(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は係る事実を考慮し、アクティブマスダンパーの稼働コストを低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1態様に係る制振構造は、構造物に設置された第1免震装置と、前記第1免震装置に支持された下部マスと、前記下部マス上に設置された第2免震装置と、前記第2免震装置に支持された上部マスと、前記構造物と前記下部マスとの間に設けられ、前記構造物に対して前記下部マスが移動不可となるように前記構造物に前記下部マスを固定した状態と、該固定を解除した状態とに切り換え可能な第1ロック手段と、前記下部マスと前記上部マスとの間に設けられ、前記下部マスに対して前記上部マスが移動不可となるように前記下部マスに前記上部マスを固定した状態と、該固定を解除した状態とに切り換え可能な第2ロック手段と、前記構造物と前記下部マスの間に設けられ、前記第1ロック手段により前記構造物に前記下部マスを固定した状態が解除され、且つ前記第2ロック手段により前記下部マスに前記上部マスが固定されたときに、前記下部マスと前記上部マスとが一体となったマスを前記構造物の揺れを低減する方向へ移動させる駆動手段と、を有する。
【0007】
第1態様に係る制振構造によれば、弱風時には、第1ロック手段により、構造物に対して下部マスが移動不可となるように構造物に下部マスを固定した状態にし、且つ第2ロック手段により下部マスに上部マスを固定した状態を解除した状態にする。これによって、上部マスを質量体とするTMD(Tuned Mass Damper)として機能させ、上部マスを揺らして振動エネルギーを吸収することによって構造物の揺れを低減する。
【0008】
また、強風時や地震時には、第1ロック手段により構造物に下部マスを固定した状態を解除した状態にし、第2ロック手段により下部マスに上部マスを固定した状態にするとともに、駆動手段により、下部マスと上部マスとが一体となったマスを構造物の揺れを低減する方向へ移動させて構造物へ加振力を作用させる。これによって、下部マスと上部マスとが一体となったマスを質量体とするAMD(Active Mass Damper)として機能させ、構造物の揺れを低減する。
【0009】
これらにより、強風時や地震時にのみ、AMDとして機能するので、AMDの駆動手段の稼働に必要となる電力の消費を減らすことができ、稼働コストを低減することができる。
【0010】
また、強風時や地震時における構造物の大きな揺れに対しては、下部マスと上部マスとが一体となった大きな重量のマスを駆動手段により移動させることによって構造物の揺れを低減するので、構造物の揺れを効果的に低減することができる。
【0011】
第2態様に係る制振構造は、構造物に設置された免震装置と、前記免震装置に支持されたマスと、前記構造物と前記マスとの間に設けられ、前記構造物の揺れを低減する方向へ前記マスを移動させる状態と、前記マスの移動を拘束しない状態とに切り換え可能な駆動手段と、を有する。
【0012】
第2態様に係る制振構造によれば、弱風時には、駆動手段をマスの移動を拘束しない状態にする。これによって、マスを質量体とするTMD(Tuned Mass Damper)として機能させ、マスを揺らして振動エネルギーを吸収することによって構造物の揺れを低減する。
【0013】
また、強風時や地震時には、駆動手段により、構造物の揺れを低減する方向へマスを移動させる。これによって、マスを質量体とするAMD(Active Mass Damper)として機能させ、構造物の揺れを低減する。
【0014】
これらにより、強風時や地震時にのみ、AMDとして機能するので、AMDの駆動手段の稼働に必要となる電力の消費を減らすことができ、稼働コストを低減することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明は上記構成としたので、アクティブマスダンパーの稼働コストを低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の第1実施形態に係る制振構造について説明する。
【0018】
図1の立面図に示すように、振動低減対象物である構造物10は、地盤12上に建てられた鉄筋コンクリート造の建物であり、この構造物10の屋上部14上に制振構造16が構築されている。
【0019】
図2の正面図に示すように、制振構造16は、下部マス18、上部マス20、第1免震装置としての積層ゴム支承22、第2免震装置としての積層ゴム支承24、第1ロック手段としての油圧ダンパー26、第2ロック手段としての油圧ダンパー28、及び駆動手段としての油圧アクチュエータ30を有して構成されている。
【0020】
下部マス18及び上部マス20は、鉄筋コンクリートにより形成された直方体状の部材である。
【0021】
積層ゴム支承22は、構造物10の屋上部14上に複数設置されており(
図2には、2つの積層ゴム支承22が示されている)、下部マス18を支持している。
【0022】
積層ゴム支承24は、下部マス18上に複数設置されており(
図2には、2つの積層ゴム支承24が示されている)、上部マス20を支持している。
【0023】
油圧ダンパー26は、構造物10の屋上部14と下部マス18との間に複数設けられており(
図2には、1つの油圧ダンパー26が示されている)、構造物10の屋上部14と下部マス18とを繋ぎ、下部マス18の横方向への揺れに対して下部マス18に過減衰力を付与して、構造物10の屋上部14と下部マス18とを一体にする。第1実施形態では、このことを「構造物10の屋上部14に下部マス18を固定する」と表現する。
【0024】
また、油圧ダンパー26は、後に説明する下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32(
図4を参照のこと)の横方向への揺れに対してマス32に減衰力を付与しない状態にすることができる。
【0025】
油圧ダンパー26による、下部マス18の横方向への揺れに対する下部マス18への過減衰力の付与は、油圧ダンパー26のシリンダー内部とリザーバタンクとを接続する作動油流路中に設けられている、電磁弁や油圧弁等からなる開閉可能なロック弁を閉じて作動油流路を閉鎖し、油圧ダンパー26のピストンロッドが伸縮不能な状態にすることによって行う。
【0026】
このように、油圧ダンパー26は、下部マス18の横方向への揺れに対して下部マス18に過減衰力を付与することにより、構造物10の屋上部14に対して下部マス18が横方向へ移動不可となるように構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態にし、また、マス32の横方向への揺れに対してマス32に減衰力を付与しないことにより、構造物10の屋上部14への下部マス18の固定を解除した状態にする。
【0027】
すなわち、油圧ダンパー26は、構造物10の屋上部14に対して下部マス18が横方向へ移動不可となるように構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態と、この固定を解除した状態とに切り換え可能となるように、減衰係数の変更が可能となっている。
【0028】
油圧ダンパー28は、下部マス18と上部マス20との間に複数設けられており(
図2には、1つの油圧ダンパー28が示されている)、下部マス18と上部マス20とを繋ぎ、上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に減衰力を付与する。
【0029】
油圧ダンパー28による、上部マス20の横方向への揺れに対する上部マス20への減衰力の付与は、油圧ダンパー28のシリンダー内部とリザーバタンクとを接続する作動油流路中に設けられている、電磁弁や油圧弁等からなる開閉可能なロック弁を開けて作動油流路を開放し、油圧ダンパー28のピストンロッドの伸縮に伴って、作動油流路中に設けられた絞り弁等からなる減衰手段に作動油を通過させ、これにより減衰力を発生させることによって行う。
【0030】
また、油圧ダンパー28は、上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に過減衰力を付与して、下部マス18と上部マス20とを一体にすることができる。第1実施形態では、このことを「下部マス18に上部マス20を固定する」と表現する。
【0031】
油圧ダンパー28による、上部マス20の横方向への揺れに対する上部マス20への過減衰力の付与は、油圧ダンパー26と同様にして、油圧ダンパー28のピストンロッドが伸縮不能な状態にすることによって行う。
【0032】
このように、油圧ダンパー28は、上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に過減衰力を付与することにより、下部マス18に対して上部マス20が横方向へ移動不可となるように下部マス18に上部マス20を固定した状態にし、また、上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に減衰力を付与することにより、下部マス18への上部マス20の固定を解除した状態にする。
【0033】
すなわち、油圧ダンパー28は、下部マス18に対して上部マス20が横方向へ移動不可となるように下部マス18に上部マス20を固定した状態と、この固定を解除した状態とに切り換え可能となるように、減衰係数の変更が可能となっている。
【0034】
油圧アクチュエータ30は、構造物10の屋上部14と下部マス18との間に複数設けられており(
図2には、1つの油圧アクチュエータ30が示されている)、構造物10の屋上部14と下部マス18とを繋いでいる。
【0035】
そして、
図4の正面図に示すように、油圧ダンパー26によりマス32の横方向への揺れに対してマス32に減衰力を付与しないようにして、構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態を解除し、且つ、油圧ダンパー28により下部マス18に上部マス20を固定した状態にしたときに、油圧アクチュエータ30によって、下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させる。すなわち、油圧アクチュエータ30によって、構造物10の揺れを低減する方向へマス32を移動させる。
【0036】
次に、本発明の第1実施形態に係る制振構造の作用と効果について説明する。
【0037】
本発明の第1実施形態の制振構造16では、
図3の正面図に示すように、弱風時には、油圧アクチュエータ30を稼働させないようにするとともに、油圧ダンパー26により、構造物10の屋上部14に対して下部マス18が移動不可となるように構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態にし、且つ、油圧ダンパー28により上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に減衰力を付与するようにして、下部マス18に上部マス20を固定した状態を解除する。
【0038】
これによって、上部マス20を質量体とするTMD(Tuned Mass Damper)として機能させ、上部マス20を揺らして振動エネルギーを吸収するとともに、油圧ダンパー28により上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に減衰力を付与することによって、構造物10の揺れを低減する。
【0039】
また、強風時や地震時には、
図4の正面図に示すように、油圧ダンパー28により下部マス18に上部マス20を固定した状態にするとともに、油圧ダンパー26により下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32の横方向への揺れに対してマス32に減衰力を付与しないようにして、構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態を解除し、且つ、油圧アクチュエータ30により、下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させて、構造物10へ加振力を作用させる。
【0040】
これによって、下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32を質量体とするAMD(Active Mass Damper)として機能させ、構造物10の揺れを低減する。
【0041】
これらにより、強風時や地震時にのみ、AMDとして機能するので、AMDの駆動手段(油圧アクチュエータ30)の稼働に必要となる電力の消費を減らすことができ、稼働コストを低減することができる。
【0042】
また、強風時や地震時における構造物10の大きな揺れに対しては、下部マス18と上部マス20とが一体となった大きな重量のマス32を油圧アクチュエータ30により移動させることによって構造物10の揺れを低減するので、構造物10の揺れを効果的に低減することができる。
【0043】
図5のグラフの値34、36、38、40は、居住性能を評価するために数値解析により求めた値である。グラフの横軸には、構造物10に発生する水平振動の振動数が示され、縦軸には、構造物10に発生する水平振動の加速度が示されている。また、基準線42、44、46、48、50は、水平振動における知覚確率H−10、H−30、H−50、H−70、H−90の居住性評価線となっている。
【0044】
値34は、強風時における、第1実施形態の制振構造16が設けられた構造物10の値である。すなわち、値34は、強風時において、油圧ダンパー28により下部マス18に上部マス20を固定した状態にするとともに、油圧ダンパー26によりマス32の横方向への揺れに対してマス32に減衰力を付与しないようにして、構造物10の屋上部14への下部マス18の固定を解除し、且つ、油圧アクチュエータ30によって、下部マス18と上部マス20とが一体となったマス32を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させたときの値である。
【0045】
値36は、弱風時における、第1実施形態の制振構造16が設けられた構造物10の値である。すなわち、値36は、弱風時において、油圧ダンパー26により構造物10の屋上部14に下部マス18を固定した状態にするとともに、油圧ダンパー28により上部マス20の横方向への揺れに対して上部マス20に減衰力を付与したときの値である。
【0046】
値38は、強風時における、第1実施形態の制振構造16が設けられていない構造物10の値であり、値40は、弱風時における、第1実施形態の制振構造16が設けられていない構造物10の値である。
【0047】
値34、38から、制振構造16を構造物10に設けることによって、強風時において構造物10に発生する水平振動の加速度が低減され、居住性がH−90からH−50へ向上していることがわかる。
【0048】
また、値36、40から、制振構造16を構造物10に設けることによって、弱風時において構造物10に発生する水平振動の加速度が低減され、居住性がH−70からH−50へ向上していることがわかる。
【0049】
次に、本発明の第2実施形態に係る制振構造について説明する。
【0050】
第2実施形態の説明において、第1実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
図6の正面図に示すように、第2実施形態の制振構造52は、マス54、免震装置としての積層ゴム支承58、減衰手段としての油圧ダンパー60、及び駆動手段としての油圧アクチュエータ56を有して構成されている。
【0051】
マス54は、鉄筋コンクリートにより形成された直方体状の部材である。積層ゴム支承58は、構造物10の屋上部14上に複数設置されており(
図6には、2つの積層ゴム支承58が示されている)、マス54を支持している。
【0052】
油圧ダンパー60は、構造物10の屋上部14とマス54との間に複数設けられており(
図6には、1つの油圧ダンパー60が示されている)、構造物10の屋上部14とマス54とを繋ぎ、マス54の横方向への揺れに対してマス54に減衰力を付与する。また、油圧ダンパー60は、マス54の横方向への揺れに対してマス54に減衰力を付与しない状態にすることができる。
【0053】
すなわち、油圧ダンパー60は、マス54に減衰力を付与する状態と、マス54に減衰力を付与しない状態とに切り換え可能となるように、減衰係数の変更が可能となっている。マス54の横方向への揺れに対するマス54への減衰力の付与は、第1実施形態の油圧ダンパー28と同様にして減衰力を発生させることによって行う。
【0054】
油圧アクチュエータ56は、構造物10の屋上部14とマス54との間に複数設けられており(
図6には、1つの油圧アクチュエータ56が示されている)、構造物10の屋上部14とマス54とを繋いでいる。
【0055】
図8の正面図に示すように、油圧アクチュエータ56は、油圧ダンパー60がマス54の横方向への揺れに対してマス54に減衰力を付与しない状態で、マス54を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させる。すなわち、油圧アクチュエータ56によって、構造物10の揺れを低減する方向へマス54を移動させる。
【0056】
また、油圧アクチュエータ56は、マス54の横方向への移動を拘束しない状態となるように、ピストンロッドが抵抗しないフリーな状態にすることができる。すなわち、油圧アクチュエータ56は、構造物10の揺れを低減する方向へマス54を移動させる状態と、マス54の移動を拘束しない状態とに切り換えることができる。
【0057】
次に、本発明の第2実施形態に係る制振構造の作用と効果について説明する。
【0058】
本発明の第2実施形態の制振構造52では、
図7の正面図に示すように、弱風時には、油圧アクチュエータ56をマスの移動を拘束しない状態にするとともに、油圧ダンパー60によりマス54の横方向への揺れに対してマス54に減衰力を付与するようにする。
【0059】
これによって、マス54を質量体とするTMD(Tuned Mass Damper)として機能させ、マス54を揺らして振動エネルギーを吸収することによって構造物10の揺れを低減する。
【0060】
また、
図8の正面図に示すように、強風時や地震時には、油圧ダンパー60がマス54の横方向への揺れに対してマス54に減衰力を付与しないようにするとともに、油圧アクチュエータ56により、構造物10の揺れ方向と逆方向へマス54を移動させる。これによって、マス54を質量体とするAMD(Active Mass Damper)として機能させ、構造物10の揺れを低減する。
【0061】
これらにより、強風時や地震時にのみ、AMDとして機能するので、AMDの駆動手段(油圧アクチュエータ56)の稼働に必要となる電力の消費を減らすことができ、稼働コストを低減することができる。
【0062】
以上、本発明の第1及び第2実施形態について説明した。
【0063】
なお、第1実施形態では、
図2に示すように、第1ロック手段を油圧ダンパー26とし、第2ロック手段を油圧ダンパー28とした例を示したが、第1ロック手段は、構造物10の屋上部14に下部マス18を固定して、横方向の揺れに対して構造物10の屋上部14と下部マス18とを一体にすることができるものであればよく、第2ロック手段は、下部マス18に上部マス20を固定して、横方向の揺れに対して下部マス18と上部マス20とを一体にすることができるものであればよい。
【0064】
例えば、ロック弁を備えていない油圧ダンパーにおいて、ストッパー部材によってピストンロッドをシリンダーに固定してピストンロッドが伸縮不能な状態とし、また、この固定を解除して、ピストンロッドが伸縮可能な状態にするようにしてもよい。また、例えば、油圧アクチュエータ30のピストンロッドをシリンダーに固定してピストンロッドが伸縮不能な状態とし、また、この固定を解除して、ピストンロッドが伸縮可能な状態にするようにしてもよい。さらに、例えば、
図9(a)及び
図9(b)の正面断面図に示すように、シアピン64を用いたロック手段62としてもよい。
【0065】
図9(a)には、下部マス18又は上部マス20の下面に設けられた収容部材66の収容部68に、シアピン64が収容されている状態が示されており、
図9(b)には、シアピン64が下方へ移動して、収容部68と、構造物10の屋上部14又は下部マス18の上面に設けられた収容部材70の収容部72との両方に収容されている状態が示されている。
【0066】
そして、
図9(b)に示すシアピン64の配置のときに、構造物10の屋上部14に下部マス18を固定して、横方向の揺れに対して構造物10の屋上部14と下部マス18とを一体にした状態、又は、下部マス18に上部マス20を固定して、横方向の揺れに対して下部マス18と上部マス20とを一体にした状態となり、
図9(a)に示すシアピン64の配置のときに、構造物10の屋上部14への下部マス18の固定が解除された状態、又は、下部マス18への上部マス20の固定が解除された状態となる。
【0067】
また、第1及び第2実施形態では、
図4に示すように、油圧アクチュエータ30によってマス32を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させ、
図8に示すように、油圧アクチュエータ56によってマス54を構造物10の揺れ方向と逆方向へ移動させた例を示したが、マス32、54は、構造物10の揺れを低減する方向へ移動させればよい。例えば、構造物10の揺れと逆位相となるように、マス32、54を移動させてもよい。
【0068】
さらに、第1及び第2実施形態では、
図2及び
図6に示すように、第1免震装置として積層ゴム支承22、第2免震装置として積層ゴム支承24、及び免震装置として積層ゴム支承58を用いた例を示したが、第1免震装置は下部マス18、第2免震装置は上部マス20、及び免震装置はマス54を免震支持できるものであればよい。
【0069】
また、第1及び第2実施形態では、
図1に示すように、構造物10を鉄筋コンクリート造とした例を示したが、第1及び第2実施形態の制振構造16、52は、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、CFT造(Concrete-Filled Steel Tube:充填形鋼管コンクリート構造)、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の構造物に対して適用することができる。また、構造物は、免震構造物であってもよい。
【0070】
以上、本発明の第1及び第2実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。