JPH02154825A - 構造物の振動抑制装置 - 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Ｊ 本発明は、構造物に外力が作用した際に生ずる構造物の
振動を抑制する構造物の振動抑制装置に係り、特に、強
風等の中小外力に対し自°効に振動抑制を行いうる構造
物の振動抑制装置に関するものである。

「従来の技術」 最近、米国の高層ビルにおいて、強風時に生ずる建築物
の振動によって窓ガラスが破損する等の事故が発生して
いる。このため、強風時における建築物の振動を抑制す
る装置が開発、適用されている。このような振動抑１Ｉ
ｉｌ＋装置の一例としては、η１１１００圧軸受支持に
よるぜ１性質■方式制振装置があり、一応の効果が確認
されている。

一方、我国の建築物、特に高層ビルは、厳しい一１１震
規定によって設計されるため、米国における同規模の建
築物に比べてその剛性が高い。特に、数多くの耐震壁が
建築物内に取り付けられるため、ｙＩ期剛性が芹しく高
くなる、という特徴がある。

従って、従来の我国の建築物においては、強風時の建築
物の振動が社会的に問題になったことは皆無に等しい。

１゛発明が解決しようとする課題」 しかしながら、最近、ホテルや住宅といっな人間が常時
居住又は生活する空間の高層化が進み、既に３０階建を
越えるホテルやアパートが次々に總築されている。また
、それまで比較的低層階の建築物が主に建築されていた
軟弱地盤にも、高層ビルが積極的に建築されている。こ
の軟弱地盤は、地震時に長周期成分が卓越するであろう
七考えられるため、通常の耐震設計では防ぎにくい振動
が生起するおそれがある。さらに、建築生産の工業化の
進展に伴い高強度の新材料が開発され、このような新材
料の応用により建築物の軽量化が促進されることで、建
築物はますます風により振動し易（なる。

そのような社会的趨勢から見て、近い将来我国において
も、建築物、特に高層ビルの強風時の振動が社会的な問
題になることが予測される。まず第一に懸念されること
は、高層；トテルや高層アパート等の居住者が、強風時
の建築物の振動によって不快感や恐怖感を抱くことであ
る。実際、すでに高層ビル内の居住者が船酔い症状を訴
尤でいる例もある。従って、今後計画・設計される高層
ビルにおいては、建築物の用途、規模、構造、地盤条件
等を考慮し、強風等による建築物の振動に伴うトラブル
が予想される場合には、これに振動抑制装置を設置する
ことが必要となる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであす、省ス
ペース、ローコストを図ることで一般の高層ビルにも適
用可能で、かつ、大地震等における安全性を十分に満足
しつる構造物の振動抑制装置の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明は、構造物の所定位置に配設され、多段積
層ゴムにより構造物の固有振動周期と同一の振動周期と
なるように下方から支持された慣性’ｔ’ｘｍ体と、こ
の慣性質ｍ体が所定量以上水平変位した段階でその水平
移動を抑制する制動装置とからなる構造物の振動抑制装
置を構成することで、前記課題を解決している。

ここで、この振動抑制装置には、前記慣性質量体が所定
量以上水平変位した段階で当接する位置に緩衝体を付設
する。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図ないし第２図は、本発明の一実施例である構造物
の振動抑制装置を示す図である。図において、符号ｌ全
体で示されるものは、本発明の一実施例である構造物の
振動抑制装置（以下、単に振動抑制装置と称する）であ
り、この振動抑制装置１は、第１図ないし第３図に示す
ように、建築物（構造物）２の屋上付近の床面Ｆ上に取
付板３を介して設けられている。

この振動抑制装置ｌは、正方形の四隅に配置された４個
の水平変形部４．４、・・・により下方から支持された
’ｉｔｍ体５と、この質量体５が所定量以上水平変位し
た段階でその水平移動を抑制する制動装置６と、前記質
量体６がさらに所定量以上水平変位した段階で当接する
位置に付設された緩衝体７とから概略構成されている。

水平変形部４は、正方形の四隅に配置された積層ゴム４
１．４１、・・・が平面視矩形状の鋼板製スタビライザ
ー４２を挾んで多層に積層されて構成され、鋼製の支持
部材４３を介して前記質量体５をその下面から支持して
いる。この積層ゴム４１は、例えば鋼板とシート状のゴ
ムとが多層に積層され、その」二下に取付板が設けられ
たような構成であり、水平方向の荷ｍに対する変位が許
容され、かつ、垂直方向の荷電に対する変位が拘束され
るものである。この積層ゴム４１、・・・の規模及び積
層数は、前記質ｍ体５を含めた系の固有振動周期が建築
物２の一次の固有振動周期と等しくなるように設定され
ている。

また、質量体５は、外形箱状の収納体５１中に板状の質
量部材５２．５２、・・・が収納されて構成されている
。この質量部材５２には、例えば鋼材、鉛、コンクリー
ト等が用いられ、質量体５全体としてのｆｆ［ｆｆｉが
、通常、建築物２の総ｆｆ１ｆｆｉの１／１５０〜ｌ／
６００の範囲内となるように、枚数及び材質が設定され
ている。

さらに、制動装置６は、前記水平変位部３の上端及び下
端のスタビライザー４２．４２間に挾まれたリミットス
イッチ６１，６１．・・・と、シリンダ６２を介して前
記収納体５１下面から突設されたエアブレーキ６３と、
このエアブレーキ６３に相対向されて配設され、前記取
付板３上面に設けられた摩擦板６４と、前記リミットス
イッチ６１、・・・の作動により前記エアブレーキ６３
にエアホース６５を介して圧搾空気を供給する空気供給
機構（図示略）とから構成されている。また、エアブレ
ーキ６３は、前記シリンダ６２に取り付けられたエアブ
レーキシリンダ６Ｇと、その軸方向に摺動自在に設けら
れたピストン６７と、このピストン６７先端に設けられ
た圧接板６８と、下方のシリンダ室内に設けられたスプ
リング６９とから構成されている。

前記リミットスイッチ６１．・・・は、前記質量体５が
所定量以上水平移動した際に作動するように設定されて
いる。このリミットスイッチ６１、・・・の作動する際
の質ｍ体５の水平変位（以下、これを制御変位と称する
）は、地盤条件や建築物２の構造等によって決定される
ものであり、−例として、建築物２の固有周期が１秒の
場合に約３０ｃｍ、５秒の場合に約７０ｃ−程度とされ
る。これは、ちょうど震度Ｖ（地表面加速度で８０ガル
程度）以上の地震が建築物２に作用した場合に相当する
。従って、前記圧接板６８は、通常の状態、すなわち霞
度■（東京では数年に一度起こる最大級の地震で、地表
面加速度で８０ガル程度）以下の地震では、スプリング
６９の弾性力により前記摩擦板６４から離間された状態
にあるため、前記ｇｉｍ体５は水平方向に移動自在な状
態にある。しかし、ｉＲＶ以上の地震が発生して、質量
体５が制御変位以上水平移動した際には、リミットスイ
ッチ６１、・・・の作動により圧接板６８は摩擦板６４
に押圧され、質量体５の水平移動がこれら圧接板６８と
摩擦板６４との間の摩擦力により制動される。この圧接
板６８の押圧力は、前記空気供給機構１こより供給され
る圧搾空気の空気圧により任意に調節可能である。

また、緩衝体７は、断面中空矩形状のゴム等の弾性体が
リング状に形成されて構成され、前記取付板３上面に突
設された円筒状の囲繞部材７１内面に設けられている。

この緩衝体７は、前記制動装置６のシリンダ６２側面に
相対向する位置に設けられ、これらの間の距離は、前記
制御変位の１３〜２．０倍程度まで質量体５が水平移動
した場合（以下、これを限界変位と称する）、シリンダ
６２側面が緩衝体７側面に当接するような距離に設定さ
れている。この緩衝体７は、前記制動装置６の故障又は
予期しない事態の発生に備えて設けられたもので、質量
体５の振動方向が不定であることから、全方向に均しく
設置されている。

次に、第１図ないし第４図を参照して、本発明の一実施
例である構造物の振動抑制装置の作用について説明する
。

振動抑制装置ｌが屋上付近に設置された建築物２に強風
が作用すると、質量体５は建築物２と半周期遅れで振動
を開始する。従って、第４図に示すように、建築物２と
質ｍ体５の水平移動方向が逆位相となることで、建築物
２の振動が質量体５の振動で打ち消され、これにより、
強風時における建築物２の振動抑制が行われる。この動
作は、建築物２に震度■程度の地震が作用するまで行わ
れており、従って、本振動抑制装置ｌは、Ｊ′ｔｌＩ震
に対する振動抑制装置としても作用する。

次に、ｉｔｉｍ物２に震度Ｖ以上の地震が作用する等し
て、質ｍ体５が制御変位以上に水平移動すると、制動装
置６のり町・ットスイッチ６１、・・・が作動して、図
示されない空気供給機構により圧搾空気がエアブレーキ
６３に供給されることで、その圧接板６８が摩擦板６４
に押し付けらる。よって、質ｍ体５の水平移動が制動さ
れ、地震によ、り質量体５が過大振幅で振動することが
抑制される。

さらに、制動装置６の故障又は予期しない事態の発生に
より、質量体５が限界変位以上に水平移動すると、その
下面にあるシリンダ６２側面が緩衝体７側面に当接する
ことで、質量体５の限界変位以上の過大変位を防止する
ことができる。また、この緩衝体７は中空弾性体を構成
要素としており、弾性バネ特性を持っているので、質量
体５が緩衝体７に当接すると質ｍ体５を含めた系の固有
周期が変化し、それによって質量体５の応答変位を抑制
する効果をも兼ね備えている。

以上説明した作用により、建築物２の強風時の振動を抑
制することができる。ここで、本実施例の振動抑制装置
ｌは、質量体５を下方から水平移動可能な水平変位部４
６．４、・・・で支持した倒立振子系をその主要構成要
素としているので、前記従来の油圧式静圧軸受支持によ
る振動抑制装置に比較して、質量体５周辺の余分なスペ
ースが不必要であるため省スペース化を図れ、しかも油
圧のようなメンテナン・スが必要な要素を含んでおらず
、メンテナンスフリー　ローコストを図ることができる
。これにより、ホテルや住宅といった、人間が常時居住
又は生活する一般の建築物にも十分に適用可能となる。

しかも、震度Ｖといった大地震が建築物２に作用しても
、制動装置６の作用により質ｍ体５の過大振幅を抑制す
ることができると共に、万一の場合にも緩衝体７の存在
により實ｍ体５が限界変位以上の小平移動をすることが
なく、従って、地震時の安全対策が万全となり、世界有
数の地震国である我国において大変好ましい装置である
。

さらには、水平変位部４、・・・に積層ゴム４１、・・
・を使用していることから、質量体５の水平移動はゴム
の剪断変形により行われ、従って、前記従来の油圧式静
圧軸受支持の如く摩擦により慣性質ｍを支持する方式に
比較しで、質量体５の水平移動時の騒音が少なく、かつ
、風等の小さな振動であっても有効な振動抑制効果を得
ることができる、といった利点もある。特に、本実施例
では、積層ゴム４１、・・・を多段に積層して水平変位
部４を構成し°Ｃいるので、質量体５の大変形が可能で
あり、従って、小形の装置でも大きな振動抑制効果を得
ることができる。

なお、以下に本発明者が行った本発明の振動抑制装置の
効果確認実験について、第５図ないし第６図を参照して
説明する。

第５図は、有効質量比（振動抑制装置の質ｍ体のＮＴｉ
ｍと建築物の有効重量との比）を０．０１とした場合、
建築物の自由振動波形について、振動抑制装置がない場
合とある場合との計算値を比較したものである。この図
かられかるように、本発明の振動抑制装置を取り付ける
ことにより、建築物の振動減衰性能が著しく向上し、建
築物の振動が抑制される。

また、第６図は、変位応答倍率（建築物の基礎に振幅１
．０なる正弦波が入力したときの建築物の応答変位振幅
）について、振動抑制装置がない場合とある場合との３
１算値を比較したものである。

この図から、本発明の振動抑制装置（有効質量比０．０
１）を取り付けることにより、建築物の応答変位振幅が
約１１５になることが理解できる。

一般に、有効質量比を大きくする（振動抑制装置の質ｍ
体を大きくする）はど振動抑制効果は大きくなるが、実
際の建築物では質量体の大きさに限界があり、実用的に
は有効質量比が０．０２０〜０．００５の範囲で用いら
れる。

なお、本発明の構造物の振動抑制装置は、その細部が前
記実施例に限定されず、種々の変形例が可能である。−
例として、第７図に示すように、変形吸収部４を平面視
三角形状に形成し、積層ゴム４２．４２、・・・をその
三角形のｎ１点に位置するように配置したような構成で
あってもよい。この場合、振動抑制装置ｌ全体の平面寸
法が前記実施例より小形化できて好ましい。このように
、振動抑制装置１を構成する要素の形状等はｆ１意であ
り、施工条件等に応じて適宜変更可能である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように本発明によれば、構造物の所
定位置に配設され、多段積層ゴムにより構造物の固有振
動周期と同一の振動周期どなるように下方から支持され
た慣性質ｍ体と、この慣性質ｍ体が所定量以上水平変位
した段階でその水平移動を抑制する制動装置とからなる
構造物の振動抑制装置を構成したので、従来の油圧式静
圧軸受支持による振動抑制装置に比較して、質ｍ体周辺
の余分なスペースが不必要であるため省スペース化を図
れ、しかも油圧のようなメンテナンスが必要な要素を含
んでおらず、メンテナンスフリーローコストを図ること
ができる。これにより、ホチルや住宅といった、人間が
常時居住又は生活する一般の建築物にも十分に適用可能
となる。

しかも、大地震等の大外力が建築物に作用しても、制動
装置の作用により質ｍ体の過大振幅を抑制することがで
き、地震時の安全対策が万全である。特に、緩衝体を取
り付けておけば、万一の場合にも＆ｉ！衝体の存在によ
り質量体が限界変位以上の水平移動をすることがなく、
前述した地震時の安全対策が更に万全となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例である構造物
の振動抑制装置を示す図であって、第１図は要部を切欠
した状態を示す平面図、第２図は同要部を切欠した状態
を示す正面図、第３図は建築物に設置された状態を示す
概略正面図、第４図は振動抑制装置の作用を示す図、第
５図は振動抑制装置がある場合とない場合との建築物の
自由振動波形を示す図、第６図は振動抑制装置がある場
合とない場合との建築物の変位応答倍率を示す図、第７
図はこの発明の振動抑制装置の他の実施例を示す平面図
である。 ｌ・・・・・・振動抑制装置、２・・・・・・建築物（
構造物）、４・・・・・・水平変位部、５・・・・・・
慣性質量体、６・・・・・・制動装置、７・・・・・・
緩衝体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物の所定位置に配設され、多段積層ゴムによ
   り構造物の固有振動周期と同一の振動周期となるように
   下方から支持された慣性質量体と、この慣性質量体が所
   定量以上水平変位した段階でその水平移動を抑制する制
   動装置とからなる構造物の振動抑制装置。
2. （２）請求項１記載の構造物の振動抑制装置において、
   前記慣性質量体が所定量以上水平変位した段階で当接す
   る位置に緩衝体が付設されていることを特徴とする構造
   物の振動抑制装置。