JP2018003441A - Base-isolated structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a base-isolated structure that has higher base isolation performance and that can cope with a greater seismic ground motion.SOLUTION: A base-isolated layer 2 of a building 1 is provided with a dynamic mass 5 of an inertia mass device serving as a mode control mechanism, and the mass of the dynamic mass 5 is adjusted so that a high-order participation function can be small on the basis of a mode control theory.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、免震構造に関する。   The present invention relates to a seismic isolation structure.

免震構造は、固有周期を長周期化することによる地震動入力の低減と、免震層に変形を集中させて地震エネルギーの効率的な吸収を両立するシステムであり、近年、安全安心への社会的ニーズの高まりやBCP(事業継続計画)の観点から、超高層の建物においても免震構造を備えて免震化する事例が増えている(例えば、特許文献1参照)。   The seismic isolation structure is a system that achieves both the reduction of ground motion input by increasing the natural period and the efficient absorption of seismic energy by concentrating deformation in the seismic isolation layer. From the viewpoint of increasing needs and BCP (Business Continuity Plan), there are an increasing number of cases in which a seismic isolation structure is provided even in a super high-rise building (see, for example, Patent Document 1).

特開2014−137109号公報JP 2014-137109 A

一方、特に、アスペクト比が大きい超高層の建物を免震化した場合には、高次モードの影響が大きく、免震構造であっても上部構造(上層階、上層部)での応答が増幅し、応答加速度、層間変形角が増大する。   On the other hand, especially when a high-rise building with a large aspect ratio is seismically isolated, the influence of higher-order modes is significant, and the response in the upper structure (upper floors, upper floors) is amplified even in a base-isolated structure. In addition, the response acceleration and the interlayer deformation angle increase.

そして、このように高次モードの影響が大きくなって免震効果が薄れることで、結果として免震化しても上部構造の断面を絞ることができず、躯体数量を削減できなくなる。また、最上層に近いほど加速度が増大することから居住性や安心感の観点でも問題がある。   And since the influence of the higher mode is increased and the seismic isolation effect is reduced in this way, the cross section of the superstructure cannot be narrowed down even if the base isolation is performed, and the number of frames cannot be reduced. Moreover, since the acceleration increases as it is closer to the uppermost layer, there is also a problem in terms of comfort and security.

さらに、応答低減を目的としてダイナミック・マス(慣性質量装置、慣性接続要素などともいう)を免震層に付加することが提案、実用化されているが、単にダイナミック・マスを付加しただけでは過大な入力時に逆に応答加速度が増加するという問題がある。   Furthermore, it has been proposed and put into practical use that a dynamic mass (also called an inertial mass device or inertial connection element) is added to the seismic isolation layer for the purpose of response reduction. On the other hand, there is a problem that response acceleration increases at the time of simple input.

本発明は、上記事情に鑑み、より高性能な免震性能を備え、より大きな地震動に対応可能な免震構造を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a seismic isolation structure that has a higher performance seismic isolation performance and can cope with larger seismic motion.

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。   In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.

本発明の免震構造は、建物の免震層にモード制御機構となる慣性質量装置のダイナミック・マスを設けて構成され、且つ、前記ダイナミック・マスはモード制御理論に基づき高次の刺激関数が小となるようにその質量が調整されていることを特徴とする。   The seismic isolation structure of the present invention is configured by providing a dynamic mass of an inertial mass device as a mode control mechanism in a seismic isolation layer of a building, and the dynamic mass has a higher-order stimulus function based on a mode control theory. The mass is adjusted to be small.

また、本発明の免震構造においては、前記ダイナミック・マスに対して直列に接続して過負荷防止機構が設けられていることが望ましい。   In the seismic isolation structure of the present invention, it is desirable that an overload prevention mechanism is provided in series with the dynamic mass.

さらに、本発明の免震構造においては、前記ダイナミック・マスに対して直列に接続してバネ・減衰並列要素が設けられていることがより望ましい。   Furthermore, in the seismic isolation structure of the present invention, it is more preferable that a spring / damping parallel element is provided in series with the dynamic mass.

また、本発明の免震構造においては、前記免震層に、過負荷防止機構を備えた前記ダイナミック・マスと、天然ゴム系積層ゴムからなる免震装置と、風ロック機構とを設けて構成されていることがさらに望ましい。   Further, in the seismic isolation structure of the present invention, the seismic isolation layer includes the dynamic mass provided with an overload prevention mechanism, a seismic isolation device made of natural rubber-based laminated rubber, and a wind lock mechanism. It is further desirable that

さらに、本発明の免震構造においては、基礎免震層の一つの前記免震層、あるいは基礎免震層と中間免震層の複数の前記免震層を備え、前記基礎免震層及び/又は前記中間免震層に前記ダイナミック・マスを設けて構成されていることが望ましい。   Furthermore, in the base isolation structure of the present invention, the base isolation layer includes one of the base isolation layers, or a plurality of base isolation layers including a base isolation layer and an intermediate isolation layer, and the base isolation layer and / or Alternatively, it is desirable that the dynamic mass is provided in the intermediate seismic isolation layer.

本発明の免震構造においては、モード制御免震構造の採用により、高次モードを抑制でき、建物を高層化しても免震効果が薄れないようにすることが可能になる。   In the seismic isolation structure of the present invention, by adopting the mode control seismic isolation structure, it is possible to suppress higher-order modes and prevent the seismic isolation effect from diminishing even if the building is made higher.

また、モード制御免震構造の採用により、最上層階付近での応答を通常より大きく低減できる。これにより、建物の高付加価値化を図ることができる。   In addition, by adopting the mode control seismic isolation structure, the response near the top floor can be greatly reduced than usual. Thereby, the high added value of a building can be achieved.

さらに、モード制御免震構造の採用により、応答層間変形角及び層せん断力の低減を実現でき、躯体数量削減が可能で躯体コストを削減することが可能になる。   Furthermore, by adopting the mode control seismic isolation structure, it is possible to reduce the response interlayer deformation angle and the layer shear force, and it is possible to reduce the number of chassis and the cost of the chassis.

また、既存免震建物であってもダンパーの後付けで本発明を実現でき、容易に且つ確実に耐震性能の向上を図ることが可能になる。   Moreover, even if it is an existing seismic isolation building, this invention can be implement | achieved by the retrofitting of a damper, and it becomes possible to aim at the improvement of seismic performance easily and reliably.

よって、本発明の免震構造によれば、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。   Therefore, according to the seismic isolation structure of the present invention, by adopting a mode control seismic isolation structure, it is possible to improve the response performance of the super high-rise seismic isolation, to improve the habitability on the upper floors, and to greatly reduce the number of frames Is possible.

(a)は本発明の第1実施形態に係る免震構造を示す図であり、(b)は通常の免震構造を示す図である。(A) is a figure which shows the base isolation structure which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is a figure which shows a normal base isolation structure. (a)は本発明の第1実施形態に係る免震構造を備えることによる1次モード、2次モード、3次モードでの刺激関数を示す図であり、(b)は通常の免震構造の1次モード、2次モード、3次モードでの刺激関数を示す図である。(A) is a figure which shows the stimulation function in a primary mode, a secondary mode, and a tertiary mode by providing the seismic isolation structure which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is a normal seismic isolation structure It is a figure which shows the irritation | stimulation function in primary mode, secondary mode, and tertiary mode. 過負荷防止機構付きのダイナミック・マス(慣性質量装置)の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dynamic mass (inertial mass apparatus) with an overload prevention mechanism. 過負荷防止機構付きのダイナミック・マス(慣性質量装置)のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the dynamic mass (inertial mass apparatus) with an overload prevention mechanism. 本発明の第1実施形態に係る免震構造を備えた建物の解析モデルを示す図である。It is a figure which shows the analysis model of the building provided with the seismic isolation structure which concerns on 1st Embodiment of this invention. 解析結果を示す図であり、加速度応答スペクトルを示す図である。It is a figure which shows an analysis result, and is a figure which shows an acceleration response spectrum. 解析結果を示す図であり、変位応答スペクトルを示す図である。It is a figure which shows an analysis result, and is a figure which shows a displacement response spectrum. 解析結果を示す図であり、建物の上部構造の刺激関数を示す図である。It is a figure which shows an analysis result, and is a figure which shows the stimulation function of the superstructure of a building. 解析に用いた入力地震動の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the input ground motion used for the analysis. 解析に用いた入力地震動の擬似速度応答スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the pseudo speed response spectrum of the input ground motion used for the analysis. 免震層を含む系のモード制御による刺激関数の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the stimulation function by the mode control of the system containing a base isolation layer. 25階における加速度応答倍率を示す図である。It is a figure which shows the acceleration response magnification in the 25th floor. 入力地震動:El Centro NS(Lv2)での最大応答値を示す図である。It is a figure which shows the maximum response value in input seismic motion: El Centro NS (Lv2). 入力地震動:K−NET 横浜 NS(2倍)での最大応答値を示す図である。It is a figure which shows the maximum response value in input seismic motion: K-NET Yokohama NS (2 times). 本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えた建物を示す図である。It is a figure which shows the building provided with the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えた建物を示す図である。It is a figure which shows the building provided with the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えることによる1次モード、2次モード、3次モード、4次モードでの刺激関数を示す図である。It is a figure which shows the stimulation function in the primary mode, secondary mode, tertiary mode, and quaternary mode by providing the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えることによる周波数応答倍率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the frequency response magnification by providing the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 基礎免震層にダイナミック・マスを備えた場合の解析結果を示す図であり、本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えたS造建物に各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。It is a figure which shows the analysis result at the time of providing a dynamic mass in a base seismic isolation layer, and the absolute acceleration at the time of inputting each input ground motion to S structure building provided with the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention It is a figure which shows an interlayer deformation angle and a layer displacement. 基礎免震層にダイナミック・マスを備えた場合解析結果を示す図であり、本発明の第2実施形態に係る免震構造を備えたRC造建物に各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。It is a figure which shows an analysis result at the time of providing a dynamic mass in a base seismic isolation layer, and an absolute acceleration at the time of inputting each input ground motion to RC structure building provided with a base isolation structure concerning a 2nd embodiment of the present invention, It is a figure which shows an interlayer deformation angle and a layer displacement. 中間免震層にダイナミック・マスを備えた場合の解析結果を示す図であり、各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層せん断力係数を示す図である。It is a figure which shows the analysis result at the time of providing a dynamic mass in the middle seismic isolation layer, and is a figure which shows the absolute acceleration at the time of inputting each input ground motion, an interlayer deformation angle, and a layer shear force coefficient. 本発明の第2実施形態に係る免震構造の変更例を示す図である。It is a figure which shows the example of a change of the seismic isolation structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図22の免震構造を備えた場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。It is a figure which shows the absolute acceleration at the time of providing the seismic isolation structure of FIG. 22, an interlayer deformation angle, and a layer displacement.

以下、図1から図14を参照し、本発明の第1実施形態に係る免震構造について説明する。   The seismic isolation structure according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施形態の免震構造Aは、図1(a)に示すように、例えば、超高層建物などのアスペクト比が大きい建物1に具備されている。また、本実施形態の建物1は、下部に基礎免震層2を備え、この基礎免震層2によって免震構造Aが構成されている。   As shown in FIG. 1A, the seismic isolation structure A of the present embodiment is provided in a building 1 having a large aspect ratio, such as a high-rise building, for example. Moreover, the building 1 of this embodiment is provided with a base seismic isolation layer 2 in the lower part, and the base isolation layer 2 constitutes the base isolation structure A.

免震構造Aの免震層2には任意の免震支承(免震装置)3や減衰装置4が設けられている。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。また、免震装置として、鉛プラグ入り積層ゴム、高減衰系積層ゴム等、減衰要素(減衰装置の機能)を有するものを用い、減衰装置を省くようにしてもよい。さらに、例えば風速計の信号に基づき電磁弁でダンパーをロックしたり、解除するなど、風荷重の大きさに応じて機能/性能を調節、変化させることを可能にする風ロック機構(風ロック機構付きのダンパー)を用いることが好ましい。   The base isolation layer 2 of the base isolation structure A is provided with an optional base isolation support (base isolation device) 3 and damping device 4. For example, seismic isolation bearings may be laminated rubber, sliding bearings, linear sliders or a combination of several, and damping devices may be oil dampers, lead dampers (including LRBs contained in laminated rubber), steel dampers, friction dampers. One or more of these are used together. Further, as the seismic isolation device, a device having a damping element (a function of the damping device) such as a laminated rubber with a lead plug or a high damping laminated rubber may be used, and the damping device may be omitted. Furthermore, for example, a wind lock mechanism (wind lock mechanism) that makes it possible to adjust or change the function / performance according to the magnitude of the wind load, such as locking or releasing the damper with a solenoid valve based on the anemometer signal It is preferable to use a damper with an attachment.

本実施形態の免震構造Aは、図1(b)に示す従来の免震構造Bと異なり、基礎免震層2にモード制御機構となるダイナミック・マス(慣性質量装置、慣性接続要素など)5を付加して構成されている。   Unlike the conventional base isolation structure B shown in FIG. 1B, the base isolation structure A of the present embodiment is a dynamic mass (inertial mass device, inertia connection element, etc.) serving as a mode control mechanism in the base isolation layer 2. 5 is added.

なお、本実施形態の免震構造Aにおいて、より効果的な構成(免震層2の構成)としては、天然ゴム系積層ゴム(免震装置3)、風ロック機構、オイルダンパー(減衰装置4)、ダイナミック・マス(慣性質量装置5)を備える構成が挙げられる。   In the seismic isolation structure A of the present embodiment, as a more effective configuration (configuration of the seismic isolation layer 2), natural rubber-based laminated rubber (seismic isolation device 3), wind lock mechanism, oil damper (attenuation device 4) ), A configuration including a dynamic mass (inertial mass device 5).

また、本実施形態の免震構造Aのダイナミック・マス5は、図2(a)に示すように、モード制御理論に基づき、高次(2次以上)の刺激係数が極めて小さくなるようにその質量(慣性質量)を調整し、高次モードが励起されないように操作して構成されている。なお、図2(b)は、高次モードで揺れが大きくなる従来/通常の免震構造Bの刺激関数を示している。   Further, as shown in FIG. 2A, the dynamic mass 5 of the seismic isolation structure A of the present embodiment is based on the mode control theory so that the higher-order (secondary or higher) stimulation coefficient becomes extremely small. It is configured by adjusting the mass (inertial mass) and operating so that higher-order modes are not excited. FIG. 2 (b) shows a stimulation function of the conventional / normal seismic isolation structure B in which the shaking is increased in the higher order mode.

これにより、本実施形態の免震構造Aを備えた建物1においては、地震時にも高次モードの励起が抑制され、基礎免震層2より上方の上部構造の応答を抑え、従来よりも大きく改善することが可能になる。   Thereby, in the building 1 provided with the seismic isolation structure A of the present embodiment, the excitation of the higher mode is suppressed even during an earthquake, the response of the upper structure above the base seismic isolation layer 2 is suppressed, and is larger than the conventional one. It becomes possible to improve.

ここで、本実施形態のダイナミック・マス5について一例を挙げて説明する。   Here, an example is given and demonstrated about the dynamic mass 5 of this embodiment.

本実施形態のダイナミック・マス5は、図3に示すように、例えば、ボールねじのリードが異なる2組のボールねじ機構(第1ボールねじ機構10と第2ボールねじ機構11)をケーシング12内に同軸状態で対向配置した状態で組み込んで、それら2組のボールねじ機構によって1つの回転錘13を回転させることにより、それ自体で回転錘13に対する変位拡大機能及び増速機能を発揮するように構成されている。   As shown in FIG. 3, the dynamic mass 5 of the present embodiment includes, for example, two sets of ball screw mechanisms (first ball screw mechanism 10 and second ball screw mechanism 11) having different ball screw leads in the casing 12. So as to exhibit a displacement expanding function and a speed increasing function for the rotating weight 13 by rotating the rotating weight 13 by the two sets of ball screw mechanisms. It is configured.

また、このダイナミック・マス5は、免震層2を境に建物の上部構造と下部構造にそれぞれ接続するための連結具14を両端部に備えている。   In addition, the dynamic mass 5 is provided with both ends of a connecting tool 14 for connecting to the upper structure and the lower structure of the building with the seismic isolation layer 2 as a boundary.

第1ボールねじ機構10は、第1ねじ軸15と、その第1ねじ軸15に対して螺着された第1ナット16とからなり、第1ねじ軸15の基端が上部構造に接続され、それに螺着されている第1ナット16がケーシングに対して回転可能に設けられている。   The first ball screw mechanism 10 includes a first screw shaft 15 and a first nut 16 screwed to the first screw shaft 15, and the base end of the first screw shaft 15 is connected to the upper structure. A first nut 16 screwed on the first nut 16 is rotatably provided with respect to the casing.

同様に、第2ボールねじ機構11は、第2ねじ軸17と、その第2ねじ軸17に対して螺着された第2ナット18とからなり、第2ねじ軸17の基端が下部構造に接続され、それに螺着されている第2ナット18がケーシングに対して回転可能に設けられている。   Similarly, the second ball screw mechanism 11 includes a second screw shaft 17 and a second nut 18 screwed to the second screw shaft 17, and the base end of the second screw shaft 17 is a lower structure. A second nut 18 connected to and screwed thereto is provided to be rotatable with respect to the casing.

そして、第1ボールねじ機構10の第1ナット16と第2ボールねじ機構11の第2ナット18は中央部において互いに間隔をおいて対向配置され、且つ、第1ナット16と第2ナット18の間に円筒状の回転錘13が配置されている。また、回転錘13は両端がそれぞれ第1ナット16と第2ナット18の先端面に対して相対回転不能に連結されている。   The first nut 16 of the first ball screw mechanism 10 and the second nut 18 of the second ball screw mechanism 11 are disposed opposite to each other at a central portion, and the first nut 16 and the second nut 18 are A cylindrical rotating weight 13 is disposed between them. Further, both ends of the rotary weight 13 are connected to the front end surfaces of the first nut 16 and the second nut 18 so as not to rotate relative to each other.

さらに、本実施形態のダイナミック・マス5では、第1ナット16と第2ナット18との間に、錘支持スリーブ19を配し、錘支持スリーブ19を第1ナット16と第2ナット18に連結固定して双方のナットの回転量が同じになるようにしている。   Further, in the dynamic mass 5 of the present embodiment, a weight support sleeve 19 is disposed between the first nut 16 and the second nut 18, and the weight support sleeve 19 is connected to the first nut 16 and the second nut 18. It is fixed so that both nuts have the same amount of rotation.

錘支持スリーブ19内において第1ねじ軸15と第2ねじ軸17の先端部同士をスリーブ20を介して相対回転不能かつ軸方向の相対変位可能に連結しており、これにより、相対振動によって第1ナット16と第2ナット18と錘支持スリーブ19の全体が第1ねじ軸15及び第2ねじ軸17に対して軸方向に相対変位しつつ一体に回転可能とされている。   In the weight support sleeve 19, the tip ends of the first screw shaft 15 and the second screw shaft 17 are connected via the sleeve 20 so as not to be relatively rotatable and to be relatively displaceable in the axial direction. The entire nut 1, the second nut 18, and the weight support sleeve 19 are integrally rotatable while being relatively displaced in the axial direction with respect to the first screw shaft 15 and the second screw shaft 17.

錘支持スリーブ19の外側に回転錘13をベアリングを介して装着し、回転錘13が錘支持スリーブ19に対して一体回転可能に且つ相対回転可能に支持されている。   A rotary weight 13 is mounted on the outside of the weight support sleeve 19 via a bearing, and the rotary weight 13 is supported so as to be rotatable integrally with the weight support sleeve 19 and relatively rotatable.

さらに、本実施形態のダイナミック・マス5においては、回転錘13と錘支持スリーブ19との間に伝達トルク制限機構21が介装されている。   Further, in the dynamic mass 5 of the present embodiment, a transmission torque limiting mechanism 21 is interposed between the rotary weight 13 and the weight support sleeve 19.

伝達トルク制限機構21は、錘支持スリーブ19から回転錘13に伝達されるトルクが所定の制限値を超えるまではトルクを伝達し、回転錘13を錘支持スリーブ19とともに一体回転させる。また、トルクが制限値を超えた時点で回転錘13を錘支持スリーブ19に対して相対回転(空転)させ、トルク伝達を制限する。   The transmission torque limit mechanism 21 transmits torque until the torque transmitted from the weight support sleeve 19 to the rotary weight 13 exceeds a predetermined limit value, and rotates the rotary weight 13 together with the weight support sleeve 19. Further, when the torque exceeds the limit value, the rotary weight 13 is rotated relative to the weight support sleeve 19 (idling) to limit torque transmission.

具体的に、回転錘13の端面に対して対向配置した押圧ブロックの前部に環状の摩擦板22を固定し、押圧ブロック23を前方に押圧することで摩擦板22を回転錘13の端面に対して押圧するようにしている。   Specifically, the annular friction plate 22 is fixed to the front portion of the pressing block disposed opposite to the end surface of the rotating weight 13, and the pressing plate 23 is pressed forward, so that the friction plate 22 becomes the end surface of the rotating weight 13. It is made to press against.

本実施形態では、調整ボルト24によって押圧板25を介して押圧ブロック23を押圧し、摩擦板22が回転錘13に対して押圧される。   In the present embodiment, the adjusting block 24 presses the pressing block 23 via the pressing plate 25, and the friction plate 22 is pressed against the rotary weight 13.

よって、ブロックに対する調整ボルト24のねじ込み量を調整することにより、回転錘13に対する摩擦板22の押圧力(つまりは摩擦板22と回転錘13との間の摩擦力)を自由に且つ広範に調整可能とされている。   Therefore, by adjusting the screwing amount of the adjusting bolt 24 to the block, the pressing force of the friction plate 22 against the rotating weight 13 (that is, the frictional force between the friction plate 22 and the rotating weight 13) can be adjusted freely and widely. It is possible.

このような伝達トルク制限機構21を備えることにより、ダイナミック・マス5の両端に相対変位が生じると第1ナット16と第2ナット18の双方が同じ回転を生じ(双方のナットの回転量は自ずと一致する)、それら第1ナット16と第2ナット18と一体化された錘支持スリーブ19も同じだけ回転する。   By providing such a transmission torque limiting mechanism 21, when relative displacement occurs at both ends of the dynamic mass 5, both the first nut 16 and the second nut 18 cause the same rotation (the amount of rotation of both nuts is naturally). The weight support sleeve 19 integrated with the first nut 16 and the second nut 18 also rotates by the same amount.

一方、回転錘13は摩擦板22を介して錘支持スリーブ19に支持されているので、回転錘13と錘支持スリーブ19との間で伝達されるトルクは一定値で頭打ちとされ、その頭打ちトルクに達した時点で摩擦板22が回転錘13に対してスリップを生じて回転錘13は錘支持スリーブ19に対して相対回転(空転)し、これにより、過大加速度に対する過負荷防止機能が発揮される。   On the other hand, since the rotary weight 13 is supported by the weight support sleeve 19 via the friction plate 22, the torque transmitted between the rotary weight 13 and the weight support sleeve 19 is set to a constant value, and the peak torque At this point, the friction plate 22 slips with respect to the rotary weight 13, and the rotary weight 13 rotates relative to the weight support sleeve 19 (i.e., idle), thereby exhibiting an overload prevention function against excessive acceleration. The

頭打ちトルクは摩擦板22の摩擦係数を一定とすれば圧縮バネで付加される押圧力に比例することから、所望の制限値を調整ボルト24のねじ込み量で自由に調整することができる。   Since the peak torque is proportional to the pressing force applied by the compression spring if the friction coefficient of the friction plate 22 is constant, a desired limit value can be freely adjusted by the screwing amount of the adjusting bolt 24.

上記のように構成した本実施形態のダイナミック・マス5においては、以下のような作用効果を発揮する。   The dynamic mass 5 of the present embodiment configured as described above exhibits the following operational effects.

(1)リードの異なる2組のボールねじ機構を併用して、ダイナミック・マス5の両端の相対変位に対する各ボールねじ機構の変位(ナットに対するねじ軸の移動量)を大幅に拡大できる効果をもちつつ、両端に生じるトルク反力を大幅に低減し、構造躯体への負担を軽減することができ、さらに過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構21を備えた有効な慣性質量装置を実現できる。 (1) By using two ball screw mechanisms with different leads in combination, the displacement of each ball screw mechanism relative to the relative displacement of both ends of the dynamic mass 5 (the amount of movement of the screw shaft relative to the nut) can be greatly increased. On the other hand, the torque reaction force generated at both ends can be greatly reduced, the burden on the structural housing can be reduced, and an effective inertial mass device including the transmission torque limiting mechanism 21 as an overload prevention mechanism can be realized.

(2)過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構21の頭打ち荷重(頭打ちトルク)は、摩擦板22を押圧する圧縮バネに対する押し込み量を調整ボルト24により増減することで容易にかつ広範に調整することができる。 (2) The peak load (the peak torque) of the transmission torque limiting mechanism 21 as an overload prevention mechanism can be easily and widely adjusted by increasing / decreasing the pressing amount with respect to the compression spring that presses the friction plate 22 by the adjusting bolt 24. be able to.

(3)構成部品として、従来はボールねじ機構の他に軸受けやシリンダー等が必要であったが、これらが不要であって構成部品が減り、メカニズムが大幅に簡略化される。そのため、大容量ダンパーをローコストに製造できる。 (3) Conventionally, as a component, a bearing, a cylinder, and the like were required in addition to the ball screw mechanism, but these are unnecessary, the number of components is reduced, and the mechanism is greatly simplified. Therefore, a large capacity damper can be manufactured at low cost.

(4)ボールねじ機構の実際のリードを小さくする必要がないので、ボールベアリングも過小な径とする必要はなく、そのため、ねじ軸の径に合わせた適切なリードを確保できるので耐荷重性能の問題は生じない。 (4) Since it is not necessary to make the actual lead of the ball screw mechanism small, it is not necessary to make the ball bearing too small in diameter, so it is possible to secure an appropriate lead that matches the diameter of the screw shaft, so There is no problem.

(5)この種の慣性質量装置は静的な剛性を持たず復元力は保持しないし、手動で回転錘を回転させることも可能であるので、現場での設置工事の際に寸法調整を容易に実施することも可能である。 (5) This type of inertial mass device does not have static rigidity, does not retain restoring force, and can manually rotate the rotating weight, making it easy to adjust the dimensions during on-site installation work. It is also possible to carry out.

そして、本実施形態の免震構造Aでは、高次の刺激係数を0(ゼロ)にするモード制御(高次の刺激関数を極力0に近づけるようにモード制御)するように、上記のようなダイナミック・マス5を免震層2のみに配置する。これにより、上部構造の応答低減を図る。   In the seismic isolation structure A of the present embodiment, as described above, the mode control is performed so that the higher-order stimulation coefficient is 0 (zero) (the mode control is performed so that the higher-order stimulation function is as close to 0 as possible). The dynamic mass 5 is arranged only in the seismic isolation layer 2. Thereby, the response of the upper structure is reduced.

また、免震層2などの変形が大きく過大な加速度がダイナミック・マス5へ入力すると、その剛体モードにより地震動がそれを介して直接伝達するおそれがあるが、本実施形態では、図4に示すように、ダイナミック・マス5と直列に摩擦要素を接続して過負荷防止機能を付与しているため、過大入力に対しては摩擦要素が滑り出すことで、剛体モードを低減したモード制御を可能にする。   Further, when a large deformation and excessive acceleration of the seismic isolation layer 2 or the like is input to the dynamic mass 5, there is a possibility that the seismic motion is directly transmitted through the rigid body mode. In this embodiment, as shown in FIG. In this way, a friction element is connected in series with the dynamic mass 5 to provide an overload prevention function, so that the friction element starts to slide against an excessive input, enabling mode control with reduced rigid body mode. To do.

すなわち、ダイナミック・マス5に過負荷防止機構を直列に接続することによって、そのモード制御効果を損なうことなく、過大な入力による加速度の増加を抑制できる。   That is, by connecting an overload prevention mechanism in series to the dynamic mass 5, it is possible to suppress an increase in acceleration due to an excessive input without impairing the mode control effect.

さらに、免震層2の構成は過負荷防止機構付きダイナミック・マス5と天然ゴム系積層ゴム3、オイルダンパー4及び風ロック機構との組み合わせが最も好ましく、この構成を採用することでより効果的にモード制御効果を発揮させることが可能になる。   Furthermore, the structure of the seismic isolation layer 2 is most preferably a combination of a dynamic mass 5 with an overload prevention mechanism, a natural rubber-based laminated rubber 3, an oil damper 4, and a wind lock mechanism, and this structure is more effective. Can exhibit the mode control effect.

ここで、モード制御とは、下式のようにダイナミック・マス5などの付加マスによって振動方程式上の質量項を操作し、刺激係数の制御を行うものである。これを超高層免震へと適用するため、本実施形態では、図5に示すように、免震層2を含む多質点系を上部構造の1次モードと等価な質点と免震層2からなる2質点系へと縮約し、式(1)によりモード制御に必要なダイナミック・マス5を求める。なお、ηは入力低減効果を表す。   Here, the mode control is to control the stimulation coefficient by manipulating the mass term on the vibration equation with an additional mass such as the dynamic mass 5 as shown in the following equation. In order to apply this to high-rise seismic isolation, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a multi-mass point system including the seismic isolation layer 2 is separated from a mass point equivalent to the primary mode of the superstructure and the seismic isolation layer 2. The dynamic mass 5 necessary for mode control is obtained by the equation (1). Note that η represents an input reduction effect.

Figure 2018003441
1次以外の刺激関数βは固有ベクトルの直交性({η(ベクトル)}⊥{r(ベクトル)})により0(ゼロ)となる。
Figure 2018003441
The stimulus function β n other than the first order becomes 0 (zero) due to the orthogonality of the eigenvector ({η (vector)} ⊥ { n r (vector)}).

ダイナミック・マスと応答スペクトルについて説明する。
ダイナミック・マスを有する1質点振動系について応答スペクトルを作成する。ダイナミック・マスを含む加速度応答スペクトルの応答値はある分岐周期点より短周期側では低減するが、長周期側では地動の加速度(1−η)ymax(上に・・)が直接伝わる。
The dynamic mass and response spectrum will be described.
A response spectrum is created for a one-mass vibration system having a dynamic mass. The response value of the acceleration response spectrum including the dynamic mass decreases on the short period side from a certain branch period point, but the ground motion acceleration (1-η) y max (above) is directly transmitted on the long period side.

そこで、その影響の緩和を目的に完全バイリニアでモデル化した摩擦要素をそれと直列接続し、その滑り出し荷重を変えて応答スペクトルを作成しその効果を検証することとした。   Therefore, we decided to connect a frictional element modeled in a fully bilinear model in order to mitigate the influence, and connect it in series, and change its sliding load to create a response spectrum and verify its effect.

なお、滑り出し荷重をリリーフ荷重Fと称し、その長周期側でダイナミック・マスが負担する荷重Fを式(2)で仮定する。さらにFを式(3)として、荷重リリーフ率αを定義する。また、mは1質点系の質量である。 The sliding load is referred to as a relief load Fr, and the load F borne by the dynamic mass on the long period side is assumed by the equation (2). Further, the load relief rate α r is defined by using F r as equation (3). M is the mass of a one-mass system.

Figure 2018003441
Figure 2018003441

Figure 2018003441
Figure 2018003441

そして、αを∞、1.00、0.75、0.50、0.25、0.00とする各ケースについて、(a)EL Centro NS(Lv2)、(b)2011年3月11日の観測波K−NET 横浜 NSを2倍した地震動をη=0.50の入力低減変動の条件で求めると、図6の加速度応答スペクトル、図7の変位応答スペクトルのようになる。 For each case where α r is ∞, 1.00, 0.75, 0.50, 0.25, 0.00, (a) EL Centro NS (Lv2), (b) March 11, 2011 When the ground motion obtained by doubling the daily observed wave K-NET Yokohama NS is obtained under the condition of input reduction fluctuation of η = 0.50, the acceleration response spectrum of FIG. 6 and the displacement response spectrum of FIG. 7 are obtained.

図6の加速度応答スペクトルの結果においては、(a)、(b)のいずれもαが小さいほど長周期側の応答は小さくなりダイナミック・マスのない結果に近づいて行き剛体モードによる地動加速度の伝達が緩和されて行くことが確認された。尚且つ、短周期側での入力低減効果はそれほど減少しないことも確認された。 In the results of the acceleration response spectrum of FIG. 6, in both (a) and (b), as α r is smaller, the response on the long period side becomes smaller, approaching the result without dynamic mass, and the ground acceleration of the rigid body mode. It has been confirmed that the communication will be eased. It was also confirmed that the input reduction effect on the short cycle side does not decrease so much.

一方、図7の変位応答スペクトルの結果においては、全周期帯に渡って応答が小さくなる傾向が確認され、α=0.25では(a)、(b)ともに応答が減少する周期帯の存在が認められた。 On the other hand, in the result of the displacement response spectrum in FIG. 7, it is confirmed that the response tends to be reduced over the entire period band. When α r = 0.25, both (a) and (b) Existence was recognized.

これらの結果から、加速度については長周期側での応答を増加させずに短周期側の応答を低減できる荷重リリーフ率αが存在し、モード制御に必要なダイナミック・マスを付加しても、免震周期のある長周期側で応答加速度が増加しないリリーフ荷重Fを設定できる可能性があることが確認された。 From these results, there is a load relief rate α r that can reduce the response on the short cycle side without increasing the response on the long cycle side for acceleration, and even if a dynamic mass necessary for mode control is added, It was confirmed that there is a possibility that a relief load Fr that does not increase the response acceleration on the long cycle side with the seismic isolation cycle can be set.

次に、モード制御免震構造の効果を解析的に検証した結果について説明する。   Next, the result of analytically verifying the effect of the mode control seismic isolation structure will be described.

この検討で用いた対象建物と解析諸元を表1に示す。   Table 1 shows the target buildings and analysis specifications used in this study.

Figure 2018003441
Figure 2018003441

解析モデルは等価せん断型の多質点モデルとし上部構造は弾性とした。なお、構造減衰は1次に対して1%を与えた。   The analysis model is an equivalent shear type multi-mass model and the superstructure is elastic. The structural damping was 1% with respect to the first order.

図8に上部構造の刺激関数を示す。モード制御は線形モデルを対象としているため、ここでは免震層の支承材は天然ゴム系積層ゴムのみで構成している。ただし、免震層の変形が過大にならないように減衰要素としてオイルダンパーを付与した。2質点縮約系として求めたモード制御に必要なダイナミック・マスは式(1)より約8000tonである。   FIG. 8 shows the stimulation function of the superstructure. Since the mode control is for a linear model, the base material of the seismic isolation layer is composed only of natural rubber laminated rubber. However, an oil damper was added as a damping element to prevent excessive deformation of the seismic isolation layer. The dynamic mass required for mode control obtained as a two-mass contraction system is about 8000 tons from the equation (1).

解析ケースは、通常免震のケース1、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース2、及びα=∞としたケース3の3ケースとし、複素固有値解析と地震応答解析を行った。また、入力地震動は前述と同様とし、その波形及び擬似速度応答スペクトルは図9、図10に示す入力地震動を入力した。
なお、(b)K−NET 横浜 NSは1〜2秒付近に卓越周期があり、超高層免震の高次モードを励起しやすい特徴を有している。
The analysis cases were three cases: normal seismic isolation case 1, case 2 with a dynamic mass with friction elements, and case 3 with α r = ∞, and complex eigenvalue analysis and seismic response analysis were performed. The input ground motion was the same as described above, and the input ground motion shown in FIG. 9 and FIG. 10 was input as the waveform and pseudo speed response spectrum.
In addition, (b) K-NET Yokohama NS has a dominant period in the vicinity of 1 to 2 seconds, and has a feature that it is easy to excite higher-order modes of high-rise seismic isolation.

図11は、免震層を含む系のモード制御による刺激関数の変化を示している。また、図12は、25階における加速度応答倍率を示している。さらに、図13は、入力地震動:El Centro NS(Lv2)での最大応答値、図14は、入力地震動:K−NET 横浜 NS(2倍)での最大応答値を示している。   FIG. 11 shows the change of the stimulation function by the mode control of the system including the seismic isolation layer. FIG. 12 shows acceleration response magnification on the 25th floor. Further, FIG. 13 shows the maximum response value in the input ground motion: El Centro NS (Lv2), and FIG. 14 shows the maximum response value in the input ground motion: K-NET Yokohama NS (double).

これらの結果から、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース2では、モード制御により高次モードが抑制されることが確認された。   From these results, it was confirmed that the higher-order mode was suppressed by the mode control in Case 2 in which a dynamic mass with a friction element was added.

また、応答結果から、通常免震のケース1と摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース2のモード制御の免震層の最大変形はほぼ変わらないことが確認された。さらに、El Centro NS(Lv2)の場合、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース2の応答加速度は通常免震のケース1よりも増加する反面、α=∞としたケース3より低減することが確認された。K−NET 横浜 NS(2倍)では、より顕著に応答加速度、層間変形角の低減が確認された。このように地震応答解析でもモード制御効果が確認された。 Moreover, it was confirmed from the response results that the maximum deformation of the seismic isolation layer of the mode control in the normal seismic isolation case 1 and the case 2 with the addition of the dynamic mass with the friction element is almost the same. Furthermore, in the case of El Centro NS (Lv2), the response acceleration of case 2 with a dynamic mass with a friction element increases compared to case 1 of normal seismic isolation, but is reduced from case 3 where α r = ∞. It was confirmed. In K-NET Yokohama NS (twice), the response acceleration and the interlayer deformation angle were significantly reduced. Thus, the mode control effect was confirmed also in the seismic response analysis.

したがって、本実施形態の免震構造Aにおいては、基礎免震層2にダイナミック・マス5を設けるとともに、過負荷防止としてダイナミック・マス5と直列に摩擦要素を設けることにより、その剛体モードによって直接伝達されてしまう加速度を低減できる。また、モード制御手法を適用することによって高次モードを抑制し、超高層免震建物の上部構造の加速度や層間変形角といった応答を効果的に低減することが可能になる。   Therefore, in the seismic isolation structure A of the present embodiment, the dynamic mass 5 is provided in the base seismic isolation layer 2 and a friction element is provided in series with the dynamic mass 5 as an overload prevention, so that the rigid body mode is used directly. The transmitted acceleration can be reduced. In addition, by applying a mode control method, it is possible to suppress higher-order modes and effectively reduce responses such as acceleration and interlayer deformation angle of the superstructure of a super high-rise base-isolated building.

よって、本実施形態の免震構造Aによれば、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。   Therefore, according to the seismic isolation structure A of the present embodiment, by adopting the mode control seismic isolation structure, the response performance of the super high-rise seismic isolation can be improved, the comfortability on the upper floors can be improved, and the number of housings can be greatly reduced. It becomes possible to plan.

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について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。   Next, with reference to FIGS. 15 to 21, a seismic isolation structure according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の免震構造Aは、第1実施形態と同様、例えば、超高層建物などのアスペクト比が大きい建物に具備されている。一方、本実施形態の免震構造A、建物1においては、図15、図16に示すように、下部に基礎免震層2を備えるとともに、所定の階層に中間免震層30を備え、二段(ダブル)免震方式で構成されている。   As in the first embodiment, the seismic isolation structure A of the present embodiment is provided in a building having a large aspect ratio, such as a high-rise building. On the other hand, the seismic isolation structure A and the building 1 of the present embodiment are provided with a basic seismic isolation layer 2 at the lower part and an intermediate seismic isolation layer 30 at a predetermined level, as shown in FIGS. It consists of a tiered (double) seismic isolation system.

ここで、超高層の建物1の免震性能を高性能化するために、基礎免震層2だけでなく上部に中間免震層30を設けてなる二段免震方式の免震構造Aは、免震層2、30が2つあることで通常の免震構造(基礎免震層2のみの場合)よりも振動モードが一つ増える。このため、上部構造(上層部)の応答は大きく低減される反面、下部構造(下層部)の応答は通常の免震構造Bよりも増加してしまう。   Here, in order to improve the seismic isolation performance of the super high-rise building 1, not only the basic seismic isolation layer 2 but also the intermediate seismic isolation layer 30 on the upper part is provided with a two-stage seismic isolation system A By having two seismic isolation layers 2 and 30, the vibration mode is increased by one compared with the normal base isolation structure (in the case of only the base isolation layer 2). For this reason, while the response of the upper structure (upper layer part) is greatly reduced, the response of the lower structure (lower layer part) is increased as compared with the normal seismic isolation structure B.

また、リリーフ機構のないダイナミック・マス5を基礎免震層2に設置するとその剛体モードによって入力地震動がそのまま伝わり応答が増大するケースもある。さらに、中間階に免震層30を設けることでELVシャルとなどをその変形に追従するように構成する必要がある。   In addition, when a dynamic mass 5 without a relief mechanism is installed in the basic seismic isolation layer 2, there are cases where the input seismic motion is transmitted as it is due to its rigid body mode and the response increases. Further, it is necessary to configure the ELV char and the like to follow the deformation by providing the seismic isolation layer 30 on the intermediate floor.

これに対し、本実施形態の免震構造Aにおいては、下部構造の応答が増加する要因である増えた振動モードについて、図15、図16に示すように、下層の基礎免震層2及び/又は中間免震層30にダイナミック・マス5を付加し、そのモードを制御して減少させ、上部構造及び下部構造の応答低減を図るように構成されている。   On the other hand, in the seismic isolation structure A of the present embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, regarding the increased vibration mode which is a factor that increases the response of the lower structure, the lower base seismic isolation layer 2 and / or Alternatively, the dynamic mass 5 is added to the intermediate seismic isolation layer 30 and its mode is controlled to decrease, thereby reducing the response of the upper structure and the lower structure.

具体的に、本実施形態の免震構造Aでは、二段免震の弱点である2次モードの影響をダイナミック・マス5を用いたモード制御によって、その刺激関数を抑制し、下部構造及び上部構造の応答を減少させる。   Specifically, in the seismic isolation structure A of this embodiment, the influence of the secondary mode, which is a weak point of the two-stage seismic isolation, is suppressed by the mode control using the dynamic mass 5, and the lower structure and the upper part are suppressed. Reduce structure response.

さらに、ダイナミック・マス5を上部の中間免震層30に設置することにより、剛体モードによって地盤からの入力加速度が直接伝わることを回避する。   Furthermore, by installing the dynamic mass 5 in the upper middle seismic isolation layer 30, it is avoided that the input acceleration from the ground is directly transmitted by the rigid body mode.

ここで、本実施形態の免震構造Aの優位性を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。上部構造の剛性が及ぼす影響を把握するため、本実施形態の免震構造Aを備えたS造及びRC造の超高層建物1についてその耐震性能を確認するとともに、本実施形態の免震構造Aを備えていない場合と比較することにより、本実施形態の免震構造Aの優位性を確認した。   Here, the simulation performed in order to confirm the superiority of the seismic isolation structure A of this embodiment is demonstrated. In order to grasp the influence of the rigidity of the superstructure, the seismic performance of the S and RC high-rise buildings 1 equipped with the seismic isolation structure A of the present embodiment was confirmed, and the seismic isolation structure A of the present embodiment The superiority of the seismic isolation structure A of this embodiment was confirmed by comparing with the case where it is not provided.

まず、S造の建物は、固有周期T1=3.04秒、高さH=108.8m、28層のオフィスビルとし、解析モデルを質点系等価せん断ばねモデルとした。RC造の建物は、固有周期T1=2.47秒、高さH=92.8m、29層の集合住宅とし、解析モデルを質点系等価せん断ばねモデルとした。   First, the S building was an office building with a natural period T1 = 3.04 seconds, a height H = 108.8 m, and 28 layers, and the analysis model was a mass system equivalent shear spring model. The RC building was an apartment with a natural period of T1 = 2.47 seconds, a height of H = 92.8 m, and 29 layers, and the analysis model was a mass system equivalent shear spring model.

さらに、図16に示すように、下部構造が5層、上部構造がS造で23層、RC造で24層となるように中間免震層30を設けた。また、基礎免震層2の200%歪時周期はS造の建物で約5秒、RC造の建物で約4秒であり、中間免震層30はそれとほぼ等価なバイリニアで設定した。なお、この解析モデルでは、質量要素の加速度−力関係で非線形とし、リリーフ後の摩擦力増大の影響を排除した。   Further, as shown in FIG. 16, an intermediate seismic isolation layer 30 is provided so that the lower structure has five layers, the upper structure has 23 layers of S structure and 24 layers of RC structure. The 200% strain period of the base seismic isolation layer 2 was about 5 seconds for the S building and about 4 seconds for the RC building, and the intermediate seismic isolation layer 30 was set bilinearly equivalent to that. In this analysis model, the influence of the increase in the frictional force after relief was eliminated by making the mass element acceleration-force relationship non-linear.

次に、ダイナミック・マス5の諸元は、表2、表3、表4に示す通りである。   Next, the specifications of the dynamic mass 5 are as shown in Table 2, Table 3, and Table 4.

Figure 2018003441
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Figure 2018003441
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入力地震動には、関東地震サイト波、告示神戸 NS(Lv2)、告示関東EW(Lv2)を用いた。   Kanto Earthquake Site Wave, Notification Kobe NS (Lv2), Notification Kanto EW (Lv2) were used for the input ground motion.

次に、解析結果について説明する。
図17に、S造(図17(a))、RC造(図17(b))の建物にそれぞれ基礎免震層にダイナミック・マスを付加し、モード制御を行った場合と、ダイナミック・マスを付加しない場合の刺激関数を比較した結果を示す。
Next, the analysis result will be described.
FIG. 17 shows a case where a dynamic mass is added to the base seismic isolation layer in the S building (FIG. 17A) and the RC building (FIG. 17B), respectively, and the dynamic mass. The result of having compared the stimulus function when not adding is shown.

また、図18に、S造(図18(a))、RC造(図18(b))の建物にそれぞれ基礎免震層にダイナミック・マスを付加し、モード制御を行った場合と、ダイナミック・マスを付加しない場合の建物頂部の周波数応答倍率を比較した結果を示す。   In addition, FIG. 18 shows a case in which dynamic mass is added to the base seismic isolation layer in the S building (FIG. 18A) and the RC building (FIG. 18B), respectively, and the mode control is performed. -The result of comparing the frequency response magnification at the top of the building without adding mass is shown.

さらに、図19に、S造の建物(通常のダブル免震建物、本発明に係るダイナミック・マスを設けてモード制御を行った免震建物、基礎免震のみの免震建物)に対し、各入力地震動(告示神戸、告示関東、関東地震サイト波)を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を比較した結果を示す。
また、図20に、RC造の建物(通常のダブル免震建物、本発明に係るダイナミック・マスを設けてモード制御を行った免震建物、基礎免震のみの免震建物)に対し、各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を比較した結果を示す。
Further, in FIG. 19, each of the S buildings (ordinary double seismic isolation building, seismic isolation building provided with dynamic mass according to the present invention and mode control, seismic isolation building with basic isolation only) Results of comparison of absolute acceleration, interlaminar deformation angle, and interlaminar displacement when input seismic motion (notification Kobe, notification Kanto, Kanto earthquake site wave) is input.
In addition, in FIG. 20, each RC building (ordinary double seismic isolated building, seismic isolated building with a dynamic mass according to the present invention and mode controlled, and base isolated only) The result of comparing absolute acceleration, interlayer deformation angle, and layer displacement when input seismic motion is input is shown.

これらの刺激関数及び周波数応答倍率を比較した結果から、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うことにより2次モードが低減することが確認された。   From the result of comparing these stimulus functions and frequency response magnifications, it was confirmed that the secondary mode is reduced by performing the mode control with a dynamic mass.

また、中間層免震の復元力特性を基礎免震と同等にした場合、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うことにより基礎免震の変形に比べ中間階免震層の変形が小さくなることが確認された。これにより、ELVシャフトなどの変形追従に対しても有利になることが確認された。   In addition, if the restoring force characteristics of the middle-layer seismic isolation are equivalent to those of the base-isolation, the dynamic mass is provided and mode control is performed, so that the deformation of the intermediate-floor seismic isolation layer becomes smaller than that of the base-isolation. Was confirmed. Thereby, it was confirmed that it becomes advantageous also for deformation follow-up of an ELV shaft or the like.

さらに、通常のダブル免震構造では中間免震層の直下の応答加速度が増加してしまうのに対し、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うと、中間免震層30の直下の加速度を低減させる効果が得られることも確認された。   In addition, the response acceleration directly under the middle seismic isolation layer increases in the normal double base isolation structure, but if the dynamic mass is provided and mode control is performed, the acceleration directly under the intermediate seismic isolation layer 30 is reduced. It was also confirmed that the effect to be obtained is obtained.

さらに、S造、RC造ともに最大応答値が、基礎免震のみの場合>通常のダブル免震>モード制御を行ったダブル免震となることが確認された。   In addition, it was confirmed that the maximum response value for both S and RC structures is basic seismic isolation> normal double seismic isolation> double seismic isolation with mode control.

なお、図21は、ダイナミック・マス5を中間免震層30に設けてモード制御を行った場合(図15参照)のシミュレーション結果を示している。この図21の結果から、基礎免震層にダイナミック・マスを設けた場合と同様の作用効果が得られることが確認された。   FIG. 21 shows a simulation result when the dynamic mass 5 is provided in the intermediate seismic isolation layer 30 and mode control is performed (see FIG. 15). From the results shown in FIG. 21, it was confirmed that the same effects as those obtained when a dynamic mass was provided in the basic seismic isolation layer were obtained.

これにより、ダイナミック・マスを中間免震層に設けてモード制御を行えば、リリーフ機構が不要になり、装置に求められる性能・機構を簡素化することが可能になる。すなわち、負担力が過大にならないため、これに応じて装置の低コスト化を図ることが可能になる。   Thus, if the dynamic mass is provided in the intermediate seismic isolation layer and mode control is performed, the relief mechanism becomes unnecessary, and the performance / mechanism required for the apparatus can be simplified. That is, since the burden force does not become excessive, the cost of the apparatus can be reduced accordingly.

ここで、図19、図20には、表5に示すように基礎免震層のダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位の結果も合わせて示している。この結果から、ダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更すると、免震層の変形が抑えられ全体の変形も小さくなるが、その分上部構造への入力が大きくなり、絶対応答加速度、層間変形角ともに、通常のダブル免震と同等か、それ以上に応答が増加することが確認された。すなわち、ダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更した場合、免震層の変形が過度に抑えられ、本実施形態のモード制御免震構造よりも応答結果が悪くなることが確認された。   Here, FIGS. 19 and 20 also show the results of absolute acceleration, interlayer deformation angle, and layer displacement when the dynamic mass of the basic seismic isolation layer is all changed to oil dampers as shown in Table 5. Yes. From this result, if all dynamic masses are changed to oil dampers, the deformation of the seismic isolation layer is suppressed and the overall deformation is also reduced, but the input to the superstructure is increased accordingly, and both absolute response acceleration and interlayer deformation angle are increased. It was confirmed that the response increased to the same or higher than the normal double seismic isolation. That is, when all the dynamic masses were changed to oil dampers, it was confirmed that the deformation of the seismic isolation layer was excessively suppressed and the response result was worse than that of the mode control seismic isolation structure of the present embodiment.

Figure 2018003441
Figure 2018003441

したがって、本実施形態の免震構造Aにおいては、基礎免震層2と中間免震層30を備えるとともに、基礎免震層2及び/又は中間免震層30にダイナミック・マス5を設け、過負荷防止としてダイナミック・マス5と直列に摩擦要素を設けることにより、その剛体モードによって直接伝達されてしまう加速度を低減できる。また、モード制御手法を適用することによって高次モードを抑制し、超高層免震建物の上部構造の加速度や層間変形角といった応答を効果的に低減することが可能になる。   Therefore, the base isolation structure A of the present embodiment includes the base isolation layer 2 and the intermediate isolation layer 30, and the dynamic mass 5 is provided in the base isolation layer 2 and / or the intermediate isolation layer 30. By providing a friction element in series with the dynamic mass 5 as a load prevention, the acceleration directly transmitted by the rigid body mode can be reduced. In addition, by applying a mode control method, it is possible to suppress higher-order modes and effectively reduce responses such as acceleration and interlayer deformation angle of the superstructure of a super high-rise base-isolated building.

よって、本実施形態の免震構造Aにおいても、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。   Therefore, also in the seismic isolation structure A of this embodiment, by adopting the mode control seismic isolation structure, it is possible to improve the response performance of the high-rise seismic isolation, improve the comfortability on the upper floor, and greatly reduce the number of frames It becomes possible.

以上、本発明に係る免震構造物の第1、第2実施形態について説明したが、本発明は上記の第1、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。   As mentioned above, although 1st, 2nd embodiment of the seismic isolation structure which concerns on this invention was described, this invention is not limited to said 1st, 2nd embodiment, In the range which does not deviate from the meaning. It can be changed as appropriate.

例えば、図22に示すように、モード制御を行う免震構造のダイナミック・マスと直列に、バネ・減衰並列要素を接続するようにしてもよい。この場合においては、ダイナミック・マスに直列にバネ要素を接続する系となっても、減衰要素をバネ要素と並列に付加することにより、図23に示すように、モード制御の効果を損なわず、優れた応答性能を発揮させることが可能になる。   For example, as shown in FIG. 22, a spring / damping parallel element may be connected in series with a dynamic mass of a seismic isolation structure that performs mode control. In this case, even if the spring element is connected in series with the dynamic mass, by adding the damping element in parallel with the spring element, as shown in FIG. It becomes possible to exhibit excellent response performance.

また、ダイナミック・マスと直列ばねのみからなる系においてはそれだけで振動系を形成するため、共振が生じバネが発振するおそれがあるが、バネと減衰要素を並列に配置して付加することにより、このおそれを確実に回避することができる。   In addition, in a system consisting only of a dynamic mass and a series spring, a vibration system is formed by itself, so there is a risk that resonance will occur and the spring may oscillate, but by adding a spring and a damping element arranged in parallel, This fear can be avoided reliably.

また、中間免震層30は複数設けられていてもよい。   A plurality of intermediate seismic isolation layers 30 may be provided.

1 建物
2 基礎免震層(免震層)
3 免震装置
4 減衰装置
5 ダイナミック・マス((慣性質量装置、慣性接続要素)
10 第1ボールねじ機構
11 第2ボールねじ機構
12 ケーシング
13 回転錘
14 連結具
15 第1ねじ軸
16 第1ナット
17 第2ねじ軸
18 第2ナット
19 錘支持スリーブ
20 スリーブ
21 伝達トルク制限機構
22 摩擦板(摩擦要素)
23 押圧ブロック
24 調整ボルト
25 押圧板
30 中間免震層
A 免震構造
B 従来の免震構造
1 Building 2 Base isolation layer (Seismic isolation layer)
3 Seismic isolation device 4 Damping device 5 Dynamic mass (Inertial mass device, Inertial connection element)
10 first ball screw mechanism 11 second ball screw mechanism 12 casing 13 rotary weight 14 connector 15 first screw shaft 16 first nut 17 second screw shaft 18 second nut 19 weight support sleeve 20 sleeve 21 transmission torque limiting mechanism 22 Friction plate (friction element)
23 Press block 24 Adjustment bolt 25 Press plate 30 Middle base isolation layer A Base isolation structure B Conventional base isolation structure

Claims (5)

建物の免震層にモード制御機構となる慣性質量装置のダイナミック・マスを設けて構成され、
且つ、前記ダイナミック・マスはモード制御理論に基づき高次の刺激関数が小となるようにその質量が調整されていることを特徴とする免震構造。
Dynamic mass of inertial mass device that is a mode control mechanism is provided in the seismic isolation layer of the building,
The seismic isolation structure is characterized in that the dynamic mass is adjusted so that a high-order stimulus function becomes small based on a mode control theory.
請求項1記載の免震構造において、
前記ダイナミック・マスに対して直列に接続して過負荷防止機構が設けられていることを特徴とする免震構造。
In the seismic isolation structure according to claim 1,
A seismic isolation structure, wherein an overload prevention mechanism is provided in series with the dynamic mass.
請求項1または請求項2に記載の免震構造において、
前記ダイナミック・マスに対して直列に接続してバネ・減衰並列要素が設けられていることを特徴とする免震構造。
In the seismic isolation structure according to claim 1 or 2,
A base-isolated structure comprising a spring / damping parallel element connected in series to the dynamic mass.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の免震構造において、
前記免震層に、過負荷防止機構を備えた前記ダイナミック・マスと、天然ゴム系積層ゴムからなる免震装置と、風ロック機構とを設けて構成されていることを特徴とする免震構造。
In the seismic isolation structure according to any one of claims 1 to 3,
The seismic isolation structure, wherein the seismic isolation layer includes the dynamic mass having an overload prevention mechanism, a seismic isolation device made of natural rubber-based laminated rubber, and a wind lock mechanism. .
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の免震構造において、
基礎免震層の一つの前記免震層、あるいは基礎免震層と中間免震層の複数の前記免震層を備え、前記基礎免震層及び/又は前記中間免震層に前記ダイナミック・マスを設けて構成されていることを特徴とする免震構造。
In the seismic isolation structure according to any one of claims 1 to 4,
One of the base isolation layers, or a plurality of base isolation layers including a base isolation layer and an intermediate isolation layer, and the dynamic mass is provided in the base isolation layer and / or the intermediate isolation layer. A seismic isolation structure characterized by being constructed.
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