JP2020101081A - 制振装置及びこれを備えた建物 - Google Patents

Abstract

【課題】占有空間を極力小さくすることができるとともに、多方向での固有周期調整が容易に行え、建物の他方向の応答を低減させることを可能にする制振装置及びこれを備えた建物を提供する。【解決手段】積層ゴム体（水平バネ要素）１、２を備えた複数の制振柱３と、複数の制振柱３の積層ゴム体１、２よりも上方に連結して架設された連結梁４、５と、連結梁４、５に支持されて連結梁４、５上に設置された錘体１５と、一端を建物Ａに、他端を連結梁４（もしくは連結梁５）に接続して配設されたオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６とを備えて制振装置Ｂを構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、制振装置及びこれを備えた建物に関する。

従来、マンションやオフィスビルなどの多層構造の建物では、建物内に設置した制振ダンパーによって、地震時に作用した地震エネルギー（振動エネルギー）を吸収して減衰させ、建物の応答を低減させるようにしている。また、このような制振ダンパーには、鋼材等の降伏耐力やすべり材の摩擦抵抗を利用した履歴系ダンパー、粘性体の粘性抵抗を利用したオイルダンパーなどの粘性系ダンパー、粘弾性体のせん断抵抗を利用した粘弾性系ダンパーが多用されている。

一方、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）と称する制振装置を建物の頂部側（屋上など）に設置し、建物の地震時応答を低減させることも提案、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

具体的に、ＴＭＤは、例えば、付帯フレームに振り子（錘体（重錘））を取り付け、錘体が往復振動する１自由度振動系として構成されている。そして、建物の１次固有周期と同調させて、建物の振動と逆方向に錘体を振動させることにより、すなわち、錘体が振動することによる慣性抵抗力（慣性質量効果）を利用することにより、建物に作用した地震エネルギーを減衰させ、建物の応答を低減させることができる。

特開２０００−１８３２３号公報 特開２０１１−２２０５１１号公報

しかしながら、上記従来のＴＭＤを制振装置として超高層建物の屋上などに設置するような場合には、広いスペースを屋上に確保する必要がある上、付帯フレームの構築等が困難になることも考えられる。また、２方向で異なる固有周期を有する建物に適用する場合には、振り子の長さを合理的に変えることができるようにしたり、各方向で異なる長さの振り子が必要になるなど、制振システムとして非常に煩雑なものになってしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、占有空間を極力小さくすることができるとともに、多方向での固有周期調整が容易に行え、建物の多方向の応答を低減させることを可能にする制振装置及びこれを備えた建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。

本発明の制振装置は、建物に設置され、前記建物に作用した振動エネルギーを減衰させる制振装置であって、水平バネ要素を備えた複数の制振柱と、前記複数の制振柱の前記水平バネ要素よりも上方に連結して架設された連結梁と、前記連結梁に支持されて前記連結梁上に設置された錘体と、一端を前記建物に、他端を前記連結梁に接続して配設されたオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパーとを備えて構成されていることを特徴とする。

また、本発明の制振装置においては、前記オイルダンパー及び／又は前記回転慣性質量ダンパーで付加質量を与え、少なくとも水平で直交する２方向の周期調整を行うように構成されていることが望ましい。

さらに、本発明の制振装置においては、前記制振柱が複数の水平バネ要素を上下方向に並設して構成されていることがより望ましい。

また、本発明の制振装置においては、前記制振柱が前記リニアスライダーを備えて構成されていてもよい。

本発明の建物は、上記のいずれかの制振装置を頂部側に設置して構成されていることを特徴とする。

本発明の制振装置においては、水平の多方向の振動に対して減衰効果を発揮する積層ゴム体などの水平バネ要素を備えて制振柱が構成され、複数の制振柱に１つの錘体を連結梁を介して支持させて構成されているため、地震時に建物に作用した振動エネルギーを吸収して、建物の少なくとも水平の２方向の応答を低減させることができる。

また、減衰を与えるためのオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパーを備えることにより、ＴＭＤとしての適切な減衰効果を発揮させることが可能になるとともに、これらオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパーによって付加質量を与え、少なくとも水平の２方向の周期調整を行うことができる。

これにより、実質量をほとんど増加させることなく周期調整ができ、２方向の異なった固有周期を有する超高層ビルなどの建物に対してもその固有周期に柔軟に対応し、確実且つ効果的に地震時の応答を低減させることが可能になる。

さらに、個々の部材数も少なく、コンパクトに構成することが可能になるとともに、組み立ても容易で、且つ錘体等の各部材を分割して運搬することができ、従来と比較して施工性を大幅に向上させることも可能である。

よって、本実施形態の制振装置によれば、制振装置の占有空間を極力小さくすることができるとともに、多方向での固有周期調整が容易に行え、建物の多方向の応答を低減させることが可能になる。

また、本実施形態の建物においては、上記の制振装置を備えていることにより、上記の制振装置の作用効果を確実に得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る制振装置を備えた建物を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る建物に設置した状態の制振装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の変更例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る制振装置の変更例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置のリニアスライダーの一例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置のリニアスライダーの一例を示す図（（ａ）平面図、（ｂ）側面図）である。

以下、図１及び図３を参照し、本発明の第１実施形態に係る制振装置及びこれを備えた建物について説明する。

はじめに、本実施形態の建物Ａは、図１及び図２に示すように、超高層部ビルなどの多層構造の建物であり、その頂部（屋上）に制振装置Ｂを設置して構成されている。なお、本発明に係る建物は、制振装置Ｂが建物の頂部側（上層部）に設置されていればよく、必ずしも屋上に設置されていなくてもよい。

そして、本実施形態の制振装置Ｂは、図３に示すように、積層ゴム体（水平バネ要素）１、２を備えた複数の制振柱３と、複数の制振柱３の積層ゴム体１、２よりも上方に連結して架設された連結梁４、５と、連結梁４、５に支持されて連結梁４、５上に設置された錘体１５と、一端を建物Ａに、他端を連結梁５に接続して配設されたオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６とを備えて構成されている。
なお、本実施形態では、水平バネ要素が積層ゴム体１、２であるものとして説明を行うが、本発明に係る水平バネ要素は水平の多方向の振動に対して減衰効果を発揮することが可能であれば、例えばバネ部材など、他の水平バネ要素であってもよい。

また、積層ゴム体１、２は、一般に免震建物などで使用される積層ゴムと同様に構成したものであり、例えばゴムと鋼板を上下方向に交互に重ね合せるようにして形成されている。そして、本実施形態では、４本の制振柱３が所定位置に立設されており、各制振柱３が、下方側に第１積層ゴム体１、この第１積層ゴム体１上に鋼製の第１連結構造体７、連結構造体７上に第２積層ゴム体２、第２積層ゴム体２上に鋼製の第２連結構造体８を配置し、これら第１積層ゴム体１、第１連結構造体７、第２積層ゴム体２、第２連結構造体８を上下方向に一体に並設して形成されている。すなわち、本実施形態の制振柱３は、複数の積層ゴム体１、２を上下方向に並設して構成されている。

さらに、本実施形態の制振装置Ｂは、隣り合う制振柱３の第１連結構造体７に一端、他端を連結してＨ形鋼やＩ形鋼などの連結梁５が架設されている。また、４本の制振柱３にそれぞれ連結梁５を架設することにより、方形状の第１鉄骨フレーム９が形成されている。

さらに、隣り合う制振柱３の第２連結構造体８に一端、他端を連結してＨ形鋼やＩ形鋼などの連結梁４が架設され、これら４本の制振柱３にそれぞれ連結梁４を架設することにより、方形状の第２鉄骨フレーム１０が形成されている。

そして、第２鉄骨フレーム１０上（及び第１鉄骨フレーム９上）に方形盤状の錘体１５が設置され、第２鉄骨フレーム（及び第１鉄骨フレーム９）を介して４本の制振柱３によって錘体１５が支持されている。

さらに、本実施形態では、第１鉄骨フレーム９の各連結梁５に上端を接続して下方に鉄骨が延設され、この鉄骨からなる制振装置側連結部１１に一端を、建物Ａの屋上に一体形成されたコンクリートブロックなどの建物側連結部１２に他端をそれぞれ接続して、オイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６が設置されている。

また、オイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６は、第１鉄骨フレーム９の各連結梁５、すなわち方形枠状の第１鉄骨フレーム９の各辺に沿うように、且つダンパー軸を横方向（水平方向）に配し、４台配設されている。さらに、本実施形態では、オイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６によって、付加質量を与え、少なくとも水平の２方向（直交する水平方向のＸ方向とＹ方向）の周期調整を行うように構成されている。

そして、上記構成からなる本実施形態の制振装置Ｂ（及びこれを備えた建物Ａ）においては、水平の多方向の振動に対して減衰効果を発揮する積層ゴム体１、２を備えて制振柱３が構成され、この積層ゴム体１、２を備えた複数の制振柱３に錘体１５を支持させて構成されているため、地震時に建物に作用した振動エネルギーを積層ゴム体１、２で吸収し、建物Ａの少なくとも水平の２方向の応答を低減させることができる。

また、制振柱３が複数の積層ゴム体１、２を並設して（積み上げて）構成されていることで、これら複数の積層ゴム体１、２による振動エネルギーの減衰効果が相乗的に発揮され、より確実に建物Ａの応答を低減させることが可能になる。

さらに、本実施形態の制振装置Ｂにおいては、減衰を与えるためのオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６を備えることにより、ＴＭＤとしての適切な減衰効果を発揮させることが可能になるとともに、これらオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６によって付加質量を与え、少なくとも水平の２方向の周期調整を行うことができる。

これにより、実質量をほとんど増加させることなく周期調整ができ、２方向の異なった固有周期を有する超高層ビルなどの建物Ａに対してもその固有周期に柔軟に対応し、確実且つ効果的に地震時の応答を低減させることが可能になる。

さらに、本実施形態の制振装置Ｂにおいては、個々の部材数も少なく、コンパクトに構成することが可能になるとともに、組み立ても容易で、且つ錘体１５等の各部材を分割して（錘体１５も分割して）運搬することができ、従来と比較して施工性を大幅に向上させることも可能である。

よって、本実施形態の制振装置Ｂ及びこれを備えた建物Ａにおいては、制振装置Ｂの占有空間を極力小さくすることができるとともに、多方向での固有周期調整が容易に行え、建物Ａの多方向の応答を低減させることが可能になる。

以上、本発明に係る制振装置及びこれを備えた建物の第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４に示すように、連結梁４に下方に凹む凹部（クランク、段部）１３を設け、この凹部１３に錘体１５を係合させて設置するように構成してもよい。この場合には、本実施形態よりも錘体１５を下方に配し、さらなるコンパクト化を図ることが可能になる。

すなわち、オイルダンパー及び／又は回転質量ダンパー６を第１鉄骨フレーム９ではなく第２鉄骨フレーム１０に接続するようにしてもよい。この場合においても、本実施形態と同等の作用効果を得ることが可能である。

また、オイルダンパー及び／又は回転質量ダンパー６を間接的に連結梁５（第１鉄骨フレーム９）や連結梁４（第２鉄骨フレーム１０）に接続するようにしてもよい。すなわち、例えば、図５に示すように、連結梁５（４）に接続して制振装置Ｂの中央部側にダンパー接続用梁部（図５では十字状のダンパー接続用梁部）１４を設け、このダンパー接続用梁部１４にオイルダンパー及び／又は回転質量ダンパー６を接続して、制振装置Ｂを構成するようにしてもよい。この場合においても、勿論、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、オイルダンパー及び／又は回転質量ダンパー６が隠れ、制振装置Ｂの外観をよくすることができる。さらに、制振装置Ｂのさらなるコンパクト化を図ることも可能になり得る。

次に、図６から図８（図１、図２）を参照し、本発明の第２実施形態に係る制振装置及びこれを備えた建物について説明する。
なお、本実施形態は、第１実施形態と同様、超高層部ビルなどの多層構造の建物Ａの頂部（屋上）に設置される制振装置Ｂ、及び建物Ａに関するものである。よって、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。

本実施形態の制振装置Ｂは、図６に示すように、水平バネ要素の積層ゴム体１及び水平方向に滑動して剛性を調整するリニアスライダー（剛性調整機構）２０を備えた複数の制振柱３と、複数の制振柱３の積層ゴム体１及びリニアスライダー２０よりも上方に連結して架設された連結梁４、５と、連結梁４、５に支持されて連結梁４、５上に設置された錘体１５と、一端を建物Ａに、他端を連結梁５に接続して配設されたオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６とを備えて構成されている。

また、本実施形態では、４本の制振柱３のうち、中心を挟んで対称位置に配置された２本の制振柱３が積層ゴム体１を上下に並設して構成され、他の２本の制振柱３がリニアスライダー２０を上下に並設して構成されている。
なお、積層ゴム体１を備えてなる制振柱３とリニアスライダー２０を備えてなる制振柱３の比率は２：２に限らず、１：３、３：１であってもよい。

一方、リニアスライダー２０は、水平のＸ方向及びＸ方向に直交する水平のＹ方向、ひいては水平の各方向にスライド移動自在に構成されている。

具体的に、リニアスライダー２５について一例を挙げて説明する。
本実施形態のリニアスライダー２５は、図７及び図８に示すように、上フランジプレート２１に一体に設けられ、水平のＸ方向に延設された上レール２２と、下フランジプレート２３に一体に設けられ、水平のＹ方向に延設された下レール２４と、上レール２２と下レール２４の間に介装され、上レール２２と下レール２４をＸ方向、Ｙ方向に滑動自在（スライド移動可能）に支持／保持するベリング２５を備えた滑動子２６とを備えて構成されている。

そして、上記構成からなる本実施形態の制振装置Ｂ（及びこれを備えた建物Ａ）においては、水平の多方向の振動に対して減衰効果を発揮する積層ゴム体１、あるいは水平の各方向にスライド移動自在に上部を支持して剛性を調整するリニアスライダー２０を備えて制振柱３が構成され、これら積層ゴム体１、リニアスライダー２５を備えた各制振柱３に錘体１５を支持させて構成されている。このため、リニアスライダー２０によって制振柱３の剛性を調整することができ、地震時に建物Ａに作用した振動エネルギーを積層ゴム体１で効果的に吸収し、建物Ａの少なくとも水平の２方向の応答を低減させることができる。

さらに、本実施形態の制振装置Ｂにおいては、減衰を与えるためのオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６を備えることにより、ＴＭＤとしての適切な減衰効果を発揮させることが可能になるとともに、これらオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６によって付加質量を与え、少なくとも水平の２方向の周期調整を行うことができる。

これにより、実質量をほとんど増加させることなく周期調整ができ、２方向の異なった固有周期を有する超高層ビルなどの建物Ａに対してもその固有周期に柔軟に対応し、確実且つ効果的に地震時の応答を低減させることが可能になる。

また、本実施形態では、リニアスライダー２０によって制振柱３の剛性を調整できることからオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパー６の性能をより確実且つ効果的に発揮させることができる。

さらに、本実施形態の制振装置Ｂにおいては、個々の部材数も少なく、コンパクトに構成することが可能になるとともに、組み立ても容易で、且つ錘体１５等の各部材を分割して（錘体１５も分割して）運搬することができ、従来と比較して施工性を大幅に向上させることも可能である。

よって、本実施形態の制振装置Ｂ及びこれを備えた建物Ａにおいては、制振装置Ｂの占有空間を極力小さくすることができるとともに、多方向での固有周期調整が容易に行え、建物Ａの多方向の応答を低減させることが可能になる。

以上、本発明に係る制振装置及びこれを備えた建物の第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、第１実施形態の変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 積層ゴム体（水平バネ要素）
２ 積層ゴム体（水平バネ要素）
３ 制振柱
４ 連結梁
５ 連結梁
６ オイルダンパー又は回転慣性質量ダンパー
７ 第１連結構造体
８ 第２連結構造体
９ 第１鉄骨フレーム
１０ 第２鉄骨フレーム
１１ 制振装置側連結部
１２ 建物側連結部
１３ 凹部（クランク、段部）
１４ ダンパー接続用梁部
１５ 錘体
２０ リニアスライダー
２１ 上フランジプレート
２２ 上レール
２３ 下フランジプレート
２４ 下レール
２５ ベアリング
２６ 滑動子
Ａ 建物
Ｂ 制振装置

本発明の制振装置は、建物に設置され、前記建物に作用した振動エネルギーを減衰させる制振装置であって、水平バネ要素を備えた複数の制振柱と、前記複数の制振柱の前記水平バネ要素よりも上方に連結して架設された連結梁と、前記連結梁に支持されて前記連結梁上に設置された錘体と、一端を前記建物に、他端を前記連結梁に接続して配設された回転慣性質量ダンパーを備えて構成されていることを特徴とする。
また、本発明の制振装置においては、前記建物と前記連結梁との間に、前記回転慣性質量ダンパーに加えてオイルダンパーが配設されていてもよい。

また、本発明の制振装置においては、前記回転慣性質量ダンパーで付加質量を与え、少なくとも水平で直交する２方向の周期調整を行うように構成されていることが望ましい。

Claims (5)

1. 建物に設置され、前記建物に作用した振動エネルギーを減衰させる制振装置であって、
   水平バネ要素を備えた複数の制振柱と、
   前記複数の制振柱の前記水平バネ要素よりも上方に連結して架設された連結梁と、
   前記連結梁に支持されて前記連結梁上に設置された錘体と、
   一端を前記建物に、他端を前記連結梁に接続して配設されたオイルダンパー及び／又は回転慣性質量ダンパーとを備えて構成されていることを特徴とする制振装置。
2. 請求項１記載の制振装置において、
   前記オイルダンパー及び／又は前記回転慣性質量ダンパーで付加質量を与え、少なくとも水平で直交する２方向の周期調整を行うように構成されていることを特徴とする制振装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の制振装置において、
   前記制振柱が複数の水平バネ要素を上下方向に並設して構成されていることを特徴とする制振装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制振装置において、
   前記制振柱が前記リニアスライダーを備えて構成されていることを特徴とする制振装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制振装置を頂部側に設置して構成されていることを特徴とする建物。

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