JP6334881B2

JP6334881B2 - 床制振システム

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Publication number: JP6334881B2
Application number: JP2013209255A
Authority: JP
Inventors: 豪人熊野; 隆史河野; 太志大堀; 健嗣田中; 千佐子浜辺; 竜太井上
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015071923A

Description

本発明は、建物の床部に生じる上下振動を低減する床制振システムに関する。

近年、建物の床部に生じる上下振動をＴＭＤ（Tuned Mass Damper）によって低減する技術が用いられている。ＴＭＤは、弾性体と、この弾性体を介して振動低減対象物に支持された付加質量体と、この付加質量体に減衰を付与する減衰手段とを有して振動系を構成し、振動低減対象物の上下方向の固有振動数にＴＭＤの振動系を同調させることによって、振動低減対象物に入力された上下振動エネルギーを付加質量体の運動エネルギーに変換して吸収し、振動低減対象物の振動を低減する。例えば、特許文献１には、圧縮コイルバネ、付加質量体、及び減衰手段を備えたＴＭＤを構造床上に設置した床制振システムが開示されている。

建物を構成する大梁や小梁は、接合部やスラブを介して繋がっており（以下、基礎、柱、梁、床等の建物を構成する複数の構造部材群の総称を「架構」とする）、梁が単体で揺れることはなく、架構として複数の部材が連成して振動する。連成の及ぶ範囲は、振動源の特性によって異なり、歩行振動の場合は４本の柱に囲まれたスラブ１層程度に留まるが、入力振動を地震動とした場合、この地震動は、建物の基礎、柱、梁、床の順に伝搬され、柱の軸伸縮モードや各階の床の固有振動数が連成したモードなど、上下方向に複数の卓越ピークが発生することが考えられ、振動低減対象となる床部には、さまざまな振動数に卓越ピークを有する振動が発生することになる。したがって、振動数帯域に渡って振動加速度のピーク値を複数有する地震動等による上下振動が床部に生じている場合、このような床部に特許文献１のＴＭＤを設置しても十分な振動低減効果を得ることができない。

特開平１０−２５２２５３号公報

本発明は係る事実を考慮し、床部に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することを課題とする。

第１態様の発明は、建物の床部へ振動を伝達する振動伝達経路を構成する複数の構造部材に取り付けられ、前記建物の有する架構内でそれぞれの前記構造部材が卓越する上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤを有する床制振システムである。

第１態様の発明では、複数の構造部材に、取り付けられる構造部材の上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤをそれぞれ取り付けることにより、床部に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図り、床部に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。

これにより、１つの構造部材にのみ、この構造部材の上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤを取り付けた場合に比べて、床部に生じる上下振動に対して大きな振動低減効果を発揮することができる。

また、建物の床部に生じる上下振動の増幅要因が複数の構造部材（例えば、床部を支持する複数の梁）にある場合、これらの構造部材の上下振動が合わさった、複数の振動数（増幅要因となる構造部材の各固有振動数）に加速度ピーク値を持つ上下振動が床部に生じるが、第１態様の床制振システムでは、床部に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図ることにより、この床部に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。

さらに、上下動加速度入力が問題となる直下型の地震動では、２．５〜１２．５Ｈｚ程度の短周期領域が卓越することが多いが、卓越振動数は地震動によって変動する。このような地震動により入力振動の卓越振動数がＴＭＤの共振振動数とずれた場合においても、第１態様の床制振システムでは、床部に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図ることにより入力振動の卓越振動数のずれに対するロバスト性を発揮し、この床部に生じる上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。

第２態様の発明は、第１態様の床制振システムにおいて、１つの前記構造部材に、共振振動数の異なる複数の前記ＴＭＤが取り付けられている。

第２態様の発明では、１つの構造部材に共振振動数の異なる複数のＴＭＤを取り付けることにより、構造部材の剛性などの値の設計誤差、床部の積載荷重変動、設計時の解析誤差等の要因により、構造部材の上下方向の固有振動数とＴＭＤの共振振動数がずれた場合においても、構造部材の上下方向の固有振動数のずれに対するロバスト性を向上させることができ、また、床部に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化をより図ることができる。これにより、床部に生じる上下振動に対して、より大きな振動低減効果を発揮することができる。

なお、第２態様の発明において、１つの構造部材に取り付けるＴＭＤは複数であれば幾つでもよい。また、１つの構造部材に複数のＴＭＤを取り付ける場合、ＴＭＤの共振振動数は、全て同じにしてもよいし、全て異ならせてもよいし、幾つかを同じにして残りを異ならせてもよい。１つの構造部材に、共振振動数の異なる複数のＴＭＤを取り付け、各ＴＭＤが、取り付けられた構造部材の上下方向の固有振動数に同調するようにすれば、ＴＭＤが取り付けられた構造部材の上下方向の固有振動数のずれに対するロバスト性を向上させることができ、また、床部に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化をより図ることができる。これにより、床部に生じる上下振動に対して、より大きな振動低減効果を発揮することができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の床制振システムにおいて、ＴＭＤを配置していない状態の前記建物に対して振動解析を行い、前記振動伝達経路への入力振動に対する上下方向加速度の増幅率が最大の前記構造部材から順に前記ＴＭＤの取り付け対象部材にする。

第３態様の発明では、固有値解析によって選定された、ＴＭＤの取り付け対象部材（構造部材）にＴＭＤを取り付けることにより、少ない数のＴＭＤで第１及び第２態様の効果を効果的に得ることができる。

本発明は上記構成としたので、床部に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。

本発明の実施形態に係る床制振システムを示す平面図である。本発明の実施形態に係るＴＭＤの取り付け方法を示す側面図である。本発明の実施形態に係るＴＭＤの取り付け方法を示す平面図である。本発明の実施形態に係る床制振システムの効果を示す線図である。本発明の実施形態に係る床制振システムの効果を示す線図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る床制振システムについて説明する。

図１の平面図には、建物１２の有する、鋼製の柱１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、鋼製の大梁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、及び鉄筋コンクリート製の床部１８が示されている。本実施形態では、平面視にて、４つの柱１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄと、４つの大梁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄによって囲まれた床部１８を振動評価対象とし、建物１２に地震力が作用した際に床部１８の略中央に位置する振動評価点Ｐの振動を低減する床制振システム１０について説明する。

大梁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、隣り合って配置された柱１４Ａと柱１４Ｂ、柱１４Ｂと柱１４Ｃ、柱１４Ｃと柱１４Ｄ、柱１４Ｄと柱１４Ａの間に架設されており、床部１８は、大梁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄと、大梁１６Ａと大梁１６Ｃの間に架設された３つの鋼製の小梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの上に設けられて、これらの大梁１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄと、小梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに支持されている。

床制振システム１０は、建物１２の床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する複数の構造部材としての大梁１６Ｃと小梁２０Ｂに取り付けられたＴＭＤ（Tuned Mass Damper）２２、２４を有して構成されている。すなわち、振動伝達経路を構成する構造部材のうちの２つ以上の構造部材のそれぞれにＴＭＤが取り付けられている。

本実施形態は、床制振システム１０の低減対象の振動を地震動としているので、振動伝達経路への入力振動は、建物１２を支持する地盤の地震時の地盤振動となり、振動伝達経路は、建物１２の基礎から床部１８へ入力振動が伝搬する経路中に存在する、建物１２の基礎、柱、梁、床等によって構成される。

ＴＭＤは、弾性体と、この弾性体を介して振動低減対象部材（本実施形態では、構造部材）に支持された付加質量体と、この付加質量体に減衰を付与する減衰手段とを有して振動系を構成し、この振動系を振動低減対象部材の上下方向の固有振動数に同調させることによって、振動低減対象部材に入力された上下振動エネルギーを付加質量体の運動エネルギーに変換して吸収する動吸振器である。

ＴＭＤの振動数ｆ_ＴＭＤは、振動低減対象モードの振動数ｆに対して、ｆ_ＴＭＤ＝ｆ／（１＋μ）とした場合が最適同調となる（μは、振動低減対象モードの有効質量Ｍに対するＴＭＤの質量Ｍ_ＴＭＤの割合（μ＝Ｍ_ＴＭＤ／Ｍ）を示している）。また、最適減衰は、３μ／８（１＋μ）の平方根の値となる。これらの最適同調式及び最適減衰式に基づいて、ＴＭＤの重量、最適同調及び最適減衰を定めている。

図１に示すように、ＴＭＤ２２は、大梁１６Ｃに２つ取り付けられている。ＴＭＤ２２は、大梁１６Ｃの梁長方向中央部付近における大梁１６Ｃの側方に、大梁１６Ｃの下面から下方へはみ出さずに天井懐に収容されるようにして配置されている。また、ＴＭＤ２２の付加質量体の重さを１ｔｏｎとし、上記の最適同調式及び最適減衰式に基づいて、この付加質量体に付与する減衰の減衰定数を０．０５としている。さらに、ＴＭＤ２２の共振振動数を、大梁１６Ｃが卓越する（大梁の振動が主体の架構振動）上下方向の１次固有振動数と同じ３．９Ｈｚとしている。すなわち、大梁１６Ｃには、１ｔｏｎの付加質量体を備え、減衰定数が０．０５、共振振動数が３．９ＨｚのＴＭＤ２２が２つ取り付けられている。なお、ＴＭＤ２２の共振振動数は、大梁１６Ｃが卓越する上下方向の１次固有振動数に同調する振動数であればよい。

ＴＭＤ２４は、小梁２０Ｂに２つ取り付けられている。ＴＭＤ２４は、小梁２０Ｂの梁長方向中央部付近における小梁２０Ｂの側方に、小梁２０Ｂの下面から下方へはみ出さずに天井懐に収容されるようにして配置されている。ＴＭＤ２４の付加質量体の重さを１ｔｏｎとし、上記の最適同調式及び最適減衰式に基づいて、この付加質量体に付与する減衰の減衰定数を０．０５としている。さらに、ＴＭＤ２４の共振振動数を、小梁２０Ｂが卓越する（小梁の振動が主体の架構振動）上下方向の１次固有振動数と同じ８．５Ｈｚとしている。すなわち、小梁２０Ｂには、１ｔｏｎの付加質量体を備え、減衰定数が０．０５、共振振動数が８．５ＨｚのＴＭＤ２４が２つ取り付けられている。なお、ＴＭＤ２４の共振振動数は、小梁２０Ｂが卓越する上下方向の１次固有振動数に同調する振動数であればよい。

すなわち、床制振システム１０では、複数の構造部材に、複数のＴＭＤが取り付けられており、各ＴＭＤが、建物１２の有する架構内でそれぞれの構造部材が卓越する上下方向の固有振動数に同調する。なお、本実施形態の説明において、「架構」とは、基礎、柱、梁、床等の建物１２を構成する複数の構造部材群の総称を意味する。

ＴＭＤ２２、２４は、取り付けられる構造部材（大梁１６Ｃ、小梁２０Ｂ）に発生する振動をＴＭＤ２２、２４に確実に伝達される方法によって、この構造部材に取り付けられていればよい。例えば、図２の側面図、及び図３の平面図に示すようにして、ＴＭＤを構造部材に取り付けてもよい。図２及び図３には、ＴＭＤ設置用支持梁２６Ａ、２６Ｂを小梁２０Ａと小梁２０Ｂとの間、及び小梁２０Ｂと小梁２０Ｃとの間に架設し、ＴＭＤ２４が備えられた架台２８をＴＭＤ設置用支持梁２６ＡとＴＭＤ設置用支持梁２６Ｂの間に架設することによって、小梁２０Ｂに２つのＴＭＤ２４がそれぞれ取り付けられている様子が描かれている。

ＴＭＤ２４は、架台２８上に設置された弾性体としてのバネ３０と、バネ３０を介して架台２８上に弾性支持された付加質量体としての錘３２と、架台２８上に設置され錘３２に減衰を付与するオイルダンパー３４と、架台２８上に設置され錘３２の上下移動高さを規定するストッパー部材３６とを有して構成されている。なお、ＴＭＤ２２も、ＴＭＤ２４と同じ構成になっている。

ＴＭＤ２２、２４は、どのような大きさのものを用いてもよいが、ＴＭＤ２４のように、天井懐に収容できる大きさのＴＭＤを、必要とする付加質量体の重さをトータルで確保できる数だけ構造部材に取り付けるのが好ましい。ＴＭＤをコンパクトにすれば、振動低減に対する要求性能に応じて適切な位置に複数のＴＭＤを配置することができ、室内プランに大きな制約を与えずにＴＭＤを配置することができる。

図１に示す床制振システム１０は、例えば、次に示す方法によって構築する。

まず、ＴＭＤを配置していない状態の建物１２に対して検討対象入力振動に対する振動解析を行い、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のそれぞれ（以下、「応答評価点」とする）に対して、入力振動（地盤振動）に対する上下方向加速度応答値を求める。この上下方向加速度応答値が応答加速度許容値（目標値）を上回る場合は、ＴＭＤの取り付け対象部材選定の検討を行う。

ＴＭＤを配置していない状態の建物１２に対して振動解析を行い、入力振動（地盤振動）に対する振動評価点Ｐの上下方向加速度の振動数ごとの増幅率（以下、「加速度増幅率」とする）を求める。そして、加速度増幅率が１番目に大きい振動数と、加速度増幅率が２番目に大きい振動数をＴＭＤの対象振動数とする。次に、ＴＭＤを配置していない状態の建物１２に対して固有値解析を行い、ＴＭＤの対象振動数ごとに、建物１２の構成部材を立体的に評価した連成モード形状において最もよく揺れる構造部材をＴＭＤの取り付け対象部材（以下、「取り付け対象部材」とする）とする。

なお、ＴＭＤの取り付け対象部材選定方法として、各応答評価点における加速度増幅率を求め、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のうち、加速度増幅率が１番目に大きい構造部材と、加速度増幅率が２番目に大きい構造部材をＴＭＤの取り付け対象部材としてもよい。

次に、各取り付け対象部材に生じる上下方向加速度を低減するようにＴＭＤのパラメータ（ＴＭＤの共振振動数、付加質量体の重さ、ＴＭＤの減衰定数、ＴＭＤ（付加質量体）の数、ＴＭＤ（付加質量体）の配置）を設定し、パラメータを設定したＴＭＤを取り付け対象部材に取り付けた状態の建物１２に対して振動解析を行い、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果を確認する。

次に、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果が目標をクリアしていれば、このときのＴＭＤのパラメータを床制振システム１０のＴＭＤのパラメータとする。床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果が目標をクリアしていなければ、加速度増幅率が３番目に大きい構造部材を取り付け対象部材に加え、この取り付け対象部材に生じる上下方向加速度を低減するようにＴＭＤのパラメータを設定し、パラメータを設定したＴＭＤを取り付け対象部材に取り付けた状態（加速度増幅率が１番目、２番目、３番目の構造部材にＴＭＤを取り付けた状態）の建物１２に対して振動解析を行い、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果を確認する。

次に、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果が目標をクリアしていれば、このときのＴＭＤのパラメータを床制振システム１０のＴＭＤのパラメータとする。床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果が目標をクリアしていなければ、目標をクリアするまで、これまで説明した工程（取り付け対象部材の追加、追加した取り付け対象部材に取り付けられるＴＭＤのパラメータの設定、及び振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果の確認）を繰り返す。

すなわち、床制振システム１０の構築は、建物１２に対して固有値解析を行い、入力振動に対する加速度増幅率が最大の構造部材から順にＴＭＤの取り付け対象部材にすることによって行う。なお、取り付け対象部材に取り付けるＴＭＤは、取り付け対象部材の振動モードのピーク点に配置するように取り付けるのが好ましいが、この位置に配置できない場合には、取り付け対象部材の振動モードのピーク点付近に配置するように取り付けてもよい。また、取り付け対象部材へのＴＭＤの設置が困難な場合には、その取り付け対象部材にＴＭＤを設置せずに、次に加速度増幅率が大きい構造部材を取り付け対象部材としてもよい。

本実施形態の例では、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材に対して求めた上下方向加速度応答値のうち、柱１４Ａの脚部が最も小さい値である２２７．１ｇａｌとなり、小梁２０Ｂの中央部が１番目に大きい値である１２９８．３ｇａｌとなり（柱１４Ａの脚部の上下方向加速度応答値の約５．７倍）、大梁１６Ｃの中央部が２番目に大きい値である４８３．７ｇａｌとなった（柱１４Ａの脚部の上下方向加速度応答値の約２．１倍）ので、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のうち、加速度増幅率が１番目に大きい構造部材を小梁２０Ｂとし、２番目に大きい構造部材を大梁１６Ｃとして、この２つの構造部材（小梁２０Ｂ、大梁１６Ｃ）を取り付け対象部材とした。

次に、小梁２０Ｂと大梁１６Ｃの上下方向加速度を低減するようにＴＭＤ２４のパラメータ（付加質量体重量１ｔｏｎ、減衰定数０．０５、共振振動数８．５Ｈｚ）と、ＴＭＤ２２のパラメータ（付加質量体重量１ｔｏｎ、減衰定数０．０５、共振振動数３．９Ｈｚ）を設定し、図１に示すように配置した。

そして、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果を確認した結果、図４のグラフに示すように、床部１８の振動評価点Ｐにおける上下方向加速度の低減効果が目標を達成したので、ＴＭＤ２２、２４のパラメータに決定し、床制振システム１０を構築している。

図４は、振動解析によって求めた、測定時間（横軸）に対する床部１８の振動評価点Ｐにおける上下動加速度応答（縦軸）の値３８、４０を示したものであり、値４０は、ＴＭＤを建物１２の構造部材に取り付けていない状態での上下動加速度応答の値を示し、値３８は、ＴＭＤ２２を大梁１６Ｃに取り付け、ＴＭＤ２４を小梁２０Ｂに取り付けた状態での上下動加速度応答の値を示している。図４から、ＴＭＤ２２、２４を取り付けることにより上下動加速度応答を最大で３０％程度低減できていることがわかる。

次に、本発明の実施形態に係る床制振システムの作用と効果について説明する。

本実施形態の床制振システム１０では、図１に示すように、複数の構造部材（大梁１６Ｃ、小梁２０Ｂ）に、取り付けられる構造部材の上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤ２２、２４をそれぞれ取り付けることにより、床部１８に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図り、床部１８に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することができ、地震時に発生する振動を低減することで床部１８上に設置された機器等の故障・損傷を回避できる。

入力振動が地震動である場合、卓越振動数は地震動によって変動するが、検討対象地震動以外の地震動に対しても、１つの構造部材にのみ、この構造部材の上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤを取り付けた場合に比べて、複数の構造部材に振動数の異なるＴＭＤを設置して架構の振動ピーク値を平準化する事で、床部１８に生じる上下振動に対して大きな振動低減効果を発揮することができる。

また、建物１２の床部１８に生じる上下振動の増幅要因が複数の構造部材（例えば、床部１８を支持する複数の梁）にある場合、これらの構造部材の上下振動が合わさった、複数の振動数（増幅要因となる構造部材の各固有振動数）に加速度ピーク値を持つ上下振動が床部１８に生じるが、本実施形態の床制振システム１０では、床部１８に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図ることにより、この床部１８に生じる振動数帯域の上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。

特に、大スパン梁によって支持された床面積の大きい床部の場合、この床部を支持する複数の構造部材が、床部に生じる上下振動の増幅要因となり、複数の振動数に加速度ピーク値を持つ上下振動がこの床部に生じるので、有効である。

さらに、構造部材の剛性などの値の設計誤差、床部１８の積載荷重変動、設計時の解析誤差等の要因により、構造部材の上下方向の固有振動数と、この構造部材に取り付けられたＴＭＤの共振振動数がずれた場合においても、本実施形態の床制振システム１０では、床部１８に生じる上下振動の加速度ピーク値の平滑化を図ることにより、構造部材の上下方向の固有振動数のずれに対するロバスト性を発揮し、この床部１８に生じる上下振動に対して振動低減効果を発揮することができる。例えば、図５のグラフに示すように、構造部材にＴＭＤが取り付けられていない状態で、床部１８に値４２の振動が発生する場合、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のうちの１つの構造部材に１つのＴＭＤを取り付けると、同床部１８における振動評価曲線は、値４２のときと同じ入力振動において値４４のような振動低減効果が得られる。これに対して、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のそれぞれに、共振振動数の異なる複数のＴＭＤを取り付けると、値４２のときと同じ入力振動において値４６のような高い振動低減効果が得られる。

また、本実施形態の床制振システム１０では、固有値解析によって選定された複数の取り付け対象部材（構造部材）にＴＭＤを取り付けることにより、一か所あたりに設置するＴＭＤ質量を低減でき、集中配置されたＴＭＤよりも少ないトータルＴＭＤ質量で、床部１８に生じる振動数帯域の上下振動に対する振動低減効果を発揮することができる。すなわち、ＴＭＤを分散配置する事でプランに制約を与えずコンパクトにＴＭＤを配置することができる。

さらに、本実施形態では、床部１８の振動評価点Ｐにおいて必要とする振動低減効果が得られるように、ＴＭＤのパラメータ（ＴＭＤの共振振動数、付加質量体の重さ、ＴＭＤ（付加質量体）の数、ＴＭＤ（付加質量体）の配置）を設定することにより、振動低減が求められる床部の場所をピンポイントで振動制御することができる。また、振動低減が求められる床部の場所を振動低減するだけの数のＴＭＤを構造部材に取り付ければよいので、ＴＭＤの数を少なくすることができる。

このように、本実施形態の床制振システム１０は、建物の有する床部に対して高い制振効果を発揮するものなので、データセンターや先端生産施設等の高度な上下方向の振動加速度制御が求められる建物等に対して特に有効に用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図１に示すように、１つの構造部材（大梁１６Ｃ、小梁２０Ｂ）に２つのＴＭＤ２２、２４を取り付けた例を示したが、１つの構造部材に取り付けるＴＭＤは幾つでもよい。また、１つの構造部材に複数のＴＭＤを取り付ける場合、ＴＭＤの共振振動数は、全て同じにしてもよいし、全て異ならせてもよいし、幾つかを同じにして残りを異ならせてもよい。

ＴＭＤの共振振動数の設定例としては、例えば、上下方向の固有振動数の変動幅がＡ_１Ｈｚ〜Ａ_２Ｈｚに想定される１つの構造部材に複数のＴＭＤを取り付ける場合には、１つのＴＭＤの共振振動数をＡ_１Ｈｚとし、１つのＴＭＤの共振振動数をＡ_２Ｈｚとしたり、または、上下方向の固有振動数の変動幅を等比数列で分割した振動数をＴＭＤの共振振動数にしたりする。例えば、上下方向の固有振動数の変動幅が８Ｈｚ〜１２．５Ｈｚに想定される場合には、ＴＭＤの共振振動数を８Ｈｚ、１０Ｈｚ、１２．５Ｈｚに設定してもよい。

また、本実施形態では、ＴＭＤ２２、２４の共振振動数を、構造部材（大梁１６Ｃ、小梁２０Ｂ）の上下方向の１次固有振動数に同調する振動数としているが、「構造部材の上下方向の固有振動数に同調する」とは、構造部材に上下振動が発生したときに、ＴＭＤを構成する付加質量体が上下振動して、構造部材に入力された上下振動エネルギーを付加質量体の運動エネルギーに変換して吸収することを意味する。

すなわち、このような効果が得られれば、構造部材に取り付けるＴＭＤの共振振動数は、構造部材の上下方向の固有振動数と同じ値にしてもよいし、構造部材の上下方向の固有振動数からずらした値にしてもよい。また、ＴＭＤの減衰定数は、最適同調式及び最適減衰式に基づいて設定してもよいし、最適同調式及び最適減衰式からずらした値にしてもよい。

例えば、設計時に求めた構造部材の上下方向の固有振動数が共振振動数となるようにチューニングしたＴＭＤを構造部材に取り付けてもよい。また、例えば、建物運用時における床部の積載荷重の変動による、構造部材の上下方向の固有振動数の変動幅を想定しておき、この変動幅に対応可能となるように共振振動数を各々チューニングした複数のＴＭＤ（各ＴＭＤの共振振動数を、設計時に求めた構造部材の固有振動数からずらした値にする）を構造部材に取り付けてもよい。また、ＴＭＤの減衰定数についても、床部１８の積載荷重変動などを予め見込んだ上で、最適同調，最適減衰からずらした値を採用してもよい。さらに、例えば、設計時に求めた構造部材の上下方向の固有振動数が共振振動数となるようにチューニングしたＴＭＤを構造部材に取り付けた後に、評価試験によって振動評価点の振動低減効果を確認しながらＴＭＤの共振振動数を調整してもよい（ＴＭＤの共振振動数を、設計時に求めた構造部材の固有振動数からずらしてもよい）。

さらに、本実施形態では、図２及び図３に示すように、ＴＭＤ設置用支持梁２６Ａ、２６Ｂ、及び架台２８を用いて、ＴＭＤ２４を小梁２０Ｂに取り付けた例を示したが、部材を介して構造部材にＴＭＤが取り付けられる構成は、この構造部材にＴＭＤが取り付けられていることを意味する。例えば、図２及び図３のように、ＴＭＤ設置用支持梁２６Ａ、２６Ｂ、及び架台２８を介してＴＭＤが構造部材に取り付けられている構成や、床スラブを介して構造部材にＴＭＤが取り付けられている（構造部材付近の床スラブ上面にＴＭＤが設置されている）構成も、構造部材にＴＭＤが取り付けられていることになる。

また、本実施形態では、建物１２に対して固有値解析を行い、入力振動に対する加速度増幅率が最大の構造部材から順にＴＭＤの取り付け対象部材にする例を示したが、他の方法によってＴＭＤの取り付け対象部材を選定してもよい。例えば、床部１８へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材のうち、加速度増幅率が所定値（例えば、振動伝達経路を構成する構造部材の加速度増幅率のうち、最も小さい加速度増幅率の１．５〜２倍の値）よりも大きい複数の構造部材を取り付け対象部材とし、これらの部材にＴＭＤを取り付けるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、ＴＭＤの共振振動数を、構造部材の１次固有振動数に同調する振動数にした例を示したが、高度な上下方向加速度の制御が求められる箇所には、構造部材の２次固有振動数も考慮に入れてＴＭＤの共振振動数を設定すれば、振動低減効果をさらに高めることができる。

また、本実施形態の床制振システム１０は、地震動以外（卓越振動数が地震動と異なる）の振動を低減対象の振動とすることができる。例えば、床上を人が歩く歩行振動や、床上に設置されたモーターやコンプレッサーのような機械の振動等に起因して発生する機械振動等に対しても、振動低減対象となる床部に発生する振動を低減し、居住性を向上させることができる。歩行振動を床制振システムの低減対象の振動とする場合、人の歩行による床部への歩行振動が入力振動となり、この床部から振動低減対象となる床部までの入力振動の伝搬経路が振動伝達経路になる。

さらに、本実施形態では、鋼製の梁（大梁１６Ｃ、小梁２０Ｂ）にＴＭＤ２２、２４を取り付けて、鉄筋コンクリート製の床部１８に発生する上下方向の振動を低減する例を示したが、ＴＭＤの取り付け対象部材は、振動低減対象となる床部へ上下方向の振動を伝達する振動伝達経路を構成する構造部材であればよく、構造部材や床部は、さまざまな構造の部材であってもよい。すなわち、本実施形態の床制振システム１０は、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建物に対して適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０床制振システム
１２建物
１６Ｃ大梁（構造部材）
１８床部
２０Ｂ小梁（構造部材）
２２、２４ＴＭＤ

Claims

建物の床部へ振動を伝達する振動伝達経路を構成する複数の構造部材に取り付けられ、前記建物の有する架構内でそれぞれの前記構造部材が卓越する上下方向の固有振動数に同調するＴＭＤを有する床制振システムを構築する床制振システムの構築方法において、
前記ＴＭＤを配置していない状態の前記建物に対して振動解析を行い、前記振動伝達経路への入力振動に対する上下方向加速度の増幅率が最大の前記構造部材から順に前記ＴＭＤの取り付け対象部材にする床制振システムの構築方法。
１つの前記構造部材に、共振振動数の異なる複数の前記ＴＭＤが取り付けられている請求項１に記載の床制振システムの構築方法。