JPH10252306A - 建築物の振動制御方法および制振構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦ダンパーの機構を利用して簡易に構成可
能であるとともに、制振性能が安定であり、さらに、建
築物に対する振動の入力エネルギーや建築物自体の振動
応答の特性に対応可能であるような建築物の振動制御方
法および制振構造を提供することを目的とする。 【解決手段】 建築物の架構内に一対の構造材７，８を
配置し、これら構造材７，８の一端側をそれぞれ架構３
に固定するとともに、他端側を構造材８に設けた電磁石
１０の磁力により互いに吸着させ、建築物に振動が生じ
た際の振動エネルギーを、構造材７，８の吸着面１３に
生じる摩擦により吸収させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地震や風などによ
り建築物に生じる振動を制御するための建築物の振動制
御方法および制振構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の建築物の制振構造としては、建
築物内部にダンパーを設置し、これにより、振動時の入
力エネルギーを吸収して、建築物の振動応答を減少させ
るものが広く知られている。また、この際用いられるダ
ンパーの代表的な例としては、摩擦ダンパーが挙げられ
る。摩擦ダンパーは、振動エネルギーを摩擦エネルギー
に変換する機構を有するもので、粘性ダンパーや粘弾性
ダンパー等の他のダンパーに比較して、設置コストが安
価であることが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、摩擦ダ
ンパーを適用した建築物の制振構造は、コストが比較的
安価であるという利点を有するが、その設置にあたって
は、以下のような注意をを要する。まず、摩擦ダンパー
においては、そのエネルギー吸収性能を安定させるため
に、滑り面の摩擦係数や滑り面に作用する面圧を安定さ
せなければならない。さらに、一般に摩擦現象は、摩擦
面の表面状態や摩擦の繰り返しによる摩擦面の劣化、温
度による部材の体積変化等に対して非常に敏感である。
このため、従来の摩擦ダンパーにおいては、安定した制
振機能を得ることは困難であった。また、このような摩
擦現象に係る不確定性を排除するためには、複雑な構成
を採用せざるを得なかった。

【０００４】さらには、摩擦ダンパーを制振構造に適用
した場合には、その機構が建築物の応答に応じて反応す
るパッシブな制振機構となるため、地震等による振動の
入力エネルギーの特性や建築物の応答特性に対応して、
最適な制振機能を発揮することは不可能であった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み行われたもの
で、摩擦ダンパーの機構を利用して簡易に構成可能であ
るとともに、制振性能が安定であり、さらに、建築物に
対する振動の入力エネルギーや建築物自体の振動応答の
特性に対応可能であるような建築物の振動制御方法およ
び制振構造を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項１
記載の建築物の振動制御方法は、建築物の架構内に一対
の構造材を配置し、これら構造材の一端側をそれぞれ該
架構に固定するとともに、他端側を該構造材の少なくと
も一方に設けた電磁石の磁力により互いに吸着させ、前
記建築物に振動が生じた際の振動エネルギーを、該構造
材同士の吸着面に生じる摩擦により吸収させることを特
徴とする。

【０００７】この建築物の振動制御方法は、電磁石の磁
力により互いに吸着する一対の構造材を摩擦ダンパーと
して機能させて建築物の振動エネルギーを吸収するもの
であり、摩擦面の面圧を電磁石の磁力を変化させること
によって調整することができる。

【０００８】請求項２記載の建築物の振動制御方法は、
請求項１記載の建築物の振動制御方法であって、前記建
築物に振動が生じた際には、前記構造材同士の相対変位
量および前記構造材の軸力を検出し、この検出結果に基
づいて、前記電磁石の磁力を調整することを特徴とす
る。

【０００９】この建築物の振動制御方法によれば、電磁
石の磁力を制御して、一対の構造材間に生じる摩擦力の
特性を設定することができる。さらに、上記の検出結果
と、建築物の振動応答のデータとから、電磁石の磁力
を、建築物の振動低減に最適となるように制御すること
ができる。

【００１０】請求項３記載の建築物の制振構造は、建築
物の架構に対してその一端側が固定されるとともに、そ
の他端側が互いに相対変位可能に接するように配置され
た一対の構造材を備えてなり、前記一対の構造材の一方
の前記他端側に電磁石が設けられ、他方の少なくとも前
記他端側に電磁石または磁性体が設けられていることを
特徴とする。

【００１１】この建築物の制振構造においては、電磁石
の磁力により一対の構造材同士を吸着させることが可能
であり、これにより、地震や風などにより建築物に振動
が生じた際には、これら構造材の吸着面に生じる摩擦に
より、建築物の振動エネルギーが吸収される。

【００１２】請求項４記載の建築物の制振構造は、請求
項３記載の建築物の制振構造であって、前記電磁石に接
続され該電磁石の磁力を調整する制御装置を備えてな
り、前記構造材の少なくとも一方または他方に、該構造
材同士の相対変位量および該構造材に作用する軸力を検
出するとともに、前記制御装置に接続される検出器が設
けられていることを特徴とする。

【００１３】この建築物の制振構造においては、制御装
置により電磁石の磁力を調整して、構造材が相対変位す
る際に生じる摩擦力を調整することができる。さらに、
この摩擦力および相対変位量は、上記の検出器により検
出可能であり、この検出結果に基づいて、制振能力を制
御することが可能である。

【００１４】請求項５記載の建築物の制振構造は、請求
項３または４記載の建築物の制振構造であって、前記一
対の構造材は一体となってブレースを構成していること
を特徴とする。

【００１５】この建築物の制振構造は、ブレースとして
建築物内に設置されるため、建築物内部の最適な箇所に
設置することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図２は、梁１と柱２によって構
成された建築物の架構３を示した図である。架構３内の
梁１と柱２によって形成された開口部４には、ブレース
５，５からなる建築物の制振構造６が設置されている。
ブレース５はそれぞれ一対の構造材７，８によって構成
されており、その両端が架構３に対して固定されてい
る。一対の構造材７，８は、その一方の端部７ａ，８ａ
側が架構３に対して固定されるとともに、その他方の端
部７ｂ，８ｂ側が互いに接するように配置されている。
また、構造材７は強磁性体によって構成されている。

【００１７】図１は、構造材７、８の端部７ｂ，８ｂお
よびその近傍の状況を拡大して示した図である。図中に
示すように、構造材８の端部８ｂには電磁石１０が設置
されている。電磁石１０は、制御装置１２を介して図示
しない電源に対して接続されており、構造材８の端部８
ｂと、強磁性体から構成された構造材７の端部７ｂとを
その磁力によって吸着させている。また、これら端部７
ｂおよび８ｂが吸着することによって、吸着面１３が形
成される。また構造材８には、構造材８に作用する軸力
および構造材７と構造材８との相対変位量を検出する検
出器１４が設けられており、検出器１４は、制御装置１
２に対して接続されている。制御装置１２は、検出器１
４による検出結果に基づいて電磁石１０に流す電流の値
を制御する構成とされている。また、制御装置１２に
は、架構３によって構成された建築物の振動応答データ
があらかじめ入力されている。

【００１８】以上が、本実施の形態の主要な構成である
が、次に、建築物の制振構造６を用いた建築物の振動制
御方法について説明する。架構３に振動の生じていない
平常時には、制御装置１２により、電磁石１０を図示し
ない電源と接続して励磁しておく。これにより、構造材
７，８は、吸着面１３を介して互いに吸着した状態とさ
れる。

【００１９】例えば、地震が発生した場合には、架構３
に振動が生じることになるが、この際には、建築物の制
振構造６は以下のように機能する。架構３に振動が生じ
ることにより、構造材７，８にも振動が生じ、構造材
７，８間には相対変位が生じる。構造材７，８は、電磁
石１０の磁力により互いに吸着しているため、吸着面１
３においては摩擦が生じ、これにより、架構３の振動エ
ネルギーが吸収される。

【００２０】このように建築物の制振構造６において
は、架構３の振動エネルギーを吸着面１３に生じる摩擦
力のなす仕事に変換するという機構が採用されているた
め、その制振性能の特性は、吸着面１３において滑りが
発生したときに吸着面１３に平行な方向に作用する摩擦
力と、吸着面１３に平行な方向の構造材７，８の相対変
位量とによって決定されることになる。本実施の形態に
おいては、滑り発生時に吸着面１３に作用する摩擦力
は、滑り発生時の構造材８の軸力と等しいことから、検
出器１４によって構造材８の軸力と構造材７，８の相対
変位量とを検出することによって、建築物の制振構造６
の制振性能の特性をモニターする。

【００２１】さらに、検出器１４による検出結果に基づ
いて、電磁石１０に対して流す電流または電圧の値を制
御装置１２によって制御し、これによって電磁石１０の
磁力を調整して、吸着面１３における摩擦力を変化さ
せ、これにより、架構３の振動特性そのものを変化させ
る。このとき、制御装置１２に対してあらかじめ入力し
ておいた建築物の振動応答特性とから、地震による振動
応答低減のために最適な摩擦力を計算し、この摩擦力
を、電磁石１０の磁力を制御することによって、吸着面
１３において実現させる。これにより、本実施の形態に
おいては、地震時の建築物の振動応答が制御されること
となる。

【００２２】上述の建築物の振動制御方法および建築物
の制振構造６においては、構造材８の端部８ｂに電磁石
１０が設けられるとともに、構造材７が強磁性体から構
成され、これらの端部７ｂおよび８ｂが、電磁石１０の
磁力によって吸着面１３において吸着する構成とされて
おり、地震発生時には、架構３の振動エネルギーが吸着
面１３において摩擦エネルギーに変換されることによっ
て、架構３の振動応答が減衰され、建築物の安全が守ら
れることとなる。

【００２３】吸着面１３において生じる摩擦力は、吸着
面１３の摩擦係数が一定ならば、吸着面１３に作用する
面圧に比例するため、電磁石１０の磁力を調整して吸着
面１３に作用する面圧を変化させることにより、吸着面
１３において生じる摩擦力を建築物の振動応答低減に最
適な値に調整することができる。したがって、この建築
物の振動制御方法および建築物の制振構造６において
は、安全性の高い制振構造が実現される。

【００２４】また、吸着面１３に作用する面圧を、電磁
石１０の磁力を変化させることにより容易に調整できる
ことから、この建築物の振動制御方法および建築物の制
振構造６においては、従来の摩擦ダンパーを使用した制
振構造とは異なり、摩擦面の面圧を安定させるための複
雑な機構が必要とならない。これにより、簡易な構成に
より安定した制振性能が実現されることとなる。

【００２５】さらに、上述の建築物の振動制御方法およ
び建築物の制振構造６においては、電磁石１０の磁力を
調整する制御装置１２と、構造材８の軸力および構造材
７，８の相対変位量を検出する検出器１４とが備えられ
ており、検出器１４の検出結果に基づいて、制御装置１
２により電磁石１０の磁力を制御して、吸着面１３に生
じる摩擦力を調整し、これにより、架構３の振動応答特
性そのものを変化させることができる。特に、建築物の
振動応答データをあらかじめ制御装置１２に入力してお
けば、振動応答低減に最適な吸着面１３における摩擦力
を算出して、これを吸着面１３において実現するように
電磁石１０の制御を行うことができる。

【００２６】このように、この建築物の振動制御方法お
よび建築物の制振構造６においては、摩擦ダンパーの機
構を用いて制振制御をアクティブに行うことが可能であ
り、高度な制振機能が簡易な構成で実現可能である。さ
らに、この建築物の振動制御方法および建築物の制振構
造６においては、構成を変化させることなく、制振性能
の特性を制御装置１２により自由に設定することが可能
であり、要求される制振性能等に対応して、さまざまな
制振性能の特性が実現できる。また、これにより、その
適用範囲も従来の制振構造と比較して拡大されることと
なる。

【００２７】また、建築物の制振構造６においては、構
造材７，８が一体となってブレース５を構成するため、
架構３中の適切な箇所にブレース５を配置することによ
り、建築物の振動応答の低減を効果的に行うことが可能
となる。

【００２８】以上において本発明の一実施の形態を説明
したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでな
く、振動制御方法の手順や、構造材７，８およびブレー
ス５，５の構成等において、他の構成を採用してもよ
い。

【００２９】例えば、上記実施の形態は、あらかじめ電
磁石１０を電源と接続して励磁しておき、地震が生じた
際に、吸着面１３において摩擦を発生させる構成とされ
ているが、そのかわりに、地震発生時に電磁石１０に自
動的に電源が接続されるような構成を採用してもよい。

【００３０】また、上記実施の形態において、建築物の
制振構造６の制振性能の特性を、あらかじめ設定してお
くようにしても構わない。この場合に設定すべき制振性
能の特性の例をグラフにより示したのが図３である。図
３においては、縦軸に構造材８の軸力Ｎが、横軸に構造
材７，８の相対変位量δが示されており、制振性能の特
性としては、例えば、Ａに示すような弾塑性型、Ｂに示
すような剛塑性型、あるいはＣに示すような劣化型等が
考えられる。また、この場合には、これらの制振性能の
特性を実現するように制御装置１２の制御プログラムを
あらかじめ設定しておくことが必要となる。また、建築
物の制振構造６の設置箇所の違いや要求される制振性能
の程度に応じて、建築物の振動応答低減に最適な制御プ
ログラムを適宜選択するようにしてもよい。

【００３１】また、上記実施の形態においては、構造材
８においてのみ電磁石１０が配置され、構造材７は、強
磁性体により構成されているが、そのかわりに構造材
７，８の双方に電磁石１０を設けるようにしてもよい。

【００３２】さらには、架構３内にブレース５，５を設
置するにあたっては、必ずしも図２に示したような構成
を採用する必要はなく、図４（ａ）に示すように、開口
部４内にブレース５，５をＸ型に配置するようにしても
よいし、また、図４（ｂ）に示すように、開口部４内に
ブレース５，５を方杖形に配置するようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の建築物の振動制御方法および制
振構造は、建築物の架構内に設けられた一対の構造材の
うち、少なくとも一方に設けられた電磁石の磁力によっ
て、これら一対の構造材が互いに吸着する構成とされて
おり、建築物に振動が生じた際には、架構の振動エネル
ギーが吸着面において摩擦エネルギーに変換されること
によって、架構の振動応答が減衰され、これにより建築
物の安全が守られる機構が採用されている。したがっ
て、本発明によれば、電磁石の磁力を調整して吸着面に
作用する面圧を変化させ、これにより吸着面において生
じる摩擦力を、建築物の振動応答低減に最適な値に調整
することができ、これにより安全性の高い制振構造が実
現されることとなる。また、本発明においては、吸着面
に作用する面圧を容易に調整できるため、従来の摩擦ダ
ンパーを使用した制振構造とは異なり、摩擦面の面圧を
安定させるための複雑な機構が必要とならず、簡易な構
成により安定した制振性能が実現される。

【００３４】また、本発明において、電磁石の磁力を調
整するための制御装置と、構造材の軸力および構造材同
士の相対変位を検出する検出器とを設けるようにした場
合には、検出器の検出結果に基づいて、制御装置により
電磁石の磁力を制御して、吸着面に生じる摩擦力を調整
し、これにより、架構の振動応答特性そのものを変化さ
せることができる。特に、建築物の振動応答データをあ
らかじめ制御装置に入力しておけば、建築物の振動応答
低減に最適な吸着面における摩擦力を算出して、これを
実現するように電磁石の磁力の制御を行うことができ、
この場合には、摩擦ダンパーの機構を用いたアクティブ
制振が実現され、簡易な構成で高度な制振性能が発揮さ
れることとなる。さらに、このような構成とした場合に
は、構造材等の構成要素を変化させることなく、制振性
能の特性を制御装置により自由に設定することが可能で
あり、要求される制振性能等に対応して、さまざまな制
振性能の特性が実現でき、かつ、その適用可能範囲も従
来の制振構造と比較して拡大されることとなる。

【００３５】さらに、本発明においては、上記一対の構
造材をブレースとして架構内に設置することが好適であ
り、架構内の適切な箇所に上記一対の構造材からなるブ
レースを配置することにより、建築物の振動応答の低減
を効果的に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す、構造
材の端部の拡大断面図である。

【図２】 上記構造材から構成されたブレースの外観を
示した正面図である。

【図３】 本発明の建築物の制振構造において、設定す
べき制振性能の特性の例を示すグラフである。

【図４】 本発明の他の実施の形態を示す図であって、
構造材から構成されたブレースの外観を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

３ 架構 ５ ブレース ６ 建築物の制振構造 ７ 構造材 ７ａ 端部 ７ｂ 端部 ８ 構造材 ８ａ 端部 ８ｂ 端部 １０ 電磁石 １２ 制御装置 １３ 吸着面 １４ 検出器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建築物の架構内に一対の構造材を配置
   し、これら構造材の一端側をそれぞれ該架構に固定する
   とともに、他端側を該構造材の少なくとも一方に設けた
   電磁石の磁力により互いに吸着させ、 前記建築物に振動が生じた際の振動エネルギーを、該構
   造材同士の吸着面に生じる摩擦により吸収させることを
   特徴とする建築物の振動制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建築物の振動制御方法で
   あって、前記建築物に振動が生じた際には、前記構造材
   同士の相対変位量および前記構造材の軸力を検出し、こ
   の検出結果に基づいて、前記電磁石の磁力を調整するこ
   とを特徴とする建築物の振動制御方法。
3. 【請求項３】 建築物の架構に対してその一端側が固定
   されるとともに、その他端側が互いに相対変位可能に接
   するように配置された一対の構造材を備えてなり、 前記一対の構造材の一方の前記他端側に電磁石が設けら
   れ、他方の少なくとも前記他端側に電磁石または磁性体
   が設けられていることを特徴とする建築物の制振構造。
4. 【請求項４】 請求項３記載の建築物の制振構造であっ
   て、 前記電磁石に接続され該電磁石の磁力を調整する制御装
   置を備えてなり、 前記構造材の少なくとも一方または他方に、該構造材同
   士の相対変位量および該構造材に作用する軸力を検出す
   るとともに、前記制御装置に接続される検出器が設けら
   れていることを特徴とする建築物の制振構造。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の建築物の制振構
   造であって、前記一対の構造材は一体となってブレース
   を構成していることを特徴とする建築物の制振構造。