JPH10169244A - トグル機構を用いた振動制御装置 - Google Patents
トグル機構を用いた振動制御装置Info
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- JPH10169244A JPH10169244A JP32728996A JP32728996A JPH10169244A JP H10169244 A JPH10169244 A JP H10169244A JP 32728996 A JP32728996 A JP 32728996A JP 32728996 A JP32728996 A JP 32728996A JP H10169244 A JPH10169244 A JP H10169244A
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Abstract
き、架構に曲げ応力を発生させることなく、小地震時に
も制振効果を発揮できるようにする。 【解決手段】 架構16が右方向へδ1変位すると、短
ブレース材23及び長ブレース材27が回転支承20、
24を中心に回転運動を行うため、上階梁14Aの回転
支承20の水平変位量δ1より、回転摩擦ダンパー28
の変位量δ2が、増幅されて大きくなる。回転支承20
の小さな水平変位が回転摩擦ダンパー28の大きな変位
に増幅され、小さい変位×大きな力=大きな変位×小さ
な力という関係が成立する。そして、回転摩擦ダンパー
28での小さな回転摩擦力によって、架構16の振動が
減衰され、大地震は元より中小の地震や風による建物の
小さな振動が効果的に制振される。また、長ブレース材
27と下階梁14Bのなす角度θ1が小さいので、下階
梁14Bに余分な曲げ応力を発生させない。
Description
えるトグル機構を用いた振動制御装置に関する。
や風等の外力によって振動し、梁14と柱12とで囲ま
れた架構16に力と変形が生じる。この力と変形を抑え
るために、架構16内にエネルギーを吸収する制振用ダ
ンパー装置70(図48参照)を設置したものがある
(特開平5−256045号公報参照)。
用ダンパー装置70は、架構16が振動してピン80が
変位(δ1)した場合、ロッド72の折曲部(ピン7
4)で変位を拡大して抽出し(δ2となる)、このピン
74に連結されたダンパー76によって振動吸収を行
い、振動に対する建物の減衰性を向上させるものであ
る。
では、減衰性能を備えたダンパー76が必要となるた
め、構成部品が多くなる。
のロッド72の長さが等しいため(ピン74とピン80
との距離が等しくL1となっている)、図50に示すよ
うに、梁14の長い架構16に設置した場合、架構16
が左方向へ変形すると、ピン74が梁14に当たり、制
振効果を発揮できないことが予想される。
に連結するようになっているため、制振機構を効率良く
構築できない。また、ロッド72の軸線と柱12の軸線
とがなす角度θ1、θ2が大きいため、柱12に曲げ応
力が発生する。このため、極限状態に至ると、図47に
示すように、柱12が先に崩壊してしまう可能性があ
り、建物18の崩壊形態としては好ましいものと言えな
い。
小地震や風による揺れを対象としており、想定している
建物18の変形量が小さいので、大地震等によって建物
18が大きく揺れた場合、装置自体が破壊される可能性
がある。
慮し、簡単な機構で、構造物の大きさに左右されずに効
率良く配置でき、また、取付部位に曲げ応力を発生させ
ることなく、大地震時にも制振効果を発揮できるトグル
機構を用いた振動制御装置を提供することを課題とす
る。
は、構造物に作用する外力によって相対変形する第1構
材と第2構材に取付けられている。
転可能に取付けられており、第2構材には、第2ブレー
ス材の一端が回転可能に取付けられている。そして、エ
ネルギー低減吸収手段によって、第1ブレース材と第2
ブレース材の自由端が回転可能に連結され、トグル機構
を構成している。
物にエネルギーが入力されていない状態において、第1
ブレース材と第2ブレース材の支持点を結ぶ線より第2
構材側に位置しており、すなわち、トグル機構が、第2
構材側に折れ曲がった形態を呈している。
1構材と第2構材が、小さく水平方向或いは鉛直方向へ
相対変形しても、大きな変形に増幅されエネルギー低減
吸収手段は大きく移動する。
変形×小さな力という関係が成立し、エネルギー低減吸
収手段が小さな力によって、構造物の振動を抑制する。
また、第1構材と第2構材の小さな相対変形が、エネル
ギー低減吸収手段の大きな変形に増幅されて構造物が制
振されるので、中小の地震や風による小さな振動も効果
的に制振することができ、さらに、耐震補強に活用する
こともできる。
の長さ或いは自由端の交角度を変えることにより、増幅
倍率を任意に設定することができる。さらに、相対変形
を生じる所であれば、取付場所は限定されず、第1ブレ
ース材と第2ブレース材の長さを調整することでトグル
機構を効率よく構築できる。
が、第2構材側に折れ曲がった形態を呈しているので、
トグル機構の特性上、第1構材が変形し難くなり、第1
構材の剛性が見掛け上硬くなる。
より曲げ変形が卓越するような場合でも、トグル機構を
用いた振動制御装置は、水平変形だけでなく鉛直変形に
も追従できるので、任意方向の振動を制振することがで
きる。
載の発明と基本的な機能は同じであるが、エネルギー低
減吸収手段は、構造物にエネルギーが入力されていない
状態において、第1ブレース材と第2ブレース材の支持
点を結ぶ線より第1構材側に位置しており、すなわち、
トグル機構が、第1構材側に折れ曲がった形態を呈して
いる。
が変形し易くなり、第1構材の剛性が見掛け上軟らかく
なっている。このように、トグル機構の組付け方を変え
るだけで、第2構材と相対変形する第1構材の見掛け上
の剛性を変えることができる。
材が平行で長さの等しい一対のブレース材で、第2ブレ
ース材が平行で長さの等しい一対のブレース材で、構成
されている。このため、エネルギー低減吸収手段が安定
した状態でブレース材に支持され、また、確実にブレー
ス材の動きに追従するので、エネルギー低減吸収効果が
向上する。
材と第2ブレース材の自由端の交角度が、第2ブレース
材の軸線が第1構材或いは第2構材の軸線となす角度が
小さくなるように設定されている。このため、第2ブレ
ース材の軸力によって、第1構材或いは第2構材に余分
な曲げ応力が発生しない。
減吸収手段の挙動が第1構材或いは第2構材に干渉され
ないように、第1ブレース材と第2ブレース材の長さが
調整されている。これによって、第1構材と第2構材が
大きく相対変形しても、エネルギー低減吸収手段は、第
1構材或いは第2構材と接触しない。このため、構造物
の設計上の最大変形状態まで制振機能を発揮することが
できる。
材と第2ブレース材の支持点が鉛直線上に位置するよう
にトグル機構を用いた振動制御装置が上下に連層して配
置されている。このため、第1ブレース材或いは第2ブ
レース材の軸力が第1構材及び第2構材の上下で互いに
打ち消され、第1構材及び第2構材に余分な曲げ応力が
発生しない。
材と第2ブレース材の自由端が、回転型減衰装置に連結
されている。この回転型減衰装置が、第1構材と第2構
材の相対変形によって第1ブレース材と第2ブレース材
との連結部に生じた回転エネルギーを吸収して、構造物
の振動を抑制する。
材と第2ブレース材の自由端が、付加質量に連結されて
いる。このように、変形が増幅される部位に入力低限項
としての付加質量を設けることで、動吸振機として機能
し、また入力エネルギーを低減させ、構造物の振動を抑
制する。
材及び第2ブレース材の自由端側に補助質量が取付けら
れている。このように、変形が増幅される部位に入力低
限項としての補助質量を設けることで、動吸振機として
機能し、また入力エネルギーを低減させ、振動抑制効果
をさらに向上させる。
び第2構材に弾塑性ダンパーが取付けられ、この弾塑性
ダンパーに第1ブレース材と第2ブレース材の一端が回
転可能に連結されている。
エネルギー低減吸収手段とで分配して吸収する。また、
第1構材と第2構材との相対変形が小さい場合、エネル
ギー低減吸収手段によって振動を抑え、大地震時等に第
1構材と第2構材が想定以上に相対変形した場合(例え
ば、第1ブレース材と第2ブレース材とが同一線上に位
置した場合)、弾塑性ダンパーによって、構造物の振動
が抑えられる。
ーフの機能、すなわち、構造物の一部が壊れても、設計
荷重の特定の比率の荷重を一定の期間、構造物に支持さ
せるように機能する。
低減吸収手段に、減衰装置の一端が回転可能に連結さ
れ、他端が前記第1構材或いは前記第2構材に回転可能
に取付けられている。
ギーを吸収する減衰装置を設けることによって、第1ブ
レース材と第2ブレース材の連結部で生じるエネルギー
の減衰効果を高めることができる。また、減衰装置の他
端は、回転可能に取付けられているので、エネルギー低
減吸収手段のどのような挙動に対しても追従して、減衰
効果を発揮する。
粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、及びワイヤダンパー等
が使用できる。
減衰方向が、エネルギー低減吸収手段の移動軌跡が描く
円の接線上とされている。このため、減衰装置の減衰性
能が向上する。
低減吸収手段を案内するガイド手段が設けられている。
このため、第1ブレース材及び第2ブレース材が、振れ
ることなく安定した状態で回動するので、減衰効果が向
上する。
対向して、エネルギー低減吸収手段に補助減衰装置が回
転可能に取付けられている。このように、2重に減衰装
置を配置することで減衰効果が増大する。
第2構材が、構造物の架構を構成する上階梁と下階梁で
あり、上階梁へ第1ブレース材又は第2ブレース材の一
端が、下階梁に第2ブレース材又は第1ブレース材の一
端が回転可能に取付けられている。
とで、柱が崩壊する前に梁が崩壊して地震等のエネルギ
ーを吸収するので、もし仮に、想定以上の外力が建物に
作用し終局状態に至ったとしても、崩壊して倒壊に至る
ような大きな被害を受けることがない。
壁又はK型ブレースを構築し、この耐震壁又はK型ブレ
ースと上階梁又は下階梁との間にトグル機構を用いた振
動制御装置が設けられている。
築することによって、大きな架構でも、ブレース材を長
くすることなく、トグル機構をコンパクトに構成するこ
とができる。
た振動制御装置の1つの実施の形態として、図3及び図
4に示す第1形態に係る制振装置10を説明する。
梁14と構成された架構16内に上下に連層され、ま
た、平面的に見て、建物18の角部に制振方向が直交す
るように配設されている。なお、本形態では、制振装置
10を建物18の角部に取付けたが、建物の形状を考慮
して、スパン部分に取付けてもよく、取付位置が限定さ
れるものではない。
は、上階梁14Aに取付けられた回転支承20に一端が
固定された第1ブレースとしての短ブレース材23と、
下階梁14Bに取付けられた回転支承24に一端が固定
された第2ブレースとしての長ブレース材27とを備え
ている。
短く、それぞれの自由端は回転摩擦ダンパー28で回動
可能に所定の角度を持って連結され、トグル機構を構成
している。ここで、短ブレース材23の長さは、柱12
の長さより短くされており、架構16が左側へ大きく変
形しても(図6参照)、回転摩擦ダンパー28が下階梁
14Bと接触しないようになっている。このため、架構
16の設計上の最大変形状態まで制振機能を発揮するこ
とができる。
に示す模式図を参照して説明する。地震等によって、図
5に示すように、架構16が右方向へδ1水平変形した
とし、便宜上、柱12の伸縮を無視して、上階梁14A
もδ1水平変形したとする。このとき、架構16内にお
いて、トグル機構を構成する短ブレース材23及び長ブ
レース材27が回転支承20、24を中心に回転運動を
行うため、上階梁14Aの回転支承20の水平変位量δ
1より、回転摩擦ダンパー28の変位量δ2が増幅され
て大きくなる。
回転摩擦ダンパー28の大きな回転変位に増幅され、小
さい変位×大きな力=大きな変位×小さな力という関係
が成立する。そして、回転摩擦ダンパー28での小さな
回転摩擦力によって、架構16の振動が減衰され、中小
の地震や風による建物18の小さな振動が効果的に制振
される。
7と下階梁14Bのなす角度θ1が小さくなるように、
短ブレース材23と長ブレース材27の交角度θ2を設
定することで、長ブレース材27の軸力によって、下階
梁14Bに余分な曲げ応力を発生させない。
のなす角度θ3が大きくなっているが、図3に示すよう
に、上下階の回転支承24と回転支承20の位置が鉛直
線上に位置するように制振装置10を建物18に連層す
ることで、短ブレース材23の軸力が梁14の上下面で
互いに打ち消され、梁14に余分な曲げ応力が発生しな
い。
向へδ4水平変形したとすると、短ブレース材23の長
さは、柱12の長さより短いので、回転摩擦ダンパー2
8が下階梁14Bと接触しない。このとき、トグル機構
の特性上、架構16が右方向へ変形した場合と比較する
と、回転摩擦ダンパー28の変位量δ3は、上階梁14
Aの回転支承20の水平変位量δ4より若干大きくなる
程度で、変形の増幅倍率が余り大きくない。
18内に制振装置10を左右対称に配置することで、揺
れ方向に関係なく制振効果を発揮できる。また、図8に
示すように、架構16内に左右対称に制振装置10を配
置してもよい。
変位方向と、回転摩擦ダンパー28の変位方向が逆にな
っているため、架構16の動きを抑制する作用が働くこ
とになる。このため、架構16の見掛け上の剛性が大き
くなる。すなわち、トグル機構を上下組み変えること
で、架構16の剛性を見掛け上、硬したり軟らかくした
りすることができる。
平変形(δ5)及び鉛直変形(δ6)しても、回転可能
に連結された短ブレース材23及び長ブレース材27は
この動きに追従する。このため、高層ビルにおいて顕著
に見られる曲げ変形を制御することができる。
ース材23と長ブレース材27が伸び切って、架構16
が最大変形状態に到っても、ブレース材は梁14に取付
けられているので、柱12が崩壊する前に梁14が崩壊
して地震等のエネルギーを吸収し、建物全体が崩壊して
倒壊に至るような大きな被害を受けることがない。
ブレース材27との長さを相違させたが、同じ長さで
も、本発明の効果を奏することができる。
3及び長ブレース材27の自由端側に補助質量52を取
付けてもよい。このように、変形が増幅される部位に入
力低減手段としての補助質量52を設けることで、制振
効果がさらに向上する。
ンパー28へ入力低減手段としての付加質量54を直接
取付けることによって、入力されるエネルギーを低減す
るようにしてもよい。また、付加質量54を回転摩擦ダ
ンパー28に直接取付けることによって、短ブレース材
23及び長ブレース材27に曲げ応力が作用しないの
で、軸力を受ける部材としてブレース材を設計すること
ができる。なお、回転摩擦ダンパー28を回転支承に替
え、入力低減手段としての付加質量54を取付けること
で、入力されるエネルギーを低減することができる。
パーに替えることによって、回転摩擦ダンパー28との
間で、エネルギーを分散して吸収することができ、大き
な制振効果を発揮できる。さらに、短ブレース材23及
び長ブレース材27を重量性のある材質で成形すれば、
ブレース材全体が付加質量となり入力低減効果を発揮す
る。
14Aと下階梁14Bに弾塑性ダンパー56が取付けら
れており、この弾塑性ダンパー56に短ブレース材23
と長ブレース材27が連結される回転支承20、24が
取付けられている。
有する鉄、鉛等で成形されており、スリット56Aの大
きさや数によって、降伏点の値を調整できるようになっ
ている。
ることで、大地震時等に架構16が想定以上に変形した
場合、例えば、短ブレース材23と長ブレース材27と
が伸び切った状態において、弾塑性ダンパー56の履歴
減衰により、建物18の振動が抑えられ、かつ、フェイ
ルセーフとして機能する。
設けて、短ブレース材23、長ブレース材27を回転可
能としたが、図12に示すように、板ばね62の弾性変
位量又は弾性域を利用して回動させてもよい。このよう
に、板ばね62を設けることによって、この部分でもエ
ネルギーを吸収することができる。また、板ばね62の
撓み動作が阻害されないように、弾塑性ダンパー56の
テーパー面56Bに板ばね62が連結されている。
23、長ブレース材27の自由端が、板ばね57を介し
て付加質量55に回転可能に連結されており、この付加
質量55で入力されるエネルギーを低減させるようにな
っている。
ース材27の自由端側に付加質量59が取付けられてお
り、板ばね61で短ブレース材23と長ブレース材27
とが連結されている。このため、使用する板ばねの点数
を削減することができる。
回転支承20、24に換えて板ばねを使用することも無
論可能である。
る。図14に示すように、第2形態に係る制振装置11
は、上階梁14Aに取付けられた回転支承20に一端が
固定された長ブレース材22と、下階梁14Bに取付け
られた回転支承24に一端が固定された短ブレース材2
6とを備えている。
長く、それぞれの自由端は回転摩擦ダンパー28で回動
可能に所定の角度を持って連結され、トグル機構を構成
している。ここで、短ブレース材26の長さは、柱12
の長さより短されており、架構16が左側へ大きく変形
しても(図16参照)、回転摩擦ダンパー28が上階梁
14Aと接触しないようになっている。このため、架構
16の設計上の最大変形状態まで制振機能を発揮するこ
とができる。
17に示す模式図を参照して説明する。
構16が右方向へδ7水平変形したとし、便宜上、柱1
2の伸縮を無視して、上階梁14Aもδ7水平変形した
とする。このとき、架構16内において、トグル機構を
構成する長ブレース材22及び短ブレース材26が回転
支承20、24を中心に回転運動を行うため、上階梁1
4Aの回転支承20の水平変位量δ7より、回転摩擦ダ
ンパー28の変位量δ8が増幅されて大きくなる。
回転摩擦ダンパー28の大きな回転変位に増幅され、小
さい変位×大きな力=大きな変位×小さな力という関係
が成立する。そして、回転摩擦ダンパー28での小さな
回転摩擦力によって、架構16の振動が減衰され、大地
震は元より中小の地震や風による建物18の小さな振動
が効果的に制振される。
22と上階梁14Aのなす角度θ4が小さくなるよう
に、長ブレース材22と短ブレース材26の交角度θ5
を設定することで、長ブレース材22の軸力によって、
上階梁14Aに余分な曲げ応力を発生させない。
のなす角度θ6が大きくなっているが、上下階の回転支
承24と回転支承20の位置が鉛直線上に位置するよう
に制振装置11を建物18に連層することで、短ブレー
ス材26の軸力が梁14の上下面で互いに打ち消され、
梁14に余分な曲げ応力が発生しない。
方向へ変形したとすると、短ブレース材26の長さは、
柱12の長さより短いので、回転摩擦ダンパー28が上
階梁14Aと接触しない。このとき、トグル機構の特性
上、架構16が右方向へ変形した場合と比較すると、回
転摩擦ダンパー28の変位量δ10は、上階梁14Aの
回転支承20の水平変位量δ9より若干大きくなる程度
で、変形の増幅倍率が余り大きくない。
対称に配置することで、揺れ方向に関係なく制振効果を
発揮できる。また、架構16内に左右対称に制振装置1
1を配置してもよい。
と、第2形態では、架構16が左右どちらの方向へ変形
しても、回転摩擦ダンパー28の部分が同方向に変位す
る。すなわち、上階梁14Aの見掛け上の剛性が軟らか
くなっていることを示している。
水平変形(δ11)及び鉛直変形(δ12)しても、回
転可能に連結された長ブレース材22及び短ブレース材
26はこの動きに追従する。このため、高層ビルにおい
て顕著に見られる曲げ変形を制御することができる。
た、付加質量等を取付ける等の変形例は、第2形態でそ
のまま適用できるが、内容が同じであるので説明は割愛
する。
する。図18に示すように、第1形態で説明された、短
ブレース材23と長ブレース材27が、回転摩擦ダンパ
ー28に替えて回転支承33で連結され、トグル機構を
構成している。回転支承33には、油圧ダンパー30の
ロッド32が連結され、シリンダー部34が、上階梁1
4Aに取付けられた回転支承36に固定されている。こ
の油圧ダンパー30は、一例として速度依存型のダンパ
ーで、ロッド32の移動速度が速い程(単位時間当たり
の移動量が大きい程)、減衰効果を発揮する。なお、減
衰装置としてのダンパーは、油圧ダンパーに限られず、
粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、及びワイヤダンパー等
でもよい。
22に示す模式図を参照して説明する。
3水平変形したとし、便宜上、柱12の伸縮を無視し
て、上階梁14Aもδ13水平変形したとする。このと
き、架構16内において、トグル機構を構成する短ブレ
ース材23及び長ブレース材27が回転支承20、24
を中心に回転運動を行うため、上階梁14Aの回転支承
20の水平変位量δ13より、回転支承33の変位量δ
14が増幅されて大きくなる。
位が回転支承33の大きな回転変位に増幅され、小さい
変位×大きな力=大きな変位×小さな力という関係が成
立する。そして、回転支承33に連結された油圧ダンパ
ー30によって、架構16の振動が減衰され、大地震は
元より中小の地震や風による建物18の小さな振動が効
果的に制振される。
4は、上階梁14Aに回転支承36を介して回転可能に
取付けられているので、回転支承33のどのような挙動
に対しても追従して、減衰効果を発揮することができる
が、図22に示すように、回転支承33の移動軌跡が描
く円Mの接線上を、ロッド32が伸縮するように油圧ダ
ンパー30を配置することで、減衰性能をさらに向上さ
せることができる。
方向へδ15水平変形したとすると、短ブレース材23
の長さは、柱12の長さより短いので、回転支承33が
上階梁14Aと接触しない。このとき、トグル機構の特
性上、架構16が右方向へ変形した場合と比較すると、
回転支承33の変位量δ16は、上階梁14Aの回転支
承20の水平変位量δ15より若干大きくなる程度で、
変形の増幅倍率が余り大きくない。
対称に配置することで、揺れ方向に関係なく制振効果を
発揮できる。
水平変形(δ17)及び鉛直変形(δ18)しても、回
転可能に連結された短ブレース材23及び長ブレース材
27はこの動きに追従する。このため、高層ビルの上層
部において顕著に見られる曲げ変形を制御することがで
きる。
の基礎免震にも適用できる。ここでは、図23に示すよ
うに、第3形態の制振装置で説明するが、今までに説明
した他の制振装置でも同様に、免震構造の基礎免震に適
用できる。
で、建物18の振動を減衰することができ、並びに、入
力低減効果が期待でき、また、免震装置40(高減衰積
層ゴム、鉛プラグ入り積層ゴム等で構成されている)の
ねじれ振動等を止めることができる。また、トグル機構
を用いた振動制御装置13は、上下動の制御もできるの
で、建物18のロッキング(傾倒する方向へ振れる現
象)を抑えることもできる。
前の設計基準で施工された建物及び耐震補強を必要とす
る建物に取付ければ、減衰機能によって地震力の低減を
図ることができるので、耐震壁等を設けなくても耐震補
強が可能となる。制振装置13は、免震構造の基礎免震
だけでなく、図24に示す中間層の免震や、レトロフィ
ットへの適応が可能である。
部92と基礎部94との間に免震部材90を配置した基
礎免震構造において、上側の基礎部94に回転支承24
を、下側の基礎部92に回転支承20、36を固定し、
第ブレース材23及び長ブレース材27で平面内にトグ
ル機構を構成して、回転支承33と回転支承36の間に
油圧ダンパー30を配置するようにしてもよい。
建物の対角状に左右対称となる大きなトグル機構を構成
しており、建物の平面内における捻じれを効率良く抑え
ることができる。なお、建物が平面的及び立面的に不整
形な場合、制振装置13は、最も効果的な位置に配設さ
れる。
16内に設けられた耐震壁42に左右対称に一対配設さ
れている。耐震壁42には、長ブレース材27が回転支
承24を介して回転可能に連結され、また、上階梁14
Aには、短ブレース材23及び油圧ダンパー30が、回
転支承20、36を介して回転可能に連結されている。
って、架構16が大きい場合でも、短ブレース材23及
び長ブレース材27を長くすることなく、トグル機構を
コンパクトに構築することができる。なお、図27に示
すように、耐震壁に替えて、K型ブレース41を適用し
てもよい。
30が連結された回転支承33の対角線上の下階梁14
Bに回転支承44を設け、ガイドシリンダー46を連結
し、ガイドロッド48を回転支承33に連結するように
してもよい。これによって、短ブレース材23及び長ブ
レース材27が、振れることなく安定した状態で回転す
るので、減衰効果が向上する。なお、ガイドシリンダー
46に替えて、補助用の油圧ダンパーを取付けること
で、減衰効果を増大させることができる。
ーに換えてガイドシリンダー50を設け、短ブレース材
23及び長ブレース材27の自由端側に補助質量52を
取付けることもできる。このように、変形が増幅される
部位に補助質量52を設けることで、入力低減手段とし
て機能し、制振効果がさらに向上する。なお、無論、ガ
イドシリンダー50に換えて油圧ダンパーであっても構
わない。
へ付加質量54を直接取付けることによって、短ブレー
ス材23及び長ブレース材27に曲げ応力が作用しない
ので、軸力を受ける部材としてブレース材を設計するこ
とができる。
27を重量性のある材質で成形すれば、ブレース材全体
が動吸振機として機能する。
と下階梁14Bに弾塑性ダンパー56を取付け、この弾
塑性ダンパー56に短ブレース材23と長ブレース材2
7が連結される回転支承20、24を取付けてもよい。
弾塑性ダンパー56は、極低降伏点を有する鉄や鉛で成
形されており、スリット56Aの大きさや数によって、
降伏点の値を調整できるようになっている。
ることで、大地震時等に架構16が想定以上に変形した
場合、例えば、短ブレース材23と長ブレース材27と
が伸び切った状態において、弾塑性ダンパー56の履歴
減衰により、建物18の振動が抑えられ、かつ、フェイ
ルセーフとして機能する。また、図32に示すように、
油圧ダンパー30と対向する位置に、補助油圧ダンパー
60を取付けてもよい。
の弾性変位量又は弾性域を利用して、付加質量64へ短
ブレース材23及び長ブレース材27を回転可能に連結
させてもよい。このように、板ばね62を設けることに
よって、この部分でも入力低減効果を発揮させることが
できる。また、板ばね62の撓み動作が阻害されないよ
うに、弾塑性ダンパー56のテーパー面56Bに板ばね
62が連結されている。
30のロッド32を板ばね62を介して、長ブレース材
27へ直接連結することも可能である。さらに、図35
に示すように、長ブレース材27の自由端に付加質量6
3を付けることで、入力低減効果を発揮させることがで
きる。
する。図36に示すように、短ブレース材26と長ブレ
ース材22が、回転支承29で連結され、トグル機構を
構成している。回転支承29には、油圧ダンパー30の
ロッド32が連結され、シリンダー部34が、下階梁1
4Bに取付けられた回転支承36に固定されている。
40に示す模式図を参照して説明する。
9水平変形したとし、便宜上、柱12の伸縮を無視し
て、上階梁14Aもδ19水平変形したとする。このと
き、架構16内において、トグル機構を構成する短ブレ
ース材26及び長ブレース材22が回転支承24、20
を中心に回転運動を行うため、上階梁14Aの回転支承
20の水平変位量δ19より、回転支承29の変位量δ
20が増幅されて大きくなる。
位が回転支承29の大きな変位に増幅され、小さい変位
×大きな力=大きな変位×小さな力という関係が成立す
る。そして、回転支承29に連結された油圧ダンパー3
0によって、架構16の振動が減衰され、大地震は元よ
り中小の地震や風による建物18の小さな振動が効果的
に制振される。
4は、下階梁14Bに回転支承36を介して回転可能に
取付けられているので、回転支承29のどのような挙動
に対しても追従して、減衰効果を発揮することができる
が、図40に示すように、回転支承29の移動軌跡が描
く円Mの接線上を、ロッド32が伸縮するように油圧ダ
ンパー30を配置することで、減衰性能をさらに向上さ
せることができる。
方向へδ21水平変形したとすると、短ブレース材26
の長さは、柱12の長さより短いので、回転支承29が
上階梁14Aと接触しない。このとき、トグル機構の特
性上、架構16が右方向へ変形した場合と比較すると、
回転支承29の変位量δ22は、上階梁14Aの回転支
承20の水平変位量δ21より若干大きくなる程度で、
変形の増幅倍率が余り大きくない。
対称に配置することで、揺れ方向に関係なく制振効果を
発揮できる。
水平変形(δ23)及び鉛直変形(δ24)しても、回
転可能に連結された短ブレース材26及び長ブレース材
22はこの動きに追従する。このため、高層ビルの上層
部において顕著に見られる曲げ変形を制御することがで
きる。
物65の外側に取付けられた例を説明する。この建物6
5は、高さが約20M程度あり、屋上部65Aには、剛
体67が設置されている。剛体67には、建物65から
外側に張り出すようにして回転支承69が2つ取付けら
れている。
に、短ブレース材71が連結されている。この短ブレー
ス材71の自由端は、長ブレース材73と回転支承75
で連結され、長ブレース材73の下端は、地上に設けら
れた基礎77へ回転支承79を介して連結され、地上と
建物65との間にトグル機構を構成している。
1のロッド83が連結され、シリンダー部85が、基礎
77に取付けられた回転支承87に固定されている。
一対のトグル機構を構築することによって、地上部と屋
上部との相対変形が大きくなるため、小さな揺れでも、
制振効果が発揮でき、また、外付けタイプであるので、
既存の建物でも容易に取付けることができる。
を参照して、制振装置の使用例、変形例を説明したが、
このような、実施態様は、トグル機構の挙動が異なるだ
けで、第4形態の制振装置においてもそのまま適用でき
るので説明は割愛する。次に、第5形態に係る制振装置
を説明する。
17は、上階梁14Aに取付けられた回転支承20に平
行で長さの等しい一対の短ブレース材90の一端が固定
され、下階梁14Bに取付けられた回転支承24に平行
で長さの等しい一対の長ブレース材92の一端が固定さ
れている。短ブレース材90は長ブレース材92より短
く、それぞれの自由端は回転摩擦ダンパー28で回動可
能に所定の角度を持って連結され、トグル機構を構成し
ている。
形態の制振装置10と同じであるが、ブレース材をシン
グルでなくダブルで構成することにより、回転摩擦ダン
パー28が安定した状態でブレース材に支持される。ま
た、これによって、回動変位がし易くなるので、制振効
果が向上する。
43に示すように、付加質量94をブレース材の連結部
に付けたもの、図44に示すように、油圧ダンパー96
を取付けたもの、図45に示すように、油圧ダンパー9
6と付加質量94で構成したもの、図46に示すよう
に、回転支承を板ばね98に替え、付加質量100に連
結したもの等があるが、他の制振装置と作用は同様なの
で、説明は割愛する。
成するブレース材をダブルにしてもよいことは言うまで
もない。
構で、構造物の大きさに左右されずに効率良く配置で
き、また、取付部位に曲げ応力を発生させることなく、
大地震時にも制振効果を発揮できる。
置を利用した制振装置を示す斜視図である。
置を利用した制振装置の立面図である。
置を利用した制振装置が配置された建物の立面図であ
る。
置を利用した制振装置が配置された建物の平断面図であ
る。
置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
振装置が架構内へ左右対称に配置された状態を示す斜視
図である。
置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の立面図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の立面図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置が基礎免震に利用された状態を示す立面図である。
装置が中間層免震に利用された状態を示す立面図であ
る。
振動制御装置を利用した制振装置が架構の平面内に配置
された状態を示す平面図であり、(B)はその立面図で
ある。
装置を利用した制振装置が耐震壁に配置された状態を示
す立面図である。
装置を利用した制振装置がK型ブレースに配置された状
態を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の立面図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の動きを示した模式図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
装置を利用した制振装置の変形例を示す立面図である。
ある。
を示した模式図である。
ー低減吸収手段) 30 油圧ダンパー(エネルギー低減吸収手段、減衰
装置) 33 回転支承(エネルギー低減吸収手段) 36 回転支承 41 K型ブレース 42 耐震壁 46 ガイドシリンダー(ガイド手段) 52 付加質量(補助質量)54 付加質量(補助
質量) 56 弾塑性ダンパー 90 短ブレース材(第1ブレース材) 92 長ブレース材(第2ブレース材)
Claims (16)
- 【請求項1】 構造物に作用する外力によって相対変形
する第1構材と第2構材に取付けられ、構造物の振動を
抑えるトグル機構を用いた振動制御装置において、 前記第1構材に一端が回転可能に取付けられた第1ブレ
ース材と、前記第2構材に一端が回転可能に取付けられ
た第2ブレース材と、前記第1ブレース材と前記第2ブ
レース材の自由端が回転可能に連結され、構造物にエネ
ルギーが入力されていない状態で、第1ブレース材と第
2ブレース材の支持点を結ぶ線より前記第2構材側に位
置するエネルギー低減吸収手段と、を有することを特徴
とするトグルを用いた振動制御装置。 - 【請求項2】 構造物に作用する外力によって相対変形
する第1構材と第2構材に取付けられ、構造物の振動を
抑えるトグル機構を用いた振動制御装置において、 前記第1構材に一端が回転可能に取付けられた第2ブレ
ース材と、前記第2構材に一端が回転可能に取付けられ
た第1ブレース材と、前記第1ブレース材と前記第2ブ
レース材の自由端が回転可能に連結され、構造物にエネ
ルギーが入力されていない状態で、第1ブレース材と第
2ブレース材の支持点を結ぶ線より前記第1構材側に位
置するエネルギー低減吸収手段と、を有することを特徴
とするトグル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項3】 前記第1ブレース材が平行で長さの等し
い一対のブレース材で、前記第2ブレース材が平行で長
さの等しい一対のブレース材で、構成されたことを特徴
とする請求項1又は請求項2に記載のトグル機構を用い
た振動制御装置。 - 【請求項4】 前記第2ブレース材の軸線が、前記第1
構材或いは前記第2構材の軸線となす角度が小さくなる
ように、前記第1ブレース材と前記第2ブレース材の自
由端の交角度を設定したことを特徴とする請求項1〜請
求項3の何れかに記載のトグル機構を用いた振動制御装
置。 - 【請求項5】 前記エネルギー低減吸収手段の挙動が前
記第1構材或いは前記第2構材に干渉されないように、
前記第1ブレース材と前記第2ブレース材の長さを調整
したことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記
載のトグル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項6】 前記第1構材の上下面及び前記第2構材
の上下面において、前記第1ブレース材と前記第2ブレ
ース材の支持点が鉛直線上に位置するように上下に連層
して配置されたことを特徴とする請求項1〜請求項5の
何れかに記載のトグル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項7】 前記エネルギー低減吸収手段が回転エネ
ルギーを減衰させる回転型減衰装置であることを特徴と
する請求項1〜請求項6の何れかに記載のトグル機構を
用いた振動制御装置。 - 【請求項8】 前記エネルギー低減吸収手段が付加質量
であることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに
記載のトグル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項9】 前記第1ブレース材及び前記第2ブレー
ス材の自由端側に補助質量が取付けられたことを特徴と
する請求項1〜請求項8の何れかに記載のトグル機構を
用いた振動制御装置。 - 【請求項10】 前記第1構材及び前記第2構材に弾塑
性ダンパーを取付け、この弾塑性ダンパーに前記第1ブ
レース材と前記第2ブレース材の一端を回転可能に連結
したことを特徴とする請求項1〜請求項9の何れかに記
載のトグル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項11】 一端が前記エネルギー低減吸収手段に
回転可能に連結され、他端が前記第1構材或いは前記第
2構材に回転可能に取付けられた減衰装置を有すること
特徴とする請求項1〜請求項10の何れかに記載のトグ
ル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項12】 前記エネルギー低減吸収手段の移動軌
跡が描く円の接線上が減衰方向となるように前記減衰装
置が配置されたことを特徴とする請求項11に記載のト
グル機構を用いた振動制御装置。 - 【請求項13】 前記エネルギー低減吸収手段を案内す
るガイド手段が設けられたことを特徴とする請求項1〜
請求項12の何れかに記載のトグル機構を用いた振動制
御装置。 - 【請求項14】 前記ガイド手段が、前記減衰装置と対
向して配置され、前記エネルギー低減吸収手段に一端が
回転可能に連結され、他端が前記第1構材或いは前記第
2構材に回転可能に取付けられた補助減衰装置であるこ
とを特徴とする請求項13に記載のトグル機構を用いた
振動制御装置。 - 【請求項15】 前記第1ブレース材と前記第2ブレー
ス材が取付けられる前記第1構材と前記第2構材が構造
物の架構を構成する上階梁と下階梁であることを特徴と
する請求項1〜請求項14の何れかに記載のトグル機構
を用いた振動制御装置。 - 【請求項16】 前記上階梁又は下階梁に耐震壁又はK
型ブレースを構築し、この耐震壁又はK型ブレースと反
対側に位置する前記上階梁又は上階梁との間に構築され
たことを特徴とする請求項15に記載のトグル機構を用
いた振動制御装置。
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