(57)【要約】【課題】揺れが小さい時には、両構造物間に生じる相対変位を利用して効率的な減衰効果を得ることができるとともに、揺れが大きい時には、耐震性能の低い構造物に対して優先的に揺れの応答を低減することができる構造物の連結制震構造を提供する。【解決手段】第１の構造物１および耐震性能が低い第２の構造物２を連結する可変減衰装置３と、第２の構造物２の揺れの大きさを検出する第１のセンサ５と、この第１のセンサからの検出信号に基づいて可変減衰装置３の減衰係数を制御する制御手段４とを備え、可変減衰装置３は、平常時に第１および第２の構造物１、２の双方の揺れを減衰可能な減衰係数に固定されているとともに、制御手段４は、予め設定した第２の構造物２の損傷につながるレベルを超える揺れを第１のセンサ５が検出した際に、可変減衰装置３の減衰係数を、第２の構造物２の揺れを優先的に抑えるように切換制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造物および当該第１の構造物よりも耐震性能が低い第２の構造物を連結するとともに、減衰係数を２段階以上に切換可能な可変減衰装置と、上記第２の構造物または地盤の揺れの大きさを検出する第１のセンサと、この第１のセンサからの検出信号に基づいて上記可変減衰装置を制御する制御手段とを備えてなり、
上記可変減衰装置は、平常時においては上記第１および第２の構造物の双方の揺れを減衰可能な減衰係数に固定されているとともに、上記制御手段は、予め設定した上記第２の構造物の損傷につながるレベルを超える揺れを上記第１のセンサが検出した際に、上記可変減衰装置の減衰係数を、上記第２の構造物の揺れを優先的に抑えるように切換制御することを特徴とする構造物の連結制震構造。
【請求項２】
上記制御手段は、上記可変減衰装置に発生する力を連続的に検出する第２のセンサと、上記第２の構造物の上記可変減衰装置が設けられた階に設置されて当該第２の構造物における揺れの応答を連続的に検出する第３のセンサとを備え、上記第２および第３のセンサが検出した方向の符号の積により、上記可変減速装置に発生する力が上記第２の構造物に減衰力として作用すると判断される時に、上記可変減衰装置の上記減衰係数を大きく設定するとともに、上記第２および第３のセンサが検出した方向の符号の積により、上記可変減速装置に発生する力が上記第２の構造物に加振力として作用すると判断される時に、上記可変減衰装置の上記減衰係数を小さく設定することにより、上記切換制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の構造物の連結制震構造。
【請求項３】
上記制御手段は、上記第２の構造物の損傷程度または揺れの応答値を検出する第４のセンサを備え、上記第４のセンサからの検出値が、予め設定した複数段階の上記損傷程度または揺れの応答値を超える毎に、段階的に上記減衰係数を小さく設定することにより、上記切換制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の構造物の連結制震構造。
【請求項４】
上記可変減衰装置は、上記第１および第２の構造物間において、水平方向および鉛直方向に複数設置されているとともに、各々の上記可変減衰装置が上記制御手段によって個別に制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の構造物の連結制震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震性能が異なる構造物同士を、地震時における揺れの減衰効果を有する可変減衰装置によって連結した連結制震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
隣接する耐震性能が低い既存の建物と、これよりも耐震性能が高い既存または新築の建物を、減衰装置を間に介して接続する連結制震構造においては、地震時等に上記２棟の建物間に生じる大きな相対変位を利用して、上記減衰装置に効率的にエネルギーを吸収させることができる。また、耐震性能が低い既存の建物の制震化を図る場合にも、もっぱら建物の外部における工事によって対応することができるために、工事期間中に建物の内部における通常の使用を妨げることが少ないという利点もある。
【０００３】
そこで、例えば下記特許文献１においては、エキスパンションジョイントで水平方向に距離をおく２つの構造体間に、水平方向の振動を吸収するオイルダンパを２台１組として前記構造体の主軸方向に対してそれぞれ角度を変えてトラス型に複数組跨設し、前記構造体の主軸方向毎の減衰性能を調整できるように構成したことを特徴とするオイルダンパによる構造体のトラス型接続構造が提案されている。
【特許文献１】特許第３４１１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、オイルダンパを用いた上記トラス型接続構造においては、耐震性能が低い建物と耐震性能に比較的余裕がある建物の連結に用いた場合、大地震時には、上記オイルダンパの反力として、非線形化が進行した耐震性能の低い建物のほうに過大なエネルギーが流れ、この結果当該建物が早期に損傷を受けてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、揺れが小さい時には、両構造物間に生じる相対変位を利用して効率的な減衰効果を得ることができるとともに、揺れが大きい時には、耐震性能の低い構造物に対して優先的に揺れの応答を低減することができる構造物の連結制震構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１の構造物および当該第１の構造物よりも耐震性能が低い第２の構造物を連結するとともに、減衰係数を２段階以上に切換可能な可変減衰装置と、上記第２の構造物または地盤の揺れの大きさを検出する第１のセンサと、この第１のセンサからの検出信号に基づいて上記可変減衰装置の減衰係数を制御する制御手段とを備えてなり、上記可変減衰装置は、平常時においては上記第１および第２の構造物の双方の揺れを減衰可能な減衰係数に固定されているとともに、上記制御手段は、予め設定した上記第２の構造物の損傷につながるレベルを超える揺れを上記第１のセンサが検出した際に、上記可変減衰装置の減衰係数を、上記第２の構造物の揺れを優先的に抑えるように切換制御することを特徴とするものである。
【０００７】
なお、第２の構造物の揺れの大きさを検出する第１のセンサとしては、当該第２の構造物、その周辺地盤または可変減衰装置のダンパに設置されて、当該箇所の加速度、速度、変位（層間変位）、歪、エネルギー等を計測する加速度センサ、速度センサ、変位センサ、歪センサ、エネルギー検出手段等を用いることができる。
【０００８】
そして、各センサに対応して、上記制御手段には、第２の構造物の耐震性能の程度に基づき、当該構造物の損傷につながると考えられる加速度値、速度値、（層間）変位値、歪、エネルギー値等を設定しておく。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記制御手段が、上記可変減衰装置に発生する力を連続的に検出する第２のセンサと、上記第２の構造物の上記可変減衰装置が設けられた階に設置されて当該第２の構造物における揺れの応答を連続的に検出する第３のセンサとを備え、上記第２および第３のセンサが検出した方向の符号の積により、上記可変減速装置に発生する力が上記第２の構造物に減衰力として作用すると判断される時に、上記可変減衰装置の上記減衰係数を大きく設定するとともに、上記第２および第３のセンサが検出した方向の符号の積により、上記可変減速装置に発生する力が上記第２の構造物に加振力として作用すると判断される時に、上記可変減衰装置の上記減衰係数を小さく設定することにより、上記切換制御を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、可変減衰装置に発生する力を連続的に検出する上記第２のセンサとしては、上記可変減衰装置に生じる速度、変位または荷重を時々刻々検出可能な速度センサ、変位センサ、圧力センサ等を用いることができる。また、第２の構造物における揺れの応答を連続的に検出する第３のセンサとしては、上記第２の構造物に設置されて、当該箇所の加速度または速度を計測する加速度センサや速度センサ等を用いることができる。
【００１１】
他方、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記制御手段が、上記第２の構造物の損傷程度または揺れの応答値を検出する第４のセンサを備え、上記第４のセンサからの検出値が、予め設定した複数段階の上記損傷程度または揺れの応答値を超える毎に、段階的に上記減衰係数を小さく設定することにより、上記切換制御を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、第２の構造物の損傷程度または揺れの応答値を検出する第４のセンサとしては、層間変位を計測するための変位計等が好適である。そして、この場合には、壁にクラックが発生し始める変位角１／５００、構造躯体が損傷し始める変形角１／３００等を上記損傷程度または揺れの応答値として予め設定しておき、各々の値を超えた時点で、可変減衰装置の減衰係数を順次小さい値に切り換えて行く。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記可変減衰装置が、上記第１および第２の構造物間において、水平方向および鉛直方向に複数設置されているとともに、各々の上記可変減衰装置が上記制御手段によって個別に制御されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、第１の構造物と耐震性能が低い第２の構造物を、可変減衰装置を介して連結するとともに、平常時においては上記可変減衰装置を上記第１および第２の構造物の双方の揺れを減衰可能な減衰係数に固定しているために、強風や小規模の地震等に起因する比較的小さな揺れに対して、両構造物の応答を効率的に低減することができる。
【００１５】
したがって、上記可変減衰装置における減衰係数は、構造物の質量比および振動数比から求められる最適値またはその近傍値に設定しておくことが好ましい。
【００１６】
そして、規模の大きな地震時に、第１のセンサが予め設定した第２の構造物の損傷につながるレベルを超える揺れを検出した際に、上記制御手段によって可変減衰装置の減衰係数を第２の構造物の揺れを優先的に抑えるように切換制御しているために、上記第２の構造物における非線形化によって振動特性が変化した場合においても、当該第２の構造物の応答を継続的に優先的に低減して、早期に大きな損傷が生じることを防ぐことができる。
【００１７】
さらに、請求項４に記載の発明のように、上記可変減衰装置を、第１および第２の構造物間の水平方向および鉛直方向に複数設置するとともに、各々の可変減衰装置を上記制御手段によって個別に制御するようにすれば、第２の構造物に、もともと構造体として剛性や耐力に偏りがある場合や、非線形化後に上記偏りが生じた場合においても、当該第２の構造物における層崩壊やねじれ振動の増大を効率的に抑えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１〜図４は、本発明に係る構造物の連結制震構造の第１の実施形態を示すものであり、図５〜図１１は、それぞれ第２〜８の実施形態を示すものである。
図１〜図４において、符号１は、比較的耐震性能の余裕のある既存または新築の建物（第１の構造物）であり、符号２は、建物１に隣接するとともに、当該建物１よりも耐震性能が低い既存の建物（第２の構造物）である。
【００１９】
そして、これら建物１、２は、減衰係数を２段階以上に切換可能な複数の可変減衰装置３を介して互いに連結されている。
ここで、上記可変減速装置３としては、図２（ａ）に示すような電磁弁の開閉によって減衰係数を複数段階に切換可能な可変減衰オイルダンパ等の減衰係数制御型のものや、図２（ｂ）に示すような印加電流を変化させることにより減衰力を複数段階に切換可能なＭＲダンパやＥＲダンパ等の減衰力制御型のものが適用可能である。
【００２０】
そして、上記可変減衰装置３は、建物１、２の各々の階層に設置されているとともに、各階層においても、水平方向に間隔をおいて複数分散設置されている（図７〜図１１参照）。これらの可変減衰装置３は、それぞれ平常時において、その減衰係数が建物１、２の質量比および振動数比から求められる最適値Ａに固定されている。これにより、平常時や小規模の揺れが発生した際には、パッシブ式による揺れの減衰効果を発揮するようになっている。
【００２１】
また、複数の上記可変減衰装置３には、各々の可変減衰装置３を個別に制御するための制御手段４が設けられており、耐震性能が低い建物２に損傷につながるレベルを超える揺れが生じた際には、各制御手段４によって当該建物２の揺れを優先的に抑えるように、その減衰係数が切換制御されるようになっている。
【００２２】
すなわち、建物２には、損傷検知センサ（第１のセンサ）５が設置されている。この損傷検知センサ５は、建物２の揺れの大きさまたは非線形化の程度を検出するためのもので、設置箇所における加速度、速度、変位（層間変位）、歪、エネルギー等を計測する加速度センサ、速度センサ、変位センサ、歪みセンサ、エネルギー検出手段等を用いることができる。そして、この損傷検知センサ５からの検知信号が、各々の制御手段４に送られるようになっている。
【００２３】
他方、各々の制御手段４は、図４に示すように、損傷検知センサ５からの検知信号が入力されるコントローラ６を備えており、このコントローラ６には、予め損傷検知センサ５から送られてくる検知信号に対応した建物２の損傷につながるレベル値が設定されている。
【００２４】
例えば、損傷検知センサ５が、加速度、速度または変形（層間変位）を検出するものである場合には、これに応じて建物２の損傷につながる加速度、速度または変形（層間変位）のレベル値が設定されている。また、上記損傷検知センサ５が、加速度や速度からその周期特性を検出するものである場合には、建物２の損傷につながる周期特性の値が上記レベル値として設定されている。さらに、上記損傷検知センサ５が歪みセンサである場合には、当該箇所における建物２の損傷につながる歪みの値が上記レベル値として設定されている。
【００２５】
なお、上記損傷検知センサ５については、建物２に設置せずに可変減衰装置３に設置して、その荷重を検出したり、あるいは建物２の周辺地盤７に設置して、その加速度や速度を検出したりすることも可能である。こられの場合には、コントローラ６には、建物２の損傷につながると考えられる可変減衰装置３における荷重値や地盤７の加速度値等が、上記レベル値として設定されることになる。
【００２６】
他方、各々の可変減衰装置３には、当該可変減衰装置３に発生する力を連続的に検出する荷重センサ（第２のセンサ）８が設けられている。また、各々の可変減衰装置３が設置された建物２の階層には、建物２における設置箇所での速度を連続的に検出する速度センサ（第３のセンサ）９が設けられている。そして、これら荷重センサ８および速度センサ９からの検出信号が、制御手段４のコントローラ６に入力されている。
【００２７】
このコントローラ６は、可変減衰装置３にその減衰係数を切り換えるための信号を出力するものである。すなわち、このコントローラ６は、損傷検知センサ５から予め設定した上記レベル値を超える揺れの検出信号が入力された際に、可変減衰装置３の減衰係数を、建物２の揺れを優先的に抑えるように切換制御するものである。
【００２８】
この切換制御は、荷重センサ８が検出した可変減衰装置３に発生する力の方向と、速度センサ９が検出した建物２の速度の方向の符号の積により、可変減速装置３に発生する力が建物２に減衰力として作用すると判断される場合には、積極的に揺れを防止すべく、図２に示すように、可変減衰装置３の減衰係数を大きい値Ｂに切り換える信号を出力する。
【００２９】
これに対して、荷重センサ８が検出した可変減衰装置３の力の方向と、速度センサ９が検出した建物２の速度の方向の符号の積により、可変減速装置３に発生する力が建物２に加振力として作用すると判断される場合には、可変減衰装置３からの力が建物２に対して揺れを励起する加振力として作用してしまうために、可変減衰装置３の減衰係数を小さい値Ｃに切り換える信号を出力する。
【００３０】
なお、上記切換制御は、上述したものに限定されるものではなく、他の方法によっても行うことができる。
例えば、建物２に、その層間変位を計測して当該箇所における損傷程度または揺れの応答値を検出する変位計（第４のセンサ）を設置するとともに、予めコントローラ６には、建物２の壁にクラックが発生し始める変位角１／５００、構造躯体が損傷し始める変形角１／３００等を上記損傷程度または揺れの応答値（δ1、δ2等）として設定しておき、各々の値を超えた時点で、可変減衰装置の減衰係数を順次小さい値に切り換えて行く方法も採ることができる。
【００３１】
以上のように、上記構成からなる建物１、２の連結制震構造によれば、可変減衰装置３を介して建物１、２を連結するとともに、平常時においては可変減衰装置３の減衰係数を建物１、２の質量比および振動数比から求められる最適値Ａに固定しているために、強風や小規模の地震等に起因する比較的小さな揺れに対して、両建物１、２の応答を効率的に低減することができる。
【００３２】
そして、規模の大きな地震時に、予め設定した建物２の損傷につながるレベル値を超える揺れが損傷検知センサ５からコントローラ６に入力された際に、可変減衰装置３の減衰係数を建物２の揺れを優先的に抑えるように切換制御しているために、建物２における非線形化によって振動特性が変化した場合においても、建物２の応答を継続的に優先的に低減して、早期に大きな損傷が生じることを防ぐことができる。
【００３３】
加えて、可変減衰装置３を、建物１、２間の水平方向および鉛直方向に複数設置するとともに、各々の可変減衰装置３を制御手段４によって個別に制御しているために、建物２に、構造体として剛性や耐力に偏りがある場合や、非線形化後に上記偏りが生じた場合においても、建物２における層崩壊やねじれ振動の増大を効率的に抑えることができる。
【００３４】
次いで、図５〜図１１に基づいて、本発明の第２〜８の実施形態について説明する。なお、図１〜図４に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図５に示す第２の実施形態においては、各々の可変減衰装置３に発生する力の方向を連続的に検出する荷重センサ（第２のセンサ）８に代えて、建物１における上記可変減衰装置３が設けられた階層に、速度センサ（第２のセンサ）１０が設置されている。なお、速度センサ１０に代えて、加速度センサを設置してもよい。
【００３５】
上記第２の実施形態においては、コントローラ６において、速度センサ１０が検出した建物１の速度と速度センサ９が検出した建物２の速度の差の方向と、速度センサ９が検出した建物２の速度の方向との符号の積により、可変減速装置３に発生する力が建物２に減衰力として作用すると判断される場合には、可変減衰装置３の減衰係数を大きい値Ｂに切り換え、逆に可変減速装置３に発生する力が建物２に加振力として作用すると判断される場合には、可変減衰装置３の減衰係数を小さい値Ｃに切り換える信号を出力することができる。
【００３６】
図６に示す第３の実施形態においては、建物２の最上階と建物１との間に、可変減衰装置３が設置されている。さらに、建物２には、可変減衰装置３からの反力に耐えられるように、必要に応じて補強１１が施工されている。
上記第３の実施形態によれば、可変減衰装置３を建物２において変形量の大きな最上階に設置しているために、当該可変減衰装置３の効率を高めることができる。
【００３７】
図７は、第２の実施形態を、建物１、２共に構造上の偏心が無い場合に適用した第４の実施形態を示すものである。
すなわち、この連結制震構造においては、建物１、２の各々の階層に、１つの速度センサ（第２のセンサ）１０、速度センサ（第３のセンサ）９が設けられている。そして、上記速度センサ１０、９で検出された応答値が、当該階層を代表させる値として、当該階層を連結する複数（図では４つ）の可変減衰装置３への検出信号として制御手段４に入力されている。この結果、同じ階層の可変減衰装置３を、上記速度センサ１０、９からの検出信号に基づいて、同時に切換制御することができる。
【００３８】
また、図８〜図１０に示す第５〜７の実施形態は、いずれも建物１には偏心が無く、かつ耐震性能が低い建物２に偏心がある場合に適用したものである。
そして、いずれも建物１については、各々の階層に、代表となる１つの速度センサ（第２のセンサ）１０が設けられている。
【００３９】
そして、図８に示す第５の実施形態においては、建物２の各々の可変減衰装置３に、荷重センサ（第３のセンサ）１２が設けられている。
これにより、各々の階層において、代表となる速度センサ１０で検出された建物１の応答値と、建物２における各可変減衰装置３の荷重センサ１２で検出された当該可変減衰装置３に発生する力の方向とによって、各可変減衰装置３を個別に制御することにより、全体として少ない数のセンサによって、ねじれ応答を抑制することができる。
【００４０】
また、図９に示す第６の実施形態においては、建物２の各階層に、同じ応答をすると考えられる箇所を代表する複数（図では２つ）の速度センサ９が設けられており、これら速度センサ９で検出された応答が、当該速度センサ９が設けられた箇所の近傍の複数（図では２つ）の可変減衰装置３の制御手段４に、共通の値として入力されている。
【００４１】
さらに、図１０に示す第７の実施形態においては、建物２における剛性が低い箇所、すなわち変形が大きくなる箇所に、可変減衰装置３が集中的に配置されている。
したがって、これらの実施形態においても、少ない数のセンサあるいは可変減衰装置３によって、効率的に建物２におけるねじれ応答を制御することが可能になる。
【００４２】
また、図１１に示す第８の実施形態は、建物１、２共に偏心がある場合に適用した場合を示すもので、この連結制震構造においては、各階層を接続する各々の可変減衰装置３に対して、それぞれ荷重センサ８と建物２の速度センサ９とが配置されている。
この結果、各々の可変減衰装置３を個別に制御することにより、きめ細かなねじれ応答の抑制を行うことができる。
【００４３】
なお、上記第１〜第８の実施形態においては、いずれも比較的耐震性能の余裕のある既存または新築の建物１と、この建物１よりも耐震性能が低い既存の建物２との２棟の建物を連結した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、複数棟の構造物を連結する場合にも同様に適用することができる。
【００４４】
例えば、図１２に示す本発明の第９の実施形態のように、耐震性能が低い既存の建物２を、比較的耐震性能に余裕のある２棟の既存または新築の建物１とそれぞれ可変減速装置３を介して連結するとともに、構造上偏心の無い建物１については、各々代表となる１つの速度センサ１０を設け、偏心の有る建物２については、各可変減速装置３に対応して速度センサ９を設ける等の様々な形態を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成とその作用を示す模式図である。
【図２】図１の可変減衰装置３における速度と減衰力との関係を示す図で、（ａ）は減衰係数制御型のもの、図２（ｂ）は減衰力制御型のものである。
【図３】第１の実施形態における全体構成を示す正面図である。
【図４】第１の実施形態における制御手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の全体構成を示す正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の全体構成を示す正面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第９の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  建物（第１の構造物）
２  建物（第２の構造物）
３  可変減衰装置
４  制御手段
５  損傷検知センサ（第１のセンサ）
６  コントローラ
７  地盤
８  荷重センサ（第２のセンサ）
９  速度センサ（第３のセンサ）
１０  速度センサ（第２のセンサ）
１１  補強材
１２  荷重センサ（第３のセンサ）
【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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