JPH07324517A - 制振構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造を簡素化することが出来、且つ、高いモ
ードの振動をも含めて従来に増して高い制振効果を有す
る制振構造物を提供する。 【構成】 メガストラクチャー１に、五つの階２Ａ〜２
Ｅを有するサブストラクチャー２を内蔵し、サブストラ
クチャー２の二階２Ｂ以上の階２Ｂ〜２Ｅの床部材２ｂ
〜２ｅを、高減衰多段積層ゴム６を介して、それぞれ、
メガストラクチャー１に、水平方向に相対振動自在に支
持させることにより、メガストラクチャー１とサブスト
ラクチャー２を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地震、風等による振動
に対して高い制振効果を有する制振構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】制振構造物は、地震や風等により生じる
構造物の振動を減衰する手段を備える構造物であり、近
年、様々の提案が行なわれている。その提案の内の一つ
に、高層構造物のサブストラクチャーに免震構造物を適
用する制振構造物がある。高層構造物は、特に超々高層
の場合に、通常用いられる骨組に比してスパン、階高、
断面寸法が際立って大きいメガストラクチャーを用いた
形式を取ることが多い。しかも、風荷重が支配的となる
場合が多いため、メガストラクチャーの弾性範囲内に納
める設計となる。そうした設計では建物の内部減衰は非
常に小さいものしか期待出来ないので、地震および風に
対しては過大な応答を示してしまう。そこで、減衰を建
物に付加する目的で多数の減衰装置が提案されている
が、その多くは建物の層間変位を利用するものである。
しかし、高層構造物は、柱の軸伸縮による曲げ変形が支
配的となるため層間変形が発生しにくく、こうした減衰
装置を直接適用することは困難である。

【０００３】この解決の一つの方法として、近年、図３
に示すように、メガストラクチャー１１にサブストラク
チャー１２を内蔵し、サブストラクチャー１２を吊り部
材１３を介してメガストラクチャー１１上部から吊支
し、サブストラクチャー１２の各階の床１５と、メガス
トラクチャー１１との間にダンパー１６をそれぞれ設置
して、各階の床１５において、サブストラクチャー１２
とメガストラクチャー１１間の水平方向の相対振動を減
衰する構造の制振構造物が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのような制振構造物
では、サブストラクチャーがメガストラクチャーから吊
支されているので、サブストラクチャーの固有振動数
が、吊り長さで決定されてしまう。また、メガストラク
チャーからサブストラクチャーを吊支しているという構
造上の制約から、吊り長さを伸ばしてサブストラクチャ
ーの固有振動数を小さくし、固有周期を長くするという
ことが実質的に困難である。また、サブストラクチャー
の固有振動数は吊り長さでほとんど決定されてしまうの
で、ダンパー等の吊り長さ以外の部分によってサブスト
ラクチャーの固有振動数を調整することも難しい。とこ
ろが、最近、サブストラクチャーの固有周期を従来より
長くした方が更に高い制振効果を発揮することが出来る
ことが分っている。よって、上述したような従来の制振
構造物には、そのような高い制振効果を発揮することが
出来ないという問題がある。

【０００５】また、そのような制振構造物では、サブス
トラクチャーが吊り部材を介してメガストラクチャーの
上部より吊支されているため、サブストラクチャーに高
いモードの振動を励起させることは出来ない。よって、
そのような高いモードの振動がメガストラクチャーに生
じた際にその振動を迅速に減衰させることが難しいとい
う問題がある。

【０００６】また、そのような制振構造物は、通常、非
常に規模が大きいので、サブストラクチャーも非常に大
きなものとなる。ところが、吊り構造形式の場合、その
大きな荷重負担が吊り部材に集中してしまう。よって、
その吊り部材を含む吊り機構を非常に大がかりなものに
せざるを得ないという問題を有している。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、構造を簡素化
することが出来、且つ、高いモードの振動をも含めて従
来に増して高い制振効果を有する制振構造物を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の制振構造
物は、主架構の内部に、副架構が弾性減衰手段を介して
水平方向に相対振動自在に設けられてなり、前記副架構
は上下方向に複数階を有して構成され、前記複数階の床
部材の内少なくとも二つの階の床部材が、それぞれ、前
記弾性減衰手段を介して前記主架構に水平方向に相対振
動自在に支持されていることを特徴とする。請求項２記
載の制振構造物は、請求項１記載の制振構造物であっ
て、前記弾性減衰手段が積層ゴムであり、前記副架構
が、前記主架構のスラブ上に滑り支承を介して水平方向
に相対振動自在に支持されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１記載の制振構造物によれば、副架構の
複数階の床部材の内少なくとも二つの階の床部材が、そ
れぞれ弾性減衰手段を介して、主架構に水平方向に相対
振動自在に支持されているので、従来の吊り形式の場合
に比して、荷重負担が分散される。よって、主架構と副
架構間の支持構造がコンパクトになる。また、弾性減衰
手段の剛性を調整することにより、従来の吊り形式とは
異なり、容易に副架構の固有振動数を小さくし得る。ま
た、副架構の少なくとも二つの階の重量がそれぞれ弾性
減衰手段を介して主架構に支持されているので、副架構
は、その階ごとに異なる位相の振動を行ない得る。請求
項２記載の制振構造物は、請求項１記載の制振構造物同
様に作用する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。地盤上には、図１に示すように、制振構造物１０
０が設けられており、制振構造物１００は、地盤上に設
けられたメガストラクチャー１と、メガストラクチャー
１内部に積層ゴム６を介して水平方向に相対振動自在に
支持されたサブストラクチャー２とを備えている。

【００１１】サブストラクチャー２は、その下部から上
方に向けて五つの階２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅを有
している。尚、本実施例では、説明の簡素化のためにサ
ブストラクチャー２を五つの階２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２
Ｄ、２Ｅを有するとしたが、必ずしも五つの階である必
要はなく、複数の階以上を有していれば、その階の数は
いくつでもよいことは言うまでもない。

【００１２】サブストラクチャー２は、メガストラクチ
ャー１の内部に形成されたサブストラクチャー設置空間
Ｓ１に設けられており、サブストラクチャー２の一階２
Ａの床部材２ａは、滑り支承５を介して、メガストラク
チャー１のスラブ１ａ上に水平方向に相対振動自在に支
持されている。

【００１３】また、サブストラクチャー２の二階２Ｂの
床部材２ｂは、サブストラクチャー２の側面からそれぞ
れ水平方向に張り出しており、その端部は、メガストラ
クチャー１に形成された床支持部１ｂに、高減衰多段積
層ゴム６を介して、水平方向に相対振動自在に支持され
ている。また、三階以上の階２Ｃ、２Ｄ、２Ｅの床部材
２ｃ、２ｄ、２ｅも、二階２Ｂの床部材２ｂ同様に、各
階の高さ位置においてメガストラクチャー１に設けられ
た床支持部１ｃ、１ｄ、１ｅに、高減衰多段積層ゴム６
を介して水平方向に相対振動自在に支持されている。

【００１４】高減衰多段積層ゴム６は、図２に示すよう
に、直径２０ｃｍ程度の剛板６ａと複数積層された高減
衰積層ゴム６ｂを交互に積層したものであり、図２に示
す積層ゴム６においては、５枚の剛板６ａの間にそれぞ
れ四枚積層の高減衰積層ゴム６ｂが積層されている。ま
た、各剛板６ａの間には、四枚積層の高減衰積層ゴム６
ｂが複数個設けられており、この高減衰多段積層ゴム６
は、上下方向の荷重を支持することが出来、且つ、水平
方向の剛性は非常に低いという特徴を有しているので、
床部材２ａ〜２ｅを水平方向に相対振動自在に支持する
ことが出来る。また、高減衰積層ゴム６ｂは、水平方向
に変形すると共に加えられたエネルギーを吸収する高い
減衰性を有している。従って、高減衰多段積層ゴム６
は、荷重支持機能と減衰機能を備えた非常にコンパクト
な装置であるといえる。

【００１５】制振構造物１００等は、以上のような構成
を有するので、風や地震等によりメガストラクチャー１
が水平方向に振動すると、メガストラクチャー１の各床
支持部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅから、高減衰多段積層ゴ
ム６を介して、サブストラクチャー２の各階２Ｂ〜２Ｅ
の床部材２ｂ〜２ｅにその振動が伝わり、その各床部材
２ｂ〜２ｅを中心としてサブストラクチャー２が水平方
向に振動する。すると、このサブストラクチャー２の振
動により、メガストラクチャー１の振動は、吸収される
ので、そのメガストラクチャー１の振動を減衰させるこ
とが出来る。

【００１６】また、サブストラクチャー２の振動は、サ
ブストラクチャー２の床部材２ｂ〜２ｅとメガストラク
チャー１の各床支持部１ｂ〜１ｅとの間に設けられた高
減衰多段積層ゴム６により、その振動エネルギーを吸収
することが出来るので、各床の振動をそれぞれ減衰する
ことが出来る。従って、風、地震等により制振構造物１
００に生じた振動を迅速に減衰することが出来る。

【００１７】また、上記実施例においては、サブストラ
クチャー２をその各階２Ａ〜２Ｅの床部材２ａ〜２ｅを
それぞれ滑り支承５若しくは高減衰多段積層ゴム６を介
してメガストラクチャー１のスラブ１ａ及び複数の床支
持部１ｂ〜１ｅに支持させるように設けたので、従来の
吊り形式の場合に比して、サブストラクチャー２の荷重
負担を分散することが出来る。よって、サブストラクチ
ャー２の荷重を支持する機構をコンパクトな高減衰多段
積層ゴム６及び滑り支承５により構成することが出来
る。従って、メガストラクチャー１とサブストラクチャ
ー２間の支持構造をコンパクトにすることが出来るの
で、制振構造物１００の構造の簡素化を図ることが出来
る。具体的に言えば、本実施例中に用いた高減衰多段積
層ゴム６は、許容面圧が１００kgf/cm2程度の高減衰多
段積層ゴムであり、その直径は２０cmである。よって、
高減衰多段積層ゴム６の一個当たりの許容支持荷重は、
約３１tonfとなる。本実施例では、サブストラクチャー
２の各階床重量を、２５m×２５m×０．７t/cm2＝４３
７．５tと想定しており、この重量を支持するには、高
減衰多段積層ゴム６が約１４個必要である。よって、本
実施例では、各床部材２ｂ〜２ｅの四隅にそれぞれ四個
の高減衰多段積層ゴム６が並設されており、従って、サ
ブストラクチャー２の各床部材２ｂ〜２ｅは、各々計１
６個の高減衰多段積層ゴム６により支持されている。よ
って、従来の吊り形式に比してコンパクトな支持構造と
いうことが出来る。

【００１８】また、上記実施例においては、サブストラ
クチャー２をメガストラクチャー１に支持させるに際し
て、サブストラクチャー２の二階２Ｂ以上の各階２Ｂ〜
２Ｅの床部材２ｂ〜２ｅをそれぞれ高減衰多段積層ゴム
６を介してメガストラクチャー１の床支持部１ｂ〜１ｅ
に支持させるように設けたので、段数、直径等の異なる
高減衰多段積層ゴム６を用いたり、その設置数量を増減
することにより、高減衰多段積層ゴム６部分の剛性を容
易に増減することが出来る。よって、従来の吊り形式と
は異なり、容易にサブストラクチャー２の固有振動数を
調整することが出来、また、高減衰多段積層ゴム６は、
非常に小さな水平剛性を有するので、サブストラクチャ
ー２の固有振動数を従来に比して小さく設定することが
出来る。

【００１９】このことを、以下の簡単な演算式により示
す。まず、高減衰多段積層ゴム６の剛性κ（積層ゴムせ
ん断剛性）は、ゴムの剪断弾性率をＧ、積層ゴム受圧面
積をＡ、ゴム層厚をｎ・ｔRとすると、数１のように示
すことが出来る。

【数１】 そして、サブストラクチャー２の剛性は、高減衰多段積
層ゴム６の剛性κとすることが出来る。よって、サブス
トラクチャー２の固有周期Ｔは、その質量をｍとする
と、数２のように示すことが出来る。

【数２】 ここで、高減衰多段積層ゴム６に加わる面圧をσとする
と、その面圧σは、数３のように示すことが出来る。
尚、ｇは、重力加速度である。

【数３】 すると、数２及び数３からサブストラクチャー２の固有
周期Ｔは数４のように表すことが出来る。

【数４】

【００２０】よって、サブストラクチャー２の固有周期
Ｔは、面圧σの二乗に比例し、剛性κの二乗に反比例す
ることが分る。また、剛性κは、数１に示すようにゴム
層厚ｎ・ｔR に反比例する。従って、サブストラクチャ
ー２の固有周期Ｔは、面圧σの二乗に比例すると共に、
ゴム層厚ｎ・ｔR の二乗に比例すると言える。よって、
上記実施例の高減衰多段積層ゴム６を、高い面圧で使用
し、又は、その高減衰積層ゴム６ｂの段数を増やして剛
性κを低減することにより、容易に、サブストラクチャ
ー２の固有周期Ｔを長くすることが出来る。ここで、固
有周期Ｔは、周知のように固有振動数の逆数で表される
ものであるので、言換えれば、サブストラクチャー２の
固有振動数を従来に比して小さく設定することが出来る
と言える。

【００２１】従って、従来の制振構造物よりメガストラ
クチャー１の振動、従って、制振構造物１００の振動を
より効果的に減衰する固有振動数にすることが出来る。
よって、従来に増して高い制振効果を発揮することが出
来る。

【００２２】また、本実施例の制振構造物１００では、
サブストラクチャー２の二階２Ｂ以上の階２Ｂ〜２Ｅの
床部材２ｂ〜２ｅの端部が、メガストラクチャー１の各
階の高さ位置に形成された床支持部１ｂ〜１ｅに、高減
衰多段積層ゴム６を介して、水平方向に相対振動自在に
支持されている。よって、サブストラクチャー２は、各
階２Ｂ〜２Ｅごとに異なる位相の振動を行なうことが出
来る。従って、メガストラクチャー１の振動を各階２Ｂ
〜２Ｅごとに減衰することが出来るので、メガストラク
チャー１の振動が高モードの振動（即ち、各階２Ｂ〜２
Ｅごとに異なる位相を有する振動）であっても、その振
動を迅速に減衰することが出来る。よって、制振構造物
１００の振動を迅速に減衰することが出来る。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の制振構造物によれば、従
来の吊り形式の場合に比して、副架構の荷重負担を分散
することが出来る。よって、主架構と副架構間の支持構
造をコンパクトにすることが出来るので、制振構造物の
構造の簡素化を図ることが出来る。また、弾性減衰手段
の剛性を調整することにより、従来の吊り形式とは異な
り、容易に副架構の固有振動数を小さくすることが出来
るので、従来の制振構造物の副架構の固有振動数より主
架構の振動をより効果的に減衰する固有振動数にするこ
とが出来る。よって、従来に増して高い制振効果を発揮
することが出来る。また、副架構は、階ごとに異なる位
相の振動を行なうことが出来るので、主架構の振動を各
階ごとに減衰することが出来る。よって、主架構の振動
が高モードの振動、即ち各階毎に異なる位相を有してい
ても、その振動を迅速に減衰することが出来る。請求項
２記載の制振構造物は、請求項１記載の制振構造物同様
の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の制振構造物の一実施例を示す図であ
る。

【図２】 図１の制振構造物の高減衰多段積層ゴムを示
す図である。

【図３】 従来の吊り形式の制振構造物を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…メガストラクチャー（主架構） ２…サブストラクチャー（副架構） ２Ａ〜２Ｅ…一階〜五階（複数階） ２ｂ〜２ｅ…床部材 ５…滑り支承 ６…高減衰多段積層ゴム（弾性減衰手段、積層ゴム） １００…制振構造物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主架構の内部に、副架構が弾性減衰手段
   を介して水平方向に相対振動自在に設けられてなり、 前記副架構は上下方向に複数階を有して構成され、 前記複数階の床部材の内少なくとも二つの階の床部材
   が、それぞれ、前記弾性減衰手段を介して前記主架構に
   水平方向に相対振動自在に支持されていることを特徴と
   する請求項１記載の制振構造物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制振構造物であって、 前記弾性減衰手段が積層ゴムであり、 前記副架構が、前記主架構のスラブ上に滑り支承を介し
   て水平方向に相対振動自在に支持されていることを特徴
   とする制振構造物。