JPH0374649A - 建物用動吸振装置 - 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〕 本発明は高層ビルやタワー等の柔構造建物の地震や風に
よる槁れを低減する建物用動吸振装置に関する。

〔従来の技術〕

高層ビルや各種のタワーなどの高い建築物では、震動エ
ネルギーを吸収して耐震強度を向上させるため柔構造方
式が採用されている。

しかし、この柔構造方式では、強風時や地震時でｔｌれ
るだけではなく、常態時においても播れが大きくなって
居住性が害される場合がある。

そこで、常態時の震動振幅を減少させて居住性を向上さ
せるとともに、強風時や地震時においても建物の全体変
形を減少させうる手段として、建物にばねを介して付加
質量を取付けて副ばね系を連成させ、建物から成る主ば
ね系と前記側ばね系とで固有振動歓（振動周期）が略同
じになるように設定することにより、建物の播れを打ち
消す振動を発生させて吸振効果を実現する動吸振装置（
ダイナミックダンパー）を設けることが提案されている
。

第９図は一般的な従来のこの種の建物用動吸振装置の構
造を示す部分斜視図である。

第９図において、建物３１上（例えば、タワーの頂部）
で所定方向（Ｙ方向）に水平に設置したレール３２に沿
って移動可能な下部質量３３と、該下部賞１３３上で所
定方向（Ｘ方向）に水平に設置したレール３４に沿って
移動可能な上部質量３５とが設けられ、各質量３３．３
５はＹ方向およびＸ方向に張設されたスプリング等から
成るばね部材で保持されている。

また、各質量３３．３５はそれぞれｆｆ１ｌ！係数が小
さなローラで滑動可能に支持されている。

こうして、建物３１のＹ方向の振動（Ｉれ）に対しては
Ｙ方向のばねと上下両方の質量３３．３５でｔｉ或され
る副ばね系による動吸振効果が得られ、Ｘ方向の振動（
揺れ）に対しては、Ｘ方向の振動（１１１れ）に対して
はＸ方向のばねと上部質量３５から戒る副ばね系による
動吸振効果が得られる２次元の建物用動吸振装置が構成
されている。

このような付加［１３３，３５をレール３２．３４に沿
ってガイドする構造のものでは、摩擦係数が太き（、大
きな外力（地震力、風力）にしか応答できず、常態時の
揺れを抑えて居住性を向上させるのには不充分であった
。

そこで、エラストマー層（ゴム等）と補強板とを交互に
積層した構造の積層弾性体の横（剪断）弾性をばねとし
て利用し、建物の所定位置に該積層弾性体を介して付加
質量を取付ける構成の建物用動吸振装置が本件と同じ出
願人による特開平ｌ−１０５８７８号（特願昭６２−２
６１２３８号）に記載されている。

（発明が解決しようとする技術的課題〕ところで、建物
は、その内部構造の多様性から、振れ方向によって固有
周期が異なる場合が多い。

このような場合に、等方性を有する動吸振装置を使用す
ると、いずれか一つの方向の固有周期に合わせるざるを
得ず、制振制能を充分に発揮できなくなる。

また、建物の固有周期は設計値通りになることの方が稀
であり、設計値から外れた場合、動吸振装置を再調整し
て最適な同調状態を実現させることが要求される。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもの
であり、前述の積層弾性体を介して付加質量を取付ける
構成の動吸振装置の改良に係わる。

本発明の目的は、建物の固有周期に合わせて各方向の吸
振特性を自由に設定することができ、また、設定後の各
方向の吸振特性の再調整も容易に行うことができる建物
用動吸振装置を提供することである。

（課題解決のための手段） 本発明は、エラストマー層と補強板とを交互に積層した
構造の積層弾性体の水平方向ばね特性を利用し、建物の
所定位置に該積層弾性体を介して付加質量を取付けた建
物用動吸振装置において、複数個の積層弾性体の上端お
よび下端を結合する安定板により複数段に積み重ねた多
段式積層弾性体ユニットを使用するとともに、一端を上
側の安定板に連結しかつ他端を下側の安定板に連結した
コイルばねを併用する構成により、各方向の吸振特性を
容易にしかも自由に設定することができ、設置後におい
ても再調整を容易に行い得る建物用動吸振装置を提供す
るものである。

〔実施例〕

以下第１図〜第８図を参照して本発明を具体的に説明す
る。

第５図は本発明による動吸振装置を備えた建物の模式的
立面図であり、同図において、地盤上には、タワー状の
建物２が構築され、該建物２の最上階の室内に本発明に
よる動吸振装置３が取付けられている。

建物２としては、例えば、−辺が１０〜２５ｍの正方形
、長方形または菱形の断面形状を有し、高さが、６０〜
１５０ｍに達する鉄骨構造で作られ、風圧を受ける時例
えば２秒程度の振動周期および数ｍの振幅で揺れる物が
多い。

第１図は前記動吸振装置ｆｆ１３の正面図であり、第２
図は、第１図の中の線■−■に沿った断面を示す。

第１図および第２図において、動吸振装置３は積層弾性
体（積層ゴムなど）５の横（剪断）弾性を利用したばね
を該ばねの上に取付けられた付加！１６とで構成されて
いる。

前記積層弾性体５から成るばねとしては、各段の複数個
（４個）の積層弾性体５の上端および下端を結合する安
定［７により複数段（４段）に積み重ねた多段式積層弾
性体ユニットが使用されている。

こうして、ばねとして前記多段式積層弾性体ユニットを
使用し、質量として前記付加質量６を使用する副ばね係
がｉｌｌ威されている。

前記各安定板７は、それぞれ、剛体の連結板であり、地
震や風で横荷重を受けた場合に座屈を生じることなく大
きな水平変位吸収能力を発揮でき、単体の積層弾性体で
付加質量６を、支持する場合に比べ、単位面積当たりの
支持ＩＷｌｌを増大させるためのものである。

第３図は前記積層弾性体５の縦断面を示し、第４図は第
３図中の線ＩＶ−ｒＶに沿った断面を示す。

第３図および第４図に示す積層弾性体５は、ゴムその他
のエラストマー材の層１１と金属板や硬質プラスチック
板などの補強板１２とを交互に一体的に積層固着した構
造をなしており、通常、その上端および下端に取付は孔
１３を有するフランジプレート１４が焼付けや接着等で
一体的に固着されている。

このような積層弾性体（積層ゴム支承体）５は、縦方向
には高いぼね定数を有し、横方向には比較的小さいばね
定数を有している。

この第３図および第４図の積層弾性体５はいわゆる中実
（ソリッド）構造になっているが、こればばね特性を調
整するなどの目的で中空構造にすることもできる。

第６図は前記動吸振装置３の振動時の水平変位状態を模
式的に示す説明図であり、ばねと安定板７でマトリック
ス状にｌ１ｆｆｌした多段式積層弾性体ユニットを使用
することにより、座屈を生じることな（大きな水平変位
を得ることができ、吸振性能を向上させることができる
。

第１図および第２図において、各積層弾性体５は、その
上下端に設けたフランジプレート１４．１４（それらの
取付は孔１３）を各安定板７にボルト等で締結すること
により多段式積層弾性体ユニットに組立てられ、該ユニ
ットの上下端の安定＠７．７を付加質量６および建物２
にボルト締結等で固定することにより動吸振装置３が建
物２に取付けられる。

第１図および第２図において、前記多段式積層弾性体ユ
ニットの各段、すなわち、隣り合った２枚の安定板７．
７の間には、−ｍが上側の安定板７に連結されかつ他端
が下側の安定板７に連結されたコイルばね１５が所定の
配列状態で取付けられている。

本実施例では、上側の安定板７の下面に下方へ突出する
プラタン）１６が固定され、下側の安定板７の上面の前
記プラタン）１６の両側に対応する位置には２個のブラ
ケット１７．１７が固定され、これらのブラケット１７
．１６．１７間に所望数のコイルばね１５が連結されて
いる。

前記コイルばね１５の配列状態では、建物の各方向の固
有周期を考慮して、自由に選定することができ、図示の
例では、Ｘ方向（第２図中の上下方向）には、直列に２
個接続したものが並列に２列配置されており、Ｙ方向（
第２図中の左右方向）には、直列に２個接続したものが
並列に６列配置されている。

この場合、コイルばね１５連結用の各プラタン）１６．
１７．１７には、所定ピッチで充分な数のばね取付は孔
を形成しておき、コイルばね１５はこれを着脱すること
により本数を自由に調整できるようになっている。

このコイルばね１５は、所望の方向のみに配置し、それ
以外の方向には配置しない（本数を零にする）構成にす
ることもできる。

また、前記コイルばね１５としては、全て同じばね定数
のものを使用する他、ばね定数の異なる数種類のばね１
５を適宜組み合わせて使用することもできる。

さらに、各コイルばね１５の取付は時のばね力も自由に
設定することが可能であり、通常、若干の初期張力を与
えた状態で連結される。

次に、第１図〜第６図について説明した動Ｗｌｊ１．振
装置３の作用、効果を具体的に説明する。

多段式積層弾性体ユニットの段数をＮとし、１段当たり
の積層弾性体５（通常、複数個）の水平ばね定数（ｘ、
ｙ方向など所定方向のばね定数）を４に、とし、１段重
たりの振動方向（所定方向）に平行に設置されたコイル
ばね１５の本数をｎとし、各コイルばね１５のばね定数
をに、とすると、多段式積層弾性体ユニットの水平ばね
定数に３は、ここで、４に工／Ｎはオリジナルのばね定
数であり、ｎｋｘ／Ｎは付加ばね定数である。

上記の式によって、コイルばね１５のばね定数ｋｍおよ
び本数ｎなどを変えることにより、振動１’！ＩＸＩＩ
を調整することができる。

今１．実施可能な数値例として、Ｎ−１２段、Ｋｎ＝　
１５０ｋｇｆ／ｃｍ、ｎ−１２本、ｋＮ−１０ｋｇｆ／
ｃｍの場合の調整量を求めてみると、５０＋１０＝６０
ｋｇｆ／ｃｍとなる。

すなわち、コイルばね（Ｅｌ整用のばね）１５を併用す
ることにより、オリジナルのばね定数が５０ｋｇｆ／ｃ
ｍであった建物のＹ方向のばね定数をその２０％に相当
する２０ｋｇｆ／ｃｍだけ高い値（６０ｋｇｆ／ｃｍ）
に調整することができる。

第７図はこのようなＹ方向のばね定数の調整を行なった
動吸振装置３の任意の段の水平断面図である。

第８図の（Ａ）並びに（Ｂ）は、それぞれ、前述のよう
なばね定数の調整を行なわない従来の動吸振装置の振動
数に対する応答倍率（Ｘ、Ｙの各方向とも同じ）、並び
に、本発明を実施して前述のようなＹ方向のばね定数の
調整を行なった動吸振装置の振動数に対するＸ方向およ
びＹ方向の応答倍率を示すグラフである。

以上説明した実施例によれば、動吸振装置３のばね系を
、多段式積層弾性体ユニットをオリジナルとし、これに
各段で上下の安定板７．７間に連結されたコイルばね１
５を振動周期調整用の補助ばねとして併用する構成にし
たので、各方向における建物２の固有周期と動吸振装置
３の吸振特性は前記コイルばね１５の取付は本数やぼね
定数を変えることにより簡単かつ適正に同調させること
ができ、建物に異方性がある場合、あるいは建物の固有
周期が設計値から外れた場合でも、簡単なチューニング
で全ての方向で充分な制振性能を発揮できる建物用動吸
振装置が得られた。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、エラ
ストマー層と補強板とを交互に積層したｔａｎの積層弾
性体の水平方向ばね特性を利用し、建物の所定位置に該
積層弾性体を介して付加質量を取付けた建物用動吸振装
置において、複数個の積層弾性体の上端および下端を結
合する安定板により複数段に積み重ねた多段式積層弾性
体ユニットを使用するとともに、一端を上側の安定板に
連結しかつ他端を下側の安定板に連結したコイルばねを
併用する構成にしたので、建物の固有周期に合わせて各
方向の吸振特性を容易にかつ適正に調整することができ
、制振性能を常に高い水準に維持し得る建物用動吸振装
置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による建物用動吸振装置の一実施例の立
面図、第２図は第１図中の線■−■から見た一部破断平
面図、第３図は第１図中の積層弾性体の単体立面図、第
４図は第３図中の線ＩＶ−ｍＶに沿った断面図、第５図
は第１図の動吸振装置を備えた建物の模式的立面図、第
６図は本発明による動吸振装置の振動モードを例示する
模式的立面図、第７図は本発明の他の実施例に係わる動
吸振装置の第２図に相当する平面図、第８図の（Ａ）お
よびＣＢ）はそれぞれ従来の動吸振装置および第７図の
動吸振装置の振動数一応答倍率のグラフ、第９図は従来
の動吸振装置の一例を示す斜視図である。 ２・・・・・・・建物、３・・・・−・・動吸振装置、
５・・・・・・−積層弾性体、６・−・・・・付加質量
、７・−・・−・・安定板、１１−・−・・・・エラス
トマー層、１２・・・・・・−補強板、１５・・−・・
・・コイルばね。 第 １ 図 第 図 第 ５図 第３図 ４ 第４図 第 図 第 図 第 ８ 図 （Ａ） （８） ｒＬ動数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エラストマー層と補強板とを交互に積層した構造
   の積層弾性体の水平方向ばね特性を利用し、建物の所定
   位置に該積層弾性体を介して付加質量を取付けた建物用
   動吸振装置において、複数個の積層弾性体の上端および
   下端を結合する安定板により複数段に積み重ねた多段式
   積層弾性体ユニットを使用するとともに、一端を上側の
   安定板に連結しかつ他端を下側の安定板に連結したコイ
   ルばねを併用することを特徴とする建物用動吸振装置。