JP2544672Y2 - 多層制振装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、多層制振装置に関する
ものであり、特に、固有周期の長い建築物に好適に使用
することのできる多層制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＴＭＤ（チューンド・マス・ダン
パー）制振装置１０は、図１に示されるように、多段積
層ゴム体１４によって、単純に、重量体１２を支持する
ものである。装置の固有周期は、周知のように重量体１
２と多段積層ゴム体１４のばね定数によって決定され
る。なお、多段積層ゴム体１４のばね定数は、多段積層
ゴム体１４の高さにほぼ反比例する。制振のため、固有
周期の長い建築物にこの一層制振装置１０を取付ける場
合に、建築物の固有周期と一層制振装置１０の固有周期
とを一致させるためには、重量体１２の重量を増す方法
と、多段積層ゴム体の高さを増す方法とがある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
場合には、重量増に対する建築物構造からの制約と、多
段積層ゴム体１４の支持力の問題がある。一方、後者の
場合には、高さが増すことによる建築物への収まりの問
題と、多段積層ゴム体１４の座屈の問題とがある。例と
して、図２に示されるような超高層ビル１６と、図３に
示されるような超々高層ビル１６ａへ、従来形式の一層
制振装置１０ならびに１０ａを取付けて使用する場合を
想定する。図２において、超高層ビル１６の高さは２０
０ｍ、固有周期は４.５秒、すなわち固有振動数ωは１.
４０、一層制振装置１０の多段積層ゴム体１４の高さは
１ｍ、重量体１２の重量は１００トンとされている。図
３の超々高層ビル１６ａの高さは、図２の超高層ビル１
６の高さの１.５倍である３００ｍとする。超々高層ビ
ル１６ａの固有周期および建築物重量は、高さに比例し
て１.５倍となり、固有周期は６.７５秒となる。従っ
て、固有振動数ωは０.９３となる。超々高層ビル１６
ａにおいて、超高層ビル１６と同様の制振効果を得るに
は、一層制振装置１０ａの重量は、建築物重量の増加率
と同じく１.５倍必要である。すなわち、重量体１２ａ
の重量は１５０トンとされる。一層制振装置１０の固有
振動数ωは、周知のように式（１）で求めることができ
る。 ω＝（ｋ／ｍ）^1/2 （１） ここで、ｋは多段積層ゴム体１４のばね定数、ｍは重量
体１２の質量である。さらに、図３に示される超々高層
ビル１６ａの制振を行なう場合を想定すると、質量およ
び固有周期は、前記のように１.５倍されているので、
一層制振装置１０ａの固有震動数ω_aは ω_a＝ω／１.５＝（ｋ_a／ｍ_a）^1/2＝（εｋ／１.５ｍ）^1/2 ＝（ε／１.５）^1/2ω となる。ここで、ｋ_aは多段積層ゴム体１４ａのばね定
数、ｍ_aは重量体１２ａの質量、εは定数である。よっ
て、ε＝１／１.５、すなわちばね定数を１／１.５倍に
する必要がある。多段積層ゴム体のばね定数は高さに反
比例するので、結局多段積層ゴム体１４ａの高さＨは、
１.５ｍとなる。要するに、上記のような一層制振装置
では、固有周期の長い建築物に適用する際、前述のよう
に、一層制振装置自体の重量の増加、および／あるい
は、多段積層ゴム体の高さの増加が避けられない。以
下、特に、多段積層ゴム体の高さの増加に伴う座屈の恐
れについて言及する。図４および図５に示されるよう
に、多段積層ゴム体１０は、複数枚のスタビライザー
（鉄板）１８と、スタビライザー１８同士の間に設けら
れ、スタビラーザー１８を水平に保つように、スタビラ
イザーに固着された積層ゴム２０とから構成されてい
る。多段積層ゴム体１４の高さを増せば増すほど、多段
積層ゴム体１４が水平方向に変形する可能性も大きくな
ってくる。もし、多段積層ゴム体１４の水平変形量が、
積層ゴム間のスパンよりも大きくなると、多段積層ゴム
体１４の座屈が起きる。従って、多段積層ゴム体１４の
高さを大きくしても、その高さを活用することができな
い場合があることになる。その他、振り子型の制振装置
も提案されているが、この場合には、長周期化すると、
振り子の長さが長くなり過ぎ、装置設置階の階高以内に
収まらなくなるため、折込み式の多段振り子にする等の
工夫がなされている。本考案は、上記事情を考慮してな
されたものであって、その目的とするところは高さの低
いコンパクトな多層制振装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

【０００５】上記課題を解決するため、本考案の請求項
１の多層制振装置は、ほぼ水平な面上に配置された複数
の下部弾性体と、これら下部弾性体の上に載置され、下
部弾性体に支持される位置同士の間にこれら位置よりも
高さの低い凹部を有する下部重量体と、前記凹部に配置
された複数の上部弾性体と、これら上部弾性体に載置さ
れた上部重量体とを具備することを特徴とするものであ
る。

【０００６】また、請求項２の多層制振装置は、請求項
１記載の多層制振装置において、前記下部弾性体は、平
面視でほぼ回転対称に配置されており、前記上部弾性体
は、下部弾性体に支持される位置の間に、平面視でほぼ
回転対称に配置されていることを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、請求項３の多層制振装置は、請求項
１または２記載の多層制振装置において、前記下部弾性
体と上部弾性体は、多段積層ゴム体であることを特徴と
するものである。

【０００８】

【作用】下部弾性体と、上部弾性体が建築物の振動を吸
収するわけであるが、下部弾性体上に下部重量体を設
け、下部重量体上に上部弾性体を設け、上部弾性体上に
上部重量体を設けることによって、２質点振動系とする
ことができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、本考案の一実施例を
図面を参照して詳細に説明する。図６および図７におい
て、符号２２は、超高層ビルまたは超々高層ビルの屋上
あるいは最上階などの建築物上部の水平床面を示す。た
だし、本考案は、超高層ビルまたは超々高層ビルの制振
にのみ限られることなく、中層あるいは低層ビルの制振
にも適用することが可能である。

【００１０】床面２２上には、四つの下部多段積層ゴム
体（下部弾性体）２４が、それぞれ一つの正方形の頂点
にあたる位置に配置固定されている。これら下部多段積
層ゴム体２４は、図４および図５に示されるものと同様
に、全体として、直角二等辺三角形柱状のもので、複数
枚のスタビライザー（鉄板）１８と、スタビライザー１
８同士の間に設けられ、スタビラーザー１８を水平に保
つように、スタビライザーに固着された積層ゴム２０と
から構成されている。下部多段積層ゴム体２４は、その
直角な角部が、正方形の頂点に位置し、最も長い辺が正
方形の内側を向くように、配置されている。

【００１１】この直角二等辺三角形の形状は、多段積層
ゴム体２４が水平変形をしたときに、内側に装着される
ブレーキ等の本図には示されていない装置類を配置する
ためのスペースを確保するために選ばれたものである。
もし、内側の空間に上記のような必要性がなければ、四
角形（この場合、図４のスタビライザー１８は四角形板
状にされ、積層ゴム２０は４個配置される）であっても
かまわない。

【００１２】四つの下部多段積層ゴム体２４上には、床
面２２から間隔をおいて、平面視で正方形の下部重量体
２６が載置固定されている。多層制振装置全体の高さを
抑えるため、下部重量体２６は、下部多段積層ゴム体２
４に支持される箇所２８のみが高く、他の部分は低い凹
部３０とされている。すなわち、正方形の頂点にあたる
箇所２８が高くされている。

【００１３】さらに、この下部重量体２６の凹部３０に
は、四つの上部多段積層ゴム体（上部弾性体）３２が載
置固定されている。上部多段積層ゴム体は、前述の下部
多段積層ゴム体２４と同様の構成とされている。これら
上部多段積層ゴム体３２は、下部多段積層ゴム体２４に
支持される箇所２８同士の間に、それぞれ設けられてい
る。換言すれば、上部多段積層ゴム体３２は、下部多段
積層ゴム体２４と平面視で、９０°ずらされた配置とさ
れている。

【００１４】そして、これら上部多段積層ゴム体３２上
には、下部重量体２６と間隔をおくように、直方体形状
（正方形柱状）の上部重量体３４が載置固定されてい
る。すなわち、前記下部重量体２６は、上部重量体３４
の支持架台をも兼用するものである。以上のようにして
本考案に係る多層制振装置は構成されている。

【００１５】次いで、図８および図９を参照して、振動
系として、従来形式の一層制振装置と、本考案に係る多
層制振装置とを比較する。図８は、図１に示される従来
形式の一層制振装置をモデル化した図であり、図９は、
図６および図７を参照して説明した本考案に係る多層制
振装置を同じくモデル化した図である。

【００１６】従来形式の一層制振装置は、図８のよう
に、１質点振動系にモデル化できる。実際には、この他
に多段積層ゴム体自身の減衰等があるが、説明を簡略化
するため、省略する。この系の固有振動数ω₀は、式
（２）のように求めることができる。 ω₀＝（ｋ₀／ｍ₀）^1/2 （２） ここで、ｋ₀は装置のばね定数、ｍ₀は装置の質量であ
る。

【００１７】一方、本考案に係る装置は、図９のよう
に、２質点振動系にモデル化できる。この系の固有振動
数ωは、以下の振動方程式（３）より求めることができ
る。 （ｍ₁ω²−ｋ₁₁）（ｍ₂ω²−ｋ₂₂）−ｋ₁₂ｋ₂₁＝０ （３） ここで、ｋ₁₁＝ｋ₁＋ｋ₂、ｋ₂₂＝ｋ₂、ｋ₁₂＝ｋ₂₁＝−ｋ₂ ｍ₁は下層の質量、ｍ₂は上層の質量、ｋ₁は下層のばね
定数、ｋ₂は上層のばね定数である。ここに、ｋ₁＝αｋ
₂、ｍ₁＝βｍ₂とおくと（α，βは定数）、式（３）
は、式（４）に変換される。 ｛βｍ₂ω²−（α＋１）ｋ₂｝（ｍ₂ω²−ｋ₂）−ｋ₂ ²＝０ （４） よって、固有振動数ω₁，ω₂は、式（５）から求められ
る。 ω₂，ω₁ ＝[ｋ₂／２βｍ₂・｛（α＋β＋１）±[（α＋β＋１）²−４αβ]^1/2｝]^1/2 （５）

【００１８】一比較例として、従来の技術欄で説明した
図３に示されるような、超々高層ビル１６ａに本考案に
係る多層制振装置を適用する場合を考える。条件は、以
下の通りである。図３の超々高層ビル１６ａの高さは、
図２の超高層ビル１６の１.５倍、すなわち、固有周期
は１.５倍、固有振動数は１／１.５倍。本考案に係る多
層制振装置の重量体２６，３４の質量の合計は、図２の
一層制振装置１０の重量体１２の質量の１.５倍、すな
わち、ｍ₁＋ｍ₂＝１.５ｍ₀。本考案に係る多層制振装置
の多段積層ゴム体２４，３２の高さは、同一、すなわ
ち、ばね定数ｋ₁＝ｋ₂、かつα＝１。本考案に係る多層
制振装置の多段積層ゴム体２４，３２のばね定数は、図
２の一層制振装置１０の多段積層ゴム体１４のばね定数
のγ倍。すなわち、ｋ₁＝ｋ₂＝γｋ₀。

【００１９】以上の条件を式（５）に代入し、整理する
と式（６）が得られる。 γ ＝３／２.２５ × β／（１＋β）｛（β＋２）−（β²＋４）^1/2｝ （６） 式（６）のγとβとの関係を図１０に示す。

【００２０】式（６）および図１０を参照すると以下の
ような本願の効果が明らかとなる。

【００２１】多段積層ゴム体２４，３２の両者の高さを
共に１ｍとすれば、γ＝１であるので、β＝０.５３と
なる。従って、下部重量体２６の重量を５２トン、上部
重量体３４の重量を９８トンとすればよい。

【００２２】多段積層ゴム体の高さを低く、すなわち、
γを大きくするためには、βを小さく、すなわち、でき
るだけ上部重量体３４の重量を大きくし、下部重量体２
６の重量を小さくすればよい。しかしながら、下部重量
体２６は、上部重量体３４の支持架台をも兼用するもの
であるから、上部重量体２６を重くし下部重量体２６を
軽くするのにも限界があろう。ｍ₁＋ｍ₂＝１.５ｍ₀＝１
５０トンから、上部重量体３４の重量を１２５トン、下
部重量体２６の重量を２５トン、すなわちβ＝０.２と
すると、γ＝１.１７となり、多段積層ゴム体２４，３
２の両者の高さは共に０.８５ｍとなる。

【００２３】以上のように、この実施例における多層制
振装置では、多段積層ゴム体２４，３２が２層に分けら
れて配置されているため、たとえ固有周期の長い建築物
に適用された場合でも、各多段積層ゴム体２４，３２の
個々の高さを大きくせずとも済む。例えば、従来技術
で、多段積層ゴム体１４ａの高さを１.５ｍとする必要
があったものが、上記のように、多段積層ゴム体２４，
３２の両者の高さを共に１ｍとすることもできるし、さ
らに短く０.８５ｍとすることもできる。従って、多段
積層ゴム体の座屈に対する耐力を増大させることができ
ると共に、多層制振装置全体を小型化にすることが可能
である。

【００２４】しかも、下部重量体２６を、下部多段積層
ゴム体２４に支持される部分２８を高く、これら部分２
８よりも高さの低い凹部３０を有するように形成し、さ
らに、凹部３０に上部多段積層ゴム体３２を配置するこ
とによって、多層制振装置全体の高さを小型化すること
が可能である。

【００２５】さらに、下部多段積層ゴム体２４を平面視
で、正方形の頂点に位置するよう、すなわち、回転対称
に配置し、さらに、上部多段積層ゴム体３２を平面視
で、下部多段積層ゴム体２４に支持される位置２８の間
に、配置することによって、架台を兼ねる下部重量体２
６の設計が容易となる。また、上部多段積層ゴム体３２
の水平変形の幅を大きく見込むことが可能となる。さら
に、二つの重量体２６，３４の水平方向の形状を大きく
とることが可能となるから、多層制振装置全体の高さを
小型化することが可能である。また、上記の配置によ
り、一つあるいは二つの水平方向だけでなく、ほぼ全て
の水平方向の振動抑制に寄与することが可能である。

【００２６】なお、上記の実施例においては、図６及び
図７に示されるように、下部重量体２６ならびに上部重
量体３４は、共に、平面視で、互いに同一の重なり合っ
た正方形の形状であり、上部多段積層ゴム体３２はその
直角が内側を向いて配置されているが、本考案はこれに
限られることはない。例えば、図１１に示されるような
変形例も可能である。この変形例では、平面視、正方形
の下部重量体２６の凹部３０に、上部多段積層ゴム体３
２が、その直角が外側を向いて配置されている。さら
に、上部多段積層ゴム体３２の上には、下部重量体２６
より小さい平面視、正方形の上部重量体３４が、下部重
量体２６と９０°ずれるようにして配置固定されてい
る。すなわち、上部重量体３４の角部が、上部多段積層
ゴム体３２の直角に配置されるように、上部重量体３４
は配置固定されている。なお、多段積層ゴム体２４，３
２の形状は、本実施例に限定されないことは、前述の通
りである。

【００２７】

【考案の効果】以上の説明により明らかなように、本考
案の請求項１記載の多層制振装置によれば、弾性体が複
数層に分けられて配置されているため、たとえ固有周期
の長い建築物に適用された場合でも、各弾性体の個々の
高さを大きくせずとも済む。従って、弾性体の座屈に対
する耐力を増大させることができると共に、多層制振装
置全体を小型化にすることが可能である。しかも、下部
重量体を、下部弾性体に支持される部分を高く、これら
部分よりも高さの低い凹部を有するように形成し、さら
に、凹部に上部弾性体を配置することによって、多層制
振装置全体の高さを小型化することが可能である。

【００２８】さらに、請求項２記載の多層制振装置によ
れば、下部弾性体を平面視で、回転対称に配置し、さら
に、上部弾性体を平面視で、下部弾性体に支持される位
置の間に、配置することによって、架台を兼ねる下部重
量体の設計が容易となる。また、上部弾性体の水平変形
の幅を大きく見込むことが可能となる。さらに、二つの
重量体の水平方向の形状を大きくとることが可能となる
から、多層制振装置全体の高さを小型化することが可能
である。また、上記の配置により、一つあるいは二つの
水平方向だけでなく、ほぼ全ての水平方向の振動抑制に
寄与することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一層制振装置の側面図である。

【図２】図１の制振装置を超高層ビルに取付けた状態を
示す側面図である。

【図３】図１の制振装置を超々高層ビルに取付けた状態
を示す側面図である。

【図４】従来および本考案の実施例の制振装置に使用さ
れる多段積層ゴム体の上面図である。

【図５】図４の多段積層ゴム体の側面図である。

【図６】本考案の実施例に係る多層制振装置の側面図で
ある。

【図７】図６の多層制振装置の平面図である。

【図８】従来の一層制振装置（図１）の振動系をモデル
化した図である。

【図９】本考案の多層制振装置（図６）の振動系をモデ
ル化した図である。

【図１０】本考案の多層制振装置における上層と下層の
質量比と、ばね定数の関係を示すグラフである。

【図１１】本考案の他の実施例に係る多層制振装置の平
面図である。

【符号の説明】 ２２ 屋上水平床面 ２４ 下部弾性体（下部多段積層ゴム体） ２６ 下部重量体 ２８ 下部弾性体に支持される位置 ３０ 凹部 ３２ 上部弾性体（上部多段積層ゴム体） ３４ 上部重量体。

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ水平な面上に配置された複数の下部
   弾性体と、これら下部弾性体の上に載置され、下部弾性
   体に支持される部分同士の間にこれら部分よりも高さの
   低い凹部を有する下部重量体と、前記凹部に配置された
   複数の上部弾性体と、これら上部弾性体に載置された上
   部重量体とを具備することを特徴とする多層制振装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多層制振装置において、
   前記下部弾性体は、平面視でほぼ回転対称に配置されて
   おり、前記上部弾性体は、下部弾性体に支持される位置
   の間に、平面視でほぼ回転対称に配置されていることを
   特徴とする多層制振装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の多層制振装置に
   おいて、前記下部弾性体と上部弾性体は、多段積層ゴム
   体であることを特徴とする多層制振装置。