(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の床架構を対象として該床架構に生じる上下方向の振動を制御するための制振構造であって、
振動特性が同等な複数の層を制振対象層としてそれら各層の床架構どうしを支柱により連結することにより、各床架構の剛性と前記支柱の剛性および各層の質量とにより定まる高次モードの上下振動が励起されるように構成し、
前記制振対象層のいずれかの床架構と、該床架構とは振動特性が異なる他の層の床架構との間に、それらの間で生じる上下方向の相対振動により作動する主制振機構を設置するとともに、
前記制振対象層の各層の床架構どうしの間に、それらの間で生じる前記高次モードの上下方向の相対振動により作動する副制振機構を設置してなることを特徴とする制振構造。
【請求項２】
請求項１記載の制振構造であって、
前記制振対象層を最上階の床架構および少なくともその下階の床架構を含む複数層に設定するとともに、前記制振対象層とは振動特性が異なる他の層として建物の屋上層を設定し、前記主制振機構を屋上階の床架構と最上階の床架構との間に設置してなることを特徴とする制振構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の制振構造であって、
前記主制振機構および前記副制振機構の双方を、回転慣性質量ダンパーと、該回転慣性質量ダンパーに対して直列に接続した付加ばねと、前記回転慣性質量ダンパーに対して並列に接続した付加減衰とにより構成してなることを特徴とする制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の梁や床に生じる上下振動を制御するための制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の床や梁では剛性の不足や外乱振動との共振によって居住者が不快感を感じるような上下振動が生じる場合がある。それに対する対策として、たとえば特許文献１に示されるようなＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー：動吸振器）を梁や床に対して設置することが提案されている。これは梁や床の振動に対して同調して振動する錘（付加質量）を設置することにより、その錘を大きく振動させることによって梁や床の上下方向の振動の低減を図るものである。
【０００３】
また、特許文献２には、回転慣性質量を利用することで小さい質量体により大きな付加質量が得られてＴＭＤとして有効に機能するという制振機構が提案されている。これは回転慣性質量ダンパーとばね要素（付加ばねとしての板ばね）からなる制振機構を下階の床と上階の床との間に支柱（サポート）を介して設置することによりそれらの間で生じる上下方向の相対振動により回転慣性質量ダンパーを作動させて制振効果を得るというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５２２５３号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される従来一般のＴＭＤでは充分な制振効果を得るために必要となる付加質量は一般に１トン程度と大きくなるので、制振対象の梁や床に大きな負担がかかるばかりでなく、付加質量を数個所に分けて分散配置する必要があるのでスペース確保や施工性の点でも問題がある。
【０００６】
特許文献２に示される制振機構は、大きな付加質量を必要としない点で有利であるが、この制振機構が確実に作動して充分な制振効果が得られるためには上階と下階との間で上下方向の相対振動が生じる必要があり、そのためには上階あるいは下階いずれか一方が固定端であるか、あるいはそれらの振動特性、特に双方の固有振動数に有意な差があることが前提となる。
しかし、一般の多層建物では地下階や屋上階を除く中間階の各階の振動特性はほぼ同等であることが通常であるから、上記の制振機構を一般的な多層建物の中間階に単に設置しても有効に作動し得るものとはならず、充分な制振効果が期待できない。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は上記の制振機構を一般的な建物の中間階に設置しても優れた制振効果が得られる有効適切な制振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】
【０００８】
本発明は建物の床架構を対象として該床架構に生じる上下方向の振動を制御するための制振構造であって、振動特性が同等な複数の層を制振対象層としてそれら各層の床架構どうしを支柱により連結することにより、各床架構の剛性と前記支柱の剛性および各層の質量とにより定まる高次モードの上下振動が励起されるように構成し、前記制振対象層のいずれかの床架構と、該床架構とは振動特性が異なる他の層の床架構との間に、それらの間で生じる上下方向の相対振動により作動する主制振機構を設置するとともに、前記制振対象層の各層の床架構どうしの間に、それらの間で生じる前記高次モードの上下方向の相対振動により作動する副制振機構を設置してなることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、前記制振対象層を最上階の床架構および少なくともその下階の床架構を含む複数層に設定するとともに、前記制振対象層とは振動特性が異なる他の層として建物の屋上層を設定し、前記主制振機構を屋上階の床架構と最上階の床架構との間に設置することが考えられる。
【００１０】
本発明においては、前記主制振機構および前記副制振機構の双方を、回転慣性質量ダンパーと、該回転慣性質量ダンパーに対して直列に接続した付加ばねと、前記回転慣性質量ダンパーに対して並列に接続した付加減衰とにより構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固有振動数が同等であって振動特性に有意な差がないことから制振機構を設置しても充分な効果が得られないような複数の層を制振対象層として、それら各層を支柱により連結したうえで各層間に副制振機構を設置し、かつそれらの層のいずれかと振動特性の異なる他の層との間に主制振機構を設置することにより、主制振機構および副制振機構が効果的に作動して制振対象層の床架構に対する充分な制振効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の制振構造の概要を示す図である。
【図２】同、解析モデル（非連結、非制振の場合）を示す図である。
【図３】同、固有値解析結果（非連結、非制振の場合）を示す図である。
【図４】同、固有モード（非連結、非制振の場合）を示す図である。
【図５】同、解析結果（非連結、非制振の場合）を示す図である。
【図６】同、固有値解析結果（連結、制振の場合）を示す図である。
【図７】同、固有モード（連結、制振の場合）を示す図である。
【図８】同、解析結果（連結、非制振の場合）を示す図である
【図９】同、主制振機構および副制振機構の諸元の設定例を示す図である。
【図１０】同、解析結果（連結、制振の場合）を示す図である。
【図１１】同、解析結果（連結、一部制振の場合）を示す図である。
【図１２】同、歩行荷重を示す図である。
【図１３】同、解析結果を示す図である。
【図１４】同、解析結果を示す図である。
【図１５】同、解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の制振構造の一実施形態を具体的な設計例を挙げて説明する。
本実施形態は、図１に模式的に示すように１スパン７層（７階建て）の建物への適用例であって、屋上層を除く頂部の３層（すなわち５Ｆ〜７Ｆの床架構ａ，ｂ，ｃにより構成されている各層）を制振対象層として、それら各層の床架構ａ，ｂ，ｃに生じる上下振動を特許文献２に示されているような制振機構によって抑制することを基本とするものである。
但し、上述したようにそれら各層の振動特性には有意な差がなく各床架構ａ，ｂ，ｃの固有振動数は実質的に同等であることから、各層の間に単に制振機構を設置することでは充分な制振効果が得られないことから、本発明では各層の床架構ａ，ｂ，ｃどうしを支柱１０により連結することで各層に高次モードの上下振動を励起させたうえで、それら各層の間に副制振機構Ｂを設置するとともに、最上階（７Ｆ）の床架構ｃとそれとは振動特性の異なる屋上階（ＲＦ）の床架構ｄとの間に主制振機構Ａを設置することにより、それら主制振機構Ａおよび副制振機構Ｂにより制振対象層全体の上下振動を効果的に抑制することを主眼とする。
【００１４】
本実施形態での解析モデルを図２に示す。
制振対象層の各層のスパン中央を加振点とし、上下方向および回転方向を考慮して、水平方向は拘束する。
このモデルについての固有値解析結果を図３に示し、固有モードを図４に示す。図４からこの建物では３〜６次に５〜７Ｆの固有モードがあるが、それらは近接していて振動特性に有意な差はないことが分かる。
この場合のフーリエスペクトル比を図５に示す。これから、この建物では図３および図４にみられる固有振動数において大きな応答が生じていることが分かる。
【００１５】
本発明では、上記の建物に対し、図１に示すように５〜７Ｆの床架構ａ，ｂ，ｃどうしをそれぞれ支柱１０により連結する。支柱１０としてはたとえば鋼管を用いれば良く、その剛性を適切に設定することにより、各層に初期の固有振動数とは異なるモードを励起せしめることができる。
たとえば、支柱１０として径φ76.3mm（板厚4mm）の鋼管を設置した場合の固有値解析結果を図６に示し、その場合の固有モードを図７に示す。これより、支柱１０の設置により６次および７次の高次モードが新たに発生していることが分かる。
この場合のフーリエスペクトル比を図８に示す。これから図５では見られない高次の振動が生じていることが分かる。
【００１６】
このように、本発明では制振対象層どうしを支柱１０により連結することで、当初は近接していた固有振動数の振動モードをまとめるとともに、それとは離れた高次の振動モードを発生させることができる。
そこで、そのうえで本発明では、図１に示すように、各層の床架構ａ，ｂ，ｃの間（すなわち５Ｆおよび６Ｆ）にそれぞれ副制振機構Ｂを設置するとともに、それらとは振動特性の異なる屋上層（制振対象層以外の他の層）の床架構ｄと最上階の床架構ｃとの間（すなわち７Ｆ）には主制振機構Ａを設置する。
【００１７】
それら主制振機構Ａおよび副制振機構Ｂは、図１に示すようにいずれも特許文献２に示される制振機構と同様に、回転慣性質量ダンパー１と、その回転慣性質量ダンパー１に対して直列に接続された付加ばね２と、回転慣性質量ダンパー１に対して並列に接続された付加減衰３とにより構成されたものであり、それらの諸元を各層の床架構ａ〜ｄの剛性と支柱１０の剛性および各層の質量に対応させて適正に設定することにより、それら主制振機構Ａおよび副制振機構Ｂがいずれも有効に作動し得て、制振対象層全体に対する優れた制振効果が得られる。
【００１８】
たとえば、上記のように支柱１０として径φ76.3mm（板厚4mm）の鋼管を用いる場合において、図９に示すように、７Ｆに設置する主制振機構Ａとして回転慣性質量ダンパー１の慣性質量を4000kg、付加ばね２の同調ばね値を2.543×106N/m、付加減衰３の減衰係数を3.178×104Ns/mとし、５〜６Ｆに設置する副制振機構Ｂとして回転慣性質量ダンパー１による慣性質量を4000kg、付加ばね２の同調ばね値を1.1679×107N/m、付加減衰３の減衰係数を6.052×104Ns/mとした場合には、フーリエスペクトル比は図１０に示すようになり、これから広い領域にわたって応答の小さい振動系が得られることが分かる。
【００１９】
なお、参考までに、支柱１０を設置したうえで最上階に主制振機構Ａのみを設置した場合（副制振機構Ｂを省略した場合）のフーリエスペクトル比を図１１に示す。この場合は、低次の振動モードの応答は低減できるが、本発明のように高次の振動モードの応答は低減できないことがわかる。
【００２０】
制振対象の床架構ａ，ｂ，ｃに対して図１２に示すような歩行荷重を与えた場合の応答加速度の解析結果（1/3オクターブバンド）を、非制振の場合と比較して図１３〜１５に示す。これから、本発明によれば各階の応答レベルを充分に低減させることができることが分かる。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、従来においては振動特性に有意な差がない（固有振動数が同等）であることから制振機構を設置しても充分な効果が得られないような中間階に対しても、それら各層を支柱１０により連結したうえで制振機構を設置することにより、制振機構を効果的に作動させ得て充分な制振効果を得ることが可能となる。
【００２２】
なお、上記実施形態では制振対象層を建物頂部の３層に設定するとともに、それらとは振動特性が異なる他の層として屋上層を設定し、したがって主制振機構Ａを最上階に設置してその下階に副制振機構Ｂを設置することとしたが、これは解析上の一例であって、制振対象層および他の層の設定は建物全体の構造や形態、要求される制振性能等の諸条件を考慮して任意に設定すれば良く、たとえば他の層を地下階や地上１階（接地階）として中間階全体を制振対象層とすることも可能であるし、あるいは中間階に敢えて振動特性の異なる層を確保してその上下に制振対象層を設定することも可能である。
【００２３】
また、本発明においては上記実施形態のように主制振機構Ａおよび副制振機構Ｂをいずれも回転慣性質量ダンパー１と付加ばね２と付加減衰３とにより構成することが好ましいが、それに限るものではなく、支柱１０の剛性および床架構ａ〜ｄの本来の剛性、並びにそれらの質量との関連において最適な制振効果が得られるように各諸元を設定可能なものであれば良く、その限りにおいて回転慣性質量ダンパー以外の他の形式のダンパーを採用して適宜の制振機構を構成することも可能である。
勿論、支柱１０の構造や設置位置、所要本数等についても、制振対象の床架構に対して所望の高次振動モードを励起させるように任意に設計すれば良い。
【符号の説明】
【００２４】
ａ，ｂ，ｃ  床架構（振動特性が同等な複数の層：制振対象層）
ｄ  床架構（制振対象層とは振動特性が異なる他の層）
Ａ  主制振架構
Ｂ  副制振架構
１  回転慣性質量ダンパー
２  付加ばね
３  付加減衰
１０  支柱
【図１】
0005483097.tif 000002
【図２】
0005483097.tif 000003
【図３】
0005483097.tif 000004
【図４】
0005483097.tif 000005
【図５】
0005483097.tif 000006
【図６】
0005483097.tif 000007
【図７】
0005483097.tif 000008
【図８】
0005483097.tif 000009
【図９】
0005483097.tif 000010
【図１０】
0005483097.tif 000011
【図１１】
0005483097.tif 000012
【図１２】
0005483097.tif 000013
【図１３】
0005483097.tif 000014
【図１４】
0005483097.tif 000015
【図１５】
0005483097.tif 000016