JP2660340B2 - 建物用動吸振装置 - Google Patents

建物用動吸振装置

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JP2660340B2 JP62261238A JP26123887A JP2660340B2 JP 2660340 B2 JP2660340 B2 JP 2660340B2 JP 62261238 A JP62261238 A JP 62261238A JP 26123887 A JP26123887 A JP 26123887A JP 2660340 B2 JP2660340 B2 JP 2660340B2
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隆史 藤田
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高層ビルやタワー等の柔構造建物の地震や風
による揺れを低減する建物用動吸振装置に関する。 〔従来の技術〕 高層ビルや各種のタワーなどの高い建築物では、震動
エネルギーを吸収して耐震強度を向上させるため柔構造
方式が採用されている。 しかし、この柔構造方式では、強風時や地震時で揺れ
るだけではなく、常風時においても揺れが大きくなって
居住性が害される場合がある。 そこで、常風時の震動振幅を減少させて居住性を向上
させるとともに、強風時や地震時においても建物の全体
変形を減少させうる手段として、建物にばねを介して付
加質量を取付けて副ばね系を連成させ、建物から成る主
ばね系と前記副ばね系とで固有振動数(振動周期)が略
同じになるよう設定することにより、建物の揺れを打ち
消す振動を発生させて吸振効果を実現する動吸振装置
(ダイナミックダンパー)を設けることが提案されてい
る。 第16図は従来のこの種の建物用動吸振装置の構造を示
す。 第16図において、建物31上(例えばタワーの頂部)に
所定方向(Y方向)に水平に設置したレール32に沿って
移動可能な下部質量33と、該下部質量33上で所定方向
(X方向)に水平に設置したレール34に沿って移動可能
な上部質量35とを設け、各質量33、35はY方向およびX
方向に張設されたスプリング等から成るばね部材で保持
されている。また、各質量33、35はそれそれ摩擦係数が
小さなローラで滑動可能に支持されている。 こうして、建物31のY方向の振動(揺れ)に対しては
方向のばねと上下両方の質量33、35で構成される副ばね
系による動吸振効果が得られ、X方向の振動(揺れ)に
対してはX方向のばねと上部質量35から成る副ばね系に
よる動吸振効果が得られる2次元の建物用動吸振装置が
構成されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上記従来の建物用動吸振装置では、付加質量
33、35をローラベアリングで支持するとともにレール3
2、34に沿ってガイドするので、静摩擦係数が大きく、
大きな外力(地震力、風力)にした応答できず、常風時
の揺れを抑えて居住性を向上させるのには不充分であっ
た。 なお、付加質量を浮かして支持し静摩擦係数を小さく
する方法として、磁気浮上方式あるいは油圧浮上方式等
を採用することは可能であるが、これらの浮上方式は複
雑で大がかりな装置を必要とし、経済上の問題がある。 また、上記従来の動吸振装置では、平面内での質量3
3、35の運動を自由にするため、互いに直交するレール
に沿って移動する2段重ねの質量にする必要があり、装
置が大型で複雑になるという問題、並びにX方向の質量
とY方向の質量が異なった値になり、方向性のない一様
な吸振効果を得るのが難しいという問題があった。 さらに、一旦設置した後では質量やばねを変更したり
調整することが難しく、実際の揺れ(振動)に最適な吸
振効果を得る特性に設定にするのが困難であるという問
題もあった。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
本発明の目的は、吸振動作時の摺動摩擦を最小にして小
さな外力に対する応答性を向上させることに加え、段数
や各段の積層弾性体の数を増減することにより、副ばね
系の固有振動数などのばね特性を容易に調整することが
でき、建物に設置した後でも吸振効果を適格に調整する
ことができる建物用動吸振装置を提供することである。 本発明の建物用動吸振装置は、付加質量を建物に取付
けるばねとして、エラストマー層と補強板とを交互に積
層した構造の積層弾性体の積層方向と直角方向の弾性変
位を利用し、複数個の積層弾性体の上下端を連結する安
定板により複数段に積み重ねた多段式積層弾性体ユニッ
トの水平方向ばね特性を使用することにより、上記目的
を達成するものである。 〔実施例〕 以下第1図〜第15図を参照して本発明を具体的に説明
する。 第1図は本発明による動吸振装置を備えた建物の模式
的立面図である。 地盤1上にはタワー状の建物2が構築されており、該
建物2の最上階の室内に本発明による動吸振装置3が取
付けられている。 建物2としは、例えば、一辺が10〜25mの正方形、長
方形または菱形の断面を有し、高さが60〜150mに達する
鉄骨構造で作られ、風圧を受ける時例えば2秒程度の振
動周期および数mの振幅で揺れるものが多い。 第2図は前記動吸振装置3の正面図であり、第3図は
第2図中の線III−IIIに沿った断面を示す。 第2図および第3図において、動吸振装置3は積層弾
性体(積層ゴムなど)5の横弾性を利用したばねと該ば
ねの上に取付けられた付加質量6で構成されている。 図示の例では、複数個(4個)の積層弾性体5の上下
端を連結する安定板7により複数段(4段)に積み重ね
た多段式積層弾性体ユニットが副振動系のばねとして利
用されている。 前記各安定板7は、それぞれ剛体の連結板であり、地
震や風で横荷重を受けた場合に座屈を生じることなく大
きな水平変位吸収能力を発揮でき、単体の積層弾性体で
支持する場合に比べ単位面積当たりの支持荷重を増大さ
せるためのものである。 第4図は前記積層弾性体5の縦断面を示し、第5図は
第4図中の線V−Vに沿った断面を示す。 第4図および第5図に示す積層弾性体5は、ゴムその
他のエラストマー材の層11と金属板や硬質プラスチック
板などの補強板12とを交互に一体的に積層した構造をな
しており、通常、その上下端に取付孔13を有するフラン
ジプレート14が焼付けや接着等で一体的に固着されてい
る。 このような積層弾性体(積層ゴム支承体)は、縦方向
には高いばねを定数を有し、横方向には比較的小さいば
ね定数を有している。 この第4図および第5図の積層弾性体5はいわゆる中
実(ソリッド)構造になっている。 第6図はモード修正棒を有する動吸振装置3の縦断面
図であり、第7図は第6図中の線VII−VIIに沿った断面
を示す。 第6図および第7図において、各安定板7に共通した
所定位置(図示の例では5箇所)には貫通孔41が形成さ
れ、これらの貫通孔41にはモード修正棒42が挿通されて
いる。 各モード修正棒42の下端は建物2に支点43を介して枢
着され、該モード修正棒の上端は付加質量6に掛止され
ている。 また、各安定板7の貫通孔41はモード修正棒42が隙間
をもって遊嵌するような径で形成されている。 前記モード修正棒42は、多段に積み重ねられた多段式
積層弾性体ユニットの水平方向振動モードの乱れを修正
し、制振効果が低下することを防止するためのものであ
る。 第8図は前記モード修正棒42を有しない動吸振装置3
の振動モードを模式的に示し、第9図は前記モード修正
棒42を有する動吸振装置3の振動モードを模式的に示
す。 第8図および第9図から明らかなごとく、建物2から
各安定板7を貫通して付加質量6へ至るモード修正棒42
を設けることにより、第8図のようなモードの乱れをな
くし、線型性が保持され制振効果の低下を防止しうる建
物用動吸振装置が得られる。 第10図は減衰機構付きの積層弾性体5の縦断面を示
し、第11図は第10図の線XI−XIに沿った断面を示す。 第10図および第11図において、複数のゴム状弾性材の
エラストマー層11と複数の金属板または硬質プラスチッ
ク板の補強板12とを交互に積層して一体化された積層弾
性体5は、中心部に空腔16を有する中空構造になってお
り、空腔16は上下端面にフランジプレート14、14を焼付
けまたは接着等で固着することにより密閉されている。 然して、第10図および第11図の積層弾性体5では、フ
ランジプレート14、14の内面すなわち中空部16の上下面
には該中空部16内へ突出する突起17、17が設けられ、密
閉された中空部16内には充填材18が封入されている。 この充填材18は中空形状の積層ゴム5が水平変位する
とき中空部16内で流動変形するが、その時の摩擦抵抗ま
たは弾性抵抗によって内部損失による振動減衰能の向上
を実現するためのものである。 前記充填材としては、水や油等の液体、ゴムやプラス
チック等の弾性体、あるいはアスファルトや粘土等の可
塑性体など、流動抵抗または変形抵抗を示す性質の材料
であれば、種々のものを使用することができる。 第2図において、動吸振装置3の水平ばねを構成する
積層弾性体5としては、第4図のような中実構造の他に
第10図のように内部に振動減衰手段を設けたものなど、
種々のものを使用することができる。 また、必要に応じ外部に振動減衰手段を設けることも
自由にでき、例えば、第2図に示すごとく、各安定板7
の間に水平振動に有効に機能する減衰器(ダッシュポッ
ト)19を連結することができ、場合によっては建物2と
付加(副)質量6との間に減衰器(不図示)を連結する
こともできる。 第2図において、各積層弾性体5はその上下端に設け
たフランジプレート14、14(それらの取付け孔13)を各
安定板7にボルト等で締結することにより多段積層弾性
体ユニットに組立てられ、該ユニットの上下端の安定板
7を付加質量6および建物2にボルト締結等で固定する
ことにより動吸振装置3が建物2に取付けられる。 以上説明した実施例によれば、副ばね系から成る建物
用動吸振装置3の付加質量6支持用のばねとして、複数
個の積層弾性体5の上下端を連結する安定板(剛性の連
結板)により複数段に積み重ねた多段式積層弾性体ユニ
ットの横弾性を使用するので、吸振動作時に摺動する部
がなくなり、静摩擦力を最小に(ほぼ零にすることも可
能)することができ、もって、小さな外力に対する応答
性能を向上させることが可能になった。 このことから、例えば、搭状の建物に動吸振管を取付
ける場合、地震力や台風などの大きな振動外力の他に常
風時の風圧による小さな振動に対しても適格に応答する
ことができ、建物の揺れを低減させてその居住性の快適
化を図ることができた。 また、積層弾性体5を安定板7などを使用して取付け
るだけで構成されるので、構造が簡単でしかも水平面内
(2次元)で任意の方向に自由に運動することができ、
取扱い性にすぐれた動吸振装置が得られた。 さらに、複数個の積層弾性体5の上下端を連結する安
定板7により複数段に積み重ねた多段式弾性支持構造に
するので、段数や各段の積層弾性体の数を増減すること
により、固有振幅数などのばね特性を容易に調整できる
ので、建物の設置後においても吸振効果を適格に調整す
ることが容易になった。 なお、前記多段式に弾性体組立てユニットにおける段
数は自由に(例えば10段前後)に選定でき、また、同一
段階内の弾性体5の数や配列は自由に設定することがで
きる。 また、積層弾性体内5に形成した空洞16内に設ける減
衰手段としては第10図および第11図の構成以外にも種々
の構造を採用することができる。 第12図は積層弾性体5の減衰手段の他の構造例を示す
縦断面図であり、第13図は第12図中の線XIII−XIIIに沿
った横断面図である。 第12図および第13図の積層弾性体5は、中空部4内に
設ける突起21、21を中空円筒型にする点で第10図および
第11図の構造と相違しているが、その他の部分は実質上
同じであり、対応する部分をそれぞれ同じ番号で表示
し、それらの詳細説明は省略する。 第14図は振動減衰手段を備えた積層弾性体のさらに他
の構造例を示し、第15図は第14図中の線XV−XVに沿った
断面図を示す。 第14図および第15図の積層弾性体5においては、内部
に形成した密閉中空部4内に生ゴムなど粘性の高い塑性
材料が22が充填され、さらに該塑性材料22内に埋め込む
ようにして複数の円筒状のバイアス金網23が収容されて
いる。 このように粘性の高い材料22と金網23を充填すること
により、内部損失が大きく微小振動時にも十分な減衰性
能を発揮しうる積層弾性体5が得られる。 以上、第10図〜第15図に例示したような振動減衰手段
を積層弾性体5の内部に設けることに該積層弾性体5の
振動減衰能を高めることができ、さらに強い振動減衰能
が望まれる場合は、第2図中に示した減衰器19のように
独立した振動減衰手段が取付けられる。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、付
加質量と該付加質量を建物に取付けるばねとを有する副
ばね系から成る建物用動吸振装置において、前記ばねと
してエラストマー層と補強板とを交互に積層した構造の
積層弾性体の積層方向と直角方向のばね特性を利用し、
複数個の積層弾性体の上下端を連結する安定板により複
数段に積み重ねた多段式積層弾性体ユニットの水平方向
ばね特性を前記ばねとして使用し、建物の所定位置に前
記多段式積層弾性体ユニットを介して前記付加質量を取
付ける構成としたので、吸振動作時の摺動摩擦を最小に
して小さな外力に対する応答性を向上させることに加
え、段数や各段の積層弾性体の数を増減することによ
り、副ばね系の固有振動数などのばね特性を容易に調整
することができ、建物に設置した後でも吸振効果を適格
に調整することができる建物用動吸振装置が提供され
る。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による動吸振装置を備えた建物の模式的
立面図、第2図は本発明による建物用動吸振装置の正面
図、第3図は第2図中の線III−IIIから見た横断面図、
第4図は第2図中の積層弾性体の構造例を示す縦断面
図、第5図は第4図の線V−Vから見た横断面図、第6
図は本発明による建物用動吸振装置の他の構造例を示す
正面図、第7図は第6図中の線VII−VIIから見た横断面
図、第8図はモード修正棒なしの動吸振装置の振動モー
ドを示す模式図、第9図はモード修正棒を有する動吸振
装置の振動モードを示す模式図、第10図は積層弾性体の
他の構造例を示す縦断面図、第11図は第10図中の線XI−
XIから見た横断面図、第12図は積層弾性体のさらに他の
構造例を示す縦断面図、第13図は第12図中の線XIII−XI
IIから見た横断面図、第14図は積層弾性体のさらに別の
構造例を示す縦断面図、第15図は第14図中の線XV−XVか
ら見た横断面図、第16図は従来の建物用動吸振装置の構
造を例示する斜視図である。 2……建物、3……動吸振装置、5……積層弾性体、6
……付加質量、7……安定板、11……エラストマー層、
12……補強板、19……減衰手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 隆史 千葉県流山市中野久木575―28 (72)発明者 倉林 浩 東京都江東区東雲1―9―31 三菱製鋼 株式会社東京製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−114774(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.付加質量と該付加質量を建物に取付けるばねとを有
    する副ばね系から成る建物用動吸振装置において、前記
    ばねとしてエラストマー層と補強板とを交互に積層した
    構造の積層弾性体の積層方向と直角方向の弾性変位を利
    用し、複数個の積層弾性体の上下端を連結する安定板に
    より複数段に積み重ねた多段式積層弾性体ユニットの水
    平方向ばね特性を前記ばねとして使用し、建物の所定位
    置に前記多段式積層弾性体ユニットを介して前記付加質
    量を取付けることを特徴とする建物用動吸振装置。 2.前記安定板のそれぞれの対応位置に貫通孔を形成
    し、これらの孔を通して、下端で建物に枢着されかつ上
    端で前記付加質量に掛止されたモード修正棒を挿通する
    ことにより、前記多段式積層弾性体ユニットの水平方向
    振動モードの線型性を保持することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の建物用動吸振装置。 3.前記積層弾性体と並列に減衰手段を組み込むことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記載の
    建物用動吸振装置。 4.前記積層弾性体のエラストマー層として減衰機能を
    有するエラストマーを用いることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の建物用動吸振
    装置。
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