ＣＥＮＴＲＯを入力した場合、慣性質量ダンパー１を免震層２に設置することにより応答加速度の増加を招くことが確認された。

この一方で、図１１（ａ）、図１２（ａ）より、免震構造体Ａ１、Ａ２間を慣性質量ダンパー１で連結することにより、短周期成分の多いＥＬ ＣＥＮＴＲＯを入力しても加速度の増大が生じず、変位をやや低減できることが確認された。

また、告示関東、ＳＺ２を入力した場合には、免震構造体Ａ１、Ａ２間を慣性質量ダンパー１又はオイルダンパーで連結することにより、独立の場合に比べて変位の応答を抑制できることが確認された。

さらに、慣性質量ダンパー１で連結したケースと、オイルダンパーで連結したケースを比較すると、慣性質量ダンパー１で連結したケースの方が加速度の低減の効果が大きく、図１２（ｂ）のモデル２の告示関東入力のケース以外は、慣性質量ダンパー１で連結した方が変位の抑制効果も大きくなることが確認された。

したがって、本実施形態の免震構造物Ａにおいては、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１で連結することにより、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の加速度と変位の応答値をともに抑制することが可能になる。

また、慣性質量ダンパー１を免震構造体Ａ１、Ａ２間の連結要素として用いることにより、免震層２に設置した場合に生じる高振動数領域での加速度上昇がなくなり、一方の免震構造体Ａ１の変位を効果的に抑制することが可能になる。

さらに、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２をオイルダンパーで連結する場合と比較して、加速度の低減効果が大きく、変位の低減効果もオイルダンパーと同等かそれ以上にすることが可能になる。

また、高さ方向の連結位置は、両免震構造体Ａ１、Ａ２間の任意の位置でよく、建築計画に合わせた設置が可能である。さらに、免震装置及び慣性質量ダンパー１の設置位置は、免震層２と連結部に限られるので、多数のダンパーを複数層に設置する制振構造と比べ、建物の建築計画を阻害せず、点検作業もしやすくなる。これにより、耐震性能を向上させつつ設計自由度を高くすることができる。

以上、本発明に係る免震構造物の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施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、図１３及び図１４に示すように、一方の免震構造体Ａ１を囲繞するように他方の免震構造体Ａ２を設けて免震構造物Ａが構成されていてもよく、この場合においても、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１で連結すれば、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

次に、図１５から図２１を参照し、本発明の第２実施形態に係る免震構造物について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の免震構造物Ａは、免震建物であり、図１５及び図１６に示すように、それぞれ自立した一方の免震構造体（一方の免震建物）Ａ１と他方の免震構造体（他方の免震建物）Ａ２を並設し、両者を慣性質量ダンパー（慣性質量装置）１とオイルダンパー（減衰装置）１１で連結し、主要建物である一方の免震構造体Ａ１の地震時の応答を効果的に低減するように構成されている。
なお、本発明に係る減衰装置は建物に作用した地震エネルギー（振動エネルギー）を減衰させることが可能であればよく、必ずしもオイルダンパーに限定しなくてもよい。

また、一方の免震構造体Ａ１、他方の免震構造体Ａ２は、建物基礎部に免震層２を持つ基礎免震構造で構成され、各免震構造体Ａ１、Ａ２の免震層２は、任意の免震支承と減衰装置により構成されている。

一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の免震周期は一致しないようにする。また、免震周期Ｔは、第１実施形態で示した前述の式（５）で算出される値とする。さらに、両免震構造体Ａ１、Ａ２ともに、免震層２の上部の構造体（上部構造）の各層の剛性は各々の免震層剛性の１０倍以上とする。

さらに、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を連結する慣性質量ダンパー１は、第１実施形態と同様、慣性質量ｍ_ｄを前述の式（６）の条件を満たす範囲で設定する。

一方、オイルダンパー１１の容量は次のように設定する。
慣性質量ダンパー１の応答加速度１．０ｍ／ｓ^２時の荷重をＦ_ｍｄとして、オイルダンパー１１が応答速度１．０ｍ／ｓの時の荷重Ｆ_Ｃｄが以下の式（９）を満たすように減衰係数を設定する。なお、オイルダンパー１１の減衰特性は速度に対して線形でも非線形でもよい。

慣性質量ダンパー１の設置高さ位置（慣性質量ダンパー１による一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の連結位置）は、両免震構造体Ａ１、Ａ２とも免震層２より上層の任意の位置でよいが、できる限り最上階付近が望ましい。

オイルダンパー１１の設置高さ位置（オイルダンパー１１による一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２の連結位置）は、両免震構造体Ａ１、Ａ２とも免震層２より上層の任意の位置でよく、慣性質量ダンパー１の連結位置と一致させてもよいし、別々の連結位置としてもよい。

ここで、第１実施形態と同様に、図１７に示す連結振動モデルを用いて、伝達関数と時刻歴応答解析による検討を行うことにより、本実施形態の免震構造物Ａの応答低減効果を確認したシミュレーションについて説明する。

まず、解析モデルを次のように設定した。
一方の免震構造体Ａ１が１０質点、他方の免震構造体Ａ２が５質点のせん断モデルであり、任意の層を慣性質量ダンパー１、オイルダンパー１１で連結した。最下層は免震層２である。

よって、Ｋ_１はＫ_２〜Ｋ_１０に比較して１／１０以下の小さな値とし、Ｃ_１は減衰定数（＝Ｃ／（２ω_ＡΣＭ_ｉ’）：ω_Ａは一方の免震構造体Ａ１の１次固有円振動数）であり、０．１５〜０．３程度の値をとる。

同様に、ｋ_１はｋ_２〜ｋ_５に比較して１／１０以下の小さな値とし、ｃ_１は減衰定数（＝ｃ１／（２ω_ＢΣｍ_ｉ’）：ω_Ｂは他方の免震構造体Ａ２の１次固有円振動数）で０．１５〜０．３程度の値をとる。

そして、解析検討に用いたモデルの諸元は第１実施形態と同様（表３、表２参照）であり、両免震構造体Ａ１、Ａ２とも、免震層２より上層の部分（上部構造）は１％の剛性比例型減衰を有するものとした。

次に、伝達関数に関するシミュレーション結果を示す。

図１８は、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２について、６ケースの伝達関数を示している。

「連結なし」は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立して建っている場合であり、加速度、変位ともに各免震周期にピークが見られる。

「ＤＳ」は一方の免震構造体Ａ１のＭ_５と他方の免震構造体Ａ２のｍ_５を２０００ｔの慣性質量ダンパー１で連結した場合である。免震構造体Ａ１、Ａ２間を慣性質量ダンパー１で連結すると、一方の免震構造体Ａ１の高振動数領域での加速度増大が生じず、加速度と変位の最大応答値がともに抑制されることが確認された。

「ＯＤ５Ｆ」は一方の免震構造体Ａ１のＭ_５と他方の免震構造体Ａ２のｍ_５を２０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）のオイルダンパー１１で連結した場合である。免震構造体Ａ１、Ａ２間をオイルダンパー１１で連結すると、一方の免震構造体Ａ１の１次固有振動数のピーク値が抑えられることが確認された。但し、「ＤＳ」のケースのように、一方の免震構造体Ａ１を長周期化する効果は確認できない。

「ＤＳ＋ＯＤ５Ｆ」、「ＤＳ＋ＯＤ３Ｆ」、「ＤＳ＋ＯＤ１Ｆ」は、一方の免震構造体Ａ１のＭ_５と他方の免震構造体Ａ２のｍ_５を２０００ｔの慣性質量ダンパー１で連結し、「ＤＳ＋ＯＤ５Ｆ」はＭ５とｍ５、「ＤＳ＋ＯＤ３Ｆ」はＭ３とｍ３、「ＤＳ＋ＯＤ１Ｆ」はＭ１とｍ１をそれぞれオイルダンパー１１で連結した場合である。

慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１を併用することで、１次固有周期の長周期化とピーク値の抑制が図れ、一方の免震構造体Ａ１の応答が加速度、変位ともに効果的に抑えられることが確認された。また、他方の免震構造体Ａ２についても慣性質量ダンパー１のみでの連結の場合よりも応答を抑えることができた。

オイルダンパー１１の連結位置の違いによる伝達関数の大きな変化はないが、連結位置が下層になるほど、１Ｈｚ付近のピーク値がやや小さくなることが確認された。

次に、図１９は、オイルダンパー１１の量を５００〜８０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）まで変化させた場合の伝達関数を示している。
なお、図１９中には、比較のため、「連結なし」(一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立)の場合と、「ＤＳ」（一方の免震構造体Ａ１のＭ_５と他方の免震構造体Ａ２のｍ_５を２０００ｔの慣性質量ダンパー１で連結）の場合の伝達関数も示している。
また、オイルダンパー１１は一方の免震構造体Ａ１のＭ_１と他方の免震構造体Ａ２のｍ_１を連結するように設置している。

この図１９より、オイルダンパー量を増加させると、一方の免震構造体Ａ１は１次固有周期が短周期化しながら、４０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）までは加速度、変位ともに応答のピーク値が下がっていくことが確認された。また、４００００ｋＮ／（ｍ／ｓ）を超えると、加速度、変位ともにピーク値が上昇し始めることが確認された。

この結果から、連結するオイルダンパー１１の容量は、５００〜４０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）が適当であることが確認された。

また、併用する慣性質量ダンパー１の容量が２０００ｔ（１．０ｍ／ｓ^２時の荷重Ｆ_ｍｄ＝２０００ｋＮ）であるため、減衰係数５００〜４０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）の１．０ｍ／ｓ時の荷重Ｆ_Ｃｄ（＝５００〜４０００ｋＮ）は、０．２５〜２．０Ｆ_ｍｄに相当する。

次に、時刻歴応答解析のシミュレーション結果を示す。

図２０は、時刻歴応答解析に用いた入力地震動の応答スペクトルを示している。ＥＬ ＣＥＮＴＲＯは５０ｃｍ／ｓに基準化して入力した。
なお、ＥＬ ＣＥＮＴＲＯは１秒以下の短周期成分を多く含み、告示関東は１秒以下から長周期領域にかけてフラットな速度応答スペクトルであり、ＯＳ２は１秒以上の長周期領域のエネルギーが非常に大きいという特性がある。

図２１は、時刻歴応答解析結果であり、最大応答加速度と最大応答変位をそれぞれ示している。
ＣＡＳＥ１は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２が独立している場合、ＣＡＳＥ２は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１で連結した場合、ＣＡＳＥ３は一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１のみで連結した場合の応答をそれぞれ示している。

本シミュレーションの時刻歴応答解析では、慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１がリリーフ機構を有するものとした。また、時刻歴応答解析に用いたダンパーの諸元は前述の表３に示す通りである。

図２１から、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の応答値に注目すると、短周期成分を多く含むＥＬ ＣＥＮＴＲＯを入力した場合、慣性質量ダンパー１を免震層２に設置することにより応答加速度の増加を招くことが確認された。

この一方で、図２１（ａ）より、免震構造体Ａ１、Ａ２間に慣性質量ダンパー１を用いることで短周期成分の多いＥＬ ＣＥＮＴＲＯを入力しても加速度の増大が生じず、変位をやや低減できることが確認された。加えて、ＣＡＳＥ２は免震構造体Ａ１、Ａ２間にオイルダンパー１１を併用することによって最上階の加速度を慣性質量ダンパー１のみを用いたＣＡＳＥ３よりも低減できることが確認された。

また、告示関東、ＯＳ２を入力した場合には、免震構造体Ａ１、Ａ２間を慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１の両方で連結することにより、加速度応答が慣性質量ダンパー１のみで連結したケースと同程度に低減できることが確認され、且つ変位応答が独立の場合や慣性質量ダンパー１のみでの連結の場合に比べて大きく低減できることが確認された。

特に、図２１（ｃ）のように、ＯＳ２を入力した際に、独立の場合が７２８ｍｍという大きな免震層変位となるのに対し、ＣＡＳＥ２の慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１を連結した場合には４２９ｍｍまで低減でき、ＯＳ２のような長周期領域に大きなエネルギーを持つ地震動に対して効果的な応答低減効果が得られることが確認された。

したがって、本実施形態の免震構造物Ａにおいては、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１で連結することにより、応答低減対象である一方の免震構造体Ａ１の加速度と変位の応答値をともに抑制することが可能になる。

また、慣性質量ダンパー１を免震構造体Ａ１、Ａ２間の連結要素として用いることにより、免震層２に設置した場合に生じる高振動数領域での加速度上昇がなくなり、一方の免震構造体Ａ１の変位を効果的に抑制することが可能になる。

さらに、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１のみで連結する場合と比較して、加速度の低減効果は同等であるが、変位の低減効果が大きくなる。

また、慣性質量ダンパー１、オイルダンパー１１ともに、高さ方向の連結位置は、両免震構造体Ａ１、Ａ２間の任意の位置でよく、建築計画に合わせた設置が可能である。さらに、免震装置及び慣性質量ダンパー１、オイルダンパー１１の設置位置は、免震層２と連結部に限られるので、多数のダンパーを複数層に設置する制振構造と比べ、建物の建築計画を阻害せず、点検作業もしやすくなる。これにより、耐震性能を向上させつつ設計自由度を高くすることができる。

以上、本発明に係る免震構造物の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施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、図２２及び図２３に示すように、一方の免震構造体Ａ１を囲繞するように他方の免震構造体Ａ２を設けて免震構造物Ａが構成されていてもよく、この場合においても、一方の免震構造体Ａ１と他方の免震構造体Ａ２を慣性質量ダンパー１とオイルダンパー１１で連結すれば、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

１ 慣性質量ダンパー（慣性質量装置）
２ 免震層
３ 取付部材
４ ボールねじ
５ 軸受け
６ ボールナット
７ 回転錘
８ 付加ばね
９ 押し付けばね
１０ 摩擦板
１１ オイルダンパー（減衰装置）
Ａ 免震構造物
Ａ１ 一方の免震構造体（免震建物）
Ａ２ 他方の免震構造体（免震建物）
Ｏ１ 軸線

Claims (5)

1. それぞれ免震装置で支持され、自立して構築される一方の免震構造体と他方の免震構造体を備え、前記一方の免震構造体と前記他方の免震構造体が慣性質量装置を介して連結されていることを特徴とする免震構造物。
2. 請求項１記載の免震構造物において、
   前記一方の免震構造体と前記他方の免震構造体が慣性質量装置及び減衰装置を介して連結されていることを特徴とする免震構造物。
3. 請求項１または請求項２に記載の免震構造物において、
   前記慣性質量装置の量が、Ｔ_Ｂ／Ｔ_Ａ＝０．６８〜１．１９、且つｍ_ｄ／ｍ_Ａ＝０．１〜０．８の範囲で設定されていることを特徴とする免震構造物。
   ここで、ｍ_Ａは一方の免震構造体の質量、ｍ_Ｂは他方の免震構造体の質量、Ｋ_Ａは一方の免震構造体の免震層剛性、Ｋ_Ｂは他方の免震構造体の免震層剛性であり、Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを下記の式（２）、式（３）によって算出し、下記の式（１）を満たす範囲で慣性質量ｍ_ｄを設定する。
   

   

   

   
4. 請求項２または請求項３に記載の免震構造物において、
   前記減衰装置は、応答速度１．０ｍ／ｓの時の荷重Ｆ_Ｃｄが下記の式（４）を満たすように減衰係数を設定したものであることを特徴とする免震構造物。
   

   

   ここで、Ｆ_ｍｄは慣性質量装置の応答加速度１．０ｍ／ｓ^２時の荷重である。
5. 請求項２または請求項３に記載の免震構造物において、
   前記減衰装置がオイルダンパーであり、該オイルダンパーの容量が５００〜４０００ｋＮ／（ｍ／ｓ）であることを特徴とする免震構造物。

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