JPH0285477A - 制振方法 - Google Patents

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、長周期化された構造物若しくは被支承床をア
クチュエータから加えられる制振力で制振するに際して
、構造物等に人力される地動加速度をＴめ検出しまたは
地震入力並びにアクチュエータからの制振力の作用によ
り構造物等に実際に加わっている力及びそれに基づく構
造物等の応答量を検出して、これら検出諸量に基づいて
アクチュエータを制御するようにした制振方法に関する
ものである。

（従来の技術） 地震動等に対して構造物の揺れを規制するための制振手
法としては、様々なものが案出されている。ここに、ア
クチュエータなどの動力源が有する制振力によって構造
物の揺れを抑制する方法が知られており、この方法の一
般的な適用例は第８図に示すように、構造物固有の振動
モードの腹となる構造物すの頂部または中間階にアクチ
ュエータａが設備されて当該位置でセンサＣからの検出
信号に基づいて制振制御を施すように構成されている。

このアクチュエータａは、構造物すに固定された固定ブ
ロックｄと付加振動体ｅとの間に設けられ、構造物すの
揺れにより慣性で振れる付加振動体ｅに反力をとって構
造物すに制振力を加えるようになっている。このような
構成は、構造物すへ入力すべき制振力が比較的小さくて
済むので好ましいが、反面構造物すが高層である等構造
物す自体が長周期性を備えている必要があると共に、振
動抑制効果としても充分なものが得られないという欠点
かある。また構造物す内に制振機構が設備されるため、
その延べ床面積を減少させることともなる。

このような実情を考慮してアクチュエータを構造物の頂
部や中間階以外の場所にも設置することを可能とし且つ
また通常長周期性を有しない５〜２０階程度の中・低層
構造物をも制振制御の対象構造物とすることができるよ
うに、地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ
等で構成した滑り支承材などの長周期化手段を介して構
造物を免振支持するようにした免振構造物が開発されて
いる。この免振構造物では、構造物の直下に介装される
長周期化手段により構造物固有の振動モードの腹を構造
物の下層部分に得ることができ、従って中・低層構造物
をも長周期化することができると共に、この下層位置に
おいて構造物とその外部の地盤との間にアクチュエータ
を設けることができる（日本建築学会論文報告集、第１
０３号（昭和３９年１０Ｊ’ｌ）　ｐ、１１８等がある
）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述したような免振構造物に対して好ましい
割振効果を発揮させるにあたっては、アクチュエータの
発生する制振力の適切な制御が重要であり、このアクチ
ュエータの最適な制御方法の案出が望まれている。また
上述の免振構造を構造物内の特定の床構造に適用して割
振することも考えられ、その場合のアクチュエータの制
御も重要である。

本発明の目的は、長周期性を有する免振構造物をアクチ
ュエータから加えられる制振力て制振するに際し、好適
な制振制御方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段と作用） 本発明は、地盤上に長周期化手段を介して免振支持され
た構造物を、アクチュエータが発生する制振力で制振す
るに際して、地盤の地動加速度を予め検出し、地動加速
度により下式によってアクチュエータの制振力をフィー
ドフォワード制御するようになっている。

Ｐ＝ｍｉ７ Ｐ：アクチュエータの制振力 ｍ：構造物を含む振動系固有の質量 ジ：地動加速度 また本発明は、地盤上に長周期化手段を介して免振支持
された構造物を、アクチュエータが発生する制振力で制
振するに際して、地震入力並びにアクチュエータからの
制振力の作用により構造物に実際に加わっている力及び
それに基づく構造物の応答量を検出し、これら諸検出値
により下式によってアクチュエータの制振力をフィート
ノく・ツク制御するようになっている。

式 ％式％） Ｐ：アクチュエータの制振力 Ｆ：構造物に実際に加わっている力 ｍ：構造物を含む振動系固有の質量 Ｃ：構造物を含む振動系固有の減衰係数に＝構造物を含
む振動系固有の剛性 父：構造物の地盤に対する応答速度 Ｘ：構造物の地盤に対する応答速度 Ｘ：構造物の地盤に対する応答変位 また本発明は、構造物の床部分を構成し構造物と共に振
動する構造床上に長周期化手段を介して免振支持された
被支承床を、アクチュエータが発生する制振力で制振す
るに際して、構造床の応答加速度を予め検出し、応答加
速度により下式によってアクチュエータの制振力をフィ
ードフォワード制御するようになっている。

式 Ｐ：アクチュエータの制振力 ｍ：被支承床を含む振動系固有の質量 ｙ：構造床の応答加速度 また本発明は、構造物の床部分を構成し構造物と共に振
動する構造床上に長周期化手段を介して免振支持された
被支承床を、アクチュエータが発生する制振力で制振す
るに際して、地震入力並びにアクチュエータからの制振
力の作用により被支承床に実際に加わっている力及びそ
れに基づく被支承床の応答量を検出し、これら諸検出値
により下式によってアクチュエータの制振力をフィード
バック制御するようになっている。

式 ％式％） Ｐ、アクチュエータの制振力 Ｆ：被支承床に実際に加わっている力 ｍ：被支承床を含む振動系固有の質量 Ｃ：被支承床を含む振動系固有の減衰係数に：被支承床
を含む振動系固有の剛性 〈：被支承床の構造床に対する応答加速度Ｘ：被支承床
の構造床に対する応答速度Ｘ：被支承床の構造床に対す
る応答変位そして、上式のようにアクチュエータの制振
力を制御することにより、構造物若しくは被支承床の制
振制御を行なうようになっている。

（実施例） 以下に、本発明の好適実施例を添付図面に従って詳述す
る。

本発明は、地震動などの外乱または構造物自体の振動を
検出するセンサを有し、その信号を制振のための制御信
号として用い、外部より制振力を与えることによって免
振支持により長周期化された構造物の地震などによる揺
れを積極的に低減する制振方法を提供する。第１図には
、本発明の制振方法の実施に採用される装置の概念が示
されており、本装置は主に地動または構造物の揺れの状
態を検出する計測システム（センサ）１と、計測システ
ム１で計測された計測値をデータとしてこれらを処理す
る制御システム（制御手段）２と、制御システム２から
の制御信号に従って構造物３に制振力を加える動力駆動
システム（アクチュエータ）４とから構成される。

構造物３を制振する場合の具体的構成例を説明すると第
２図に示すように、四部５が区画形成された地盤６上に
は、その四部５内に長周期化手段７を介して構造物３が
建設され、この構造物３は長周期化手段７によって長周
期化されて構成される。本実施例にあっては長周期化手
段７として、適当な高さを有し且つ凹部５内に間隔を隔
てて配設された複数の積層ゴムが例示されている。なお
、長周期化手段７としては、積層ゴムに限らず、滑り支
承材、ベアリング、ソフトストリー、磁気浮上手段など
を採用してもよい。また本実施例にあっては、構造物３
と地盤６との間に長周期化手段７と並列にダンパ８が配
設されており、このダンパ８によって相当の振動減衰効
果が得られるようになっている。

このように構成された構造物３と地盤６との間には、地
震時における地動方向に伸縮駆動されて構造物３に制振
力を入力する動力駆動システム４としての油圧シリンダ
などのアクチュエータ９が設けられる。具体的にはアク
チュエータ９は、四部５の垂直壁５ａとこれに相対向す
る構造物３の下層部分との間に、地震の横揺れ方向に沿
ってはぼ水平に設けられる。またこのアクチュエータ９
は、構造物３の周囲に間隔を隔てて複数配設され、様々
な方向性の地震に対応できるようになっている。

他方計測システム１としては、地盤６側に地震時の地動
（地盤の地動加速度）を予め検出する第１のセンサ１０
が設置される場合と、構造物３内に地震入力並びにアク
チュエータ９からの制振力の作用により構造物３に実際
に加わっている力及びそれに基づく構造物３の応答量を
検出する第２のセンサ１１が設置される場合とかある。

特に、第１のセンサ１０を設置する場合には検出される
検出信号は、後述するフィードフォワード制御に利用さ
れる。他方第２のセンサ１１を設置する場合には検出さ
れる検出信号は、後述するフィードバック制御に利用さ
れる。そしてこれらセンサ１０．１１には、検出信号を
増幅するための増幅器１２を介して制御システムまたる
コンピュータなどの制御手段１３が接続される。この制
御手段１３はアクチュエータ９に接続され、各センサ１
０゜１１からの検出信号に応じてアクチュエータ９の制
振力を制御する機能を有する。詳しくは制御手段１３は
、第１のセンサ１０から検出信号が入力される場合には
その信号に基づいてアクチュエータ９の制振力をフィー
ドフォワード制御するようになっており、他方第２のセ
ンサ１１から検出信号が人力される場合にはその信号に
基づいてアクチュエータ９の制振力をフィードバック制
御するようになっている。第４図及び第５図にはそれぞ
れ本発明の制振方法に対応させたフィードフォワード制
御方式並びにフィードバック制御方式の回路構成か示さ
れており、フィードフォワード方式では、構造物３に入
力される地震振動を第１のセンサ］０で予め検出してこ
れを制御手段１３に入力し、アクチュエータ９を作動し
てこの制振力を構造物３に加えるようになっている。こ
の制御は、制振対象である構造物３の振動特性を制御回
路に組込んだ予測制御となる。他方フィードバック方式
では、地震入力に対して制振力が加えられた結果の構造
物３の応答を第２のセンサ１１で検出し、その検出値を
制御手段１３に戻して次のアクチュエータ９の作動に利
用するようになっており、構造物３の振動特性を制御回
路に事前に正確に組込む必要がなく、構造物３の非線形
性に対しても追従させることができるものである。また
、風など構造物３の上方に加振力が加わるような場合に
も有効に機能する。なお、増幅器１２並びに制御手段１
３の設置位置は、図示のように構造物３内であっても、
地盤６側であっても良い。

次に、上述の免振構造を構造物３内の特定の床構造に適
用して制振する場合の具体的構成例を説明する。第３図
に示すように、構造物３の各階を区画する床部分を構成
し地震時などに構造物３と共に振動する構造床１４上に
は、長周期化手段７を介して被支承床１５をが載置され
、この被支承床１５は長周期化手段７によって長周期化
されて構成される。本実施例にあっては長周期化手段７
として、適当な高さを有し且つ構造床１４上に間隔を隔
てて配設された複数の積層ゴムが例示されている。この
被支承床１５上には、振動の影響を嫌う電算機などの精
密機器１６が搭載される。

このように構成される被支承床１５と構造物３との間に
は、地震時における地動方向に伸縮駆動されて被支承床
１５に制振力を入力する動力駆動システム４としてアク
チュエータ９が設けられる。

具体的にはアクチュエータ９は、構造物３の垂直壁３ａ
とこれに相対向する被支承床１５の端面１５ａとの間に
、地震の横揺れ方向に沿ってほぼ水平に設けられる。ま
たこのアクチュエータ９は、被支承床１５の周囲に間隔
を隔てて複数配設され、様々な方向性の地震に対応でき
るようになっている。

他方計測システム１としては、被支承床１５が設置され
ている構造床１４上に地震時の振動（構造床１４の応答
加速度）を予め検出する第１のセンサ１０が設置される
場合と、構造物３内の被支承床１５上に地震入力並びに
アクチュエータ９からの制振力の作用により被支承床１
５に実際に加わっている力及びそれに基づく被支承床１
５の応答量を検出する第２のセンサ１１が設置される場
合とがある。これらセンサ１０，１１は、上述の構造物
３全体の制振の場合と同様に、第１のセンサ１０はフィ
ードフォワード制御に、また第２のセンサ１１はフィー
ドバック制御に利用される。

そしてこれらセンサ１０，１１には、検出信号を増幅す
るための増幅器］２を介して制御システムまたるコンピ
ュータなどの制御手段１３が接続され、またこの制御手
段１３にはアクチュエータ９が接続されて、各センサ１
０，１１からの検出信号に応じてアクチュエータ９の制
振力を制御するようになっている。なお、増幅器１２並
びに制御手段１３の設置位置は上述と同様、構造物３内
であっても、地盤６側であっても良い。

次に制振制御の手法について、構造物３全体の制振の場
合を例に説明する。これは、被支承床１５の場合も同様
である。

長周期化手段７によって支持された構造物３にアクチュ
エータ９の制振力を作用させることによって、地震時の
地動による構造物３の揺れを抑制する場合の基本的な振
動方程式は、次のように表現される。

ｍ　父＋　ｃ　Ｘ＋　ｋ　ｘ　＝　−ｍ　３；＋　Ｐ　
　　　　　・＝　（１）ｍ：構造物３を含む振動系固有
の質量 Ｃ：構造物３を含む振動系固有の減衰係数に：構造物３
を含む振動系固有の剛性 父：構造物３の地盤６に対する応答速度Ｘ：構造物３の
地盤６に対する応答速度Ｘ：構造物３の地盤６に対する
応答変位ジ：地動加速度 Ｐ：アクチュエータ９の制振力 この（１）式は、地盤６に対する構造物３の振動状態を
表記したものである。そしてこのように表現された（１
）式は、左辺が上述の構造物３の相対系（地盤６と構造
物３との相対関係）での振動特性を、右辺が地盤６の振
動（地動加速度ジ）並びにアクチュエータ９の制振力Ｐ
を含む外力の内容となっている。この右辺の表示から理
解されるように、構造物３を制振するにあたっては地動
との関係でアクチュエータ９の制御を行なえば良く、こ
れは上述のフィードフォワード制御方式に対する制御式
となっている。そして右辺の内容すなわち外力の項が０
となれば、左辺＝０となって地盤６との関係において構
造物３の相対応答が０となる制振、すなわち第６図に示
すように地盤６がいかなる変位を生じても、構造物３は
地盤６と共に移動して地盤６に対して相対変位がない若
しくは相対変位を小さくできる制振効果が得られること
になる。換言すれば、第７図に示した伝達率と振動数と
の関係を示すグラフにおいて、通常の振動状態（図中、
Ａ）と異なり、地震のいかなる振動数成分に対しても伝
達率か１となる制振効果を得ることができる（図中、Ｂ
）。

そこで（１）式の右辺＝０として、アクチュエータ９の
制振力Ｐで式を整理すると、次のように表わされる。

Ｐ＝ｍｉ　　　　　　　・・・（２） この制御式（２）によれば構造物３が地震の影響を受け
ない、すなわち地震入力そのものを打消す制振制御が実
行されることになる。このような制振制御方式によれば
、構造物３の相対系に対する応答量が０となるので構造
物３はあたがも地盤６と一体の剛体となって地動と全く
同一に動くこととなり、地動に対する構造物３の加速度
増幅がカットされて構造物３の損傷を防止することがで
きる。

以上の説明は構造物３の割振に関するものであるが、被
支承床１５の場合には、上記（２）式中のｍを被支承床
１５を含む振動系固有の質量とし、父を構造床１４の応
答加速度として取扱えば良い。

他方、構造物３の応答量を基に制御を行なうフィードバ
ック制御について考えると、この制御法は現在アクチュ
エータ９が構造物３に加えている制振力に対してその後
加えるべき制振力の増分を構造物３の応答量から求めて
制御するものであり、最終的には構造物３の応答量を０
にしてゆく、すなわち上記（１）式の左辺をＯに収束さ
せてゆくものである。構造物３で現在検出される応答量
は制振力を入力した結果として上記（１）および（２）
式から、次のように表現される。

−（ｍ某＋Ｃ大＋ｋｘ）　　　・・・（３）この応答量
と現在構造物３に実際に加わっている力との差がＯとな
るようにアクチュエータ９の制振力を加えれば、上述し
たフィードフォワード制御におけると同じ制振効果を得
ることができる。

これを式で表わすと、次のようになる。

Ｐ＝Ｆ−（ｍ＊＋ｃＭ＋ｋｘ）　　＋・＋　（４）Ｐ：
アクチュエータ９の制振力 Ｆ：構造物３に実際に加わっている力 ｍ：構造物３を含む振動系固有の質量 Ｃ：構造物３を含む振動系固有の減衰係数に：構造物３
を含む振動系固有の剛性 に：構造物３の地盤に対する応答加速度Ｘ：構造物３の
地盤に対する応答速度 Ｘ：構造物３の地盤に対する応答変位 このように表現された制御式（４）であっても、これを
フィードバック制御に採用して必要制振力Ｐをできる限
り０に近付けるように制御することにより、上述のフィ
ードフォワード制御の場合と同様な制振効果を得ること
ができる。

以上の説明は構造物３の制振に関するものであるが、被
支承床１５の場合には、上記（４）式中の各制御値を次
のようにして取扱えば良い。

Ｐ：アクチュエータ９の制振力 Ｆ：被支承床１５に実際に加わっている力ｍ：被支承床
１５を含む振動系固有の質量Ｃ：被支承床１５を含む振
動系固有の減衰係数に：被支承床１５を含む振動系固有
の剛性父：被支承床１５の静止系に対する応答加速度■
：被支承床１５の静止系に対する応答加速度■：被支承
床１５の静止系に対する応答変位以上説明したように、
長周期性を有する免振構造物３若しくは構造物３内の特
定の床構造（被支承床１５）をアクチュエータ９から加
えられる制振力Ｐで制振するに際し、新たに導出された
上記（２）、（４）式を制御関数としてアクチュエータ
９の制振力Ｐの制御を行なうことにより、構造物３が地
震の影響を受けない、すなわち地震人力そのものを打消
す制振制御を達成することができ、このような制振制御
方式によれば構造物３の相対系に対する応答量が０とな
るので構造物３はあたかも地盤６と一体の剛体となって
地動と全く同一に動くこととなり、地動に対する構造物
３の加速度増幅がカットされて構造物３の損傷を防止す
るという優れた割振効果を得ることができる。

（発明の効果） 以上要するに本発明に係る制振方法によれば、地盤上に
長周期化手段を介して免振支持された構造物を、または
構造物の床部性を構成し構造物と共に振動する構造床上
に長周期化手段を介して免振支持された被支承床を、ア
クチュエータが発生する制振力で制振するに際して、新
たに導出された制御関数でアクチュエータの制振力の制
御を行なうことにより、構造物が地震の影響を受けない
、すなわち地震入力そのものを打消す制振制御を達成す
ることができ、このような制振制御方式によれば構造物
の相対系に対する応答量が０となるので構造物はあたか
も地盤と一体の剛体となって地動と全く同一に動くこと
となり、地動に対する構造物の加速度増幅がカットされ
て構造物の損傷を防止するという優れた制振効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制振方法の実施に採用される装置の概
略構成図、第２図は構造物を制振する場合の具体的構成
図、第３図は免振構造を構造物内の特定の床構造に適用
して制振する場合の具体的構成図、第４図及び第５図は
それぞれ本発明の制振方法に対応させたフィードフォワ
ード制御方式並びにフィードバック制御方式の回路構成
図、第６図は地震に対する構造物の制振効果を説明する
模式図、第７図は本発明の制振方法を採用した場合のグ
ラフ、第８図は従来の割振機構を示す構成図である。 ３・・・構造物　　　　　　６・・・地　盤７・・・長
周期化手段　　　９・・・アクチュエータ１４・・・構
造床　　　　　１５・・・被支承法特許出願人　　　　
　　株式会社　　大　林　組代　　理　　人　　　　　
　　　　弁理士　　−色　　健　　捕間　　　　　　　
　　　　　弁理士　　松　　本　　雅　　利一　　２４
　−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤上に長周期化手段を介して免振支持された構
   造物を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに
   際して、地盤の地動加速度を予め検出し、該地動加速度
   により下式によって上記アクチュエータの制振力をフィ
   ードフォワード制御するようにしたことを特徴とする制
   振方法。 式 Ｐ＝ｍ■ Ｐ：アクチュエータの制振力 ｍ：構造物を含む振動系固有の質量 ■：地動加速度
2. （２）地盤上に長周期化手段を介して免振支持された構
   造物を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに
   際して、地震入力並びに上記アクチュエータからの制振
   力の作用により上記構造物に実際に加わっている力及び
   それに基づく該構造物の応答量を検出し、これら諸検出
   値により下式によって上記アクチュエータの制振力をフ
   ィードバック制御するようにしたことを特徴とする制振
   方法。 式 Ｐ＝Ｆ−（ｍ■＋ｃ■＋ｋｘ） Ｐ：アクチュエータの制振力 Ｆ：構造物に実際に加わっている力 ｍ：構造物を含む振動系固有の質量 ｃ：構造物を含む振動系固有の減衰係数 ｋ：構造物を含む振動系固有の剛性 ■：構造物の地盤に対する応答加速度 ■：構造物の地盤に対する応答速度 ｘ：構造物の地盤に対する応答変位
3. （３）構造物の床部分を構成し該構造物と共に振動する
   構造床上に長周期化手段を介して免振支持された被支承
   床を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに際
   して、構造床の応答加速度を予め検出し、該構造床の応
   答加速度により下式によって上記アクチュエータの制振
   力をフィードフォワード制御するようにしたことを特徴
   とする制振方法。 式 Ｐ＝ｍ■ Ｐ：アクチュエータの制振力 ｍ：被支承床を含む振動系固有の質量 ■：構造床の応答加速度
4. （４）構造物の床部分を構成し該構造物と共に振動する
   構造床上に長周期化手段を介して免振支持された被支承
   床を、アクチュエータが発生する制振力で制振するに際
   して、地震入力並びに上記アクチュエータからの制振力
   の作用により上記被支承床に実際に加わっている力及び
   それに基づく該被支承床の応答量を検出し、これら諸検
   出値により下式によって上記アクチュエータの制振力を
   フィードバック制御するようにしたことを特徴とする制
   振方法。 式 Ｐ＝Ｆ−（ｍ■＋ｃ■＋ｋｘ） Ｐ：アクチュエータの制振力 Ｆ：被支承床に実際に加わっている力 ｍ：被支承床を含む振動系固有の質量 ｃ：被支承床を含む振動系固有の減衰係数 ｋ：被支承床を含む振動系固有の剛性 ■：被支承床の構造床に対する応答加速度 ■：被支承床の構造床に対する応答速度 ｘ：被支承床の構造床に対する応答変位