JP7841911B2 - Vibration isolation and damping composite system - Google Patents

Vibration isolation and damping composite system

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JP7841911B2 JP2022044292A JP2022044292A JP7841911B2 JP 7841911 B2 JP7841911 B2 JP 7841911B2 JP 2022044292 A JP2022044292 A JP 2022044292A JP 2022044292 A JP2022044292 A JP 2022044292A JP 7841911 B2 JP7841911 B2 JP 7841911B2
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Description

本発明は、免制振複合システムに関するものである。 This invention relates to a vibration isolation and damping composite system.

従来から、すべり支承のすべり面を傾斜面とした傾斜すべり支承が知られている。直角に交わる2本の案内レール(鋼材製の上部案内部及び下部案内部)と、それらを連結しつつ摩擦面をスライドする摺動子と、を備えている。摺動子の上下面には傾斜面に当接する摩擦材が設けられ、摺動子が摩擦面を摺動する際に発生する摩擦抵抗力を減衰力とし、構造物の自重が傾斜した摩擦面に作用することで傾斜復元力を得ている。 Conventionally, inclined sliding bearings, where the sliding surface of the sliding bearing is an inclined surface, have been known. They consist of two guide rails (an upper guide section and a lower guide section made of steel) that intersect at right angles, and a slider that slides along the friction surface while connecting them. Friction material is provided on the upper and lower surfaces of the slider to contact the inclined surface. The frictional resistance force generated when the slider slides along the friction surface acts as a damping force, and the weight of the structure acts on the inclined friction surface to obtain a restoring force.

また、摩擦材の摩擦係数μと傾斜角度θとの関係をtanθ=(0.1~0.4)μ程度とすれば残留変位をほぼなくせることが加振実験で確認されており、すでに自動ラック倉庫の免震化に実施案件展開されている(下記の特許文献1参照)。 Furthermore, vibration experiments have confirmed that residual displacement can be almost eliminated by setting the relationship between the friction coefficient μ of the friction material and the inclination angle θ to approximately tanθ = (0.1 to 0.4)μ, and this has already been implemented in projects for seismic isolation of automated rack warehouses (see Patent Document 1 below).

しかしながら、曲げ変形が卓越している高くて柔らかい構造に傾斜滑り支承を適用した場合、高次モードの影響で構造の上端部は加速度が大きくなることがある。この課題に対して、傾斜滑り免震とTMDを併用する技術が提案されている(下記の特許文献1参照)。 However, when inclined sliding bearings are applied to tall, flexible structures where bending deformation is dominant, the acceleration at the upper end of the structure can become large due to the influence of higher-order modes. To address this problem, a technology combining inclined sliding isolation and TMD (Temporal Mass Diode) has been proposed (see Patent Document 1 below).

特許第5850231号公報Patent No. 5850231 特許第6804738号公報Patent No. 6804738

しかしながら、例えば、エレベーター等の吊り構造を有する構造では、上部構造体と吊り構造体の周期が同じではなく、別々動きが生じるため、傾斜滑り支承と上部TMDの併用による上部構造体の頂部の加速度低減の効果が悪くなる可能性がある。 However, in structures with suspension systems, such as elevators, the periods of the superstructure and the suspension system are not the same, resulting in separate movements. Therefore, the effectiveness of reducing acceleration at the top of the superstructure by using both inclined sliding bearings and upper TMDs may be diminished.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地震時に上部構造体及び吊り構造体の加速度を共に低減することができる免制振複合システムを提供する。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a vibration isolation and damping composite system that can reduce the acceleration of both the superstructure and the suspension structure during an earthquake.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る免制振複合システムは、上部構造体と前記上部構造体に吊り下げられた吊り構造体と備える建物に設置される免制振複合システムであって、前記上部構造体の最上部に設けられ、TMDとして機能する上側制振装置と、前記上部構造体の下部を支持する滑り支承と、前記吊り構造体の最下部に設けられ、TMDとして機能する下側制振装置と、を備える。
To achieve the above objective, the present invention employs the following means.
In other words, the vibration isolation and damping composite system according to the present invention is a vibration isolation and damping composite system installed in a building comprising a superstructure and a suspended structure suspended from the superstructure, comprising: an upper vibration damping device provided at the top of the superstructure and functioning as a TMD; a sliding bearing supporting the lower part of the superstructure; and a lower vibration damping device provided at the bottom of the suspended structure and functioning as a TMD.

このように構成された免制振複合システムでは、上部構造体の最上部にTMDとして機能する上側制振装置を設けて、吊り構造体の最下部にTMDとして機能する下側制振装置を設けている。上部構造体の下部を支持する滑り支承は固有周期をもたないため、滑り支承の剛性に影響されることなくTMD機構の同調周期は非免震時の(免震層を固定した)構造物の1次周期とすることができ、TMDの諸元を決定しやすくなる。入力地震波の特性による影響を受けにくくなり、地震波と共振を生じることもなくなる。地震時に、上部構造体のような構造重心位置以上の場所の加速度及び吊り構造体のような重心位置以下の場所の加速度を共に低減することができる。 In this type of seismic isolation and damping composite system, an upper damping device functioning as a TMD is installed at the top of the superstructure, and a lower damping device functioning as a TMD is installed at the bottom of the suspended structure. Since the sliding bearings supporting the lower part of the superstructure do not have a natural period, the synchronization period of the TMD mechanism can be set to the primary period of the structure in a non-seismic-isolated state (with the seismic isolation layer fixed), without being affected by the rigidity of the sliding bearings, making it easier to determine the TMD specifications. This reduces the influence of the characteristics of the input seismic waves and prevents resonance with the seismic waves. During an earthquake, both acceleration at locations above the structural center of gravity, such as the superstructure, and acceleration at locations below the center of gravity, such as the suspended structure, can be reduced.

また、本発明に係る免制振複合システムでは、前記上側制振装置の質量は、前記上部構造体の有効質量の7%~9%であってもよい。 Furthermore, in the vibration isolation and damping composite system according to the present invention, the mass of the upper vibration damping device may be 7% to 9% of the effective mass of the superstructure.

このように構成された免制振複合システムでは、上部構造体及び吊り構造体の加速度を確実に低減することができる。 In this type of vibration isolation and damping composite system, the acceleration of the superstructure and suspension structure can be reliably reduced.

また、本発明に係る免制振複合システムでは、前記下側制振装置の質量は、前記吊り構造体の有効質量の10%~20%であってもよい。 Furthermore, in the vibration isolation and damping composite system according to the present invention, the mass of the lower vibration damping device may be 10% to 20% of the effective mass of the suspension structure.

このように構成された免制振複合システムでは、上部構造体及び吊り構造体の加速度を確実に低減することができる。 In this type of vibration isolation and damping composite system, the acceleration of the superstructure and suspension structure can be reliably reduced.

本発明に係る免制振複合システムによれば、地震時に上部構造体及び吊り構造体の加速度を共に低減することができる。 According to the seismic isolation and damping composite system of the present invention, the acceleration of both the superstructure and the suspended structure can be reduced during an earthquake.

本発明の一実施形態に係る免制振複合システムを示す模式的な図である。This is a schematic diagram showing a vibration isolation and damping composite system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の制震装置を説明する模式図である。This is a schematic diagram illustrating a seismic damping device according to one embodiment of the present invention. 1次周期と有効質量の算出法を説明する図である。This diagram illustrates the method for calculating the first period and effective mass. 本発明の一実施形態の(a)滑り支承の摺動子の分解斜視図であり、(b)滑り支承の分解斜視図である。(a) is an exploded perspective view of the slider of a sliding bearing in one embodiment of the present invention, and (b) is an exploded perspective view of the sliding bearing. 本発明の一実施形態の滑り支承の(a)平面図であり、(b)(a)のb-b線断面図であり、(b)(a)のc-c線断面図である。(a) is a plan view of a sliding bearing according to one embodiment of the present invention, (b) is a cross-sectional view of (a) along the line b-b, and (b) is a cross-sectional view of (a) along the line c-c. 本発明の一実施形態の滑り支承の常時の状態を示す図である。This figure shows the normal state of a sliding bearing according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の滑り支承の地震時時の状態を示す図である。This figure shows the state of a sliding bearing in one embodiment of the present invention during an earthquake. 解析モデルを示す図である。This is a diagram showing the analysis model. 解析用地震波の波形を示す図であり、(a)エルセントロ、(b)タフト、(c)八戸を示す。This figure shows the waveforms of seismic waves used for analysis, with (a) El Centro, (b) Taft, and (c) Hachinohe. 解析結果であり、上部構造体最上部における加速度を示し、(a)エルセントロ、(b)タフト、(c)八戸を示す。The analysis results show the acceleration at the top of the superstructure, with (a) El Centro, (b) Taft, and (c) Hachinohe. 解析結果であり、吊り構造体最下部における加速度を示し、(a)エルセントロ、(b)タフト、(c)八戸を示す。The analysis results show the acceleration at the lowest point of the suspended structure, with (a) El Centro, (b) Taft, and (c) Hachinohe. 解析結果であり、免震変位を示し、(a)エルセントロ、(b)タフト、(c)八戸を示す。The analysis results show seismic isolation displacement, with (a) El Centro, (b) Taft, and (c) Hachinohe.

本発明の一実施形態に係る免制振複合システムについて、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る免制振複合システムを示す模式的な図である。
図1に示すように、本実施形態に係る免制振複合システム2は、建物1に設置されている。建物1は、ピット10と、上部構造体17と、吊り構造体19と、を備えている。
A vibration isolation and damping composite system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Figure 1 is a schematic diagram showing a vibration isolation and damping composite system according to one embodiment of the present invention.
As shown in Figure 1, the seismic isolation and damping composite system 2 according to this embodiment is installed in building 1. Building 1 comprises a pit 10, a superstructure 17, and a suspension structure 19.

ピット10は、底盤11と、底盤11の外縁部から立設された周壁12と、を有している。周壁12の上端部には、外側に張り出した張出し部12aが設けられている。ピット10の内部には、吊り構造体が収容可能な収容空間部10sが形成されている。 The pit 10 comprises a base plate 11 and a peripheral wall 12 erected from the outer edge of the base plate 11. An outward-projecting overhang 12a is provided at the upper end of the peripheral wall 12. Inside the pit 10, a storage space 10s capable of accommodating a suspension structure is formed.

上部構造体17は、梁15と、建物本体16と、を有している。梁15は、建物本体16を支持している。梁15は、張出し部12aの上方に配置されている。平面視で、梁15は、張出し部12aの延在方向に沿って配置されている。建物本体16の下端部の外縁部は、梁15に支持されている。例えば、建物本体16は、複数の層で形成されている。 The superstructure 17 comprises a beam 15 and a building body 16. The beam 15 supports the building body 16. The beam 15 is positioned above the overhang 12a. In plan view, the beam 15 is positioned along the extending direction of the overhang 12a. The outer edge of the lower end of the building body 16 is supported by the beam 15. For example, the building body 16 is formed from multiple layers.

吊り構造体19の上端部19uは、上部構造体17の下端部17dに支持されている。吊り構造体19は、上部構造体17の下端部17dから吊り下げられ、ピット10の収容空間部10sに収容されている。吊り構造体19は、ピット10の周壁12と間隔を空けて配置されている。吊り構造体19は、例えばエレベーターである。 The upper end 19u of the suspension structure 19 is supported by the lower end 17d of the superstructure 17. The suspension structure 19 is suspended from the lower end 17d of the superstructure 17 and housed in the accommodating space 10s of the pit 10. The suspension structure 19 is positioned at a distance from the surrounding wall 12 of the pit 10. The suspension structure 19 is, for example, an elevator.

免制振複合システム2は、上側制振装置20Aと、下側制振装置20Bと、滑り支承30と、を備えている。 The vibration isolation and damping composite system 2 comprises an upper vibration damping device 20A, a lower vibration damping device 20B, and a sliding bearing 30.

上側制振装置20Aは、上部構造体17の最上部17uに設置されている。吊り構造体19の最下部19dには、コンクリート板等の支持板が設けられている。下側制振装置20Bは、吊り構造体19の最下部19dに設置されている。 The upper vibration damping device 20A is installed at the uppermost part 17u of the superstructure 17. A support plate, such as a concrete slab, is provided at the lowest part 19d of the suspension structure 19. The lower vibration damping device 20B is installed at the lowest part 19d of the suspension structure 19.

上側制振装置20A及び下側制振装置20Bを、総称して制振装置20とする。制振装置20は、TMD(Tuned Mass Damper)として機能する。制振装置20が設置される設置面を、設置面20aとする。設置面20aは、上側制振装置20Aならば上部構造体17の最上部17uであり、下側制振装置20Bならば吊り構造体19の最下部19dである。 The upper vibration damping device 20A and the lower vibration damping device 20B are collectively referred to as the vibration damping device 20. The vibration damping device 20 functions as a TMD (Tuned Mass Damper). The installation surface on which the vibration damping device 20 is installed is referred to as the installation surface 20a. For the upper vibration damping device 20A, the installation surface 20a is the uppermost part 17u of the upper structure 17, and for the lower vibration damping device 20B, it is the lowermost part 19d of the suspension structure 19.

図2は、制振装置20を説明する模式図である。
図2に示すように、制振装置20は、固定部21と、可動質量22と、減衰部23と、減衰部23と、水平ばね24と、を有している。
Figure 2 is a schematic diagram illustrating the vibration damping device 20.
As shown in Figure 2, the vibration damping device 20 includes a fixed part 21, a movable mass 22, a damping part 23, another damping part 23, and a horizontal spring 24.

固定部21は、設置面20aに固定されている。固定部21は、設置面20aに対して変位しないように固定されている。固定部21は、可動質量22を水平方向に移動可能に支持するスライダ21aを有している。 The fixing part 21 is fixed to the installation surface 20a. The fixing part 21 is fixed so as not to displace relative to the installation surface 20a. The fixing part 21 has a slider 21a that supports the movable mass 22 so as to be movable in the horizontal direction.

可動質量22は、固定部21に支持され、固定部21と水平方向に相対移動可能である。 The movable mass 22 is supported by the fixed part 21 and is movable relative to the fixed part 21 in the horizontal direction.

減衰部23は、固定部21と可動質量22との間に配置され、固定部21に対する可動質量22の相対振動を許容しつつこの相対振動を減衰させる。減衰部23は、オイルダンパーや粘弾性ゴムなどを用いた減衰装置で構成され、本実施形態では、減衰定数hは10%程度に設定されている。 The damping section 23 is positioned between the fixed section 21 and the movable mass 22, and dampens the relative vibration of the movable mass 22 relative to the fixed section 21 while allowing this relative vibration. The damping section 23 is composed of a damping device using an oil damper or viscoelastic rubber, and in this embodiment, the damping constant h is set to approximately 10%.

水平ばね24は、固定部21と可動質量22との間に減衰部23と並列に配置され、固定部21に対する可動質量22の相対振動を許容しつつ可動質量22を付勢する。 The horizontal spring 24 is positioned in parallel with the damping unit 23 between the fixed part 21 and the movable mass 22, biasing the movable mass 22 while allowing relative vibration of the movable mass 22 with respect to the fixed part 21.

図3は、1次周期と有効質量の算出法を説明する図である。
図3に示すように、制振装置20がTMDとして機能していない(無TMD)状態で、上部構造体17と吊り構造体19の共同節点Q1とQ2を固定端とする。固有値解析で上部構造体17の1次周期Tu及び吊り構造体19の1次周期Tdと、上部構造体17の有効質量Meu及び吊り構造体19の有効質量Medを算出する。
Figure 3 illustrates the method for calculating the first period and effective mass.
As shown in Figure 3, with the vibration damping device 20 not functioning as a TMD (no TMD), the joint nodes Q1 and Q2 of the superstructure 17 and the suspension structure 19 are fixed ends. The first period Tu of the superstructure 17 and the first period Td of the suspension structure 19, as well as the effective mass Meu of the superstructure 17 and the effective mass Med of the suspension structure 19 are calculated using eigenvalue analysis.

上側制振装置20Aの可動質量は、上部構造体17の有効質量Meuの7%~9%程度が好ましく、7%がより一層好ましい。下側制振装置20Bの可動質量は、吊り構造体19の有効質量Medの10%~20%程度が好ましく、10%がより一層好ましい。 The movable mass of the upper vibration damping device 20A is preferably about 7% to 9% of the effective mass Meu of the upper structure 17, with 7% being even more preferable. The movable mass of the lower vibration damping device 20B is preferably about 10% to 20% of the effective mass Med of the suspension structure 19, with 10% being even more preferable.

本実施形態では、滑り支承30は、傾斜滑り支承である。滑り支承30は、上部構造体17をその支持構造物であるピット10に対して水平各方向に滑動自在に支持するためのものである。滑り支承30は、複数設置されている。 In this embodiment, the sliding bearing 30 is an inclined sliding bearing. The sliding bearing 30 is for supporting the superstructure 17 so that it can slide horizontally in all directions relative to its supporting structure, the pit 10. Multiple sliding bearings 30 are installed.

図4は、(a)滑り支承30の摺動子35の分解斜視図であり、(b)滑り支承30の分解斜視図である。
図4に示すように、滑り支承30は、上部案内部材33と、下部案内部材34と、摺動子35と、を有している。上部案内部材33は、上部構造体17の梁15の下部15d(図1参照)に固定されている。下部案内部材34は、ピット10の張出し部12aの上部12uに固定されている。摺動子35は、上部案内部材33と下部案内部材34との間に介装されている。摺動子35は、上部案内部材33に対して水平一方向(図4ではX-X方向として示す)にのみ摺動可能に保持されている。摺動子35は、下部案内部材34に対しては水平一方向と直交する水平他方向(図4ではY-Y方向として示す)にのみ摺動可能に保持されている。
Figure 4 is (a) an exploded perspective view of the slider 35 of the sliding bearing 30, and (b) an exploded perspective view of the sliding bearing 30.
As shown in Figure 4, the sliding bearing 30 includes an upper guide member 33, a lower guide member 34, and a slider 35. The upper guide member 33 is fixed to the lower part 15d (see Figure 1) of the beam 15 of the superstructure 17. The lower guide member 34 is fixed to the upper part 12u of the overhang 12a of the pit 10. The slider 35 is interposed between the upper guide member 33 and the lower guide member 34. The slider 35 is held so as to be slidable only in one horizontal direction relative to the upper guide member 33 (shown as the X-X direction in Figure 4). The slider 35 is held so as to be slidable only in another horizontal direction perpendicular to the horizontal direction relative to the lower guide member 34 (shown as the Y-Y direction in Figure 4).

図5は、滑り支承30の(a)平面図であり、(b)(a)のb-b線断面図であり、(b)(a)のc-c線断面図である。
上部案内部材33及び下部案内部材34は、いずれも断面矩形の横長のブロック状をなす同一形状及び同一寸法の部材である。上部案内部材33及び下部案内部材34は、長さ方向が互いに直交する向きとされている。上部案内部材33及び下部案内部材34は、上下方向に間隔をおいた状態で対向配置されている。図5(b),(c)に示すように、この状態で、上部案内部材33が上部構造体17に固定され、下部案内部材34がピット10に固定されている。
Figure 5 is (a) a plan view of the sliding support 30, (b) a cross-sectional view of (a) along the line b-b, and (b) a cross-sectional view of (a) along the line c-c.
The upper guide member 33 and the lower guide member 34 are both identical in shape and size, forming a horizontally elongated block with a rectangular cross-section. The upper guide member 33 and the lower guide member 34 are oriented perpendicular to each other in their longitudinal directions. The upper guide member 33 and the lower guide member 34 are positioned opposite each other with a gap between them in the vertical direction. As shown in Figures 5(b) and (c), in this configuration, the upper guide member 33 is fixed to the upper structure 17, and the lower guide member 34 is fixed to the pit 10.

図4(b)に示すように、上部案内部材33及び下部案内部材34の対向面側(すなわち上部案内部材33の下面側及び下部案内部材34の上面側)には、それぞれの長さ方向に沿う溝が形成されている。溝の深さは中央部から両側に向かって漸次浅くなるようにされている。溝の底面は緩慢なV形に傾斜する傾斜面とされている。 As shown in Figure 4(b), grooves are formed along the longitudinal direction of the upper guide member 33 and the lower guide member 34 on their opposing surfaces (i.e., the lower surface of the upper guide member 33 and the upper surface of the lower guide member 34). The depth of the grooves gradually decreases from the center toward both sides. The bottom surface of the grooves is a gently sloping V-shape.

上部案内部材33の溝が下向きとなり、溝の延在方向がX-X方向に沿う向きで、上部案内部材33は上部構造体17に固定されている。これによって、上部案内部材33に形成されている溝の底面は、X-X方向に沿って逆V形に緩慢に傾斜する下向きの上部傾斜面36となっている。 The groove of the upper guide member 33 faces downwards, and the direction of the groove's extension is aligned with the X-X direction. The upper guide member 33 is fixed to the upper structure 17. As a result, the bottom surface of the groove formed in the upper guide member 33 becomes a downward-sloping upper inclined surface 36 that gently slopes in an inverted V shape along the X-X direction.

下部案内部材34の溝が上向きとなり、溝の延在方向がY-Y方向に沿う向きで、下部案内部材34はピット10に固定されている。これによって、下部案内部材34に形成されている溝の底面は、Y-Y方向に沿ってV形に緩慢に傾斜する上向きの下部傾斜面37となっている。 The groove of the lower guide member 34 faces upward, and the direction of the groove's extension is aligned with the Y-Y direction. The lower guide member 34 is fixed to the pit 10. As a result, the bottom surface of the groove formed in the lower guide member 34 becomes an upward-facing lower inclined surface 37 that slopes gently in a V-shape along the Y-Y direction.

図6は、滑り支承30の常時の状態を示す図である。
図6に示すように、滑り支承30の支持する軸力(自重)をWとすると、傾斜による復元力(水平力)Fは、水平面に対する傾斜角をθとして、式(1)で表される。摺動子35の接触面は、上面全体である。なお、μは傾斜面の摩擦係数であり、μWは摩擦力を意味する。
Figure 6 shows the sliding bearing 30 in its normal state.
As shown in Figure 6, if W is the axial force (self-weight) supported by the sliding bearing 30, the restoring force (horizontal force) F due to the inclination is expressed by equation (1), where θ is the angle of inclination with respect to the horizontal plane. The contact surface of the slider 35 is the entire upper surface. Hereinafter, μ is the coefficient of friction of the inclined surface, and μW represents the frictional force.

図7は、滑り支承30の地震時時の状態を示す図である。
地震時の免震層に生じる水平変位に対し、図7に示すように滑り支承30は可動する。摺動子35の接触面は、上面の半分である。なお、実際の勾配は1/100~1/20だが、図を分かりやすくするために、傾斜角θを大きく図示している。
Figure 7 shows the state of the sliding bearing 30 during an earthquake.
As shown in Figure 7, the sliding bearing 30 moves in response to the horizontal displacement that occurs in the seismic isolation layer during an earthquake. The contact surface of the slider 35 is half of the upper surface. Note that the actual slope is 1/100 to 1/20, but the inclination angle θ is shown as large for clarity.

傾斜角θと傾斜面の摩擦係数μは、式(2)で表される関係にある。 The relationship between the inclination angle θ and the coefficient of friction μ of the inclined surface is expressed by equation (2).

tanθは摩擦係数μの0.1~0.4に相当することする。また、免震設計変位によって摩擦係数を調整する必要あるが、低摩擦材を使用することでμ≦0.06とする。 The coefficient of friction μ (tanθ) is assumed to be between 0.1 and 0.4. Furthermore, while the coefficient of friction needs to be adjusted according to the seismic isolation design displacement, the use of low-friction materials ensures that μ ≤ 0.06.

次に、解析結果について説明する。 Next, I will explain the analysis results.

<解析条件>
・解析対象:図8に示すモデル図
・構造:上部構造(上部構造体17)13段、吊り構造(吊り構造体19)1段
・傾斜滑り支承(滑り支承30):μ=0.012、傾斜角度θ=1.5°
・減衰10%のオイルダンパーを使用することとした
・上部構造の1次周期Tu=0.415sec、有効質量Meu=54831kg
・吊り構造の1次周期Td=0.164sec、有効質量Med=5170kg
<Analysis conditions>
- Analysis target: Model diagram shown in Figure 8 - Structure: Superstructure (superstructure 17) 13 stages, suspension structure (suspension structure 19) 1 stage - Inclined sliding bearing (sliding bearing 30): μ = 0.012, inclination angle θ = 1.5°
- An oil damper with 10% damping will be used. - The primary period of the superstructure is Tu = 0.415 sec, and the effective mass is Meu = 54831 kg.
- Suspension structure: Primary period Td = 0.164 sec, effective mass Med = 5170 kg

<パラメータ>
(1)地震波
解析に用いた地震波を、表1に示す。解析用地震波の波形を図9に示す。
<Parameters>
(1) Seismic Waves The seismic waves used in the analysis are shown in Table 1. The waveforms of the seismic waves used for analysis are shown in Figure 9.

(2)TMDの有効質量に対する比率
・上TMD(上側制振装置20A)の場合
使用するTMDの質量muと上部構造体の有効質量Meuの比率(mu/Meu): mu/Meu=3%、5%、7%、9%とする。
・下TMD(下側制振装置20B)の場合
使用するTMDの質量mdと吊り構造体の有効質量Medの比率(md/Med): md/Med=10%、20%、30%、40%とする。
(2) Ratio of TMD to effective mass - In the case of upper TMD (upper vibration damping device 20A) The ratio of the mass mu of the TMD used to the effective mass Meu of the superstructure (mu/Meu): mu/Meu = 3%, 5%, 7%, 9%.
- In the case of a lower TMD (lower vibration damping device 20B), the ratio of the mass md of the TMD used to the effective mass Med of the suspension structure (md/Med) shall be md/Med = 10%, 20%, 30%, or 40%.

<解析結果>
図10に上部構造上端部における加速度を示し、図11に吊り構造上端部における加速度を示し、図12に免震変位を示す。いずれの図も、(a)エルセントロ、(b)タフト、(c)八戸である。
免震EVA(エレベーター)の上下端にTMDを設置する場合の解析を行った。
(加速度について)
・EVAの上端部の加速度に対して、上TMDの効果は下TMDより大きい。
上TMDの質量比(mu/Meu)をみると、有効質量Meuの7%~9%程度であれば、全ケースの加速度の低減変化が一番大きい。9%以上になると、7%より効果があるものの、それほど著しく変化がなかった。
・EVAの下端部の加速度に対して、下TMDの効果は上TMDより大きい。
TMDの質量比(md/Med)をみると、有効質量のMedの10%~20%程度は、全ケースの加速度の低減変化が一番大きい。20%を超えると、逆に悪くなるケースもある。コストを考えると下端部TMDの質量は有効質量の10%程度はベストである。
・上部構造上端部でと吊り構造の下端部でそれぞれの周期特性に合わしてTMDをつけることで加速度の低減に相乗効果があることがわかった。
(免震変位)
上TMDと下TMDを設置することによる影響は小さいが分かる。
<Analysis results>
Figure 10 shows the acceleration at the upper end of the superstructure, Figure 11 shows the acceleration at the upper end of the suspension structure, and Figure 12 shows the seismic isolation displacement. In all figures, (a) El Centro, (b) Taft, and (c) Hachinohe.
We conducted an analysis of the case where TMDs are installed at the upper and lower ends of a seismically isolated EVA (elevator).
(Regarding acceleration)
- The effect of the upper TMD on the acceleration at the upper end of the EVA is greater than that of the lower TMD.
Looking at the mass ratio (mu/Meu) of the upper TMD, the greatest reduction in acceleration was observed across all cases when it was around 7% to 9% of the effective mass Meu. While the effect was greater at 9% or higher than at 7%, the change was not as significant.
- The effect of the lower TMD on the acceleration at the lower end of the EVA is greater than that of the upper TMD.
Looking at the mass ratio (md/Med) of the TMD, the greatest reduction in acceleration is observed across all cases when the effective mass (Med) is around 10% to 20%. Beyond 20%, performance can actually worsen in some cases. Considering cost, the optimal mass for the lower TMD is around 10% of the effective mass.
It was found that attaching TMDs to the upper end of the superstructure and the lower end of the suspension structure, tailored to their respective periodic characteristics, has a synergistic effect in reducing acceleration.
(Seismic isolation displacement)
The effect of installing both an upper TMD and a lower TMD is small, but noticeable.

このように構成された免制振複合システム2では、上部構造体17の最上部にTMDとして機能する上側制振装置20Aを設けて、吊り構造体19の最下部にTMDとして機能する下側制振装置20Bを設けている。上部構造体17の下部を支持する滑り支承30は固有周期をもたないため、滑り支承30の剛性に影響されることなくTMD機構の同調周期は非免震時の(免震層を固定した)構造物の1次周期とすることができ、TMDの諸元(可動質量、バネ、減衰の諸元)を決定しやすくなる。入力地震波の特性による影響を受けにくくなり、地震波と共振を生じることもなくなる。地震時に、上部構造体17のような構造重心位置以上の場所の加速度及び吊り構造体19のような重心位置以下の場所の加速度を共に低減することができる。 In the seismic isolation and damping composite system 2 configured in this way, an upper damping device 20A, which functions as a TMD, is provided at the top of the superstructure 17, and a lower damping device 20B, which functions as a TMD, is provided at the bottom of the suspension structure 19. Since the sliding bearing 30 supporting the lower part of the superstructure 17 does not have a natural period, the synchronization period of the TMD mechanism can be set to the primary period of the structure in the non-seismic isolation state (with the seismic isolation layer fixed), without being affected by the rigidity of the sliding bearing 30, making it easier to determine the TMD specifications (movable mass, spring, and damping specifications). This reduces the influence of the characteristics of the input seismic wave and prevents resonance with the seismic wave. During an earthquake, both the acceleration at locations above the center of gravity of the structure, such as the superstructure 17, and the acceleration at locations below the center of gravity, such as the suspension structure 19, can be reduced.

また、上側制振装置20Aの質量は上部構造体17の有効質量の7%~9%であるため、上部構造体17及び吊り構造体19の加速度を確実に低減することができる。 Furthermore, since the mass of the upper vibration damping device 20A is 7% to 9% of the effective mass of the upper structure 17, the acceleration of the upper structure 17 and the suspension structure 19 can be reliably reduced.

また、下側制振装置20Bの質量は吊り構造体19の有効質量の10%~20%であるため、上部構造体17及び吊り構造体19の加速度を確実に低減することができる。 Furthermore, since the mass of the lower vibration damping device 20B is 10% to 20% of the effective mass of the suspension structure 19, the acceleration of the upper structure 17 and the suspension structure 19 can be reliably reduced.

また、上部構造体17の最上部17uと吊り構造体19の最下部19dとでそれぞれの周期特性に合わしてTMDをつけることで加速度の低減に相乗効果がある。 Furthermore, by attaching TMDs to the uppermost part 17u of the superstructure 17 and the lowermost part 19d of the suspension structure 19, in accordance with their respective periodic characteristics, a synergistic effect is achieved in reducing acceleration.

また、滑り支承30と上下のTMD(上側制振装置20A及び下側制振装置20B)とを併用することで、エレベーターのような剛性が小さいものにも剛体移動と同じ効果を齎せることができる。 Furthermore, by using the sliding bearing 30 in combination with the upper and lower TMDs (upper vibration damping device 20A and lower vibration damping device 20B), the same effect as rigid body movement can be achieved even in structures with low rigidity, such as elevators.

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Furthermore, the assembly procedure, shapes, and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are merely examples and can be modified in various ways based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記に示す実施形態では、吊り構造体19としてエレベーターを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。吊り構造体19として、一般の吊り構造を有する構造も適用することができる。 For example, in the embodiments described above, an elevator was used as an example of the suspension structure 19, but the present invention is not limited to this. A general suspension structure can also be applied as the suspension structure 19.

また、上記に示す実施形態では、滑り支承30として傾斜滑り支承を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。滑り支承30として、特開2019-138376で開示されているような傾斜弾性すべり支承や球面滑り支承を採用することもできる。 Furthermore, although the above-described embodiment uses an inclined sliding bearing as an example of the sliding bearing 30, the present invention is not limited to this. An inclined elastic sliding bearing or a spherical sliding bearing, as disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2019-138376, can also be used as the sliding bearing 30.

1 建物
2 免制振複合システム
17 上部構造体
17u 最上部
19 吊り構造体
19d 最下部
20 制振装置
20A 上側制振装置
20B 下側制振装置
1. Building 2. Vibration isolation and damping composite system 17. Superstructure 17u. Topmost part 19. Suspension structure 19d. Bottommost part 20. Vibration damping device 20A. Upper vibration damping device 20B. Lower vibration damping device.

Claims (3)

上部構造体と前記上部構造体に吊り下げられた吊り構造体と備える建物に設置される免制振複合システムであって、
前記上部構造体の最上部に設けられ、TMDとして機能する上側制振装置と、
前記上部構造体の下部を支持する滑り支承と、
前記吊り構造体の最下部に設けられ、TMDとして機能する下側制振装置と、を備える免制振複合システム。
A vibration isolation and damping composite system installed in a building comprising a superstructure and a suspended structure suspended from the superstructure,
An upper vibration damping device, which is provided at the very top of the superstructure and functions as a TMD,
A sliding support that supports the lower part of the aforementioned superstructure,
A vibration isolation and damping composite system comprising a lower vibration damping device provided at the lowest part of the suspension structure and functioning as a TMD.
前記上側制振装置の質量は、前記上部構造体の有効質量の7%~9%である請求項1に記載の免制振複合システム。 The vibration isolation and damping composite system according to claim 1, wherein the mass of the upper vibration damping device is 7% to 9% of the effective mass of the upper structure. 前記下側制振装置の質量は、前記吊り構造体の有効質量の10%~20%である請求項1または2に記載の免制振複合システム。 The vibration isolation and damping composite system according to claim 1 or 2, wherein the mass of the lower vibration damping device is 10% to 20% of the effective mass of the suspension structure.
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