JP4029685B2 - Damping type seismic isolation building and vibration damping device used therefor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震装置で免震化された上部構造物の風等による微小振動を効果的に減衰させて強風時の制振効果を得るようにした事務所ビル、集合住宅又は戸建住宅等の制振型免震建物及びこれに用いる振動減衰装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、地震を対象とした免震建物は、建物の基部を地震による振動に対して免震作動するアイソレータと振動を減衰させるダンパーとからなる免震装置により基礎上に支承されている。斯かる免震建物では、元来、地震の他に小変位の交通振動や風による揺れについては考慮されないのが普通であり、例えば、ロック機構により所定の水平荷重を越える地震が作用するまでは免震装置を不作動にし、それより大きな振動荷重が発生すると、ロック機構を解除して免震装置が作動するようにしたものが一般である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、都市に建設される高層建物では、地震の他に小変位の交通振動や風の揺れを減衰させて居住性を改良することが要求されるようになっているが、単に、ロック機構を省いて、小変位の交通振動や風による揺れをも免震装置のダンパーにより減衰させようとしても、斯かる免震装置に用いられるダンパーの多くは、弾塑性ダンパー又は摩擦ダンパーであって、これらは、その特性上、小変位における振動エネルギの吸収効率が低いために、交通振動や風による揺れを効果的に早期に減衰させることが困難である。
【0004】
一方、弾塑性ダンパー又は摩擦ダンパーに代えて、小変位における振動エネルギの吸収効率も高く、風や交通振動から大地震までの振動に対応できる粘性ダンパーを使用した免震装置も提案されているが、風や交通振動から大地震までの振動をカバーするには粘性ダンパーのストロークを長大にしなければならず、それに伴い免震装置も長大となって、建物にこの様な長大な免震装置を介装するには問題がある。
【0005】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、風等による微小振動をも効果的に早期に減衰できて強風時の制振効果を得ることができ、しかも、小型の振動減衰装置を用いることができる制振型免震建物及びこれに用いる振動減衰装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の制振型免震建物は、地震による振動に対して免震作動するアイソレータと振動を減衰させる弾塑性系又は摩擦系の第一の振動減衰装置とを具備した免震装置を介して上部構造物を下部構造物上で支承してなり、上部構造物及び下部構造物に連結されていると共に、下部構造物に対して上部構造物が相対的に所定の水平変位を越えると上部構造物及び下部構造物のうちの少なくとも一方に対する該連結を解除する解除機構を備えた粘性系の第二の振動減衰装置を具備し、上部構造物に対する振動減衰に関して、所定の水平変位を越えない地震や風、交通振動等による小さな振動に対しては第一の振動減衰装置と第二の振動減衰装置とを共に作動させ、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては第一の振動減衰装置のみを作動させるようにしたことを特徴とする。
【0007】
斯かる制振型免震建物によれば、上部構造物及び下部構造物に連結されている粘性系の第二の振動減衰装置が、下部構造物に対する上部構造物の相対的な所定の水平変位を越える移動で上部構造物及び下部構造物のうちの少なくとも一方に対する当該連結を解除する解除機構を備えて、小さな振動に対しては第二の振動減衰装置を第一の振動減衰装置と共に作動させるようになっているために、粘性系の第二の振動減衰装置により風等による微小振動をも効果的に早期に減衰できて強風時の制振効果を得ることができ、しかも、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては上部構造物に対する振動減衰に関して第一の振動減衰装置のみを作動させるようにしているために、第二の振動減衰装置を大きな振動に対しても作動することができるようにストロークを長大にする必要もなく、したがって、小型の第二の振動減衰装置を用いることができる。
【0008】
本発明において、第二の振動減衰装置は、粘性ダンパーとトリガーピンを有したトリガーピン式の解除機構とを具備していても、そして、粘性ダンパーと摩擦系の解除機構とを具備して、下部構造物及び上部構造物のうちの一方に摩擦力で連結されていてもよく、そして、トリガーピン式の解除機構は、上部構造物が所定の水平変位を越えるとトリガーピンが上部構造物側に設けた凹所から抜け落ちて連結を解除するようになっており、摩擦系の解除機構は、所定の摩擦力を越えると滑り出して連結を解除するようになっている。
【0009】
上記の制振型免震建物に用いる振動減衰装置は、地震による振動に対して免震作動と弾塑性系又は摩擦系の振動減衰作動とを行う免震装置を介して上部構造物を下部構造物上で支承してなる制振型免震建物に用いるための粘性系の振動減衰装置であって、上部構造物及び下部構造物に連結されるようになっていると共に、下部構造物に対して上部構造物が相対的に所定の水平変位を越えると上部構造物及び下部構造物のうちの少なくとも一方に対する該連結を解除するようになっている解除機構を備えており、上部構造物に対する振動減衰に関して、所定の水平変位を越えない小さな振動に対しては免震装置と共に作動し、所定の水平変位を越える大きな振動に対しては免震装置のみを作動させるようになっている。
【0010】
斯かる振動減衰装置は、好ましくは、固定板と、固定板に対して隙間をもって水平方向に可動に粘性体内に配されている可動板と、固定板と可動板との間の隙間に配された粘性体とを有している粘性ダンパーを具備しており、ここで、解除機構は、上昇位置では上部構造物の凹所に嵌合する一方、下降位置では上部構造物の凹所への嵌合を解除するように、上下方向に可動に可動板に連結されたトリガーピンと、このトリガーピンの下面に対峙すると共に、トリガーピンを上昇位置に配するように設けられた突面とを具備しており、トリガーピンは、固定板に対して可動板が所定の水平変位を越えると、その下面で対峙する突面から外れて下降位置に配されるようになっていてもよく、更には、本発明の振動減衰装置は、好ましくは、固定板と、固定板に対して隙間をもって水平方向に可動に粘性体内に配されている可動板と、固定板と可動板との間の隙間に配された粘性体と、可動板を囲繞する囲繞体とを有した粘性ダンパーを具備しており、ここで、解除機構は、互いに摩擦接合する一対の第一の摩擦接合部材と、互いに摩擦接合する一対の第二の摩擦接合部材とを具備しており、一対の第一の摩擦接合部材のうちの一方の摩擦接合部材は、上部構造物に取り付けられるようになっており、一対の第二の摩擦接合部材のうちの一方の摩擦接合部材は、可動板に連結されており、一対の第一の摩擦接合部材のうちの他方の摩擦接合部材と一対の第二の摩擦接合部材のうちの他方の摩擦接合部材とは相互に連結されており、一対の第一の摩擦接合部材の一方の摩擦接合部材は、可動板の囲繞体への当接で、一対の第一の摩擦接合部材の他方の摩擦接合部材との間の水平面内の一方の方向における所定の摩擦接合力を越えると当該他方の摩擦接合部材に対して滑り出すようになっており、一対の第二の摩擦接合部材の一方の摩擦接合部材は、可動板の囲繞体への当接で、一対の第二の摩擦接合部材の他方の摩擦接合部材との間の水平面内の一方の方向に交差する水平面内の他の方向における所定の摩擦接合力を越えると当該他方の摩擦接合部材に対して滑り出すようになっていてもよい。
【0011】
本発明において、免震装置は、好ましくは、剛性層及び弾性層が交互に積層された積層ゴムからなるアイソレータと、この積層ゴムに埋設された鉛支柱からなる振動減衰装置とを具備しており、また上部構造物は、好ましくは、事務所ビル、集合住宅又は戸建住宅であるが、本発明はこれに限定されず、その他の上部構造物であってもよい。
【0012】
次に本発明及びその実施の形態を、図を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何等限定されないのである。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1から図3において、本例の制振型免震建物1は、地盤に杭等により固定されて設置されたコンクリート製の基礎2と、鉛支柱3入りのアイソレータ4からなる免震装置5と、免震装置5を介して基礎2に支持された上部構造物6と、基礎2と上部構造物6との間に配された振動減衰装置7とを具備している。
【0014】
下部構造物としての基礎2と上部構造物6との間に介在されて、上部構造物6の上下方向(鉛直方向)Vの荷重を支持すると共に、上部構造物6の水平方向Hの振動を免震する免震装置5は、鋼板等からなる複数の剛性層11及びゴム等からなる複数の弾性層12が上下方向Vに交互に積層されている積層ゴムからなるアイソレータ4と、アイソレータ4に埋設されている弾塑性系の振動減衰装置としての鉛支柱3と、アイソレータ4を挟持していると共に基礎2と上部構造物6の事務所ビル15との夫々にアンカーボルト等を介して固着された上下取付け鋼板13及び14とを具備している。斯かる免震装置5は、上部構造物6の荷重を受けるべく、基礎2上に適当に分散されて複数個配されている。
【0015】
上部構造物6は、本例では、例えば高層の事務所ビル15と、事務所ビル15の下面16にボルト等により固着された係合部材17とを具備しており、係合部材17の下面18には、円形の凹所19が形成されており、凹所19の周りの係合部材17の下面18には、凹所19を取り囲んで環状のテーパ面20が形成されている。
【0016】
凹所19を、係合部材17の下面18に設ける代わりに、事務所ビル15の下面16に直接設けてもよく、この場合には係合部材17を省き得る。
【0017】
免震装置5を介して基礎2に対して水平方向Hの振動に関して免震支持された上部構造物6の当該水平方向Hの振動を減衰させる粘性系の振動減衰装置7は、水平方向Hの振動を減衰させる粘性ダンパー21と、上部構造物6の水平方向Hの所定振幅、例えば略100mm以下の強風等による微小の振動では、粘性ダンパー21を上部構造物6に連結して、上部構造物6に対する振動減衰に関して、鉛支柱3と共に粘性ダンパー21を作動させ、地震に起因する上部構造物6の水平方向Hの所定振幅、例えば略100mmを超える振動では、上部構造物6に対する該連結を解除する解除機構22と、上部構造物6の水平方向Hの所定振幅を超える振動の消失後、粘性ダンパー21の上部構造物6への連結を復帰させるように、解除機構22を元に戻す戻し機構23とを具備している。
【0018】
粘性ダンパー21は、粘性体31と、粘性体31を収容すると共に基礎2にアンカーボルト等により固着された容器32と、容器32の内周面33に夫々の外周縁で溶接等により固着されていると共に上下方向Vにおいて互いに隙間をもって配された複数枚の環状であって矩形の固定板34と、上下方向Vにおいて固定板34に対して隙間をもって当該固定板34間の隙間の夫々に配されている複数枚の矩形の可動板35と、各可動板35の内周縁が溶接等により外周面36に固着されていると共に可動板35を支持する円筒体37と、円筒体37の内周面38に溶接等により固着されていると共に円周方向に等間隔、本例では90゜の角度間隔をもって配された四個の係合突起39と、固定板34と可動板35との間に隙間を保持すると共に固定板34に摺動自在に接触して可動板35の両面に固着されたスペーサ42とを具備している。固定板34及び可動板35の夫々は粘性体31内に配されており、したがって、固定板34と可動板35との間の隙間には粘性体31が介在されている。
【0019】
粘性ダンパー21は、固定板34に対する可動板35の水平方向Hの移動において、固定板34と可動板35との間の隙間に配された粘性体31に粘性剪断変形を生じさせることにより、可動板35の水平方向Hの移動に対して粘性剪断変形に起因する抵抗力を及ぼして可動板35の水平方向Hの振動、延いては上部構造物6の水平方向Hの振動を減衰させるようになっている。
【0020】
解除機構22は、上下方向Vに可動に配されたトリガーピン機構51と、上部構造物6の水平方向Hの所定振幅以下の振動では、上部構造物6の係合部材17の下面18に形成された円形の凹所19にトリガーピン機構51のトリガーピン58を嵌合させて粘性ダンパー21を上部構造物6に連結する一方、上部構造物6の水平方向Hの所定振幅を超える振動では、凹所19へのトリガーピン機構51のトリガーピン58の嵌合の解除を許容するように、トリガーピン機構51を上下動させる突面52とを具備している。
【0021】
トリガーピン機構51は、凹所19に嵌合自在な円板状の部位55、部位55に一体な截頭円錐部56及び截頭円錐部56に一体な円柱部57を有するトリガーピン58と、トリガーピン機構51を上下動させる突面52に摺動自在に接触する底部59及び底部59に一体な円筒部60を有する有底円筒状の摺動部材61と、摺動部材61の底部59及びトリガーピン58の円柱部57間に介在されているコイルばねからなる弾性部材62と、上部構造物6の下面18に対面するトリガーピン58の部位55の上面65に設けられていると共に、上部構造物6の下面18に転がり接触可能な複数の球体(ボール)からなる転がり部材66と、円筒部60の外周面67に溶接等により固着されていると共に係合突起39に摺動自在に接触する円錐外面68を有する中空の截頭円錐体69とを具備している。
【0022】
トリガーピン58を上昇位置に配するように設けられた突面52に対峙した下面を有するトリガーピン58の円柱部57は、摺動部材61の円筒部60内に上下動自在に挿入されており、截頭円錐体69の円錐外面68に摺動自在に接触する係合突起39の面は、円錐外面68と相補的な形状をもっており、而して、トリガーピン58は、摺動部材61、截頭円錐体69、係合突起39及び円筒体37を介して上下方向に可動に可動板35に連結されている。
【0023】
戻し機構23は、夫々の一端がトリガーピン58の截頭円錐部56に、夫々の他端が容器32に固着された複数のコイルばね75を具備しており、斯かる複数のコイルばね75は、トリガーピン機構51を初期位置としての容器32の中央部に配するために、トリガーピン58の周りで等角度間隔に放射状に配されている。
【0024】
トリガーピン機構51を上下動させる突面52は、容器32の底面41の中央に形成された截頭円錐状の突起80の外面からなり、突面52は、水平方向Hに平行な平坦な頂面81及び頂面81から傾斜して下方に伸びた傾斜面82を有しており、頂面81に摺動部材61が載置されるようになっている。
【0025】
以上の制振型免震建物1では、通常時には、図2に示すように、頂面81に摺動部材61が載置されて、トリガーピン58が上昇位置に配され、而して、トリガーピン58の部位55が凹所19へ嵌合されている。この状態で、強風が生じて免震装置5の弾性層12の剪断変形により基礎2に対して上部構造物6が水平方向Hに振動される場合であって、その振動が例えば強風等による所定振幅以下である場合には、部位55の凹所19への嵌合が維持される結果、アイソレータ4に埋設されている鉛支柱3の水平方向Hの弾塑性変形に加えて、上部構造物6の水平方向Hの移動が解除機構22の截頭円錐体69を介して係合突起39に伝達されて可動板35も上部構造物6の水平方向Hの移動と共に水平方向Hに移動されて、可動板35の水平方向Hの移動により可動板35と固定板34との間の隙間の粘性体31が粘性剪断変形され、而して、鉛支柱3の水平方向Hの弾塑性変形に起因する抵抗力に加えて、粘性ダンパー21におけるこの粘性剪断変形に起因する抵抗力は、可動板35の水平方向Hの振動を減衰させ、これにより上部構造物6の水平方向Hの振動を減衰させる。強風が収まると、免震装置5の弾性層12による原点復帰機能により制振型免震建物1は、図2に示す状態に戻される。
【0026】
地震が生じて免震装置5の弾性層12の剪断変形により基礎2に対して上部構造物6が水平方向Hに振動される場合であって、その振動が所定振幅を越える場合には、換言すれば、トリガーピン58を介して可動板35が水平方向Hに移動させられて固定板34に対して可動板35が所定の水平変位を越える場合には、図4に示すように、摺動部材61が頂面81から水平方向Hに外れて底面41に接触し、これによりトリガーピン58もその下面で対峙する突面52の頂面81から水平方向Hに外れて下降して下降位置に配されて、部位55の凹所19への嵌合が解除される結果、上部構造物6に対する粘性ダンパー21の連結が解除されて、可動板35はその位置に停止されて減衰動作を行わないようになる一方、更なる上部構造物6の水平方向Hの移動で、図5に示すように、部位55の上面65が凹所19以外の部位で上部構造物6の下面18に対面するようになる。図5に示すような上部構造物6の水平方向Hの移動では、鉛支柱3が十分に変形されるために、鉛支柱3のこの弾塑性変形でもって上部構造物6の水平方向Hの大きな移動が好ましく早期に減衰されることになる。
【0027】
水平方向Hに所定振幅を越えて最大まで変位した上部構造物6が水平方向Hにおいて前記と逆方向に移動すると、凹所19が部位55の上面65を通過して、部位55の上面65が凹所19以外の水平方向Hに関して前記とは反対の部位で上部構造物6の下面18に対面するようになる。以下、地震に起因する上部構造物6の水平方向Hの振動が鉛支柱3の変形による減衰をもって小さくなって、最後に凹所19が図2に示す初期位置に停止されると、トリガーピン機構51がコイルばね75に引っ張られて、この引っ張りでもって摺動部材61が突起80を乗り上げて突面52の頂面81に着座し、トリガーピン機構51もまた図2に示す初期位置に戻される。
【0028】
トリガーピン機構51の初期位置への戻しに際し、転がり部材66が下面18に転がり接触すると共にトリガーピン58の円柱部57が摺動部材61の円筒部60により挿入されて弾性部材62が縮められ、摺動部材61の頂面81への着座後、弾性部材62が伸ばされて、部位55が凹所19に再び嵌合される。このように、戻し機構23は、上部構造物6の水平方向Hの所定振幅を超える振動の消失後であって、凹所19が図2に示す初期位置に停止された後に、解除機構22を元に戻すようになっている。テーパ面20は、部位55の凹所19への再嵌合を容易にするように部位55を案内するようになっている。
【0029】
以上の制振型免震建物1は、地震による基礎2の水平方向Hの振動に対して免震作動するアイソレータ4と上部構造物6の水平方向Hの振動を減衰させる鉛支柱3とを具備した免震装置5を介して上部構造物6を基礎2上で支承してなり、上部構造物6には解除機構22のトリガーピン58を介して解除自在に連結され、基礎2には容器32及びアンカーボルト等を介して連結されていると共に、基礎2に対して上部構造物6が相対的に所定の水平変位を越えると上部構造物6に対する連結を解除するトリガーピン式のトリガーピン機構51及び突面52を備えた振動減衰装置7を具備し、上部構造物6に対する振動減衰に関して、所定の水平変位を越えない地震や風、交通振動等による小さな振動に対しては鉛支柱3と振動減衰装置7の粘性ダンパー21とを共に作動させ、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては鉛支柱3のみを作動させるようになっており、そして、制振型免震建物1においては、トリガーピン機構51及び突面52からなるトリガーピン式の解除機構22は、上部構造物6が所定の水平変位を越えるとトリガーピン機構51のトリガーピン58が上部構造物6側に設けた凹所19から抜け落ちて解除機構22を介する上部構造物6と振動減衰装置7との連結を解除するようになっている。
【0030】
ところで、免震層に弾塑性系のダンパー(第一の振動減衰装置)を有するのみで、粘性ダンパー(第二の振動減衰装置)による粘性減衰定数(h)が零の場合(h=0)の高層の免震建物は、風による上部構造物の応答加速度(cm/sec2)と層(階数)との関係の一例を示す図6において曲線aで示すように、上部構造物と基礎とを剛に結合した場合(非免震であって図6において曲線bで示す)よりも風により大きく揺れるのであるが、振動減衰装置7を具備した本例の制振型免震建物1によれば、曲線cで示すように風による揺れを極めて小さくできる上に、小型の振動減衰装置7を用いることができる。
【0031】
即ち、制振型免震建物1によれば、上部構造物6及び基礎2に連結されている振動減衰装置7が、基礎2に対して上部構造物6の相対的な所定の水平変位を越える振動で上部構造物6との連結を解除する解除機構22を備えて、小さな振動変位に対しては振動減衰装置7の粘性ダンパー21を鉛支柱3と共に作動させるようになっているために、振動減衰装置7の粘性ダンパー21により風等による微小振動をも効果的に早期に減衰できて強風時の制振効果を得ることができ、しかも、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては鉛支柱3のみを作動させるようにしているために、振動減衰装置7の粘性ダンパー21を大きな振動変位に対しても作動することができるようにストロークを長大にする必要もなく、したがって、小型の粘性ダンパー21を用いることができる。
【0032】
上記の例において、戻し機構23を設けないで、手動によりトリガーピン機構51を初期位置に戻すようにしてもよい。
【0033】
ところで、振動減衰装置7を上記に代えて図7及び図8に示すように構成してもよい。即ち、図7及び図8に示す粘性系の振動減衰装置7は、水平方向Hの振動を減衰させる粘性ダンパー101と、強風等による上部構造物6の水平方向Hの所定振幅以下の小さな振動では、粘性ダンパー101を上部構造物6に連結して、上部構造物6に対する振動減衰に関して、鉛支柱3と共に粘性ダンパー101を作動させ、地震等に起因する上部構造物6の水平方向Hの所定振幅を超える大きな振動では、上部構造物6に対する該連結を解除する解除機構102とを具備している。
【0034】
粘性ダンパー101は、可動板としての円板状の抵抗発生体111と、抵抗発生体111を囲繞する囲繞体としての円筒部112を有した容器113と、円筒部112内に配されて容器113内に収容された粘性体114とを具備しており、容器113は、固定板としてのその底板部115でアンカーボルト等を介して基礎2に固着されている。
【0035】
粘性体114内に配されていると共に隙間116をもって容器113の底板部115と対面している抵抗発生体111は、その水平方向Hの移動により隙間116に配された粘性体114に粘性剪断変形を生じさせ、斯かる粘性体114の粘性剪断変形でその水平方向Hの移動に抗する抵抗力を発生し、而して、その水平方向Hの移動を減衰させるようになっている。
【0036】
粘性ダンパー101は、抵抗発生体111の水平方向Hの移動で、抵抗発生体111と底板部115との間の隙間116に存在する粘性体114に粘性剪断変形を生じさせて減衰力を発生し、而して、抵抗発生体111の水平方向Hの移動を減衰させ、延いては上部構造物6の水平方向Hの移動を減衰させる。
【0037】
解除機構102は、上部構造物6の事務所ビル15の下面16にボルト等により固着されて取り付けられていると共に水平面内において一方の方向H1に伸びた平行な一対のレール103(一個のみ図示)と、各レール103に方向H1に摺動自在に嵌合して摩擦接合していると共にレール103に吊り下げられた複数のスライダ104と、スライダ104に固着された可動板106と、可動板106の下面121にボルト等により固着されて斯かる可動板106を介してスライダ104に連結されていると共に水平面内において方向H1に交差、本例では直交する方向H2に伸びた平行な一対のレール122と、一対のレール122に方向H2に摺動自在に嵌合して摩擦接合していると共にレール122に吊り下げられた複数のスライダ123と、複数のスライダ123が上面に固着されて当該複数のスライダ123を支持した支持板125と、一端では支持板125に固着され、他端では抵抗発生体111に固着されていると共に支持板125と抵抗発生体111とを連結する連結部材126とを具備しており、スライダ123は、支持板125及び連結部材126を介して抵抗発生体111に連結されている。
【0038】
互いに摩擦接合する一対の摩擦接合部材としてのレール103とスライダ104とは、事務所ビル15からなる上部構造物6の水平方向Hにおける方向H1の所定振幅以下の振動に起因して粘性体114の粘性剪断変形により抵抗発生体111に発生される抵抗力では、互いの間に滑りが生じない一方、上部構造物6の水平方向Hにおける方向H1の所定振幅を超える振動に起因して抵抗発生体111の円筒部112への当接により発生される抵抗力では、互いの間に滑りが生じるような摩擦抵抗をもって互いに摩擦接触しており、他の一対の摩擦接合部材としてのレール122とスライダ123ともまた、事務所ビル15からなる上部構造物6の水平面内における方向H2の所定振幅以下の振動に起因して粘性体114の粘性剪断変形により抵抗発生体111に発生される抵抗力では、互いの間に滑りが生じない一方、上部構造物6の水平方向Hにおける方向H2の所定振幅を超える振動に起因して抵抗発生体111の円筒部112への当接により発生される抵抗力では、互いの間に滑りが生じるような摩擦抵抗をもって互いに摩擦接触している。即ち、レール103は、抵抗発生体111の円筒部112への当接で、スライダ104との間の方向H1における所定の摩擦接合力を越えるとスライダ104に対して方向H1に滑り出すようになっており、スライダ123もまた、抵抗発生体111の円筒部112への当接で、レール122との間の方向H2における所定の摩擦接合力を越えるとレール122に対して方向H2に滑り出すようになっている。
【0039】
図7及び図8に示す上部構造物6及び振動減衰装置7を有すると共に上述の免震装置5でもって上部構造物6が免震支持されてなる制振型免震建物1では、通常時、図7に示すように、抵抗発生体111は、最初は容器113の中央部に配されている。この状態で、強風が生じて免震装置5の弾性層12の剪断変形により基礎2に対して上部構造物6が方向H1に振動される場合であって、その振動が強風等による上部構造物6の方向H1の所定振幅以下の小さな振動の場合は、粘性ダンパー101が一対のレール103とスライダ104との間の摩擦を介して上部構造物6に連結されている結果、上部構造物6の方向H1の移動が一対のレール103とスライダ104との摩擦を介して可動板106に伝達され、可動板106に伝達された上部構造物6の方向H1の移動が一対のレール122及びスライダ123、支持板125並びに連結部材126を介して抵抗発生体111に伝達され、これにより抵抗発生体111も上部構造物6の方向H1の移動と共に方向H1に移動されて、抵抗発生体111の方向H1の移動により抵抗発生体111と底板部115との間の隙間116の粘性体31が粘性剪断変形され、粘性ダンパー101におけるこの粘性剪断変形に起因する抵抗力は、抵抗発生体111の方向H1の振動を減衰させ、而して、上部構造物6の方向H1の振動を減衰させる。強風が収まると、免震装置5の弾性層12による原点復帰機能により制振型免震建物1は、図7に示す状態に戻されると共に、抵抗発生体111もまた、容器113の中央部に戻される。
【0040】
地震が生じて免震装置5の弾性層12の剪断変形により基礎2に対して上部構造物6が方向H1に振動される場合であって、その振動が所定振幅を越える場合には、解除機構102が抵抗発生体111を所定振幅まで方向H1に移動させた後に、図9に示すように、抵抗発生体111が円筒部112へ当接して抵抗発生体111が方向H1に移動できなくなる結果、粘性ダンパー101は、上部構造物6の方向H1の振動に対する減衰動作を行い得ないようになる一方、一対のレール103とスライダ104との間に滑りが生じて上部構造物6に対する粘性ダンパー101の連結が解除され、上部構造物6の方向H1の振動が粘性ダンパー101からの粘性剪断変形に起因する抵抗力を受けることなしに許容されるようになり、而して、更なる上部構造物6の方向H1の移動では、鉛支柱3が十分に変形されるために、鉛支柱3のこの変形でもって上部構造物6の方向H1の大きな移動が好ましく早期に減衰されることになる。
【0041】
方向H1に所定振幅を越えて最大まで変位した上部構造物6が方向H1において前記と逆方向に移動すると、円筒部112への当接が解除されるように抵抗発生体111が移動されるために、一対のレール103とスライダ104との間の摩擦を介する上部構造物6に対する粘性ダンパー101の連結が復活して上部構造物6の方向H1における前記と逆方向の移動が可動板106に伝達され、これにより抵抗発生体111も上部構造物6の方向H1において前記と逆方向に移動されて、上部構造物6が粘性ダンパー101からの粘性剪断変形に起因する抵抗力を受けつつ移動される。この逆方向の移動で抵抗発生体111が再び円筒部112へ当接して抵抗発生体111が方向H1に移動できなくなると、一対のレール103とスライダ104との間に滑りが生じて上部構造物6に対する粘性ダンパー101の連結が再び解除され、上部構造物6の方向H1の振動が粘性ダンパー101からの粘性剪断変形に起因する抵抗力を受けることなしに許容されるようになり、而して、更なる上部構造物6の方向H1の移動では、鉛支柱3が十分に変形されるために、鉛支柱3のこの変形でもって上部構造物6の方向H1における前記と逆方向の大きな移動が好ましく早期に減衰されることになる。
【0042】
以下、上記の動作が繰り返されて、上部構造物6の方向H1の振幅が徐々に小さくなり、抵抗発生体111が円筒部112へ当接しなくなると、上部構造物6の方向H1の振動と共に抵抗発生体111が方向H1に振動されて、地震が収まると、免震装置5の弾性層12による原点復帰機能により上部構造物6は、図7に示す状態に戻される一方、抵抗発生体111は、円筒部112へ最後に当接した後の上部構造物6の方向H1の移動量との関連で場合により図7に示す状態から偏倚した位置に配される。
【0043】
上部構造物6が方向H2に振動される場合も、図7及び図8に示す制振型免震建物1は、一対のレール122とスライダ123との間の摺動、非摺動でもって前記と同様な動作を行い、また、上部構造物6が水平面内における方向H1と方向H2との間の方向に振動される場合は、一対のレール103とスライダ104との間の摺動、非摺動及び一対のレール122とスライダ123との間の摺動、非摺動でもって前記と同様な動作を行う。
【0044】
図7及び図8に示す制振型免震建物1も、上部構造物6には解除機構102を介して解除自在に連結され、基礎2には容器113及びアンカーボルト等を介して連結されていると共に、基礎2に対して上部構造物6が相対的に所定の水平変位を越えると上部構造物6に対する連結を解除する摩擦系の解除機構102を備えた振動減衰装置7を具備し、上部構造物6に対する振動減衰に関して、所定の水平変位を越えない地震や風、交通振動等による小さな振動に対しては鉛支柱3と振動減衰装置7の粘性ダンパー101とを共に作動させ、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては鉛支柱3のみを作動させるようになっており、そして、図7及び図8に示す制振型免震建物1において、振動減衰装置7の粘性ダンパー101は、上部構造物6に摩擦力で連結されており、摩擦系の解除機構102は、所定の摩擦力を越えると滑り出して上部構造物6と振動減衰装置7の粘性ダンパー101との連結を解除するようになっている。
【0045】
以上のように図7及び図8に示す振動減衰装置7を具備する制振型免震建物1でも、鉛支柱3の変形による減衰を期待できないような強風等の風による上部構造物6の水平方向Hの微小振動を効果的に早期に減衰できて強風時の制振効果を得ることができ、しかも、所定振幅を超える振動に対する構成を必要としない結果、小型の粘性ダンパー101を用いることができる。
【0046】
図7及び図8に示す振動減衰装置7では、地震が収まった後における抵抗発生体111の位置が種々変動する虞があって、一対のレール103からスライダ104が外れる場合又は一対のレール122からスライダ123が外れる場合が生じる虞があるために、これを防止すべく、一対のレール103及び122の夫々にストッパを設けてもよい。
【0047】
振動減衰装置7の参考例を図10に示す。即ち、図10に示す参考例の振動減衰装置7は、上部取り付け板181と、下部取り付け板182と、上端面では上部取り付け板181に、下端面では下部取り付け板182に夫々固着されていると共に、上部取り付け板181と下部取り付け板182との間に介在された粘弾性体183とを有した粘弾性ダンパを具備しており、上部取り付け板181は、事務所ビル15の下面にボルト等により固着されており、下部取り付け板182は、基礎2にアンカーボルト等を介して固着されており、こうして、上端面で上部構造物6に上部取り付け板181及びボルト等を介して連結され、下端面で基礎2に下部取り付け板182及びアンカーボルト等を介して連結されている粘弾性体183を具備した振動減衰装置7は、所定の水平変位を越えない地震や風、交通振動等による上部構造物6の水平方向Hの小さな振動に対しては、粘弾性体183に剪断変形を生じさせてその振動を減衰させるようになっており、そしてまた、図10に示す振動減衰装置7では、上部構造物6が所定の水平変位を越えると粘弾性体183自身が切断されることによって、上部構造物6と基礎2との連結を解除するようになって、粘弾性体183自身の切断でもって解除機構が構成されている。
【0048】
参考例としての図10に示す振動減衰装置7を有した制振型免震建物1も、上部構造物6に対する振動減衰に関して、所定の水平変位を越えない地震や風、交通振動等による小さな振動に対しては鉛支柱3と振動減衰装置7の粘弾性体183とを共に作動させ、所定の水平変位を越える地震による大きな振動に対しては鉛支柱3のみを作動させるようにしている。
【0049】
なお、免震装置における振動減衰装置としては、鉛支柱3を用いる代わりに、摩擦を用いた摩擦系の振動減衰装置を用いてもよく、また、基礎2に対して上部構造物6が相対的に所定の水平変位を越える場合に、振動減衰装置7と上部構造物6との連結を解除する代わりに、振動減衰装置7と基礎2との連結を解除するようにしてもよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、風等による微小振動を効果的に早期に減衰できて強風時の制振効果を得ることができ、しかも、小型の減衰装置を用いることができる制振型免震建物及びこれに用いる振動減衰装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施態様の好ましい例の正面説明図である。
【図2】 図1に示す例の構造物用振動減衰装置の説明図である。
【図3】 図2に示すIII−III線矢視断面図である。
【図4】 図1に示す例の動作説明図である。
【図5】 図1に示す例の動作説明図である。
【図6】 図1に示す例の動作説明図である。
【図7】 本発明の実施態様の好ましい他の例の正面説明図である。
【図8】 図7に示すVIII−VIII線矢視断面図である。
【図9】 図7に示す例の動作説明図である。
【図10】 参考例の正面説明図である。
【符号の説明】
1 制振型免震建物
2 基礎
3 鉛支柱
4 アイソレータ
5 免震装置
6 上部構造物
7 振動減衰装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an office building, an apartment house, or a detached house that effectively attenuates minute vibrations caused by wind or the like of a superstructure that has been seismically isolated by a seismic isolation device to obtain a damping effect in a strong wind. The present invention relates to a vibration-damping type seismic isolation building and the vibration damping device used therefor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a base-isolated building for earthquakes is supported on a foundation by a base-isolating device including an isolator that performs base-isolation operation against vibration caused by the earthquake and a damper that attenuates vibration. In such seismic isolation buildings, it is normal that small displacement traffic vibrations and wind fluctuations are not considered in addition to earthquakes. For example, until an earthquake exceeding a predetermined horizontal load is applied by a lock mechanism. When the seismic isolation device is deactivated and a larger vibration load is generated, the lock mechanism is released and the seismic isolation device is activated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, high-rise buildings built in cities are required to improve the comfortability by attenuating small displacement traffic vibrations and wind fluctuations in addition to earthquakes. Even if a small displacement of traffic vibration or wind vibration is damped by the damper of the seismic isolation device, most of the dampers used in such a seismic isolation device are elastoplastic dampers or friction dampers. Because of its low vibration energy absorption efficiency at small displacements, it is difficult to effectively attenuate traffic vibrations and wind-induced vibrations early.
[0004]
On the other hand, instead of elastic-plastic dampers or friction dampers, seismic isolation devices using viscous dampers that have high vibration energy absorption efficiency at small displacements and can handle vibrations from wind and traffic vibrations to large earthquakes have been proposed. In order to cover vibrations from wind and traffic vibrations to large earthquakes, the stroke of the viscous dampers must be lengthened, and the seismic isolation device becomes long accordingly. There is a problem to intervene.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to be able to effectively attenuate micro-vibration due to wind or the like early and to obtain a damping effect during strong winds. Moreover, it is an object of the present invention to provide a vibration damping type seismic isolation building that can use a small vibration damping device and a vibration damping device used therefor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention System The seismic isolation building is designed to isolate the superstructure through an isolator that has an isolator that performs seismic isolation against the vibration caused by the earthquake and an elastic-plastic or friction first vibration damping device that attenuates the vibration. It is supported on the lower structure and connected to the upper structure and the lower structure. When the upper structure exceeds a predetermined horizontal displacement relative to the lower structure, the upper structure and the lower structure are supported. A second vibration damping device of a viscous system provided with a release mechanism for releasing the connection to at least one of the objects, and an earthquake, wind or traffic that does not exceed a predetermined horizontal displacement with respect to the vibration damping of the superstructure. The first vibration damping device and the second vibration damping device are operated together for small vibrations such as vibrations, and only the first vibration damping device is used for large vibrations caused by earthquakes exceeding a predetermined horizontal displacement. Activate And said that there was Unishi.
[0007]
Such According to the damping type seismic isolation building, the viscous second vibration damping device connected to the upper structure and the lower structure exceeds the predetermined horizontal displacement of the upper structure relative to the lower structure. A release mechanism for releasing the connection to at least one of the upper structure and the lower structure by movement is provided to operate the second vibration damping device together with the first vibration damping device for small vibrations. Therefore, the second vibration damping device of the viscous system can effectively attenuate micro-vibration due to wind etc. early and can obtain the vibration control effect in strong wind, and it can reduce the predetermined horizontal displacement. For large vibrations due to earthquakes that exceed, only the first vibration damping device is operated with respect to vibration damping for the superstructure, so the second vibration damping device can be operated even for large vibrations. so There is no need to long strokes to so that, therefore, it is possible to use a second vibration damping apparatus compact.
[0008]
In the present invention, the second vibration damping device is , Sticky A trigger pin type release mechanism having a sex damper and a trigger pin, and , Sticky A friction damper and a friction system release mechanism, and may be connected to one of the lower structure and the upper structure by a frictional force; and The The release mechanism of the rigger pin type is designed to release the trigger pin from the recess provided on the upper structure side when the upper structure exceeds the predetermined horizontal displacement. , Ma The rubbing system releasing mechanism slides out to release the connection when a predetermined frictional force is exceeded.
[0009]
Used for the above-mentioned vibration-damping buildings Shake The dynamic damping device is a vibration damping type that supports the upper structure on the lower structure via a seismic isolation device that performs seismic isolation and elasto-plastic or frictional vibration damping against vibrations caused by earthquakes. A viscous vibration damping device for use in a base-isolated building, which is connected to an upper structure and a lower structure, and the upper structure is relatively fixed to the lower structure. A release mechanism is provided to release the connection to at least one of the upper structure and the lower structure when the horizontal displacement is exceeded, and the predetermined horizontal displacement is not exceeded with respect to vibration damping for the upper structure. It operates with the seismic isolation device for small vibrations, and operates only the seismic isolation device for large vibrations exceeding a predetermined horizontal displacement.
[0010]
Such a vibration damping device is preferably , Solid Viscosity having a fixed plate, a movable plate disposed in a viscous body movably in a horizontal direction with a gap with respect to the fixed plate, and a viscous body disposed in a gap between the fixed plate and the movable plate The release mechanism has a vertical direction so that the release mechanism fits into the recess of the upper structure in the raised position and releases the fit in the recess of the upper structure in the lowered position. A trigger pin movably connected to the movable plate, and a projecting surface provided so as to face the lower surface of the trigger pin and to place the trigger pin in the raised position. In contrast, when the movable plate exceeds a predetermined horizontal displacement, the movable plate may be disposed at a lowered position away from the projecting surface facing the lower surface, and the vibration damping device of the present invention is preferably Is , Solid Surrounding the movable plate with the fixed plate, the movable plate disposed in the viscous body movably in the horizontal direction with a gap with respect to the fixed plate, and the viscous body disposed in the gap between the fixed plate and the movable plate The release mechanism includes a pair of first friction bonding members that are friction-bonded to each other, and a pair of second friction bonding members that are friction-bonded to each other. One friction joining member of the pair of first friction joining members is adapted to be attached to the upper structure, and one friction joining member of the pair of second friction joining members Is connected to the movable plate, and the other friction bonding member of the pair of first friction bonding members and the other friction bonding member of the pair of second friction bonding members are connected to each other. And one friction joining member of the pair of first friction joining members is If the predetermined frictional joining force in one direction in a horizontal plane between the first frictional joining member of the pair of first frictional joining members exceeds the predetermined frictional joining force of the moving plate against the enclosure, the other frictional joining member One friction joining member of the pair of second friction joining members is in contact with the surrounding body of the movable plate, and the other friction joining of the pair of second friction joining members. When a predetermined frictional joining force in the other direction in the horizontal plane intersecting with one direction in the horizontal plane between the members is exceeded, the other frictional joining member may be slid out.
[0011]
In the present invention, the seismic isolation device preferably includes an isolator made of laminated rubber in which rigid layers and elastic layers are alternately laminated, and a vibration damping device made of lead struts embedded in the laminated rubber. In addition, the upper structure is preferably an office building, an apartment house, or a detached house, but the present invention is not limited to this, and may be another upper structure.
[0012]
Next, the present invention and its embodiments will be described in more detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to these embodiments.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3, the vibration-damping type
[0014]
It is interposed between the
[0015]
In this example, the
[0016]
Instead of providing the
[0017]
A viscous
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
A
[0023]
The
[0024]
The projecting surface 52 for moving the
[0025]
In the above-described vibration-damping type
[0026]
When an earthquake occurs and the
[0027]
When the
[0028]
When the
[0029]
The above-described vibration-damping type
[0030]
By the way, when the seismic isolation layer has only an elastic-plastic damper (first vibration damping device) and the viscous damping constant (h) by the viscous damper (second vibration damping device) is zero (h = 0) The high-rise base-isolated buildings of the superstructure response acceleration (cm / sec) 2 ) And the layer (the number of floors) as shown by a curve a in FIG. 6, when the upper structure and the foundation are rigidly coupled (non-seismic isolation, indicated by a curve b in FIG. 6) However, according to the vibration-damping type
[0031]
That is, according to the damping type
[0032]
In the above example, the
[0033]
By the way, the
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
In the vibration-damping type
[0040]
When an earthquake occurs and the
[0041]
When the
[0042]
Thereafter, when the above operation is repeated and the amplitude of the
[0043]
Even when the
[0044]
7 and 8 are also connected to the
[0045]
As described above, even in the vibration-damping type
[0046]
In the
[0047]
A reference example of the
[0048]
As a reference example The vibration control type
[0049]
In addition, as the vibration damping device in the seismic isolation device, a frictional vibration damping device using friction may be used instead of using the
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to effectively attenuate micro-vibration caused by wind or the like at an early stage to obtain a damping effect in a strong wind, and a damping type seismic isolation building that can use a small damping device and The vibration damping device used for this can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front explanatory view of a preferred example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the structural vibration damping device of the example shown in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG.
4 is an operation explanatory diagram of the example shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the example shown in FIG. 1;
6 is an operation explanatory diagram of the example shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a front explanatory view of another preferred example of an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII shown in FIG.
9 is an operation explanatory diagram of the example shown in FIG. 7;
FIG. 10 is an explanatory front view of a reference example.
[Explanation of symbols]
1 Damping type seismic isolation building
2 Basics
3 Lead strut
4 Isolator
5 Seismic isolation device
6 Superstructure
7 Vibration damping device
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