JPH0478785B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地震等の外力による振動エネルギ
ーを内部で吸収する機能を有する制振構造物に係
わり、特に、高層の構造物に用いられて好適な制
振構造物に関するものである。

「従来の技術」 一般に、建築・土木構造物等の構造物は、これ
に地震等の外力により振動エネルギーが加えられ
ても、この構造物の振動を抑制することで、その
躯体に必要以上の応力が発生することを抑えると
共に居住環境を静穏化するような耐震・耐風構造
物とされるのが通常である。

このような耐震・耐風構造物の一例として、地
震等の外力による振動エネルギーを内部で吸収す
る機能を構造物自身に持たせた、いわゆる制振構
造物と呼ばれる構造物が種々検討、実施されてい
る。

従来検討、実施されている制振構造物の例とし
ては、以下に挙げるようなものがある。

摩擦式、油圧式等のダンパーを構造物の所定
個所に多数設置することで必要な減衰効果を得
るような制振構造物。

構造物の頂部に構造物の数％程度の重量を持
つ錘（ダイナミツクダンパーと呼ぶ）を設置
し、この錘と構造物との共振により構造物自身
の振動を減衰させるような制振構造物。

構造物の頂部に前記と同様の錘とアクチユ
エータ等の加振器（これらを総称してアクテイ
ブ・マス・ダンパーと呼ぶ）を設置し、このア
クテイブ・マス・ダンパーにより構造物自身の
振動を積極的に減衰させるような制振構造物。

構造物の内部及び外部に振動検出センサーを
設置すると共に、地震等の外力による構造物の
応答が最小となるように制御器で構造物を制御
するような制御。この制御器の例としては、ブ
レース等の剛性を変化させることで構造物全体
の剛性を変化させるような装置が挙げられる。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、前記従来の制振構造物は以下に
挙げるような問題点をそれぞれ抱えていた。すな
わち、 ダンパーを構造物の所定個所に多数設置した
ような制振構造物では、安定した減衰が得られ
るものの、その効果が余り期待できず、不十分
な制振効果しか得られない。

構造物の頂部にダイナミツクダンパーを設置
したような制振構造物では、このダイナミツク
ダンパーが構造物の数％程度の重量を持つ大規
模なものであるため、その設置個所が構造物の
頂部等に限定されてしまう。従つて、構造物の
１次固有振動モードにしか有効な制振効果が得
られないため、高層の構造物に対して有効な効
果が得られにくい。

構造物にアクテイブ・マス・ダンパーや制御
器を設置して構造物の振動を積極的に減衰させ
るような制振構造物では、装置及び手法が大変
大掛かりなものとなるため、現実性に乏しく、
また実現例も皆無である。

この発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、構造物の複数次の固有振動モードに対して有
効な制振効果が得られ、かつ、大規模な装置等が
不要な制振構造物の提供を目的としている。

「問題点を解決するための手段」 前記問題点を解決するために、この発明のうち
第１の発明の制振構造物は、躯体を構成する柱及
び梁によつて囲繞された鉛直平面内に壁体が配設
されてなる構造物において、該構造物の固有振動
モードの腹に相当する高さ位置に配設された壁体
の内の少なくとも一部が水平方向へ移動自在に支
持され、当該壁体と前記梁との間には、当該壁体
の水平方向への振動を減衰させる減衰機構が設け
られ、当該壁体と前記柱との間には、間隙が設け
られ、当該壁体は、前記構造物の固有振動モード
の固有周期と略同一の固有周期となる重量に設定
されてなることを特徴とするとしている。

また、第２の発明の制振構造物は、躯体を構成
する柱及び梁によつて囲繞された鉛直平面内に壁
体が配設されてなる構造物において、該構造物の
固有振動モードの腹に相当する高さ位置に配設さ
れた壁体の内の少なくとも一部が水平方向へ移動
自在に支持され、当該壁体と前記梁との間には、
当該壁体の水平方向への振動を減衰させる減衰機
構が設けられ、当該壁体と前記柱との間には、当
該壁体に水平方向へ付勢力を与えることにより、
当該壁体の水平方向の位置を所定の位置へ復帰さ
せる原点復帰機構が設けられ、当該壁体の重量及
び前記原点復帰機構の付勢力は、当該壁体の固有
周期を前記構造物の固有振動モードの固有周期と
略同一とすべく設定されてなることを特徴として
いる。

「作用」 この発明では、多次の固有振動モードが構造物
に励起されると、前記壁体が、その固有周期が構
造物の固有振動モードのそれぞれの固有周期と略
一致された状態で、この構造物の振動に従つて所
定の位相差を伴つて水平方向に振動する。そし
て、これら壁体のそれぞれは、減衰機構により水
平方向の振動が減衰されるので、構造物と壁体と
の共振により構造物に励起される各次の固有振動
及び自身の固有振動が同時に減衰されて構造物の
制振が行われる。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図ないし第５図は、この発明のうち第２の
発明の一実施例である建築物（制振構造物）を示
す図である。これら図において、符号Ｓで表され
るのは地盤Ｇ上に立設された鉄骨造の建築物であ
り、この建築物Ｓは、鉄骨造の柱１，１、…及び
梁２，２、…によりその躯体が構成されている。
この建築物Ｓには、第１図に示すように、その１
次〜３次固有振動モードの腹（最大振幅値）に相
当するそれぞれの階にコンクリート製の壁体３，
３、…が配置されている。

これら壁体３，３、…は、本実施例では制振用
に特別設けられるものではなく、通常の建築物に
おいて耐震壁を構成しない雑壁が用いられてい
る。従つて、第１図において図示されていない部
分においても雑壁たる壁体は多数設けられている
が、単に説明簡略化のために図示を省略したにす
ぎない。しかしながら、建築物Ｓの１次〜３次固
有振動モードの腹に相当する階に配置された壁体
３，３、…とそれ以外の壁体との相異点は、これ
ら壁体３，３、…が建築物Ｓの水平方向に移動自
在に構成されている点である。

より具体的に言えば、壁体３は、第２図ないし
第５図に示すように、建築物Ｓの１対の柱１，１
及び梁２，２で囲繞される平面内に配置されてい
る。この壁体３は、その高さ及び幅がそれぞれ柱
１，１間及び梁２，２間の間隔より若干狭く形成
されることで、柱１，１及び梁２，２とそれぞれ
所定の間隙をもつて配置されている。同様に、壁
体３の壁厚は梁２の梁幅よりも薄く形成されてい
る。壁体３の下面全体には四弗化エチレン等の摩
擦低減材４が貼付される一方、梁２の上面にはこ
の壁体３を挾んで梁２の長手方向に延在する板状
のストツパ５，５が立設され、これにより、壁体
３はその面外方向への移動が規制された状態で、
すなわち水平方向に移動（摺動）自在に構成され
ている。あるいは、前記壁体３の下面と梁２上面
との間に空隙が形成されることで、前記摩擦低減
材４を省略したような構成としても良い。

また、壁体３の両端縁と柱１，１側面とはスプ
リング６，６、…により連結され、すなわちスプ
リング６，６、…は、壁体３の水平方向の位置を
中央位置に復帰させる原点復帰機構を構成してい
る。

さらに、壁体３の上端部には自身の水平方向の
振動を減衰する減衰機構７が設けられている。こ
の減衰機構７は、壁体３上面に突設され、その長
手方向全体に亙つて延在されたＴ形鋼８と、この
Ｔ形鋼８全体をその上方から覆うように前記梁２
下面に取り付けられた断面コ字状の箱体９と、こ
の箱体９下端両側に取り付けられて箱体９及びＴ
形鋼８間を閉塞する板状のゴムパツキン１０，１
０と、前記箱体９内部に封入された粘性体１１と
から構成されている。この粘性体１１としては、
アスフアルトコンパウンド等周知の粘性体が好適
に使用されるが、粘弾性体を用いれば、ゴムパツ
キン１０，１０による液密性を厳密に考慮せずと
も液漏れ等が発生する恐れがなく、より好適であ
る。

そして、これら壁体３のそれぞれは、その総重
量及び前記スプリング６，６、…のバネ定数が適
宜調整されることで、自身の水平方向の振動に対
する固有周期が、建築物Ｓの１次〜３次固有振動
モードの固有周期とそれぞれ略同一とされてい
る。

このような構成の建築物Ｓに地盤Ｇから地震等
の水平外力が伝達されると、その躯体たる柱１，
１、…及び梁２，２…は建築物Ｓに固有の振動モ
ードでかつ固有の振動周期をもつて振動する。こ
こで、建築物Ｓには通常１次の固有振動モードが
励起されるが、建築物Ｓが高層である場合や水平
外力の規模等によつては、より高次の固有振動モ
ードが励起される場合もある。このような場合、
建築物Ｓ全体で見ると、これら１次から高次まで
の固有振動モードが重ね合わされたような振動が
励起されることになる。

このようにして多次の固有振動モードが建築物
Ｓに励起されると、これら振動モードの腹に相当
する階に設置された水平方向移動自在な壁体３，
３、…も、建築物Ｓの振動に従つて所定の位相差
を伴つて水平方向に振動する。そして、これら壁
体３，３、…のそれぞれは、その固有周期が建築
物Ｓの固有振動モードのそれぞれの固有周期と略
同一とされ、かつ、減衰機構７，７、…により水
平方向の振動が減衰されるように構成されている
ので、建築物Ｓと壁体３，３、…との共振により
建築物Ｓの各次の固有振動及び壁体３，３、…自
身の固有振動が同時に減衰されて、建築物Ｓの制
振が行われる。

よつて、この実施例の建築物Ｓにあつては、そ
の各次の固有振動モードに対応して、それぞれの
振動モードの腹に相当する各階に前記従来におけ
るダイナミツク・ダンパーが設けられたような構
成であるため、建築物Ｓに励起される各次の固有
振動が有効に減衰されて建築物Ｓの制振が行われ
る。しかも、振動体として建築物Ｓ中に既に設置
された雑壁たる壁体３，３、…が使用されている
ので、特別な装置を必要とせず、かつその設置場
所等に苦慮することがない。よつて、この実施例
によれば、建築物Ｓの複数次の固有振動モードに
対して有効な制振効果が得られ、かつ、大規模な
装置等が不要な建築物Ｓを実現することができ
る。

また、この実施例の建築物Ｓは、前述の如く特
別な装置が新たに建築物Ｓ中の有効空間内に設置
されているのではないから、建築物Ｓに制振効果
を付与するに際して何等空間的制限が設けられ
ず、かつ、既存の雑壁たる壁体３，３、…が使用
されているので、大変安価に構成することができ
る、等の優れた利点を有する。

次に、第６図ないし第７図を参照して、この発
明のうち第１の発明の一実施例である建築物（制
振構造物）Ｓについて説明する。なお、以下の説
明において、前記第２の発明の一実施例である建
築物と同一の構成要素については同一の符号を付
し、その説明を省略する。

この実施例では、第６図ないし第７図に示すよ
うに、壁体３の高さが梁２，２間の間隔と略等し
く形成され、これにより、壁体３は、その上・下
面と梁２，２の上・下面とが面接触された状態で
柱１，１及び梁２，２で囲繞される平面内に配置
されている。また、壁体３及び梁２，２間の間隙
の一方（図示例では壁体３下面）には摩擦低減材
４が介在されると共に、他方の間隙には摩擦板
（減衰機構）１２が介在されている。

そして、これら壁体３のそれぞれは、その総重
量が適宜調整されることで、自身の水平方向の振
動に対する固有周期が、建築物Ｓの１次〜３次固
有振動モードの固有周期とそれぞれ略同一とされ
ている。

なお、この実施例では、前記第２の発明の一実
施例と比較した場合、その壁体３が前記実施例の
壁体３の幅よりも広げられると共に、前記スプリ
ング６，６、…が省略された構成となつている。
すなわち、この実施例では、壁体３がスプリング
６，６、…により振動されて建築物Ｓの振動が減
衰されるよりも、摩擦板１２により壁体３と建築
物Ｓとの相対的振動が減衰される作用を期待して
いる。

従つて、このような構成の建築物Ｓに多次の固
有振動モードが建築物Ｓに励起されると、これら
振動モードの腹に相当する階に設置された水平方
向移動自在な壁体３，３、…も、建築物Ｓの振動
に従つて所定の位相差を伴つて水平方向に振動す
る。そして、これら壁体３，３、…のそれぞれ
は、その固有周期が建築物Ｓの固有振動モードの
それぞれの固有周期と略同一とされ、かつ、減衰
機構１２，１２、…により水平方向の振動が減衰
されるように構成されているので、前記第２の発
明の一実施例の場合と同様に、建築物Ｓと壁体
３，３、…との共振により建築物Ｓの各次の固有
振動及び壁体３，３、…自身の固有振動が同時に
減衰されて、建築物Ｓの制振が行われる。

よつて、この実施例にあつても、建築物Ｓの複
数次の固有振動モードに対して有効な制振効果が
得られ、かつ、大規模な装置等が不要な建築物Ｓ
を実現することができる。

なお、この発明の制振構造物は、その細部が前
記実施例に限定されず、種々の変形例が実施可能
である。一例として、前記壁体３を水平方向に移
動自在に構成する手段及び壁体３の水平方向の振
動を減衰させる減衰機構の構成も任意であり、周
知の手段から適宜選択されれば良い。

また、水平方向に移動自在な壁体３，３、…の
設置個数及び設置個所も任意であり、構造物の規
模、またこれに期待する制振効果等に応じて適宜
決定されれば良い。

さらに、この発明の制振構造物は、その適用対
象が建築物に限定されず、例えば搭状の構造物に
も好適に適用可能である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれ
ば、多次の固有振動モードが構造物に励起される
と、構造物と壁体との共振により構造物の各次の
固有振動及び自身の固有振動が同時に減衰される
ことで、構造物の制振が行われる。しかも、この
壁体としては、構造物中に既に設置された雑壁等
が使用可能であるので、特別な装置を必要とせ
ず、かつその設置場所等に苦慮することがない。
よつて、この発明によれば、構造物の複数次の固
有振動モードに対して有効な制振効果が得られ、
かつ、大規模な装置等が不要な構造物を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明のうち第２の発
明の一実施例である建築物を示す図であつて、第
１図はその全体を示す概略図、第２図は壁体周辺
のみを取り出して示した正面図、第３図は第２図
の−′線に沿う矢視断面図、第４図は第３図
の円内を拡大して示した断面図、第５図は第３
図の円内を拡大して示した断面図、第６図ない
し第７図はこの発明のうち第１の発明の一実施例
である建築物を示す図であつて、第６図は壁体周
辺のみ取り出して示した正面図、第７図は第６図
の−′線に沿う矢視断面図である。 Ｓ……建築物（制振構造物）、３……壁体、６
……スプリング（原点復帰機構）、７……減衰機
構、１２……摩擦板（減衰機構）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 躯体を構成する柱及び梁によつて囲繞された
   鉛直平面内に壁体が配設されてなる構造物におい
   て、 該構造物の固有振動モードの腹に相当する高さ
   位置に配設された壁体の内の少なくとも一部が水
   平方向へ移動自在に支持され、 当該壁体と前記梁との間には、当該壁体の水平
   方向への振動を減衰させる減衰機構が設けられ、 当該壁体と前記柱との間には、間隙が設けら
   れ、 当該壁体は、前記構造物の固有振動モードの固
   有周期と略同一の固有周期となる重量に設定され
   てなることを特徴とする制振構造物。 ２ 躯体を構成する柱及び梁によつて囲繞された
   鉛直平面内に壁体が配設されてなる構造物におい
   て、 該構造物の固有振動モードの腹に相当する高さ
   位置に配設された壁体の内の少なくとも一部が水
   平方向へ移動自在に支持され、 当該壁体と前記梁との間には、当該壁体の水平
   方向への振動を減衰させる減衰機構が設けられ、 当該壁体と前記柱との間には、当該壁体に水平
   方向へ付勢力を与えることにより、当該壁体の水
   平方向の位置を所定の位置へ復帰させる原点復帰
   機構が設けられ、 当該壁体の重量及び前記原点復帰機構の付勢力
   は、当該壁体の固有周期を前記構造物の固有振動
   モードの固有周期と略同一とすべく設定されてな
   ることを特徴とする制振構造物。