JP5794528B2 - Seismic isolation structure - Google Patents
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本発明は高層ないし超高層建物を対象とする免制震構造(免震構造と制震構造とを併用した免震・制震併用構造)に関する。 The present invention relates to a seismic isolation structure for a high-rise building or a super-high-rise building (a seismic isolation / seismic control combined structure using both a base isolation structure and a vibration control structure).
周知のように、免震構造は建物を積層ゴム等の免震装置により免震支持することにより地面と建物とを縁切りして地震エネルギーの建物への入力を低減するものであり、制震構造は建物内に制震装置(ダンパー)を設置して地震エネルギーを吸入し振動応答を低減させるものである。 As is well known, the seismic isolation structure is designed to reduce the input of seismic energy to the building by separating the ground and the building by supporting the building with a seismic isolation device such as laminated rubber. Is to install a vibration control device (damper) in the building to absorb the seismic energy and reduce the vibration response.
また、特許文献1に示すように免震構造と制震構造を併用して免震機能と制震機能の双方を発揮する免震・制震併用構造(つまり免制震構造)についての提案もなされている。
In addition, as shown in
従来一般の免震構造や免制震構造では、免震装置を建物の基礎部(基礎免震の場合)あるいは下層部における中間階(中間階免震の場合)に設置しているため、地震エネルギーを必ずしも効率的に吸収できない。
すなわち、一般的には層間せん断変形角は下層階や上層階よりも中層階において大きくなるのであるが、従来の免震構造では下層階に設置した免震装置のみで地震時の建物全体の地震エネルギーを吸収しているため、中層階から上層階での層間せん断変形角の分布に見合った効率的なエネルギー吸収はできないものである。
In conventional seismic isolation structures and seismic isolation structures, seismic isolation devices are installed on the base of the building (in the case of basic seismic isolation) or the middle floor in the lower part (in the case of intermediate floor seismic isolation). It cannot always absorb energy efficiently.
In other words, the interlaminar shear deformation angle is generally larger in the middle floor than in the lower and upper floors, but in conventional seismic isolation structures, the seismic effect of the entire building at the time of the earthquake is limited to the seismic isolation device installed on the lower floor Since energy is absorbed, efficient energy absorption corresponding to the distribution of the interlaminar shear deformation angle from the middle floor to the upper floor cannot be performed.
また、従来の免震構造では転倒モーメントによる引き抜き力が免震装置に作用するので免震装置にはそれに対する耐力を必要とするし、万一の転倒を防止するためのフェールセイフ機構も必要とされ、建物全体の浮き上がりや変形を抑制するために柱・梁を充分に増強する必要もある。 In addition, in the conventional seismic isolation structure, the pull-out force due to the overturning moment acts on the seismic isolation device, so the seismic isolation device needs to be resistant to it, and a fail-safe mechanism is also required to prevent accidental falls. In addition, it is necessary to sufficiently strengthen the columns and beams in order to suppress the floating and deformation of the entire building.
さらに、近年の高層ないし超高層建物の構造としては、巨大地震時における建物の変位を可及的に小さくするばかりでなく、後揺れを短時間で収束させて建物を速やかに静止させ得るものであることも強く望まれている。 In addition, the structure of high-rise or super-high-rise buildings in recent years is not only to reduce the displacement of buildings during a huge earthquake as much as possible, but also to allow the building to stop quickly by converging after shaking in a short time. There is also a strong desire to be.
上記事情に鑑み、本発明は優れた免震効果と制震効果を発揮して地震エネルギーを有効に吸収し、巨大地震時においても変位と後揺れとを十分に抑制可能な有効適切な免制震構造を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention effectively absorbs seismic energy by exhibiting excellent seismic isolation and seismic control effects, and is effective and appropriate seizure that can sufficiently suppress displacement and post-shock even during a huge earthquake. The purpose is to provide seismic structures.
本発明は高層ないし超高層の建物を対象とする免制震構造であって、当該建物をチューブ架構による平面視環状の本体部と該本体部とは独立にその中心位置に構築するコア部とにより構成して、それら本体部とコア部との間に水平方向の相対振動を許容するためのクリアランスを確保し、前記本体部を基礎構造体上に底部免震装置により免震支持して設置し、前記コア部を前記本体部よりも相対的に高剛性として前記基礎構造体に剛結して自立状態で設置するとともに、該コア部の頂部と前記本体部との間に頂部免震装置を介装し、前記本体部の高さ方向中間部と前記コア部との間に中間部制震装置としての可変剛性ダンパーを上下方向に間隔をおいて多段に介装し、前記本体部の底部と前記基礎構造体との間および前記本体部の頂部と前記コア部との間に、それらの間で生じる水平方向の相対変位を検知する変位センサーをそれぞれ設置して、前記変位センサーの検知結果に基づいて前記中間部制震装置としての可変剛性ダンパーの剛性を制御可能に構成してなることを特徴とする。 The present invention is a seismic isolation structure for a high-rise or super-high-rise building, the main body portion in a plan view with a tube frame and the core portion that is constructed at the center position independently of the main body portion. To secure clearance to allow horizontal relative vibration between the main body part and the core part, and the main body part is installed on the foundation structure with seismic isolation support by the bottom seismic isolation device The core portion is relatively rigid than the main body portion and is rigidly connected to the foundation structure and installed in a self-supporting state, and a top seismic isolation device is provided between the top portion of the core portion and the main body portion. A variable stiffness damper as an intermediate part damping device is interposed between the core part in the height direction intermediate part and the core part in multiple stages at intervals in the vertical direction, Between the bottom and the base structure and the top of the body and the Displacement sensors that detect the relative displacement in the horizontal direction generated between them are installed between the two parts, and the rigidity of the variable rigidity damper as the intermediate part damping device based on the detection result of the displacement sensor Is configured to be controllable.
本発明によれば、本体部全体を底部免震装置により免震支持して設置しているので本体部に対して通常の免震構造と同様に優れた免震効果が得られるばかりでなく、本体部とは独立に構築したコア部の頂部と本体部との間に設置した頂部免震装置により本体部を上部からも免震支持しているので、本体部とコア部の双方の転倒や曲げ変形を有効に抑制可能である。
また、本体部とコア部との間の水平方向の相対振動をクリアランスの範囲内で許容したうえでそれらの間に中間部制震装置を多段に設けているので、地震時や強風時には中間部制震装置が効率的に作動して地震エネルギーを有効に吸収し優れた制震効果が得られる。
しかも、中間部制震装置として可変剛性ダンパーを用いて、変位センサーにより検知される本体部の振動状況に応じて可変剛性ダンパーの剛性を最適制御することにより、本体部の中間部をそれら中間部制震装置を介してコア部により支持して変位を有効に拘束し後揺れを速やかに収束させることができる。
According to the present invention, since the entire main body is seismically isolated and supported by the bottom seismic isolation device, not only an excellent seismic isolation effect can be obtained for the main body as in a normal seismic isolation structure, Since the main body part is isolated from the top by the top seismic isolation device installed between the top part of the core part and the main body part built independently of the main body part, both the main body part and the core part Bending deformation can be effectively suppressed.
In addition, since the horizontal relative vibration between the main body and the core is allowed within the clearance range, the intermediate part damping device is provided in multiple stages between them. The seismic control device operates efficiently and effectively absorbs seismic energy, and an excellent seismic control effect is obtained.
In addition, by using a variable stiffness damper as an intermediate vibration control device, optimally controlling the rigidity of the variable stiffness damper according to the vibration status of the main body detected by the displacement sensor, the intermediate portion of the main body can be adjusted to the intermediate portion. It is supported by the core part via the vibration control device, and the displacement is effectively restrained, and the after shaking can be quickly converged.
本発明の免制震構造の基本構成を図1を参照して説明する。
図1は本発明の免制震構造による高層ないし超高層の建物の立断面を模式的に示すもので、符号1は基礎底盤、1aは杭、2は基礎底盤1に剛結して自立状態で構築したコア部、3はコア部2を取り囲んでその周囲に構築した平面視環状の本体部である。
The basic configuration of the seismic isolation structure of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 schematically shows a vertical section of a high-rise or super-high-rise building with the seismic isolation structure of the present invention.
コア部2は、コアウォールやトラス構造体により構築された高剛性の構造体であって、その頂部には本体部3の上方に張り出すハットトラス等の高剛性の頂部構造体2aが一体に設けられている。コア部2の内部はエレベータや階段等の共用諸設備の設置スペースとして利用され、あるいはタワーパーキングの設置スペースとしても利用可能である。
The
本体部3は構造的にはコア部2とは独立に構築されてこの建物の主たる居住スペースとされるものであって、外周チューブ架構と内周チューブ架構とが各階の梁により連結されることによってコア部2を取り囲む環状のチューブ構造によるものとされている。
この本体部3は構造的にはコア部2に比較して相対的に低剛性とされ(換言すると、コア部2は本体部3に比較してより高剛性とされる)、したがって本体部3とコア部2とは異なる振動特性を呈するものであって地震時にはそれらの間で水平方向の相対振動が生じるようになっており、その相対振動を許容するためのクリアランス4がコア部2と本体部3との間に全周にわたって確保されている。
また、コア部2は基礎底盤1上に剛結された状態で自立状態で設置されているのに対し、本体部3はその全体が基礎底盤1上に積層ゴム等の底部免震装置5により免震支持されて設置され、また本体部3の頂部とコア部2の頂部構造体2aとの間にも同じく積層ゴム等の頂部免震装置6が介装されている。
The
The
The
これにより、本体部3はその上下が頂部免震装置6と底部免震装置5により免震支持されたものとなっていて、地震時には本体部3の全体がコア部2に対して水平方向にスライドするような水平変位や、本体部3が上下の支持点の間で図示例のように側方に湾曲するような曲げ変形が生じ、それによる水平振動が上記のクリアランス4の範囲内で許容されるようになっている。
As a result, the upper and lower parts of the
さらに、本体部3の高さ方向の中間部にはコア部2との間にダンパーとして機能する複数の中間部制震装置7が多段(図1では6段)に介装されていて、本体部3とコア部2との間で上記のような水平方向の相対振動が生じた際にはそれら中間部制震装置7が作動して地震エネルギーを効率的に吸収するものとされている。
Furthermore, a plurality of intermediate
上記の中間部制震装置7としては、ダンパーとしての剛性を調整可能な可変剛性ダンパー、具体的にはたとえば公知の可変摩擦ダンパーや可変減衰ダンパー、各種のアクチュエータが採用されていて、地震時にはそれら中間部制震装置7の剛性を適正に制御することが可能とされている。
そして、そのような制御を行うために、本体部3の底部と基礎底盤1との間および本体部3の頂部とコア部2の頂部構造体2aとの間には、それぞれ変位センサー8,9が設置されていて、それら変位センサー8,9により検知される本体部3の振動状況に応じて上記の各中間部制震装置7の剛性が刻々と最適に制御されるようになっている。
The intermediate
And in order to perform such control, between the bottom part of the main-
すなわち、変位センサー8,9は地震時における本体部3の底部と頂部の水平変位(基礎底盤1およびコア部2に対する相対変位)をリアルタイムで検知して、その検知結果を制御装置(図示略)に出力するようになっており、それに基づいて制御装置が所定の中間部制震装置7の剛性を最適に調整するように制御することにより、地震時における本体部3の揺れを有効に抑制しかつ後揺れを速やかに収束せしめるようになっている。
具体的には、上記の制御装置にはこの建物全体の地震動数学モデルが予め入力されていて、変位センサー8,9からの入力信号により検知される本体部3の揺れの方向と強さに応じて本体部3全体の振動状況を刻々と演算処理し、それに基づき各中間部制震装置7に制御信号を出力することにより、それぞれの中間部制震装置7をそれぞれに作用する変位に対して反対方向に最適な摩擦力や反力を発生させるようにそれぞれの剛性を最適に調整し、以て本体部3全体の振動を最も効果的に抑制するように構成されている。
これにより、たとえば巨大地震発生により中間部制震装置7に大きな変位が生じる際には、各中間部制震装置7の剛性を小さくしてそれらを確実に作動せしめて振動エネルギーを十分に吸収し、振動が収束段階となったら所定の中間部制震装置7の剛性を段階的に高めていって本体部3の変位を拘束するといった制御を行うことにより、本体部3の振動を速やかに低減させて後揺れが長く続くことを防止することが可能である。
That is, the
Specifically, a mathematical model of seismic ground motion of the entire building is input in advance to the above-described control device, and according to the direction and intensity of shaking of the
Thus, for example, when a large displacement occurs in the intermediate
以上で説明した本実施形態の免制震構造によれば、基本的には通常の免震構造と同様に本体部3の全体が底部免震装置5により免震支持されているので、本体部3に対して優れた免震効果が得られる。
また、本体部3とは独立に構築したコア部2の頂部から頂部免震装置6を介して本体部3の頂部も免震支持することによって本体部3を上方からも押さえ込むような構造であり、さらに本体部3の中間部も多段の中間部制震装置7(可変剛性ダンパー)を介してコア部2により支持可能であるので、本体部3およびコア部2の双方に作用する転倒モーメントは底部免震装置5、頂部免震装置6、中間部制震装置7を介して相互に伝達されてそれらが相互に支持し合ってそれらの全体が自ずと転倒し難いものとなり、したがって建物全体が充分に安定な構造となって、底部免震装置5に対する引き抜き耐力や転倒防止のためのフェイルセーフ機構を省略ないし軽減することも可能である。
According to the seismic isolation structure of the present embodiment described above, the
Moreover, it is a structure which presses down the main-
また、本体部3はクリアランス4の範囲内でコア部2に対して水平方向の相対振動が生じるが、その相対振動によって中間部制震装置7が作動して地震エネルギーを効率的に吸収し、本体部3への地震入力が低減されて優れた制震効果が得られる。
この場合、中間部制震装置7は層間せん断変形角の大きい中層階の範囲に集約して設置しているので、それら中間部制震装置7は下層階や上層階に設置される場合に比べて効率的に作動して地震エネルギーを充分に吸収でき、その結果、本体部3への地震力を最小限としてその躯体の所要断面を充分に軽減することができる。
しかも、中間部制震装置7として可変剛性ダンパーを用いてそれらの剛性を変位センサー8,9により検知される本体部3の振動状況に応じて刻々と最適制御することにより、本体部3の変位を十分に抑制できるし後揺れを速やかに収束させることができる。
In addition, the
In this case, since the middle
In addition, by using a variable stiffness damper as the intermediate
なお、地震時にはコア部2が逆さ振り子のように振動するような曲げ変形が生じることも想定されるが、そのようなコア部2の曲げ変形は本体部3から頂部免震装置6を介して垂直方向上方の反力を受けることにより充分に拘束されることになる。
In addition, it is assumed that bending deformation that causes the
図2〜図5は本発明の免制震構造による建物の具体的な設計例を示す。
これは、本体部3を外周チューブ架構10と内周チューブ架構11とを各階の繋ぎ梁12により連結したダブルチューブ架構により構成し、内周チューブ架構11の内側に全周にわたる回廊13を設け、その内側にコア部2との間にクリアランス4を確保したものである。
また、コア部2は高剛性のコアウォールあるいはトラス構造体により構成し、その頂部に一体に設ける頂部構造体2aを本体部3の上方に張り出す高剛性の大断面ハットトラスとしたものである。
2 to 5 show specific design examples of buildings by the seismic isolation structure of the present invention.
The
The
そして、本体部3の底部(外周チューブ架構10と内周チューブ架構11の底部)と基礎底盤1との間に図3に示すように底部免震装置5を介装して本体部3を基礎底盤1上に免震支持するとともに、本体部3の頂部(外周チューブ架構10と内周チューブ架構11の頂部)とコア部2の頂部構造体2aとの間に図4に示すように頂部構造体6を介装している。
また、本体部3の中間部には複数階おき(図示例では5階おき)に中間部制震装置7としての可変剛性ダンパーを設置している。その中間部制震装置7は、図5(b)に示すように内周チューブ架構11とコア部2の各四隅部に対して水平2方向を向くように2本ずつ(したがって各段に8台ずつ)設置されている。
さらに、図2に示すように、本体部3の底部と基礎底盤1との間には変位センサー8が設置され、本体部3の頂部とコア部2の頂部構造体2aとの間には変位センサー9が設置されている。
Then, as shown in FIG. 3, the
In addition, variable stiffness dampers as intermediate
Further, as shown in FIG. 2, a
図6は他の設計例を示す。これはコア部2の頂部構造体2aの本体部3の上方への張り出し長さを小さくして、頂部免震装置6を内周チューブ架構11の頂部との間にのみ設置し、そこに変位センサー9を設置したものである。この場合は上記設計例の場合よりも少数の頂部免震装置6で本体部3を上方から支持することになるが、頂部免震装置6の仕様を適切に設定することで同等の効果が得られる。
FIG. 6 shows another design example. This is to reduce the length of the
図7はさらに他の設計例を示す。これはコア部2が建物の頂部までは達しておらずその上部をボイド空間16としたものであり、コア部2の頂部に設けた設置台17と内周チューブ架構11の内側の四隅部に張り出して設けた設置台18との間に頂部免震装置6を介装し、そこに変位センサー9を設置したものであって、これによっても同等の効果が得られる。
FIG. 7 shows still another design example. This is because the
なお、本発明は上記各設計例のような基礎免震の形態とすることに限らず、図8に示すように上記各設計例における本体部3を低層部建物20上に設置して中間階免震の形態とすることも可能である。
The present invention is not limited to the form of basic seismic isolation as in each of the above design examples, but as shown in FIG. 8, the
1 基礎底盤(基礎構造体)
1a 杭
2 コア部
2a 頂部構造体
3 本体部
4 クリアランス
5 底部免震装置
6 頂部免震装置
7 中間部制震装置(可変剛性ダンパー)
8,9 変位センサー
10 外周チューブ架構
11 内周チューブ架構
12 繋ぎ梁
13 回廊
16 ボイド空間
17,18 設置台
20 低層部建物
1 Foundation floor (foundation structure)
DESCRIPTION OF
8, 9
Claims (1)
当該建物をチューブ架構による平面視環状の本体部と該本体部とは独立にその中心位置に構築するコア部とにより構成して、それら本体部とコア部との間に水平方向の相対振動を許容するためのクリアランスを確保し、
前記本体部を基礎構造体上に底部免震装置により免震支持して設置し、
前記コア部を前記本体部よりも相対的に高剛性として前記基礎構造体に剛結して自立状態で設置するとともに、該コア部の頂部と前記本体部との間に頂部免震装置を介装し、
前記本体部の高さ方向中間部と前記コア部との間に中間部制震装置としての可変剛性ダンパーを上下方向に間隔をおいて多段に介装し、
前記本体部の底部と前記基礎構造体との間、および前記本体部の頂部と前記コア部との間に、それらの間で生じる水平方向の相対変位を検知する変位センサーをそれぞれ設置して、前記変位センサーの検知結果に基づいて前記中間部制震装置としての可変剛性ダンパーの剛性を制御可能に構成してなることを特徴とする免制震構造。 A seismic isolation structure for high-rise or super-high-rise buildings,
The building is composed of a tube-shaped main body portion in a plan view and a core portion that is constructed at the center of the main body portion independently of the main body portion, and the horizontal relative vibration is generated between the main body portion and the core portion. Ensure clearance to allow,
The main body is installed on the foundation structure with seismic isolation support by a bottom seismic isolation device,
The core part is relatively rigid than the main body part and is rigidly connected to the foundation structure and installed in a self-supporting state, and a top seismic isolation device is interposed between the top part of the core part and the main body part. Dress
Between the intermediate portion in the height direction of the main body portion and the core portion, a variable rigidity damper as an intermediate portion damping device is interposed in multiple stages at intervals in the vertical direction,
Displacement sensors that detect relative displacement in the horizontal direction generated between the bottom portion of the main body portion and the foundation structure and between the top portion of the main body portion and the core portion, respectively, A seismic isolation structure characterized in that the rigidity of the variable stiffness damper as the intermediate part damping device can be controlled based on the detection result of the displacement sensor.
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