JPS63293283A - 高層構築物の起震制震装置 - 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、超高層ビルやタワーなどの高層構築物に関し
、特に地震や強風による高層構築物の震動を抑制し、又
は平常時積極的に震動を起して構築物の挙動及び各部位
の応力等を研究（データの収集、確認を含む）するため
の高層構築物の起震制震装置に関する。

（従来技術） 従来、構築物に付加的な可動質量を設置して震動を抑制
する装置としては、ダイナミックダンパーを基礎とし、
これに改良を加えた特開昭５９−９３５４３号、同６０
−８５１６４号等が知られている。

特開昭５９−９３５４３号は、付加重錘を駆動装置とサ
ーボ機構により能動的に直線駆動せしめるものであり、
ダイナミックダンパーに比べて制御可能な振動数帯を拡
大したものである。

一方、同６０−８５１６４号は、２基の付加重錘を所定
の連関制御を与えつつ水平面内直交２方向に各々直線駆
動せしめるものであり、震動の水平面内Ｘ−Ｙ各直交成
分を効率的に抑制せんとしたものである。

しかし、かかる従来の装置は何れも可動質量を直線往復
圧動せしめるものであるため、可動質量の大きさとも相
まって、その往復反転時における駆動装置や支持構造に
加わる外力は極めて大きく且つ１ｉ撃的なものとなる。

従って、かかる直線往復連動型の制震装置は、その機械
構造を極めて頑強なものとせざるを得す、特開昭６０−
９２５６９号のように緩衝部材を備えたストラバー付き
ものも提案されてはいるものの問題はなお大きく残され
ていた。

（発明の目的） 本発明は、かかる従来の制震装置の問題点に鑑みてなさ
れたもので、可動質量を円滑に連動せしめることにより
、装置の機械構造に極端な衝撃的外力が加わることを回
避し、長期間安定して震動抑制機能を維持せしめる一方
、平常時むしろ積極的に０■動質量を連動せしめて震動
を起こすことにより、構築物の挙動及び各部位の応力等
を研究したり、定期的に起震して入居者等の耐震訓練に
も供することができるような。

耐久性、信頼性に富んだ高層構築物の起震制震装置を提
供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は上記１１的に添い、可動質量を駆動装置により
平面円周軌道を回転連動自在としてなるとともに、制御
装置及び震動検出器を有するものてあって、即ち本発明
は、高層構築物の屋上又は」二方階層位置に可動質量を
設置し、該質量は駆動装置により平面円周軌道を回転連
動自在としてなるとともに、その回転連動は制御装ごに
より始動停止及び加減速自在としてなる一方、該制御装
置には手動制御回路と、震動検出器を介して構築物震動
の検出信号を伝達せしめる自動制御回路とを備えてなる
ことを特徴とする高層構築物の起震制震装置を要旨とす
るものである。

以下、実施例を示す図面に従って本発明を説明すれば、
図中１は本発明に係る高層構築物の起震制震装置てあり
、該起震制震装置ｉ［１は、可動質量３、駆動装置４、
制御装置５及び震動検出器６を有して、高層構築物２に
備えられている。

高層構築物２は、本実施例では超高層ビルで、屋上２１
に可動質量３及び駆動装置４を設置するとともに、地下
の防災センター２２にコンピュータを中心とした制御装
置５を備え、且つ１階その他所定位置に震動検出器６・
・・を複数配置してなる。

可動質屋３は、第２図及び第３図の実施例では１基の鉄
塊で、構築物屋上２１に同心円を描いて敷設した内外レ
ール２３．２３上を、転動車輪３１・・・を介して走行
せしめて、平面円周軌道を回転連動自在としてなる。

そして、その駆動は、駆動装置４（本実施例てはモータ
ー）を階下に据え付け、該モーターの回転を、円周軌道
の回転中心に立設した回転駆動軸４３に、ウオームギア
４１とウオームホイール４２の減速装置を介して伝え、
更に該回転駆動軸４３上部から水平に連結駆動アーム４
４を延設するとともに、該アーム先端にＬ記可動質量３
を連結して、これを駆動せしめている。ここて、連結駆
動アーム４４と可動質１ｉ１３との連結は、完全な固定
とはせず、特に駆動方向以外については多少の自由度を
与えて、可動質量の走行なスムーズなものとし、レール
２３．２３からの脱線等を防いでいる。また１図示しな
いか、質量か不足の場合には、丁度列車のように複数の
ユニット化した可動質量を連結せしめてなる。

尚、第３図中４５．４５は回転駆動軸の上下軸受て、共
に構築物の柱２４．梁２５等強度の優れた部位に固定し
ている。また、図中２６は天蓋て安全及び防雨等のため
に縦横桟２７・・・上に貼設している。

次に、第４図及び第５図の実施例の可動質量３．３は、
２基の鋼鉄製のケース内に駆動装置４．４（本実施例て
はモーター）を各々固定収納するとともに１図示しない
が必要量の重錘を併せ・て固定収納し、構築物屋上２１
に同心円周を描いて上下２段に敷設した内外レール２３
・・・上を、転動車輪３１・・・を介して走行せしめて
、平面円周軌道を上下２段で回転連動自在とじてなる。

ここで１本例か先に説明した第２図及び第３図の実施例
と特に異なる点は、可動質量が２２ｔｉである点、レー
ル２３．２３が上下２階層に敷設され（但し、上下回心
同径の円周を描いている）各々を可動質量か走行する点
、そして各可動質量３．３は駆動装置４を内蔵して自走
し、換言すれば駆動装置４の質量か可動質量３の一部を
担当している点である。

尚１図中４６．４６は、本例の駆動装置４゜４かモータ
ーであるためこれに給電するための電源ケーブルと、該
駆動装置４を制御する制御信号を伝達するための制御ケ
ーブルの束てあり、中央タワー４７から延設した回転自
在の吊下げ桟４８．４８に吊り下げて配線せしめてなる
。尚、この吊下げ桟４８．４８は前記実施例における連
結駆動アーム４４のように可動質量３を直接駆動せしめ
るものではなく細材である。また、図中４９は可動質量
の外側面に備えた緩衝ローラーである。その他、８８２
図及び第３図と共通する図中番号は同意味である。

次に、制御装置５及び震動検出器６を説明すれば、まず
制御装置５は、高層構築物２（本実施例では超高層ビル
）の地下の防災センター２２に備えてなり、コンピュー
タを中心としその他必要なリレー、手動スイッチ等によ
り構成してなる。そして、該制御装置には１手動制御回
路と自動制御回路とを備えてなる。

手動制御回路は、手動スイッチにより駆動装置を始動停
止及び加減速せしめるものであり、本例の駆動装置４は
モーターであるため、これへの通遮電スイッチ及び図示
しないか該モーターに内蔵してなる無段階変速装置（逆
転機能をもつ）の制御回路を有してなる。但し、これら
手動制御回路は、コンピュータ回路内にも併せてプログ
シム化せしめてなり１手動制御はコンピュータキイボー
トの手動操作をもっても行うことができる。

一方、自動制御回路はコンピュータを中心とし、同プロ
グラムにより駆動装置４を自動的に制御せしめてなり、
後述する震動検出器６の検出信号を受け、これを基に、
可動質量３かその回転連動の遠心力等により震動を相殺
する力を構築物に与えるよう、そのための回転方向、回
転角速度、回転角加速度、そして回転の始動停止及び加
減速の位置角並びにその時期等のうち必要なものを算出
し、駆動装置に必要なリレー、配線等を介して電気信号
の命令伝達により、これを制御せしめるのである。

次に、震動検出器６は、ストレインゲージ及び加速度計
をセクトにして、高層構築物２の柱２４・・・及び梁２
５・・・に備えてなり、その高層構築物２における配置
は、第１図に示すように、１階、下方階層部、中階層部
、上方階層部に複数配置するとともに１図示しないか平
面的にも構築物失心、四側面各個に複数配置してなる。

そして、かかる震動検出器６は、必要なアンプ、Ａ−Ｄ
コンバーター等を介して制御装置５の自動制御回路に電
気的に接続してなるとともに、データレコーダー、ペン
レコーダー等の記録出力装置にも接続してなる。勿論、
前者は地震や強風時に於る自動制置のためであり、後者
は平常時積極的に起震して構造物の挙動や応力状態を研
究するためである。

ところで、このような起震制震装置ｌの起震制震状態を
説明すれば、まず第２図及び第３図の実施例では、可動
質量３が一基であるので。

主にその回転速度の変化によりその震動を相殺する力を
発生し、これを抑制せしめる。

例えば、構築物２の北側への振れを抑制するときは、可
動質量３の加速度と質量との植の反作用力（南向き）が
構築物に制震力として加えられる。このとき、本例のよ
うに可動質量３が一基の場合は、これを単に等速回転連
動せしめても任意の震動変化に対応できないので、一般
にその回転連動は、必要な加速減速を、等速連動をはさ
むなどしつつ繰り返す、緩急をつけたものとなる。この
結果、可動質量３の加速度は、単に半径方向の成分（内
心加速度）のみならず、一般に１円周軌道接線方向の成
分も併せもち、上記のような構築ｅ１２の北側への振れ
を抑制する場合ても、単に円周軌道の反対側南端を等速
連動するというような単純なものには一般にならない。

一方、構築′ＰＲ２を積極的に震動せしめる起震の際は
、可動ｌＩｌ量３を構築物の固有振動数近傍の回転数で
等速回転し、共振せしめるのか最も簡明な方法である。

勿論、制御装置５により任意の震動を与えることもてき
る。

次に、第４図及び第５図の実施例は、可動質量を２基と
し、より任意の震動への応答性を向上したものであって
、即ち、各可動質量３．３を第４図に於る円周軌道上下
端で交叉するように互いに反対方向に回転せしめれば１
両者の合成重心Ｇは同図に於て上下に振動する。一方、
両可動質Ｍｋ３．３を調速せしめてその交叉点をずらし
ていけば、合成重心Ｇの振動方向を変化せしめることか
でき、この原理により、任意の震動に応答してこれを制
置せしめるのである。

また、起震についても同様で、任意の震動を起ずのに便
利である。

そして、この考え方を延長すると、可動質Ｊ４の基数を
増加すれば（換言すれば可動質量を多数分割制御せしめ
れば）、任意の震動に対して応答性を向上することかで
きる（即ち、構造物の震動に対して偏差少なく応答せし
めることかできる）か、その反面、制御装置の例えばコ
ンピュータプロクラム等はやや複雑化し、また可動質量
の設置スペースも増大するので、設計に際しては両者の
調和を得ることが必要である。

尚、高層構築物の震動で特に問題となるのは、短周期小
振幅の震動成分よりも、その高層構築物の固有周期に近
い１秒弱乃至数秒の比較的長周期大振幅の震動成分であ
るのて、かかる回転連動タイプの装置も応答速さに特に
不足は生じない。実施例ては、電気フィルター等により
制御装置５内部で短周期震動信号を除去せしめている。

その他補足すれば１本発明の高層構築物の起震制震装置
は、実施例のビルの他、タワーなどにも採用でき、また
高層のうちでは特に超高層に適している。

次に、可動質量は、実施例の鉄塊等の他、容器内に封入
した水や砂等でもよく、水の場合はその高層構築物で使
用される用水を兼ねることも可能である。

また、駆動装置はモーターのばかエンジンを用いてもよ
いし、又は円周軌道を細分化して連続的に配置してなる
電磁石を順次に磁化せしめて可動質量を駆動することも
できる。

そして、可動質量の円滑な回転連動のためには、実施例
のようにレールと転勤車輪による走行案内の他、タイヤ
を用いることによりレールを省いてもよく、また強度が
許せば円周軌道中心からアームで片持ち支持せしめても
よい。勿論、レール上を磁気浮−Ｌせしめて回転連動せ
しめれば極めて円滑である。

一方、可動Ｉｆｌ量の正確な位置制御のためには、構築
物に円周軌道に沿ってラック（構築物の床部に配置）や
内歯車（同内壁部に配置）を備える一方、可動質量には
ピニオンや遊星歯車を備えて１−み合わせる等の手段を
採用し得る。

尚、可動質量を自走せしめるような場合は、給電や制御
用の電気経路をレールに一体成型して整理するなどして
、円周軌道の内側スペースを解放し、貯木タンクを設置
したり吹抜は等信の用途にこのスペースを用いることか
てきる。

更に、起震制震装置は、単一の高層構築物のみならず、
震動特性の似た近接複数の高層構築物をつないで設置し
、これらを一括して起震制震せしめるようにすれば、ス
ペースその他の面で有利なものとなる。

実施例は以上のとおりに構成したが、本発明はその要旨
に反しない限り様々に実施し得て、上記実施例に限られ
ないことはいうまでもない。

（発明の効果） 本発明は以上のとおりに構成されるので、次の作用効果
を有する。

即ち、本発明の高層構築物の起震制震装置は、高層構築
物の屋上又は上方階層位置に可動質量を設置し、その連
動は制御装置により始動停止及び加減速自在としてなる
一方、該制御装置には、震動検出器を介して構築物震動
の検出信号を伝達せしめる自動制御回路を備えてなるの
で、地震や強風による高に！構築物の震動を。

可動質量の連動により自動的に相殺して抑制せしめるこ
とかできる。

そして特に１本発明の起震制震装置の可動質量は、駆動
装置により平面円周軌道を回転連動自在としてなるのて
、従来の直線往復連動型の制置装置に比べてその連動か
円滑で、装置の機械構造に極端な衝撃的外力か加わるこ
とを回避し得るから、耐久性に優れ、長期間安定して震
動抑制機能を維持することかできる。

更に１本発明の起震制震装置は、かかる回転連動による
耐久性に加えて、制御装置には手動制御回路を備え、且
つ震動検出器を有するのて、平常時むしろ積極的に可動
質量を連動せしめて震動を起こすことかでき、構築物の
震動時の挙動又は各部位の応力等を研究したり、定期的
に起震して入居者等の耐震訓練にも供し得て、単に震動
を抑制するに止まらず、高層構築物の総合的な耐震能力
を向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示すもので、第１図は本発明に係る起震
制震装置を備えた高層構築物の正面図、第２図は同構築
物の一部切り欠き平面図、第３図は同構築物の屋上部の
縦断面図、第４図及び第５図は他の実施例を示し、第４
図は同構築物の一部切り欠き平面図、￥ｌＳ５図は同構
築物の屋上部の縦断面図。 ｌ・・・高層構築物の　　　　４・・・駆動装置起震制
震装置　　　　５・・・ｆｌＪＩ御装置２・・・高層構
築物　　　　　６・・・震動検出器３・・・可動質量　
　　　　２１・・・屋上特許出願人　株式会社　九段建
築研究所代　　理　　人　　弁　理　士　　１）　村　
　公　　總第１図 第２ｍ！

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高層構築物の屋上又は上方階層位置に可動質量を設置し
   、該質量は駆動装置により平面円周軌道を回転連動自在
   としてなるとともに、その回転連動は制御装置により始
   動停止及び加減速自在としてなる一方、該制御装置には
   手動制御回路と、震動検出器を介して構築物震動の検出
   信号を伝達せしめる自動制御回路とを備えてなることを
   特徴とする高層構築物の起震制震装置。