JPH02240340A

JPH02240340A - 可変剛性機構による能動型制震システム

Info

Publication number: JPH02240340A
Application number: JP6123889A
Authority: JP
Inventors: Naomiki Niwa; 直幹丹羽; Takuji Kobori; 小堀　鐸二; Genichi Takahashi; 元一高橋
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-25
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0742811B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は構造物の架構内に、減衰係数が２段階で切り換
え可能な連結装置を設け、地震や風などの振動外乱に対
し、コンピューターにより構造物の振動に応じた制御を
行い、構造物の応答量を低減させる能動型制震システム
に関するものである。

〔従来の技術〕

出願人は構造物の柱梁架構内に、プレースや壁などの形
で可変剛性要素を組み込み、可変剛性要素自体の剛性、
あるいは架構本体と可変剛性要素との連結状態を可変と
し、地震や風などの振動外力に対し、振動外力の特性を
コンピューターにより解析して、非共振となるよう構造
物の剛性を変化させて構造物の安全を図る能動的制置シ
ステムおよび可変剛性構造を種々提案している（例えば
特開昭６２−２６８４７９号、特開昭６３−１１４７７
０号、特開昭６３−１１４７７１号など）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の能動的制置システムは、主として地震
動などの卓越周期と、構造物の固有振動数（通常、１次
の固有振動数が問題となる場合が多い）との関係に着目
し、卓越周期に対し、構造物の固有振動数を能動的にず
らすことにより、共振現象を避け、応答量の低減を図っ
ている。

しかし、特に地震動などの場合、非定常振動であること
から、例えば卓越周期がはっきりしない場合や卓越周期
が複数ある場合など、必ずしも最適な制御とならない場
合も考えられる。

また、能動的制置システムにより構造物の応答を最小限
に抑えるためには、地震動などの振動特性、架構の特性
などの解析および各種装置による制御を厳密に行うこと
も考えられるが、個々の地震動特性に応じた種々の条件
、また装置の構造などから制御には自ずから限界があり
、またこのような制御システｌ、においては、異常が生
じた場合の安全性の維持機構も複雑になるなど、コスト
その他の面でも解決すべき問題が多い。

本発明は比較的簡単な機構の装置および簡単なプログラ
ムにより、構造物の割膜化を効率良く行い、振動外乱に
対する構造物の応答を低減し、構造物の安全性を確保す
るとともに、快適な居住空間を実現することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、架構本体と可変剛性要素との間または可変
剛性要素内に減衰係数を、所定の高い減衰係数と低い減
衰係数の２段階で切り換え可能とした連結装置を介在さ
せ、風や地震による構造物の応答と地震動などを観測し
ながら、それに適した剛性と減衰効果をコンピューター
により計算し、連結装置の減衰係数を選択する。これを
能動的に制御することで、風や小地震時の構造物の剛性
の確保と、大地震時の非共振化と減衰の付加ができ、構
造物の割膜化が実現できる。なお、振動レベルの判断は
構造物の応答のみで判断し、フィードバックによる制御
を行うこともできるし、地震動そのものを測定し、フィ
ードフォワードすることにより、フィードバックとフィ
ードフォワードを併せた複合的な制御を行うこともでき
る。

構造物に振動外力が入力されると、構造物あるいは架構
本体の応答量が振動測定手段としての加速度計、速度計
あるいは変位計などのセンサーにより感知され、コンピ
ュータープログラム内の減衰係数選択手段により、振動
レベルに応じて高い減衰係数と低い減衰係数のいずれか
が選択される。

選択された減衰係数は、制御指令発生手段より制御指令
を連結装置に与え、すなわち連結装置の開閉弁の開閉を
制御することにより実現される。

このような減衰係数が可変な連結装置としては、例えば
シリンダーがプレースなどの可変剛性要素側に連結され
、該シリンダー内で往復動する両ロフト形式のピストン
のロッドが架構本体側に連結される連結装置く以下、シ
リンダーロック装置と呼ぶ）が利用できる。このシリン
ダーロックｇＫは、第２図に示すように、ピストン１２
ａの両側の油圧室１３を連結する油路１４に開閉弁１５
が設けられ、この開閉弁１５の開閉により連結状態を調
整することができる。すなわち、開閉弁１５が閉の状態
では、油路１４における圧油の流れが実質的に阻止され
るため、固定に近い状態となり、装置は大きな減衰係数
を持つことになる。反対に開閉弁工５が開の状態では、
両油圧室１３間の圧油の流れが実質的に自由な状態とな
り、装置は小さな減衰係数を持つことになる。

この油圧を利用したシリンダーロック装置１０において
、架構本体に対する減衰力はシリンダー１１とピストン
ロッド１２の相対速度の２乗に比例する砥抗力として与
えられる。

シリンダー１１が架構本体側に連結され、ピストンロッ
ド１２が可変剛性要素側に連結される場合も同様である
。

〔作　用〕

本発明の能動型制震システムでは、構造物の応答あるい
は地震動などの振動の大きさに応じて、連結装置を働か
せるものであり、風や小さい地震に対しては、減衰係数
の大きい固定または固定に近い状態で対処させることに
より、構造物の剛性を確保し、大きな減衰力を働かせる
ことができる。

一方、大地震に対しては、減衰係数の小さいフリーまた
はフリーに近い状態で対処させることにより、構造物の
架構を可変剛性要素が効かない低い剛性状態とし、非共
振化を図るとともに、大地震の振動レベルに応じた減衰
性を付加し、構造物の応答を低減させることができる。

すなわち、本発明の能動型制震システムは従来の能動型
制震システムが非共振性に重点をおいていたのに対し、
振動レベルに応じて連結装置の連結状態を制御するもの
であり、制御が比較的簡単であり、かつ構造物に対する
減衰力を効果的に働かせることができる。

〔実施例〕

次に、実施例として制御システムの具体例について説明
する。

第１図は本発明の能動的制置システムの構成の概要を示
したもので、柱３と梁４からなる架構本体２と、各層の
架構本体２内に組み込んだ可変剛性要素としての逆■型
プレース５との間に、連結装置１　（例えば前述のシリ
ンダーロック装置）を介在させている。入力地震動およ
び構造物の応答（振幅、速度、加速度など）をそれぞれ
入力センサー６および構造物に設置した応答センサー７
でセンシングし、振動レベルに応じた連結装置１の減衰
係数または連結状態をコンピューター８で選択し、制御
指令を出す。

制御はより具体的には以下のように行われる。

■　風や小地震時には、装置の減衰係数を高い値として
、可変剛性要素が効いた剛性の高い架構とする。これに
より高層ビルなどで問題となっている船酔い現象を防止
でき、快適な居住空間を実現できる。

■　センシングしている構造物の応答や地震動の大きさ
をもとに、大地震であると判断されたら、装置の減衰係
数を小さい値に切り換え、可変剛性要素が効かない剛性
の低い架構とする。これにより、架構の固有周期が長く
なり、地震動の一般的特性からすると、構造物に入る力
が減り、安全性が保たれる。

■　装置の減衰係数の切り換えは、地震動の大きさと構
造物の応答の大きさのみで判定でき、計算機としては、
ボードコンピューター程度で十分である。

■　装置の高・低の減衰係数の両状態とも架構に減衰性
能を付加できく構造物の応答低減に効果を発揮する。

第３図〜第１０図は本発明における連結装置の構造物架
構に対する適用位置の例を示したものである。

第３図の例では架構本体２としての柱梁架構と、可変剛
性要素としての逆■型プレース５の間に連結装置１を介
在させている。

第４図の例は架構本体２としての柱梁架構と、上下の梁
４より立設したまたは垂下させたフレーム２１どうしの
間に連結装置１を介在させて、可変剛性要素としてのモ
ーメント抵抗フレームを構成した場合である。

第５図の例では架構本体２としての柱梁架構と、可変剛
性要素としてのＲＣ耐震壁２２との間に連結装置１を介
在させている。

第６図の例は、免震構造物の基部に積層ゴムなどの免震
ゴム２３と併用して連結装置１を設けた場合の例であり
、連結装置１が免震構造におけるダンパーの役割を果た
している。この場合の可変剛性要素は構造物の基礎と考
えることができる。

第７図の例では架構本体２としての柱梁架構内に設けた
Ｘ型プレース２４を可変剛性要素としており、Ｘ型の中
央に連結装置１を横向き（横型）に介在させである。

第８図の例は第７図の例と同様、Ｘ型プレース２５に通
用した例であり、第７図の例が連結装置１を横向きに設
るすた横型だったのに対し、本例では連結装置を縦向き
に設け、縦型としている。

第９図の例は第５図の例と同様、架構本体２としての柱
梁架構と、可変剛性要素としてのＲＣ耐震壁２６との間
に連結装置１を介在させたものであるが、連結装置１を
出入口などの開口部２７の上方に設けた点に特徴を有し
ている。

第１０図の例は、大架構におけるＸ型プレース２８の中
央に連結装置ｌを介在させたもので、中間の大梁２９と
プレース２８は分離されている。

〔発明の効果）本発明の能動型制震システムでは、地震動などの外乱に
対し、構造物の減衰性を考慮して制御を行うものであり
、減衰係数を高・低２段階に選択できる連結装置を架構
内に組み込んでおき、切り換えを行う振動レベルなどの
条件をあらかじめコンピューター内に設定しておくこと
により、振動状態に応じて、比較的簡単に制御を行うこ
とができる。

すなわち、連結装置の減衰係数を変化させることにより
、可変剛性要素と連結装置の連結状態を変化させ、その
構造物の特性および地震動などの特性に応じた減衰性を
与えることにより、構造物の応答量を低減し、安全性を
確保するとともに、快適な居住空間を実現することがで
きる。

また、振動レベルなどの比較的簡単な判断により制御を
行うため、簡易な計算機で制御を行うことができ、経済
的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の能動的制置システムの構成の概要図、
第２図は本発明の能動的制置システムに使用されるシリ
ンダーロック装置の概念図、第３図〜第１０図は本発明
において使用する連結装置の構造物架構に対する適用位
置の例を示す概要図である。１・・・連結装置、２・・・架構本体、３・・・柱、４
・・・梁、５・・・プレース、６・・・入力センサー　
７・・・応答センサー　８・・・制ＪＢ用コンピュータ
ー　１０・・・シリンダーロック装置、１１・・・シリ
ンダー　１２・・・ピストンロンド、１３・・・油圧室
、１４・・・油路、１５・・・開閉弁、第図第図り第図第図Ｚ’（

Claims

【特許請求の範囲】

（１）架構本体と可変剛性要素との間、または架構本体
内に設けた可変剛性要素内に介在し、減衰係数が所定の
高い減衰係数と所定の低い減衰係数との間で可変な連結
装置と、構造物への振動外力の入力による架構本体の応答量およ
び／または地震動を測定する振動測定手段と、前記振動測定手段により得られた応答量および／または
地震動に応じて、前記高い減衰係数と低い減衰係数のい
ずれか一方を選択する減衰係数選択手段と、前記連結装置を前記減衰係数選択手段により選択した減
衰係数に対応する状態に制御する制御指令発生手段とからなる可変剛性機構による能動型制震システム。
（２）前記連結装置は架構本体または可変剛性要素の一
方に連結されるシリンダーと、架構本体または可変剛性
要素の他方に連結され、前記シリンダー内で往復動する
両ロッド形式のピストンと、該ピストンの両側の油圧室
を連結する油路と、該油路に設けた開閉弁とからなり、
該開閉弁の開閉により、所定の低い減衰係数と所定の高
い減衰係数の間で連結状態を切り換え可能としてある請
求項１記載の可変剛性機構による能動型制震システム。