JP3807163B2 - 建築構造物の制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、住宅等の建築構造物に対する副振動系を構成して、主振動系たる建築構造物に対して動的吸振効果を発揮し得る制振装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
一般住宅等の建築構造物では、交通振動や風等の外力が加振力として作用することによって振動が発生する場合がある。特に、近年では、一般住宅でも二階建てや三階建てが多くなってきており、それらの住宅では、構造上、二階や三階の水平方向振動が大きくなり易いために、交通振動による微震動が、例えば就寝時における不快音や不快振動等の原因として問題となってきている。
【０００３】
ところで、建築構造物の振動低減装置としては、従来、高層ビルやタワー等の高層建築物の揺れを軽減するためのダンパ装置が、幾つか提案されており、例えば、特開平８−３３８４６７号公報には、付加質量を建築構造物に対して多段積層ゴムで弾性支持せしめた構造のダンパ装置が開示されている。これらのダンパ装置は、水平方向で一つの副振動系を構成することにより、建築構造物に惹起される水平方向の振動に対して低減効果を発揮するようになっている。
【０００４】
ところが、これら従来のダンパ装置では、副振動系に設定された固有振動数と、主振動系としての建築構造物において防振すべき振動との間にずれがあると、有効な振動低減効果が発揮されなくなるという不具合があった。特に、ダンパ装置のバネ部材をゴム弾性体で形成すると、ばね定数が温度依存性を有するために、有効な制振効果を安定して得ることが難しく、例えば、一般住宅で屋根裏にダンパ装置を収容配置しようとすると、屋根裏の温度は零下数十度から６０〜７０℃に亘る略１００℃もの範囲で変化するために、基準温度（例えば、２０℃）でチューニングしても、目的とする制振効果を安定して得ることは、到底、望めなかったのである。加えて、建築構造物は、躯体構造だけでなく、基礎の状態や、設備や備品等によっても振動特性が異なることから、予測的に設定した副振動系のチューニングがずれてしまうおそれがあり、それによっても、目的とする制振効果を得ることが難しいという問題があった。
【０００５】
なお、このような問題に対処するために、例えば、実質的に独立した複数の副振動系を構成し、それら各副振動系を、互いに異なる周波数域にチューニングすることにより、建築構造物において防振すべき振動の周波数が変動した場合でも、何れかの副振動系による制振効果が有効に発揮されるようにすることも、考えられる。ところが、複数の副振動系を設置する場合には、各副振動系による制振効果が有効に発揮されるように、全ての副振動系をチューニングすることが極めて面倒で時間がかかるといった不具合があったのである。
【０００６】
また、前述の如き問題に対処し、ダンパ装置による制振効果を有効に得るには、例えば、建築構造物の振動特性を、その施工完了後に各個別に実測する事も考えられるが、作業が極めて煩雑となり、特に一般住宅等では、決して実用的ではなかったのである。
【０００７】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、建築構造物の振動特性の固有値のバラツキが有利に吸収され得て、温度変化等によってチューニング周波数（同調）にずれがあった場合でも、建築構造物毎の個別測定等を要することなく、良好な制振効果を安定して得ることが可能とされる、新規な構造の制振装置であって、しかも、副振動系におけるチューニングが容易な制振装置を提供することにある。
【０００８】
【解決手段】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様は、任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体の記載および図面に記載の発明思想に基づいて認識されるものである。
【０００９】
本発明の第一の態様は、建築構造物に対してマス部材をバネ部材で弾性支持せしめることにより、該建築構造物に対する副振動系を構成する制振装置において、前記マス部材を、質量が同一の複数の分割マスによって構成すると共に、それら各分割マスを、前記バネ部材によって前記建築構造物に対して互いに独立して弾性支持せしめて、互いに異なる周波数域にチューニングされた複数の分割副振動系を構成すると共に、該建築構造物の防振すべき固有振動数：ｆ０に対する該分割副振動系の固有振動数：ｆａの比の値が０．６・ｆ０≦ｆａ≦１．７・ｆ０の範囲内で且つ該建築構造物の固有振動数：ｆ０に対して低周波側と高周波側とにそれぞれ存在するように複数の該分割副振動系を設け、且つそれら複数の分割副振動系における固有振動数：ｆａの値が互いに等比数列をなすように設定したことを、特徴とする。
【００１０】
このような第一の態様に従う構造とされた制振装置においては、複数の分割副振動系によって複数の固有振動数が設定されることにより、建築構造物における防振すべき振動への副振動系の同調が正確でなかった場合や、温度変化等に伴う同調のずれが発生した場合等でも、建築構造物に対して全体として良好なる制振効果が発揮され得る。それ故、例えば、建築構造物毎の振動特性を個別に正確に測定することなく、有効な制振効果を安定して得ることも可能となるのであり、それによって、設計や施工の容易化も実現可能となる。また、各分割マスは、ゴムマウントによって弾性支持されることから、独立して任意の場所に設置可能であり、建築構造物に対する装着場所の設定に関して大きな自由度が確保され得る。従って、かかる制振装置にあっては、例えば一般住宅等にも、有利に採用され得て、大きな温度変化に晒される場合でも、安定した防振効果を得ることが可能となるのである。
【００１１】
しかも、かかる制振装置においては、各副振動系をチューニングするに際して、建築構造物の防振すべき固有振動数に基づいて、各副振動系の固有振動数が一義的に決定され得、また、各副振動系のマス部材の質量が同一に設定されることから、各副振動系のバネ部材のバネ定数が一義的に決定される。そこにおいて、特に、本態様のチューニング設定に従えば、副振動系のチューニング周波数域に現れる建築構造物における振動加速度の複数のピーク値を互いに略同じに設定することが出来るのであり、それによって、広い周波数域に亘って有効な制振効果が発揮され得るのである。
【００１２】
また、複数の分割副振動系の各固有振動数が、建築構造物の防振すべき固有振動数よりも低周波側と高周波側の両方に、それぞれ位置するように設定されることから、副振動系の主振動系に対するチューニング特性の変化に対して、より有効な振動低減効果を得ることが可能となる。なお、建築構造物の防振すべき固有振動数は、一般に、基準となる条件（例えば、最も頻繁に生ずる条件）下で求められた建築構造物の防振すべき振動周波数として設定される。
【００１３】
なお、複数の副振動系における各分割マスの質量は、それら複数の分割マスの合計質量が最適質量となるように設定することが望ましく、それによって、制振装置全体としての重量を抑えつつ、有効な制振効果を得ることが可能となる。具体的には、複数の分割マスの合計質量としてのマス部材の最適質量の好ましい値は、例えば、主振動系たる建築構造物の運動方程式と副振動系たる分割副振動系の運動方程式との連立方程式において、主振動系の振幅と副振動系を構成する分割マスの振幅（主振動系と副振動系の相対変位の絶対値）を、それぞれ、要求される値以下にするという条件を与えることによって、主振動系の等価質量に対する質量割合として、決定することが出来るが、その際、建築構造物の耐荷重強度等も考慮されるべきである。
【００１４】
また、本態様に係る制振装置を一般住宅等に設置する場合には、最上階の天井部分に支持せしめて、屋根裏に収容配置することが望ましい。このような構成を採用すれば、一般住宅における制振装置の設置スペースを有利に確保することが出来ると共に、振動モード的にも優れた制振効果を得ることが出来る。更にまた、本態様に係る制振装置を一般住宅等に設置する場合には、複数の分割副振動系の少なくとも一つを、他の分割副振動系とは異なる構造部材によって支持せしめるようにしても良く、それによって、建築構造物の耐荷重強度の制限内で、全体として大きな質量のマス部材を有利に装着することが可能となるのである。なお、構造部材としては、建築構造物の構造や種類等に応じて、建築構造物における各種の構成部材（強度部材）が採用される。特に、最適質量を複数の分割マスに分割設定した場合には、複数の構造部材によって、最適質量のマス部材を有利に分担支持せしめることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る制振装置において、前記建築構造物の防振すべき固有振動数：ｆ０に対する前記分割副振動系の固有振動数：ｆａの比の値が０．６・ｆ０≦ｆａ≦１．７・ｆ０の範囲内で、該分割副振動系を奇数個設けると共に、その中央の固有振動数を有する分割副振動系の固有振動数を、該建築構造物の防振すべき固有振動数に設定したことを、特徴とする。このような本態様に従えば、基準となる条件下での建築構造物の防振すべき固有振動数に対して、中央の固有振動数を有する分割副振動系による制振効果が極めて有効に発揮され得るのであり、特に、建築構造物の防振すべき固有振動数の変化が、小さい範囲の場合や、一時的な期間の場合等に、特に有効である。
【００１６】
また、本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に係る制振装置において、前記各分割副振動系におけるバネ部材を、それぞれ、該分割マスに対する取付方向を変更することによって、該分割副振動系における水平方向のばね定数を調節することの出来る可変ゴムマウントを含んで構成したことを、特徴とする。
【００１７】
このような本態様に係る制振装置においては、可変ゴムマウントの分割マスに対する取付方向を変更することによって、分割副振動系における固有振動数を調節することが出来る。それ故、例えば、複数の分割副振動系において、同一のゴムマウントを採用しても、各分割副振動系の固有振動数を異なる値に調節することが出来る。また、可変ゴムマウントの取付方向に応じて、分割副振動系のばね定数を設定可能であることから、建築構造物の防振しようとする振動に応じて、各分割副振動系の固有振動数を高精度にチューニングすることが出来、それによって、優れた制振効果を容易に得ることが可能となるのである。なお、可変ゴムマウントの取付方向を変更する場合には、分割副振動系の水平方向における弾性主軸の方向が変化しないように、それら可変ゴムマウントの取付方向を変更することが、チューニング作業性および分割副振動系の動的安定性等の点から、より望ましい。なお、分割副振動系における弾性主軸とは、分割副振動系に対して、その軸に沿って荷重が入力された際に、荷重の入力方向と、ゴムマウントの弾性変形に伴うマス部材の変位方向とが一致し、且つ分割マスに回転乃至は角変位が生じないような軸をいう。
【００１８】
なお、かかる第三の態様において採用される可変ゴムマウントの構造は、何等、限定されるものでない。具体的には、例えば、マス部材側に取り付けられる第一の取付部材と、建築構造物側に取り付けられる第二の取付部材を、ゴム弾性体によって弾性的に連結した構造のマウントであって、そのゴム弾性体に肉抜穴や貫通スリット等を設けることによって軸直角方向のばね特性に異方性を付与したり、ゴム弾性体で連結される第一の取付部材と第二の取付部材の対向面を傾斜させることによって軸直角方向の異方性を付与したり、特開平８−３３８４６７号公報等に記載されているような傾斜板をゴム弾性体内に埋設固着することによって軸直角方向の異方性を付与すること等によって、軸直角方向のばね特性を中心軸回りにおいて異方性としたゴムマウントを、その略中心軸方向に分割マスの重量が及ぼされる状態で装着せしめて、分割マスに対する取付方向を中心軸回りで変更することによって、分割マスにおける水平な弾性主軸方向でのばね定数を調節可能とした構造のゴムマウント等が採用可能である。或いはまた、特開平１０−８２４４９号公報等に記載されているように、軸直角方向のばね特性が、中心軸回りの全方向で同一とされたゴムマウントを用い、該ゴムマウントの分割マスへの取付角度を鉛直方向乃至は水平方向で変更することにより、分割マスにおける水平な弾性主軸方向でのばね定数を調節可能として可変ゴムマウントを構成することも可能である。
【００１９】
また、特に、第三の態様においては、建築構造物とマス部材の何れか一方に取り付けられる第一の取付部材と他方に取り付けられる第二の取付部材を本体ゴム弾性体で連結した構造のゴムマウントであって、第一の取付部材と第二の取付部材に対して、鉛直方向に延びるマウント中心軸を挟んだ両側において該マウント中心軸に対して略対称となる傾斜方向で対向する一対の傾斜対向面を設けると共に、それら一対の傾斜対向面間に本体ゴム弾性体を配設せしめて、各対向する傾斜対向面間を該本体ゴム弾性体で連結したもの等が、好適に採用され得る。このような構造のゴムマウントにおいては、マウント中心軸に対して直角に延びる二つの直交する軸直角方向のバネ比を十分に大きく設定することが出来るのであり、マウント中心軸回りの回転によって、制振装置のばね定数を一層有利にチューニングすることが可能となる。
【００２０】
さらに、上述の如き可変ゴムマウントを採用する場合には、各分割副振動系において、各分割マスの重心を通って水平方向に延びる２本の直交する対称軸を挟んで、それぞれ対称位置するように、可変ゴムマウントの複数個を配設すると共に、それらの可変ゴムマウントにおける取付方向を、かかる２本の対称軸を挟んで対称となるように設定することが望ましい。このような設定に従えば、各分割副振動系において、複数の可変ゴムマウントの取付方向の変更によるバネ部材全体としてのばね定数の調節が容易となると共に、それら複数の可変ゴムマウントの取付方向を変更，調節した場合でも、分割マスの静的及び動的安定性が有利に維持されることにより、目的とする制振効果を安定して得ることが出来る。なお、可変ゴムマウントのうち各対称軸を挟んで対称位置するもの同志は、互いに同一構造とすることが望ましい。一方、何れの対称軸に関しても対称関係を有しない可変ゴムマウント間では、ばね特性や構造が互いに異なっていても良い。また、可変ゴムマウントにおける取付方向を、２本の対称軸を挟んで対称とする設定は、例えば、何れの対称軸に関しても、その両側で対称位置に配された可変ゴムマウントを、該対称軸に対する傾斜角度が対称的に同じになるように配設することによって、有利に実現され得る。
【００２１】
さらに、そこにおいて、全ての分割副振動系における可変ゴムマウントの配設位置の対称軸としての上記２本の直交する対称軸は、好ましくはその少なくとも１本、より好ましくはそれらの２本の何れもが、建築構造物において防振すべき振動方向となるように設定される。より好ましくは、全ての分割副振動系において、可変ゴムマウントの配設位置の対称軸としての２本の直交する対称軸が、何れも、分割副振動系全体としての水平方向における弾性主軸として設定される。これにより、分割副振動系の安定性が更に向上されて、目的とする制振効果をより安定して得ることが可能になると共に、分割副振動系のチューニングも容易となる。
【００２２】
なお、本態様においては、可変ゴムマウントのみで、副振動系のバネ部材を構成する必要はなく、可変ゴムマウントと、副振動系のばね定数の調節に寄与しないゴムマウントを組み合わせてバネ部材を構成することも可能である。また、可変ゴムマウントを複数用いる場合には、その全ての可変ゴムマウントの取付方向を変更する必要はなく、一部の可変ゴムマウントだけの取付方向を調節することによってチューニングすることも可能である。
【００２３】
また、上述の如き本発明に従う構造とされた制振装置においては、建築構造物の防振すべき固有振動数：ｆ０に対する分割副振動系の固有振動数：ｆａの比の値が０．６・ｆ０≦ｆａ≦１．７・ｆ０の範囲内で且つ該建築構造物の固有振動数：ｆ０に対して低周波側と高周波側とにそれぞれ存在するように複数の該分割副振動系を設け、且つそれら複数の分割副振動系における固有振動数：ｆａの値が互いに等比数列をなすように設定したことによって、副振動系のチューニング周波数域に現れる建築構造物における振動加速度の複数のピーク値を、互いに略同じに、一層有利に設定することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００２５】
先ず、図１には、本発明に従う構造とされた建築構造物用の制振装置１０を、一般の３階建住宅１２に装着した状態の概略が示されている。かかる制振装置１０は、それぞれ独立した複数個の分割マス１４と、それら各分割マス１４を互いに独立して弾性支持するゴムマウント１６から構成されており、各分割マス１４がそれぞれ複数個のゴムマウント１６によって、住宅１２に対して弾性支持されることによって、互いに独立した複数個の分割副振動系１７が形成されている。なお、本実施形態では、図示されているように、全ての分割副振動系１７が、３階建住宅１２における３階の天井を構成する構造部材１８上に装着されている。
【００２６】
より詳細には、各分割副振動系１７を構成する分割マス１４は、図１０，１１にも仮想線で示されているように、金属等の高比重材で形成されており、例えば鉄系や鉛系の金属等で形成されたものが好適に採用される。この分割マス１４の形状は特に限定されるものでないが、一般に、板形状のものが好適に採用され、より望ましくは、矩形平板形状や多角形平板形状，円形平板形状等、幅寸法よりも高さ寸法が小さく且つ高さが一定の板形状であって、平面的に複数の対称軸を有する形状が望ましい。このような形状の分割マス１４を採用することにより、制振装置１０を最上階の天井裏２１等のスペースに収容状態で有利に設置することが出来ると共に、水平方向の変位に際して各ゴムマウント１６に生ぜしめられる角変位を抑えて安定した吸振作用を得ることが可能となる。特に、本実施形態では、高さ寸法が全体に亘って一定とされた、平面矩形の板形状を有する分割マス１４が採用されている。また、かかる分割マス１４を、同一平面形状を有する複数枚の鋼板等を、厚さ方向に重ね合わせて、ボルト等の締結具で相互に連結固定することによって構成することも可能であり、そのようなマス分割構造を採用すれば、制振装置１０の搬送や設置等が一層容易となる。
【００２７】
また、この分割マス１４の質量は、装着される主振動系たる住宅１２の質量や振動状態、構造強度等を考慮して適宜に設定されるが、全ての分割副振動系を構成する分割マス１４の合計質量が、防振すべき住宅１２の防振すべき振動に応じた最適質量を与えるように設定されることが望ましい。具体的には、例えば、主振動系たる住宅１２と一つの副振動系からなる２自由度系を考え、この系の運動方程式から主振動系の共振曲線を求めることにより、一般の動的吸振器における最適設計法に従って、最適質量を求めることが出来る。即ち、かかる２自由度系の運動方程式に基づいて、主振動系の振幅が要求される値以下になるように、且つ副振動系を構成するゴムマウント１６の振幅（主振動系と副振動系の相対変位の絶対値）が許容値以下となるように、主振動系と副振動系の質量比（μ）を求めることによって、副振動系における分割マス１４の最適質量を決定することが出来る。なお、その際、住宅１２の耐荷重強度も考慮する必要があり、住宅１２の耐荷重強度による制限から、分割マス１４の最適質量が決定される場合もある。また、その際、分割マス１４の最適質量は、全ての分割マス１４の合計質量として与えられるものであることから、各分割マス１４の荷重を異なる構造部材に分担支持させることによって、即ち、住宅１２を構成する多数の構造部材のうちの異なる構造部材にそれぞれの分割副振動系１７を装着して、各分割マス１４を異なる構造部材で支持せしめることによって、分割マス１４の荷重の集中的作用を回避して、住宅１２の耐荷重強度上の理由による分割マス１２の荷重制限を緩和することも可能である。因みに、一般的な軽量鉄骨や木造の軸組構造による２〜３階建の住宅の場合では、全ての分割副振動系における分割マス１４の合計質量として、１００〜１０００kg程度、或いはそれ以上の質量が設定される。
【００２８】
そして、本実施形態では、このようにして求められた最適質量を全体として与えるように、複数の分割マス１４の質量が設定されている。ここにおいて、複数の分割マス１４は、相互に同一の質量となるように設定されている。具体的には、最適質量が８００kgの場合に、ｎ個の分割マス１４を採用する際には、各分割マス１４の質量が何れも８００／ｎkgとされる。特に、同一の材質と形状を有する複数の分割マス１４によって最適質量を等分割することが望ましく、それによって、分割マス１４の製造の容易性やコスト性が向上され得る。
【００２９】
また、これら各分割マス１４は、それぞれ、複数個のゴムマウント１６によって、住宅１２の構造部材１８に対して弾性支持されており、それによって、分割マス１４の数だけ、互いに独立した分割副振動系１７が構成されている。ここにおいて、これら複数の分割副振動系１７においては、その固有振動数が互いに同一とはされておらず、各別に異なる複数の固有振動数が設定されている。
【００３０】
ここにおいて、かかる複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最小の固有振動数：ｆmin の、主振動系（住宅１２）において防振すべき振動周波数：ｆ0 に対する比の値が、それら複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最大の固有振動数：ｆmax の、主振動系において防振すべき振動周波数：ｆ0 に対する比の値の逆数となるように設定されている。更に、それら最小および最大の固有振動数を有する分割副振動系１７を含む全ての副振動系１７の固有振動数ｆ1 〜ｆｎは、主振動系において防振すべき振動周波数：ｆ0 に対する比の値：ｆ１／ｆ0 ，・・・，ｆｎ／ｆ0 が、互いに等比数列を構成するように設定されている。
【００３１】
なお、このような共振周波数比を各分割副振動系１７に設定するに際しては、各分割副振動系１７における分割マス１４の値（質量）が互いに同一とされていることから、それら各分割副振動系１７において複数個のゴムマウント１６で構成するバネ部材の防振すべき振動方向でのばね定数の値によっても、設定することができる。具体的には、分割副振動系１７の固有振動数を主振動系（住宅１２）において防振すべき振動周波数：ｆ0 に一致させるに必要とされる該分割副振動系１７におけるバネ定数の値をｋd 0 とすると、複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最小のばね定数の値：ｋd min のかかるｋd 0 に対する比の値が、それら複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最大のばね定数の値：ｋd max のかかるｋd 0 に対する比の値の逆数となるように設定される。更に、それら最小および最大のばね定数を有する分割副振動系１７を含む全ての副振動系１７のばね定数ｋd 1 〜ｋd ｎの前記ｋd 0 に対する比の値：ｋd 1 ／ｋd 0 ，・・・，ｋd ｎ／ｋd 0 が、互いに等比数列を構成するように設定される。
【００３２】
さらに、これら複数の分割副振動系１７における固有振動数の設定範囲は、特に限定されるものでなく、製造誤差や温度変化等に起因する考慮すべき主振動系と分割副振動系のチューニング周波数の相対的なずれ変動幅等に応じて適宜に決定され得るが、好ましくは、住宅１２において防振すべき振動周波数に対する適当な周辺周波数の範囲内に、全ての分割副振動系１７の固有振動数が納まるように設定される。このような設定によって、一般住宅における通常の環境下で予想される主振動系（住宅１２）と分割副振動系１７とのチューニングずれ幅を、有利にカバーすることが出来る。また、複数の分割副振動系１７において、複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最小の固有振動数：ｆmin が、主振動系において防振すべき振動周波数：ｆ0 に対して、好ましくはｆmin ／ｆ0 ≧０．４，更に好ましくはｆmin ／ｆ0 ≧０．６となるように設定されると共に、複数の分割副振動系１７の中の一つに設定された最大の固有振動数：ｆmax が、主振動系において防振すべき振動周波数：ｆ0 に対して、好ましくはｆmax ／ｆ0 ≦２．０，より好ましくはｆmax ／ｆ0 ≦１．７となるように設定される。
【００３３】
すなわち、このような設定条件に従って複数の分割副振動系１７を構成することにより、それらの分割副振動系１７を装着した建築構造物において、振動加速度の周波数特性における複数のピーク値を略同一範囲とすることが出来るのであり、それによって、複数の分割副振動系１７における固有振動数の設定領域とその周辺の周波数範囲に亘って、有効な制振効果が発揮され得ることとなる。なお、このような技術的効果が発揮される理論的根拠は、未だ明確でなく、それを明確にすることは、本発明の目的とするところでないことから、ここでは割愛するが、本発明の技術的効果は、後述する実施例の結果からも明白なところである。
【００３４】
なお、分割副振動系１７の数は、建築構造物において制振効果が要求される周波数範囲や、要求される制振特性の他、分割副振動系１７が装着される建築構造物の構造部材の部材強度等を考慮して、適宜に決定されるものであって何等限定されるものでないが、一般の住宅等においては、好ましくは２〜６個、より好ましくは３〜５個の分割振動系１７が設定される。
【００３５】
因みに、本発明の実施例として、下記〔表１〕に示される如く、躯体重量が３０ton の建築構造物Ａと、躯体重量が３０ton の建築構造物Ｂについて、それぞれ、２個，３個又は４個の分割副振動系１７からなる制振装置１０ａ〜ｅを装着した場合について、それぞれ、建築構造物における振動加速度の周波数特性をシミュレーションで求めた結果を、図２〜６に示す。なお、かかる実施例においては、何れも、躯体減衰比を１．５％とすると共に、各分割副振動系１７における損失係数を１．０とした。
【００３６】
【表１】

【００３７】
かかる図２〜６に示された実施例結果からも明らかなように、本発明に従って構成された複数の分割副振動系からなる制振装置においては、何れも、各分割副振動系がチューニングされた広い領域の周波数範囲（躯体の固有振動数：ｆ0 に対する周波数倍率範囲）に亘って、有効な制振効果が発揮され得ることが明らかであり、特に、かかる周波数範囲に発生する複数の振動加速度のピーク値が、互いに略同一に抑えられ、その結果、安定した制振効果が達成されることが認められる。
【００３８】
ところで、このように複数の分割副振動系１７に対してそれぞれ異なる固有振動数を設定するには、例えば、複数の分割副振動系１７の相互間で、ゴムマウント１６における防振すべき振動方向のばね定数を異ならせることによって、チューニングすることが可能である。ここにおいて、特に、本実施形態では、何れの分割副振動系１７においても、それぞれ同一構造とされた複数のゴムマウント１６によってバネ系が構成されて、同一の質量が設定された分割マス１４が弾性支持されている。
【００３９】
かかるゴムマウント１６は、何れも水平方向のばね定数が異方性とされており、本実施形態では、各分割副振動系１７において、それぞれ同一構造のゴムマウント１６が４個採用されている。即ち、かかるゴムマウント１６は、図７〜９に示されているように、第一の取付部材としての第一の取付金具２２と、第二の取付部材としての第二の取付金具２４が、互いに離間して対向配置されていると共に、それら第一の取付金具２２と第二の取付金具２４が、両金具２２，２４の対向面間に介装された本体ゴム弾性体２６で弾性的に連結された構造を有している。
【００４０】
そこにおいて、第一の取付金具２２は、それぞれ鋼鈑のプレス加工などによって形成された矩形平板形状の上板２８と、中央が谷折り状に曲げられＶ字状の下板３０から構成されており、上板２８の下面に下板３０が重ね合わされて、下板３０の両端縁部が上板２８に溶着されることによって、一体的に取り付けられている。また、上板２８の中央には、第一の取付ボルト１８が上方に向かって突設されている。なお、第一の取付ボルト１８は、上下板２８、３０の中央挿通孔３３，３５に下側から挿通されて、軸方向中間部分に一体形成された環状突出部３１が上板２８の下面に溶着されている。また、第一の取付ボルト１８の下端部は、下板３０を貫通して下方に向かって突出せしめられていると共に、その突出先端部に大径のストッパ頭部３７が一体形成されている。
【００４１】
また、第二の取付金具２４は、鋼鈑のプレス加工等によって形成された一枚の矩形平板状を有しており、中央に位置する中央平板部３２を挟んだ長手方向両側が、第一の取付金具２２側（図７中、上側）に向かって斜め上方に立ち上げられた傾斜板部３４，３４とされている。また、第二の取付金具２４における中央平板部３２の中央には、下方に向かって突出する第二の取付ボルト３６が固設されている。更にまた、第一の取付金具２２における下板３０の両側の傾斜板部３８，３８と、第二の取付金具２４における両側の傾斜板部３４，３４は、それぞれ、マウント中心軸４０を挟んだ両側において、該マウント中心軸４０に対して略同一角度だけ傾斜した方向で、全面に亘って略一定の間隙を隔てて対向位置せしめられている。そして、これら両傾斜板部３４，３４と３８，３８の対向面間に、それぞれ、略矩形ブロック形状を有する分割ゴムブロック４２が介装されている。即ち、本実施形態では、これら一対の分割ゴムブロック４２，４２によって第一の取付金具２２と第二の取付金具２４を弾性連結する本体ゴム弾性体２６が構成されている。
【００４２】
すなわち、本実施形態のゴムマウント１６は、二つの独立したゴムブロック４２，４２の単体での弾性主軸４４，４４が、マウント中心軸４０に対して、該マウント中心軸４０を含む一つの平面内で、該マウント中心軸４０に関して対称となるように、該マウント中心軸４０の両側にそれぞれ傾斜されているのであり、それによって、かかるゴムマウント１６は、全体として、図７に示されているように、マウント中心軸４０に沿って延びる鉛直方向の弾性主軸と、図中で紙面に垂直な方向に延びる水平方向の第一の弾性主軸と、図中の左右方向に延びる水平方向の第二の弾性主軸を有している。このような構造とされたゴムマウント１６では、水平方向の第一の弾性主軸の方向で、荷重入力時における本体ゴム弾性体の主たる変形がせん断となって、水平方向におけるばね定数が最小となる一方、水平方向の第二の弾性主軸の方向で、荷重入力時における本体ゴム弾性体２６に圧縮／引張の変形が生ぜしめられて、水平方向におけるばね定数が最大となる。これにより、かかるゴムマウント１６では、水平方向におけるばね定数の最小値と最大値が、互いに直交する方向に設定されている。なお、以下の説明では、ばね定数が最小値となる水平方向（図７において、紙面に垂直な方向）を、ゴムマウント１６における水平基準方向という。
【００４３】
また、各ゴムブロック４２には、弾性主軸４４方向の略中央部分において、ゴムブロック４２の断面よりも一回り大きな平板形状を有する拘束プレート５１が、弾性主軸４４に直交して広がる状態で配設されている。なお、この拘束プレート５１は、少なくともゴムブロック４２よりも硬質の例えば鋼板等の金属材で形成されており、ゴムブロック４２に加硫接着されていると共に、中央部分には、拘束プレート５１を挟んだ両側に分割状態で位置するゴムブロック４２を相互に連結せしめる貫通孔が形成されている。
【００４４】
更にまた、本実施形態のゴムマウント１６においては、第一の取付金具２２と第二の取付金具２４の対向面間の中央部分で、一対の分割ゴムブロック４２，４２間において、中央空所３９が形成されており、そこにストッパ機構が設けられている。かかるストッパ機構は、第二の取付金具２４の中央上面に略門形のストッパ金具４１が重ね合わされて溶着されていると共に、このストッパ金具４１の上底部に設けられたＵ字形の切欠孔４３に対して、第一の取付ボルト１８の下端部分が側方から差し込まれて挿通配置されることにより構成されている。そして、第一の取付ボルト１８やそれに突設されたストッパ頭部３７が、ストッパ金具４１や第二の取付金具２４に当接することによって、第一の取付金具２２と第二の取付金具２４の相対変位量を制限するストッパ機構が構成されている。
【００４５】
このような構造とされたゴムマウント１６は、その第一の取付金具２２が分割マス１４に対して固着されている。なお、特に本実施形態では、図１０に示されているように、高さ寸法が全体に亘って一定とされた一般圧延鋼板を平面矩形の平板状に切断加工した板状分割マス２０の複数枚を重ね合わせて分割マス１４とされている。そして、ゴムマウント１６における第一の取付ボルト３６が上方に長く突出されており、この第一の取付ボルト３６が、重ね合わされた板状分割マス２０の全てに亘って貫設された取付孔４５に挿通されて、先端部に螺着されたナット４７でそれらの板状分割マス２０の全てを束ねるようにして固定している。即ち、本実施形態では、第一の取付ボルト３６によって、複数の板状分割マス２０の締結手段が構成されている。
【００４６】
また、本実施形態では、図１０，１１に示されているように、４個のゴムマウント１６が、矩形平板形状の分割マス１４における四隅部分に対して、それぞれ取り付けられており、それによって、一つの分割副振動系１７が構成されている。また一方、ゴムマウント１６の第二の取付金具２４は、図１０に示されているように、第二の取付ボルト３６により、住宅の最上階の天井の構造部材１８等に取り付けるための取付部材としての固定プレ−ト４９に固着されている。これにより、建築構造物１２の構造部材１８に対して、各分割副振動系１７における分割マス１４が、４個のゴムマウント１６を介して、弾性的に取り付けられているのであり、以て、分割マス１４をマス部材とし、４個のゴムマウント１６をバネ部材とする一つの分割副振動系１７が構成され、この分割副振動系１７が複数設置されることによって、建築構造物１２からなる主振動系に対する副振動系として機能する制振装置（ＴＭＤ）１０が構成されている。
【００４７】
なお、各分割副振動系１７の装着状態下では、分割マス１４が、水平方向に広がる状態で支持されていると共に、各ゴムマウント１６は、何れも、そのマウント中心軸１８が鉛直方向に延びる状態で配設されている。
【００４８】
また、本実施形態の制振装置１０における各分割副振動系１７においては、図１１に示されているように、４個のゴムマウント１６が、分割マス１４において互いに直交して水平方向に延びる２本の対称軸Ｘ，Ｙを挟んで、それぞれ対称位置するように配設されている。なお、本実施形態では、分割マス１４における２本の対称軸Ｘ，Ｙが、何れも、分割マス１４の水平方向に延びる慣性主軸とされている。また、分割マス１４と４個のゴムマウント１６からなる弾性支持系において、その鉛直方向に延びる弾性主軸が、分割マス１４の重心を通るように設定されている。具体的には、図１１において、第一のゴムマウント１６ａと第二のゴムマウント１６ｂおよび第三のゴムマウント１６ｃと第四のゴムマウント１６ｄが、それぞれ、第一の対称軸Ｘに関して互いに対象位置せしめられていると共に、第一のゴムマウント１６ａと第三のゴムマウント１６ｃおよび第二のゴムマウント１６ｂと第四のゴムマウント１６ｄが、それぞれ、第二の対称軸Ｙに関して互いに対象位置せしめられている。
【００４９】
また、これら４個のゴムマウント１６ａ〜ｄは、その取付方向も、分割マス１４の二本の対象軸Ｘ，Ｙを挟んで、それぞれ対称となるように設定されている。具体的には、図１１において、第一の対称軸：Ｘに関しては、第一のゴムマウント１６ａの水平基準方向線４８ａの交角：θxaと第二のゴムマウント１６ｂの水平基準方向線４８ｂの交角：θxbが同一となると共に、第三のゴムマウント１６ｃの水平基準方向線４８ａの交角：θxcと第四のゴムマウント１６ｄの水平基準方向線４８ｄの交角：θxdが同一となるように設定されている。また、第二の対称軸：Ｙに関しては、第一のゴムマウント１６ａの水平基準方向線４８ａの交角：θyaと第三のゴムマウント１６ｃの水平基準方向線４８ｃの交角：θycが同一となると共に、第二のゴムマウント１６ｂの水平基準方向線４８ｂの交角：θybと第四のゴムマウント１６ｄの水平基準方向線４８ｄの交角：θydが同一となるように設定されている。
【００５０】
このように４個のゴムマウント１６ａ〜ｄの取付方向が設定されることにより、ゴムマウント１６ａ〜ｄの取付方向を変更した場合でも、分割マス１４と４個のゴムマウント１６ａ〜ｄで構成された副振動系全体としての水平方向における弾性主軸の方向が、分割マス１４における第一の対称軸：Ｘの方向と、第二の対称軸：Ｙの方向とに維持されるようになっている。そして、これら第一の対称軸：Ｘの方向と、第二の対称軸：Ｙの方向が、それぞれ、制振対象たる住宅などの建築構造物において防振すべき主たる振動の方向、例えば、平面矩形の枠体構造を有する住宅の場合には、各辺に平行な方向となるように、分割副振動系１７の住宅に対する設置方向が決定される。これにより、副振動系を構成する分割副振動系１７に対して、防振すべき２方向の振動が、何れも、該分割副振動系１７における弾性主軸方向に入力されることとなり、それら２方向に入力される各振動に対して、何れも、有効な制振効果が発揮され得るのである。
【００５１】
また、かかる分割副振動系１７においては、上述の如く、マウント中心軸４０の回りで水平方向のばね定数が異方性とされたゴムマウント１６ａ〜ｄをばね部材として採用したことにより、かかるゴムマウント１６ａ〜ｄの取付方向を変更することによって、防振すべき振動の入力方向となる２つの弾性主軸方向（第一の対称軸：Ｘの方向および第二の対称軸：Ｙの方向）でのばね定数が、何れも、変更されるようになっている。具体的には、本実施形態では、各ゴムマウント１６ａ〜ｄの第一の対称軸：Ｘに対する交角：θx の値が小さくなるに従って、分割副振動系１７における第一の対称軸：Ｘの方向でのばね定数が小さく、第二の対称軸：Ｙの方向でのばね定数が大きくなる方向に変更される。その結果、各ゴムマウント１６ａ〜ｄの第一の対称軸：Ｘに対する交角：θx の値を小さくすることによって、分割副振動系１７における第一の対称軸：Ｘの方向での固有振動数を低周波側に、且つ第二の対称軸：Ｙの方向での固有振動数を高周波側に、それぞれ移行させることが出来、また、各ゴムマウント１６ａ〜ｄの第一の対称軸：Ｘに対する交角：θx の値を大きくすることによって、分割副振動系１７における第一の対称軸：Ｘの方向での固有振動数を高周波側に、且つ第二の対称軸：Ｙでの方向の固有振動数を低周波側に、それぞれ移行させることが出来るのである。
【００５２】
それ故、上述の如き構造とされた分割副振動系１７においては、バネ部材としてのゴムマウント１６の何れも交換，変更することなく、防振すべき一つの水平振動の入力方向において、その固有振動数を調節，変更することが出来るのである。即ち、制振装置１０を構成する複数の分割副振動系１７として、同一の分割マス１４と同一のゴムマウント１６を採用することが可能となり、それによっても、各分割副振動系１７に対して異なる固有振動数を設定することが出来ることから、目的とする制振装置１０が、低コストで提供されると共に、極めて優れた設置作業性が実現されるのである。
【００５３】
しかも、上述の如き構造とされた分割副振動系１７の複数個によって制振装置１０を構成した場合には、各分割副振動系１７における各ゴムマウント１６ａ〜ｄの第一の対称軸：Ｘに対する交角：θx の値を異ならせて、それら分割副振動系１７における第一の対称軸：Ｘの方向での固有振動数を、相互に異なる周波数域にチューニングすると、同時に、それら各分割副振動系１７における第二の対称軸：Ｙの方向での固有振動数も、相互に異なる周波数域にチューニングされることから、建築構造物において互いに直交する二つの水平方向の振動に対して、何れも、広い周波数域に亘る有効な制振効果を、容易に且つ有利に得ることが可能となるのである。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、かかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定されるものでない。
【００５５】
例えば、本発明の制振装置を構成する分割副振動系において採用されるゴムマウントの構造や、その配設数および配設形態等は、前記実施形態における具体的な記載によって何等限定的に解釈されるものでなく、従来から公知の各種のゴムマウントが、何れも採用可能であり、特に、マウント中心軸に対して直角な方向のばね特性が全方向で一定とされたゴムマウント等も、採用可能である。
【００５６】
さらに、各分割副振動系１７において、分割マス１４の構造部材１８に対する変位に際して減衰力を及ぼし得る減衰器も、必要に応じて採用可能である。
【００５７】
また、制振装置１０の配設位置も、例示の如き最上階の天井部分の他、床下部分等、建築構造物の構造や振動モード等を考慮して、適宜に変更可能である。更にまた、制振装置１０を構成する各分割副振動系１７を、それぞれ異なる箇所に設置することも可能である。
【００５８】
加えて、本発明は、例示の如き３階建の住宅の他、１階建や２階建、或いは４階建以上の住宅、或いは倉庫やビル，タワー等、各種の建築構造物用の制振装置に対して、何れも適用可能であることは、言うまでもない。
【００５９】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされた制振装置においては、副振動系におけるチューニング周波数が、主振動系たる建築構造物の防振すべき振動周波数からずれた場合でも、有効な振動低減効果を、安定して得ることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての制振装置の建築構造物（住宅）への装着状態を示す概略図である。
【図２】本発明の第一の実施例としての制振装置における振動加速度特性をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施例としての制振装置における振動加速度特性をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第三の実施例としての制振装置における振動加速度特性をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第四の実施例としての制振装置における振動加速度特性をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第五の実施例としての制振装置における振動加速度特性をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図７】図１に示された制振装置を構成する一つの分割副振動系に採用されているゴムマウントを示す正面図である。
【図８】図７に示されたゴムマウントの平面図である。
【図９】図８におけるIX−IX断面図である。
【図１０】図１に示された制振装置を構成する一つの分割副振動系を示す横断面説明図である。
【図１１】図１０に示された一つの分割副振動系の構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０ 制振装置
１２ 住宅
１４ 分割マス
１６ ゴムマウント
１７ 分割副振動系

Claims (3)

1. 建築構造物に対してマス部材をバネ部材で弾性支持せしめることにより、該建築構造物に対する副振動系を構成する制振装置において、
   前記マス部材を、質量が同一の複数の分割マスによって構成すると共に、それら各分割マスを、前記バネ部材によって前記建築構造物に対して互いに独立して弾性支持せしめて、互いに異なる周波数域にチューニングされた複数の分割副振動系を構成すると共に、該建築構造物の防振すべき固有振動数：ｆ０に対する該分割副振動系の固有振動数：ｆａの比の値が０．６・ｆ０≦ｆａ≦１．７・ｆ０の範囲内で且つ該建築構造物の固有振動数：ｆ０に対して低周波側と高周波側とにそれぞれ存在するように複数の該分割副振動系を設け、且つそれら複数の分割副振動系における固有振動数：ｆａの値が互いに等比数列をなすように設定したことを特徴とする制振装置。
2. 前記建築構造物の防振すべき固有振動数：ｆ０に対する前記分割副振動系の固有振動数：ｆａの比の値が０．６・ｆ０≦ｆａ≦１．７・ｆ０の範囲内で、該分割副振動系を奇数個設けると共に、その中央の固有振動数を有する分割副振動系の固有振動数を、該建築構造物の防振すべき固有振動数に設定した請求項１に記載の制振装置。
3. 前記各分割副振動系におけるバネ部材を、それぞれ、該分割マスに対する取付方向を変更することによって、該分割副振動系における水平方向のばね定数を調節することの出来る可変ゴムマウントを含んで構成した請求項１又は２に記載の制振装置。

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