(57)【要約】【課題】高層建築物において１次モードに加えて高次モードも効率よく低減することができ、さらに制振ダンパーの設置数を減らすことで、居室部の有効面積を増加させることができる。【解決手段】高層建築物２の屋上２ａに設けられ、高層建築物２の固有モードのうち１次モードを低減する大質量ＴＭＤ３と、高層建築物２における層間の刺激関数が大きな集中配置層２０に集中的に設置され、高層建築物２の固有モードのうち高次モードを低減する回転慣性質量ダンパー４と、を備え、回転慣性質量ダンパー４は、刺激関数の大きな層を含む複数層に集中的に配置された構成の制振システムを提供する。【選択図】図１
2020007756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高層建築物に構築される制振システムであって、
前記高層建築物のうち１次刺激関数による振幅が生じる層に設けられ、前記高層建築物の固有モードのうち１次モードを低減する大質量チューンドマスダンパーと、
前記高層建築物における層間の刺激関数が大きな層に集中的に設置され、前記高層建築物の固有モードのうち高次モードを低減する回転慣性質量ダンパーと、
を備えていることを特徴とする制振システム。
【請求項２】
前記大質量チューンドマスダンパーは、前記１次刺激関数が最も大きな屋上を含む最上層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制振システム。
【請求項３】
前記回転慣性質量ダンパーは、前記刺激関数の大きな層を含む複数層に集中的に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制振システム。
【請求項４】
前記回転慣性質量ダンパーを設置する層の剛性は、他の層の剛性と比較して小さく設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高層建築物に構築される制振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、建物の地震被害や台風被害に対する安心安全への社会的な関心の高まりにより、特に超高層建物では、地震時や強風時における揺れを抑制することを目的に制振ダンパーを設置した制振構造とすることが主流になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような制振構造では、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、オイルダンパーに代表される層間に設置する既存の制振ダンパー１０１を用いて建物１００Ａの減衰性能を向上させようとした場合において、得ようとする減衰性能に比例して設置する制振ダンパー１０１の台数も多くなっていた。ここで、図１７（ｂ）は、制振ダンパー１０１を各層に設けることで最上階の応答倍率がベアフレームに対して小さくなっていることを示している。
この場合には、制振性能（減衰性能）を高めようとするほど多数の制振ダンパー１０１を設置するスペースを確保する必要があり、そのスペースの分だけ有効に使えるフロア面積も減少していた。また、そもそも意匠計画により、制振ダンパー１０１を設置するスペースを確保すること自体が困難であった。
【０００４】
そのため近年では、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、制振機能を有する部材の設置の省スペース化と減衰性能の向上を両立させる方法として、大質量ＴＭＤ（チューンドマスダンパー）１０２を建物１００Ｂの頂部（屋上１００ａ）等のスペースに設置し、居室部の制振ダンパーの台数を削減する制振システムを採用している。ここで、図１８（ｂ）は、大質量ＴＭＤ１０２を各層に設けることで最上階の応答倍率がベアフレームに対して小さくなっていることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の制振システムでは、ＴＭＤは主に建物の振動モードのうち１次に対して効果を発揮するものであり、２次や３次といった高次のモードに対してはほとんど効果がないという欠点がある。そのため、大質量ＴＭＤを用いる場合であっても高次モードを抑制するために、オイルダンパーなどの制振ダンパーを併用して多数設置する必要があった。
また、大質量ＴＭＤは屋上などのスペースを活用することができるため、居室部を占有することはないが、１次モードなど単一の振動モードしか制御できない。すなわち、高次モードが卓越する地震動に対しては制振効果が小さくなることから、高次モードを制御するには大質量ＴＭＤとは別に層間に作用する制振ダンパーが必要となり、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高層建築物において１次モードに加えて高次モードも効率よく低減することができ、さらに制振ダンパーの設置数を減らすことで、居室部の有効面積を増加させることができる制振システム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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る制振システムは、高層建築物に構築される制振システムであって、前記高層建築物のうち１次刺激関数による振幅が生じる層に設けられ、前記高層建築物の固有モードのうち１次モードを低減する大質量チューンドマスダンパーと、前記高層建築物における層間の刺激関数が大きな層に集中的に設置され、前記高層建築物の固有モードのうち高次モードを低減する回転慣性質量ダンパーと、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、高層建築物の最上層に設けた大質量チューンドマスダンパー（以下、大質量ＴＭＤという）により１次モードに起因する応答を大きく低減することができ、かつ高層建築物における層間の刺激関数が大きな層に集中的に設置した回転慣性質量ダンパーにより、２次や３次といった高次モードに起因する応答を低減することができる。すなわち、主に海溝型地震のように長周期成分を含む長周期地震動に対しては大質量ＴＭＤが大きな効果を発揮し、主に直下型地震動のように短周期成分を多く含む地震動に対しては回転慣性質量ダンパーが大きな効果を発揮するため、様々な地震動に対して効果のあるロバスト性の高い制振架構が構築できる。
【００１０】
このように本発明では、回転慣性質量ダンパーによって高次モードが抑制されることにより、１次モードに同調させた大質量ＴＭＤの有効質量比を増加させて、大質量ＴＭＤによる付加減衰を向上させることができる。すなわち、大質量ＴＭＤと回転慣性質量ダンパーを併用することにより、回転慣性質量ダンパーの効率化と集中配置によりオイルダンパー等の制振ダンパーの設置数を例えば半数まで減らしつつも、従来と同等以上の減衰性能（粘性減衰定数）が得られる。そのため、減らした制振ダンパーの設置スペースの分の居室部の有効面積を増加することができる。また、制振ダンパーを減らすことにより動線の障害がなくなるため、意匠計画における様々な動線を確保することが可能となる。
また、高次モードに起因する応答加速度を低減することで、上層階において什器等が転倒することを軽減できる。しかも、高次モードに起因する応答層せん断力を低減することも可能となるため、上層階において必要な部材強度を低減することができる。
【００１１】
また、本発明に係る制振システムは、前記大質量チューンドマスダンパーは、前記１次刺激関数が最も大きな屋上を含む最上層に設けられていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、１次刺激関数が最も大きい屋上に大質量ＴＭＤを設置することができるので、最も効率的に制振効果を発揮することができる。
【００１３】
また、本発明に係る制振システムは、前記回転慣性質量ダンパーは、前記刺激関数の大きな層を含む複数層に集中的に配置されていることが好ましい。
【００１４】
このように回転慣性質量ダンパーを配置することによって、高層建築物における２次や３次といった高次モードに起因する応答をより効果的に低減することができる。
【００１５】
また、本発明に係る制振システムは、前記回転慣性質量ダンパーを設置する層の剛性は、他の層の剛性と比較して小さく設定されていることを特徴としてもよい。
【００１６】
この場合には、回転慣性質量ダンパーを設置する層の剛性を相対的に低くすることにより、層間の刺激関数を積極的に大きくすることができ、これにより回転慣性質量ダンパーによる効果をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の制振システムによれば、高層建築物において１次モードに加えて高次モードも効率よく低減することができ、さらに制振ダンパーの設置数を減らすことで、居室部の有効面積を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による制振システムが構築された高層建築物を示す側面図である。
【図２】大質量ＴＭＤの構成を示す側面図である。
【図３】回転慣性質量ダンパーの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、ＴＭＤの解析モデルを示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、回転慣性質量ダンパーの解析モデルを示す図である。
【図６】入力加速度に対する最上層の応答倍率を示すグラフであって、（ａ）は大質量ＴＭＤを設置した場合、（ｂ）は回転慣性質量ダンパーを設置した場合、（ｃ）は大質量ＴＭＤと回転慣性質量ダンパーを併用した場合のグラフである。
【図７】２次モードに同調させた回転慣性質量ダンパーの有無での１次刺激関数の変化を示す図である。
【図８】層間刺激関数の一例を示す図であって、（ａ）は１次モードの図、（ｂ）は２次モードの図である。
【図９】実施例による検証用の質点系解析モデルを示す図である。
【図１０】実施例による時刻歴波形を示す図であって、（ａ）は長周期地震動ＣＨ２を示す図、（ｂ）は告示波Ｌｖ２（ランダム位相）を示す図、（ｃ）は直下型地震動模擬波を示す図、（ｄ）は想定東海地震模擬波を示す図である。
【図１１】解析に用いた入力地震動の擬似速度応答スペクトルを示す図である。
【図１２】（ａ）は長周期地震動ＣＨ２に対する層変位を示すグラフ、（ｂ）は告示波Ｌｖ２に対する層変位を示すグラフ、（ｃ）は直下型地震動模擬波に対する層変位を示すグラフ、（ｄ）は想定東海地震模擬波に対する層変位を示すグラフである。
【図１３】（ａ）は長周期地震動ＣＨ２に対する層間変形角を示すグラフ、（ｂ）は告示波Ｌｖ２に対する層間変形角を示すグラフ、（ｃ）は直下型地震動模擬波に対する層間変形角を示すグラフ、（ｄ）は想定東海地震模擬波に対する層間変形角を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は長周期地震動ＣＨ２に対する絶対加速度を示すグラフ、（ｂ）は告示波Ｌｖ２に対する絶対加速度を示すグラフ、（ｃ）は直下型地震動模擬波に対する絶対加速度を示すグラフ、（ｄ）は想定東海地震模擬波に対する絶対加速度を示すグラフである。
【図１５】（ａ）は長周期地震動ＣＨ２に対する層せん断力係数を示すグラフ、（ｂ）は告示波Ｌｖ２に対する層せん断力係数を示すグラフ、（ｃ）は直下型地震動模擬波に対する層せん断力係数を示すグラフ、（ｄ）は想定東海地震模擬波に対する層せん断力係数を示すグラフである。
【図１６】１次〜３次モードにおける粘性減衰定数を示す図である。
【図１７】従来の制振システムを示す図であって、（ａ）は各層に制振ダンパーが設置された高層建築物を示す側面図、（ｂ）は入力加速度に対する最上層の応答倍率を示すグラフである。
【図１８】従来の制振システムを示す図であって、（ａ）は屋上にＴＭＤが構築された高層建築物を示す側面図、（ｂ）は入力加速度に対する最上層の応答倍率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態による制振システムについて、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の制振システム１は、例えば１００ｍを超えるような高層建築物２に構築されている。高層建築物２における高さ方向の中間部分の連続する複数の階（層）で、後述する刺激関数の大きな層を集中配置層２０とする。図１では、６層及び７層が集中配置層２０となっている。
【００２１】
本実施形態の制振システム１は、高層建築物２の固有モードにおいて１次モードは大質量ＴＭＤ（チューンドマスダンパー）３（図２参照）で制御し、２次や３次といった高次モードは回転慣性質量ダンパー４（図３参照）を用いて制御するように構成され、振動モード毎に制振デバイスの使い分けをしたハイブリッド型の制振システムである。
【００２２】
大質量ＴＭＤ３は、１次刺激関数が最も大きな高層建築物２の屋上２ａ（最上層）に設置されている（図２参照）。
回転慣性質量ダンパー４は、層間の刺激関数の大きな集中配置層２０に集中配置されている（図３参照）。
またこのとき、必要に応じてオイルダンパーなど他の制振ダンパーと併用する。ここで、図４（ａ）、（ｂ）は、大質量ＴＭＤ３の振動解析モデルを示している。図５（ａ）、（ｂ）は、回転慣性質量ダンパー４の振動解析モデルを示している。図５（ｂ）は、回転慣性質量ダンパーに摩擦要素によるリリーフ機構が設けられたケースを示している。
【００２３】
大質量ＴＭＤ３は、質量比（μ：ＴＭＤ質量と建築物との有効質量比）が大きいほど制振効果が増加する性質がある。主に風揺れ用のＴＭＤでは建築物の頂部などに質量比１％程度以下が付加される。これに対し、本実施形態による制振システム１では、１０００ｔｏｎを超えるような実質量を付加するため質量比として５％程度付与できる。したがって、従来の風揺れ用ＴＭＤよりもはるかに大きい制振効果（減衰力）を得ることができる。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、大質量ＴＭＤ３の設計においては、高層建築物２全体の１次有効質量である本体質量ｍ１からなる質点に、大質量ＴＭＤ３のＴＭＤ質量ｍ２を付加した２質点系で構成したうえで定点理論を適用し、大質量ＴＭＤ３の周期（剛性）を決定している。本実施形態の大質量ＴＭＤ３では、図２に示すように、積層ゴム等の支承材３１で鉄やＲＣ（鉄筋コンクリート）塊等の錘３２を支持する形式であり、支承材３１の剛性を利用して同調させている。なお、支承材としては、積層ゴムに限定されずコイルバネであってもよく、支承材に代えてレール形式のものを利用してもよい。また、振り子の吊り長さを利用して同調させる振り子形式のＴＭＤを採用することも可能である。さらに、ＴＭＤの周期調整を目的に、図４（ｂ）に示すように、支承材に並列して回転慣性質量ダンパーを併用してもよい。
【００２５】
図３に示す回転慣性質量ダンパー４は、回転錘４１を備えたボールねじ機構（ボールねじ４２、ボールナット４３）を外筒４４Ａ、４４Ｂ内に収納した構成である。具体的には、回転慣性質量ダンパー４は、外周面にねじが形成されるとともに基端部に備えられたボールジョイント４２ａが第２部材５２側に固定され、第１外筒４４Ａ内で同軸に配置されたボールねじ４２と、ボールねじ４２のねじに螺合して回転するとともに、第１外筒４４Ａに対して回転可能に支持されたボールナット４３と、ボールナット４３とともにボールねじ４２の中心軸線Ｏを回転軸として回転する回転錘４１と、を備えている。そして、一方の第１部材５１には、第２外筒４４Ｂが固定されている。
【００２６】
回転錘４１は、ボールねじ４２と同軸に設けられ、全体として円筒状をなしており、その内空部をボールねじ４２が中心軸線Ｏに進退するようになっている。
そして、回転錘４１の軸方向の一端部４１ａが摩擦板４６を介してボールナット４３から径方向の全周にわたって張り出した接触リング４３ａによって保持されるとともに、軸方向の他端部４１ｂが押しつけバネ４７によって径方向の外側に向けて付勢された状態で第１外筒４４Ａに対して回転可能に保持されている。つまり、摩擦板４６により付与される所定の摩擦抵抗によって回転錘４１と接触リング４３ａとが一体に回転する構成となっている。なお、ボールナット４３の回転トルクが摩擦板４６に生じる摩擦抵抗よりも大きくなると、摩擦板４６と接触リング４３ａとの間で滑りが生じ、回転錘４１はボールナット４３と一体には回転しなくなる。ボールナット４３は、第１部材５１側で内筒４８に固定されており、この内筒４８が軸受け４５を介して第２外筒４４Ｂに対して回転可能に設けられている。
【００２７】
このように構成される回転慣性質量ダンパー４では、第１部材５１と第２部材５２の２部材間に近接離反する方向に相対振動が生じて、ボールねじ４２が中心軸線Ｏ方向に移動すると、その中心軸線Ｏ方向の変位量に比例して、ボールねじ４２に螺合するボールナット４３が回転する。つまり、第２部材５２に固定されているボールねじ４２は、第１部材５１に第２外筒４４Ｂと軸受け４５を介して回転可能に保持されているボールナット４３に対して中心軸線Ｏ方向に直線運動し、これによりボールナット４３が回転運動に変換されるようになっている。そして、ボールナット４３の回転とともに回転錘４１がボールねじ４２の中心軸線Ｏまわりに回転することで、慣性質量が付与されることになる。
さらに、ボールねじ４２及び軸受け部に封入されたグリースの粘性抵抗に起因する粘性減衰要素を併せ持ち、入力振動数に応じた減衰抵抗を生じる。
【００２８】
次に、制振システム１の設置方法について具体的に説明する。
先ず、大質量ＴＭＤ３は１次モードに同調させ、かつ回転慣性質量ダンパー４は直列するばね部材と振動系を形成して２次モード、または２次および３次等の高次モードに同調させる。
図６（ａ）に示すグラフは、大質量ＴＭＤ３のみを設置した場合の入力加速度に対する最上層の応答倍率を示したものである。３〜４秒の間の周期において、ベアフレームに対して大質量ＴＭＤ３で１次モードが低減していることが確認できる。
【００２９】
図６（ｂ）に示すグラフは、回転慣性質量ダンパー４のみを設置した場合の入力加速度に対する最上層の応答倍率を示したものである。１〜２秒の間の周期において、ベアフレームに対して回転慣性質量ダンパー４で２次モードが低減していることが確認できる。
【００３０】
図６（ｃ）に示すグラフは、大質量ＴＭＤ３と回転慣性質量ダンパー４を併合した場合の入力加速度に対する最上層の応答倍率を示したものである。３〜４秒の間の周期において、ベアフレームに対して大質量ＴＭＤ３で１次モードが低減し、１〜２秒の間の周期において、ベアフレームに対して回転慣性質量ダンパー４で２次モードが低減していることが確認できる。
【００３１】
大質量ＴＭＤ３で発揮できる減衰性能は、同調させるｊ次の振動モードの有効質量Ｍｅ，ｊと大質量ＴＭＤ３の質量Ｍｔｍｄの比μ（＝Ｍｔｍｄ／Ｍｅ，ｊ）によって決まる。そのため、例えば大質量ＴＭＤ３による付加減衰ｈａを略算的に（１）式で表わすことができ、有効質量比μが大きいほど付加減衰が増加する。
【００３２】
【数１】
2020007756.tif 000003
【００３３】
（１）式において、付加減衰ｈａを大きくするにはμを大きくする必要があり、それには質量Ｍｔｍｄを大きくする方法と、ｊ次の振動モードの有効質量Ｍｅ，ｊを小さくする方法とがある。
質量Ｍｔｍｄを大きくする方法は、大質量ＴＭＤ３の錘を重くすれば良いが、錘を大きくしていくことには物理的な限界があるため現実的ではない。そのため、ｊ次の振動モードの有効質量Ｍｅ，ｊを小さくする方法を用いる。ｊ次の有効質量Ｍｅ，ｊは、刺激係数βｊと固有ベクトルｒｊ、及び質量マトリクスＭの関係から表わされる（２）式により算出される。ここで、βｊｒｊは刺激関数を表すことから、この刺激関数βｊｒｊを小さくできればｊ次の有効質量Ｍｅ，ｊも小さくできる。
【００３４】
【数２】
2020007756.tif 000004
【００３５】
そこで、本実施形態では、回転慣性質量ダンパー４で付加振動系を形成して、それを付加する前と比較して１次の刺激関数β１ｒ１ が小さくなるように、回転慣性質量ダンパー４を付加することを特徴とする。これは、回転慣性質量ダンパー４と同調バネからなる付加振動系を２次や３次といった高次モードに対して同調させることにより実現することができる。
ここで、図７は、２次モードに同調する回転慣性質量ダンパー４を付加した場合と、回転慣性質量ダンパー４を付加していない場合とのそれぞれの１次の刺激関数を比較した例を示している。これによると、回転慣性質量ダンパー４を付加することにより１次の刺激関数が減少していることが明らかである。
【００３６】
そして、回転慣性質量ダンパー４の有効質量ＭＤＳと建物本体の有効質量Ｍｅ，ｊとの比μ（＝ＭＤＳ／Ｍｅ，ｊ）を大きくすることにより、回転慣性質量ダンパー４の効果を高める。
ここで、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、回転慣性質量ダンパー４は層間の加速度差に比例して作用するため、有効質量比μを大きくするには同調させる次数の層間刺激関数が大きい層に設置するのが効果的である。
なお、層間刺激関数の大きい箇所としては、階高の高い層がある。
【００３７】
次に、制振システムの作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態の制振システムでは、高層建築物の最上層に設けた大質量ＴＭＤ３により１次モードに起因する応答を大きく低減することができ、かつ高層建築物における層間の刺激関数が大きな層に集中的に設置した回転慣性質量ダンパーにより、２次や３次といった高次モードに起因する応答を低減することができる。すなわち、主に海溝型地震のように長周期成分を含む長周期地震動に対しては大質量ＴＭＤが大きな効果を発揮し、主に直下型地震動のように短周期成分を多く含む地震動に対しては回転慣性質量ダンパーが大きな効果を発揮するため、様々な地震動に対して効果のあるロバスト性の高い制振架構が構築できる。
【００３８】
このように本発明では、回転慣性質量ダンパーによって高次モードが抑制されることにより、１次モードに同調させた大質量ＴＭＤの有効質量比を増加させて、大質量ＴＭＤによる付加減衰を向上させることができる。すなわち、大質量ＴＭＤと回転慣性質量ダンパーを併用することにより、回転慣性質量ダンパーの効率化と集中配置によりオイルダンパー等の制振ダンパーの設置数を例えば半数まで減らしつつも、従来と同等以上の減衰性能（粘性減衰定数）が得られる。そのため、減らした制振ダンパーの設置スペースの分の居室部の有効面積を増加することができる。また、制振ダンパーを減らすことにより動線の障害がなくなるため、意匠計画における様々な動線を確保することが可能となる。
また、高次モードに起因する応答加速度を低減することで、上層階において什器等が転倒することを軽減できる。しかも、高次モードに起因する応答層せん断力を低減することも可能となるため、上層階において必要な部材強度を低減することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、回転慣性質量ダンパーを配置することによって、高層建築物における２次や３次といった高次モードに起因する応答をより効果的に低減することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、回転慣性質量ダンパーを設置する層の剛性を相対的に低くすることにより、層間の刺激関数を積極的に大きくすることができ、これにより回転慣性質量ダンパーによる効果をより高めることができる。
【００４１】
上述のように本実施形態による制振システムでは、高層建築物において１次モードに加えて高次モードも効率よく低減することができ、さらに制振ダンパーの設置数を減らすことで、居室部の有効面積を増加させることができる。
【００４２】
（実施例）
次に、本発明による制振システムの効果を検証するための地震応答解析について説明する。
本実施例による地震応答解析では、上述した実施形態の制振システムの効果を確認するため、表１及び表２に示す諸元を持つ建物を模擬した図９に示す質点系解析モデルを対象にして、表３、図１０（ａ）〜（ｄ）、図１１に示す入力地震動を用いて時刻歴応答解析を行った。
【００４３】
【表１】
2020007756.tif 000005
【００４４】
【表２】
2020007756.tif 000006
【００４５】
【表３】
2020007756.tif 000007
【００４６】
本実施例による解析モデルは、２８質点の等価曲げせん断型質点系の弾性モデルとし、剛性比例で２％の減衰を予め付与したものである。
【００４７】
表４に示すように、解析ケースは、本実施形態の制振システムである「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」ケースを含む４ケース（Ｃａｓｅ１〜４）とした。第１解析ケース（Ｃａｓｅ１）は、オイルダンパーを１〜１９層の各層に４台ずつ配置したケースである。第２解析ケース（Ｃａｓｅ２）は、回転慣性質量ダンパーを、階高が高く、かつ層間刺激関数の大きな６、７階に集中的に配置したケースである。具体的には、６、７層の各層それぞれにオイルダンパーを４台ずつ、回転慣性質量ダンパーを１５台ずつ配置した。第３解析ケース（Ｃａｓｅ３）は、大質量ＴＭＤを配置したケースである。第４解析ケース（Ｃａｓｅ４）は、第２解析ケースの回転慣性質量ダンパーと第３解析ケースの大質量ＴＭＤを合わせて配置したケースである。
【００４８】
【表４】
2020007756.tif 000008
【００４９】
なお、大質量ＴＭＤの質量は、総質量に対して質量比が約２％となるよう１６００ｔｏｎとした。また、回転慣性質量ダンパーは、階高が高く、かつ層間刺激関数の大きい６、７階に集中的に配置し、有効質量比で約３．５％を付与した。
また、入力地震動は、前述したように、図１０（ａ）〜（ｄ）示す波形及び図１１に示す擬似速度応答スペクトルを採用した。入力地震動としては、長周期地震動（ＣＨ２）、告示波Ｌｖ２（ランダム位相）、直下型地震動模擬波、想定東海地震模擬波の４つを用いた。
【００５０】
１次の有効質量は、上記（２）式より、刺激係数β１と固有ベクトルｒ１、及び質量マトリクスＭから、Ｍｅ，１＝β１ｒ１Ｔ ・Ｍ・β１ｒ１の式で表される。ここで、表５は、検証モデルにおいてダンパーを付加しないベアフレームについて求めた刺激関数と、回転慣性質量ダンパーのＣａｓｅ２において、オイルダンパーを除いて算出した刺激関数と、を示している。そして、表６は、これらの刺激関数から求めた本体架構の１次有効質量、及び大質量ＴＭＤの１次有効質量に対して算出した質量比を示したものである。
この結果、回転慣性質量ダンパーを付加した効果によりＴＭＤ質量比は約５％増加し、付加減衰ｈａとしては５．００％から５．１３％に増加したことがわかる。
【００５１】
【表５】
2020007756.tif 000009
【００５２】
【表６】
2020007756.tif 000010
【００５３】
それぞれの入力地震動（長周期地震動、告示波、直下型地震動模擬波、想定東海地震模擬波）を入力した場合に対する最大応答値を示したものを図１２〜図１５に示す。図１２（ａ）〜（ｄ）は最大応答値が層変位（ｍｍ）の結果を示し、図１３（ａ）〜（ｄ）は最大応答値が層間変形角（ｒａｄ）の結果を示し、図１４（ａ）〜（ｄ）は最大応答値が絶対加速度（ｃｍ／ｓ２）の結果を示し、図１５（ａ）〜（ｄ）は最大応答値が層せん断力係数の結果を示している。
【００５４】
図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、「大質量ＴＭＤ」のＣａｓｅ３は「オイルダンパー各層配置」のＣａｓｅ１と比較して、１次モード付近の周期帯が卓越する想定東海地震模擬波に対して、層変位の最大応答値が同等以下に低減している。したがって、大質量ＴＭＤだけでも１次モードに起因する応答を大きく低減する効果があることが確認された。
【００５５】
図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、「回転慣性質量ダンパー」のＣａｓｅ２はオイルダンパー各層配置」のＣａｓｅ１と比較して、２次モード付近の周期帯が卓越する直下型地震動模擬波に対して、層間変形角の最大応答値が２次モードの影響が大きい１５層〜２７層付近において同等以下になっている。すなわち、回転慣性質量ダンパーを付加することによって、２次モードに起因する層間変形角を大きく低減できることが確認された。
また同様に、図１４（ａ）〜（ｄ）に示す絶対加速度、及び図１５（ａ）〜（ｄ）に示す層せん断力係数についても２次モードに起因する応答を低減する効果がある。
【００５６】
図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」のＣａｓｅ４は、「オイルダンパー各層配置」のＣａｓｅ１と比較して、いずれの入力地震動に対しても、絶対加速度の最大応答値が大幅に低減していることが確認された。とくに高次モードに起因する上層階の応答低減効果が大きい。
また、什器の転倒リスクが増加する目安となる３００ｃｍ／ｓ２を下回る層も増えることから、什器転倒のリスクの低減に効果がある。
【００５７】
図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」のＣａｓｅ４は「オイルダンパー各層配置」のＣａｓｅ１と比較して、いずれの入力地震動に対しても、層せん断力係数の最大応答値が大幅に低減している。とくに高次モードに起因する上層階の応答低減効果が大きい。直下型地震動模擬波を対象とすれば、１０層〜２８層目の層せん断力係数は１５％〜最大３５％程度低減しており、この部位の材料強度をその分だけ低減することになり、鋼材にかかるコストを低減することができる。
【００５８】
また、告示波（ランダム位相）のように卓越周期を持たない入力地震動から、短周期が卓越する直下型地震動模擬波、または１次モードのみが卓越する想定東海地震模擬波、さらには１次モードと２次モードの両方が卓越するような長周期地震動（ＣＨ２）に至る特性の異なる４つの入力地震動について検討した結果、本実施形態の制振システム「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」ケースでは、いずれの入力地震動に対しても「オイルダンパー各層配置」ケースを上回る応答低減を実現している。すなわち、本実施形態の制振システムは様々な地震動に対して効果のあるロバスト性の高い制振システムといえる。
【００５９】
次に、同様の解析モデルにおいて、複素固有値解析により「オイルダンパー各層配置」ケースと本発明の制振システム「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」ケースについて粘性減衰定数を算出した。その結果を図１６に示す。
居室部に配置されたダンパー台数は、「オイルダンパー各層配置」が７６台となる。一方、「大質量ＴＭＤ＋回転慣性質量ダンパー」は、３８台となり、台数を半数に減らすことができる。しかも、屋上に設置した大質量ＴＭＤ３と回転慣性質量ダンパー４を併用した効果によって、１次モードでは約２．５倍、２次モードでは１．２倍に粘性減衰定数が増加している。
なお、３次モードは０．８倍に低下しているが、３次モードに同調する回転慣性質量ダンパー４を設置すれば解決できる。そのため、本実施形態の制振システム１では、従来よりも少ないダンパーの台数により、従来と同等以上の粘性減衰を付加することができる。
【００６０】
したがって、本実施形態による制振システムにおいては、大質量ＴＭＤ３と回転慣性質量ダンパー４の併用により、従来と同等以上の減衰性能を有しながら制振ダンパー（オイルダンパー）台数を半減程度に削減できることが確認された。
【００６１】
以上、本発明による制振システムの実施形態について説明したが、本発明は上記の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。
【００６２】
例えば、本実施形態では、大質量ＴＭＤを高層建築物２の屋上２ａに設けているが、屋上２ａであることに限定されることはない。大質量ＴＭＤを設置する位置として、１次刺激関数が最も大きい屋上に設置することが最も効率的であり、また高層建築物の上層部分（例えば最上層を含む５層程度）に設置することが好ましいが、屋上や上層部分以外に設置しても１次の刺激関数による振幅が生じる層であれば、それに応じた効果を発揮するため、最下層を除いたいずれの層でもよい。例えば、屋上２ａではなく、例えば高層建築物の最上層の居室部であってもかまわない。
【００６３】
また、本実施形態のように、回転慣性質量ダンパーが刺激関数の大きな層を含む複数層に集中的に配置された構成としているが、複数層であることに限定されることはなく、１つの層のみであってもかまわない。
【００６４】
また、回転慣性質量ダンパーを設置する層の剛性を他の層の剛性と比較して小さく設定することに制限されることはない。
さらに、回転慣性質量ダンパーが配置される層において、回転慣性質量ダンパーの振動周期が同調するように別のバネ・減衰要素を有する制振ダンパーが接続される構成であることに限定されることもない。
【００６５】
また、大質量ＴＭＤや回転慣性質量ダンパーの構成は、本実施形態に限定されることはなく、同様の機能を有するものであれば他の構成のものを採用してもよい。
【００６６】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  制振システム
２  高層建築物
２ａ  屋上（最上層）
３  大質量ＴＭＤ（大質量チューンドマスダンパー）
４  回転慣性質量ダンパー
２０  集中配置層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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