JP3049800U - パッシブ制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 地震や風などの外乱による構造物の振動を減
衰させる方法に関して、特別な制振装置を必要としない
で、簡単な構造上の改良により上層と下層の間の僅かな
変形に効果的な抵抗を加えて、高い制振効果を得る制振
システム（方法、構造および材料）を作ること。 【解決手段】 ビルなどの多層の構造物において、躯体
に作用する各種の荷重を支持する柱１や梁２や床を主構
造部材とし、鉛直荷重および水平荷重を支持するが水平
方向には変形しないブレース４などを補助構造部材とす
るときに、原則として補助構造部材の上端または下端を
主構造部材の床ダイアフラム（梁と床で構成される面）
に固定し、固定しない一端を別の床ダイアフラムとの間
に荷重を支持しつつ減衰性を有する材料（減衰要素５）
を挟んで接合する制振構造。層間に生じる僅かな水平せ
ん断変形を薄い減衰要素部分の大きなせん断歪みに変換
し、減衰要素に振動エネルギーを吸収させようとする制
振方法。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、地震や風などの外乱によって層状の構造物に生じる振動を、特別の 制御を必要としない装置により減衰させる、所謂、パッシブ制振システム（方法 、構造および材料）に関するものである。

【０００２】 本制振システムは、層状構造物であれば多層や単層を問わず土木・建築・機械 などの広い分野で適用可能であるが、特に、ビル建築物のような柱と梁と床で構 成される多層の構造物に有効である。

【０００３】 躯体構造において、比較的剛な床ダイアフラム（梁と床で構成される面）と比 較的柔な柱で構成される多層の構造物の振動では、上層ダイアフラムと下層ダイ アフラムの間で水平方向にせん断変形する振動モードが生じ易い。その層間に本 制振装置（構造）を設置することにより構造物の内部で振動エネルギーを吸収し 、振動を早期に低減するめに利用することができる。

【０００４】 本制振システムはとりわけ、超高層ビルのように免震構造とするのが難しく、 外的に振動を抑えることも困難で、固有周期が長く内部減衰が小さい構造物に適 している。

【０００５】

【従来の技術】

従来の建築構造物の耐震設計では、地震力を堅牢に受け止める剛構造と、柔軟 に受け止める柔構造の２種の設計思想があり、構造物の種類や形状によって使い 分けられている。

【０００６】 一方、新しい耐震構造として、下部構造と上部構造の間に免震装置を入れて地 盤から伝わる地震力の流れを一時的に断ち切ろうとする地震構造や、構造物の内 部に設けられた制振装置を用いて地震応答や風応答を制御しようとする制振構造 が具現化されている。

【０００７】 さらに制振は、構造物の振動応答を制御する方法の違いにより、応答状態に応 じて可変的主体的に制御しようとするアクティブ制振と、制震装置を初期設定し た状態で受動的に制御しようとするパッシブ制振に分けられる。

【０００８】 また、制振には物理的な力の作用方法として、振動モードの腹となる最上階な どに慣性力を作用させて振動を抑えようとする方法と、途中階の層間の変形を制 御して振動を抑えようとする方法がある。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

従来より提案されている制振構造では、新たに制振装置を付けたり特別な構造 を設定したりしなければならず、制振装置のスペースや荷重などが増えるという マイナス面があった。また、層間の変形を制御しようとする方法では、ビルなど の多層の構造物の層間変形量は僅少であり、層間で振動を抑制しても充分な効果 を得ることが難しかった。

【００１０】 本考案で解決しようとするシステムは層間変形による振動を抑制しようとする パッシブ制振の一種であるが、制振装置などの余分な装置を使わずに、簡単な構 造上の改良だけで層間の僅かな変形に減衰力を与えて高い制振効果を得ることを 目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

図１および図２を参照に、上記目的を達成するための解決手段を説明する。

【００１２】 躯体の基本構造を構成する柱１や梁２などの主構造部材に、耐震壁３やブレー ス４などの副構造部材を付加し、原則として副構造部分の上端または下端を主構 造部分の床ダイアフラムに固定し、固定しない他端には鉛直荷重を支持しつつ減 衰性を有する材料（減衰要素５）を挟んで別の床ダイアフラムと接合する構造。 ただし、構造上は少し複雑になるが、副構造部分の上下両端は固定して途中に減 衰要素を挟む構造や、上下両端に減衰要素を挟む構造でも同様の減衰効果が期待 できる。

【００１３】 上記の構造において、副構造部分に鉛直荷重を支持させない方式はすでに提案 されているが、本考案は主構造部分と副構造部分の両方に躯体の鉛直荷重を支持 させることにより構造上の合理化を図ろうとするものである。ここで副構造部分 はせん断変形を想定しない部分であり、躯体の変形の影響を受けないように副構 造部分の左右両端は主構造部分とは力学的に独立した構造でなければならない。

【００１４】 副構造部分は容易にはせん断変形しないことが重要であり、耐震壁やトラス状 に組まれなブレースなどが適当な部材と考えられる。どのような部材を用いるか は、構造物の利用性や躯体の構造（鉄筋コンクリート造か鉄骨造か）などの条件 によって選択すべきである。

【００１５】 減衰要素には、免震装置に使われている高減衰ゴムや鉛プラグ入りゴムなどの 材料が適当と考えられる。

【００１６】

【作用】

本考案の作用について図３を参照に説明すると、ビルなど多層の構造物が地震 や風などによって振動する場合、図のように躯体の水平変形は主に上下床ダイア フラム６の間のせん断変形になって現われる。この層間の僅かなせん断変形を、 容易には変形しない副構造部材を利用して薄い減衰要素５の部分に集中させ、図 のように減衰要素に大きなせん断歪みを与えて減衰性能を発揮させようとするシ ステムである。

【００１７】 層間の減衰性能は、減衰要素として用いる材料性能のほかに、減衰要素の厚さ や有効面積を変えることによって任意に与えることができる。各層間の減衰性能 をいくらにするかは、構造物全体の振動特性を考慮して決めればよい。

【００１８】 また、 副構造部材が鉛直荷重を支持する方式とするか支持しない方式とする かも、同様に構造物全体の振動特性を考慮して決めればよい。

【００１９】

【実施例】

実施例を図面を参照に説明する。図１および図２において、主構造部材の柱１ や梁２は躯体の荷重を支える基本的な構造部材であり、地震や風などの外乱によ って変形振動する部分である。

【００２０】 副構造部材の耐震壁３やブレース４は、図では上下いずれか一端が減衰要素５ と接合し他端が主構造部材に固定されているが、上下両端が減衰要素と接合して いても上下両端の途中に減衰要素が挟まっていても構わない。耐震壁の左右両端 は主構造部材とは接していない。

【００２１】

【考案の効果】

本制振システムでは特別な制振装置を設ける必要がなく、簡単な構造で層間の 僅かな歪みを減衰させる無駄のないシステムであり、軽微なコストで実現できる と予測される。

【００２２】 特に、副構造部材に鉛直荷重を分担させることにより主構造部材の柱量を減ら すことができ、従って柔構造のように躯体の固有周期を長くして構造物に加わる 地震荷重を低減させる効果も期待でき、コスト上のメリットと耐震性の向上を同 時に図ることができる。

【提出日】平成９年６月２９日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、地震や風などの外乱によって鉛直方向に層をなす構造物に生じる層 間変形 振動を、特別の制御を必要としない装置により減衰させる、所謂、パッシ ブ制振システム（制振方法、構造および材料）に関するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

従来より提案されている制振構造では、新たに制振装置を付けるか、あるいは 特別な構造を設定しなければならず、制振装置のスペースや荷重が増えるという マイナス面があった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】

図１および図２、並びに図４を参照に、上記目的を達成するための解決手段を 説明する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】 躯体の基本構造を構成する柱１や梁２などの主構造部材に、耐震壁３やブレー ス４などの補助構造部材を付加し、原則として補助構造部分の上端または下端を 主構造部分の床ダイアフラムに固定し、固定しない他端には荷重を支持しつつ減 衰性を有する材料（減衰要素５）を挟んで別の床ダイアフラムと接合する構造。 ただし、構造上は少し複雑になるが、補助構造部分の上下両端は固定して途中に 減衰要素を挟む構造や、上下両端に減衰要素を挟む構造でも同様の減衰効果が期 待できる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】 上記の構造において、補助構造部分に荷重を支持させない方式はすでに提案さ れているが、本考案は主構造部分と補助構造部分の両方に躯体の鉛直荷重および 水平荷重 を支持させることにより構造上の合理化を図ろうとするものである。こ こで補助構造部分はせん断変形を想定しない部分であり、躯体の変形の影響を受 けないように補助構造部分の左右両端は主構造部分とは力学的に独立した構造で なければならない。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】 補助構造部分は容易にはせん断変形しないことが重要であり、耐震壁やトラス 状に組まれたブレースなどが適当な部材と考えられる。図４は、鋼材梁２に減衰 要素５を介して耐震壁と結ぶための構造の例であり、耐震壁とはフランジ７によ って結合される。 どのような部材を用いるかは、構造物の利用性や躯体の構造（ 鉄筋コンクリート造か鉄骨造か）などの条伴によって最適な組合せを選択すべき である。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 減衰要素には、免震装置に使われている減衰定数１０％以上の合成ゴム（高減 衰ゴム）または鉛プラグ入り天然ゴムなどの材料が適当と考えられる。また、主 構造部材と補助構造部材を結ぶ制振装置には、図４のように減衰要素５を挟んで 梁などの床ダイアフラムの一部と耐震壁を結ぶ装置などが考えられる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【作用】

本考案の作用について図３を参照に説明すると、ビルなど多層の構造物が地震 や風などによって振動する場合、図のように躯体の水平変形は主に上下床ダイア フラム６の間のせん断変形になって現われる。この層間の僅かなせん断変形を、 容易には変形しない補助構造部材を利用して薄い減衰要素５の部分に集中させ、 図のように減衰要素に大きなせん断歪みを与えて減衰性能を発揮させようとする システムである。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 層間の減衰性能は、減衰要素として用いる材料固有の特性の他に、減衰要素の 厚さや有効面積を変えることによって任意に与えることができる。各層間の減衰 性能をいくらにするかは、構造物全体の振動特性を考慮して決めればよい。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】 また、 補助構造部材が鉛直荷重あるいは水平荷重を支持しない方式とする場 合 も、同様に構造物全体の振動特性を考慮して決めればよい。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】 補助構造部材の耐震壁３やブレース４は、図では上下いずれか一端が減衰要素 ５と接合し他端が主構造部材に周定されているが、上下両端が減衰要素と接合し ていても上下両端の途中に減衰要素が挟まっていても構わない。耐震壁の左右両 端は主構造部材とは接していない。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】 特に、補助構造部材に荷重を分担させることにより主構造部材の柱量を減らす ことができ、従って、躯体の固有周期を長くして構造物に加わる地震荷重を低減 させる効果も期待でき、コスト上のメリットと耐震性の向上を同時に図ることが できる。

【提出日】平成９年８月４日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】 補助構造部分は容易にはせん断変形しないことが重要であり、耐震壁やトラス 状に組まれたブレースなどが適当な部材と考えられる。図４は、鋼材梁２に減衰 要素５を介して耐震壁と結ぶための構造の例であり、減衰要素の一面は梁２と他 面はフランジ７と接着し、 フランジ７は定着鋼棒８によって耐震壁と結合される 。どのような形状の制振装置を用いるかは、構造物の利用性や躯体の構造（鉄筋 コンクリート造か鉄骨造か）などの条件によって選択すべきである。

【提出日】平成９年１０月２２日

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本考案は、地震や風などの外乱によって鉛直方向に層をなす構造物に生じる層 間変形振動を、特別の制御を必要としない装置により減衰させる、所謂、パッシ ブ制振構造に関するものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】 本制振構造は、層状構造物であれば多層や単層を問わず土木・建築・機械など の広い分野で適用可能であるが、特に、ビル建築物のような柱と梁と床で構成さ れる多層の構造物に有効である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 本制振構造はとりわけ、超高層ビルのように免震構造とするのが難しく、外的 に振動を抑えることも困難で、固有周期が長く内部減衰が小さい構造物に適して いる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】 本考案は層間変形による振動を抑制しようとするパッシブ制振の一種であり、 制振装置などの余分な装置を使わずに、簡単な構造上の改良だけで層間の僅かな 変形に減衰力を与えて高い制振効果を得ることが可能な制振構造を提供すること を目的としている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】 補助構造部分は容易にはせん断変形しないことが重要であり、耐震壁やトラス 状に組まれたブレースなどが適当な部材と考えられる。図４は、鋼材梁２に減衰 要素５を介して耐震壁と結ぶための構造の例であり、減衰要素の一面は梁２と他 面はフランジ７と接着し、フランジ７は定着鋼棒など（スタッド８）によって耐 震壁と結合される。どのような形状の制振装置を用いるかは、構造物の利用性や 躯体の構造（鉄筋コンクリート造か鉄骨造か）などの条件によって選択すべきで ある。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 減衰要素には、減衰定数１０％以上の高減衰合成ゴムまたは鉛プラグ入り天然 ゴムなどの材料が適当と考えられる。また、主構造部材と補助構造部材を結ぶ制 振装置には、図４のように減衰要素５を挟んで梁などの床ダイアフラムの一部と 耐震壁を結ぶ装置などが考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】副構造部材として耐震壁を用いた場合の透視図
である。

【図２】副構造部材としてブレースを用いた場合の透視
図である。

【図３】制振構造がせん断変形をする場合の立面図であ
る。

【符号の説明】

１ 柱 （主構造部分） ２ 梁 （主構造部分） ３ 耐震壁（副構造部分） ４ ブレース（副構造部分） ５ 減衰要素 ６ 床ダイアフラム（主構造部分）

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】追加

【補正内容】

【請求項１】 構造物の水平振動を減衰させるシステム
に関し、鉛直荷重と水平荷重を支持する主構造部材の他
に、鉛直荷重および水平荷重を支持するが水平方向には
容易には変形しない副構造部材を設け、鉛直荷重を支持
しつつ水平せん断変形には高い減衰性を有する材料（減
衰要素）を介して主構造部材と副構造部材を接合するこ
とにより、構造物の水平振動に伴って生じる主構造部材
と副構造部材の間の変位差をその間に介した減衰要素の
せん断変形に変換してエネルギー吸収させ、構造物の振
動を減衰させようとする制振方法およびその構造。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【請求項１】 層状の構造物の水平振動を減衰させるシ
ステムに関し、鉛直荷重および水平荷重を支持する主構
造部材の他に、鉛直荷重および水平荷重を支持するが水
平方向には容易には変形しない補助構造部材を設け、荷
重を支持しつつ水平せん断変形に対しては高い減衰性を
有する材料（減衰要素）を介して主構造部材と補助構造
部材を接合することにより、構造物の水平振動に伴って
生じる層間変位差を主構造部材と補助構造部材の間に介
した減衰要素のせん断変形に変換して振動エネルギーを
吸収させ、構造物の振動を減衰させようとする制振方法
およびその構造。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月２９日

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】補助構造部材として耐震壁を用いた場合の透視
図である。

【図２】補助構造部材としてブレースを用いた場合の透
視図である。

【図３】制振構造がせん断変形をする場合の立面図であ
る。

【図４】制振装置と梁の透視図である。

【符号の説明】 １ 柱 （主構造部分） ２ 梁 （主構造部分） ３ 耐震壁 （補助構造部分） ４ ブレース（補助構造部分） ５ 減衰要素 ６ 床ダイアフラム（主構造部分）７ 結合フランジ

【手続補正１５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】追加

【補正内容】

【図４】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年８月４日

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】補助構造部材として耐震壁を用いた場合の透視
図である。

【図２】補助構造部材としてブレースを用いた場合の透
視図である。

【図３】制振構造がせん断変形をする場合の立面図であ
る。

【図４】制振装置と梁の透視図である。

【符号の説明】 １ 柱（主構造部分） ２ 梁（主構造部分） ３ 耐震壁（補助構造部分） ４ ブレース（補助構造部分） ５ 減衰要素 ６ 床ダイアフラム（主構造部分） ７ 結合フランジ８ 定着鋼棒

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】考案の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【考案の名称】 パッシブ制振構造

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】 １ 柱 （主構造部分） ２ 梁 （主構造部分） ３ 耐震壁 （補助構造部分） ４ ブレース（補助構造部分） ５ 減衰要素 ６ 床ダイアフラム（主構造部分） ７ 結合フランジ ８ 定着スタッド

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の水平振動を減衰させるシステム
   に関し、鉛直荷重と水平荷重を支持する主構造部材の他
   に、鉛直荷重を支持するが水平方向には容易には変形し
   ない副構造部材を設け、鉛直荷重を支持しつつ水平せん
   断変形には高い減衰性を有する材料（減衰要素）を介し
   て主構造部材と副構造部材を接合することにより、構造
   物の水平振動に伴って生じる主構造部材と副構造部材の
   間の変位差をその間に介した減衰要素のせん断変形に変
   換してエネルギー吸収させ、構造物の振動を減衰させよ
   うとする制振方法およびその構造。