特許 7184454 構造物の振動抑制装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】構造物の振動抑制装置

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20221129BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20221129BHJP

   F16F 15/04 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 331B

E04H9/02 341B

E04H9/02 351

F16F15/02 C

F16F15/04 P

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018110993

(22)【出願日】2018-06-11

(65)【公開番号】P2019214825

(43)【公開日】2019-12-19

【審査請求日】2021-01-22

(73)【特許権者】

【識別番号】504242342

【氏名又は名称】株式会社免制震ディバイス

(74)【代理人】

【識別番号】100095566

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 友雄

(74)【代理人】

【識別番号】100105119

【氏名又は名称】新井 孝治

(72)【発明者】

【氏名】中南 滋樹

(72)【発明者】

【氏名】木田 英範

【審査官】兼丸 弘道

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１４２４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２４８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２７５１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８０５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６３１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９１０９３０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｆ１６Ｆ １５／０２－１５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物と地盤の間及び前記構造物の中層部の一方に設定された免震層に設けられ、当該免震層よりも下側の下層部から上側の上層部へ伝達される振動を抑制する構造物の振動抑制装置であって、
前記上層部と前記下層部の間に上下方向に互いに重なるように設けられ、鉛直荷重を支持するとともに、柔性を有し、水平方向に変形可能な複数の接続部材と、
剛性を有し、当該複数の接続部材のうちの互いに重なる各２つの接続部材の間に連結された繋ぎ材と、
前記上層部に設けられた支持部材と、
慣性質量体を有し、一端部と他端部の間に相対変位が発生したときに、前記慣性質量体の運動による慣性質量効果を発揮するように構成されるとともに、前記一端部が前記繋ぎ材に連結され、前記他端部が前記支持部材に連結された慣性質量ダンパと、を備え、
前記慣性質量ダンパに入力される振動に含まれる高周波数成分が、前記柔性を有する接続部材によって緩衝され、
前記慣性質量ダンパと前記支持部材の間に設けられ、前記慣性質量ダンパの反力を緩衝する緩衝材をさらに備えることを特徴とする構造物の振動抑制装置。

【請求項2】

前記複数の接続部材の少なくとも１つは、伝達された振動を減衰する減衰機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置。

【請求項3】

前記繋ぎ材に連結され、当該繋ぎ材の水平方向の移動に伴い、慣性質量効果及び減衰効果の少なくとも一方を発揮するように構成された、前記慣性質量ダンパとは別個の第２ダンパをさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置。

【請求項4】

前記慣性質量ダンパは、前記慣性質量体の運動に伴って粘性減衰効果を発揮する粘性体を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置。

【請求項5】

前記慣性質量ダンパは、前記慣性質量体の運動に伴って発生する軸線方向の反力の全体、又は前記慣性質量体の慣性質量効果による軸線方向の反力のみを制限する軸力制限機構を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置。

【請求項6】

前記免震層に設けられ、鉛直荷重を支持するとともに水平方向に変形可能な免震装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物と地盤の間又は構造物の中層部に設定された免震層に設けられ、構造物に伝達される振動を抑制する構造物の振動抑制装置に関し、特に慣性質量ダンパを用いた振動抑制装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の構造物の振動抑制装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この振動抑制装置は、構造物と地盤の間に設けられた免震層と、構造物の低層部に設けられた柔層を備える。免震層には、積層ゴムなどで構成され、構造物を支持する複数の免震装置と、第１慣性質量ダンパと、オイルダンパなどから成る第１付加減衰が、互いに並列に設けられている。また、柔層の剛性は、構造物の他の部分よりも低く、かつ免震層よりも高く設定されている。柔層には、第２慣性質量ダンパと、オイルダンパなどから成る第２付加減衰が、互いに並列に設けられている。

【0003】

この振動抑制装置では、免震層に設けられた第１慣性質量ダンパと第１付加減衰によって、地震時の振動に対する免震層及び構造物の応答変位が抑制される。また、第１慣性質量ダンパ及び第１付加減衰の反力は、柔層を介してその上方に伝達される。その際、第１慣性質量ダンパの反力に含まれる高周波数成分が、剛性の低い柔層で緩衝（フィルタリング）されることにより、柔層よりも上側の構造物の応答加速度が抑制される。また、第２慣性質量ダンパ及び第２付加減衰によって、柔層の応答変位が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－７０９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した従来の振動抑制装置は、構造物と地盤の間の免震層に加えて、構造物の低層部に柔層を設けた２層構成としなければならない。また、免震層及び柔層のそれぞれに、免震装置、慣性質量ダンパ及びオイルダンパなどを設けることが必要になるため、構成部品の点数の増加によって製造コストが増大するとともに、施工工数の増加によって工期の長期化してしまう。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、単一の免震層により、構造物の応答変位及び応答加速度を良好に抑制できるとともに、低コスト化及び工期の短縮化を図ることができる構造物の振動抑制装置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】

【0007】

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、構造物と地盤の間及び構造物の中層部の一方に設定された免震層に設けられ、免震層よりも下側の下層部から上側の上層部へ伝達される振動を抑制する構造物の振動抑制装置であって、上層部と下層部の間に上下方向に互いに重なるように設けられ、鉛直荷重を支持するとともに、柔性を有し、水平方向に変形可能な複数の接続部材と、剛性を有し、複数の接続部材のうちの互いに重なる各２つの接続部材の間に連結された繋ぎ材と、上層部に設けられた支持部材と、慣性質量体を有し、一端部と他端部の間に相対変位が発生したときに、慣性質量体の運動による慣性質量効果を発揮するように構成されるとともに、一端部が繋ぎ材に連結され、他端部が支持部材に連結された慣性質量ダンパと、を備え、慣性質量ダンパに入力される振動に含まれる高周波数成分が、柔性を有する接続部材によって緩衝され、前記慣性質量ダンパと前記支持部材の間に設けられ、前記慣性質量ダンパの反力を緩衝する緩衝材をさらに備えることを特徴とする。

【0008】

この構造物の振動抑制装置では、構造物と地盤の間又は構造物の中層部に免震層が設定され、この免震層よりも上側の上層部と下側の下層部との間に、複数の接続部材が上下方向に互いに重なるように設けられている。接続部材は、鉛直荷重を支持するとともに、柔性を有し、水平方向に変形可能である。また、複数の接続部材のうちの互いに重なる各２つの接続部材の間に繋ぎ材が連結され、上層部に支持部材が設けられている。これらの繋ぎ材と支持部材に、慣性質量ダンパの一端部と他端部がそれぞれ連結されている。

【0009】

この構成によれば、地震時などの振動によって構造物の上層部と下層部との間に相対変位が発生すると、複数の接続部材は、鉛直荷重を支持しながら水平方向に変形する。この接続部材の変形に伴い、接続部材の間に連結された繋ぎ材が変位し、繋ぎ材に連結された慣性質量ダンパの一端部と他端部の間に相対変位が発生する。これにより、慣性質量ダンパの慣性質量体が運動することによって、慣性質量効果が発揮され、それによる慣性質量ダンパの反力（慣性力）によって、免震層の層間変位を良好に抑制し、その上側の構造物の上層部における応答変位を良好に抑制することができる。

【0010】

また、支持部材が上層部に設けられているため、地震動などの振動が下側の接続部材から慣性質量ダンパに入力される際に、振動に含まれる高周波数成分が柔性を有する接続部材で緩衝される。その結果、慣性質量ダンパにおいて高周波数成分の少ない反力が発生し、そのような慣性質量ダンパの反力が、支持部材を介して上層部に伝達されることによって、構造物の上層部の応答加速度を良好に抑制することができる。
さらに、慣性質量ダンパと支持部材との間には、緩衝材が設けられており、上記のように高周波数成分が低減された慣性質量ダンパの反力は、緩衝材でさらに緩衝された後、支持部材を介して上層部に伝達されるので、構造物の応答加速度をさらに良好に抑制することができる。

【0011】

以上のように、本発明によれば、免震層よりも上側の構造物の応答変位及び応答加速度をいずれも良好に抑制でき、良好な振動抑制効果を得ることができる。また、従来の振動抑制装置と異なり、単一の免震層に、複数の接続部材や慣性質量ダンパなどを設けるだけでよいので、構成部品の点数及び施工工数の削減によって、低コスト化と工期の短縮化を図ることができる。

【0012】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の振動抑制装置において、複数の接続部材の少なくとも１つは、伝達された振動を減衰する減衰機能を有することを特徴とする。

【0013】

この構成によれば、伝達された振動が接続部材において減衰されるので、構造物の応答変位の抑制効果をさらに高めることができる。

【0016】

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構造物の振動抑制装置において、繋ぎ材に連結され、繋ぎ材の水平方向の移動に伴い、慣性質量効果及び減衰効果の少なくとも一方を発揮するように構成された、慣性質量ダンパとは別個の第２ダンパをさらに備えることを特徴とする。

【0017】

この構成によれば、繋ぎ材の水平方向の移動に伴い、慣性質量ダンパとは別個の第２ダンパが作動することによって、慣性質量効果及び／又は減衰効果が発揮され、それによる第２ダンパの反力が、慣性質量ダンパの反力に付加される。これにより、装置全体としてダンパ反力が増強されるので、免震層の層間変位及び構造物の応答変位をさらに良好に抑制することができる。また、第２ダンパにおける慣性質量及び／又は粘性抵抗を適宜、設定することによって、所望のダンパ反力（慣性力及び減衰力）を得ることができる。

【0018】

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置において、慣性質量ダンパは、慣性質量体の運動に伴って粘性減衰効果を発揮する粘性体を有することを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、慣性質量ダンパが、慣性質量体による慣性質量効果に加えて、粘性体による粘性減衰効果を発揮するので、より大きな慣性質量ダンパの反力によって、構造物の応答変位をさらに良好に抑制することができる。

【0020】

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置において、慣性質量ダンパは、慣性質量体の運動に伴って発生する軸線方向の反力の全体、又は慣性質量体の慣性質量効果による軸線方向の反力のみを制限する軸力制限機構を有することを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、慣性質量ダンパの軸線方向の反力の全体、又は慣性質量効果による軸線方向の反力を、軸力制限機構で制限することによって、慣性質量ダンパの軸力の過大化を適切に防止することができる。

【0022】

請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに記載の構造物の振動抑制装置において、免震層に設けられ、鉛直荷重を支持するとともに水平方向に変形可能な免震装置をさらに備えることを特徴とする。

【0023】

この構成によれば、接続部材が有するべき鉛直荷重の支持及び水平方向の変形などの機能を、免震装置との協働によって適切に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態による振動抑制装置を、これを適用した建物とともに概略的に示す（ａ）正面図、及び（ｂ）線IIｂ－IIｂに沿う断面図である。

【図2】図１の振動抑制装置のダンパユニットを示す正面図である。

【図3】図２の線III－IIIに沿う断面図である。

【図4】ダンパユニットのマスダンパの断面図である

【図5】（ａ）図２のダンパユニット、（ｂ）振動抑制装置及び建物を含む免震建物全体、及び（ｃ）ダンパユニットの変形例をそれぞれモデル化して示す図である。

【図6】本発明の第２実施形態によるダンパユニットを示す正面図である。

【図7】（ａ）図６のダンパユニット、及び（ｂ）振動抑制装置及び建物を含む免震建物全体をそれぞれモデル化して示す図である。

【図8】１組の接続部材に２つのマスダンパを連結したダンパユニットの例を示す、図３と同様の断面図である。

【図9】図８のダンパユニットを用いた場合の配置例を示す、図１（ｂ）と同様の断面図である。

【図10】第２実施形態の変形例によるダンパユニットを示す正面図である。

【図11】図１０のダンパユニットの緩衝材を示す図である。

【図12】図１０のダンパユニットをモデル化して示す図である。

【図13】第１実施形態の変形例によるダンパユニットを示す正面図である。

【図14】図１３のダンパユニットをモデル化して示す図である。

【図15】本発明の第３実施形態によるダンパユニットを示す正面図である。

【図16】図１５のダンパユニットをモデル化して示す図である。

【図17】本発明の第４実施形態によるダンパユニットを示す正面図である。

【図18】図１７のダンパユニットをモデル化して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１に示すように、実施形態は、建物Ｓと地盤Ｇの間に設定された免震層Ｌに振動抑制装置１を設けることによって、いわゆる基礎免震建物を構成したものである。振動抑制装置１は、複数の免震装置２及び複数のダンパユニット３を備える。

【0026】

建物Ｓの底部には、基礎梁Ｂと、基礎梁Ｂから下方に突出する複数の上部基礎ＦＳが一体に設けられている。これらの上部基礎ＦＳは、互いに直交するＸ方向及びＹ方向にマトリックス状に配置されている。地盤Ｇには、複数の上部基礎ＦＳに対応する位置に、複数の下部基礎ＦＧが一体に設けられている。ダンパユニット３は、中央に位置する４組の基礎ＦＳ、ＦＧの間にそれぞれ設置され、免震装置２は残りの基礎ＦＳ、ＦＧの間にそれぞれ設置されている。

【0027】

図示しないが、免震装置２は、例えば鉛プラグや錫プラグを用いたプラグ入り積層ゴムや、天然ゴム系積層ゴム、鋼すべり支承、転がり支承などで構成されている。免震装置２は、建物Ｓの鉛直荷重を支持するとともに、地盤Ｇから入力される地震動に対して水平方向に変形する機能などを有する。

【0028】

図２及び図３に示すように、各ダンパユニット３は、上下の接続部材４ａ、４ｂと、マスダンパ５と、マスダンパ５を接続部材４ａ、４ｂの間及び地盤Ｇにそれぞれ連結するための繋ぎ材６及び支持部材７を有する。図１（ｂ）に示すように、４つのマスダンパ５のうちの２つはＸ方向に延び、他の２つはＹ方向に延びるように配置されている。

【0029】

上下の接続部材４ａ、４ｂはいずれも、建物Ｓの鉛直荷重を支持するとともに、柔性を有し、地震動などの振動に対して水平方向に変形可能かつ復元可能なものであり、例えば上下のフランジを有する天然ゴム系積層ゴムで構成されている。上接続部材４ａは、上フランジを介して上部基礎ＦＳにねじ止めされ、下接続部材４ｂは、下フランジを介して下部基礎ＦＧにねじ止めされている。なお、接続部材４ａ、４ｂとして、振動を減衰する減衰機能をさらに有するもの、例えば鉛プラグや錫プラグを用いたプラグ入り積層ゴムを用いてもよい。

【0030】

マスダンパ５は、例えば図４に示すようなボールねじ式のものであり、内筒１２、ボールねじ１３、回転マス１４、及び軸力制限機構１５などを有する。内筒１２は、鋼材で構成され、一端部が開口するとともに、他端部には、ボールジョイント１６ａを介して第１フランジ１６が取り付けられている。

【0031】

ボールねじ１３は、ねじ軸１３ａと、ねじ軸１３ａに多数のボール１３ｂを介して螺合するナット１３ｃを有する。ねじ軸１３ａの一端部は、内筒１２の開口に収容され、他端部には、ボールジョイント１７ａを介して第２フランジ１７が取り付けられている。また、ナット１３ｃは、軸受け１８を介して、内筒１２に回転自在に支持されている。

【0032】

回転マス１４は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス１４は、内筒１２及びボールねじ１３の外周側に同軸状に配置され、軸受け１９を介して、内筒１２に回転自在に支持されている。回転マス１４と内筒１２の間には、一対のリング状のシール２０、２０で密閉された空間に、シリコンオイルなどで構成された粘性体２１が充填されている。

【0033】

軸力制限機構１５は、ナット１３ｃの外周側に配置されたリング状の回転すべり材１５ａと、回転すべり材１５ａをナット１３ｃに押圧するための複数のねじ１５ｂ及びばね１５ｃで構成されている。

【0034】

以上の構成のマスダンパ５では、内筒１２とねじ軸１３ａの間に相対変位が発生すると、この相対変位がナット１３ｃの回転運動に変換され、軸力制限機構１５を介して回転マス１４に伝達されることによって、回転マス１４が回転し、回転マス１４による慣性質量効果が発揮される。また、回転マス１４の回転に伴い、内筒１２との間に充填された粘性体２１の粘性抵抗によって粘性減衰効果が発揮される。

【0035】

また、上述したマスダンパ５の作動に伴って発生する軸線方向の反力（以下、適宜「軸力」という）が、軸力制限機構１５のねじ１５ｂの締付度合に応じて定まる制限荷重に達すると、回転すべり材１５ａとナット１３ｃ又は回転マス１４との間に滑りが発生することによって、マスダンパ５の軸力が制限される。

【0036】

繋ぎ材６は、剛性の高い部材、例えば肉厚の鋼板で構成されている。繋ぎ材６は、上接続部材４ａの下フランジと下接続部材４ｂの上フランジとの間に挟持された状態で、両フランジにねじ止めされ、水平に延びており、その端部にフランジ６ａが設けられている。マスダンパ５は、第２フランジ１７がフランジ６ａにねじ止めされることによって、繋ぎ材６に連結されている。

【0037】

支持部材７は、剛性の高い部材、例えばＨ鋼やＲＣ、鉄骨などで構成されており、地盤Ｇに一体に設けられ、上方に延びている。マスダンパ５は、第１フランジ１６が支持部材７の上端部にねじ止めされることによって、支持部材７に連結されている。

【0038】

次に、上述した構成の振動抑制装置１の動作について説明する。地震時に地盤Ｇが振動し、建物Ｓと地盤Ｇの間に水平方向（図２の左右方向）の相対変位が発生すると、接続部材４ａ、４ｂは、免震装置２とともに、建物Ｓの鉛直荷重を支持しながら水平方向に変形する。

【0039】

この場合、繋ぎ材６は、下部基礎ＦＧに対して、下接続部材４ｂの変形量と同じ変位量で変位し、それに伴い、繋ぎ材６に連結されたマスダンパ５のねじ軸１３ａが、内筒１２に対して変位する。これにより、回転マス１４が回転することによって、回転マス１４による慣性質量効果と粘性体２１による粘性減衰効果が発揮され、両効果によるマスダンパ５の反力（慣性力と粘性力の和）によって、免震層Ｌの層間変位が抑制されるとともに、建物Ｓの応答変位が抑制される。前述したように、このマスダンパ５の反力（軸力）は、軸力制限機構１５によって制限され、その過大化が防止される。

【0040】

また、マスダンパ５の反力は、上接続部材４ａを介して、上部基礎ＦＳから建物Ｓに伝達される。その際、マスダンパ５の反力に含まれる高周波数成分が、柔性を有する上接続部材４ａで緩衝される（フィルタリングされる）ことによって、建物Ｓの応答加速度が抑制される。

【0041】

また、以上の構成及び動作から、本実施形態のダンパユニット３をモデル化すると、図５（ａ）のように表される。まず、マスダンパ５の反力は、回転マス１４の慣性力と粘性体２１の粘性力との和に等しいとともに、その反力全体が軸力制限機構１５によって制限される。したがって、マスダンパ５のモデルは、回転マス１４から成る慣性質量要素ｍｄと粘性体２１から成る粘性要素ｃｄが互いに並列に接続されたものに、軸力制限機構１５から成るすべり要素Ｆｒが直列に接続されたモデルになる。

【0042】

また、マスダンパ５の変形量（ねじ軸１３ａと内筒１２との相対変位）は下接続部材４ｂの変形量と等しく、マスダンパ５の反力と下接続部材４ｂの反力の和は、上接続部材４ａの反力と等しい。したがって、ダンパユニット３のモデルは、上述したマスダンパ５の構成要素（ｍｄ、ｃｄ、Ｆｒ）と下接続部材４ｂから成るバネ要素Ｋ３が互いに並列に接続されたものに、上接続部材４ａから成るバネ要素Ｋ４が直列に接続されたモデルになる。

【0043】

さらに、ダンパユニット３は、建物Ｓの基礎梁Ｂ及び上部基礎ＦＳと地盤Ｇの間に、複数の免震装置２と並列に設けられている。したがって、建物Ｓを１質点系モデルとすると、建物Ｓ及び振動抑制装置１を含む基礎免震建物全体のモデルは、図５（ｂ）に示すように、建物Ｓの質量要素ｍ２及びバネ要素Ｋ２と、基礎梁Ｂ及び上部基礎ＦＳから成る質量要素ｍ１が、互いに直列に接続されるとともに、質量要素ｍ１と地盤Ｇの間に、上述したダンパユニット３の構成要素と複数の免震装置２から成るバネ要素Ｋ１が互いに並列に接続されたモデルになる。

【0044】

なお、本実施形態では、軸力制限機構１５は、マスダンパ５の反力全体（慣性力＋粘性力）を制限するように構成されているが、回転マス１４による慣性力のみを制限するように構成することも可能である。その場合、ダンパユニット３のモデルは、図５（ｃ）のように表され、互いに直列に接続された慣性質量要素ｍｄ及びすべり要素Ｆｒと、これに並列に接続された粘性要素ｃｄとから成るマスダンパ５に、下接続部材４ｂから成るバネ要素Ｋ３が並列に接続され、さらにこれらに上接続部材４ａから成るバネ要素Ｋ４が直列に接続されたモデルになる。

【0045】

以上のように、本実施形態によれば、免震層Ｌに設けられたダンパユニット３によって、建物Ｓの応答変位及び応答加速度をいずれも良好に抑制でき、良好な振動抑制効果を得ることができる。また、従来の振動抑制装置と異なり、単一の免震層Ｌに、免震装置２と、接続部材４ａ、４ｂ及びマスダンパ５などから成るダンパユニット３を設けるだけでよいので、構成部品の点数及び施工工数の削減によって、低コスト化と工期の短縮化を図ることができる。

【0046】

また、マスダンパ５が、回転マス１４による慣性質量効果に加えて、粘性体２１による粘性減衰効果を発揮するように構成されているので、より大きなマスダンパ５の反力によって、建物Ｓの応答変位を良好に抑制することができる。さらに、上接続部材４ａ及び／又は下接続部材４ｂを、減衰機能をさらに有するもの、例えばプラグ入り積層ゴムで構成した場合には、接続部材４ａ、４ｂにおいて振動が減衰されることによって、建物Ｓの応答変位の抑制効果をさらに高めることができる。また、免震層Ｌに、ダンパユニット３とともに免震装置２が併用されているので、ダンパユニット３が有するべき鉛直荷重の支持及び水平方向の変形などの機能を、免震装置２との協働によって適切に得ることができる。

【0047】

次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。図２との比較から明らかなように、第１実施形態では、マスダンパ５が連結される支持部材７が地盤Ｇ側に設けられるのに対し、第２実施形態は、支持部材７が建物Ｓ側に設けられている点が異なる。この支持部材７は、建物Ｓの基礎梁Ｂに一体に設けられ、下方に延びており、その下端部にマスダンパ５が連結されている。他の構成は、第１実施形態と同じである。

【0048】

この構成では、地震時に地盤Ｇが振動し、建物Ｓと地盤Ｇの間に水平方向の相対変位が発生すると、第１実施形態と同様、接続部材４ａ、４ｂは、建物Ｓの鉛直荷重を支持しながら水平方向に変形する。

【0049】

また、本実施形態では、支持部材７が建物Ｓ側に設けられているため、繋ぎ材６は上部基礎ＦＳに対して、上接続部材４ａの変形量と同じ変位量で変位し、それに伴い、マスダンパ５のねじ軸１３ａが変位することによって、回転マス１４が回転する。これにより、マスダンパ５の慣性質量効果と粘性減衰効果が発揮されることによって、免震層Ｌの層間変位及び建物Ｓの応答変位が抑制される。

【0050】

また、地震動が地盤Ｇ側から下接続部材４ｂを介してマスダンパ５に入力される際に、地震動に含まれる高周波数成分が、柔性を有する下接続部材４ｂによって緩衝される。その結果、マスダンパ５において高周波数成分の少ない反力が発生し、そのようなマスダンパ５の反力が、上接続部材４ａ又は支持部材７を介して建物Ｓに伝達されることによって、建物Ｓの応答加速度が抑制される。

【0051】

また、第２実施形態によるダンパユニット３をモデル化すると、図７（ａ）のように表される。マスダンパ５のモデルは、第１実施形態と同様、回転マス１４から成る慣性質量要素ｍｄと粘性体２１から成る粘性要素ｃｄが互いに並列に接続されたものに、軸力制限機構１５から成るすべり要素Ｆｒが直列に接続されたモデルになる。

【0052】

また、マスダンパ５の変形量は上接続部材４ａの変形量と等しく、マスダンパ５の反力と上接続部材４ａの反力の和は、下接続部材４ｂの反力と等しい。したがって、ダンパユニット３のモデルは、マスダンパ５の構成要素（ｍｄ、ｃｄ、Ｆｒ）と上接続部材４ａから成るバネ要素Ｋ４が互いに並列に接続されたものに、下接続部材４ｂから成るバネ要素Ｋ３が直列に接続されたモデルになる。

【0053】

さらに、図７（ｂ）に示すように、建物Ｓ及び振動抑制装置１を含む基礎免震建物全体のモデルは、建物Ｓの質量要素ｍ２及びバネ要素Ｋ２と、基礎梁Ｂ及び上部基礎ＦＳから成る質量要素ｍ１が、互いに直列に接続されるとともに、質量要素ｍ１と地盤Ｇの間に、上述したダンパユニット３の構成要素と複数の免震装置２から成るバネ要素Ｋ１が互いに並列に接続されたモデルになる。

【0054】

なお、これまでに説明した第１及び第２実施形態のダンパユニット３では、１組の接続部材４ａ、４ｂに対し、１つのマスダンパ５が設置されているが、これに代えて、図８に示すように、２つのマスダンパ５、５を互いに直交する方向に設置してもよい。この場合、図９に示すように、一方のマスダンパ５はＸ方向に一致するように配置され、他方のマスダンパ５はＹ方向に一致するように配置される。このことは、後述する他の実施形態や変形例においても同様である。

【0055】

次に、図１０～図１２を参照しながら、上述した第２実施形態の変形例について説明する。この変形例は、第２実施形態のダンパユニット３に対し、マスダンパ５と支持部材７の間に、マスダンパ５の反力を緩衝するための緩衝材３１を付加したものである。

【0056】

緩衝材３１は、図１１に示すようなゴムユニットで構成されており、第１部材３２、第２部材３３及びゴム板３４を有する。第１部材３２は、第１フランジ３２ａと、第１フランジ３２ａから第２部材３３側に向かって延びる挿入板３２ｂを一体に有する。第２部材３３は、第２フランジ３３ａと、第２フランジ３３ａから第１部材３２側に向かって挿入板３２ｂと平行に延びる、２枚のリブ付きの取付板３３ｂ、３３ｂを一体に有する。

【0057】

ゴム板３４は、柔性を有する軟質のゴムで構成され、取付板３３ｂ、３３ｂの各内面に取り付けられており、第１部材３２の挿入板３２ｂは、ゴム板３４、３４の間に挿入され、挟持されている。緩衝材３１は、第１フランジ３２ａがマスダンパ５の第１フランジ１６にねじ止めされ、第２フランジ３３ａが建物Ｓ側に設けられた支持部材７にねじ止めされることによって、マスダンパ５と支持部材７の間に連結されている。

【0058】

以上の構成により、マスダンパ５の反力が緩衝材３１に伝達されると、第１及び第２フランジ３２ａ、３３ａの間に相対変位が発生し、ゴム板３４、３４が挿入板３２ｂによるせん断によって弾性変形することにより、マスダンパ５の反力が緩衝される。

【0059】

この変形例では、第２実施形態と同様、地震動が地盤Ｇから下接続部材４ｂを介してマスダンパ５に入力される際に、地震動に含まれる高周波数成分が、柔性を有する下接続部材４ｂによって緩衝されるため、マスダンパ５の反力に含まれる高周波数成分が低減される。また、この変形例によれば、そのように高周波数成分が低減されたマスダンパ５の反力が、緩衝材３１でさらに緩衝された後、支持部材７を介して建物Ｓ側に伝達されるので、建物Ｓの応答加速度をさらに良好に抑制することができる。

【0060】

また、変形例によるダンパユニット３をモデル化すると、図１２のように表される。マスダンパ５のモデルは、第２実施形態の場合と同様である。また、マスダンパ５の変形量と緩衝材３１の変形量（第１及び第２フランジ３２ａ、３３ａ間の相対変位）の和は、上接続部材４ａの変形量と等しく、マスダンパ５の反力と上接続部材４ａの反力の和は、下接続部材４ｂの反力と等しい。したがって、ダンパユニット３のモデルは、マスダンパ５の構成要素（ｍｄ、ｃｄ、Ｆｒ）と緩衝材３１から成るバネ要素Ｋ５が互いに直列に接続されたものに、上接続部材４かａら成るバネ要素Ｋ４が並列に接続され、さらにこれらに下接続部材４ｂから成るバネ要素Ｋ３が直列に接続されたモデルになる。

【0061】

次に、図１３及び図１４を参照しながら、第１実施形態の変形例について説明する。この変形例は、第１実施形態のダンパユニット３の下接続部材４ｂをすべり支承４１に置き換えたものである。このすべり支承４１は、繋ぎ材６の下面に接着された滑性を有するすべり材４２と、下部基礎ＦＧに載置・固定されるとともに、すべり材４２が接するステンレス製などのすべり板４３で構成されている。

【0062】

この変形例によれば、建物Ｓの鉛直荷重は、上接続部材４ａ及びすべり支承４１によって常時、支持される。また、地震時に地盤Ｇが振動し、建物Ｓと地盤Ｇの間に水平方向の相対変位が発生すると、地震による水平荷重がすべり支承４１のすべり材４２とすべり板４３との間の摩擦限界に達するまでは、繋ぎ材６が下部基礎ＦＧに対して滑らず、不動の状態に保たれるため、マスダンパ５は作動せず、上接続部材４ａのみが変形する。したがって、この状態では、上接続部材４ａの変形量は、建物Ｓと地盤Ｇとの相対変位に等しい。

【0063】

水平荷重が増加し、すべり支承４１の摩擦限界を超えると、繋ぎ材６が下部基礎ＦＧに対して滑り、移動することによって、回転マス１４が回転する。これにより、マスダンパ５の慣性質量効果と粘性減衰効果による反力によって、免震層Ｌの層間変位が抑制されるとともに、建物Ｓの応答変位が抑制される。この場合、マスダンパ５の反力とすべり支承４１の摩擦抵抗との和は、上接続部材４ａの反力と等しい。

【0064】

また、マスダンパ５の反力が上接続部材４ａを介して建物Ｓに伝達される際、マスダンパ５の反力に含まれる高周波数成分が、柔性を有する上接続部材４ａで緩衝されることによって、建物Ｓの応答加速度が抑制される。

【0065】

また、この変形例によるダンパユニット３をモデル化すると、図１４のように表される。すなわち、マスダンパ５の構成要素（ｍｄ、ｃｄ、Ｆｒ）とすべり支承４１から成るすべり要素Ｆｒ２が互いに並列に接続されたものに、上接続部材４ａから成るバネ要素Ｋ４が接続されたモデルになる。

【0066】

なお、この変形例では、下接続部材４ｂをすべり支承に置き換えているが、これに代えて、上接続部材４ａをすべり支承に置き換えてもよいことはもちろんである。また、すべり支承に代えて、同様の機能を有する転がり支承などを用いることも可能である。

【0067】

次に、図１５及び図１６を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態のダンパユニット３に、第２のマスダンパを追加したものである。

【0068】

図１５に示すように、繋ぎ材６は、上下の接続部材４ａ、４ｂの間に挟持された状態で連結・固定され、その両側に水平に延びている。また、地盤Ｇには、繋ぎ材６の両外側の所定位置に、第１及び第２支持部材７Ａ、７Ｂがそれぞれ設けられている。第１及び第２マスダンパ５Ａ、５Ｂはいずれも、第１実施形態のマスダンパ５と同様に構成され、ねじ軸１３ａと内筒（図示せず）との相対変位に応じた回転マス（図示せず）の回転によって、回転マスによる慣性質量効果と粘性体（図示せず）による粘性減衰効果を発揮するものである。

【0069】

第１マスダンパ５Ａは、第１及び第２フランジ１６、１７を介して、第１支持部材７Ａ及び繋ぎ材６のフランジ６ａに連結されている。同様に、第２マスダンパ５Ｂは、第１及び第２フランジ１６、１７を介して、第２支持部材７Ｂ及び繋ぎ材６のフランジ６ｂに連結されている。

【0070】

本実施形態によれば、地震時に地盤Ｇが振動し、建物Ｓと地盤Ｇの間に水平方向の相対変位が発生すると、第１実施形態と同様、上下の接続部材４ａ、４ｂが、建物Ｓの鉛直荷重を支持しながら水平方向に変形するとともに、繋ぎ材６は、下部基礎ＦＧに対して、下接続部材４ｂの変形量と同じ変位量で変位する。この繋ぎ材６の変位に伴い、第１及び第２マスダンパ５Ａ、５Ｂのねじ軸１３ａ、１３ａが同じ変位量で変位し、第１及び第２マスダンパ５Ａ、５Ｂが同時に作動する。

【0071】

これにより、第１マスダンパ５Ａの慣性質量効果及び粘性減衰効果による反力と、第２マスダンパ５Ｂの慣性質量効果及び粘性減衰効果による反力が、同時に作用し、装置全体としてより大きなダンパ反力が得られるので、免震層Ｌの層間変位及び建物Ｓの応答変位をさらに良好に抑制することができる。

【0072】

また、第１実施形態と同様、高周波数成分を含む第１及び第２マスダンパ５Ａ、５Ｂの反力が、柔性を有する上接続部材４ａで緩衝された後、建物Ｓ側に伝達されるので、建物Ｓの応答加速度を良好に抑制することができる。

【0073】

以上の構成及び動作から、第３実施形態によるダンパユニット３をモデル化すると、図１６のように表される。すなわち、第１マスダンパ５Ａ、第２マスダンパ５Ｂ及び下接続部材４ｂのそれぞれの変形量は互いに等しく、これらの３つ構成要素５Ａ、５Ｂ及び４ｂの反力の和は、上接続部材４ａの反力と等しい。したがって、このダンパユニット３のモデルは、第１マスダンパ５Ａの構成要素（ｍｄ１、ｃｄ１、Ｆｒ１）と、第２マスダンパ５Ｂの構成要素（ｍｄ２、ｃｄ２、Ｆｒ２）と、下接続部材４ｂから成るバネ要素Ｋ３が互いに並列に接続されたものに、上接続部材４ａら成るバネ要素Ｋ４が接続されたモデルになる。

【0074】

なお、第１及び第２マスダンパ５Ａ、５Ｂにおける慣性質量及び粘性抵抗は、任意に設定することが可能であり、それにより、所望のダンパ反力（慣性力と減衰力）を得ることができる。例えば、両マスダンパ５Ａ、５Ｂの間で、慣性質量及び粘性抵抗の両方を同じ設定としてもよく、あるいは、それらの両方又は一方を異なる設定としてもよい。また、第２マスダンパ５Ｂを、粘性減衰効果をもたず、慣性質量効果のみを発揮する慣性質量ダンパとしてもよい。あるいは、第２マスダンパ５Ｂに代えて、繋ぎ材６の移動に伴って減衰効果を発揮するダンパ、例えばオイルダンパや摩擦ダンパを用いることも可能である。

【0075】

次に、図１７及び図１８を参照しながら、本発明の第４実施形態について説明する。図１７に示すように、本実施形態は、建物Ｓと地盤Ｇの間に３つの接続部材４ｃ～４ｅを上下３段で設けるとともに、下側の２つの接続部材４ｄ、４ｅの間に第１繋ぎ材６Ｃを介して第１マスダンパ５Ｃを連結し、上側の２つの接続部材４ｃ、４ｄの間に第２繋ぎ材６Ｄを介して第２マスダンパ５Ｄを連結したものである。

【0076】

接続部材４ｃ～４ｅはいずれも、前述した接続部材４ａ、４ｂと同様、建物Ｓの鉛直荷重を支持するとともに、柔性を有し、地震動に対して水平方向に変形可能かつ復元可能なものであり、例えば上下のフランジを有する天然ゴム系積層ゴムで構成されている。なお、接続部材４ｃ～４ｅとして、減衰機能をさらに有する、鉛プラグや錫プラグを用いたプラグ入り積層ゴムなどを用いてもよい。上接続部材４ｃは、上フランジを介して上部基礎ＦＳにねじ止めされ、下接続部材４ｅは、下フランジを介して下部基礎ＦＧにねじ止めされ、中接続部材４ｄは、上下の接続部材４ｃ、４ｅの間に配置されている。

【0077】

第１及び第２繋ぎ材６Ｃ、６Ｄはいずれも、前述した繋ぎ材６と同様、剛性の高い部材、例えば肉厚の鋼板で構成されている。第１及び第２マスダンパ５Ｃ、５Ｄはいずれも、前述したマスダンパ５と同様に構成され、ねじ軸１３ａと内筒（図示せず）との相対変位に応じた回転マス（図示せず）の回転によって、回転マスによる慣性質量効果と粘性体（図示せず）による粘性減衰効果を発揮するものである。

【0078】

第１繋ぎ材６Ｃは、下接続部材４ｅの上フランジと中接続部材４ｄの下フランジとの間に挟持された状態で、両フランジにねじ止めされ、水平に延びている。第１マスダンパ５Ｃは、第２及び第１フランジ１７、１６を介して、第１繋ぎ材６Ｃのフランジ６ａと地盤Ｇに立設された支持部材７の中間部に連結されている。同様に、第２繋ぎ材６Ｄは、上接続部材４ｃの下フランジと中接続部材４ｄの上フランジとの間に挟持された状態で、両フランジにねじ止めされ、水平に延びている。第２マスダンパ５Ｄは、第２及び第１フランジ１７、１６を介して、第２繋ぎ材６Ｄのフランジ６ａと支持部材７の上端部に連結されている。

【0079】

本実施形態によれば、地震時に地盤Ｇが振動し、建物Ｓと地盤Ｇの間に水平方向の相対変位が発生すると、接続部材４ｃ～４ｅが、建物Ｓの鉛直荷重を支持しながら水平方向に変形する。また、第１繋ぎ材６Ｃは、下接続部材４ｅの変形量と同じ変位量で変位し、それに伴い、第１マスダンパ５Ｃのねじ軸１３ａが変位することによって、第１マスダンパ５Ｃが作動する。また、第２繋ぎ材６Ｄは、中接続部材４ｄの変形量と同じ変位量で変位し、それに伴い、第２マスダンパ５Ｄのねじ軸１３ａが変位することによって、第２マスダンパ５Ｄが作動する。

【0080】

以上により、第１マスダンパ５Ｃの慣性質量効果及び粘性減衰効果による反力と、第２マスダンパ５Ｄの慣性質量効果及び粘性減衰効果による反力が、同時に作用し、装置全体としてより大きなダンパ反力が得られるので、免震層Ｌの層間変位及び建物Ｓの応答変位をさらに良好に抑制することができる。

【0081】

また、第１実施形態と同様、高周波数成分を含む第１及び第２マスダンパ５Ｃ、５Ｄの反力が、柔性を有する上接続部材４ｃで緩衝された後、建物Ｓ側に伝達されるので、建物Ｓの応答加速度を良好に抑制することができる。

【0082】

以上の構成及び動作から、第４実施形態によるダンパユニット３をモデル化すると、図１８のように表される。すなわち、第１マスダンパ５Ｃと下接続部材４ｅの反力の和、第２マスダンパ５Ｄと中接続部材４ｄの反力の和と、上接続部材４ｃの反力は、互いに等しい。したがって、このダンパユニット３のモデルは、第１マスダンパ５Ｃの構成要素（ｍｄ３、ｃｄ３、Ｆｒ３）と下接続部材４ｅから成るバネ要素Ｋ５が互いに並列に接続されたもの、第２マスダンパ５Ｄの構成要素（ｍｄ４、ｃｄ４、Ｆｒ４）と中接続部材４ｄから成るバネ要素Ｋ６が互いに並列に接続されたものと、上接続部材４ｃら成るバネ要素Ｋ７が、互いに直列に接続されたモデルになる。

【0083】

なお、本実施形態では、第１及び第２マスダンパ５Ｃ、５Ｄがいずれも、地盤Ｇ側に設けられた支持部材７に連結されているが、これに代えて、建物Ｓ側（例えば基礎梁Ｂ）に設けられた支持部材７に連結してもよい。あるいは、支持部材７を地盤Ｇ側及び建物Ｓ側に別個に設け、第１マスダンパ５Ｃを地盤Ｇ側の支持部材７に連結し、第２マスダンパ５Ｄを建物Ｓ側の支持部材７に連結してもよい。

【0084】

また、本実施形態においても、第１及び第２マスダンパ５Ｃ、５Ｄにおける慣性質量及び粘性抵抗は、任意に設定することが可能であり、それにより、所望のダンパ反力（慣性力と減衰力）を得ることができる。例えば、両マスダンパ５Ｃ、５Ｄの間で、慣性質量及び粘性抵抗の両方を同じ設定としてもよく、あるいは、それらの両方又は一方を異なる設定としてもよい。

【0085】

なお、本発明は、説明した第１～第４実施形態（以下、総称する場合「実施形態」という）及び変形例に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、マスダンパ５、第１マスダンパ５Ａ、第１及び第２マスダンパ５Ｃ、５Ｄを、慣性質量効果に加えて粘性減衰効果を発揮するものとして説明したが、これに代えて、粘性減衰効果をもたず、慣性質量効果のみを発揮する慣性質量ダンパを用いてもよい。また、実施形態では、マスダンパ５などに軸力制限機構１５が設けられているが、これを省略してもよい。

【0086】

また、実施形態のマスダンパ５などは、一端部と他端部との間の相対変位をボールねじによって回転マスの回転運動に変換するボールねじ式のものであるが、これに代えて、流体式や、歯車モータ式、ラックアンドピニオン式のものを用いてもよい。さらに、実施形態では、ダンパユニット３とともに複数の免震装置２を免震層Ｌに設けているが、これらの免震装置２の全部又は一部を、ダンパユニット３に置き換えることも可能である。

【0087】

また、第４実施形態では、接続部材が３つの接続部材４ｃ～４ｅによる３段構成になっているが、接続部材を４段以上とし、互いに重なる各２つの接続部材の間に、繋ぎ材及びマスダンパを連結してもよい。さらに、第２実施形態の変形例に示した緩衝材３１は、あくまで例示であり、慣性質量ダンパの反力を緩衝できるものである限り、任意の構成を採用することができる。

【0088】

また、実施形態は、建物Ｓと地盤Ｇの間に免震層Ｌを設定した基礎免震建物の例であるが、本発明は、これに限らず、建物の低層部や中層部に免震層を設定した中間階免震建物に適用することが可能である。さらに、実施形態は、本発明による振動抑制装置を建物Ｓに適用した例であるが、本発明はこれに限らず、他の適当な構造物、例えば鉄塔などにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することや、実施形態に関するバリエーションを適宜、組み合わせて適用することが可能である。

【符号の説明】

【0089】

Ｓ 建物（構造物）
Ｇ 地盤
Ｌ 免震層
１ 振動抑制装置
２ 免震装置
４ａ 上接続部材（接続部材）
４ｂ 下接続部材（接続部材）
４ｃ 上接続部材（接続部材）
４ｄ 中接続部材（接続部材）
４ｅ 下接続部材（接続部材）
５ マスダンパ（慣性質量ダンパ）
５Ａ 第１マスダンパ（慣性質量ダンパ）
５Ｂ 第２マスダンパ（第２ダンパ）
５Ｃ 第１マスダンパ（慣性質量ダンパ）
５Ｄ 第２マスダンパ（慣性質量ダンパ）
６ 繋ぎ材
６Ｃ 第１繋ぎ材（繋ぎ材）
６Ｄ 第２繋ぎ材（繋ぎ材）
７ 支持部材
７Ａ 第１支持部材（支持部材）
７Ｂ 第２支持部材（支持部材）
１４ 回転マス（慣性質量体）
１６ 第１フランジ（慣性質量ダンパの他端部）
１７ 第２フランジ（慣性質量ダンパの一端部）
２１ 粘性体
３１ 緩衝材

【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】