JP6449023B2 - 建物の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、風および地震に対して建物の揺れを効果的に抑制することができる建物の制振構造に関するものである。

ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）は、建物の揺れに同調する質量を備えた錘を最上階に設置して建物の揺れを低減させるものであり、外部動力を必要としないところから、例えば下記特許文献１に見られるように、簡便な制振装置として多く実用に供されている。

ところで、地震に対する制振構造に用いられる地震用のＴＭＤは、錘の質量が大きく、かつ摩擦力や減衰力が大きいために、強風等に起因する建物の揺れに対しては効果的に作動しないことが多い。

このため、従来、風に対する建物の揺れを抑えて居住性を高めるとともに、地震時に制振効果を発揮して揺れを抑制するためには、図９に示すように、建物１の屋上１ａに、地震用ＴＭＤ２に設置するとともに、これとは別に小さな揺れに対して作動する風用ＴＭＤ３を設置する制振構造が採用されている。

しかしながら、上記従来の制振構造にあっては、建物１の屋上１ａに地震用ＴＭＤ２と風用ＴＭＤ３とを設置するためのスペースを確保する必要があるために、特に風に対する揺れの抑制が要請される塔状比の大きな建物に対しては、屋上スペースの制約から採用することができないという問題点があった。

そこで、狭い屋上スペースを有効活用するべく、図１０に示すように、地震用ＴＭＤ２の上に風用ＴＭＤ３を搭載する構成も考えられるが、例えば風用ＴＭＤ３が地震用ＴＭＤ２の動きを制振しようと作動してしまう等の両者の相互作用によって、建物１に対する制振効果が損なわれてしまうという問題点があった。

特開２０１１−２７１３６公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、狭いスペースであっても地震用ＴＭＤと風用ＴＭＤとを設置することができ、しかも効果的に風および地震に起因する建物の揺れを抑制することができる建物の制振構造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に記載の本発明に係る建物の制振構造は、建物の最上部の上方に設置されて当該建物の制振を行う地震用ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）と、上記最上部の上方に設置されて上記建物の制振を行う風用ＴＭＤと、上記最上部及び上記地震用ＴＭＤの間で当該最上部及び当該地震用ＴＭＤに固定され、地震時における揺れの大きさに設定された第１の閾値以下の揺れに対して上記地震用ＴＭＤの作動を抑制し、かつ上記第１の閾値を超えた揺れに対して上記地震用ＴＭＤの作動の抑制を解除する第１の固定手段と、上記地震用ＴＭＤ及び上記風用ＴＭＤの間で当該地震用ＴＭＤ及び当該風用ＴＭＤに固定され、上記地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値を超えた揺れに対して上記風用ＴＭＤの作動を抑制し、かつ上記第２の閾値以下の揺れに対して上記風用ＴＭＤの作動の抑制を行うことなく上記風用ＴＭＤを作動させる第２の固定手段とを備え、上記第１の固定手段と上記第２の固定手段とは、オイルが充填されたシリンダーと、当該シリンダー内に移動自在に設けられたピストンと、当該ピストンに一体化されたロッドと、上記シリンダー内のオイルを循環させるバイパス管と、当該バイパス管の開閉を行うシャットオフ弁とを有する可変減衰ダンパーであり、上記第１の固定手段において、上記ロッドが上記最上部に固定されて上記シリンダーが上記地震用ＴＭＤに固定され、上記シャットオフ弁が、上記第１の閾値以下の揺れに対しては上記ロッドの上面に形成された凸部上に配置されて上記バイパス管を閉じており、上記第１の閾値を超えた揺れに対しては上記ロッドの上面において上記凸部から降下して上記バイパス管を開き、上記第２の固定手段において、上記ロッドが上記地震用ＴＭＤに固定されて上記シリンダーが上記風用ＴＭＤに固定され、上記シャットオフ弁が、上記第２の閾値以下の揺れに対しては上記ロッドの上面に形成された凹部上に配置されて上記バイパス管を開いており、上記第２の閾値を超えた揺れに対しては上記ロッドの上面において上記凹部から上昇して上記バイパス管を閉じることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、建物の最上部に地震時の揺れに対して作動する地震用ＴＭＤを設置し、この地震用ＴＭＤの上に、風の揺れに対して作動する風用ＴＭＤを設置しているために、図１０に示したものと同様に、スペースを有効活用してこれら地震用ＴＭＤおよび風用ＴＭＤを設置することができる。この結果、塔状比の大きな建物にも設置することが可能になる。

しかも、建物に、風に起因する上記第１の閾値以下の揺れが生じている際には、第１の固定手段によって地震用ＴＭＤの作動が抑制されるとともに、上記揺れが地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値以下であるために、上記地震用ＴＭＤ上において風用ＴＭＤを効果的に作動させて上記揺れを制振することができる。

また、地震時に建物の揺れが増大して、その大きさが上記第１の閾値を超えると、地震用ＴＭＤに対する上記抑制を解除されて、上記揺れに対する制振効果が発揮される。この際に、建物の揺れが上記第２の閾値を超えることにより、第２の固定手段によって上記風用ＴＭＤの作動が抑制されるために、風用ＴＭＤが地震用ＴＭＤの動きを制振することが無く、よって効果的に地震用ＴＭＤによる制振効果を得ることができる。

このように、地震用ＴＭＤに設けた第１の固定手段および風用ＴＭＤに設けた第２の固定手段の協働により、両者の相互作用によって建物に対する制振効果が損なわれることを防止することができ、効果的に風および地震に起因する建物の揺れを抑制することができる。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 図１の強風時における作動状態を示す概略構成図である。 図１の地震時における作動状態を示す概略構成図である。 図１の第１の固定手段の強風時における状態を示す縦断面図である。 図７のシャットオフ弁の先端形状を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図１の第１の固定手段の地震時における状態を示す縦断面図である。 図１の第２の固定手段の強風時における状態を示す縦断面図である。 図１の第２の固定手段の地震時における状態を示す縦断面図である。 従来の建物の制振構造を示す概略構成図である。 従来の他の建物の制振構造を示す概略構成図である。

図１〜図８は、本発明に係る制振構造の一実施形態を示すものである。
この制振構造においては、図１に示すように、建物１０の屋根（最上部）１０ａ上に、地震時の揺れに対して作動する地震用ＴＭＤ１１が設置されている。そして、この地震用ＴＭＤ１１上に、風の揺れに対して作動する風用ＴＭＤ１２が設置されている。

さらに、この制振構造においては、屋根１０ａと地震用ＴＭＤ１１との間に、地震時における揺れの大きさに設定された第１の閾値以下の揺れに対しては、図２に示すように地震用ＴＭＤの作動を抑制し、かつ上記第１の閾値を超えた揺れに対しては、図３に示すように上記抑制を解除する第１の固定手段１３が設けられている。

上記第１の固定手段１３としては、例えばすべり支承に摩擦ダンパー・ブレーキ等の摩擦力を利用した装置を組み合わせたものであって、第１の閾値（例えば、１０〜２０Gal）の揺れが生じた際にすべりを生じるように、ＴＭＤの重量の１〜２％の摩擦力を発生させるようにしたものを用いることができる。

この第１の固定手段１３においては、強風等に起因する揺れにおいては、建物１と地震用ＴＭＤ１１との間に上記摩擦力を超える力が作用しないために、地震用ＴＭＤが作動することがない。これに対して、地震時に建物１と地震用ＴＭＤ１１との間に上記摩擦力を上回る力が作用すると、上記摩擦力による固定が解除されて地震用ＴＭＤ１１が作動し、制振効果を発揮することになる。

また、上記第１の固定手段１３としては、例えば図４〜図６に示すような可変減衰ダンパー２０を用いることができる。
この可変減衰ダンパー２０は、オイルが充填されたシリンダー２１内にピストン２２が移動自在に設けられ、ピストン２２に一体化されたロッド２３が屋上１ａに固定されるとともに、シリンダー２１が地震用ＴＭＤ１１に固定され、ピストン２２の前後のシリンダー２１内を連通させるバイパス管２４にシャットオフ弁２５が設けられたものである。

ここで、シャットオフ弁２５は、図５に示すように、上部にバイパス管２４を連通させる貫通孔２５ａが穿設されるとともに、他の部分が中実の円柱状に形成されている。
そして、平常時においては、図２および図４に示すように、シャットオフ弁２５がロッド２３に形成された凸部２６上に配置されてバイパス管２４を閉じることにより、高い減衰係数によって地震用ＴＭＤ１１の作動を抑制する。

また、上記第１の閾値を超えた揺れに対しては、図３および図６に示すように、シャットオフ弁２５が凸部２６から下方のロッド２３の上面２３ａ上に離脱してバイパス管２４を開くことにより、低い減衰係数に切り替わって地震用ＴＭＤ１１を作動させ、制振効果を発揮させることができる。ちなみに、シャットオフ弁２５は、地震時にロッド２３の上面２３ａに降下してバイパス管２４を開くと、その状態が保持され、地震後に手動で図４に示す状態に復帰させるものである。

この第１の固定手段１３においては、上記第１の閾値に至らない小さな揺れに対しては、高い減衰係数によって地震用ＴＭＤ１１の作動が抑制され、地震時に上記第１の閾値を超える揺れが生じると低い減衰係数に切り替わって、地震用ＴＭＤ１１に対する上記抑制が解除されることにより、地震用ＴＭＤ１１が制振効果を発揮することになる。

そして、この地震用ＴＭＤ１１の上面と風用ＴＭＤ１２との間には、地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値（例えば、１０Gal）を超えた揺れに対しては、図３に示すように風用ＴＭＤ１２の作動を抑制し、かつ上記第２の閾値以下の揺れに対しては、図２に示すように上記抑制を行うことなく風用ＴＭＤ１２を作動させる第２の固定手段１４が設けられている。

なお、上記第２の閾値は、地震時における揺れの大きさに設定されたものである限りにおいて、第２の固定手段１３の態様に応じて、第１の閾値と同じ値であっても、あるいは異なる値であってもよい。

この第２の固定手段１４としては、例えばすべり支承と摩擦ダンパー・ブレーキ等の摩擦力を利用した装置とを組み合わせたものであって、上記第２の閾値に満たない揺れに対してはすべり支承のみが機能し、センサーで検知した揺れが１０Gal以上となった際に、電気的に上記装置を作動させて摩擦力により風用ＴＭＤ１２を固定するものや、あるいは第２の閾値に相当する変位量以上となった際に上記装置を接続して風用ＴＭＤ１２を固定するものを用いることができる。

また、上記第２の固定手段１４としては、図７および図８に示すような可変減衰ダンパー３０を用いることもできる。なお、図４〜図６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。
この可変減衰ダンパー３０は、ピストン２２に一体化されたロッド２３が地震用ＴＭＤ１１に固定されるとともに、シリンダー２１が風用ＴＭＤ１２に固定されている。

そして、平常時においては、シャットオフ弁２５が、図７に示すようにロッド２３に形成された凹部３１に配置されてバイパス管２４は開いた状態に保持されることにより、低い減衰係数に設定されている。また、地震時においては、シャットオフ弁２５が、図８に示すように凹部３１からロッド２３の上面２３ａに乗り上げて上昇し、バイパス管２４を閉じることにより、高い減衰係数に切り替わるようになっている。この可変減衰ダンパー３０においても、シャットオフ弁２５は、ロッド２３の上面２３ａに乗り上げてバイパス管２４を閉じると、その状態が保持され、地震後に手動で図７に示す状態に復帰させるものである。

上記可変減衰ダンパー３０によれば、地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値以下の揺れに対しては、図２および図７に示すように、低い減衰係数によって風用ＴＭＤ１２を作動させて制振効果を発揮させ、上記第２の閾値を超えた揺れに対しては、図３および図８に示すように、高い減衰係数に切り替わって風用ＴＭＤ１２の作動を抑制することができる。

以上説明したように、上記構成からなる建物の制振構造においては、建物１０の屋上１０ａに、地震時の揺れに対して作動する地震用ＴＭＤ１１を設置し、この地震用ＴＭＤ１１の上に、風の揺れに対して作動する風用ＴＭＤ１２を設置しているために、スペースを有効活用してこれら地震用ＴＭＤ１１および風用ＴＭＤ１２を設置することができる。この結果、所謂ペンシルビルのような塔状比の大きな建物にも設置することが可能になる。

加えて、建物１０に、風に起因する第１の閾値以下の揺れが生じている際には、図２に示したように、第１の固定手段１３によって地震用ＴＭＤ１１の作動が抑制されるとともに、上記揺れは地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値以下であるために、地震用ＴＭＤ１１上において風用ＴＭＤ１２を効果的に作動させて上記揺れを制振することができる。

また、地震時に、建物１０の揺れの大きさが上記第１の閾値を超えると、図３に示したように、地震用ＴＭＤ１１に対する上記抑制を解除されて、当該地震用ＴＭＤ１１により上記揺れに対する制振効果が発揮される。

この際に、建物１０の揺れが上記第２の閾値を超えることにより、第２の固定手段１４によって風用ＴＭＤ１２の作動が抑制されるために、風用ＴＭＤ１２が地震用ＴＭＤ１１の動きを制振することが無く、効果的に地震用ＴＭＤ１１による制振効果を得ることができる。

このように、上記構成からなる建物の制振構造によれば、建物１０の屋上１０ａと地震用ＴＭＤ１１との間に設けた第１の固定手段１３、および地震用ＴＭＤ１１と風用ＴＭＤ１２との間に設けた第２の固定手段１４の協働により、両者の相互作用によって建物１０に対する制振効果が損なわれることを防止することができ、効果的に風および地震に起因する建物の揺れを抑制することができる。

１０ 建物
１０ａ 屋上（最上部）
１１ 地震用ＴＭＤ
１２ 風用ＴＭＤ
１３ 第１の固定手段
１４ 第２の固定手段
２０ 可変減衰ダンパー（第１の固定手段）
３０ 可変減衰ダンパー（第２の固定手段）

Claims (1)

1. 建物の最上部の上方に設置されて当該建物の制振を行う地震用ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）と、
   上記最上部の上方に設置されて上記建物の制振を行う風用ＴＭＤと、
   上記最上部及び上記地震用ＴＭＤの間で当該最上部及び当該地震用ＴＭＤに固定され、地震時における揺れの大きさに設定された第１の閾値以下の揺れに対して上記地震用ＴＭＤの作動を抑制し、かつ上記第１の閾値を超えた揺れに対して上記地震用ＴＭＤの作動の抑制を解除する第１の固定手段と、
   上記地震用ＴＭＤ及び上記風用ＴＭＤの間で当該地震用ＴＭＤ及び当該風用ＴＭＤに固定され、上記地震時における揺れの大きさに設定された第２の閾値を超えた揺れに対して上記風用ＴＭＤの作動を抑制し、かつ上記第２の閾値以下の揺れに対して上記風用ＴＭＤの作動の抑制を行うことなく上記風用ＴＭＤを作動させる第２の固定手段とを備え、
   上記第１の固定手段と上記第２の固定手段とは、オイルが充填されたシリンダーと、当該シリンダー内に移動自在に設けられたピストンと、当該ピストンに一体化されたロッドと、上記シリンダー内のオイルを循環させるバイパス管と、当該バイパス管の開閉を行うシャットオフ弁とを有する可変減衰ダンパーであり、
   上記第１の固定手段において、
   上記ロッドが上記最上部に固定されて上記シリンダーが上記地震用ＴＭＤに固定され、上記シャットオフ弁が、上記第１の閾値以下の揺れに対しては上記ロッドの上面に形成された凸部上に配置されて上記バイパス管を閉じており、上記第１の閾値を超えた揺れに対しては上記ロッドの上面において上記凸部から降下して上記バイパス管を開き、
   上記第２の固定手段において、
   上記ロッドが上記地震用ＴＭＤに固定されて上記シリンダーが上記風用ＴＭＤに固定され、上記シャットオフ弁が、上記第２の閾値以下の揺れに対しては上記ロッドの上面に形成された凹部上に配置されて上記バイパス管を開いており、上記第２の閾値を超えた揺れに対しては上記ロッドの上面において上記凹部から上昇して上記バイパス管を閉じることを特徴とする建物の制振構造。