JP2017218857A - 回転マスダンパの設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転マスダンパを粘性系減衰要素と容易に組み合わせて使用することが可能であり、しかも構造物に対する回転マスダンパの設置を容易なものにすることが可能な回転マスダンパの設置構造を提供する。【解決手段】粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部梁に固定された外壁と、前記外壁の収容室内に挿入されて当該外壁と相まって制振壁を構成すると共に上部梁に対して移動自在に保持された内壁と、付加錘を有すると共に前記上部梁と前記内壁との間に設けられ、前記上部梁と前記内壁との間の相対変位を前記付加錘の回転運動に変換する回転マスダンパと、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、建物等の構造物の制振装置や免震装置に利用され、付加錘の回転によって生じる慣性質量効果により、下部構造物から上部構造物への振動の伝達を抑制する回転マスダンパの設置構造に関する。

従来、制振装置や免震装置に利用されて、地震動から建物等の構造物を保護する減衰装置としては、オイル等の粘性流体を用いて振動に反力を加えるオイルダンパ等の粘性系減衰要素や、付加錘の慣性質量効果によって振動に反力を加えるマスダンパ等の質量系減衰要素が知られている。

前者の一例としては、特許文献１や非特許文献１に開示された制振壁が知られている。この制振壁は、粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部構造物に固定された矩形状の外壁と、上部構造物に対して固定されると共に前記外壁の収容室内に上方から挿入された内壁と、から構成されている。地震動によって下部構造物と上部構造物との間に変位が生じると、前記内壁が前記外壁の収容室内で変位するが、その際に前記内壁に接している粘性流体が当該内壁に対して反力としてのせん断抵抗を及して、構造物の振動エネルギを減衰させるようになっている。

また、後者の一例としては、非特許文献２や特許文献２に開示された回転マスダンパが知られている。具体的には、下部構造物と上部構造物の層間に生じる直線変位を回転運動に変換する機構と、前記変換機構によって回転運動を与えられる付加錘とを有している。地震動によって下部構造物と上部構造物との間に変位が生じると、前記付加錘が回転し、当該付加錘の回転運動によって生じた慣性質量効果を前記下部構造物及び上部構造物へ反力として及ぼし、構造物の固有振動数の長周期化、入力振動に対する変位応答、加速度応答等の低減に効果的である。

特に、特許文献２に示されるように、前記構造物の層間変位を付加錘の回転運動に変換する機構として、ねじ軸及びこれに螺合するナット部材からなるねじ変換機構を用いるタイプでは、前記ねじ変換機構が層間変位を回転運動に変換する際の増幅効果で、前記付加錘の実際の質量の１０００倍程度の慣性質量効果を得ることができ、小さな質量の付加錘で大きな反力を得ることが可能である。

また、特許文献３には粘性系減衰要素としても機能する回転マスダンパが開示されている。具体的には、付加錘とその回転を支承する固定筒との間に粘性流体が充填されており、前記付加錘の回転に対して前記粘性流体の剪断抵抗が作用するように構成されている。すなわち、この特許文献３の回転マスダンパは、粘性系減衰要素と質量系減衰要素が並列の関係で組み合わされており、その分だけ大きな減衰力が得られるようになっている。以降の説明ではこのように粘性系減衰要素を内蔵した回転マスダンパを「粘性回転マスダンパ」と記載する。

特開平５−８６７４４号公報 特開２００８−１９６６０６号公報 特開２０１２−３７００５号公報

建築構造物の地震応答制御設計法への研究／第２報制震壁の性能試験（日本建築学会大会学術講演梗概集２４４１第８８１〜８８２頁／昭和６２年１０月） 慣性接続要素によるモード分離／慣性接続要素による応答制御に関する研究その１（日本建築学会構造系論文集第５７６号第５５〜６２頁／２００４年２月）

建物等の構造物の制震又は免震を検討する場合、一棟毎に異なる建物構造への適応の必要性から、各種の減衰装置の長所を引き出すように組み合わせて使用する場合が多く、例えば、一棟の構造物のある場所には前記制振壁を設け、別のある場所には前記回転マスダンパを設けるといったことが行われている。

減衰装置を建物に対して実際に施工する際、前記制振壁については、前記外壁及び内壁を下部構造物及び上部構造物の梁に対して直接固定することが可能である。しかし、前記回転マスダンパを構造物に施工する場合、当該回転マスダンパは前記下部構造物及び上部構造物との間で水平方向に沿って、又は水平方向に対して傾斜した状態で設置することが必要とされ、前記下部構造物及び前記上部構造物には回転マスダンパを接続するためのブレース等の支持構造を設ける必要があった。

また、前記回転マスダンパが発揮する反力（以下、「ダンパ反力」という）は、構造物に対する入力振動の加速度に敏感に反応するため、特に特許文献２に示されるような増幅効果を有する回転マスダンパを構造物に設置すると、例えば巨大地震等の際には当該回転マスダンパから構造物に対して作用するダンパ反力が過大なものになってしまう懸念がある。前記下部構造物及び前記上部構造物に設ける回転マスダンパの支持構造の設計にはこの点を考慮する必要があり、当該設計が困難なものになっていた。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、回転マスダンパを粘性系減衰要素と容易に組み合わせて使用することが可能であり、しかも構造物に対する回転マスダンパの設置を容易なものにすることが可能な回転マスダンパの設置構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の回転マスダンパの設置構造は、前記制振壁を回転マスダンパの支持構造として利用して、当該回転マスダンパを構造物に設置することを主眼とするものである。

そして、第一の設置構造は、粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部梁に固定された外壁と、前記外壁の収容室内に挿入されて当該外壁と相まって制振壁を構成すると共に上部梁に対して移動自在に保持された内壁と、付加錘を有すると共に前記上部梁と前記内壁との間に設けられ、前記上部梁と前記内壁との間の相対変位を前記付加錘の回転運動に変換する回転マスダンパと、を備えている。

また、第二の設置構造は、粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部梁に固定された外壁と、前記外壁の収容室内に挿入されて当該外壁と相まって制振壁を構成すると共に上部梁に固定された内壁と、付加錘を有すると共に前記上部梁と前記外壁との間に設けられ、前記上部梁と前記外壁との間の相対変位を前記付加錘の回転運動に変換する回転マスダンパと、を備えている。

前記第一の設置構造又は第二の設置構造のいずれにおいても、前記回転マスダンパの一端は前記制振壁の内壁又は外壁に接続されており、当該回転マスダンパは粘性系減衰要素である制振壁の一部を支持構造として建物等の構造物に設置することができる。従って、当該構造物に対して回転マスダンパを接続するための支持構造をわざわざ設ける必要がなく、また、粘性系減衰要素である制振壁と質量系減衰要素である回転マスダンパをコンパクトに組み合わせて構造物内に配置することが可能となる。

また、前記第一の設置構造によれば、回転マスダンパは上部梁と内壁との間に設けられており、当該回転マスダンパは粘性系減衰要素である前記制振壁と直列に配置されていることになる。一方、前記第二の設置構造によれば、回転マスダンパは上部梁と外壁との間に設けられており、前記上部梁と前記下部梁との間において、当該回転マスダンパは粘性系減衰要素である前記制振壁と並列に配置されていることになる。すなわち、制振壁を利用して回転マスダンパを設置する本発明によれば、粘性系減衰要素と質量系減衰要素を組み合わせて使用するにあたり、これら減衰要素の直列又は並列の配置を容易に選択することが可能であり、各減衰要素の長所を引き出しつつ、建物毎に異なる制振装置及び免震装置の設計に対して柔軟に適応することが可能となる。

本発明を適用した回転マスダンパの第一実施形態を示す概略図である。 制振壁の構造の概略を示す断面図である。 第一実施形態の回転マスダンパの設置構造の解析モデルを示す図である。 制振壁の速度−荷重特性を示すグラフ図である。 第一実施形態の回転マスダンパを粘性回転マスダンパに置き換えた解析モデルを示す図である。 本発明を適用した回転マスダンパの第二実施形態を示す概略図である。 第二実施形態における接続支持部の詳細を示す断面図である。 第二実施形態の回転マスダンパの設置構造の解析モデルを示す図である。 本発明を適用した回転マスダンパの第三実施形態を示す概略図である。 第三実施形態の回転マスダンパの設置構造の解析モデルを示す図である。 本発明を適用した回転マスダンパの第四実施形態を示す概略図である。 第四実施形態の回転マスダンパの設置構造の解析モデルを示す図である。 本発明を適用した回転マスダンパの第五実施形態を示す概略図である。 第五実施形態の回転マスダンパの設置構造の解析モデルを示す図である。 第五実施形態において制振壁に粘弾性体を充填した場合の解析モデルを示す図である。 第五実施形態において粘弾性体を使用した場合の各減衰要素の変位−荷重の履歴特性を示す図である。 本発明を適用した回転マスダンパの第六実施形態を示す概略図である。 第一実施形態の変形例を示す図である。 上部梁及び下部梁から突出した支持構造の間に本発明の設置構造を適用した例を示す図である。

以下、添付図面を用いながら本発明の回転マスダンパの設置構造について具体的に説明する。

図１は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第一実施形態を示すものであり、上部構造物の梁１（以下、「上部梁」という）と下部構造物の梁２（以下、「下部梁」という）の間に、回転マスダンパ３と制振壁４を直列に配置しており、本発明の第一の設置構造に該当する。

前記制振壁４は、前記下部梁２に固定された外壁４０と、前記上部梁１に対して移動自在に設けられた内壁４１とから構成されている。図２は前記制振壁を示す断面図である。分図（ａ）に示すように、前記外壁４０は内部にスリット状空間を有する箱型をなしており、前記スリット状空間の上部は開放されている。前記スリット状空間は粘性流体４２の収容室となっており、シリコンオイルやポリイソブチレン等の粘性流体４２が満たされている。前記内壁４１は平板状に形成されており、前記外壁４０のスリット状空間に対して上部開口から挿入されている。前記内壁４１を前記外壁４０のスリット状空間に挿入した状態では、平板状に形成された内壁４１の表裏両面と外壁４０の内側面とが形成する隙間に、前記粘性流体４２が満たされた状態にある。

この制振壁４が発揮する減衰力は、前記内壁４１の表裏面積、粘性流体４２の粘度、内壁４１と外壁４０の隙間の大きさで変化し、これらの値を任意に設定することによって、必要とする減衰力を制振壁４に与えることができる。また、図２の分図（ｂ）に示すように、前記外壁４０に複数のスリット状空間を設けて、各スリット状空間のそれぞれに対して内壁４１を挿入し、それによって大きな減衰力を得るように構成してもよい。

前記制振壁４の内壁４１は前記上部梁１に対して直接固定されておらず、ガイド部材５を介して前記上部梁１に保持され、当該上部梁１に対して移動自在に設けられている。但し、前記上部梁１に対する前記内壁４１の移動方向は、図１中の矢線Ｘ方向、すなわち当該内壁４１の表裏面と平行な方向に設定されている。これにより、前記内壁４１は前記外壁４０との隙間を略一定に維持した状態で当該外壁４０のスリット状空間の内部を移動自在であり、前記内壁４１が前記スリット状空間内を移動すると、その移動に対して粘性流体４２から剪断抵抗が作用する。前記ガイド部材は前記上部梁に固定された軌道レール５０及び当該軌道レール５０に沿って移動自在なスライダ５１とから構成されており、前記内壁は前記スライダによって保持されている。前記ガイド部材５としては、市販のリニアガイド等の転がり軸受を用いることができる。

前記制振壁４の内壁４１と前記上部梁１の間には回転マスダンパ３が接続されている。この回転マスダンパ３は、前記上部梁１に対する内壁４１の変位を回転運動に変換するねじ変換機構と、前記ねじ変換機構によって回転を与えられる付加錘と、を備えている。この回転マスダンパ３としては、例えば、特開２００８−１９６６０６号公報、特開２０１０−２５５７５２号公報、特開２０１１−１４４８３１号公報、特開2011-106519号公報等に開示されたものを使用することが可能である。回転マスダンパ３は前記上部梁１に設けられた取付け支持部１０と前記内壁４１に設けられた接続支持部４３の間に固定される。

尚、図１では前記内壁４１の両側に一対の回転マスダンパ３が設けられているが、当該内壁４１の片側にのみ回転マスダンパ３を設けるようにしてもよい。

図３は第一実施形態における回転マスダンパ３の設置構造をモデル化して示した図である。図中のｍｄは付加錘を回転させてその慣性質量効果を利用する質量系減衰要素としての回転マスダンパ３を、ｃｖは粘性系減衰要素としての制振壁４を示している。この第一実施形態の設置構造では、前記制振壁４の内壁４１が前記上部梁１に対して移動自在に保持されており、下部梁２に対する上部梁１の矢線Ｘ方向への変位が前記回転マスダンパ３の発揮する反力に応じて当該回転マスダンパ３と粘性系減衰要素である前記制振壁４とに按分されるようになっている。すなわち、この設置構造は回転マスダンパ３と制振壁４を直列に接続した関係に相当する。

また、前記制振壁４は前記粘性流体４２が前記内壁４１及び前記外壁４０に対して及ぼす剪断抵抗に基づいてダンパ反力を発揮しており、図４のグラフに示すように、前記外壁４０に対する前記内壁４１の変位速度が増加するにつれ、負荷可能な荷重（ダンパ反力）は頭打ちになる非線形特性を有している。また、前記内壁４１と前記外壁４０との間に所定以上の荷重が作用すると、粘性流体そのものが不連続となる破断面を生じ、前記内壁４１が前記外壁４０に対して滑りを生じる傾向にある。ダンパ反力が頭打ちになる非線形特性は、前記粘性流体４２の粘度、前記粘性流体４２の剪断抵抗が作用している内壁４１及び外壁４０の表面積、前記内壁４１と前記外壁４０の隙間量を変化させることにより、任意に設定することが可能である。また、前記内壁４１が前記外壁４０に対して滑りを生じる荷重は、粘性流体そのものが不連続となる破断面を積極的に生じさせるような機能を設けて設定してもよい。

例えば巨大地震などによって過大な加速度の振動が前記回転マスダンパ３に入力され、その結果として当該回転マスダンパ３が過大なダンパ反力を発揮したとしても、前記回転マスダンパ３を前記制振壁４と直列に設置しておけば、前記制振壁４が有する減衰力の非線形特性に起因して、ダンパ反力が大きくなるほど、前記外壁４０に対する前記内壁４１の変位や速度が上昇し、構造物に及ぼすダンパ反力を抑制することが可能となる。また、前述の如く、ダンパ反力が所定以上の大きさになると、内壁４１はそれ以上の荷重を負荷することなく外壁４０に対して滑りを生じるので、前記制振壁４が構造物に及ぼすダンパ反力の制限機構として作用することになる。

従って、この第一実施形態の設置構造によれば、前記制振壁４の内壁４１を支持構造の一部として前記回転マスダンパ３を構造物に設置することが可能となり、当該回転マスダンパ３を設置が容易なものになる他、質量系減衰要素と粘性系減衰要素をコンパクトに組み合わせて構造物に設置することが可能となる。また、前記制振壁４が前記回転マスダンパ３の発揮するダンパ反力の制限機構として機能するので、当該回転マスダンパ３の発揮する過大なダンパ力を考慮することなく構造物の設計を行うことが可能となる。

尚、前記回転マスダンパ３としては、特開平１０−１８４７５７号公報や特開２０１２−３７００５号公報、特開２０１１−１０６５１９号公報に開示される粘性回転マスダンパを使用してもよい。図５は、粘性回転マスダンパと前記制振壁を直列に配置した場合を示すモデル図であり、質量系減衰要素ｍｄと粘性系減衰要素ｃｄとが並列に組み合わさって粘性回転マスダンパを構成しており、かかる粘性回転マスダンパと前記制振壁４（ｃｖ）が直列に配置されている。

図６は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第二実施形態を示すものである。この第二実施形態の設置構造では、前記下部梁２と前記上部梁１の間に粘性回転マスダンパ３Ａと制振壁４を直列に配置している。

この第二実施形態の制振壁４の構成は前述の第一実施形態の制振壁４と共通なので、ここではその詳細な説明は省略する。また、ガイド部材５によって前記制振壁４の内壁４１を前記上部梁１に対して移動自在に保持している点も前述の第一実施形態と共通である。一方、前記粘性回転マスダンパ３Ａとしては、特開平１０−１８４７５７号公報や特開２０１２−３７００５号公報、特開２０１１−１０６５１９号公報に開示される粘性回転マスダンパを使用する。当該粘性回転マスダンパ３Ａは、内部に粘性流体の収容室を有し、付加錘の回転に対して当該粘性流体の剪断抵抗が作用するものであり、質量系減衰要素と粘性系減衰要素が並列的に存在している。

また、図７に示すように、前記粘性回転マスダンパ３Ａを前記制振壁４の内壁４１に接続する接続支持部４３と当該内壁４１との間には、天然ゴム等の弾性体４４が設けられている。この弾性体４４と前記粘性回転マスダンパ３Ａを直列に接続することにより、建物の主振動系に対する付加振動系が構成される。

図８は図６に示した粘性回転マスダンパの設置構造をモデル化して示した図である。図中のｃｄは前記粘性回転マスダンパ３Ａに内蔵された粘性系減衰要素を示しており、当該粘性回転マスダンパ３Ａでは付加錘による質量系減衰要素ｍｄと前記粘性系減衰要素ｃｄとが並列に設けられていることになる。また、図中のｋｂはバネ要素であり、前記内壁４１と前記接続支持部４３との間に設けられた弾性体４４がこれに相当し、当該弾性体４４は前記粘性回転マスダンパ３Ａと直列に配置されている。更に、ｃｖは粘性系減衰要素としての前記制振壁４を示しており、当該制振壁４は前記弾性体４４及び前記粘性回転マスダンパ３Ａと直列に配置されている。

この第二実施形態の設置構造では、前記粘性回転マスダンパ３Ａと前記弾性体４４を直列に配置することによって付加振動系を構成しており、前記粘性回転マススダンパ３Ａの付加錘や前記弾性体４４のバネ係数を調整することにより、当該付加振動系の固有振動数を主振動系である建物の固有振動数に同調させることができる。前記付加振動系の固有振動数が主振動系である建物の固有振動数に同調すると、主振動系の振動変位に対して付加振動系の振動変位が増幅されるので、粘性回転マスダンパ３Ａの粘性系減衰要素によって主振動系の振動エネルギを効率的に吸収することが可能となる。

この際、前記第一実施形態と同様に、前記制振壁４は前記粘性回転マスダンパ３Ａの発揮するダンパ反力の制限機構として機能する。例えば、特開２０１２−３７００５号公報に開示される従来の粘性回転マスダンパ３Ａでは、加速度の大きな振動入力に対して過大なダンパ反力が発生するのを抑制するため、所定以上の回転角加速度に対して付加錘がスリップを生じるようにトルクリミッタを設けていた。しかし、この第二実施形態の設置構造では前記制振壁４がダンパ反力の制限機構として機能するので、粘性回転マスダンパ３Ａにトルクリミッタを設ける必要はなく、当該粘性回転マスダンパ３Ａの機構を簡易なものにすることが可能となる。

図９は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第三実施形態を示すものであり、前述の第二実施形態における設置構造の変形例を示すものである。

前述の第二実施形態では前記制振壁４の内壁４１と前記接続支持部４３との間に弾性体４４を設けて、前記粘性回転マスダンパ３Ａによる付加振動系を構成した。しかし、この第三実施形態では前記上部梁１から垂下する弾性取付部１１を設け、この弾性取付部１１と前記接続支持部４３との間に粘性回転マスダンパ３Ａを配置し、前記接続支持部４３は前記内壁４１に対して弾性体４４を設けることなく直接固定した。前記弾性取付部１１は剛性を低く設定してバネ性を与えたものであり、前記粘性回転マスダンパ３Ａを固定した下端が矢線Ｘ方向へ振動するようになっている。また、前記ガイド部材５は上部梁１に設けられたブレース１２に対して取り付けられている。

図１０は図９に示した粘性回転マスダンパ３Ａの設置構造をモデル化して示した図である。図８に示した第二実施形態のモデル図と比較し、バネ要素ｋｂと粘性回転マスダンパ３Ａの位置関係が逆転しているが、前記粘性回転マスダンパ３Ａと前記弾性取付部１１が付加振動系を構成し、当該付加振動系の固有振動数を主振動系である建物の固有振動数に同調させることで、粘性回転マスダンパ３Ａの粘性系減衰要素によって主振動系の振動エネルギを効率的に吸収することができる点は、前記第二実施形態と同じである。また、前記制振壁４がダンパ反力の制限機構として機能する点も、前記第二実施形態と同じである。

尚、この第二実施形態では前記上部梁１にのみブレース１２を設けて、前記ガイド部材５を介して当該ブレース１２と前記内壁４１とを接続したが、前記下部梁２にもブレースを設けて、前記下部梁２から立ち上がったブレースの上端に前記外壁４０を固定するように設計してもよい。

図１１は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第四実施形態を示すものであリ、前記第一実施形態の設置構造の変形例を示している。

この第四実施形態の設置構造は前述の第一実施形態と略同一であるが、制振壁４を構成する内壁４１ａが上下に細長い長方形状に形成されており、前記回転マスダンパ３の接続支持部４３と前記外壁４０との距離が前記第一実施形態よりも大きく設定されている。前記上部梁１と前記下部梁２との間に矢線Ｘ方向の層間変位が生じると、前記内壁４１ａの上部は前記回転マスダンパ３によって矢線Ｘ方向へ押圧される。その一方、前記内壁４１ａが矢線Ｘ方向へ変位しようとすると、前記外壁４０のスリット状空間内に挿入された前記内壁４１ａの下端には、当該変位を妨げるせん断抵抗が粘性流体から作用する。このため、前記上部梁１と前記下部梁２との間に層間変位が生じると、前記内壁４１ａが弾性体のごとく撓むことになる。

図１２は第四実施形態の設置構造をモデル化して示した図である。前述のように、制振壁の内壁４１ａは弾性体として機能するので、この第四実施形態では、質量系減衰要素ｍｄとしての回転マスダンパ３とスリップ特性を発揮する粘性系減衰要素ｃｒとしての制振壁４の間に、バネ要素ｋｂとしての内壁４１ａが挿入されていることになる。すなわち、この第四実施形態のモデルにおいては、前記回転マスダンパ３と前記内壁４１ａが付加振動系を構成していることになる。

そして、前記付加振動系の固有振動数を主振動系である建物の固有振動数に同調させることで、前記制振壁４においては前記外壁４０に対する前記内壁４１ａの振幅が増加するので、当該制振壁４によって主振動系の振動エネルギを効率的に吸収することが可能となる。また、前記制振壁４は前記回転マスダンパ３のダンパ反力の制限機構としても機能する。

前述した第一実施形態乃至第四実施形態では、前記制振壁４の内壁４１を移動自在に保持するガイド部材として、前述の転がり軸受に替えて、低摩擦皮膜を形成した滑り軸受などを使用することも可能である。但し、前記外壁４０のスリット状空間内における前記内壁４１の傾きを防止するため、前記矢線Ｘ方向以外には前記内壁４１の動きを拘束していることが必要である。また、前記ガイド部材５の簡易な構成として、例えば、前記内壁４１の移動方向に沿って長孔を形成し、当該長孔に対してピンを挿入し、前記長孔に対するピンのスライドによって前記内壁４１を移動自在に保持してもよい。

図１３は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第五実施形態を示すものであリ、上部梁１と下部梁２の間に、回転マスダンパ３と制振壁４を並列に配置しており、本発明の第二の設置構造に該当する。

前記制振壁４そのものの構成は前述した第一実施形態と同じである。但し、第一実施形態では前記内壁４１が前記ガイド部材５を介して前記上部梁１に保持されていたが、この第四実施形態では前記内壁４１が前記上部梁１に対して直接固定されており、前記下部梁２と前記上部梁１との間に層間変位が生じると、当該変位量に基づいて前記内壁４１が前記外壁４２のスリット状空間内を矢線Ｘ方向へ変位し、前記内壁４１の変位に対して粘性流体４２から剪断抵抗が作用する。

前記回転マスダンパ３は前記制振壁４の外壁４０と前記上部梁１の間に設けられている。従って、前記下部梁２と前記上部梁１との間に矢線Ｘ方向の層間変位が生じると、当該変位が前記回転マスダンパ３に備えられた付加錘の回転に変換され、当該付加錘の回転によって生じたダンパ反力が前記上部梁１と前記下部梁２に対して作用する。

図１４は第五実施形態における回転マスダンパ３の設置構造をモデル化して示した図である。この第五実施形態の設置構造では、質量系減衰要素ｍｄとしての回転マスダンパ３と粘性系減衰要素ｃｖとしての制振壁４が、前記上部梁１と前記下部梁２との間に並列的に配置されていることになる。

そして、この第五実施形態の設置構造によれば、前記制振壁４の外壁４０を支持構造の一部として前記回転マスダンパ３を構造物に設置することが可能となり、当該回転マスダンパ３を設置が容易なものになる他、質量系減衰要素と粘性系減衰要素をコンパクトに組み合わせて構造物に設置することが可能となる。

また、前記外壁４０のスリット状空間に充填する粘性流体は粘弾性体とすることも可能である。スリット状空間に粘弾性体を充填した場合、前記制振壁４はバネ要素ｋｂと粘性系減衰要素ｃｖを並列に配列した解析モデルとして認識することができ、第五実施形態の回転マスダンパ３の設置構造の全体をモデル化すると、図１５に示すように、バネ要素ｋｂ、粘性系減衰要素ｃｖ、質量系減衰要素ｍｄの三者の並列配置として表現することができる。

このとき、横軸を変位、縦軸をダンパ反力（荷重）として表現した履歴特性は、バネ要素ｋｂ、粘性系減衰要素ｃｖ、質量系減衰要素ｍｄのそれぞれについて図１６に示すようになり、バネ要素ｋｂのバネ剛性と質量系減衰要素ｍｄの発揮する慣性力が相反するように設定することで、これらの発揮するダンパ反力が互いに相殺される。従って、粘性系減衰要素ｃｖの発揮するダンパ力のみが建物に対して及ぶ状態となり、理想的な粘性減衰を構造物に対して付与することが可能となる。

図１７は本発明を適用した回転マスダンパの設置構造の第六実施形態を示すものであリ、前述の第二実施形態の設置構造と第五実施形態の設置構造を併用した例を示している。

前記制振壁４の内壁４１と上部梁１との間には粘性回転マスダンパ３Ａが設けられ、当該粘性回転マスダンパ３Ａは接続支持部４３を介して前記内壁４１と連結されている。また、前記接続支持部４３と内壁４１の間には弾性体４４が介装されており、前記粘性回転マスダンパ３Ａと前記弾性体４４は直列に配置されて付加振動系を構成している。また、前記内壁４１は前記ガイド部材５によって前記上部梁１に対して移動自在に保持されている。一方、前記制振壁４の外壁４０と上部梁１の間には回転マスダンパ３が設けられている。

従って、この第六実施形態の設置構造では、前記上部梁と前記下部梁との層間変位が生じると、上部梁と外壁との間に設けられた回転マスダンパは付加錘の回転運動によって生じた慣性質量効果をダンパ反力として前記下部梁及び上部梁に及ぼし、構造物の固有振動数を長周期化すると共に、入力振動に対する変位応答、加速度応答等を低減する。一方、前記上部梁と内壁の間に設けられた前記粘性回転マスダンパ３Ａは前記弾性体４４と相まって付加振動系を構成しており、当該付加振動系の固有振動数を主振動系である建物の固有振動数に同調させることで、粘性回転マスダンパ３Ａの粘性系減衰要素によって主振動系の振動エネルギを効率的に吸収することが可能となる。

そして、この第六実施形態の設置構造は、制振壁４の内壁４１及び外壁４０を利用して一対の回転マスダンパ３及び粘性回転マスダンパ３Ａを設置することができ、これらダンパをコンパクトに組み合わせて構造物に設置し、振動エネルギの効率的な吸収、入力振動に対する変位応答、加速度応答等の低減を両立化することが可能となる。

以上説明してきた各実施形態では、前記回転マスダンパ３を前記上部梁１と前記制振壁４の内壁４１の間、あるいは前記上部梁１と前記制振壁４の外壁４０の間に設けた例を説明してきたが、前記回転マスダンパの配置はこれらに限られるものではない。例えば、前記回転マスダンパ３を前記下部梁２と前記制振壁４の内壁４１の間、あるいは前記下部梁２と前記制振壁４の外壁４０の間に設けてもよい。具体的には、前記第一実施形態の変形例として、図１８に示すように、前記下部梁２に対して前記ガイド部材５を介して制振壁４の外壁４０を移動自在に設ける一方、前記制振壁４の内壁４１は前記上部梁１に固定し、当該外壁４０と前記下部梁２との間に回転マスダンパ３を設けるようにしてもよい。

また、図１９に示すように、構造物の上部梁１及び下部梁２から間柱の如き支持構造１００を突出させ、これら支持構造１００の間に前記制振壁４、前記ガイド部材５及び前記回転マスダンパ３からなる本発明の構造を設けるようにしてもよい。

１…上部梁、２…下部梁、３…回転マスダンパ、３Ａ…粘性回転マスダンパ、４…制振壁、５…ガイド部材、４０…外壁、４１…内壁、４２…粘性流体

Claims (6)

1. 粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部梁に固定された外壁と、
   前記外壁の収容室内に挿入されて当該外壁と相まって制振壁を構成すると共に上部梁に対して当該上部梁の延伸方向へ移動自在に保持された内壁と、
   付加錘を有すると共に前記上部梁と前記内壁との間に設けられ、前記上部梁と前記内壁との間の相対変位を前記付加錘の回転運動に変換する回転マスダンパと、
   を備えていることを特徴とする回転マスダンパの設置構造。
2. 前記回転マスダンパは内部に粘性流体の収容室を有し、前記付加錘の回転に対して当該粘性流体の剪断抵抗が作用する粘性回転マスダンパであることを特徴とする請求項１記載の回転マスダンパの設置構造。
3. 前記回転マスダンパは弾性体を介して前記内壁に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転マスダンパの設置構造。
4. 前記回転マスダンパは弾性体を介して前記上部梁に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転マスダンパの設置構造。
5. 粘性流体が注入されたスリット状の収容室を有すると共に下部梁に固定された外壁と、
   前記外壁の収容室内に挿入されて当該外壁と相まって制振壁を構成すると共に上部梁に固定された内壁と、
   付加錘を有すると共に前記上部梁と前記外壁との間に設けられ、前記上部梁と前記外壁との間の相対変位を前記付加錘の回転運動に変換する回転マスダンパと、
   を備えていることを特徴とする回転マスダンパの設置構造。
6. 前記粘性流体は粘弾性体であるとこを特徴とする請求項５記載の回転マスダンパの設置構造。

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