JP5431185B2 - 制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、地震時に、可変減衰ダンパが介装された制振構造物の柱に作用する軸力を制御可能とするための可変減衰ダンパの制御システムに関するものである。

一般に、既存の高層や超高層ビル等の建物を耐震改修する場合には、地震発生時に上記建物の層間変位を抑制するため、柱梁架構内に制振ダンパを介装したブレース等の耐震補強部材を設置する工法が多く採用されている。

ところが、上記柱梁架構内に制振ダンパを増設して、地震時における層間変位を抑制すると、上記柱梁架構に制振ダンパの減衰力が加わるために、その復元力が増大し、当該復元力が柱の軸力として下層部に伝わることになる。
一方、既存の建物における上記柱は、このような軸力の増加を見込んだ強度には設計されていない。このため、別途上記柱の補強が必要になるという問題点が生じる。

そこで、本出願人は、先に下記特許文献１において、超高層ビル等の建物を耐震改修するに際して、上記制震ダンパとして、層間変位に依存して減衰力が減少するオイルダンパを用いた建物の耐震補強方法を提案した。

図９および図１０は、上記耐震補強方法によって耐震改修された建物の構造を示すもので、建物１における既存骨組構造体の相対向する既存柱２とこれらの既存柱２間に横架される上下の既存梁３とによって囲まれた架構内に、オイルダンパ４を備えた補強骨組部５によって構成された制震構造部を配設したものである。そして、オイルダンパ４は、所定の減衰力・減少開始変形点とストロ−クエンドとの間の変形領域において、変形が増加するにつれて減衰力が所定の減衰力・減少勾配で漸減するダンパ復元力を有する構造を有している。

このような建物の耐震補強方法によれば、地震時に、制震構造部５が連結している既存柱２に作用する柱付加軸力を軽減することによって、耐震補強後においても、既存柱２の下部２ａに生じる柱付加軸力が、補強前の柱付加軸力を超えないようすることができ、よって当該柱２を無・柱耐力補強構造とすることができるという利点がある。

特開２００６−１８３２５０号公報

しかしながら、上記耐震補強方法にあっては、地震時に上記層間変位が最大になった時点における柱梁架構の復元力を低減することは可能であるものの、どの程度オイルダンパ４の減衰力を低減すれば、柱付加軸力が補強前の柱付加軸力を超えないようすることができるかについては、想定される地震動に対して多くのシミュレーションを行い、オイルダンパ４の性能を試行錯誤的に設定する必要があるという問題点がある。

また、オイルダンパ４は、その変形領域において、変形が増加するにつれて減衰力が所定の減少勾配で漸減するものであるために、通常の減衰係数が一定のオイルダンパを用いた場合と比較して、減衰性能が低下する傾向にある。例えば、中小地震時のように、上記変形量が比較的小さく、よって柱付加軸力が問題にならない場合にも、層間変形が一定以上になって減衰力の減少開始変形点に至った場合には、減衰性能の低下を招くという問題点がある。

さらに、地震動は、建物１に対して水平面内のＸ−Ｙ方向に２次元的に作用するために、上記柱付加軸力も、建物１の短辺方向と長辺方向の複合効果として表れる。このため、上記柱付加軸力を高い精度で制御するためには、Ｘ−Ｙの各々の方向について振動の影響を考慮する必要があるものの、変形量に依存する上記オイルダンパ４によっては、このような効果を考慮することができないという問題点もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、地震の規模に応じて、適宜可変減衰ダンパの減衰力を制御することにより、制振構造物の柱に作用する軸力の増加を抑えることが可能となる可変減衰ダンパの制御システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システムは、地震時に、可変減衰ダンパが介装された制振構造物における柱または柱梁架構の応答量を検出する応答検出手段と、この応答検出手段からの検出値に基づいて、上記可変減衰ダンパの減衰係数を切り換える制御手段とを備えてなり、上記制御手段は、上記検出値から上記柱に作用する軸力を評価し、当該軸力と予め設定された当該柱に作用する軸力の設定値とを比較して、上記軸力が上記設定値よりも大きい場合に、上記可変減衰ダンパの減衰係数をより低い値に切り換えることを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記応答検出手段が、上記柱梁架構の層間変位または上記可変減衰ダンパの移動量を検出するためのセンサであり、かつ上記制御手段が、上記層間変位または移動量から上記柱に作用する軸力を評価することを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記制御手段が、予め設定した地震時における上記制震構造物の卓越振動モードに基づいて、上記センサによって検出された１以上の階層の層間変位から当該制振構造物の全階層における層間変位を推定して上記軸力を評価することを特徴とするものである。

これに対して、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記制御手段が、上記センサからの検出信号に基づいて、リアルタイムに上記制震構造物の応答変位を推定し、上記制振構造物の全階層における層間変位を求めて上記軸力を評価することを特徴とするものである。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、上記センサが、上記柱梁架構の上下に隣接した梁に設けられていることを特徴とするものであり、他方、請求項６に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、上記センサが、上記柱梁架構の上下に離散した梁および地上に設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記応答検出手段が、１本または複数本の上記柱の下部に設置されて当該柱の軸方向の変形を検出する歪みゲージまたは変位計であり、かつ上記制御手段は、上記変位計が検出した変位量から上記柱に作用する軸力を算出することを特徴とするものである。

請求項１〜７のいずれかに記載の発明においては、地震時に、応答検出手段が柱または柱梁架構の応答量を検出すると、制御手段において、上記検出値から柱に作用する軸力を算出する。そして、算出された軸力と、予め設定された当該柱に作用する軸力の設定値とを比較して、上記軸力が上記設定値よりも大きい場合に、可変減衰ダンパの減衰係数をより低い値に切り換える。

これにより、可変減衰ダンパにおける振動の減衰力が減少して、当該可変減衰ダンパが組み込まれた柱梁架構の復元力が低下することにより、上記復元力に起因して柱に作用する付加軸力が小さくなる。この結果、地震の規模に応じて、適宜可変減衰ダンパの減衰力を制御することにより、制振構造物の柱に作用する軸力の増加を抑えることができる。このため、新築の建物に適用した場合には、柱の設計を最適化することができ、また既存建物の耐震補強に適用した場合には、既存の柱に対する補強を不要にすることが可能となる。

ここで、上記応答検出手段としては、例えば請求項２〜６のいずれかに記載の発明のように、上記柱梁架構の層間変位を検出するためのセンサを用いることができる。この場合には、制御手段において、上記層間変位から当該層における柱梁架構の復元力を算出し、得られた復元力から柱に作用する軸力を算出して、当該軸力が設定値を超える場合に、可変減衰ダンパの減衰係数をより低い値に切り換える。

この際に、上記層間変位を検出するセンサに変えて、上記可変減衰ダンパの移動量を検出する変位センサを用いて当該層間変位を近似化することにより、一層の簡便化を図ることができる。

また、制振構造物の柱の下部に作用する軸力を算出するに際しては、全ての階層における層間変位量を得る必要がある。したがって、当該制振構造物の全階層に上記センサを配置すれば、高い精度で全層間変位量を得て軸力を推定することができるものの、超高層の制振構造物においては、設置すべきセンサの量が多くなって経済性に劣るとともに、地震時に処理すべきデータ量も多くなるという欠点がある。

この点、請求項３〜６に記載の発明により、少なくとも２または３のセンサを設置するのみで、上記制御を行うことが可能になる。
すなわち、請求項３に記載の発明においては、上記センサによって１以上の特定の階層の層間変位量が得られた場合に、上記制御手段が、予め設定されている上記制震構造物の卓越振動モードに基づいて当該制振構造物の全階層における層間変位量を算出することができる。

これに対して、請求項４に記載の発明においては、特定の階層に設置した上記センサからの揺れの検出信号に基づいて、上記制御手段がリアルタイムに建物応答変位を推定して、当該建物応答変位に基づいて、上記制振構造物の全階層の層間変位を求めて上記軸力を算出することができる。

したがって、請求項３または４に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、特定の階層の柱梁架構の上下に隣接した梁または床にセンサを設け、当該階層の層間変位から、制振構造物の全階層における層間変位を推定することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、上記センサを柱梁架構の上下に離散した梁または床に設けた場合には、さらに地上にも上記センサを設置して、地上との相対変位を検出することにより、同様にして全階層における層間変位を推定することができる。

また、他の上記応答検出手段としては、請求項７に記載の発明のように、１本または複数本の上記柱の下部に設置された歪みゲージまたは当該柱の軸方向の変形を検出する変位計を用いることもできる。この場合には、地震時に、上記歪みゲージによって検出された柱の変形歪みから、そのまま当該柱に作用する軸力を評価することができる。そして、制御手段において、上記軸力を、予め設定した柱の補強が必要な軸力と対比して、評価された軸力が設定値を超える場合に、可変減衰ダンパの減衰係数をより低い値に切り換える。

なお、請求項７に記載の発明においては、上記観点から、歪みゲージまたは変位計を設置する柱として、建物の構造上、最も大きい軸力が作用する可能性の高い１本または複数本の柱を選択することが好ましい。

本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。 図１の制御システムにおけるフロー図である。 本発明の第２の実施形態を示す概略構成図である。 図３のセンサを離散した階層に設置した例を示す模式図である。 図３の制御装置における復元力の設定例を示すグラフである。 図３の制御装置におけるフロー図である。 架構が変形した際における柱の下部に作用する軸力の変化を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態を示す概略構成図である。 従来の耐震補強構造を示す正面図である。 図９の要部の拡大図である。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明に係る制振構造物における可変減衰ダンパの制御システムの基本的な構成を、第１の実施形態として示すものである。
図１に模式的に示すように、この既存の建物（制振構造物）１における耐震補強構造は、柱２と梁３からなる架構内に、図１０に示したオイルダンパ４に換えて、減衰係数が複数段階に切換可能なオイルダンパ（可変減衰ダンパ）１０が介装された補強骨組部を増設したものである。ここで、上記補強骨組部は、建物１の短辺Ｘ方向と長辺Ｙ方向とのそれぞれに設置されている。

そして、上記可変減衰ダンパの制御システムは、複数階を間に挟んで上下に離散した階および地盤上における短辺Ｘ方向（図１）および長辺Ｙ方向のそれぞれの上下の梁３に設けられて、当該方向への変位を計測することにより、建物１の応答を検出するためのセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇと、これらのセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇの検出値に基づいて、オイルダンパ１０の減衰係数を切り換える制御手段とから概略構成されている。ここで、センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇとしては、加速度計、速度計あるいは変位計を用いることができる。

次に、図２に基づいて、上記構成からなる可変減衰ダンパの制御システムにおける解析手法について概説する。
先ず、ステップ１において、地震発生時に、センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇによって、建物１および地盤の応答（変位）を計測する。ちなみに、センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇとして加速度センサや速度センサを用いた場合には、これらのセンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇを設置した位置の絶対加速度や絶対速度が計測でき、複数階の絶対加速度や絶対速度がわかれば、それらを積分することで絶対変位が求められる。

そして、複数階の絶対変位の相互の差を取ることにより、上記階間における相対変形を得ることができる。
そこで次に、ステップ２において、建物１の水平方向の変形を推定する。この際に、建物１の変形として１次モードを卓越振動モードと仮定すれば、上記ステップ１において得られた相対変形から、簡便に建物１の全体変形を推定することができる。また、上記卓越振動モードは、建物１の弾性応答を前提として設定すればよいが、振幅レベルが大きく非線形化が予想される場合は、振幅レベルに応じて予め計算しておいた等価線形による振動モードを用いてもよい。

これに対して、地震時における建物１の変形として、複数モードの影響も考慮する場合は、例えばカルマンフィルターの利用が考えられる。複数モードを考慮する場合も、建物１の弾性応答を前提として設定すればよいが、振幅レベルが大きく非線形化が予想される場合は、振幅レベルに応じて予め計算しておいた等価線形による複数モードを用いてもよい。
図１に示すように、建物１をせん断型多質点系振動モデルで表した場合、運動方程式は下式で表される。

上記（１）式は、次のように状態方程式で表す事が出来る。

なお、上記センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇとして加速度計を用い、計測した加速度応答を２回積分して、センサ１１ａ、１１ｂの設置位置の地面に対する相対変位を評価する場合は、出力方程式は下記の通り表すことが出来る。

また、上記センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇによって計測した加速度応答を観測状態量として用いる場合は、出力方程式は下記の通り表すことができる。

ちなみに、上記（３ｂ）式の場合は、

を新たに出力方程式とすると、下式に示すように、（３ａ）式と同じ形式で表すことができる。

そして、上記（２）式と（３ａ）式あるいは（３ｂ）式の組合せに対して、カルマンフィルターは以下の通り設定出来る。

これらの式を用いて、上記センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｇによって計測した応答値から、時々刻々（４ａ）式あるいは（４ｂ）式を解くことにより、建物１の変形の状態を推定する事ができる。なお、本実施形態においては、状態方程式を建物１の全自由度（全振動モード）に対して作成しているので、全層の状態量を推定する事が可能であるが、必要に応じて建物応答に寄与する低次複数モードのみを抽出して状態方程式を作成しても良い。

その場合は、（２）式をモード分解し、低次複数モードを抽出して作成した下式を用いれば良い。

以上のように、ステップ２において建物１の全体変形が推定できれば、層間変形もわかるので、ステップ３において各層の復元力によって発生する軸力を推定する。また、同様に、ステップ２において建物１の全体変形が推定できれば、層間速度もわかるので、ステップ４においてオイルダンパ１０を設置した階の層間速度を推定し、ステップ５においてオイルダンパ１０の移動量（変形）を評価して、ステップ６において当該オイルダンパ１０の減衰力による付加軸力を評価する。

この際に、上記柱軸力や付加軸力は、各層の復元力やオイルダンパ１０の減衰力から、建物１の層間に作用する水平力が求まり、これらの水平力による転倒モーメントとの釣合いにより求めることができる。

そして、ステップ７において、これら架構の復元力による柱軸力およびオイルダンパ１０による付加軸力を得て、これらを足し合わせた軸力を算出し、次いでステップ８において、算出された軸力と柱２に補強が必要な大きさの軸力の設定値Ａｃとを対比する。なお、オイルダンパ１０の減衰係数は、通常時においては最大値に設定しておく。そして、算出された軸力Ａが、上記設定値Ａｃよりも小さい場合には、オイルダンパ１０の減衰係数Ｃ_Lを切り換えることなく、そのままの状態とする。

これに対して、算出された軸力Ａが上記設定値の軸力Ａｃよりも大きい場合に、ステップ９において、例えばオイルダンパ１０の減衰係数を、現状よりも低い値であって、かつ設定値Ａｃを超えない最大の減衰係数Ｃ_Lに切り換える。

（第２の実施形態）
図３〜図７は、第１の実施形態に示した可変減衰ダンパの制御システムを、図９および図１０に示した既存の建物の耐震補強構造に応用した具体的な第２の実施形態およびその変形例を示すものであり、図１に示したものと同一構成部分については同一符号を付してある。

図３に示すように、この既存の建物１における耐震補強構造は、柱２と梁３からなる架構内に、同様に減衰係数が複数段階に切換可能なオイルダンパ（可変減衰ダンパ）１０が介装された補強骨組部５を増設したものである。ここで、上記補強骨組部５は、建物１の短辺Ｘ方向と長辺Ｙ方向とのそれぞれに設置されている。

そして、上記可変減衰ダンパの制御システムにおいては、特定の１つの階層における短辺Ｘ方向（図３）および長辺Ｙ方向のそれぞれの上下の梁３または床に設けられて、当該方向への変位を計測することにより、当該階層のＸ方向およびＹ方向における層間変位ｘ_δ、ｙ_δを検出するためのセンサ１１と、これらのセンサ１１の検出値に基づいて、オイルダンパ１０の減衰係数を切り換える制御装置（制御手段）１２とから概略構成されている。

また、制御装置１２は、全体を統括制御するＣＰＵ（主制御部）に、メモリおよび入出力制御部となるインターフェース回路が接続され、このインターフェース回路に、プログラムやデータベースを格納したハードディスク等の外部記憶装置が接続された周知のパーソナルコンピュータである。

そして、上記インターフェース回路に、センサ１１からのデータが入力されるようになっている。また、外部記憶装置には、予め建物１が地震時に１次モードで振動すると仮定した場合の解析モデルと、柱２の補強が必要な軸力の設定値Ａｃが格納されている。さらに、この外部記憶装置には、インターフェース回路に入力されたセンサ１１からのデータによって層間変位量ｘ_δ、ｙ_δを算出し、得られた層間変位量ｘ_δ、ｙ_δと上記振動の解析モデルに基づいて、建物剛性から決定される建物１の全ての階層における上記架構の復元力および軸力を算出するとともに、オイルダンパ１０の減衰力によって付加される復元力および軸力を算出して、上記軸力および付加軸力を足し合わせた軸力Ａと上記設定値Ａｃとの大小を比較して、Ａ＞Ａｃである場合に、インターフェース回路からオイルダンパ１０に、減衰係数を小さくする方向に切り換える信号を出力するプログラムが格納されている。

次に、図６に基づいて、上記構成からなる可変減衰ダンパの制御システムの作用について説明する。
先ず、平常時においては、オイルダンパ１０の減衰係数を、最大値に設定しておく。そして、地震時に、建物１に揺れが生じて柱梁架構が水平方向に変形すると、当該変形を補強骨組部５のオイルダンパ１０が吸収して、当該揺れを減衰させるとともに、これに対応して柱２、梁３の架構には、上記オイルダンパ１０からの反力として復元力が作用することになる。この結果、図７に示すように、柱の軸力として、柱梁架構の復元力に起因する軸力にオイルダンパ１０の復元力に起因する軸力Ａ₁が加わった軸力Ａが下層部に伝わることになる。

そこで、これと併行して、上記制御システムにおいては、柱梁架構が水平方向に変形した際に、Ｘ方向の梁３に設けたセンサ１１およびＹ方向に設けたセンサが、各方向における加速度、速度または変位を検出し、当該検出信号を制御手段１２に発信する。

すると、上記検出信号を受信した制御装置１２のＣＰＵが上記プログラムを実行させることにより、ステップＡにおいて層間変位量ｘ_δ、ｙ_δを算出する。なお、センサ１１が加速度計あるいは速度計である場合には、上記プログラムにおいて、先ず入力されたデータを積分して上下階の各設置位置における変位を算出し、これら上下階の変位の差を求めることにより層間変位ｘ_δ、ｙ_δを得る。

次いで、ステップＢにおいて、得られた上記層間変位ｘ_δ、ｙ_δのデータと、建物１が１次モードで振動すると仮定した解析モデルとから、建物１の全階層における層間変位を算出する。そして、ステップＣにおいて、得られた層間変位から、建物剛性から決定される建物１の全ての階層における上記架構の復元力と、オイルダンパ１０の減衰力によって付加される復元力を算出する。

このための演算式としては、様々な公知の式を用いることができるが、例えば、上記層間変位ｘ_δ、ｙ_δのデータから、下記式９および式１０に示す演算式よって上記架構の復元力Ｆ＝Ｆｘ＋Ｆｙを算出する。

また、近似的には、オイルダンパ１０に内蔵されているシリンダに対するピストンロッドの相対変位を検出する変位センサを用いて、この変位センサからの検出信号ｘ_ｄあるいはｙ_ｄを制御装置１２に入力することにより、簡便に下記式１１に示す演算式（Ｙ方向についても同様。）によって、上記架構の復元力Ｆ＝Ｆｘ＋Ｆｙを算出することもできる。

上記式９〜式１１において、ｃ_xi、ｃ_yi、ｃ_iは、各々オイルダンパ１０の減衰係数、ｕ（ｘ_δ）、ｕ（ｙ_δ）は、層間の柱剛性等により決定される復元力であって、図５に示すように、構造設計時の荷重増分解析に基づく非線形の復元力特性を用いても良く、あるいは簡便に等価線形による復元力ｋ・ｘ_δおよびｋ・ｙ_δを用いても良い。

そして次に、ステップＤにおいて、これらの復元力の値から架構の復元力による軸力およびオイルダンパ１０による付加軸力Ａ₁を得て、これらを足し合わせた軸力Ａを算出する。次いで、ステップＥにおいて、上記制御装置１２のＣＰＵが、外部記憶装置に格納されている柱２に補強が必要な大きさの軸力の設定値Ａｃのデータを参照し、算出された軸力Ａと設定値Ａｃとを対比する。そして、算出された軸力Ａが、上記設定値Ａｃよりも小さい場合には、オイルダンパ１０の減衰係数Ｃ_Lを切り換えることなく、そのままの状態とする。

これに対して、算出された軸力Ａが上記設定値Ａｃよりも大きい場合に、ステップＦにおいて、例えばオイルダンパ１０の減衰係数が３段階以上または連続的に切換可能である場合には、オイルダンパ１０の減衰係数を、現状よりも低い値であって、かつ設定値Ａｃを超えない最大の減衰係数Ｃ_Lに切り換える。

これをより具体的に説明すると、算出された軸力Ａが設定値Ａｃよりも大きい場合には、先ずオイルダンパ１０の減衰係数を最小値に切り換えたうえで、徐々に上記減衰係数を増加させつつ、時々刻々上記ステップを繰り返してモニタリングすることにより、適切な上記減衰係数Ｃ_Lに設定する方法を採ることができる。
また、オイルダンパ１０が、単純な２段階の減衰係数の切換式の場合には、最大減衰係数と最小減衰係数の２値の切換を行う。

このように、上記構成からなる可変減衰ダンパの制御システムによれば、地震発生時に、その規模に応じて、建物１に作用するＸ−Ｙの各々の方向について振動の影響を考慮して、適宜オイルダンパ１０の減衰係数を制御することにより、耐震補強された建物１の柱２に作用する軸力を、補強が必要となる軸力以下に高い精度で抑えることができる。この結果、既存の柱２に対する補強を不要にすることが可能となる。しかも、上記制御を特定の１つの階層の上下の梁３に設けたセンサ１１のみによって、予め設定した建物１の卓越振動モードに基づいて全体の変形を推定することにより行うことができる。

なお、上記実施形態においては、上下に隣接する階に、地震時における各々の階の加速度、速度または変位を検出するセンサ１１を設けた場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、図４に示すように、図１に示した第１の実施形態と同様に、複数階を間に挟んで上下に離散した階に上記センサ１１ａ、１１ｂを設けることもできる。すなわち、建物１が１次モードで振動すると仮定している場合に、上記センサ１１ａ、１１ｂによって離散した階の相対変位を計算したり、或いは地上にも同様のセンサ１１ｇを設けて、地面に対するセンサ１１の設置階の相対変位（Ｘａ−Ｘｇ、Ｘｂ−Ｘｇ）を計算して、建物全体の変形を推定することができる。

また、建物１が複数モードで振動することを考慮する場合には、カルマンフィルター等を用いて、離散した階で検出した加速度、速度あるいは変位から、建物全体の変形を推定し、上記層間変位ｘ_δ、ｙ_δを算出することも可能である。

さらに、上記実施形態においては、予め制御装置１２に建物１の振動の卓越振動モードのモード形状を格納しておいて、センサ１１が検出した層間変位ｘ_δ、ｙ_δのデータと、上記モード形状とから、建物１の全階層における層間変位を算出する場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、連続的に送られてくるセンサ１１からの変位量の検出信号に基づいて、制御装置１２においてリアルタイムにカルマンフィルターにより建物１の変形状態を推定し、当該変形状態における建物１の全階層における層間変位を求めて軸力Ａを評価するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図８は、本発明に係る制振構造物における可変減衰ダンパの制御システムの第３の実施形態を示すもので、図３に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。

図８に示すように、この制御システムにおいては、建物１の構造上、最も大きい軸力が作用する可能性の高い１本または複数本（図では、その内の１本を示す。）の柱２の下端部２ａに、歪みゲージまたは柱２の軸方向の変形を検出する変位計（応答検出手段）１５が設けられている。

そして、上記制御装置１２においては、上記外部記憶装置に、柱２の補強が必要な軸力に安全率を考慮した値Ｆ_ACが設定されている。
さらに、上記プログラムは、柱２に設けた歪みゲージ（あるいは変位計）１５からの検出信号に基づいて、公知の演算式によって当該柱２に作用する軸力Ｆを直接算出し、得られた軸力Ｆと上記設定値Ｆ_ACとを対比して、算出された軸力Ｆが上記設定値の軸力Ｆ_ACよりも大きい場合に、オイルダンパ１０の減衰係数が３段階以上または連続的に切換可能である場合には、オイルダンパ１０の減衰係数を、現状よりも低い値であって、かつ上記軸力Ｆ_ACを超えない最大の減衰係数Ｃ_Lに切り換える。

この場合にも、第２の実施形態と同様に、先ずオイルダンパ１０の減衰係数を最小値に切り換えたうえで、徐々に上記減衰係数を増加させつつ、時々刻々上記ステップ（Ａ）〜（Ｃ）を繰り返して軸力Ｆをモニタリングすることにより、上記軸力Ｆ_ACを超えない最適な上記減衰係数Ｃ_Lに設定する方法を採ることができる。
また、同様にオイルダンパ１０が、単純な２段階の減衰係数の切換式の場合には、最大減衰係数と最小減衰係数の２値の切換を行う。

したがって、上記第３の実施形態にあっても、第１および第２の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記第２および第３の実施形態においては、いずれも本発明に係る可変減衰ダンパの制御システムを、耐震補強された既存の建物１に適用した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限るものではなく、新築の建物にも同様に適用することができる。ちなみに、新築の建物に適用した場合には、柱の設計を地震時における付加軸力を考慮したオーバースペックにすることなく、最適化することができる。

地震時に、可変減衰ダンパが介装された制振構造物の柱に作用する軸力を制御可能とする際に利用可能である。

１ 建物（制振構造物）
２ 柱
３ 梁
１０ オイルダンパ（可変減衰ダンパ）
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｇ センサ（応答検出手段）
１２ 制御装置（制御手段）
１５ 歪みゲージまたは変位計（応答検出手段）

Claims (7)

1. 地震時に、可変減衰ダンパが介装された制振構造物における柱または柱梁架構の応答量を検出する応答検出手段と、この応答検出手段からの検出値に基づいて、上記可変減衰ダンパの減衰係数を切り換える制御手段とを備えてなり、
   上記制御手段は、上記検出値から上記柱に作用する軸力を評価し、当該軸力と予め設定された当該柱に作用する軸力の設定値とを比較して、上記軸力が上記設定値よりも大きい場合に、上記可変減衰ダンパの減衰係数をより低い値に切り換えることを特徴とする制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
2. 上記応答検出手段は、上記柱梁架構の層間変位または上記可変減衰ダンパの移動量を検出するためのセンサであり、かつ上記制御手段は、上記層間変位または移動量から上記柱に作用する軸力を評価することを特徴とする請求項１に記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
3. 上記制御手段は、予め設定した地震時における上記制震構造物の卓越振動モードに基づいて、上記センサによって検出された１以上の階層の層間変位から当該制振構造物の全階層における層間変位を推定して上記軸力を評価することを特徴とする請求項２に記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
4. 上記制御手段は、上記センサからの検出信号に基づいて、リアルタイムに上記制震構造物の変形状態を推定し、当該変形状態における上記制振構造物の全階層における層間変位を求めて上記軸力を評価することを特徴とする請求項２に記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
5. 上記センサは、上記柱梁架構の上下に隣接した梁または床に設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
6. 上記センサは、上記柱梁架構の上下に離散した梁または床および地上に設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。
7. 上記応答検出手段は、１本または複数本の上記柱の下部に設置されて当該柱の軸方向の変形を検出する歪みゲージまたは変位計であり、かつ上記制御手段は、上記変位計が検出した変位量から上記柱に作用する軸力を算出することを特徴とする請求項１に記載の制振構造物における可変減衰ダンパの制御システム。

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