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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024173288
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】ダンパー装置及び建物
(51)【国際特許分類】
E04H 9/02 20060101AFI20241205BHJP
F16F 15/023 20060101ALI20241205BHJP
F16F 15/02 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
E04H9/02 331B
F16F15/023
F16F15/02 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091611
(22)【出願日】2023-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】稲葉 知之
(72)【発明者】
【氏名】牛坂 伸也
(72)【発明者】
【氏名】中村 聡武
(72)【発明者】
【氏名】黒▲崎▼ 健太
(72)【発明者】
【氏名】小島 直樹
【テーマコード（参考）】
2E139
3J048
【Ｆターム（参考）】
2E139AA01
2E139AB10
2E139AC19
2E139BA04
2E139BA12
2E139BD34
2E139CA02
3J048AA06
3J048AC04
3J048AD11
3J048BE03
3J048CB21
3J048EA38
(57)【要約】
【課題】Ｌ２地震動以下の地震動において上部構造体の床面加速度を増加させることなく、免震層の変形を低減することができるダンパー装置及び建物を提供する。
【解決手段】ダンパー装置１は、建物の構造体間の免震層に設置されるダンパー装置であって、建物の構造体間に接続された引張材と、引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。なお、Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー、Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー。
【選択図】なし
【解決手段】ダンパー装置１は、建物の構造体間の免震層に設置されるダンパー装置であって、建物の構造体間に接続された引張材と、引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。なお、Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー、Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建物の構造体間の免震層に設置されるダンパー装置であって、
前記建物の構造体間に接続された引張材と、
前記引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、
Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。
なお、
・Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー
・Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー
前記建物の構造体間に接続された引張材と、
前記引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、
Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。
なお、
・Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー
・Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー
【請求項2】
建物の外周に沿って配置されている請求項１に記載のダンパー装置。
【請求項3】
上部構造体と下部構造体との間に設置された請求項１または２に記載のダンパー装置と、
前記上部構造体に設置された制振部材と、を備えた建物であって、
前記制振部材は、前記ギャップ量が消失した際に、前記上部構造体に移行する運動エネルギーＥ２を吸収する建物。
前記上部構造体に設置された制振部材と、を備えた建物であって、
前記制振部材は、前記ギャップ量が消失した際に、前記上部構造体に移行する運動エネルギーＥ２を吸収する建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダンパー装置及び建物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
免震建物に求められる要求性能として、従来の告示で定められたレベル２（Ｌ２）地震動（５００年に１度程度）に対して性能保証変形以下から、より高い性能目標としてレベル３（Ｌ３）地震動（Ｌ２地震動の１．５倍の地震動）に対して性能保証変形以下であることを求められるケースが増加している。
【0003】
従来の免震装置の組み合わせでは、入力エネルギーが非常に大きいＬ３地震動に対して変形を抑制するために、例えば減衰力の高い免震装置やオイルダンパー等を多数配置することにより対応している（下記の特許文献１参照）。一方、免震層全体の剛性を増加させた結果、免震装置による建屋全体の長周期化の効果が弱まり、上部構造の加速度が増加し、例えば建物内の什器等の転倒が発生することが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－４２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記Ｌ３地震動に対する免震層の変形抑制と床面加速度の低減に関して、従来の免震装置の組み合わせでは実現が難しく、例えばＪＳＣＡ（日本建築構造技術者協会）の免震建物のグレード設定においては、応答加速度と免震層の変形抑制は相反する特性を持ち、両立は困難という理由から、応答加速度の制限をオプション扱いとしている。
【0006】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｌ２地震動以下の地震動において上部構造体の床面加速度を増加させることなく、免震層の変形を低減することができるダンパー装置及び建物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るダンパー装置は、建物の構造体間の免震層に設置されるダンパー装置であって、前記建物の構造体間に接続された引張材と、前記引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。なお、Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー、Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー。
すなわち、本発明に係るダンパー装置は、建物の構造体間の免震層に設置されるダンパー装置であって、前記建物の構造体間に接続された引張材と、前記引張材に設けられたストッパー機構と、を備え、Ｅｔ≧Ｅｕを満たすように設定されている。なお、Ｅｔ：設定したギャップ量から前記ダンパー装置が作用して吸収するエネルギー、Ｅｕ：前記ダンパー装置が設置されていない場合に想定される目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー。
【0008】
このように構成されたダンパー装置では、Ｌ２地震動以下の地震動において上部構造体の床面加速度を増加させることなく、免震層の変形を低減することができる。
【0009】
また、本発明に係るダンパー装置は、建物の外周に沿って配置されていてもよい。
【0010】
このように構成されたダンパー装置では、免震層全体の変形及び上部構造体の床面加速度を低減することができる。
【0011】
また、本発明に係る建物は、上部構造体と下部構造体との間に設置された上記のダンパー装置と、前記上部構造体に設置された制振部材と、を備えた建物であって、前記制振部材は、前記ギャップ量が消失した際に、前記上部構造体に移行する運動エネルギーＥ２を吸収する。
【0012】
このように構成された建物では、Ｌ２地震動以下の地震動において上部構造体の床面加速度を増加させることなく、免震層の変形を低減することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係るダンパー装置及び建物によれば、Ｌ２地震動以下の地震動において上部構造体の床面加速度を増加させることなく、免震層の変形を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態のダンパー装置の設置例を示す模式的な正面図である。
【図2】本発明の一実施形態のダンパー装置の設置例を示す模式的な平面図である。
【図3】本発明の一実施形態のダンパー装置の構成を示す側面図である。
【図4】本発明の第一実施形態の制震装置の構成を示す平面図である。
【図5】地震動レベル－免震層変位関係を示す図である。
【図6】地震動レベル－加速度関係を示す図である。
【図7】１質点系モデルを示す図である。
【図8】免震層の荷重－変形関係の例を示す図である。
【図9】強制変位の時刻歴を示す図である。
【図10】ロッドが３９本の場合の応答変位の時刻歴を示す図である。
【図11】ロッドが２０本の場合の応答変位の時刻歴を示す図である。
【図12】２質点系モデルを示す図である。
【図13】（ａ）上部構造の荷重－変形関係の例を示す図であり、（ｂ）免震層の荷重－変形関係の例を示す図である。
【図14】免震用可変剛性ダンパーを付加する前の１次固有モードを示す図である。
【図15】免震用可変剛性ダンパーを考慮した場合の１次固有モードを示す図である。
【図16】ロッドが２８本の場合の応答変位の時刻歴を示す図である。
【図17】ロッドが１２本の場合の応答変位の時刻歴を示す図である。
【図18】Ｌｖ２（神戸ＮＳ位相）の２倍波での（ａ）免震層応答変形の時刻歴を示し、（ｂ）免震層の荷重－変形関係を示す図である。
【図19】基整促波（ＯＳ１）の原波での（ａ）免震層応答変形の時刻歴を示し、（ｂ）免震層の荷重－変形関係を示す図である。
【図20】本発明の一実施形態のダンパー装置の他の設置例を示す模式的な正面図である。
【図21】Ｌｖ２を超える地震時の免震層応答変形の時刻歴を示す図である。
【図22】Ｌｖ２を超える地震時の免震層の荷重－変形関係を示す図である。
【図23】Ｌｖ２を超える地震時の上部構造体にオイルダンパーを設置した免震層応答変形の時刻歴を示す図である。
【図24】神戸Ｌｖ２を超える地震時の上部構造体にオイルダンパーを設置した免震層の荷重－変形関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の第一実施形態に係るダンパー装置について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るダンパー装置１は、例えば建物１０の下層部分の上部構造体１８と下部構造体１９との免震層１２に設置されている。ダンパー装置１の構成は、特開２０２２－１２３４６１号公報（特願２０２１－０２０７９２）に開示されている構成を採用することができる。
図１に示すように、本実施形態に係るダンパー装置１は、例えば建物１０の下層部分の上部構造体１８と下部構造体１９との免震層１２に設置されている。ダンパー装置１の構成は、特開２０２２－１２３４６１号公報（特願２０２１－０２０７９２）に開示されている構成を採用することができる。
【0016】
免震層１２には、ダンパー装置１及び免震装置１１が設置されている。免震装置１１は、上部構造体１８の柱の直下に配置されている。図２に示すように、ダンパー装置１は建物１０の外周に沿って配置されている。なお、ダンパー装置１及び免震装置１１の配置位置及び台数は、適宜設定可能である。ダンパー装置１は外周よりも内側に配置されていてもよい。
【0017】
図３に示すように、上部構造体１８に設けられた上部接合部１８ａと、下部構造体１９に設けられた下部接合部１９ａとの間に免震装置１１が設置されている。
【0018】
ダンパー装置１は、鋼材ダンパー装置１Ｘと、オイルダンパー（制振部材）２と、を備えている。鋼材ダンパー装置１Ｘは、タイロッド（引張材）３と、回動固定部４と、ストッパー部材（ストッパー機構）５と、トラニオン部材６と、を備えている。鋼材ダンパー装置１Ｘは、いわゆる免震用ギャップ付き鋼材ダンパーである。回動固定部４及びトラニオン部材６は、タイロッド３に設けられ、オイルダンパー２の水平二方向の変位にタイロッド３を追従させるものである。オイルダンパー２の変位は、免震層１２の変位と同一である。
【0019】
ダンパー装置１は、下部構造体１９の大梁１６に支持され上方に延びる束柱１６ａと、上部構造体１８の大梁１７に支持され下方に延びる束柱１７ａとの間に設置されている。
【0020】
大梁１６，１７の延在方向をＸ方向とする。水平方向のうちＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。
【0021】
オイルダンパー２は、伸縮方向（軸方向）をＸ方向に向けている。オイルダンパー２は、束柱１６ａ，１７ａの間に配置されている。
【0022】
束柱１６ａには、接合プレート１６ｂが設けられている。オイルダンパー２の一方の端部２１は、接合プレート１６ｂに設けられたダンパー接合部１６ｃに取り付けられている。オイルダンパー２の端部２１は、ダンパー接合部１６ｃに対して上下方向を軸線方向として軸線回りに回動可能に取り付けられている。
【0023】
束柱１７ａには、接合プレート１７ｂが設けられている。オイルダンパー２の他方の端部２２は、接合プレート１７ｂに設けられたダンパー接合部１７ｃに取り付けられている。オイルダンパー２の端部２２は、ダンパー接合部１７ｃに対して上下方向を軸線方向として軸線回りに回動可能に取り付けられている。
【0024】
タイロッド３は、鋼材ダンパーである。タイロッド３は、オイルダンパー２と並列に設けられている。タイロッド３は、棒状に形成された軸部３０を有している。軸部３０の長さ方向は、オイルダンパー２の伸縮方向（Ｘ方向）と平行である。タイロッド３は、オイルダンパー２の周囲に複数本配置されている。束柱１６ａ，１７ａの偏心曲げ及びねじりを回避するために、タイロッド３はオイルダンパー２の上下またはＹ方向の両側（左右両側）にバランスよく配置されている。本実施形態では、オイルダンパー２の上下及びＹ方向の両側に４本配置されている。
【0025】
タイロッド３の一方の端部３１は、接合プレート１６ｂに設けられた上下のタイロッド接合部１６ｄに回動固定部４を介して取り付けられている。タイロッド３の端部３１は、タイロッド接合部１６ｄにピン支持されている。タイロッド３の端部３１は、タイロッド接合部１６ｄに対して上下方向を軸線方向として軸線回りに回動可能に取り付けられている。
【0026】
回動固定部４は、締結部材１６２を有している。タイロッド接合部１６ｄは、上下２枚の板状部材である。２枚のタイロッド接合部１６ｄは、タイロッド３の端部３１を上下方向から挟み込んでいる。上下２枚のタイロッド接合部１６ｄ及びタイロッド３の端部３１に形成された貫通孔に、上下方向を軸線方向とする締結部材１６２が挿通されている。締結部材１６２は、タイロッド接合部１６ｄ及びタイロッド３の端部３１を、締結部材１６２の軸線方向回りに回動可能に接合している。タイロッド３は、タイロッド接合部１６ｄに対して、締結部材１６２を中心に回動可能とされている。
【0027】
図４に示すように、タイロッド３の他方の端部３２には、ストッパー部材５が設けられている。タイロッド３の軸部３０には、トラニオン部材６が設けられている。トラニオン部材６は、オイルダンパー２のＸ方向及びＹ方向（水平二方向）の変位にタイロッド３を追従させるものである。
【0028】
図３に示すように、束柱１７ａには、上下方向に離間して３枚の接合プレート１７１が固定されている。上側の接合プレート１７１と上下方向の中間の接合プレート１７１との間には、上側に位置するタイロッド３のトラニオン部材６が配置されている。上下方向の中間の接合プレート１７１と下側の接合プレート１７１との間には、下側に位置するタイロッド３のトラニオン部材６が配置されている。
【0029】
接合プレート１７１には、上下方向に向かい合う他の接合プレート１７１側を向く面に取付プレート１７２が固定されている。取付プレート１７２は、板状に形成されている。取付プレート１７２の板面は、上下方向を向いている。
【0030】
図４に示すように、ストッパー部材５とトラニオン部材６との間には、通常の状態（オイルダンパー２に変位が生じていない初期設定位置）で軸方向に距離Ｇ離間している。距離Ｇは、オイルダンパー２の引張方向の変位を許容するギャップ量である。
【0031】
力が作用して、オイルダンパー２が一方向（Ｘ方向）に変位した場合について説明する。
ダンパー装置１にＸ方向の圧縮力（束柱１６ａと束柱１７ａとを近接させる方向の力）が作用すると、オイルダンパー２の全長（端部２１と端部２２との離間距離）が短くなるように変位する。これにともない、トラニオン部材６内をタイロッド３の軸部３０が摺動し、トラニオン部材６が回動固定部４に近接する方向に変位する。
ダンパー装置１にＸ方向の圧縮力（束柱１６ａと束柱１７ａとを近接させる方向の力）が作用すると、オイルダンパー２の全長（端部２１と端部２２との離間距離）が短くなるように変位する。これにともない、トラニオン部材６内をタイロッド３の軸部３０が摺動し、トラニオン部材６が回動固定部４に近接する方向に変位する。
【0032】
ダンパー装置１にＸ方向の引張力（束柱１６ａと束柱１７ａとを離間させる方向の力）が作用すると、オイルダンパー２の全長（端部２１と端部２２との離間距離）が長くなるように変位する。これにともない、トラニオン部材６内をタイロッド３の軸部３０が摺動し、トラニオン部材６が回動固定部４から離間し、ストッパー部材５に近接する方向に変位する。
【0033】
Ｌ２地震動に対してはダンパー装置（以下、「可変剛性ダンパー」または「免震用可変剛性ダンパー」と称することがある）１に応力が生じないようにギャップの設定を行って、可変剛性ダンパー１を機能させない通常の免震建物としての設計を行う。例えば、Ｌ２地震動に対する免震層１２の最大応答変位の目標を積層ゴムのせん断歪２００％以下（免震装置１１の総ゴム厚さ２５０ｍｍの場合、５００ｍｍ）とした場合に、ギャップ量Ｇを５００ｍｍ以上として設定を行う。
【0034】
Ｌ３地震動に対しては、可変剛性ダンパー１のギャップ量ＧをＬ２地震動の免震層の最大応答変位からＬ３地震動に対する最大応答変位の目標としてせん断歪２５０％以下の範囲の中で、建物の加速度および変位の分布が所定の範囲に納まるように設定をする。こうすることで、Ｌ２地震動に対する最大応答加速度を低減したまま、免震層１２の最大応答変位を抑制し、免震装置１１の状態を性能保証変形以下とすることを目標とする。
【0035】
【0036】
オイルダンパー２は、ギャップ量Ｇが消失した際に、上部構造体１８に移行する運動エネルギーＥ２（運動エネルギーＥ２の詳細については後述する）吸収する目的で設置されている。
【0037】
（ギャップ量の設定手法）
次に、具体的なギャップ量の設定手法について述べる。なお、免震用可変剛性ダンパー１は、Ｌｖ２（＝Ｌ２）を超える地震動が対象であるため、免震層の性能保証変形などＬＶ２のクライテリアを超える変形領域で作用させることを前提とする。
次に、具体的なギャップ量の設定手法について述べる。なお、免震用可変剛性ダンパー１は、Ｌｖ２（＝Ｌ２）を超える地震動が対象であるため、免震層の性能保証変形などＬＶ２のクライテリアを超える変形領域で作用させることを前提とする。
【0038】
（１）建物を免震層含め１質点系でモデル化する場合
簡易なギャップ量の設定手法として、建物を図7のように免震層を含めた１質点系でモデル化した場合を示す。図８は建物が弾性応答すると仮定した際の免震用可変剛性ダンパーがある場合とない場合の免震層の荷重変形関係の例である。免震用可変剛性ダンパーがない場合のＬｖ２を超える地震で生じる応答変形をδとし、免震用可変剛性ダンパーを付加した建物の目標応答変形をδＬとして、目標応答変形δＬを超える範囲の変形エネルギーをＥｕとする。一方、設定したギャップ量δＧＡＰから免震用可変剛性ダンパーが作用して吸収するエネルギーをＥｔとする。Ｎｅｗｍａｒｋのエネルギー一定則から、Ｅｔ≧Ｅｕとなるとき、免震建物の応答変形は目標応答変形δＬ以下に納まる。すなわち、Ｅｔ≧Ｅｕが成り立つような免震用可変剛性ダンパーの剛性ｋｇ及び降伏荷重Ｑｔとギャップ量δＧＡＰを設定する。
・ｋＩＳＯ：免震層剛性
・Ｅｔ：免震用可変剛性ダンパーの塑性変形エネルギー
・Ｅｕ：目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー
簡易なギャップ量の設定手法として、建物を図7のように免震層を含めた１質点系でモデル化した場合を示す。図８は建物が弾性応答すると仮定した際の免震用可変剛性ダンパーがある場合とない場合の免震層の荷重変形関係の例である。免震用可変剛性ダンパーがない場合のＬｖ２を超える地震で生じる応答変形をδとし、免震用可変剛性ダンパーを付加した建物の目標応答変形をδＬとして、目標応答変形δＬを超える範囲の変形エネルギーをＥｕとする。一方、設定したギャップ量δＧＡＰから免震用可変剛性ダンパーが作用して吸収するエネルギーをＥｔとする。Ｎｅｗｍａｒｋのエネルギー一定則から、Ｅｔ≧Ｅｕとなるとき、免震建物の応答変形は目標応答変形δＬ以下に納まる。すなわち、Ｅｔ≧Ｅｕが成り立つような免震用可変剛性ダンパーの剛性ｋｇ及び降伏荷重Ｑｔとギャップ量δＧＡＰを設定する。
・ｋＩＳＯ：免震層剛性
・Ｅｔ：免震用可変剛性ダンパーの塑性変形エネルギー
・Ｅｕ：目標応答変形を超える範囲の変形エネルギー
【0039】
ここで、図７に示す１質点系の諸元を表１で与えた場合について、Ｅｔ≧Ｅｕが成り立つ免震用可変剛性ダンパーの本数を算出する。表２の通り、ギャップ量を５５０ｍｍ、目標応答変形を６５０ｍｍ、Ｌｖ２を超える地震応答時の変形を７００ｍｍに設定した。なお、免震用可変剛性ダンパーの１本あたりの諸元は表３である。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
Ｅｕは、式（１）で表される。
【0044】
【数1】
【0045】
ロッド１本当たりのＥｕをＥｔ１とすると、Ｅｔ１は、式（２）で表される。
【0046】
【数2】
【0047】
ロッドの必要本数Ｎは、式（３）のように求める。
【0048】
【数3】
【0049】
本設計手法の妥当性を検証するため、図７の１質点系モデルについて上記で算出した免震用可変剛性ダンパーのロッド本数３９本を付加して時刻歴応答解析を行った。また、比較として２０本だけ付加した場合についても検討した。なお、入力は地盤に７００ｍｍの強制変位（図９）を瞬間的に与え、自由振動させてその応答変位を免震用可変剛性ダンパーの有無で比較した。
【0050】
解析の結果、図１０に示すように、本設計手法を用いて決めたロッド本数の３９本を付加することで、最大変形６５ｃｍ≧６５ｃｍで目標応答変形以下に免震層変形が収まることが確認できる。一方、図１１に示すように、２０本では、最大変形６７ｃｍ≧６５ｃｍで変形が目標に収まっていない。よって、本手法が妥当であると判断できる。
【0051】
（２）建物を免震層と上部構造の2質点系でモデル化する場合
次に、建物を免震層と上部構造（上部構造体１８）の２質点系でモデル化する場合について述べる。実際の建物は上部構造が剛ではない。そこで、図１２のように上部構造の変形を考慮できる２質点系でモデル化することで免震層の応答をより忠実に再現する。免震用可変剛性ダンパーのギャップが消失して作用すると、免震層の変形が抑制されるため、上部構造に変形が移行する。ゆえに、運動エネルギーも免震層から上部構造に移行するためＥｕは減少し、１質点系でモデル化した場合と比べて免震層に必要なロッド本数が少なく算出される。
次に、建物を免震層と上部構造（上部構造体１８）の２質点系でモデル化する場合について述べる。実際の建物は上部構造が剛ではない。そこで、図１２のように上部構造の変形を考慮できる２質点系でモデル化することで免震層の応答をより忠実に再現する。免震用可変剛性ダンパーのギャップが消失して作用すると、免震層の変形が抑制されるため、上部構造に変形が移行する。ゆえに、運動エネルギーも免震層から上部構造に移行するためＥｕは減少し、１質点系でモデル化した場合と比べて免震層に必要なロッド本数が少なく算出される。
【0052】
すなわち、２質点系でモデル化して、必要なロッド本数を算出できればより合理的に免震層に付加すべき免震用可変剛性ダンパーの本数を決定できる。以下に、２質点系モデルの場合の必要本数の算出手法について示す。
【0053】
【0054】
図１２に示す２質点系の諸元を、表４に示す。表５の通り、ギャップ量を５５０ｍｍ、目標応答変形を６５０ｍｍ、Ｌｖ２を超える地震応答時の変形を７００ｍｍに設定した。なお、免震用可変剛性ダンパーの１本あたりの諸元は表６である。
【0055】
【表4】
【0056】
【表5】
【0057】
【表6】
【0058】
１質点系の場合と同様にエネルギーの釣り合いから、ロッドの必要本数を算出する。
ギャップ消失以降に質点ｍ１が消費するエネルギーをＥ１とし、質点ｍ２が消費するエネルギーをＥ２とする。一方、免震用可変剛性ダンパーが無いとした場合にギャップ量以降でｍ１が消費するエネルギーをＥｕとする。
Ｅｕは、式（４）で表される。
ギャップ消失以降に質点ｍ１が消費するエネルギーをＥ１とし、質点ｍ２が消費するエネルギーをＥ２とする。一方、免震用可変剛性ダンパーが無いとした場合にギャップ量以降でｍ１が消費するエネルギーをＥｕとする。
Ｅｕは、式（４）で表される。
【0059】
【数4】
【0060】
すなわち、Ｅ１＋Ｅ２≧Ｅｕであれば、免震層変形は目標応答変形δ１Ｌ以下に収まる。
【0061】
δ２pは質免震用可変剛性ダンパーが作用した場合の質点ｍ２の変形量を表し、δ２は免震用可変剛性ダンパーがない場合の質点ｍ１がδ１Ｌ変形したときの質点ｍ２の変形量を表す。また、点ｍ１とｍ２の剛性比に応じて変形すると仮定すれば、２層目と１層目の固有ベクトル比γ(=ｒ２／ｒ１)を用いてδ２p、δ２のそれぞれを推測できる。なお、固有ベクトル比γは式（５）で求めることができる。図１４に、免震用可変剛性ダンパーを付加する前の１次固有モードを示す。
【0062】
【数5】
【0063】
免震用可変剛性ダンパーを付加した免震層において、ギャップ消失δ１ＧＡＰ以降からδ１Ｌまでの等価剛性をαｋ１とする。
【0064】
ロッド本数を１質点系で必要だった３９本とするとｋｇは３９×５８，０００ｋＮ／ｍであり、等価剛性αｋ１は、αｋ１＝Ｑｔ×ｎ／（δ１－δ１Ｌ）＋ｋ１＝７４８×３９／（（７００‐６５０）／１０００）＋８４３２０＝６６７７６０ｋＮ／ｍとなる。
したがって、γａ＝１．５０３となる。図１５に、免震用可変剛性ダンパーを考慮した場合の１次固有モードを示す。
したがって、γａ＝１．５０３となる。図１５に、免震用可変剛性ダンパーを考慮した場合の１次固有モードを示す。
【0065】
ここで、質点ｍ２における消費エネルギーＥ２を、固有ベクトル比γａを用いて算出する。
【0066】
剛性が変化するδ１ＧＡＰを起点に考えて、免震用可変剛性ダンパーを付加したことによる上部構造の変形量の増加Δ２を式（６）で表す。
【0067】
【数6】
【0068】
ゆえに、質点ｍ２における消費エネルギーＥ２は、式（７）で表される。
【0069】
【数7】
【0070】
ギャップ消失以降に質点ｍ１が消費するエネルギーをＥ１は、式（８）で表される。
【0071】
【数8】
【0072】
よって、Ｅ１＋Ｅ２＝２９０２＋１３３９＝４２４１ｋＮｍ
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ≦Ｅ１＋Ｅ２となり満足する。
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ≦Ｅ１＋Ｅ２となり満足する。
【0073】
次に、タイロッド本数を２８本に減らして検討する。αｋ１は、式（９）で表される。
【0074】
【数9】
【0075】
したがって、γａ＝１．３７６となる。Ｅ２は、式（１０）で表される。
【0076】
【数10】
【0077】
Ｅ１は、式（１１）で表される。
【0078】
【数11】
【0079】
よって、Ｅ１＋Ｅ２＝２０８３＋８９４＝２９７８ｋＮｍ
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ≦Ｅ１＋Ｅ２となり満足する。
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ≦Ｅ１＋Ｅ２となり満足する。
【0080】
参考として、タイロッド本数を１２本へさらに減らして検討する。αｋ１は、式（１２）で表される。
【0081】
【数12】
【0082】
したがって、γａ＝１．１９４となる。Ｅ２は、式（１３）で表される。
【0083】
【数13】
【0084】
Ｅ１は、式（１４）で表される。
【0085】
【数14】
【0086】
よって、Ｅ１＋Ｅ２＝８９３＋３４２＝１２３５ｋＮｍ
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ＞Ｅ１＋Ｅ２となり不足する。
ここで、Ｅｕ＝２８４６ｋＮｍであるから、Ｅｕ＞Ｅ１＋Ｅ２となり不足する。
【0087】
２質点系モデルについて、地盤に７００ｍｍの強制変位を瞬間的に与え自由振動させて、応答変位を免震用可変剛性ダンパーの有無で比較した。
【0088】
解析の結果、図１６に示すように、本設計手法を用いて決めたロッド本数の２８本を付加することで、最大変形６５ｃｍ≧６５ｃｍで目標応答変形以下に免震層変形が収まることが確認できる。一方、図１７に示すように、１２本では、最大変形６８ｃｍ≧６５ｃｍで変形が目標に収まっていない。よって、本手法が妥当であると判断できる。
【0089】
次に、地震応答解析でも同様の結果が得られるかを確認した。入力地震動はＬｖ２（神戸ＮＳ位相）の２倍波と基整促波（ＯＳ１）の原波である。図１８（ａ）にＬｖ２（神戸ＮＳ位相）の２倍波での免震層応答変形の時刻歴を示し、図１８（ｂ）にＬｖ２（神戸ＮＳ位相）の２倍波での免震層の荷重－変形関係を示す。図１９（ａ）に基整促波（ＯＳ１）の原波での免震層応答変形の時刻歴を示し、図１９（ｂ）に基整促波（ＯＳ１）の原波での免震層の荷重－変形関係を示す。図１９（ｂ）より、長時間地震動では繰り返し作用する計算（エネルギー一定則）に対しやや不足するが、ロッド本数のオーダーは十分に推定できることが分かる。いずれもδ１はおよそ７０ｃｍである２８本で目標応答変形δ１Ｌに概ね収まっている。
以上より、２質点系における変形エネルギー一定則に基づく設計手法の妥当性が示せた。
以上より、２質点系における変形エネルギー一定則に基づく設計手法の妥当性が示せた。
【0090】
このように構成されたダンパー装置１及び建物１０では、Ｌ３未満の地震動では、上部構造体１８の床面加速度を増加させることなく、免震層１２の変形を低減することができる。
【0091】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0092】
例えば、図２０に示すように、建物１０Ａに、ダンパー装置１に加えて、上部構造体１８にオイルダンパー４１や鋼材ダンパー４２などの制振装置４０を設置してもよい。なお、制振装置４０は上部構造体１８の各層に連続して設けられることが望ましいが、層を跨いで設置したり、特定の層にだけ設置したりしてもよい。
【0093】
上部構造体１８にダンパー装置１を設置したことによる効果について検証した。地上１０階（上部構造体１８）、地下１階（下部構造体１９）、地上と地下との間に免震層１２を有する１１層の建物モデルを設定した。当該建物モデルを対象に、Ｌｖ２を超える地震動を入力とする時刻歴応答解析を行った。ダンパー装置（免震用可変剛性ダンパー）１の有無、さらに免震用可変剛性ダンパー１有かつ上部構造体１８の各層にオイルダンパー４１を設置した場合について、免震層変形を比較した。
【0094】
図２１及び図２２に示すように、１回目の免震用可変剛性ダンパー１の作用によって、上部構造体１８に運動エネルギーが移行する。この反動によって、２回目作用で表されるように、反対方向への免震層１２の振幅がかえって大きくなっていることが分かる。
【0095】
一方、図２３及び図２４は、上部構造体１８の各層にオイルダンパー４１を設置した場合との比較である。１回目の免震用可変剛性ダンパー１の作用直後の振幅が、上部構造体１８にオイルダンパー４１を設置しない場合と比べて大きく減少していることが分かる。すなわち、上部構造体１８にオイルダンパー４１などの制振装置４０を付加することにより、上部構造体１８でエネルギー吸収して上部構造体１８に運動エネルギーが蓄えられることを抑制し、反対方向の振幅を低減できる。
【0096】
以上より、上部構造体１８に制振装置４０を設置してエネルギー吸収することが、免震用可変剛性ダンパー１が作用した直後の反対方向への振幅の抑制に効果があることを確認できた。
【0097】
また、上記に示す実施形態では、ダンパー装置１の構成として、特開２０２２－１２３４６１号公報（特願２０２１－０２０７９２）を例に挙げて説明したが、これに限られない。いわゆる免震用ギャップ付き鋼材ダンパーに適用可能である。
【0098】
２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｇｏａｌｓ：ＳＤＧｓ）」がある。本実施形態に係るビス打ち装置１は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「９．産業と技術革新の基盤をつくろう」の目標などの達成に貢献し得る。
【符号の説明】
【0099】
１ ダンパー装置
３ タイロッド（引張材）
１２ 免震層
１８ 上部構造体
１９ 下部構造体
３ タイロッド（引張材）
１２ 免震層
１８ 上部構造体
１９ 下部構造体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】