JP4843881B2 - 回転慣性力を利用した連結制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並立する２つの建物間、または２重構造形式の内，外建物間に生じる水平方向変位を質量体の回転運動に変換して、その回転慣性力によって建物を制振するようにした回転慣性力を利用した連結制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高層建物を制振するためには曲げ変形を制御することが必要となり、この曲げ変形を効率的に制御するには建物頂部に水平力を付与する方法が考えられる。つまり、この場合は付与した水平力に建物高さを乗じた制御モーメント力を発生することができるため、大きな制御力を効率良く得ることができる。この種の制振方法としてはＴＭＤやＡＭＤが知られるが、これらの装置では付加質量の振幅を装置の許容ストローク以下に抑えるためには過大な付加質量が必要となり、その実現に著しい困難性が伴うことになる。
【０００３】
そこで、例えば特開２００１−２０５６０号公報に開示されるように、２つの建物間に、両建物間の相対変位量を軸方向の移動量として取り出すラック軸を設けると共に、このラック軸に噛合するピニオンをいずれか一方の建物に回転自在に支持し、このピニオンにその回転中心周りにフライホイールや錘などの付加質量体を取り付けて、両建物間の相対変位によりピニオンと共に付加質量体を回転させ、この質量体の回転慣性反力により減衰力を得て建物を制振するようにした、回転慣性力を利用した連結制振装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、付加質量体を取り付けたピニオンをラック軸によって回転させるようにした、上記従来の回転慣性力を利用した上記制振装置では、ピニオンの回転軸はラック軸に対して直交し、付加質量体はラック軸に平行な面内を回転することになる。このため、制振装置の重量増加を抑制しつつ回転慣性力の増大を図るべく、フライホイールや錘などの付加質量体の回転半径を大きくすると、屋上部等その設置部に広いスペースを確保しなければならないという課題があった。 また、上記回転慣性力を大きくするには、両建物の相対変位に伴うラック軸の移動量を増幅してピニオンの回転量に変換して伝えれば良く、その増幅率はラック軸の単位長さ当たりの歯数とピニオンの歯数との関係で定まるものの、ピニオンには付加質量を取り付けて支える関係上、その大きさはあまり小さくすることはできず、よって大きな増幅率を得るにも限界があった。そこで、付加質量体を取り付けたピニオンを複数ラック軸に噛合させて設けることも考えられるが、そうすると、設置部の占有スペースが更に増大すると云った問題が生じてしまう。
【０００５】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、屋上部等の設置部に広いスペースを占有することなく据え付けることができ、しかも十分に大きな回転慣性力が得られる回転慣性力を利用した連結制振装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の回転慣性力を利用した連結制振装置は、並立する２つの建物間、または２重構造形式の内，外建物間に配置され、両建物間の相対変位量を出力側部材の回転量として取り出すボールネジ機構と、該ボールネジ機構の出力側部材に一体化されて両建物間に配置された回転質量体とを備え、該回転質量体の回転慣性力により減衰力を得る、回転慣性力を利用した連結制振装置であって、上記ボールネジ機構の出力側部材がネジ軸部材でなり、該ネジ軸部材の中間部に前記回転質量体が一体化されて設けられ、該ネジ軸部材の両端部に相互に逆ネジに形成されたネジ部が両建物に設けられたナット部材に螺合挿通されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記回転質量体は径方向に移動自在な付加質量体と、該付加質量体を径方向の任意の位置に固定調節可能な回転半径調節機構とを有する構成となすのが望ましい。
【００１０】
さらに、前記両建物間にはダンパを設けることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は参考例に係る回転慣性力を利用した連結制振装置の概念図であり、図２〜図４はその具体的な一例を示すもので、図２は側面図、図３は平面図、図４は図２中のIV-IV線部の矢視図である。
【００１２】
本参考例の連結制振装置の基本構造は、並立する２つの建物１０，１２間、または２重構造形式の内，外建物１０Ａ，１２Ａ（図６参照）間に配置され、両建物間の水平方向の相対変位量を出力側部材の回転量として取り出すボールネジ機構１４と、このボールネジ機構１４の出力側部材の回転軸周りに一体的に取り付けられた付加質量体２０とを備え、質量体の回転慣性力により減衰力を得る構成となっている。
【００１３】
即ち、本参考例の連結制振装置は、近接して並立される第１建物１０と第２建物１２との屋上間に、変位伝達手段としてのボールネジ機構１４が配置されることにより構成される。このボールネジ機構１４は、ナット部材１６と、このナット部材１６に螺合挿通されるネジ軸部材１８と、当該螺合部間に介在してそのナット部材１６に形成された通路を通って循環され続ける無数のボール（図示せず）とからなる一般的なものでなり、本参考例では、ナット部材１６が一方の建物１０に軸受け部材２２を介して回転自在に支持されて出力側部材として設定されている一方、ネジ軸部材１８がその基端部を他方の第２建物１２にその軸芯周りの回転を規制されて支持されて入力側部材として設定されている。
【００１４】
つまり、前記軸受け部材２２は軸受け部２２ａとこの軸受け部２２ａに一体の基台部２２ｂとを有し、この基台部２２ｂが第１建物１０の屋上部上面に敷設された滑動板２４上に載置されて設けられている。この滑動板２４部にはこれを貫通して上方に突出する支軸２６が屋上部に一体的に立設固定されており、基台部２２ｂに形成された軸孔２２ｃが当該支軸２６に嵌合されて、軸受け部材２２は当該支軸２６を中心にして滑動板２４上を揺動自在になっている。また、軸受け部２２は軸受け孔２２ｄの軸芯が他方の第２建物１２を指向されて水平に設けられており、この軸受け孔２２ｄにベアリング（図示せず）を介してボールネジ機構１４のナット部材１６が回転自在に軸支されている。
【００１５】
ナット部材１６はその両端が軸受け部材２２から突出し、その両突出端にはフランジ部１６ａ，１６ｂが拡径形成されていて、当該フランジ部１６ａ，１６ｂが軸受け部材２２の両端面に当接して軸方向への移動が規制されている。そして、このナット部材１６の第２建物側のフランジ部１６ｂは第１建物１０の側壁面１０ａよりも側方に突出し、そのフランジ部１６ｂの端面には付加質量体２０として円盤状のフライホイール２８が同軸に、その中心部にネジ軸部材１８の挿通孔２８ａを有して固設されている。さらに、このフライホイール２８の外周面には、径方向外方に放射状に延びる複数の錘取り付け用ボルト３０が立設されており、その各錘取り付け用ボルト３０には付加質量体２０としての錘３２が螺合されて、ダブルナット（図示省略）により回転半径方向の任意の位置にて固定調節可能に取り付けられている。
【００１６】
ボールナット機構１４のネジ軸部材１８は、その一端側に形成されたネジ部 １８ａが上記ナット部材１６に螺合挿通される一方、その他端側の基端部には軸孔３４ａを上方に向けたスリーブ３４が一体的に設けられていて、このスリーブ３４が第２建物１２の屋上部に立設された支軸３６に嵌合されて回動可能に支持されている。
【００１７】
即ち、ナット部材１６に一体化されて取り付けられるフライホイール２８と錘取付ボルト３０と錘３２との付加質量体２０は第１建物１０と第２建物１２との間に配置されてネジ軸部材１８の軸芯を回転中心にして回転作動されるようになっており、また錘３２と錘取り付け用ボルト３０とのネジ機構が当該錘３２の回転半径ｒを調節する回転半径調節機構３８となっている。
【００１８】
また、本参考例では第１建物１０と第２建物１２との間には、ダンパー４０が、その両端を両建物１０，１２に対してピン結合されて回動自在に取り付けられている。ここで図示例では、ダンパー４０には油圧式のものを採用しているが、摩擦式などの他の形式のものを採用することもできる。
【００１９】
以上の構成により本参考例の連結制振装置にあっては、地震や風により振動が発生し、並立する第１，第２建物１０，１２間に相対変位が発生すると、ボールネジ機構１４のナット部材１６を支持している軸受け部材２２と、ネジ軸部材１８の基端部のスリーブ３４とが、両建物１０，１２の相対変位方向に習って水平方向に回動する。そして、軸受け部材２２を回動自在に支持する第１建物１０側の支軸２６と、ネジ軸部材１８を回動自在に支持する第２建物１２側の支軸３６との間に生じる相対変位（つまり両支軸２６，３６間の距離変化）がボールネジ機構１４のナット部材１６とネジ軸部材１８との螺合部にその軸方向に沿って直線的に作用し、その結果、当該ナット部材１６がその螺合部のネジピッチに相応した増幅率の回転量及び回転速度で回転され、このナット部材１６に一体に設けられた付加質量体２０のフライホイール２８や錘３２等も共に一体的に回転する。
【００２０】
従って、上記ナット部材１６とフライホイール２８と錘取り付け用ボルト３０と錘３２とからなる回転質量体は、第１，第２建物１０，１２の相対変位に伴って回転慣性力を発生し、この回転慣性力を反力となして第１，第２建物１０，１２を制振することができる。この際、相対変位荷重に対しては、主にネジ軸部材１８がその強度の大きな軸方向の圧縮力としてこれを受けるため、両建物１０，１２間の大きな相対変位量にも十分に対応することができ、大地震等により過大な相対変位が両建物１０，１２間に発生した場合にも、十分に制振機能を確保することができる。
【００２１】
また、公知のように上記回転慣性力は、ナット部材１６と付加質量体２０のフライホイール２８や錘３２等からなる回転質量体の総質量は一定であっても、その回転速度ωや付加質量体の錘３２の質量及びその回転半径ｒによって異なったものとなり、その回転慣性力の大きさは回転半径ｒの２乗に比例し、回転速度ωに比例したものとなるが、両建物１０，１２の相対変位に伴うネジ軸部材１８の往復直進運動をナット部材１６の往復揺動回転運動に変換するボールネジ機構１４のネジピッチ（増幅率）、並びに付加質量体である錘３２の回転半径ｒ及び質量をそれぞれ適宜に設定することで、所望の回転慣性力（即ち減衰力）を容易に得ることができる。
【００２２】
さらに、付加質量のフライホイール２８及び錘３２はナット部材１６の端面に取り付けられて第１建物１０の側壁面１０ａから側方に突出して離間していて、ネジ軸部材１８の軸芯周りに両建物１０，１２間の空間で鉛直面内を回転させられるので、並立した両建物１０，１２が近接していてそれらの間の空間が狭い場合であっても、これらフライホイール２８と錘３２等からなる付加質量体２０を容易に当該空間内に設置可能で、錘３２の回転半径ｒも可及的に大きくして、重量の増加を抑えつつ回転慣性力の増大が図れる。しかも、当該付加質量体２０が屋上部のスペースを広く占有することがなく、もって設置性に優れる。
【００２３】
加えて、錘３２の回転半径ｒの調整機構３８を備えた本参考例では、その設置後にあっても随時その回転半径ｒを調節して、発生させる回転慣性力の調整を行うことができ、制振装置としての減衰力特性をより適したものに簡易に調整し得る。
【００２４】
更に、本参考例では振動入力方向に設けられたダンパー４０により、第１，第２建物１０，１２の振動減衰をより促進することができるが、このダンパー２８は必ずしも必要とはしない。
【００２５】
図５は本発明の実施形態を示す側面図である。この実施形態の連結制振装置では、ボールネジ機構１４のネジ軸部材１８を出力側部材となし、ナット部材１６を入力側部材となしている。即ち、ネジ軸部材１８の軸方向中間部には、そのほぼ中央にフライホイール２８が一体化されて設けられ、このフライホイール２８の外周面には前述の参考例と同様に錘取付ボルト３０に螺合されて回転半径ｒを調節可能な複数の錘３２が取り付けられている。ネジ軸部材１８の両端にはそれぞれ螺旋方向が逆向きに形成されたネジ部１８ａ，１８ｂが設けられていて、これらのネジ部１８ａ，１８ｂは両建物１０，１２の屋上部に互いに対向して設けられたナット部材１６，１６にそれぞれ螺合挿通されている。各ナット部材１６，１６は軸受け部材２２にそのフランジ部１６ａ，１６ｂがボルトなどで固設されて、回転を規制されて一体化されて設けられており、その軸受け部材２２はやはり前述の参考例と同様に屋上部の上面に敷設された滑り板２４上に載置されて、支軸２６，２６により水平方向に回動自在に支持されている。
【００２６】
当該構成によれば、両建物１０，１２間に生じた水平方向の相対変位は、ボールネジ機構１４の入力側部材であって相互に逆ネジに形成された２つのナット部材１６，１６とこれに螺合した出力側部材であるネジ軸部材１８両端のネジ部１８ａ，１８ｂとの螺合部に作用し、当該ネジ軸部材１８を付加質量２０のフライホイール２８や錘３２等と共に回転させる。
【００２７】
この場合にあっても、付加質量体２０は２つの建物１０，１２間の空間にて、ネジ軸部材１８の軸芯周りに鉛直面内で回転されるから、両建物１０，１２が近接していて両建物１０，１２間の空間が狭くても、それら回転作動される付加質量体２０のフライホイール２８や錘３２等を容易に当該空間に配置できる等、前記参考例と全く同様の作用効果が得られる。
【００２８】
なお、本実施形態の連結制振装置は、並立する２つの第１，第２建物１０，１２間に設けて両建物１０，１２を制振する場合を開示したが、これに限ることなく図６に示すように２重構造形式の内，外建物１０Ａ，１２Ａ間に連結制振装置を設けて、これら内，外建物１０Ａ，１２Ａを制振する機能を発揮させることができる。
【００２９】
また、本実施形態では並立する２つの第１，第２建物１０（１０Ａ），１２（１２Ａ）の屋上部を連結制振装置で繋いで制振する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば図７に示すように、連結制振装置は高層建物１０Ｂの中間階部分と低層建物１２Ｂの屋上部とを繋いで設けるようにしても良い。あるいは、高層建物同士を中間階等の適宜な複数の階にて連結制振装置で繋ぐようにしても良い。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ナット部材１６の軸受け部材２２及びネジ軸部材１８をそれぞれ建物１０，１２に対して水平方向に回動自在に取り付けているが、ナット部材１６あるいはネジ軸部材１８の少なくともいずれか一方は、これを支持する建物に一体的に固設し、他方をリニアベアリング等を用いて両建物に生じる水平方向の相対変位のうち、ネジ軸部材に対して直交する方向への相対移動を許容するようにして建物に支持するようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る回転慣性力を利用した連結制振装置にあっては、地震や風等によって並立する２つの建物間、または２重構造形式の内，外建物間に振動による相対変位が発生すると、この相対変位をボールネジ機構によって、そのネジ軸部材を出力部材とした回転変位に変換して取り出し、この出力部材をこれに一体的に取り付けた付加質量体と共に回転させて回転慣性力を発生させ、この回転慣性力を制振のための反力にして減衰力を得ることができる。
【００３２】
付加質量体は２つの建物間の空間内でネジ軸部材の軸芯周りに鉛直面内で回転されるから、両建物が近接していてそれらの間の空間が狭くても、回転作動される付加質量体のフライホイールや錘を容易に当該空間内に配置でき、建物内部や屋上部などにスペースを占有せず、設置性に極めて優れる。
【００３３】
制振のための反力となす回転慣性力は、ボールネジ機構のネジピッチ（増幅率）、並びに付加質量体である錘の回転半径をそれぞれ適宜に設定することで、容易に所望の大きさにして得ることができ、しかも、錘の回転半径の調整機構を備えれば、その設置後にあっても随時その回転半径を調節して発生させる回転慣性力の調整を行うことができ、制振装置としての減衰力特性をより適したものに簡易に調整し得る。
【００３４】
更に、振動入力方向にダンパーを設けることにより、第１，第２建物の振動減衰をより促進することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る回転慣性力を利用した連結制振装置の概念図である。
【図２】 参考例に係る回転慣性力を利用した連結制振装置の具体的な一例を示す側面図である。
【図３】 図２に示す例の平面図である。
【図４】 図２中のIV-IV線部の矢視図である。
【図５】 本発明の連結制振装置の実施形態を示す平面図である。
【図６】 本発明の連結制振装置が適用される建物構造の他の例を示す概略平面図である。
【図７】 本発明に係る連結制振装置を、高層建物と低層建物との間に適用した場合の概念図である。
【符号の説明】
１０ 第１建物
１０Ａ 内建物
１０Ｂ 高層建物
１２ 第２建物
１２Ａ 外建物
１２Ｂ 低層建物
１４ ボールナット機構
１６ ナット部材
１８ ネジ軸部材
１８ａ，１８ｂ ネジ部
２０ 付加質量体（回転質量体）
２８ フライホイール
３０ 錘取り付け用ボルト
３２ 錘
３８ 回転半径調節機構
４０ ダンパー

Claims (3)

1. 並立する２つの建物間、または２重構造形式の内，外建物間に配置され、両建物間の相対変位量を出力側部材の回転量として取り出すボールネジ機構と、該ボールネジ機構の出力側部材に一体化されて両建物間に配置された回転質量体とを備え、該回転質量体の回転慣性力により減衰力を得る、回転慣性力を利用した連結制振装置であって、
   上記ボールネジ機構の出力側部材がネジ軸部材でなり、該ネジ軸部材の中間部に前記回転質量体が一体化されて設けられ、該ネジ軸部材の両端部に相互に逆ネジに形成されたネジ部が両建物に設けられたナット部材に螺合挿通されていることを特徴とする、回転慣性力を利用した連結制振装置。
2. 前記回転質量体が径方向に移動自在な付加質量体と、該付加質量体を径方向の任意の位置に固定調節可能な回転半径調節機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の回転慣性力を利用した連結制振装置。
3. 前記両建物間にダンパを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転慣性力を利用した連結制振装置。

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