JP2019002421A - Wind lock mechanism - Google Patents
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Abstract
【課題】強風時には下部構造と上部構造との移動を好適に制御し、無風時は移動制御状態を解除することで、免震効果を従来よりも確実且つ効果的に発揮させることを可能にする風ロック機構を提供する。【解決手段】上部構造T1と下部構造T2の間の免震層3に免震装置4と並列に設けられ、コイルに通電する直流電流値の大小に応じて磁場が大小変化し、抵抗力が大小変化するMR抵抗部1と、上部構造T1に作用する風の大きさに応じて発電し、風の大きさに応じた電力をMR抵抗部1のコイルに供給する風力発電部2とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To exert a seismic isolation effect more reliably and effectively than before by appropriately controlling the movement between a lower structure and an upper structure in a strong wind and canceling a movement control state in a windless state. Provides a wind locking mechanism. SOLUTION: The seismic isolation layer 3 between the upper structure T1 and the lower structure T2 is provided in parallel with the seismic isolation device 4, and the magnetic field changes in magnitude according to the magnitude of the DC current value energized in the coil, and the resistance force increases. It includes an MR resistance unit 1 that changes in magnitude, and a wind power generation unit 2 that generates electric power according to the magnitude of the wind acting on the superstructure T1 and supplies electric power according to the magnitude of the wind to the coil of the MR resistance unit 1. .. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、建物の免震層に免震装置とともに設けられ、強風時に免震装置の変位を拘束制御するための風ロック機構に関する。 The present invention relates to a wind lock mechanism that is provided in a seismic isolation layer of a building together with a seismic isolation device and controls the displacement of the seismic isolation device in a strong wind.
例えば中高層建物が巨大地震を受けると、建物の最弱層に損傷が生じて耐力が低下し始め、この層に地震エネルギー(振動エネルギー)が集中して層崩壊が生じ、他の層は健全性が確保されているにもかかわらず、層崩壊モードによって建物が崩壊に至るという現象が発生する。また、崩壊に至らない場合においても、最弱層の被害が甚大となり、補修による復旧が困難になる。 For example, if a middle- and high-rise building is subjected to a huge earthquake, the weakest layer of the building will be damaged and the proof stress will begin to decline, seismic energy (vibration energy) will concentrate on this layer, causing the layer collapse, and the other layers However, the phenomenon that the building collapses due to the layer collapse mode occurs. Even if it does not collapse, the damage of the weakest layer will be enormous, making it difficult to recover by repair.
これに対し、周知の通り、オフィスビルや公共施設、集合住宅などの建物には、建物本体と基礎の間など、上部構造体と下部構造体の間の免震層に積層ゴムなどの免震装置を介設することにより、地震時に、上部構造体の固有周期を地震動の卓越周期帯域から長周期側にずらし、応答加速度を小さくして揺れを抑えるようにしたものがある。 On the other hand, as is well known, for buildings such as office buildings, public facilities, and housing complexes, the base isolation between the upper structure and the lower structure, such as between the building body and the foundation, is made of seismic isolation such as laminated rubber. In some cases, by interposing a device, the natural period of the superstructure is shifted from the dominant period band of seismic motion to the long period side during earthquakes, and the response acceleration is reduced to suppress shaking.
一方、免震層を備えた免震建物は、免震層の剛性を限りなく小さくして長周期化するほど大きな地震時応答低減効果を得られるが、免震層の剛性が小さすぎると(免震層が柔らかすぎると)、強風時など、風荷重によって建物が揺れ易くなってしまう。 On the other hand, the seismic isolation building with the seismic isolation layer can reduce the response at the time of earthquake as the seismic isolation layer becomes extremely small and the period is long, but if the seismic isolation layer is too small ( If the seismic isolation layer is too soft, the building will be easily shaken by wind loads, such as during strong winds.
このため、通常の免震建物/免震設計では、鉛プラグ入り積層ゴムの免震装置を用いたり、鉛ダンパーや鋼材系ダンパーなどを天然ゴム系積層ゴムの免震装置と併用するなどし、その降伏耐力を免震層に作用する風荷重よりも大きくすることによって強風時の揺れを回避するようにしている。 For this reason, in normal base-isolated buildings / base-isolated designs, use of lead-plug laminated rubber seismic isolation devices or use of lead dampers and steel dampers together with natural rubber-based laminated rubber seismic isolation devices, The yield strength is made larger than the wind load acting on the seismic isolation layer to avoid shaking during strong winds.
しかしながら、鉛プラグ入り積層ゴムを用いたり、ダンパーを免震装置と併用することにより免震層の降伏耐力を大きくする対策は、当然、その等価剛性を大きくすることを意味し、免震建物の長周期化に相反するため、地震時応答低減効果の低下を招く。 However, measures to increase the yield strength of the base isolation layer by using laminated rubber with lead plugs or using a damper in combination with the base isolation device naturally means increasing the equivalent rigidity of the base isolation building. Since it conflicts with the longer period, the response reduction effect at the time of earthquake will be reduced.
このような背景から、強風(または中小地震)時に免震層を変形させないようにし、且つ、等価剛性を大きくし過ぎず、長周期化による大地震時の応答低減効果を阻害しないようにするための風ロック機構が提案、実用化されている。 Against this background, in order to prevent the base isolation layer from being deformed during strong winds (or small and medium earthquakes), and to prevent the equivalent stiffness from becoming too large and hindering the response reduction effect during a large earthquake due to a long period. The wind lock mechanism has been proposed and put into practical use.
具体的に、風荷重よりも大きな設定荷重が作用すると、せん断力で破断するシアピンによって免震建物の下部構造と上部構造を締結し、風荷重作用時に上部構造の移動を拘束する機構(シアピンによる風ロック機構)や、風や地震などの外力をセンサーで検知し、外力の大きさに応じてオイルダンパーの減衰係数をアクティブ制御するもの(アクティブ制御型風ロック機構付きオイルダンパー)、台風の接近/通過等に応じて手動で抜き差しするシアピン(ロックピン)をオイルダンパーに設けたもの(パッシブ型風ロック機構付き
オイルダンパー)などが提案、実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
Specifically, when a set load larger than the wind load is applied, a mechanism that tightens the lower structure and the upper structure of the base-isolated building with shear pins that break by shearing force and restrains the movement of the upper structure when wind loads are applied (by shear pins) Wind-lock mechanism), sensors that detect external forces such as wind and earthquake, and actively controlling the damping coefficient of the oil damper according to the magnitude of the external force (oil damper with active-control wind-lock mechanism), approaching typhoons / A product in which an oil damper is provided with a shear pin (lock pin) that is manually inserted and removed according to passage or the like (oil damper with a passive wind lock mechanism) has been proposed and put to practical use (for example, see Patent Document 1).
また、建物上に設置した風車で発電した電力により、電磁石で鋼製吸着板を引き上げて吸着一体化し、下部構造体に設けられた係止孔の環状補強鋼板と鋼製吸着板とが接触することで、免震対象の上部構造体を風荷重時にロック(移動拘束)するように構成したものもある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, by using the electric power generated by the wind turbine installed on the building, the steel adsorption plate is pulled up by the electromagnet and integrated by adsorption, and the annular reinforcing steel plate of the locking hole provided in the lower structure and the steel adsorption plate come into contact with each other. Thus, there is a configuration in which the upper structure to be seismically isolated is locked (moved and restrained) during wind load (see, for example, Patent Document 2).
さらに、MR流体(磁気粘性流体)を利用して抵抗力を可変にしたダンパーが実用化されている(例えば、非特許文献1参照)。これは、流体に外部から磁界をかけると粘性抵抗が変化するMR流体の特性を利用した装置であり、コイルに流す電流を増せば、摩擦抵抗力と同様、変位によらない減衰力を付与できる特徴がある。 Furthermore, a damper having a variable resistance using an MR fluid (magnetorheological fluid) has been put into practical use (for example, see Non-Patent Document 1). This is a device that uses the characteristics of MR fluid that changes its viscous resistance when a magnetic field is applied to the fluid from the outside. If the current flowing through the coil is increased, a damping force that does not depend on displacement can be applied as well as a frictional resistance force. There are features.
しかしながら、シアピンによる風ロック機構(及びパッシブ型風ロック機構付きオイルダンパー)においては、ロック荷重に達するまでは極めて剛に近い初期剛性を有している。 However, the wind lock mechanism using the shear pin (and the oil damper with the passive wind lock mechanism) has an initial rigidity that is very close to the rigidity until the lock load is reached.
このため、ロック荷重以下、すなわちロックが解除されない範囲で作用する中小地震などの地動入力加速度については、機構を介して上部建物側へ加速度が直接伝わってしまい、風ロック機構が無い場合と比べて応答を増加させてしまうケースがあった。また、大地震においてもロックが解除されるまでの間は同様に加速度を直接伝えてしまうため、特に装置を設置した直上階及びその上部数層では応答が増加する傾向にあった。 For this reason, for ground motion input accelerations such as small and medium earthquakes that operate in the range below the lock load, that is, the lock is not released, the acceleration is directly transmitted to the upper building side through the mechanism, compared with the case where there is no wind lock mechanism There was a case that increased the response. In addition, even in the event of a major earthquake, acceleration is directly transmitted in the same manner until the lock is released, so that the response tends to increase particularly on the upper floor where the apparatus is installed and the upper several layers.
さらに、シアピンによる風ロック機構においては、シアピンのせん断破壊によるロック解除時に、瞬間的に荷重が解放されることから、その荷重が建物の上部構造側に衝撃荷重として伝わり、応答加速度が瞬間的に大きくなるという問題がある。また、シアピンが非常に高価であるという問題がある。 Furthermore, in the wind lock mechanism using shear pins, the load is instantaneously released when the lock is released due to the shear failure of the shear pin, so that the load is transmitted as an impact load to the superstructure side of the building, and the response acceleration is instantaneous. There is a problem of growing. There is also a problem that shear pins are very expensive.
パッシブ型風ロック機構付きオイルダンパーにおいては、風が問題になる前にシアピン(ロックピン)を設置したり、解除したりする作業が必要で、この作業を必ず行えるかという点で疑問が残る。 In an oil damper with a passive wind lock mechanism, it is necessary to install or release a shear pin (lock pin) before the wind becomes a problem, and there remains a question as to whether this work can be performed without fail.
アクティブ制御型風ロック機構付きオイルダンパーにおいては、万が一故障した場合に風ロック機能が全く発揮されない。このため、電気部品の長期耐久性や信頼性等の観点から万が一故障した場合を想定し、それが作動しないフェールセーフ状態で設計することが必要になる。 In the oil damper with the active control type wind lock mechanism, the wind lock function is not exhibited at all in case of failure. For this reason, from the viewpoint of long-term durability, reliability, etc. of the electrical component, it is necessary to design in a fail-safe state in which the failure occurs by assuming a failure.
風車で発電した電力によって移動拘束制御するように構成したロック機構においても、免震対象の上部構造体が風で変位し始めるときの風力発電量では電磁石の吸着力が小さく、この仕組みで建物を移動拘束することは難しい。また、建物が移動してから吸着したのでは電磁石と鋼製吸着板の位置がずれてしまう問題もある。 Even in a lock mechanism configured to control movement restraint with the power generated by a windmill, the adsorption power of the electromagnet is small in the amount of wind power generation when the upper structure subject to seismic isolation begins to be displaced by wind, and this mechanism It is difficult to restrain movement. Further, if the building is moved and then attracted, there is a problem that the positions of the electromagnet and the steel attracting plate are shifted.
また、非特許文献1に開示されたMR流体(磁気粘性流体)を利用して抵抗力を可変にしたダンパーにおいては、単純な構造ではあるがダンパーの寸法に対して反力が小さく、建築用として実用化することは難しい。
Further, the damper disclosed in
上記事情に鑑み、本発明は、風荷重時には下部構造と上部構造とを移動を好適に制御し、地震時には移動制御状態を解除して免震効果を、従来より確実且つ効果的に発揮させることを可能にする風ロック機構を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention suitably controls the movement of the lower structure and the upper structure at the time of wind load, cancels the movement control state at the time of an earthquake, and exhibits the seismic isolation effect more reliably and effectively than before. It is an object of the present invention to provide a wind lock mechanism that enables the above.
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
本発明の風ロック機構は、上部構造と下部構造の間の免震層に免震装置と並列に設けられ、コイルに通電する直流電流値の大小に応じて磁場が大小変化し、抵抗力が大小変化するMR抵抗部と、前記上部構造に作用する風の大きさに応じて発電し、前記風の大きさに応じた電力を前記MR抵抗部のコイルに供給する風力発電部とを備えることを特徴とする。 The wind lock mechanism of the present invention is provided in parallel with the seismic isolation device in the seismic isolation layer between the upper structure and the lower structure, and the magnetic field changes in magnitude according to the magnitude of the direct current flowing through the coil, and the resistance force An MR resistance section that changes in size, and a wind power generation section that generates electric power according to the magnitude of wind acting on the superstructure and supplies electric power according to the magnitude of the wind to the coil of the MR resistance section. It is characterized by.
本発明の風ロック機構によれば、上部構造と下部構造の間の免震層に設けることにより、外部電力を使わずに上部構造の拘束や解除を自動的に行うことができ、風荷重時には上部構造と下部構造を移動を制御し、地震時には移動制御状態を解除して上部構造に対する免震効果を従来より確実且つ効果的に発揮させることが可能になる。 According to the wind lock mechanism of the present invention, by providing the base isolation layer between the upper structure and the lower structure, the upper structure can be automatically restrained or released without using external power. It is possible to control the movement of the upper structure and the lower structure, and to cancel the movement control state in the event of an earthquake, so that the seismic isolation effect for the upper structure can be exhibited more reliably and effectively than before.
以下、図1から図5を参照し、本発明の一実施形態に係る風ロック機構について説明する。 A wind lock mechanism according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施形態の風ロック機構Aは、磁場形成手段であるMR抵抗部1と風力発電部2とを備え、図1に示すように、建物本体と基礎の間など、上部構造T1と下部構造T2の間の免震層3に積層ゴムなどの免震装置4と並列にMR抵抗部1を設け、上部構造T1の頂部に風力発電部2を設けて構成されている。なお、風力発電部2の設置位置を限定する必要はない。
The wind lock mechanism A of the present embodiment includes an
このように構成した本実施形態の風ロック機構Aは、風荷重によって免震層3を変形させないように、すなわち、強風時に下部構造T2に対して上部構造T1を相対変位させないように移動拘束しつつ、大地震時に免震装置による上部構造T1の免震性能を発揮するものである。すなわち、大地震時には長周期化したまま上部構造T1の応答低減効果を発揮する。
The wind lock mechanism A of the present embodiment configured as described above restrains the movement so that the
一方、本実施形態では、図2から図4に示すように、従来の粘性ダンパー(例えばボールねじ機構を利用した「減衰こま」のような粘性ダンパー装置)に風ロック機構AのMR抵抗部1を組み込み、MR抵抗(R)が粘性減衰(C)と並列に設けられてMRダンパー装置5を構成している。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, the
本実施形態のMRダンパー装置5は、図2及び図3に示すように、外殻を形成するケーシング(支持フレーム/シリンダ)6の内側にボールねじ軸7とボールナット8からなるボールねじ機構9を組み込み、ボールねじ軸7をケーシング6にリニアスライダー機構を介して軸方向O1に変位可能に且つ回転不能に支持させ、さらに、ボールナット8をケーシング6に軸方向O1に変位不能に且つ回転可能に支持させて構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、ケーシング6の一端(上端)とその他端側のボールねじ軸7の一端(下端)を建物の免震層3を挟んで上方の上部構造T1と下方の下部構造T2にそれぞれ接続し、MRダンパー装置5は免震層3に設置される。
Further, one end (upper end) of the
これにより、ケーシング6の一端とボールねじ軸7の一端を接続した上部構造T1と下部構造T2に相対変位が生じると、MRダンパー装置5に軸力が入力され、ボールねじ軸7がケーシング6に対して軸方向O1に変位しボールナット8が回転する。
As a result, when relative displacement occurs in the upper structure T1 and the lower structure T2 in which one end of the
本実施形態においては、このように軸方向O1変位がボールナット8の回転に変換されて風ロック機構AのMR抵抗部1に伝達される。
In this embodiment, the axial O1 displacement is thus converted into the rotation of the
風ロック機構Aの本体部であるMR抵抗部1は、ボールナット8に内側円筒体10を介して接続され、ボールナット8とともに回転する回転円盤11と、ケーシング6に外側円筒体12を介して接続されて回転不能に設置され、且つ回転円盤11に対して同軸上に積層配置される固定円盤13と、回転円盤11と固定円盤13との間に挟持されたMR流体コンポジット14と、MR流体コンポジット14に可変磁場を印加するためのコイル12aとを備えて構成されている。
The
MR流体コンポジット14は、MR流体をスポンジや不織布等の多孔質材に含浸させて構成され、MR流体を作動油等として単独で用いる場合に懸念される強磁性体粒子の沈降を有効に防止できるように構成されている。
The
MR流体コンポジット14は、磁場印加によって形成される強磁性体粒子によるクラスターが多孔質材の繊維に支えられ、MR流体単体の場合よりも高いMR効果を発揮する。また、コイル12aに通電する直流電流値の大小に応じてMR流体コンポジットに印加する磁場が大小変化する。すなわち、印加磁束密度が増加するにつれてMR流体コンポジットに生じるせん断抵抗力が増加するように構成されている。
In the
本実施形態では、このようなMR流体コンポジット14を回転円盤11及び固定円盤13と同様に環状の円盤状に形成し、軸方向O1に交互に積層配置された複数の回転円盤11と固定円盤13の間にそれぞれ挟み込んで、MR抵抗部1が構成されている。
In the present embodiment, the
なお、このようなMR流体コンポジット14によるせん断抵抗力は、摩擦ダンパーの場合とほぼ同じような特性を示し、MR流体コンポジット14が所定のせん断変形を生じるまでは弾性変形によって歪みとともに増大していき、それを超えた後は固定円盤13や回転円盤11との界面で滑りが生じ、ほぼ一定の履歴特性となる。
Note that the shear resistance force by the MR fluid composite 14 exhibits substantially the same characteristics as the friction damper, and increases with strain by elastic deformation until the
ここで、本実施形態の風ロック機構AのMR抵抗部1で生じる荷重Fは、MR流体のせん断抵抗力Q、回転中心からの距離r、ボールナット部の抵抗トルクT、ボールねじ軸のリードLd、増速ギアの増速比nとすると、次の式(1)及び式(2)で表される。
Here, the load F generated in the
本実施形態の風ロック機構AのMR抵抗部1は、単なるダンパーとして機能させるのではなく、免震建物の風に対するロック機能が適切に働くように風速に応じた荷重(ロック荷重)を調整する必要がある。
The
本実施形態でロック荷重を増大させたい場合、従来のMRダンパーよりもMR流体の抵抗力合力の作用位置と回転中心(ボールねじ軸7の中心)との距離rを大きくする。これにより、回転円盤11の径が増加し、抵抗トルクTを増大させることができる。
In the present embodiment, when it is desired to increase the lock load, the distance r between the position where the resistance force resultant force of the MR fluid is applied and the rotation center (center of the ball screw shaft 7) is made larger than that of the conventional MR damper. Thereby, the diameter of the
また、抵抗トルクTを軸力に変換する際、リードLdに反比例するため、ボールねじ軸7のリード (ねじ山間隔)Ldを小さくする。 Moreover, when converting the resistance torque T in the axial force, inversely proportional to the lead L d, to reduce the lead (thread spacing) L d of the ball screw shaft 7.
さらに、図5に示すように、MR流体を回転させるボールねじ機構9に増速機構15を接続してもよい。例えば、遊星ギアなどの増速機構15を用いてMR流体をボールナット8の5倍で回転させるようにすれば、抵抗トルクTを5倍にすることができる。増速機構15としては遊星ギアを用いることができ、外周リングギア16をケーシング6に固定し、3つのピニオンギア17をリングギア16に内接、中央のサンギア18に外接するように配置し、増速比を例えば5倍にする。
Further, as shown in FIG. 5, a
さらに、MR流体コンポジット14の材質を選択したり、コイル12aの巻数や電流を増加させるなどし、MR流体に作用する磁界(磁束密度)を増大させる。
Furthermore, the magnetic field (magnetic flux density) acting on the MR fluid is increased by selecting the material of the
このような構成を採用した場合、本実施形態のMRダンパー装置5(風ロック機構AのMR抵抗部1)は、軸方向O1に変位xが生じると、ボールナット8が回転し、内側円筒体10が従動回転する。
When such a configuration is adopted, in the MR damper device 5 (
増速機構15のサンギア18が内側円筒体10に一体に接続され、外側円筒体12ひいては固定円盤13がケーシング6に一体に接続されているため、内側円筒体10がθ回転すると、増速機構15によりサンギア18は5θだけ回転し、MR抵抗部1の内側円筒体10と外側円筒体12及び固定円盤13との相対回転量も5θとなる。
Since the
ここで、非特許文献1の小型試験体を製作してMRダンパー装置5の反力について検討した結果から、製品化する風ロックダンパーについて説明する。
Here, the wind lock damper to be commercialized will be described based on the results of studying the reaction force of the
小型試験体はコイル12aに通電する電流0.5Aで反力(せん断抵抗力)20kN程度が得られるものである。
The small test body can obtain a reaction force (shear resistance) of about 20 kN at a current of 0.5 A applied to the
これに基づき、磁界(磁束密度)を同じにしてMR抵抗部1の径を2倍にすると、せん断抵抗合力Qは4倍、回転中心からの距離は2倍になることから、抵抗トルクは8倍となる。
Based on this, when the magnetic field (magnetic flux density) is made the same and the diameter of the
試験体はボールねじ軸7の定格荷重が20kNだったので反力30kN以下しか実験していないが、ダンパー耐力を増せば磁界を上げて反力を増やすことが可能なので、ここでは磁界を2倍として計算する。ただし、ボールねじ機構9も大型化するので、実験時のリード30を50とする。
The test piece was tested only for a reaction force of 30 kN or less because the rated load of the ball screw shaft 7 was 20 kN. However, if the damper resistance is increased, the magnetic force can be increased to increase the reaction force. Calculate as However, since the
増速比5倍の増速機構15を用いることで、ボールねじ機構9に作用するトルクはMR抵抗部1で生じるトルクの5倍となる。
By using the
したがって、小型試験体の2倍のサイズで製品化したときのダンパー反力は、MR抵抗部1で生じるトルクが試験体の8倍となる。また、磁界を2倍にすることで2倍となる。さらに、リードを30から50にすることで、3/5=0.6倍となる。また、増速機構15を用いることで5倍となる。よって、これら合計により(8×2×0.6×5)48倍にできることが分かる。なお、MR流体面積は22=4倍、磁界2倍にする電流と電圧を2倍、消費電力は4×2×2=16倍となる。
Therefore, as for the damper reaction force when the product is manufactured with a size twice that of the small test piece, the torque generated in the
試験体の反力20kNなので、製品化したときのダンパー反力は960kN(約100tonf)程度となる。これは一般的な免震用オイルダンパーと同程度であることから、実用上で十分な性能が得られると言える。 Since the reaction force of the test specimen is 20 kN, the damper reaction force when commercialized is about 960 kN (about 100 tons). Since this is the same level as a general seismic isolation oil damper, it can be said that sufficient performance can be obtained in practical use.
一方、本実施形態の風ロック機構Aにおいては、図1(及び図2から図5)に示すように、建物上部に設置した風力発電部2(風車2aなどを備えた風力発電機)によって発電した電力をMR抵抗部1のコイル12aに供給する。
On the other hand, in the wind lock mechanism A of the present embodiment, as shown in FIG. 1 (and FIGS. 2 to 5), power is generated by a wind power generation unit 2 (a wind power generator including a
これにより、本実施形態のMRダンパー装置5は、両端の変位が生じるとボールねじ軸7が回転し、これと一体化されている内側円筒体10が回転する。そして、強風などによって風力発電部2が駆動し、MR抵抗部1に風力発電部2から電力が供給されると磁場が形成され、MR流体の粘性抵抗が増して抵抗トルクとなり、ボールねじ機構9に大きな軸抵抗力(反力)が作用する。
Thereby, in the
なお、発電電力を直接MR抵抗部1に供給するほか、制御回路を介して下記機能を追加してもよい。
In addition to supplying the generated power directly to the
電流(電圧)保護回路を設け、強風で発電量が大きい場合にはMR抵抗部1への供給電力を頭打ちする。このようにすると、所定以上の電力が供給されないため、MR抵抗部1の反力も頭打ちとなる。
A current (voltage) protection circuit is provided, and when the amount of power generation is large due to a strong wind, the power supplied to the
また、風が小さいときでも、建物の上部構造T1の振動により免震層3に変位が生じる場合がある。これに対し、発電量の一部を蓄電し、風が止んでも例えば10分程度の間、MR抵抗部1に電力を供給し続けるように構成すれば、小さな風(風荷重)で上部構造T1の振動により免震層3が変位することを防止できる。
Even when the wind is small, the
なお、小型試験体で供給した電力が電流0.5A、電圧30Vより15W/台であることから、製品化したダンパーの定格電力は16倍として15W/台×16倍=240W/台となる。定格出力2kWの風力発電機を設置したとすると、2000W÷240W/台=8.3台となり、MRダンパー8台分の電力供給が行えることになる。これにより、免震層3における風ロック荷重は8台×960kN=7680kNであるから、平面30m×30mで20階建の建物にも十分に適用可能であると言える。
In addition, since the electric power supplied with the small test body is 15 W / unit from a current of 0.5 A and a voltage of 30 V, the rated power of the commercialized damper is 16 times 15 W / unit × 16 times = 240 W / unit. If a wind power generator with a rated output of 2 kW is installed, 2000 W / 240 W / unit = 8.3 units, and power supply for eight MR dampers can be performed. Thereby, since the wind lock load in the
よって、本実施形態の風ロック機構Aにおいては、免震建物の風揺れを防止する風ロック機構Aを外部電源の供給がないパッシブシステムとして構成できる。このため停電時にも全く問題ない信頼性の高い機構を実現することができる。 Therefore, in the wind lock mechanism A of this embodiment, the wind lock mechanism A that prevents the wind shaking of the base-isolated building can be configured as a passive system without external power supply. Therefore, it is possible to realize a highly reliable mechanism that has no problem even during a power failure.
また、風が吹かないときは風力発電部2からMR抵抗部1に電力供給されず、MR抵抗部1の反力、すなわちロック荷重がほぼ0となるため、ロック機構による残留変位は生じない。また、シアピン(せん断キー)のように破断しないので地震後に取り付けに行く必要がなく、基本的にメンテナンスフリーとなる。
Further, when the wind does not blow, power is not supplied from the wind
さらに、MR抵抗部1のコイル電流を制御することにより、風ロック荷重を任意に設定できる。これにより、風力発電部2からMR抵抗部1に電流制御回路を介して電力供給することによってロック荷重(係止荷重)の上限を容易に設定することが可能になる。
Furthermore, by controlling the coil current of the
また、MR抵抗部1は摩擦ダンパーと類似した履歴特性をもち、変位拘束時の初期剛性が高いため、風荷重時における免震層3の揺れを極めて小さくできる。
Further, the
さらに、風力発電部2は、風速が大きいほど発電量も大きくなる。この電力をMR抵抗部1に供給することから、ロック荷重は建物に作用する風荷重が大きいほど増大する。これにより、合理的なシステムを構築することが可能になる。
Further, the wind
また、風ロック時に地震が生じた場合には、風ロック荷重を摩擦抵抗力とみなした摩擦ダンパーとして機能する。通常の設計では風と地震が同時に作用することを想定しないのに対し、本発明に係る風ロック機構Aによって風ロック荷重をもつ摩擦ダンパーが付加されたように扱うことができる。
なお、一般的に設計用の風荷重は地震荷重よりかなり小さいため、風ロックが付加されても耐震性に問題は生じない。また、風ロック荷重が加算されるので上部構造の応答加速度が増加し免震性能はやや劣化するが、通常の設計で考慮しない「風+地震同時作用時」であるため、特に問題とはならない。
Further, when an earthquake occurs at the time of wind lock, it functions as a friction damper in which the wind lock load is regarded as a friction resistance. In the normal design, it is not assumed that the wind and the earthquake act simultaneously, but the wind lock mechanism A according to the present invention can be handled as if a friction damper having a wind lock load is added.
In general, since the wind load for design is considerably smaller than the seismic load, there is no problem in earthquake resistance even if a wind lock is added. In addition, because the wind lock load is added, the response acceleration of the superstructure increases and the seismic isolation performance slightly deteriorates, but this is not a problem because it is a “wind and earthquake simultaneous action” that is not considered in normal design. .
さらに、経年劣化の少ない単純な構成であり、量産化すれば安価に供給できる。 Furthermore, it has a simple configuration with little deterioration over time, and can be supplied at low cost if mass-produced.
また、MR抵抗部1の両端接合部は従来のオイルダンパーと同様の構成を採用でき、設置工事に際して特別な技量を要しない。電気工事はコイル12aに配線を接続するだけなので容易に施工することも可能である。
Moreover, the same structure as the conventional oil damper can be employ | adopted for the both-ends junction part of
さらに、従来の粘性ダンパー装置とMRダンパー部(MR抵抗部1)を一体に組み込んで構成すれば、粘性減衰(C)とMR抵抗(R)が並列した装置となり、コンパクトな構成で安価に製造できる。 Furthermore, if the conventional viscous damper device and the MR damper part (MR resistance part 1) are integrated, the viscous damping (C) and MR resistance (R) will be in parallel, making it compact and inexpensive to manufacture. it can.
したがって、本実施形態の風ロック機構Aを上部構造T1と下部構造T2の間の免震層に設けることにより、外部電力を使わずに上部構造T1の拘束や解除を自動的に行うことができ、強風時には上部構造T1と下部構造T2との移動を制御し、無風時は移動制御状態を解除することで、上部構造T1に対する免震効果を従来よりも確実且つ効果的に発揮させることが可能になる。 Therefore, by providing the wind lock mechanism A of this embodiment in the seismic isolation layer between the upper structure T1 and the lower structure T2, the upper structure T1 can be automatically restrained or released without using external power. By controlling the movement of the upper structure T1 and the lower structure T2 during strong winds and canceling the movement control state when there is no wind, the seismic isolation effect for the upper structure T1 can be exhibited more reliably and effectively than before. become.
以上、本発明に係る風ロック機構の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 While the embodiment of the wind lock mechanism according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the scope of the present invention.
1 MR抵抗部
2 風力発電部
3 免震層
4 免震装置
5 MRダンパー装置
6 ケーシング
7 ボールねじ軸
8 ボールナット
9 ボールねじ機構
10 内側円筒体
11 回転円盤
12 外側円筒体
12a コイル
13 固定円盤
14 MR流体コンポジット
15 増速機構
16 リングギア
17 ピニオンギア
18 サンギア
A 風ロック機構
O1 軸方向(軸線)
T1 上部構造
T2 下部構造
DESCRIPTION OF
T1 Upper structure T2 Lower structure
Claims (1)
前記上部構造に作用する風の大きさに応じて発電し、前記風の大きさに応じた電力を前記MR抵抗部のコイルに供給する風力発電部とを備えることを特徴とする風ロック機構。 An MR resistance portion provided in parallel with the seismic isolation device in the seismic isolation layer between the upper structure and the lower structure, the magnetic field changes in magnitude according to the magnitude of the direct current flowing through the coil, and the resistance force changes in magnitude.
A wind lock mechanism comprising: a wind power generation unit that generates electric power according to the magnitude of wind acting on the upper structure and supplies electric power according to the magnitude of the wind to a coil of the MR resistance unit.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021025576A (en) * | 2019-08-05 | 2021-02-22 | 清水建設株式会社 | Seismic isolation device |
| JP2021154472A (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | 株式会社ダイフク | Floating unit |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001263414A (en) * | 2000-03-16 | 2001-09-26 | Nok Corp | Base isolation device |
| JP2003239566A (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-27 | Bando Chem Ind Ltd | Damper with windproof lock for seismic isolation building |
| JP2006233701A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Takenaka Komuten Co Ltd | Locking device for base-isolated building |
| JP2014052044A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Tohoku Univ | Mr damper |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001263414A (en) * | 2000-03-16 | 2001-09-26 | Nok Corp | Base isolation device |
| JP2003239566A (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-27 | Bando Chem Ind Ltd | Damper with windproof lock for seismic isolation building |
| JP2006233701A (en) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Takenaka Komuten Co Ltd | Locking device for base-isolated building |
| JP2014052044A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Tohoku Univ | Mr damper |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021025576A (en) * | 2019-08-05 | 2021-02-22 | 清水建設株式会社 | Seismic isolation device |
| JP7272896B2 (en) | 2019-08-05 | 2023-05-12 | 清水建設株式会社 | Seismic isolation device |
| JP2021154472A (en) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | 株式会社ダイフク | Floating unit |
| JP7452181B2 (en) | 2020-03-30 | 2024-03-19 | 株式会社ダイフク | floating unit |
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