JP2002098188A - 制振機能付き免震構造物 - Google Patents
制振機能付き免震構造物Info
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Abstract
効果的に減小させることができる上に、その振動を早期
に減衰させることができ、加えて、質量体の質量に起因
する構造物及び免震装置の耐荷重性能の増大を必要とし
ない制振機能付き免震構造物を提供すること。 【解決手段】 制振機能付き免震構造物1は、基礎2と
事務所ビル3との間に介在されて、事務所ビル3の鉛直
方向Vの荷重を支持すると共に、当該事務所ビル3の水
平方向Hの振動を免震する免震装置4と、事務所ビル3
の水平方向Hの振動を制振すべく、質量体5を事務所ビ
ル3の水平方向Hの振動に応答して水平方向Hに振動さ
せるようにした制振手段6とを具備している。
Description
された事務所ビル、集合住宅、橋梁又は戸建住宅等の構
造物に対して更に制振機能を付加した制振機能付き免震
構造物に関する。
宅、橋梁又は戸建住宅等の構造物において、当該構造物
と基礎との間に免震装置を介在させて免震化した免震構
造物が提案されている。斯かる免震構造物では、免震装
置により構造物の振動の固有周期を長周期化し、急激な
大きな地震による構造物の共振を回避して地震による構
造物の破壊を防止している。
では一応構造物が水平方向に振動するのであって、この
長周期の振幅が大きければ、またそれが長く続くと構造
物が破壊される虞がある上に、特に、事務所ビル、集合
住宅及び戸建住宅等ではその居住者にきわめて大きな不
快感、不安感を与えることになる。
れた質量体を構造物の振動と共に位相差をもって振動さ
せて、この質量体の振動により構造物の振動を低減する
制振機能付き免震構造物が提案されているが、斯かる免
震構造物では、構造物に質量体を搭載するために、構造
物を自身の荷重に加えて質量体の荷重に耐えるように強
固に設計する必要があり、また、斯かる強固に設計され
た構造物を免震装置を介して基礎上に支持する場合に
は、免震装置の耐荷重性能を大きくしなければならなく
なる虞がある。
であって、その目的とするところは、免震装置を介して
支持された構造物の振動を効果的に減小させることがで
きる上に、その振動を早期に減衰させることができ、加
えて、質量体の質量(重量)に起因する構造物及び免震
装置の耐荷重性能の増大を必要としない制振機能付き免
震構造物を提供することにある。
振機能付き免震構造物は、基礎及び構造物間に介在され
て、構造物を支持すると共に、当該構造物の水平方向の
振動を免震する免震装置と、構造物の水平方向の振動を
制振する制振手段とを具備しており、ここで、制振手段
は、質量体と、構造物の水平方向の振動に応答して質量
体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるように、
質量体に連結された弾性体と、質量体の水平方向の振動
に応じてその振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収
手段とを具備しており、質量体は、地盤に水平方向に移
動自在に支持されている。
の水平方向の振動を制振する制振手段を具備しているた
めに、地震により免震装置を介して構造物が水平方向に
振動されても、それと振動位相の異なる制振手段の質量
体の振動により構造物の振動が減小され、しかも、構造
物の振動エネルギが制振手段の振動エネルギ吸収手段に
より例えば熱エネルギとして消費されて吸収され、構造
物の振動が早期に減衰されることになる上に、質量体が
地盤に水平方向に移動自在に支持されているために、質
量体の荷重が構造物に実質的に付加されず、したがっ
て、質量体の質量に起因する構造物及び免震装置の耐荷
重性能の増大を必要としない。
造物では、第一の態様の免震構造物において、質量体
は、低摩擦面又は転がり摩擦面を介して地盤に水平方向
に移動自在に支持されている。
を地盤に対してほとんど抵抗なしに水平方向に移動させ
ることができる結果、免震装置の免震機能を阻害しな
く、而して、地震に際して効果的に構造物を免震でき
る。
されるのであるが、この場合、地盤に基礎と同様な支持
台を基礎と別体に設置、固定して、この支持台を介して
質量体を地盤に支持しても、これに代えて、構造物を支
持する基礎を構造物の下面全体に亘って設置し、斯かる
基礎の一部を支持台として用い、この基礎の一部からな
る支持台を介して質量体を地盤に支持してもよく、斯か
る支持台を用いる場合には、支持台と質量体との間に低
摩擦面又は転がり摩擦面を介在させて質量体を地盤に水
平方向に移動自在に支持するとよい。また、第二の態様
の免震構造物において、転がり摩擦面は、ころ、ロー
ラ、ボール(球体)等を用いて具体化するとよい。
造物において、質量体として構造物とは別体のものでも
よいのであるが、本発明の第三の態様の制振機能付き免
震構造物のように、構造物の床部材を質量体としてもよ
い。
造物は、基礎及び構造物間に介在されて、構造物を支持
すると共に、当該構造物の水平方向の振動を免震する免
震装置と、構造物の水平方向の振動を制振する制振手段
とを具備しており、ここで、制振手段は、水平方向に移
動自在な質量体と、構造物の水平方向の振動に応答して
質量体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるよう
に、質量体に連結された弾性体と、質量体の水平方向の
振動に応じてその振動エネルギを吸収する振動エネルギ
吸収手段とを具備しており、構造物の床部材を質量体と
している。
第一の態様の免震構造物と同様な効果を得ることができ
る上に、構造物の床部材を質量体としているために、第
三の態様の免震構造物と同様に、特に別体の質量体を必
要としなく、取付工数を省くことができ、低価格化を図
り得る。
は、質量体としての床部材を低摩擦面又は転がり摩擦面
等を介して基礎に水平方向に移動自在に支持してもよい
が、これに代えて又はこれと共に、当該床部材を構造物
の梁、根太等の支持部材に水平方向に移動自在に支持し
てもよい。
制振機能付き免震構造物のように、剛性層と弾性層とが
鉛直方向に交互に積層された積層ゴムを具備しているも
のであっても、本発明の第六の態様の制振機能付き免震
構造物のように、上方に向かって凹な下凹面と、下方に
向かって凹な上凹面と、これら下凹面及び上凹面間に介
在されて、下凹面及び上凹面に対して転動自在な転がり
体又は下凹面及び上凹面に対して摺動自在な摺動体とを
具備しているものであってもよいが、これに限定されず
に、その他のものであってもよい。なお、下凹面と上凹
面とは、凹溝面(樋状の面)であってもよいが、これに
代えて、凹球面であってもよく、凹溝面の場合には、転
がり体はころ、ローラで構成でき、摺動体は、上面及び
下面が凹溝面の曲率半径と同一の曲率半径を有して、二
個の板付き蒲鉾を板同士を互いに合わせたような棒状部
材で構成でき、凹球面の場合には、転がり体はボール
(球体)で構成でき、摺動体は、上面及び下面が凹球面
の曲率半径と同一の曲率半径を有した扁平部材又は柱状
部材で構成できる。
第七の態様の制振機能付き免震構造物のように、コイル
ばね、空気ばね及びゴム部材のうちの少なくとも一つを
具備しており、更に、本発明では、弾性体は、好ましく
は、一端部と他端部とを有しており、一端部では構造物
に、他端部では質量体に夫々連結されており、この場
合、好ましくは、弾性体の一端部と他端部との構造物及
び質量体への連結は、球面継手を用いて行われている。
八の態様の制振機能付き免震構造物のように、内部に鉛
を充填したシリンダと、シリンダの内部において膨大部
を有すると共に、シリンダを貫通したロッドとを具備し
ているものであっても、また、その第九の態様の免震構
造物のように、内部に流体を充填したシリンダと、この
シリンダの内部を二室に画成すると共に、当該二室を互
いに連通するオリフィスを有したピストンと、このピス
トンが固着されていると共に、シリンダの両端部を貫通
したピストンロッドとを具備しているものであってもよ
い。斯かる振動エネルギ吸収手段を用いる場合には、好
ましくは、シリンダ及びロッド若しくはピストンロッド
のいずれか一方が構造物に、他方が質量体に夫々に球面
継手を介して連結される。
少なくとも一方は、好ましくは、本発明の第十の態様の
免震構造物のように、質量体の周囲に配される。
き免震構造物のように、振動エネルギ吸収手段を、構造
物に設けられた摩擦滑り面と、この摩擦滑り面に摩擦接
触するように質量体に設けられた摩擦滑り面とを具備し
て構成してもよい。
二の態様の制振機能付き免震構造物のように、事務所ビ
ル、集合住宅又は橋梁であるが、本発明はこれらに限定
されず、その他の構造物であってもよい。
を、図を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明は
これら実施の形態に何等限定されないのである。
き免震構造物1は、地盤に杭等により固定されて設置さ
れたコンクリート製の基礎2と構造物としての高層の事
務所ビル3との間に介在されて、事務所ビル3の鉛直方
向Vの荷重を支持すると共に、当該事務所ビル3の水平
方向Hの振動を免震する免震装置4と、事務所ビル3の
水平方向Hの振動を制振すべく、事務所ビル3の水平方
向Hの振動周期T1と略同一の振動周期T2、好ましく
は振動周期T1の約0.95倍の振動周期T2を有して
質量体5を事務所ビル3の水平方向Hの振動に応答して
水平方向Hに振動させるようにした制振手段6とを具備
している。
向Vに交互に積層された積層ゴム11を複数個具備して
おり、各積層ゴム11は、下面では、当該積層ゴム11
に固着された下部取り付け板12及びアンカーボルト等
を介して基礎2に、上面では、当該積層ゴム11に固着
された上部取り付け板13及びボルト等を介して事務所
ビル3の下面14に夫々固着されている。斯かる下部取
り付け板12及び上部取り付け板13が取り付けられた
積層ゴム11の複数個が夫々事務所ビル3の荷重を受け
るべく、当該事務所ビル3の下面14に適当に分散され
て配されている。
に代えて、上方に向かって凹な下凹面、例えば半凹球面
と、下方に向かって凹な上凹面、例えば半凹球面と、こ
れら下半凹球面及び上半凹球面間に介在されて、これら
下半凹球面及び上半凹球面に対して転動自在な球体のよ
うな転がり体又は下半凹球面及び上半凹球面に対して摺
動自在であって、下半凹球面及び上半凹球面と同一の曲
率半径の上半凹球面及び下半凹球面を有した摺動体とを
具備した振り子型のものであってもよい。
段6は、水平方向Hに振動自在な質量体5と、事務所ビ
ル3の水平方向Hの振動に応答して質量体5を弾性的な
伸縮により水平方向Hに振動させるように、質量体5に
連結された弾性体としての複数個のコイルばね15と、
質量体5の水平方向Hの振動に応じてその振動エネルギ
を吸収する複数個の振動エネルギ吸収手段16とを具備
している。
地震による事務所ビル3の振動が図1の紙面に平行な方
向及びそれに直交する方向を含めて水平方向Hのあらゆ
る方向にも生じるために、このような事務所ビル3の振
動に対しても概略均等に制振手段6が応答し得るよう
に、コイルばね15は、水平面内で質量体5を取り囲ん
で周囲に2個以上配されている。
部23を有しており、一端部22は、球面継手24を介
して連結部材25に連結されており、他端部23は、同
じく球面継手26を介して質量体5に連結されており、
連結部材25は、事務所ビル3の下面14に固着されて
おり、こうして本例の各コイルばね15は、一端部22
では事務所ビル3の下面14に球面継手24及び連結部
材25を介して、他端部23では質量体5に球面継手2
6を介して夫々連結されており、各コイルばね15の一
端部22と他端部23との事務所ビル3及び質量体5へ
の連結は、球面継手24及び26を用いて行われてい
る。
又はコイルばね15と共に、空気ばね及びゴム部材のう
ちの少なくとも一つを用いてもよい。
を示すが、コイルばね15と同様に、地震による事務所
ビル3の振動が図1の紙面に平行な方向及びそれに直交
する方向を含めて水平方向Hのあらゆる方向にも生じる
ために、このような事務所ビル3の振動に対しても概略
均等に制振手段6が応答し得るように、振動エネルギ吸
収手段16は、水平面内で質量体5を取り囲んで周囲に
2個以上配されている。
31を充填したシリンダ32と、シリンダ32の内部に
おいて膨大部33を有すると共に、シリンダ32の両端
部である端面部材34及び端面部35を貫通したロッド
36と、シリンダ32に固着された取り付け部材37と
を具備しており、振動エネルギ吸収手段16の一端部で
ある取り付け部材37は、球面継手41を介して連結部
材25に連結されており、振動エネルギ吸収手段16の
他端部である、端面部材34から突出するロッド36
は、球面継手42を介して質量体5に連結されており、
こうして、振動エネルギ吸収手段16は、シリンダ32
及びロッド36のいずれか一方、本例ではシリンダ32
が取り付け部材37、球面継手41及び連結部材25を
介して事務所ビル3に、他方であるロッド36が球面継
手42を介して質量体5に夫々連結されており、振動エ
ネルギ吸収手段16の一端部と他端部との事務所ビル3
及び質量体5への連結は、球面継手41及び42を用い
て行われている。
の事務所ビル3に対する相対的な水平方向Hの振動に基
づくロッド36の水平方向Hの振動で鉛31に塑性流動
を生じさせ、これにより水平方向Hの振動を減小させる
と共に、その振動エネルギを吸収するようになってい
る。
に設置、固定された支持台51に水平方向Hに移動自在
に支持されており、質量体5の下面52と、下面52が
水平方向Hに摺動自在に接触する支持台51の上面53
とは低摩擦面とされており、こうして、質量体5は、下
面52及び上面53並びに支持台51を介して地盤に水
平方向Hに移動自在に支持されている。
に示すような、内部に流体、好ましくはシリコン系の液
体を充填したシリンダ61と、シリンダ61の内部を二
室62及び63に画成すると共に、当該二室62及び6
3を互いに連通するオリフィス64を有したピストン6
5と、ピストン65が固着されていると共に、シリンダ
61の両端部である端面部材66及び端面部67を貫通
したピストンロッド68と、シリンダ61に固着された
取り付け部材69とを具備したものを用いてもよく、こ
の場合にも、例えば取り付け部材69が球面継手41を
介して連結部材25に、ピストンロッド68が球面継手
42を介して質量体5に夫々連結される。
は、質量体5の事務所ビル3に対する相対的な水平方向
Hの振動に基づくピストンロッド68の水平方向Hの振
動でシリンダ61の内部の流体にオリフィス64を介す
る二室62及び63に対する流出入を生じさせ、これに
より水平方向Hの振動を減小させると共に、その振動エ
ネルギを吸収するようになっている。
2が水平方向Hに振動されると積層ゴム11が水平方向
Hに剪断変形されると共に、基礎2の水平方向Hの振動
エネルギの一部が事務所ビル3に伝達されて、事務所ビ
ル3は、当該事務所ビル3の質量m1並びに積層ゴム1
1のばね定数k1及び減衰係数c1等に基づく固有周期
T1をもって水平方向Hに振動する。事務所ビル3のこ
の振動で、質量体5も当該質量体5の質量m2、コイル
ばね15のばね定数k2及び振動エネルギ吸収手段16
の減衰係数c1等に基づく、固有周期T1に略等しい固
有周期T2をもって水平方向Hに、事務所ビル3の振動
位相と概略逆位相で振動し、質量体5のこの振動で事務
所ビル3の振動振幅が大きく減小されると共に、事務所
ビル3の振動エネルギが主に振動エネルギ吸収手段16
において熱エネルギとして消費され吸収され、事務所ビ
ル3の振動が早期に減衰される。
に水平方向Hに移動自在に支持されているために、質量
体5の荷重が事務所ビル3に実質的に付加されず、した
がって、質量体5の質量に起因する事務所ビル3及び免
震装置4の耐荷重性能の増大を必要としない。
面である下面52及び上面53を介して地盤に水平方向
Hに移動自在に支持されているために、質量体5を地盤
に対してほとんど抵抗なしに水平方向Hに移動させるこ
とができる結果、免震装置4の免震機能を阻害しなく、
而して、地震に際して効果的に事務所ビル3を免震でき
る。
動エネルギ吸収手段16を事務所ビル3と別体に設けた
が、これに代えて、図4に示すように、質量体を事務所
ビル3の一部である床部材71で構成して、振動エネル
ギ吸収手段を、床部材71の周囲下面の摩擦面72と床
部材71の周囲下面を水平方向Hに摺動自在に支持する
事務所ビル3の支持部材73の上面であって摩擦面72
に摩擦接触する摩擦面74とで構成してもよく、この場
合、コイルばね15の一端部22を事務所ビル3の柱又
は壁75に、その他端部23を床部材71の側端面76
に夫々連結する。
性体としてコイルばね15を、そして振動エネルギ吸収
手段として摩擦面72及び74を夫々具備した制振手段
81からなる免震構造物82でも、免震構造物1と同様
に、地震により事務所ビル3が水平方向Hに振動される
と、事務所ビル3のこの振動で、床部材71も当該床部
材71の質量m2、コイルばね15のばね定数k2並び
に摩擦面72及び74での摺動摩擦抵抗に起因する減衰
係数c1等に基づく、固有周期T1に略等しい固有周期
T2をもって水平方向Hに事務所ビル3の振動位相と略
逆位相で振動し、床部材71のこの振動で事務所ビル3
の振動振幅が大きく減小されると共に、事務所ビル3の
振動エネルギが主に摩擦面72及び74での熱エネルギ
として消費され吸収され、事務所ビル3の振動が早期に
減衰される。
床部材71を質量体としているために、質量体5に対す
る取付工数を省くことができ、低価格化を図り得る。
在な斯かる床部材71からなる制振手段81を事務所ビ
ル3の一階、中間階又は地階のみに設けるのではなく、
適当な任意の複数の階、必要であれば全階に設けてもよ
い。
された構造物の振動を効果的に減小させることができる
上に、その振動を早期に減衰させることができ、加え
て、質量体の質量(重量)に起因する構造物及び免震装
置の耐荷重性能の増大を必要としない制振機能付き免震
構造物を提供することができる。
る。
段の他の例の断面図である。
である。
Claims (13)
- 【請求項1】 基礎及び構造物間に介在されて、構造物
を支持すると共に、当該構造物の水平方向の振動を免震
する免震装置と、構造物の水平方向の振動を制振する制
振手段とを具備しており、制振手段は、質量体と、構造
物の水平方向の振動に応答して質量体を弾性的な伸縮に
より水平方向に振動させるように、質量体に連結された
弾性体と、質量体の水平方向の振動に応じてその振動エ
ネルギを吸収する振動エネルギ吸収手段とを具備してお
り、質量体は、地盤に水平方向に移動自在に支持されて
いる制振機能付き免震構造物。 - 【請求項2】 質量体は、低摩擦面又は転がり摩擦面を
介して地盤に水平方向に移動自在に支持されている請求
項1に記載の制振機能付き免震構造物。 - 【請求項3】 構造物の床部材を質量体とした請求項1
又は2に記載の制振機能付き免震構造物。 - 【請求項4】 基礎及び構造物間に介在されて、構造物
を支持すると共に、当該構造物の水平方向の振動を免震
する免震装置と、構造物の水平方向の振動を制振する制
振手段とを具備しており、制振手段は、水平方向に移動
自在な質量体と、構造物の水平方向の振動に応答して質
量体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるよう
に、質量体に連結された弾性体と、質量体の水平方向の
振動に応じてその振動エネルギを吸収する振動エネルギ
吸収手段とを具備しており、構造物の床部材を質量体と
した制振機能付き免震構造物。 - 【請求項5】 免震装置は、剛性層と弾性層とが鉛直方
向に交互に積層された積層ゴムを具備している請求項1
から4のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造
物。 - 【請求項6】 免震装置は、上方に向かって凹な下凹面
と、下方に向かって凹な上凹面と、これら下凹面及び上
凹面間に介在されて、下凹面及び上凹面に対して転動自
在な転がり体又は下凹面及び上凹面に対して摺動自在な
摺動体とを具備している請求項1から5のいずれか一項
に記載の制振機能付き免震構造物。 - 【請求項7】 弾性体は、コイルばね、空気ばね及びゴ
ム部材のうちの少なくとも一つを具備している請求項1
から6のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造
物。 - 【請求項8】 振動エネルギ吸収手段は、内部に鉛を充
填したシリンダと、シリンダの内部において膨大部を有
すると共に、シリンダの両端部を貫通したロッドとを具
備している請求項1から7のいずれか一項に記載の制振
機能付き免震構造物。 - 【請求項9】 振動エネルギ吸収手段は、内部に流体を
充填したシリンダと、このシリンダの内部を二室に画成
すると共に、当該二室を互いに連通するオリフィスを有
したピストンと、このピストンが固着されていると共
に、シリンダの両端部を貫通したピストンロッドとを具
備している請求項1から7のいずれか一項に記載の制振
機能付き免震構造物。 - 【請求項10】 弾性体及び振動エネルギ吸収手段のう
ちの少なくとも一方は、質量体の周囲に配されている請
求項1から9のいずれか一項に記載の制振機能付き免震
構造物。 - 【請求項11】 振動エネルギ吸収手段は、構造物に設
けられた摩擦滑り面と、この摩擦滑り面に摩擦接触する
ように質量体に設けられた摩擦滑り面とを具備している
請求項1から10のいずれか一項に記載の制振機能付き
免震構造物。 - 【請求項12】 構造物は、事務所ビル、集合住宅又は
橋梁である請求項1から11のいずれか一項に記載の制
振機能付き免震構造物。 - 【請求項13】 請求項1から12のいずれか一項に記
載の制振機能付き免震構造物に用いるための免震装置。
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