JP6886824B2

JP6886824B2 - 建物振動抑制装置

Info

Publication number: JP6886824B2
Application number: JP2017012331A
Authority: JP
Inventors: 中原　学; 学中原; 幸子石原; 高林　正和; 正和高林; 伸行荻野
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Kayaba System Machinery Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Kayaba System Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP2018119343A

Description

この発明は、建物振動抑制装置に関する。

建物を地震から守る目的で建物を地盤から振動的に絶縁する免震装置を設置する場合がある。免震装置は、地盤と構造物との間に介装されるボールアイソレータやゴムといった支持装置を備え、構造物を地盤に対して変位可能に支持しており、地震動の構造物への伝達を絶縁するようになっている。

免震装置は、地震に対しては優れた振動絶縁効果を発揮するものの、強風時には風によって押された建物の地盤に対する変位を許してしまうので、強風時には、建物の変位を阻止する必要がある。

他方、免震装置には、前記のような支持装置の他に、地盤と構造物との間に介装されるダンパを設ける場合があり、構造物の振動をダンパが発生する減衰力で減衰させて構造物の振動を抑制するようになっている。

そこで、ダンパに伸縮を不可とするロック機構を設けた建物振動抑制装置が開発されるに至っている。この建物振動抑制装置は、強風時にはダンパを伸縮不可のロック状態として建物の変位を規制し、地震時にはダンパを伸縮可のフリー状態として免震装置の振動絶縁機能を損なわずに、減衰力の発揮で建物の振動を抑制する。

ロック機構は、ダンパの伸縮の可不可を選択するロック弁と、コントローラによって制御されてロック弁の切換えを担う電磁開閉弁とを備えている。そして、コントローラは、風を検知する風検知手段と地震を検知する地震検知手段とを備えており、風検知手段が風を検知した場合には、ダンパをロック状態として建物の変位を規制する。他方、コントローラは、風検知手段の風の検知と地震検知手段の地震の検知が競合する場合には、ダンパをフリー状態として建物の変位を許容して免震装置を有効に機能させる（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−２０１２２１号公報

前述の建物振動抑制装置は、フリー状態ではダンパは伸縮に伴って減衰力を発揮するもの建物の変位を規制しない。よって、従来の建物振動抑制装置では、大規模地震が発生した場合、前述のダンパが発生する減衰力で建物の振動を抑制しても、建物が地盤に対して大きな振幅で変位するのを防げず、建物が擁壁へ衝突してしまう可能性がある。

建物の擁壁への衝突を回避するものとしては、特開２０１４−１５９８５０号公報に開示されているように、ダンパに主減衰手段と主減衰手段を迂回する副減衰手段を設けて、ダンパがストロークエンド近傍まで変位すると副減衰手段を閉鎖して減衰力を大きくするダンパがある。

このようなダンパは、大規模地震の発生に伴って建物が地盤に対して大きな振幅で変位すると、減衰力が大きくなって、建物と擁壁との干渉を防止できるのであるが、建物の変位を規制する機能を備えていないので、強風時の建物の変位を阻止できない。

よって、強風時の建物の変位の規制と、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止を両立するには、特開平１１−２０１２２１号公報に開示された建物振動抑制装置と特開２０１４−１５９８５０号公報に開示された建物振動抑制装置とを併用するしかない。建物の変位の規制については、特開平１１−２０１２２１号公報に開示された建物振動抑制装置で担うため建物への設置数は減らせず、また、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止については、特開２０１４−１５９８５０号公報に開示された建物振動抑制装置で担うためこれも設置数は減らせない。

よって、強風時の建物の変位の規制と、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止を両立するには、膨大な数の建物振動抑制装置が必要となって、建築コストが嵩んでしまう問題がある。

そこで、本発明は、風時の建物の変位の規制と、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止を両立して、建築コストを低減できる建物振動抑制装置の提供を目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の建物振動抑制装置では、伸縮時に減衰力を発揮するダンパ本体を有するダンパと、ダンパ本体をロック状態とフリー状態とに切換えるロック弁を制御するコントローラとを備え、コントローラがダンパ本体をフリー状態として地震時の建物の振動を抑制するとともに、地震時であっても建物が地盤に対して中立位置からの変位が変位閾値以上となるとダンパ本体をロック状態とする。よって、建物振動抑制装置は、地震が発生した際に、建物が擁壁に干渉するような大振幅で変位する際には、ロック弁を制御してダンパ本体をロック状態としてダンパが発揮する力を強めて建物の変位を抑制するため、建物と擁壁との衝突を抑制でき、強風時にはダンパ本体をロック状態として、建物の変位を規制できる。また、建物振動抑制装置は、ダンパ本体がロック状態である場合に建物の中立位置からの変位の波高値が変位閾値よりも小さな解除閾値未満となるとダンパ本体をフリー状態とするように構成されている。このように建物振動抑制装置が構成されると、建物が地盤に対して大きく変位すると、その後は、建物の変位が擁壁との干渉の危険がない程度に収束するまでは、ダンパ本体がロック状態に維持されてダンパが大きな力で建物の振動を抑制するように維持される。よって、建物振動抑制装置によれば、建物と擁壁との干渉を効果的に防止できるとともに、干渉の危険が無くなるとダンパ本体がフリー状態に復帰するので、免震装置の振動絶縁効果を発揮できる状況に復帰できる。

また、建物振動抑制装置は、コントローラが地盤の加速度が加速度閾値以上の場合にダンパ本体をフリー状態とし、加速度が加速度閾値未満であって、かつ、建物の周辺の風速が風速閾値以上である場合にダンパ本体をロック状態とし、加速度が加速度閾値未満であって、かつ、風速が風速閾値未満である場合にはダンパ本体をフリー状態とするようになっていてもよい。このように構成された建物振動抑制装置では、強風発生時には建物の変位を規制でき、強風発生時であっても地震発生には、ダンパ本体をフリー状態として伸縮できる状態としてダンパが発生する減衰力で建物の振動を抑制できる。よって、建物振動抑制装置によれば、建物の変位を規制すべき状況と変位を許容して免震装置の振動絶縁効果を発揮させるべき状況とに適した作動が可能となる。

よって、本発明の建物振動抑制装置によれば、風時の建物の変位の規制と、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止を両立して、建築コストを低減できる。

一実施の形態における建物振動抑制装置を建物に適用した状態を示した図である。ダンパの構成を示した回路図である。コントローラの構成を示したブロック図である。建物の地盤に対する変位に応じたコントローラの判定内容を説明する図である。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態の建物振動抑制装置１は、図１に示すように、ダンパＤと、コントローラＣとを備えて構成されている。

ダンパＤは、図１に示すように、円盤状のゴムを積層して構成されて建物Ｓを弾性支承する免震装置Ｍとともに、地盤Ｇと建物Ｓとの間に水平横置きに介装されており、伸縮時に建物Ｓの振動を抑制する減衰力を発揮するようになっている。

なお、免震装置Ｍは、図示するところでは、積層ゴムで構成されているが、建物Ｓを地盤Ｇに対し転がり支承するボールアイソレータを採用してもよいし、他の公知の構成とされてもよい。建物Ｓと建物Ｓを取り囲む擁壁Ｗとの間には、地盤Ｇに対する建物Ｓの変位を許容するために所定の免震クリアランスＬが設けられている。建物Ｓが地盤Ｇに対して中立位置にある場合、図１中であれば、建物Ｓの左右に免震クリアランスＬの隙間があるので、建物Ｓは、中立位置から左右にそれぞれ免震クリアランスＬの隙間距離だけ変位できる。よって、建物Ｓは、免震クリアランスＬの二倍以内の振幅で図１中左右方向への変位が許容されている。

ダンパＤは、図２に示すように、テレスコピック型で伸縮時に減衰力を発揮するダンパ本体ＤＢと、液圧回路ＦＣと、作動液体を貯留するリザーバタンクＴを備えて構成されている。

ダンパ本体ＤＢは、シリンダ１０と、シリンダ１０内に摺動自在に挿入されてシリンダ１０内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン１１と、ピストン１１に連結されるロッド１２とを備えている。ダンパＤにおけるシリンダ１０内には、この場合、作動液体として作動油が充填されている。リザーバタンクＴには、作動液体としての作動油の他、気体が充填される。ここでは、作動液体は、作動油以外の流体とされてもよく、また、錆等の弊害がなければ水や水溶液としても差し支えない。リザーバタンクＴ内の気体は、空気でもよいが、不活性ガスとされてもよい。

また、液圧回路ＦＣは、本例では、シリンダ１０の伸側室Ｒ１とリザーバタンクＴとを接続する通路１３中に設けたシリンダ１０の伸縮の可不可を制御するロック弁２０と、上記通路１３のロック弁２０よりもリザーバタンクＴ側に設けた減衰力発生要素としての減衰弁２１と、ロック弁２０の背圧室２０ｃをリザーバタンクＴへ接続する通路１４の途中に設けた電磁開閉弁Ｖとを備えている。また、液圧回路ＦＣは、圧側室Ｒ２をリザーバタンクＴに接続する吸込通路１６と、圧側室Ｒ２と伸側室Ｒ１とを接続する整流通路１７とを備えている。吸込通路１６の途中には、リザーバタンクＴから圧側室Ｒ２へ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁１８が設けられ、整流通路１７の途中には、圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁１９が設けられている。さらに、液圧回路ＦＣは、通路１３に並列してシリンダ１０の伸側室Ｒ１とリザーバタンクＴとを接続するリリーフ通路１５が設けられており、このリリーフ通路１５にリリーフ弁２２が設けられている。

そして、作動油が伸側室Ｒ１から液圧回路ＦＣを介してリザーバタンクＴへ排出可能な状態でダンパＤが伸長すると、ピストン１１の変位により伸側室Ｒ１から押し出された作動油がリザーバタンクＴへ排出される。他方、拡大する圧側室Ｒ２内にはリザーバタンクＴから吸込通路１６を介して作動油が供給される。

また、作動油が伸側室Ｒ１から液圧回路ＦＣを介してリザーバタンクＴへ排出可能な状態でダンパＤが収縮すると、ピストン１１の変位により圧側室Ｒ２から押し出された作動油が整流通路１７を介して伸側室Ｒ１へ移動する。この状況では、ロッド１２がシリンダ１０内に侵入する体積分の作動油がシリンダ１０内で過剰となるので、作動油は、シリンダ１０から液圧回路ＦＣを介してリザーバタンクＴへ排出される。つまり、このダンパＤにあっては、伸長しても収縮してもシリンダ１０内から作動油が押し出されるユニフロー型に設定されている。

ロック弁２０は、具体的には、ポペット型の弁体２０ａと、通路１３中に形成されて弁体２０ａが離着座する弁座２０ｂと、弁体２０ａの背面側に形成される背圧室２０ｃと、弁体２０ａに設けられて弁座２０ｂよりも上流側の圧力を背圧室２０ｃに導く絞り通路２０ｄとを備えている。また、背圧室２０ｃは、上述したように通路１４によってリザーバタンクＴに連通されており、前述のように通路１４の途中に電磁開閉弁Ｖが設けられている。

他方、電磁開閉弁Ｖは、本例では、スプリングオフセットの電磁式２位置の開閉弁として構成され、通電時に作動油の背圧室２０ｃからリザーバタンクＴ側への移動を阻止して逆方向への移動を許容する遮断ポジションと、非通電時に作動油の通過を許容する連通ポジションとを備えている。電磁開閉弁Ｖは、コントローラＣによって制御されており、コントローラＣからの電流供給の有無によって遮断ポジションと連通ポジションとに切換わる。

電磁開閉弁Ｖが通路１４を遮断する遮断ポジションを採る場合、作動油はリザーバタンクＴへ排出されないので背圧室２０ｃが閉鎖され、弁体２０ａは、上記弁座２０ｂから離座しえずロック弁２０は閉弁状態となる。逆に、電磁開閉弁Ｖが通路１４を開放する連通ポジションを採る場合、作動油は、弁体２０ａに設けた絞り通路２０ｄを通過して通路１４を介してリザーバタンクＴに移動できる。前述のように、作動油が絞り通路２０ｄを通過すると、圧力損失により弁体２０ａの弁座２０ｂ側となる前面側の室と弁体２０ａの背面側の背圧室２０ｃの圧力に差が生じ、弁体２０ａが後退、すなわち図２中右方に移動せしめられて、ロック弁２０は通路１３を開放する。前述のように、ロック弁２０の開閉は、電磁開閉弁Ｖにより切換えられるので、ロック弁２０の開閉は、コントローラＣによって制御される。なお、前述の電磁開閉弁Ｖの遮断ポジションは完全にリザーバタンクＴとロック弁２０との間の連通を遮断するようにしてもよいが、本実施の形態では、リザーバタンクＴからロック弁２０への作動油の移動を許容するからロック弁２０における弁体２０ａの着座方向の移動を速やかに行うことができる。

つぎに、減衰力発生要素たる減衰弁２１は、通路１３の上流側の油圧をパイロット圧として流路面積を変化させる減衰力可変弁であって、上流側の油圧が高まるにつれ流路面積を増加するように設定されている。なお、減衰力発生要素としては、単なる絞り弁を使用してもよいが、減衰弁２１を使用することにより、ダンパＤの伸縮速度に応じて減衰特性を変化させることができるので、ダンパＤを適用する免震装置Ｍに最適な減衰特性を得られる利点がある。

このように構成されたダンパＤにあっては、電磁開閉弁Ｖを連通ポジションとして、ロック弁２０が開弁可能な状態とする場合、液圧回路ＦＣを介してシリンダ１０内から押し出される作動油をリザーバタンクＴへ排出できるようになる。よって、ダンパ本体ＤＢは、伸縮が許容されるフリー状態となる。そして、ダンパ本体ＤＢがフリー状態とされて伸長する場合には、作動油の流れに減衰弁２１が抵抗を与えるので、ダンパＤは、ダンパ本体ＢＤの伸長を抑制する減衰力を発揮する。ダンパ本体ＤＢがフリー状態とされて収縮する場合にも、作動油の流れに減衰弁２１が抵抗を与えるので、ダンパＤは、ダンパ本体ＤＢの収縮を抑制する減衰力を発揮する。

他方、電磁開閉弁Ｖを遮断ポジションとすると、ロック弁２０が閉弁状態となる。ロック弁２０が閉弁状態とされ、伸側室Ｒ１内の圧力がリリーフ弁２２の開弁圧に達しない場合、ダンパ本体ＤＢが伸縮しようとしても、シリンダ１０内から作動油をリザーバタンクＴへ排出できないため、ダンパ本体ＤＢは伸縮不能なロック状態となる。対して、ロック弁２０が閉じた状態となる場合であって、ダンパ本体ＤＢに軸方向の外力が加わって、伸側室Ｒ１内の圧力がリリーフ弁２２の開弁圧に達すると、リリーフ弁２２がリリーフ通路１５を開放して、シリンダ１０内の作動油をリザーバタンクＴへ排出するようになる。このようにロック弁２０が閉弁してロック状態であってもリリーフ弁２２が開弁すると、ダンパ本体ＤＢの伸縮が可能となってリリーフ弁２２が作動油の流れに抵抗を与えるので、ダンパＤは、ダンパ本体ＤＢの伸縮に伴って減衰力を発揮する。なお、リリーフ弁２２が作動油の流れに与える抵抗は、同流量であれば、減衰弁２１が作動油の流れに与える抵抗よりも大きくなるように設定されている。よって、ダンパ本体ＤＢの伸縮速度が同じであれば、ロック弁２０が開弁してダンパ本体ＤＢがフリー状態にて発生する減衰力よりもロック弁２０が閉弁してダンパ本体ＤＢがロック状態でリリーフ弁２２が開弁した際に発生する減衰力の方が大きい。

以上より、建物振動抑制装置では、コントローラＣの電磁開閉弁Ｖの切換えによって、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とロック状態とに選択的に切換えできる。
また、ロック弁２０がダンパ本体ＤＢをロック状態としてもリリーフ弁２２が開弁すると、ダンパ本体ＤＢは、伸縮可能な状態となってロック弁２０の開弁時よりも大きな減衰力を発揮するのである。

なお、液圧回路ＦＣにおける通路１３，１４、ロック弁２０、減衰弁２１および電磁開閉弁Ｖについては、これらを一つのユニットとすると、複数のユニットをダンパ本体ＤＢとリザーバタンクＴとの間に並列に設けてもよい。各ユニットの電磁開閉弁Ｖの制御については一つのコントローラＣで制御すればよい。また、前記ユニットを複数設ける場合、ダンパＤが伸縮する際に、ロック弁２０の開閉を個別に制御して、有効とする減衰弁２１の数を変えることで、ダンパＤが発生する減衰力を調節してもよいし、減衰弁２１の圧力流量特性についてもそれぞれ異なる特性に設定しておいてもよい。また、ダンパＤの構成は、特開２０１４−１５９８５０号公報に開示されたダンパの構造を採用してロック弁の切換えに電磁開閉弁を用いるようにしてもよい。

つづいて、コントローラＣは、図３に示すように、地震を検知する地震センサ３０と、建物Ｓの周辺の風速を検知する風速センサ３１と、建物Ｓと地盤Ｇとの変位を検知する変位センサ３２と、電磁開閉弁Ｖを制御する制御部３３とを備えて構成されている。

地震センサ３０は、本例では、地盤Ｇに設置されて加速度を検知する加速度センサとされており、検知した地盤Ｇの加速度を制御部３３へ入力するようになっている。風速センサ３１は、本例では、建物Ｓに設置されて風速を検知して、検知した風速を制御部３３へ入力するようになっている。風速センサ３１は、本例では、建物Ｓに設置されているが、建物Ｓから離れた位置に設置されてもよい。また、地震センサ３０および風速センサ３１は、建物Ｓから物理的に離間した場所に設置されてもよい。

変位センサ３２は、建物Ｓと地盤Ｇとの間にダンパ本体ＤＢと平行に設置されており、地盤Ｇに対する建物Ｓの変位を検知して、制御部３３へ入力する。また、変位センサ３２は、ダンパ本体ＤＢのシリンダ１０とロッド１２との間に介装してもよいし、ダンパ本体ＤＢに内蔵してもよい。ダンパ本体ＤＢは、建物Ｓと地盤Ｇとの間に介装されるので、変位センサ３２をダンパ本体ＤＢに組み込んでも建物Ｓの地盤Ｇに対する変位を検知できる。このようにダンパ本体ＤＢに変位センサ３２を搭載させる場合、変位センサ３２を建物Ｓと地盤Ｇとの間に設置するための固定具を別途設けなくとも変位センサ３２の設置が可能となり、変位センサ３２の設置作業が非常に簡単となる。

制御部３３は、地震センサ３０で検知した加速度に基づいて地震の有無を判定する地震判定部３３１と、風速センサ３１で検知した風速に基づいて強風の有無を判定する強風判定部３３２と、変位センサ３２で検知した変位に基づいて建物Ｓの擁壁Ｗとの干渉を阻止する必要があるか否かを判定する擁壁干渉判定部３３３と、地震判定部３３１と強風判定部３３２と擁壁干渉判定部３３３の全判定からダンパ本体ＤＢをロック状態とすべきか否かを決定するロック判断部３３４と、ロック判断部３３４の指示通りに電磁開閉弁Ｖを開閉駆動させる駆動部３３５とを備えて構成されている。

地震判定部３３１は、地震センサ３０で検知した加速度と予め記憶される加速度閾値とを比較して、加速度が加速度閾値以上であると地震発生中であると判定し、加速度が加速度閾値未満であると地震は発生していないと判定し、判定結果をロック判断部３３４へ入力する。

強風判定部３３２は、風速センサ３１で検知した風速と予め記憶される風速閾値とを比較して、風速が風速閾値以上であると強風発生中であると判定し、風速が風速閾値未満であると強風は発生していないと判定し、判定結果をロック判断部３３４へ入力する。

なお、ロック判断部３３４では、地震の有無、強風の有無を把握できればよいので、建物Ｓが設置された場所の周辺の地震の有無或いは地震加速度の情報と強風の有無の情報をコントローラＣとは別の外部装置から入手するようにしてもよい。このような場合には、地震センサ３０、風速センサ３１、地震判定部３３１および強風判定部３３２の省略が可能である。また、ロック判断部３３４に強風発生中であるのを認識させる信号を出力するスイッチをコントローラＣに設けておき、強風時にオペレータの前記スイッチの操作によってロック判断部３３４へ強風発生を認識させるようにしてもよい。このような場合には、風速センサ３１および強風判定部３３２の省略が可能である。

擁壁干渉判定部３３３は、変位センサ３２から受け取った建物Ｓの地盤Ｇに対する変位から建物Ｓが擁壁Ｗと干渉する恐れがあるか否かを判定し、判定結果をロック判断部３３４へ出力する。擁壁干渉判定部３３３は、建物Ｓが地盤Ｇに対して設定された中立位置からの変位を求めて、この変位が所定の変位閾値以上であると、建物Ｓと擁壁Ｗとが接近しすぎており干渉の危険有りと判定する。他方、擁壁干渉判定部３３３は、建物Ｓが地盤Ｇに対して設定された中立位置からの変位が前記変位閾値未満であると、建物Ｓと擁壁Ｗとの間に充分にクリアランスがあって両者の干渉の危険無しと判定する。擁壁干渉判定部３３３は、変位センサ３２が検知した変位を建物Ｓの中立位置からの変位を把握し、変位に極性がある場合には、変位の絶対値と変位閾値との比較結果から干渉の危険の有無を判定する。中立位置は、前述したように、建物Ｓが平面視で建物Ｓの外周に設けられた擁壁Ｗに対して所定の免震クリアランスＬを以て臨む位置に設定されている。建物Ｓが中立位置にある場合、ダンパ本体ＤＢにおけるピストン１１は、ダンパ本体ＤＢのストローク中心に位置決めされるようになっている。変位閾値は、建物Ｓと擁壁Ｗとの間の免震クリアランスＬの５分の４程度に設定され、かつ、建物Ｓが変位閾値以上に変位してもダンパ本体ＤＢにはストロークの余裕があるよう設定される。

また、擁壁干渉判定部３３３は、一旦、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険有と判定した後は、建物Ｓの地盤Ｇに対する中立位置からの変位の波高値が解除閾値未満となるまでは干渉の危険無しとの判定をしないようになっている。解除閾値は、変位閾値よりも小さく、建物Ｓの振動が充分に収束していると判断できる値に設定される。

よって、擁壁干渉判定部３３３は、建物Ｓの中立位置からの変位が図４に示すように時間で推移する場合、変位が変位閾値以上となる時間ｔ１にて、擁壁Ｗとの干渉の危険有と判定し、その後、変位の波高値が解除閾値未満となる時間ｔ２までは干渉の危険有との判定を維持し、時間ｔ２で干渉の危険無しとの判定をする。また、その後、再度、変位が変位閾値以上となる時間ｔ３にて、擁壁Ｗとの干渉の危険有と判定し、変位の波高値が解除閾値未満となる時間ｔ４までは干渉の危険有との判定を維持し、時間ｔ４で干渉の危険無しとの判定をする。

なお、擁壁干渉判定部３３３は、前述のように、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険有との判定後の危険無しとの判定をする条件として、危険判定後から一定時間経過したら危険無しとの判定をするようにしてもよい。通常、建物Ｓが地盤Ｇに対して中立位置から大きく変位すると揺り戻しもあって、反対側へも大きく変位するので、数周期分の変位に対しては危険有と判定する方が好ましい。このような考えから、過去の地震動の結果から建物Ｓの地盤Ｇに対する大きな変位が収束するまでの要した時間が経験的に分かっているので、一定時間の間、危険有との判定を維持し、その後、危険無しとの判定をするようにしてもよい。

ロック判断部３３４は、地震判定部３３１と強風判定部３３２と擁壁干渉判定部３３３の全判定から以下のようにしてダンパ本体ＤＢをロック状態とすべきか否かを決定する。

ロック判断部３３４は、擁壁干渉判定部３３３の判定結果については、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険が有りとの判定であれば、ダンパ本体ＤＢをロック状態とすべきと判断する。ロック判断部３３４は、地震判定部３３１の判定結果につては、地震発生中であるとの判定であれば、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とすべきと判断する。また、ロック判断部３３４は、強風判定部３３２の判定結果が強風発生中であるとの判定であれば、ダンパ本体ＤＢをロック状態とすべきと判断する。

また、ロック判断部３３４は、擁壁干渉判定部３３３の判定結果、或いは、強風判定部３３２の判定結果がダンパ本体ＤＢをロック状態とすべき判定である場合以外では、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とすべきと判断する。

ロック判断部３３４は、予めロック状態する判断について優先順位を設定してあり、この優先順位に従ってンパ本体ＤＢをロック状態とすべきか否かを最終決定する。優先順位は、擁壁干渉判定部３３３の判定結果に基づく前記判断を第一順位とし、地震判定部３３１の判定結果に基づく前記判断を第二順位とし、強風判定部３３２の判定結果に基づく前記判断を第三順位としてある。よって、ロック判断部３３４は、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とするか或いはロック状態とするかの判断について、相反する判断がある場合、優先される判断結果を採用してダンパ本体ＤＢをフリー状態とするかロック状態とするかを決定する。

よって、ロック判断部３３４は、地震が未発生で、強風も発生しておらず、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険がない場合、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする決定をする。

これに対して、ロック判断部３３４は、地震が未発生で建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険がないが強風が発生中である場合、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定をする。第一優先される擁壁干渉判定部３３３の判定結果および第二優先される地震判定部３３１の判定結果ではダンパ本体ＤＢをフリー状態とするかロック状態とするかの判断が無いため、強風判定部３３２の判定結果に基づく判断が採用され、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定がなされる。

また、ロック判断部３３４は、地震が発生中で建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険がなく、強風が未発生である場合、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする決定をする。第一優先される擁壁干渉判定部３３３の判定結果および第三優先される強風判定部３３２の判定結果ではダンパ本体ＤＢをフリー状態とするかロック状態とするかの判断が無いため、地震判定部３３１の判定結果に基づく判断が採用され、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする決定がなされる。

さらに、ロック判断部３３４は、地震が発生中で建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険がないが、強風が発生中である場合、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする決定をする。第一優先される擁壁干渉判定部３３３の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とするかロック状態とするかの判断がなされない。しかしながら、第二優先される地震判定部３３１の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする判断がなされ、第三優先される強風判定部３３２の判定結果ではダンパ本体ＤＢをロック状態とする判断がなされる。第二優先の判断と第三優先の判断が相反しているが、優先順位の高い地震判定部３３１の判定結果に基づく判断が採用されるので、この場合は、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする決定がなされる。

また、ロック判断部３３４は、地震が発生中で建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険が有り、強風が未発生である場合、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定をする。この場合、第一優先される擁壁干渉判定部３３３の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする判断がなされる。他方、第二優先される地震判定部３３１の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする判断がなされ、第三優先される強風判定部３３２の判定結果ではダンパ本体ＤＢをロック状態とするか否かの判断はなされない。第一優先の判断と第二優先の判断が相反しているが、優先順位の高い擁壁干渉判定部３３３の判定結果に基づく判断が採用されるので、この場合は、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定がなされる。

そして、ロック判断部３３４は、地震が発生中で建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険が有り、強風が発生中である場合、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定をする。この場合、第一優先される擁壁干渉判定部３３３の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする判断がなされる。他方、第二優先される地震判定部３３１の判定結果では、ダンパ本体ＤＢをフリー状態とする判断がなされ、第三優先される強風判定部３３２の判定結果ではダンパ本体ＤＢをロック状態とする判断がなされる。第一優先および第二優先の判断が相反し、第一優先および第三優先の判断は同じ結果となっている。しかし、最優先されるのは、優先順位の高い擁壁干渉判定部３３３の判定結果に基づく判断が採用されるので、この場合は、ダンパ本体ＤＢをロック状態とする決定がなされる。

ロック判断部３３４は、前述のようにダンパ本体ＤＢをロック状態とするかフリー状態とするかを決定し、ロック状態する場合には、駆動部３３５へ電磁開閉弁Ｖを遮断ポジションとする指令を出力し、フリー状態とする場合には、駆動部３３５へ電磁開閉弁Ｖを連通ポジションとする指令を出力する。

駆動部３３５は、ロック判断部３３４から受け取った指令通りに、電磁開閉弁Ｖを駆動して、ロック判断部３３４の決定通りにダンパ本体ＤＢをロック状態或いはフリー状態とする。

このように構成された建物振動抑制装置１では、コントローラＣがダンパ本体ＤＢをフリー状態として地震時の建物Ｓの振動を抑制するとともに、地震時であっても建物Ｓが地盤Ｇに対して中立位置からの変位が変位閾値以上となるとダンパ本体ＤＢをロック状態とする。ダンパ本体ＤＢがロック状態となると、ダンパ本体ＤＢは、リリーフ弁２２が開弁するまでは伸縮不能な状態となって建物Ｓの変位を抑制するか、或いは、リリーフ弁２２が開弁して伸縮可能となってフリー状態より大きな減衰力を発揮して建物Ｓの変位を抑制する。よって、建物振動抑制装置１は、地震が発生した際に、建物Ｓが擁壁Ｗに干渉するような大振幅で変位する際には、ロック弁２０を制御してダンパ本体ＤＢをロック状態としてダンパＤが発揮する力を強めて建物Ｓの変位を抑制するため、建物Ｓと擁壁Ｗとの衝突を抑制できる。さらに、建物振動抑制装置１は、強風時にはダンパ本体ＤＢをロック状態として、建物Ｓの変位を規制できる。

以上より、建物振動抑制装置１によれば、強風時の建物の変位の規制と、大規模地震時の建物と擁壁との干渉の阻止を両立できるので、膨大な数の建物振動抑制装置１の必要がなくなるから、建築コストも低減される。さらに、建物振動抑制装置１は、建物Ｓが擁壁Ｗに干渉するような大振幅で変位する際にダンパＤが発揮する力を強めて建物Ｓの変位を抑制するが、これよりも小さい振幅では免震装置Ｍの振動絶縁性能を減殺しないため、建物Ｓが擁壁Ｗに干渉する恐れのない程度の地震動に対しては免震効果を損なわない。

また、本例の建物振動抑制装置１では、コントローラＣが地盤Ｇの加速度が加速度閾値以上の場合にダンパ本体ＤＢをフリー状態とし、加速度が加速度閾値未満であって、かつ、建物Ｓの周辺の風速が風速閾値以上である場合にダンパ本体ＤＢをロック状態とし、加速度が加速度閾値未満であって、かつ、風速が風速閾値未満である場合にはダンパ本体ＤＢをフリー状態とするようになっている。このように構成された建物振動抑制装置１では、強風発生時には建物Ｓの変位を規制でき、強風発生時であっても地震発生中には、ダンパ本体ＤＢをフリー状態として伸縮できる状態としてダンパＤが発生する減衰力で建物Ｓの振動を抑制できる。よって、本例の建物振動抑制装置１によれば、建物Ｓの変位を規制すべき状況と変位を許容して免震装置Ｍの振動絶縁効果を発揮させるべき状況とに適した作動が可能となる。

なお、擁壁干渉判定部３３３は、一旦、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の危険有と判定した後、建物Ｓの地盤Ｇに対する中立位置からの変位の波高値が解除閾値未満となるまでは干渉の危険有りとの判定を維持し、前記変位の波高値が解除閾値未満となると干渉の危険無しと判定する。そして、ロック判断部３３４は、擁壁干渉判定部３３３の判定結果に基づいてダンパ本体ＤＢをロック状態とするかを判断し、干渉の危険有りとの判定にはロック状態とする判断をする。よって、本例の建物振動抑制装置１では、コントローラＣは、地震発生中は、ダンパ本体ＤＢがロック状態である場合に建物Ｓの中立位置からの変位の波高値が変位閾値よりも小さな解除閾値未満となるとダンパ本体ＤＢをフリー状態とするようになっている。このように建物振動抑制装置１が構成されると、建物Ｓが大きな変位で振動すると、その後は、建物Ｓの変位が擁壁Ｗとの干渉の危険がない程度に収束するまでは、ダンパ本体ＤＢがロック状態に維持されてダンパＤが大きな力で建物Ｓの振動を抑制するように維持される。よって、本例の建物振動抑制装置１は、建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉を効果的に防止できるとともに、干渉の危険が無くなるとダンパ本体ＤＢがフリー状態に復帰するので、免震装置Ｍの振動絶縁効果を発揮できる状況に復帰できる。

なお、本発明の建物振動抑制装置１は、履歴系ダンパと併用し、履歴系ダンパで風揺れを抑制して、大振幅地震動時の建物Ｓと擁壁Ｗとの干渉の防止に利用することも可能である。また、本発明の建物振動抑制装置１は、新築の建物に組み込んで使用する他、既存の建物の既存ダンパの代わりに或いは追加して組み込んでの使用も可能であり、既存の免震装置の性能向上も図れる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形及び変更が可能である。

１・・・建物振動抑制装置、２０・・・ロック弁、２２・・・リリーフ弁、Ｃ・・・コントローラ、Ｄ・・・ダンパ、ＤＢ・・・ダンパ本体

Claims

伸縮時に減衰力を発揮するダンパ本体と、前記ダンパ本体の伸縮を可とするフリー状態と前記ダンパ本体の伸縮を不可とするロック状態とに選択的に切換えるロック弁と、前記ロック状態であっても開弁時にダンパ本体の伸縮を可能とするリリーフ弁とを有して、建物と地盤との間に介装されるダンパと、
前記ロック弁を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記ダンパ本体を前記フリー状態として地震時の建物の振動を抑制するとともに、地震時であっても前記建物が地盤に対して中立位置からの変位が変位閾値以上となると前記ダンパ本体をロック状態とし、
前記ダンパ本体が前記ロック状態である場合、前記建物の前記中立位置からの前記変位の波高値が前記変位閾値より小さな解除閾値未満となると前記ダンパ本体をフリー状態とする
ことを特徴とする建物振動抑制装置。
前記コントローラは、
前記地盤の加速度が加速度閾値以上の場合、前記ダンパ本体をフリー状態とし、
前記加速度が前記加速度閾値未満であって、かつ、前記建物周辺の風速が風速閾値以上である場合、前記ダンパ本体をロック状態とし、
前記加速度が前記加速度閾値未満であって、かつ、前記風速が前記風速閾値未満である場合、前記ダンパ本体をフリー状態とする
ことを特徴とする請求項１に記載の建物振動抑制装置。