特開 2024-57697 免震構造

(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】P2024057697

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】免震構造

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20240418BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 331Z

F16F15/02 A

F16F15/02 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164519

(22)【出願日】2022-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】中井 武

(72)【発明者】

【氏名】栗野 治彦

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AB10

2E139BA12

2E139BA53

2E139BC16

2E139BD35

2E139BD38

2E139CA02

2E139CA11

2E139CA21

2E139CC02

3J048AC04

3J048BE01

3J048CB21

3J048EA38

(57)【要約】

【課題】対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大する。
【解決手段】免震構造１は、基礎構造体９１に接続されると共に建物９２に接続された第１主弾性要素２１と、基礎構造体９１に接続されると共に建物９２に接続された第１可変弾性要素２２と、を備える。第１可変弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１副弾性部材２２１に対して直列に接続されると共に互いに異なる複数の減衰係数（ｃ_Ｘ１，ｃ_Ｘ２，・・・）を相互に切り替え可能な第１可変減衰部材２２２と、を含む。建物９２、第１主弾性要素２１及び第１可変弾性要素２２は、第１可変減衰部材２２２における減衰係数（ｃ_Ｘ１，ｃ_Ｘ２，・・・）に応じた共振振動数（ω_Ｘ１，ω_Ｘ２，・・・）を発揮する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部構造体と上部構造体との間に配置される免震構造であって、
前記下部構造体に接続されると共に前記上部構造体に接続された主弾性要素と、
前記下部構造体に接続されると共に前記上部構造体に接続された可変弾性要素と、を備え、
前記可変弾性要素は、副弾性部材と、前記副弾性部材に対して直列に接続されると共に互いに異なる複数の減衰係数を相互に切り替え可能な可変減衰部材と、を含み、
質量体である前記上部構造体、前記主弾性要素及び前記可変弾性要素は、前記可変減衰部材における前記減衰係数に応じた共振振動数を発揮する、免震構造。

【請求項2】

前記複数の減衰係数を相互に切り替えるための制御信号を前記可変減衰部材に与えるコントローラをさらに備える、請求項１に記載の免震構造。

【請求項3】

前記上部構造体または下部構造体に設置されて、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに関する情報を取得すると共に取得した前記情報を前記コントローラに与えるセンサをさらに備える、請求項２に記載の免震構造。

【請求項4】

前記可変減衰部材は、
速度に応じた減衰力を発生することによって前記複数の減衰係数を発生するダンパ部と、
前記ダンパ部を構成する部品の速度又は変位に応じて前記ダンパ部が発生する前記複数の減衰係数を相互に切り替える切替部と、を有する、請求項１に記載の免震構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、免震構造に関する。

【背景技術】

【0002】

免震構造は、免震層によって外部から加わるエネルギを吸収することによって、免震構造の適用対象である上部構造体に発生する損傷を抑制する。一般に、免震構造は、その特性が固定されている。例えば、免震構造を構成するオイルダンパの減衰係数は、入力の状態によらず一定である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６７８５６３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

建物が受ける地震力は、地震動の特性及び上部構造体の特性などに大きな影響を受ける。従って、免震構造の設計にあっては、免震の対象とする地震動の特性が予め条件として与えられる。例えば、免震構造は、大地震に対応するものとして設けられることがある。また、免震構造は、中小地震に対応するものとして設けられることもある。

【0005】

免震の対象としなかった特性を有する地震が建物に入力された場合には、所望の免震の効果を得ることができないことがあり得る。つまり、大地震に対応するものとして設けられた免震構造は、中小地震に対して十分な免震の効果を得ることができない。また、中小地震に対応するものとして設けられた免震構造は、大地震が発生したときに免震構造に損害が生じる可能性がある。

【0006】

例えば、特許文献１は、減衰力の大きさを変更できるオイルダンパを開示する。特許文献１のオイルダンパは、免震層の振幅が一定の閾値を超えた際に、オイルダンパの減衰力を急激に上げることによって過大な変形を抑制することができる。

【0007】

特許文献１が開示するようなオイルダンパを免震構造の構成要素として採用することにより、免震構造が対応可能な地震の特性の範囲を拡大することができる。しかし、当該技術分野では、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することが可能な免震構造が望まれていた。

【0008】

そこで、本発明は、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することが可能な免震構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一形態は、下部構造体と上部構造体との間に配置される免震構造である。免震構造は、下部構造体に接続されると共に上部構造体に接続された主弾性要素と、下部構造体に接続されると共に上部構造体に接続された可変弾性要素と、を備える。可変弾性要素は、副弾性部材と、副弾性部材に対して直列に接続されると共に互いに異なる複数の減衰係数を相互に切り替え可能な可変減衰部材と、を含む。質量体である上部構造体、主弾性要素及び可変弾性要素は、可変減衰部材における減衰係数に応じた共振振動数を発揮する。

【0010】

免震構造は、主弾性要素と可変弾性要素とを備えている。ここで、可変弾性要素は、副弾性部材に対して直列に接続された可変減衰部材を有しており、この可変減衰部材の減衰係数を切り替えることによって、可変弾性要素のバネ定数を切り替えることができる。可変弾性要素のバネ定数が変わると、主弾性要素のバネ定数と可変弾性要素のバネ定数とによって決まる共振振動数が変わる。つまり、免震構造の振動特性を切り替えることができる。従って、免震構造は、可変減衰部材の減衰係数を切り替えることによって、免震構造が対応可能な地震の特性の範囲も切り替えることができる。そうすると、免震構造が対応可能な地震の特性の範囲は、ある減衰係数に設定したときに対応可能な地震の特性範囲と、別の減衰係数に設定したときに対応可能な地震の特性範囲と、の和として考えることができる。従って、免震構造は、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することができる。

【0011】

上記の免震構造は、複数の減衰係数を相互に切り替えるための制御信号を可変減衰部材に与えるコントローラをさらに備えてもよい。この構成によれば、可変減衰部材を外部から制御することができる。

【0012】

上記の免震構造は、上部構造体または下部構造体に設置されて、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに関する情報を取得すると共に取得した情報をコントローラに与えるセンサをさらに備えてもよい。この構成によれば、上部構造体または下部構造体の所望の位置における、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに応じて、可変減衰部材の減衰係数を切り替えることができる。つまり、免震構造が対応可能な地震の特性範囲を上部構造体または下部構造体の所望の位置における、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに応じて切り替えることができる。

【0013】

上記の免震構造において、可変減衰部材は、速度に応じた減衰力を発生することによって複数の減衰係数を発生するダンパ部と、ダンパ部を構成する部品の速度又は変位に応じてダンパ部が発生する複数の減衰係数を相互に切り替える切替部と、を有してもよい。この構成によれば、可変減衰部材自身が減衰係数を切り替える機能を有する。従って、免震構造を構成するために要する部品の数を減らすことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することが可能な免震構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、免震構造を設置した建物を示す側面図である。

【図2】図２は、免震構造の構造を示す分解斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、図２に示す免震構造をＹ方向からみた側面図である。図３（ｂ）は、図２に示す免震構造をＸ方向からみた別の側面図である。

【図4】図４は、図２に示す免震構造をＺ方向からみた平面図である。

【図5】図５は、図２に示す免震構造を力学モデルとして示す図である。

【図6】図６（ａ）は、図２に示す免震構造においてＸ方向の力学モデルを示す図である。図６（ｂ）は、図２に示す免震構造においてＹ方向の力学モデルを示す図である。

【図7】図７は、コントローラの物理的な構成の示す概略図である。

【図8】図８は、変形例である免震構造を示す平面図である。

【図9】図９は、別の変形例である免震構造を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示される本実施形態に係る免震構造１は、基礎構造体９１（下部構造体）と建物９２（上部構造体）との間に配置されている。免震構造１によれば、基礎構造体９１から建物９２に与えられるエネルギを効果的に吸収することができる。その結果、建物９２の損傷を抑制することができる。

【0018】

図２は、図１に示す免震構造１の分解斜視図である。図３（ａ）は、図２に示す免震構造をＹ方向からみた側面図である。図３（ｂ）は、図２に示す免震構造をＸ方向からみた別の側面図である。図４は、図２に示す免震構造をＺ方向からみた平面図である。免震構造１は、４個の第１支承装置１２と、２個の第２支承装置１３と、２個の第１可変減衰装置１４と、２個の第２固定減衰装置１５と、センサ１６と、コントローラ１７と、を有する。なお、上記支承装置及び減衰装置の数は例示であるから、免震構造１が備えるこれらの装置の数は、適宜変更が可能である。

【0019】

第１支承装置１２は、基礎構造体９１及び建物９２に固定されている。免震構造１は、４個の第１支承装置１２を含み、それぞれの第１支承装置１２は、基礎構造体９１に対して矩形の角部に対応する位置に配置されている。第１支承装置１２は、基礎構造体９１に固定される下部固定面１２１と、建物９２に固定される上部固定面１２２と、下部固定面１２１及び上部固定面１２２との間に配置したせん断変形部１２３と、を有する。

【0020】

下部固定面１２１及び上部固定面１２２における固定箇所は、剛体とみなし、免震特性に有意な影響を及ぼさないものとする。第１支承装置１２は、建物９２を支持する。第１支承装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに変形可能である。この変形とは、下部固定面１２１に対して上部固定面１２２の位置が、Ｘ方向及び／又はＹ方向にずれることをいう。この変形は、例えば、積層ゴム構造を有するせん断変形部１２３によってなされる。そして、第１支承装置１２は、Ｘ方向への変形のしやすさと、Ｙ方向への変形のしやすさに、有意な差異がない。換言すると、第１支承装置１２は、Ｘ方向のバネ定数と、Ｙ方向のバネ定数とに有意な差異がない。なお、第１支承装置１２は、積層ゴム、転がり支承、すべり支承、球面すべり支承等の構造を採用してよい。

【0021】

第２支承装置１３は、建物９２及び第１可変減衰装置１４に固定されている。単体の第２支承装置１３の具体的な構成について、単体の第１支承装置１２と共通する内容は詳細な説明を省略する。

【0022】

免震構造１は、２個の第２支承装置１３を含み、それぞれの第２支承装置１３は、基礎構造体９１に対してＹ方向に沿って並んでいる。第２支承装置１３は、第１可変減衰装置１４に連結される下部固定面１３１と、建物９２に固定される上部固定面１３２と、下部固定面１３１及び上部固定面１３２との間に配置したせん断変形部１３３と、を有する。

【0023】

第１支承装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに変形可能であり、それぞれの変形に応じた復元力を発生する。従って、後に説明する免震構造１の力学モデルにおいて、第１支承装置１２は、Ｘ方向の力学モデルに現れるし（図６（ａ）参照）、Ｙ方向の力学モデルにも現れる（図６（ｂ）参照）。一方、第２支承装置１３は、Ｘ方向およびＹ方向に変形可能であり、Ｘ方向には復元力を発生するが、Ｙ方向には復元力を発生しないとする。従って、後に説明する免震構造の力学モデルにおいて、第２支承装置１３は、Ｘ方向の力学モデルにのみ現れ（図６（ａ）参照）、Ｙ方向の力学モデルには現れない（図６（ｂ）参照）。

【0024】

本実施形態の第２支承装置１３は、下部固定面１３１が基礎構造体９１に固定されていることを要しない。本実施形態では、第２支承装置１３の下部固定面１３１は、基礎構造体９１に接していないとして説明する。なお、第２支承装置１３の下部固定面１３１が基礎構造体９１に接している例示については、変形例として後述する。

【0025】

第１可変減衰装置１４は、基礎構造体９１及び第２支承装置１３に固定されている。第１可変減衰装置１４は、減衰係数（ｃ_Ｘ）を所望の値に設定可能な構成であれば、任意の装置を採用してよい。例えば、第１可変減衰装置１４として線形のオイルダンパを用いてもよい。第１可変減衰装置１４は、例えば、Ｘ方向に沿って並ぶ一対の第１支承装置１２の間に配置されている。第１可変減衰装置１４は、基礎構造体９１に固定される固定端１４１と、第２支承装置１３に固定される固定端１４２と、減衰力を発生する減衰力発生部１４３と、を有する。減衰力発生部１４３は、固定端１４１、１４２の相対的な速度差に比例する減衰力を生じる。第１可変減衰装置１４は、Ｘ方向に沿った減衰力を生じるように、軸線がＸ方向と平行になるように配置されている。

【0026】

第１可変減衰装置１４は、減衰係数（ｃ_Ｘ）をいくつかの値に切り替えることができる。例えば、第１可変減衰装置１４は、第１減衰係数（ｃ_Ｘ１）と、第２減衰係数（ｃ_Ｘ２）と、を相互に切り替えることができる。第１可変減衰装置１４は、さらに第３、第４～第Ｎ減衰係数（ｃ_Ｘ３、ｃ_Ｘ４～ｃ_ＸＮ）を相互に切り替えるものであってよい。このような第１可変減衰装置１４は、オイルダンパであり、当該オイルの流路構成を切り替えることによって、減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えるものが例示できる。

【0027】

第１可変減衰装置１４が行う第１減衰係数（ｃ_Ｘ１）から第２減衰係数（ｃ_Ｘ２）への切り替え、及び、第２減衰係数（ｃ_Ｘ２）から第１減衰係数（ｃ_Ｘ１）への切り替えは、自動制御によって実行されてもよい。

【0028】

自動制御は、地動の加速度を計測する加速度計といったセンサ１６と、センサ１６が取得した情報を分析して時々刻々に第１可変減衰装置１４の減衰特性（減衰係数（ｃ_Ｘ））を操作するコントローラ１７（制御装置）と、により実行することができる。コントローラ１７は、センサ１６からの情報に基づき、予め記録されるアルゴリズムによって、第１可変減衰装置１４の制御の要否を判断してもよい。この場合には、コントローラ１７は、第１可変減衰装置１４であるオイルダンパに制御信号φ２を送る。次に、制御信号φ２を受けたオイルダンパは、内部の油圧弁を開閉する。その結果、オイルダンパにおける作動油が流れる経路が切り替えられるので、作動油が受ける抵抗が切り替わる。つまり、オイルダンパが発生する減衰係数（ｃ_Ｘ）が切り替わる。

【0029】

第２固定減衰装置１５は、基礎構造体９１及び建物９２に固定されている。第２固定減衰装置１５は、例えば、Ｙ方向に沿って並ぶ一対の第１支承装置１２の間に配置されている。第２固定減衰装置１５は、基礎構造体９１に固定される固定端１５１と、建物９２に固定される固定端１５２と、減衰力を発生する減衰力発生部１５３と、を有する。第２固定減衰装置１５は、Ｙ方向に沿った減衰力を生じるように、軸線がＹ方向と平行になるように配置されている。

【0030】

Ｘ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、建物９２の質量、第１支承装置１２のバネ定数、第２支承装置１３のバネ定数及び第１可変減衰装置１４の減衰係数（ｃ_Ｘ）に基づく。つまり、Ｘ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、第１可変減衰装置１４の影響を受ける。換言するとＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、建物９２の質量、第１支承装置１２のバネ定数及び第２支承装置１３のバネ定数だけでは定まらず、第１可変減衰装置１４の減衰係数（ｃ_Ｘ）が決まることによって定まる。第１可変減衰装置１４の減衰係数（ｃ_Ｘ）は、第２支承装置１３のバネ定数に影響を及ぼす。第１可変減衰装置１４の減衰係数（ｃ_Ｘ）の影響を受けた第２支承装置１３のバネ定数を、「見かけのバネ定数（αｋ_Ｘ’）」とも称する。

【0031】

一方、Ｙ方向の共振振動数（ω_Ｙ）は、建物９２の質量及び第１支承装置１２のバネ定数に基づく。つまり、Ｙ方向の共振振動数（ω_Ｙ）は、第２固定減衰装置１５の影響を実質的に受けない。

【0032】

＜センサ＞
センサ１６は、対象物における振動の変位、速度、加速度を測定する。センサ１６を設置する位置は、特に限定はない。図２の例示では、センサ１６は、基礎構造体９１に設けている。また、センサ１６は、建物９２に設けてもよく、基礎構造体９１と建物９２の両方に設けてもよい。センサ１６は、コントローラ１７に接続されている。接続の構成は、有線であってもよいし、無線であってもよい。センサ１６は、測定した変位、速度又は加速度に関するセンサ信号φ１をコントローラ１７に与える。センサ１６は、所定の時間が経過する毎にセンサ信号φ１をコントローラ１７に与えることとしてよい。また、所定の時間は、センサ１６が測定する変位、速度又は加速度の内容（例えば周期等）に応じて、変更してもよい。さらに、センサ１６は、コントローラ１７の求めに起因せず、主体的にセンサ信号φ１をコントローラ１７に与えてもよい。さらには、センサ１６は、主体的に動作せず、コントローラ１７の求めに応じてセンサ信号φ１をコントローラ１７に与えてもよい。

【0033】

＜コントローラ＞
コントローラ１７は、センサ１６からセンサ信号φ１を受ける。コントローラ１７は、第１可変減衰装置１４へ第１制御信号φ２１又は第２制御信号φ２２を与える。コントローラ１７は、センサ１６及び第１可変減衰装置１４に接続されている。コントローラ１７は、センサ１６と同様に、有線又は無線によって第１可変減衰装置１４と接続されている。第１制御信号φ２１を受けた第１可変減衰装置１４は、第１減衰係数（ｃ_Ｘ１）を発揮する構成となる。第２制御信号φ２２を受けた第１可変減衰装置１４は、第２減衰係数（ｃ_Ｘ２）を発揮する構成となる。コントローラ１７は、センサ信号φ１を利用して、第１制御信号φ２１又は第２制御信号φ２２の何れか一方を第１可変減衰装置１４に与える。なお、以下の説明において、制御信号φ２１、φ２２を特に区別する必要がない場合には、「制御信号φ２」と記す。

【0034】

図５に示すように、コントローラ１７は、機能的構成要素として、センサ信号取得部１７１と、信号判定部１７２と、制御信号出力部１７３と、を有する。これらの機能的構成要素は、一例として、第１制御信号φ２１又は第２制御信号φ２２を選択するプログラムＰ１がコンピュータ５に実行されることにより実現されてもよい。なお、図５に示す機能ブロック図は、コントローラ１７の機能構成の一例である。コントローラ１７は、センサ信号φ１に基づいて第１制御信号φ２１又は第２制御信号φ２２を出力することが可能であれば、任意の機能構成を採用してよい。

【0035】

センサ信号取得部１７１は、センサ１６からセンサ信号φ１を受ける。センサ信号取得部１７１は、センサ信号φ１そのものを第１内部信号φ１１として信号判定部１７２に渡してもよい。センサ信号取得部１７１は、センサ信号φ１に対して所定のデータ演算を施した処理済みのセンサ信号φ１を第１内部信号φ１１として信号判定部１７２に渡してもよい。

【0036】

信号判定部１７２は、センサ信号取得部１７１から第１内部信号φ１１を受ける。信号判定部１７２は、第１内部信号φ１１を用いて、第１制御信号φ２１及び第２制御信号φ２２のいずれを出力するかを判定する。例えば、信号判定部１７２は、第１内部信号φ１１が示す振幅値が閾値を超えない場合に、第１制御信号φ２１を出力すると判定してもよい。信号判定部１７２は、第１内部信号φ１１が示す振幅値が閾値を超えた場合に、第２制御信号φ２２を出力すると判定してもよい。信号判定部１７２は、判定結果を第２内部信号φ１２として制御信号出力部１７３に渡す。

【0037】

制御信号出力部１７３は、信号判定部１７２から第２内部信号φ１２を受ける。制御信号出力部１７３は、第２内部信号φ１２が第１制御信号φ２１を出力すると判定した結果を示す場合には、第１制御信号φ２１を第１可変減衰装置１４に与える。制御信号出力部１７３は、第２内部信号φ１２が第２制御信号φ２２を出力すると判定した結果を示す場合には、第２制御信号φ２２を第１可変減衰装置１４に与える。

【0038】

コントローラ１７は、図７に示すような構成を有するコンピュータ５によって構成されてもよい。コンピュータ５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であるプロセッサ５１と、主記憶装置５２と、補助記憶装置５３と、通信制御装置５４と、入力装置５５と、出力装置５６とを有する。

【0039】

コントローラ１７が複数のコンピュータ５を含む場合には、これらのコンピュータ５はローカルで接続されてもよいし、インターネット又はイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続されてもよい。この接続によって、論理的に１つのコンピュータ５が構築される。

【0040】

プロセッサ５１は、オペレーティングシステムやアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶装置５２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）により構成される。補助記憶装置５３は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。補助記憶装置５３は、一般的に主記憶装置５２よりも大量のデータを記憶する。通信制御装置５４は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。入力装置５５は、キーボード、マウス、タッチパネル、及び、音声入力用マイクなどにより構成される。出力装置５６は、ディスプレイ及びプリンタなどにより構成される。

【0041】

補助記憶装置５３は、制御信号φ２１、φ２２を選択するプログラムＰ１及び処理に必要なデータを格納している。例えば、制御信号φ２１、φ２２を選択するプログラムＰ１は、プロセッサ５１又は主記憶装置５２によって読み込まれ、プロセッサ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、通信制御装置５４、入力装置５５、及び出力装置５６の少なくとも１つを動作させる。例えば、制御信号φ２１、φ２２を選択するプログラムＰ１は、主記憶装置５２及び補助記憶装置５３におけるデータの読み出し及び書き込みを行う。

【0042】

制御信号φ２１、φ２２を選択するプログラムＰ１は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどの有形の記録媒体に記録された上で提供されてもよい。制御信号φ２１、φ２２を選択するプログラムは、データ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。

【0043】

＜免震構造の力学モデル＞
以下、図１に示した免震構造１の力学特性について、図５及び図６に示す力学モデルを参照しながら、さらに詳細に説明する。

【0044】

免震構造１は、第１可変減衰装置１４の減衰係数（ｃ_Ｘ）に基づく減衰力によって、Ｘ方向における「みかけの剛性」を切り替える。「みかけの剛性」を切り替えることにより、大きな入力レベルに対するフェイルセーフ機能と、入力される地震動の特性に応じた応答抑制効果と、を得ることができる。本実施形態では、第１の方向であるＸ方向が短周期である。第２の方向であるＹ方向が長周期である。

【0045】

力学モデルの構成要素として免震構造１は、Ｘ方向弾性部２と、Ｙ方向弾性部３と、を有する。Ｘ方向弾性部２は、建物９２を基礎構造体９１にＸ方向に連結する。Ｙ方向弾性部３は、建物９２を基礎構造体９１にＹ方向に連結する。Ｘ方向弾性部２及びＹ方向弾性部３は、互いに影響を及ぼさない。つまり、建物９２及びＸ方向弾性部２によって構成されるＸ方向振動系は、建物９２及びＹ方向弾性部３によって構成されるＹ方向振動系に対して独立している。

【0046】

建物９２は、基礎構造体９１に対して水平方向に移動可能である。具体的には、建物９２は、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。建物９２の質量は、質量（ｍ）として示す。

【0047】

Ｘ方向弾性部２は、第１主弾性要素２１と、第１可変弾性要素２２と、を有する。第１主弾性要素２１は、第１主弾性部材２１１を含む。第１可変弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１可変減衰部材２２２と、を有する。

【0048】

第１主弾性部材２１１は、図１に示す４個の第１支承装置１２に対応する。第１主弾性部材２１１は、一端が基礎構造体９１に連結され、他端が建物９２に連結される。第１主弾性部材２１１は、固有バネ定数（ｋ_Ｘ）を有する。

【0049】

第１副弾性部材２２１は、図１に示す２個の第２支承装置１３に対応する。第１副弾性部材２２１は、一端が建物９２に連結され、他端が可変減衰部材２２２に連結される。第１副弾性部材２２１は、固有のバネ定数（ｋ_Ｘ’）を有する。

【0050】

第１副弾性部材２２１として、積層ゴム構造を有する第２支承装置１３を採用する理由として、荷重変形の関係における線形性が高いことが挙げられる。また、積層ゴム構造を有する第２支承装置１３を採用する理由として、第２支承装置１３は、繰り返し加振に対する耐久性が高いこと、許容変形量が大きいこと、接続部の設計が容易である点も挙げられる。さらに、積層ゴム構造を有する第２支承装置１３を採用する理由として、特注品の製造を要さないため、装置製造のコストアップを抑制可能であることが挙げられる。

【0051】

なお、第１副弾性部材２２１は、第２支承装置１３に限定されない。例えば、第１副弾性部材２２１として、防舷材のようなゴム材料や金属バネを採用してもよい。金属バネとしては、コイルバネ、板バネ、皿バネ及びトーションバーなどが例示できる。

【0052】

可変減衰部材２２２は、図１に示す２個の第１可変減衰装置１４に対応する。可変減衰部材２２２は、いくつかの減衰係数（ｃ_ｘ）に切り替えることができる。可変減衰部材２２２は、一端が第１副弾性部材２２１に連結され、他端が基礎構造体９１に連結される。可変減衰部材２２２は、第１副弾性部材２２１の両端の速度差に対応する減衰力を発生させる。可変減衰部材２２２は、減衰器としての機能に加えて、第１副弾性部材２２１の固有バネ定数（ｋ_Ｘ’）を調整し、見かけのバネ定数（調整バネ定数（αｋ_Ｘ’））を得る機能を併せ持っている。

【0053】

積層ゴム構造を備えた支承装置そのものの剛性を操作することは、一般に困難である。その一方で、可変減衰部材２２２として採用可能な減衰係数切替式オイルダンパは、既に実績のある製品が現存している。例えば、電磁制御弁を用いた油圧回路により制御が可能である装置が知られている。このような減衰係数切替式オイルダンパを用いることで、可変減衰部材２２２（オイルダンパ）の減衰係数（ｃ_ｘ）を容易に変化させることが出来る。

【0054】

なお、図５、図６に示す例示では、第１副弾性部材２２１が建物９２に連結され、可変減衰部材２２２が基礎構造体９１に連結されていた。この接続構成は逆でもよい。つまり、第１副弾性部材２２１が基礎構造体９１に連結され、可変減衰部材２２２が建物９２に連結される構成でもよい。

【0055】

また、第１副弾性部材２２１及び可変減衰部材２２２を含む力学系であるＸ方向弾性部２は、調整弾性部と称することもできる。調整弾性部は、調整バネ定数（αｋ_Ｘ’）を有する。調整バネ定数（αｋ_Ｘ’）は、第１副弾性部材２２１の固有バネ定数（ｋ_Ｘ’）が可変減衰部材２２２によって調整されたものである。αは、調整を意味する項である。

【0056】

さらに、オイルダンパといった可変減衰部材２２２に対して、直列にバネ要素である第１副弾性部材２２１を接続した構成を、一般にＭａｘｗｅｌｌモデルと称する。Ｍａｘｗｅｌｌモデルは静的な荷重に対しては、抵抗力を発生しない。その一方で、動的な荷重に対しては抵抗力を発揮する。言い換えると、第１副弾性部材２２１と可変減衰部材２２２とを含むＭａｘｗｅｌｌモデルは、振動状態において見かけのバネ定数（動的な剛性）を有する。Ｍａｘｗｅｌｌモデル（第１可変弾性要素２２）を付加したＸ方向の共振振動数（ω_Ｘ）は、付加しないＹ方向の共振振動数（ω_Ｙ）よりも高くなる。その結果、免震構造１のＸ方向の固有周期を所望の値に設定することが可能になる。

【0057】

Ｙ方向弾性部３は、第２主弾性要素３１と、第２減衰要素３２と、を有する。第２主弾性要素３１は、第２主弾性部材３１１を含む。第２減衰要素３２は、固定減衰部材３２１を有する。

【0058】

第２主弾性部材３１１は、図１に示す４個の第１支承装置１２に対応する。第２主弾性部材３１１は、一端が基礎構造体９１に連結され、他端が建物９２に連結される。第２主弾性部材３１１は、固有バネ定数（ｋ_Ｙ）を有する。

【0059】

固定減衰部材３２１は、図１に示す２個の第２固定減衰装置１５に対応する。固定減衰部材３２１は、固有の減衰係数（ｃ_Ｙ）を有する。固定減衰部材３２１は、一端が建物９２に連結され、他端が基礎構造体９１に連結される。固定減衰部材３２１は、第２主弾性部材３１１の両端の速度差に対応する減衰力を発生させる。また、固定減衰部材３２１は、減衰器としての機能を有する。

【0060】

＜作用効果＞
本実施形態の免震構造１は、基礎構造体９１に接続されると共に建物９２に接続された第１主弾性要素２１と、基礎構造体９１に接続されると共に建物９２に接続された第１可変弾性要素２２と、を備える。第１可変弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１と、第１副弾性部材２２１に対して直列に接続されると共に互いに異なる複数の減衰係数（ｃ_Ｘ）を相互に切り替え可能な第１可変減衰部材２２２と、を含む。建物９２、第１主弾性要素２１及び第１可変弾性要素２２は、第１可変減衰部材２２２における減衰係数（ｃ_Ｘ）に応じた共振振動数（ω_Ｘ）を発揮する。

【0061】

要するに、免震構造１は、中小地震時に対しては可変減衰要素である第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を小さくする。その結果、建物９２の応答加速度を低減させるという免震性能を発揮することができる。免震構造１は、大地震時には第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を大きくする。その結果、「免震層の共振振動数」と「免震層の等価減衰定数」が高まる。免震構造１の共振振動数を高めることは、変位の抑制をもたらす。その結果、免震構造１の変位が抑制されるので、擁壁等の周囲の構造体との衝突や免震構造１を構成する部品の破損を防止することができる。本実施形態の免震構造１は、Ｘ方向のバネ定数を切り替えるという機能を、第１副弾性部材２２１に対して直列に第１可変減衰部材２２２を接続した構成によって実現する。

【0062】

免震構造１は、第１主弾性要素２１と第１可変弾性要素２２とを備えている。ここで、第１可変弾性要素２２は、第１副弾性部材２２１に対して直列に接続された第１可変減衰部材２２２を有しており、この第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えることによって、第１可変弾性要素２２のバネ定数（αｋ_Ｘ’）を切り替えることができる。第１可変弾性要素２２のバネ定数（αｋ_Ｘ’）が変わると、第１主弾性要素２１のバネ定数（ｋ_Ｘ）と第１可変弾性要素２２のバネ定数（αｋ_Ｘ’）とによって決まる共振振動数（ω_Ｘ）が変わる。つまり、免震構造１の振動特性を切り替えることができる。従って、免震構造１は、第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えることによって、免震構造１が対応可能な地震の特性の範囲も切り替えることができる。そうすると、免震構造１が対応可能な地震の特性の範囲は、第１減衰係数（ｃ_Ｘ１）に設定したときに対応可能な地震の特性範囲と、第２減衰係数（ｃ_Ｘ２）に設定したときに対応可能な地震の特性範囲と、の和として考えることができる。従って、免震構造１は、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することができる。

【0063】

さらに、免震構造１によれば、狭小敷地の建物９２などのように、十分な免震クリアランスをとることができない建物９２に対して、大きな入力レベルに対するフェイルセーフ機能を与えることで、免震の適用を可能にすることができる。換言すると、免震構造１は、適用範囲を拡大することができる。

【0064】

また、免震構造１は、建物９２に入力される地震動特性に応じた制御を行う。このような可変式の免震構造１は、精密機械工場などのように地震時の揺れが特に忌避される建物に対して、性能が固定された通常の免震建物を上回る応答抑制効果を提供することができる。

【0065】

また、免震構造１は、特別な部品を要することがないので、比較的安価かつ容易に上記を実現することができる。

【0066】

上記の免震構造１は、複数の減衰係数（ｃ_Ｘ）を相互に切り替えるための制御信号φ２を第１可変減衰部材２２２に与えるコントローラ１７をさらに備える。この構成によれば、第１可変減衰部材２２２を外部から制御することができる。

【0067】

上記の免震構造１は、建物９２または基礎構造体９１に設置されて、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに関する情報を取得すると共に取得した情報をコントローラ１７に与えるセンサ１６をさらに備える。

【0068】

免震構造１は、一定以上の入力を検知した際に、電気的または機械的に自動で第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えることができる。その結果、地震動特性に応じて時々刻々に特性を変化させて地震動の卓越周期帯から建物９２の周期をずらすことが可能になる。

【0069】

つまり、コントローラ１７とセンサ１６とによって実現される自動制御機構の採用によれば、一般的な免震建物を上回る応答低減効果を得られる。自動制御機構の採用した本実施形態の免震構造１は、建物９２が壊れることを防ぐフェイルセーフ機能と、揺れを小さくするという免震特性の向上（免震構造の高性能化）と、を得ることができる。

【0070】

任意の場所の設置可能なセンサ１６によれば、建物９２または基礎構造体９１の所望の位置における、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに応じて、第１可変減衰部材２２２の減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えることができる。つまり、免震構造１が対応可能な地震の特性範囲を建物９２または基礎構造体９１の所望の位置における、変位、速度、加速度及び外力の少なくとも一つに応じて切り替えることができる。

【0071】

本発明の免震構造は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0072】

＜変形例１＞
実施形態では、Ｘ方向弾性部２にのみＭａｘｗｅｌｌモデルの力学系を採用した。具体的には、免震構造１は、Ｍａｘｗｅｌｌモデル（第１可変弾性要素２２）を採用するＸ方向の力学系と、Ｍａｘｗｅｌｌモデルを採用しないＹ方向の力学系と、を備えていた。例えば、Ｍａｘｗｅｌｌモデルは、Ｙ方向にも採用してよい。つまり、図８に示すように、免震構造１Ａは、Ｍａｘｗｅｌｌモデル（第１可変弾性要素２２）を採用するＸ方向の力学系と、Ｍａｘｗｅｌｌモデル（第２可変弾性要素３５）を採用するＹ方向の力学系と、を備えてもよい。具体的には、第２可変弾性要素３５は、第４支承装置１９ａと、第２可変減衰装置１９ｂと、を備える。

【0073】

また、免震構造１は、Ｍａｘｗｅｌｌモデルを採用しないＸ方向の力学系と、Ｍａｘｗｅｌｌモデル（第２可変弾性要素３５）を採用するＹ方の力学系と、を備えてもよい。

【0074】

＜変形例２＞
図９は、変形例２の免震構造１Ｂを示す。実施形態では第２支承装置１３の下部固定面１３１は、基礎構造体９１に接していなかった。この接していないとは、より具体的には、下部固定面１３１が基礎構造体９１から離間していることを意味する。図９に示すように、第２支承装置１３Ａの下部固定面１３１は、滑り支承部１３４を介して基礎構造体９１に対して接していてもよい。滑り支承部１３４は、第２支承装置１３の下部固定面１３１と基礎構造体９１との間に配置される。滑り支承部１３４は、第２支承装置１３の下部固定面１３１に固定されている。また、滑り支承部１３４には、第１可変減衰装置１４の固定端１４２も取り付けられている。一方、滑り支承部１３４は、基礎構造体９１には固定されていない。つまり、滑り支承部１３４は、基礎構造体９１に対して滑ることができる。このような構成によれば、第２支承装置１３のバネ係数に影響を与えることなく、建物９２の荷重を支持することができる。つまり、第１可変減衰装置１４と第２支承装置１３との接続部分に滑り支承部１３４を設けることによって、上部構造体である建物９２からの軸力を滑り支承部１３４で負担することができる。その結果、建物９２の柱位置の自由度を拡大することができる。

【0075】

＜そのほか変形例＞
また、上記の実施形態では、第１可変減衰装置１４は、外部から与えられる制御信号φ２に応じて減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えた。この減衰係数（ｃ_Ｘ）の切り替えは、外部から与えられる制御信号φ２によらなくてもよい。つまり、第１可変減衰装置１４は、第１可変減衰装置１４を構成する部品の動作状態に応じて、減衰係数（ｃ_Ｘ）を切り替えてもよい。例えば、第１可変減衰装置１４は、ダンパ部と、切替部と、を有する。ダンパ部は、速度に応じた減衰力を発生することによって複数の減衰係数（ｃ_Ｘ）を発生する。切替部は、ダンパ部を構成する部品の速度又は変位に応じて、ダンパ部が発生する複数の減衰係数（ｃ_Ｘ）を相互に切り替える。このような第１可変減衰装置１４の採用によっても、対応可能な地震の特性の範囲をさらに拡大することができる。

【0076】

免震構造１は、既存の免震建物への改修工事において適用することもできる。近年、蓄積された知見に基づいて設計用の入力地震動は大きくなっている。また、建物の立地によっては古い設計の免震建物で十分な免震クリアランスを確保できていない場合もある。そこで、このような場合に、既設の免震構造に対して、本実施形態の免震構造１が備えている可変減衰部材とそれに直列に接続する弾性部材を備えた構成を追加して設けてもよい。その結果、大地震時における変形を抑制する能力を高めることができるので、現在の一般的な免震建物の基準に合致するような改修を行うことができる。

【0077】

実施形態では、下部構造体である基礎構造体９１と、上部構造体である建物９２との間に免震構造１を設置した例を説明した。免震構造１は、中間層に設置することによって中間層免震として利用することもできる。免震構造１は、床下に設置することによって床下免震として利用することもできる。免震構造１は、機器に設置することによって機器免震として利用することもできる。この場合に、建物との共振を回避するような設定を能動的に選択することで、特性が固定された免震層を超える応答制御効果を期待することができる。

【0078】

なお、上述した「建物との共振を回避するような設定を能動的に選択する」という記載について機器免震や中間層免震の場合、免震層の共振周期が建物の揺れの卓越周期と合致してしまうと、入力されるエネルギーが大きくなってしまう。免震構造１の機構を用いることで、免震層の共振周期を建物の揺れの卓越周期から外し、通常の免震層以上の応答制御効果を期待することができる。

【符号の説明】

【0079】

１，１Ａ，１Ｂ…免震構造、２…Ｘ方向弾性部、３…Ｙ方向弾性部、５…コンピュータ、１２…第１支承装置、１３，１３Ａ…第２支承装置、１４…第１可変減衰装置、１５…第２固定減衰装置、１６…センサ、１７…コントローラ（制御装置）、９１…基礎構造体（下部構造体）、９２…建物（上部構造体）、１７１…センサ信号取得部、１７２…信号判定部、１７３…制御信号出力部、φ１…センサ信号、φ２…制御信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】