(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上下部梁間または床間に、これら上下部の梁または床の相対的な上下振動を吸収する制振手段を設置するとともに、当該制振手段の設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に、上記制振手段の設置階の上記上下部梁または床の固有振動数の差を増加させる鉛直材を設置したことを特徴とする建物床の上下振動制振システム。
【請求項２】
上記制振手段は、粘性系ダンパーであることを特徴とする請求項１に記載の建物床の上下振動制振システム。
【請求項３】
上記鉛直材は、回転慣性質量ダンパーであり、かつ上記制振手段の設置階の上記上下部梁間若しくは床間、または上記設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の建物床の上下振動制振システム。
【請求項４】
上記鉛直材は、間柱であることを特徴とする請求項１または２に記載の建物床の上下振動制振システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロングスパンの梁や床を備えた建物において、地震等における上記梁や床の上下振動を抑制する際に用いて好適な建物床の上下動制振システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロングスパンの梁や床が形成された建物においては、地震時や人の歩行、あるいは設備機器の振動に起因して、当該梁や床に比較的大きな上下振動が発生する傾向にある。
このため、上記梁や床の上下振動対策として、例えば図８に示すように、建物１の上下階の梁・床２間に、鋼製の間柱３を設置する構造が採用されている。
【０００３】
ところで、上記間柱３を用いた上下振動対策構造にあっては、当該間柱３によって梁・床２の剛性を相対的に高めて、構造物の安全性に関わる地震時の梁・床２の応答を低減する機能は有するものの、上記上下振動を減衰させる機能は有していない。このため、床２上に設置される什器類の機能維持に大きな影響を与える、地震時の床加速度応答の低減効果は得にくいという欠点があった。
【０００４】
そこで、従来、特にデータセンターや半導体工場などの、上下振動を嫌う高度な機器類が設置される建物においては、図９に示すように、建物１の上下階の梁・床２間に、上記間柱に代えて、粘弾性ダンパーやオイルダンパー等のエネルギー吸収機能を有するダンパー４を設置し、上下階間の上下振動による相対変形を上記ダンパー４に作用させて、その振動エネルギーを吸収させる制振対策が実施されている。ちなみに、この種の制振対策は、下記特許文献１においても提案されている。
【０００５】
しかしながら、一般の上記建物１においては、上下階の梁・床２として、同程度の部材断面を有する部材が用いられているために、上下階の梁・床２の固有振動数が近接し、地震時等に上下階の梁・床２が同程度の振動数と振幅で揺れる場合が多い。この結果、上下階の梁・床２間に生じる相対変形も小さく、よってダンパー４に生じるストロークも小さくなるために、当該ダンパー４が上記振動エネルギーを効率よく吸収することができず、十分な制振効果を得ることが難しいという問題点があった。
【０００６】
このように、ダンパー４に生じるストロークを増大させて、制振効果を高めるためには、上下階の梁・床２における固有振動数の差を大きくして、地震時等に生じる相対変位を増大させることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、上下階の梁・床２における固有振動数の差を大きくするために、一方の梁２の剛性を高めて固有振動数を高く設定したり、あるいは他方の梁２の剛性を低くしたり床２の重量を大きくして、その固有振動数を低く設定したりすることは、各階毎に部材断面を変えるという不経済な設計を行うこととなり、実現性に乏しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２６６１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、構造部材の断面や重量を変更することなく、上下部梁間または床間に設置した制振手段に生じる変形量を増大させて振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能となる建物床の上下振動制振システム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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、建物の上下部梁間または床間に、これら上下部の梁または床の相対的な上下振動を吸収する制振手段を設置するとともに、当該制振手段の設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に、上記制振手段の設置階の上記上下部梁または床の固有振動数の差を増加させる鉛直材を設置したことを特徴とするものである。
【００１１】
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、上記制振手段が、粘性系ダンパーであることを特徴とするものである。ここで、粘性系ダンパーとしては、オイルダンパー、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーが適用可能である。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記鉛直材が、回転慣性質量ダンパーであり、かつ上記制振手段の設置階の上記上下部梁間若しくは床間、または上記設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に設置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
他方、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記鉛直材が、間柱であ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のいずかに記載の発明によれば、制振手段を設置した階の上下部梁または床における固有振動数の差を増加させる鉛直材を設置しているために、地震等によって上記上下部梁または床が上下振動した際に、両者の固有振動数の相違から、相対変位が大きくなる。この結果、制振手段に生じる変形量を増大させて、当該制振手段による振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【００１５】
この際に、請求項３に記載の発明のように、上記鉛直材として回転慣性質量ダンパーを用いた場合には、地震時等に生じる上下部梁または床間の上下振動によって、上記回転慣性質量ダンパーが作動して上下方向の付加質量が発生する。そして、この付加質量によって、梁あるいは床の固有振動数を低下させて、上下部梁または床間の相対変形量を増大させることができる。これにより、上記制振手段に生じる変形量を増大させて、当該制振手段による振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能になる。
【００１６】
これに対して、請求項４に記載の発明にように、上記鉛直材として間柱を用いた場合には、上記間柱の端部が接続された当該階の上部梁または床および下部梁または床の固有振動数が、他の階の梁または床の固有振動数よりも増加する。この結果、上記間柱が設置された階の上階の上下部梁間若しくは床間および／または下階の上下部梁間若しくは床間に上記制振手段を設置することにより、当該制振手段の上下端部間における相対変形量を増大させて、同様に振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図２】図１の回転慣性質量ダンパーの構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図８】従来の上下振動対策の構成を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【図９】従来の他の上下振動対策の構成を示す縦断面視した全体の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１および図２は、本発明に係る建物床の上下振動制振システムの第１実施形態を示すもので、この建物１０においては、特定の階１１の上下部梁または床（以下、梁・床と表示する）１２ａ、１２ｂ間に、これら上下部の梁・床１２ａ、１２ｂの相対的な上下振動を吸収する複数基（図では２基）の粘性系ダンパー（制振手段）１３が設置されている。
【００１９】
ここで、上記粘性系ダンパー１３としては、オイルダンパー、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパー等が用いられている。そして、これら粘性系ダンパー１３が設置されている階１１には、さらに回転慣性質量ダンパー（鉛直材）１４が並列的に設置されている。
【００２０】
この回転慣性質量ダンパー１４は、図２に示すように、当該階１１の下部梁・床１２ｂに、ねじ軸１５の下端部１５ｂが、軸線方向の移動を阻止された状態で回転自在に設けられるとともに、ねじ軸１５の上端部１５ａが、上部梁・床１２ａに固定されたボール部１６内に回転自在に螺合されるとともに、ねじ軸１５の外周に、円板状の重り１７が固定されることにより構成されたものである。
【００２１】
これにより、上記回転慣性質量ダンパー１４は、上下部梁・床１２ａ、１２ｂ間に、互いに接離する相対変形が生じると、ねじ軸１５および重り１７が一体に回転して、当該重り１７の回転慣性力に相当する付加質量ΔＭが発生するようになっている。
【００２２】
上記構成からなる上下振動制振システムによれば、地震時等における上下振動によって上下部梁・床１２ａ、１２ｂ間に相対変形が生じると、回転慣性質量ダンパー１４のねじ軸１５が回転することにより、上下方向に重り１７の回転慣性力による付加質量ΔＭが発生する。
【００２３】
ここで、付加質量ΔＭは、重り１７の質量をｍｐ、半径をＲ、ねじ軸１５における雄ねじのリードをＬとすると、ΔＭ＝２・ｍｐ・（π・Ｒ／Ｌ）２によって算出することができる。これにより、上下部梁・床１２ａ、１２ｂは、それぞれの固有振動数が低下し（柔らかくなり）、相互間の相対変形量が増大する。この結果、構造部材の断面や重量を変更することなく、粘性系ダンパー１３に生じる変形量（ストローク）を増大させて、振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【００２４】
また、上記鉛直材として、回転慣性質量ダンパー１４を用いているために、上記重り１７の質量ｍ、半径Ｒ、リードＬを適宜調整してΔＭを決定することにより、粘性系ダンパー１３による上記振動エネルギーの吸収性能を調整することが可能になる。
【００２５】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示すもので、図１および図２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。
この上下振動制振システムにおいては、回転慣性質量ダンパー１４が設置された階の上階２０の上下部梁・床１２ｃ、１２ａ間に粘性系ダンパー１３が設置され、かつ下階２１の上下部梁・床１２ｂ、１２ｄ間に粘性系ダンパー１３が設置されている。
【００２６】
これにより、一方の粘性系ダンパー１３の設置階２０の下階に上記回転慣性質量ダンパー１４が設置されるとともに、他方の粘性系ダンパー１３の設置階２１の上階に上記回転慣性質量ダンパー１４が設置された構造になっている。
【００２７】
この上下振動制振システムにおいては、建物１０に振動が発生した際に、回転慣性質量ダンパー１４によって、その上下の梁・床１２ａ、１２ｂの固有振動数が低下する。この結果、上記梁・床１２ａ、１２ｂの固有振動数と、回転慣性質量ダンパー１４が設置されていない梁・床１２ｃ、１２ｄの固有振動数との差が増大する。
【００２８】
これにより、回転慣性質量ダンパー１４が設置された階の上階２０の上下部梁・床１２ｃ、１２ａ間の相対変位量、および下階２１の上下部梁・床１２ｂ、１２ｄ間の相対変位量が増大し、よってこられの階２０、２１に設置されている粘性系ダンパー１３による振動エネルギー吸収効果を高めることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態を示すものである。
この実施形態においては、図３に示した第２実施形態における回転慣性質量ダンパー１４に替えて、鋼製、コンクリート製または鉄筋コンクリート製の間柱１８が設けられている。これにより、一方の粘性系ダンパー１３の設置階２０の下階に上記間柱１８が設置され、他方の粘性系ダンパー１３の設置階２１の上階に上記間柱１８が設置された構造になっている。
【００３０】
したがって、本実施形態に係る上下振動制振システムにおいては、間柱１８の端部が接続された当該階の上部梁・床１２ａおよび下部梁・床１２ｂの固有振動数が、他の階の梁・床１２ｃ、１２ｄ等の固有振動数よりも増加する。この結果、間柱１８が設置された階の上階２０の上下部梁・床１２ｃ、１２ａ間および下階２１の上下部梁・床１２ｂ、１２ｄ間に粘性系ダンパー１３を設置することにより、当該粘性系ダンパー１３の上下端部間における相対変形量を増大させて、同様に振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【００３１】
以上の第１〜第３実施形態は、粘性系ダンパー１３を階１１または階２０、２１に設置するとともに、鉛直材として回転慣性質量ダンパー１４または間柱１８を設置した場合の基本的な構成を示したものであり、これらを様々に組み合わせることにより、以下第４〜第６実施形態に例示するように、適宜、建物１０の全体あるいは所望の階に対して、粘性系ダンパー１３による制振効果を一段と高めることが可能である。
【００３２】
（第４実施形態）
すなわち、図５は、本発明の第４実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、１階３０、最上階３１および中間階（図では３階および４階）１１、２１に、それぞれ粘性系ダンパー１３を設置するとともに、２階の上下部梁・床１２ｄ、１２ｅ間に、回転慣性質量ダンパー１４を設置し、かつ中間階（図では５階）の上下部梁・床１２ｃ、１２ａ間に、間柱１８を設置したものである。
【００３３】
（第５実施形態）
また、図６は、本発明の第５実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、中間階（図では３〜５階）１１、２０、２１に、それぞれ粘性系ダンパー１３を設置するとともに、１階、２階および最上階に間柱を設置し、中間階（図では４階）に、回転慣性質量ダンパー１４を設置したものである。
【００３４】
さらに、図７は、本発明の第６実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、１階３０に粘性系ダンパー１３を設置するとともに、当該１階に回転慣性質量ダンパー１４を設置し、かつ２〜最上階に間柱１８を設置したものである。
【００３５】
これら第４〜第６実施形態に示した上下振動制振システムによっても、回転慣性質量ダンパー１４または間柱１８によって、上下部梁・床間の相対変形が増大された粘性系ダンパー１３によって、地震時等に発生する上下振動のエネルギーを効果的に吸収して床の制振性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  建物
１１、２０、２１、３０、３１  粘性系ダンパー（制振手段）の設置階
１２ａ〜１２ｅ  梁または床
１３  粘性系ダンパー（制振手段）
１４  回転慣性質量ダンパー（鉛直材）
１５  ねじ軸
１７  重り
１８  間柱（鉛直材）
【図１】
0005473000.tif 000002
【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】
0005473000.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005473000.tif 000010