(57)【要約】【課題】  複数階を有する構造物の横揺れを抑えることにある。【解決手段】  複数階を有する構造物の制振方法は、前記構造物に横揺れが生じているとき、前記構造物内に配置された重量物を前記構造物の一の階と共に横揺れする状態から、前記構造物の他の階と共に横揺れする状態に移行させる第１の移行ステップと、前記重量物を前記他の階と共に横揺れする状態から、前記一の階と共に横揺れする状態に移行させる第２の移行ステップとを含む。【選択図】図１
2006077414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数階を有する構造物の制振方法であって、前記構造物に横揺れが生じているとき、前記構造物内に配置された重量物を、前記構造物の一の階と共に横揺れする状態から、前記構造物の他の階と共に横揺れする状態に移行させる第１の移行ステップを含む、制振方法。
【請求項２】
前記第１の移行ステップは、前記重量物を、前記一の階から前記他の階へ移動させることを含む、請求項１に記載の制振方法。
【請求項３】
前記第１の移行ステップは、前記一の階に水平方向に相対移動可能に配置されかつ前記一の階に固定された重量物の固定を解除し、同時に前記重量物を前記他の階に固定することを含む、請求項１に記載の制振方法。
【請求項４】
さらに、前記重量物を、前記他の階と共に横揺れする状態から、前記一の階と共に横揺れする状態に移行させる第２の移行ステップを含む、請求項１に記載の制振方法。
【請求項５】
前記第２の移行ステップは、前記重量物を前記他の階から前記一の階へ移動させることを含む、請求項４に記載の制振方法。
【請求項６】
前記第２の移行ステップは、前記他の階に水平方向に相対移動可能に配置されかつ前記他の階に固定された重量物の固定を解除し、同時に前記重量物を前記一の階に固定することを含む、請求項４に記載の制振方法。
【請求項７】
複数階を有する構造物の横揺れを抑えるための制振装置であって、
前記構造物の一の階に配置された重量物と、
前記重量物を前記一の階から前記他の階に移動させるための移動手段とを含む、構造物の制振装置。
【請求項８】
さらに、前記重量物を前記他の階から前記一の階に移動させるための移動手段を含む、請求項７に記載の制振装置。
【請求項９】
構造物の横揺れを抑える制振装置であって、
前記構造物の一の階に水平方向に相対移動可能に配置された重量物と、
前記重量物を前記一の階に解除可能に固定するための第１の固定装置と、
前記重量物を前記他の階に解除可能に固定するための第２の固定装置とを含む、構造物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数階を有する構造物の横揺れを抑えるための制振方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数階を有する構造物の揺れを抑えるため、棒部材と、棒部材の一端部に取り付けられ、棒部材の長手方向に関して動作可能であるダンパーと、棒部材に取り付けられ、棒部材の長手方向に関して動作可能である同調質量ダンパーとを含む制振装置を構造物に取り付けることが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
しかし、この制振構造によれば、構造物の上階における振動及び上階から下階に伝達される振動は低減されるが、横方向における構造物の固有周波数は変化しないし、構造物の各階の横方向の慣性力の入力量を変化させることができないから、横揺れを効率的に抑えることはできない。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６６１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、複数階を有する構造物の横揺れを抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る制振方法は、複数階を有する構造物の制振方法であって、前記構造物に横揺れが生じているとき、前記構造物内に配置された重量物を前記構造物の一の階と共に横揺れする状態から、前記構造物の他の階と共に横揺れする状態に移行させる第１の移行ステップを含む。
【０００７】
本発明に係る一の制振装置は、複数階を有する構造物の横揺れを抑えるための制振装置であって、前記構造物の一の階に配置された重量物と、前記重量物を前記一の階から前記他の階に移動させるための移動手段とを含む。
【０００８】
本発明に係る他の制振装置は、構造物の横揺れを抑える制振装置であって、前記構造物の一の階に水平方向に相対移動可能に配置された重量物と、前記重量物を前記一の階に解除可能に固定するための第１の固定装置と、前記重量物を前記他の階に解除可能に固定するための第２の固定装置とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る制振方法によれば、構造物の横揺れの間に、重量物を一の階と共に横揺れする状態から他の階と共に横揺れする状態に移行するから、構造物の横揺れ方向における、構造物の固有周波数を変化させることができ、また、各階の慣性力の入力量を変化させることができる。これにより、構造物全体の横揺れを制限することができる。
【００１０】
より具体的には、前記第１の移行ステップは、前記重量物を前記一の階から前記他の階へ移動させてもよいし、前記一の階に水平方向に相対移動可能に配置されかつ前記一の階に固定された重量物の固定を解除し、同時に前記重量物を前記他の階に固定してもよい。
【００１１】
本発明に係る制振方法は、さらに、前記重量物を前記他の階と共に横揺れする状態から、前記一の階と共に横揺れする状態に移行させる第２の移行ステップを含むようにしてもよい。そのようにすることにより、重量物を一の階から他の階に、次いで、他の階から一の階に移行するから、構造物の横揺れの間に、構造物の他の階の固有周波数を大きくし次いで小さくし、構造物の固有周波数を変化させることができ、また、各階の慣性力の入力量を変化させることができる。これにより、構造物全体の横揺れを効率良く制限することができる。
【００１２】
具体的には、前記第２の移行ステップは、前記重量物を前記他の階から前記一の階へ移動させることを含むようにしてもよいし、前記他の階に水平方向に相対移動可能に配置されかつ前記他の階に固定された重量物の固定を解除し、同時に前記重量物を前記一の階に固定してもよい。
【００１３】
本発明に係る一の制振装置及び他の制振装置によれば、上記制振方法を行うことができる。すなわち、一の制振装置によれば、重量物を、移動手段により一の階から他の階へ移動させることができ、また他の制振装置によれば、一の階に水平方向に相対移動可能に配置された重量物を第１の固定装置による固定を解除し、同時に第２の固定装置で重量物を他の階に固定することができる。
【００１４】
さらに、一の制振装置によれば、重量物を、移動手段により他の階から一の階へ移動させることができ、また他の制振装置によれば、他の階に水平方向に相対移動可能に配置された重量物を第２の固定装置による固定を解除し、同時に第１の固定装置で重量物を一の階に固定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に、本発明に係る制振方法が適用される３階建ての構造物１０が概略的に示されている。構造物１０は１階のフロア１２を地上階として、１階のフロア１２から地震による横揺れを受ける。符号１８，２０は、それぞれ１階のフロア１２と２階のフロア１４との間の柱、及び２階のフロア１４と３階のフロア１６との間の柱を示す。
【００１６】
本発明に係る制振方法は、構造物１０に横揺れが生じているとき、構造物１０内に配置された重量物２２を、構造物１０の一の階１４と共に横揺れする状態から、構造物１０の他の階１６と共に横揺れする状態に移行させる第１の移行ステップを含む。さらに、重量物２２を、他の階１６と共に横揺れする状態から、一の階１４と共に横揺れする状態に移行させる第２の移行ステップを含むこととすることができる。
【００１７】
図１及び図２に本発明に係る制振方法を実施するための制振装置２４の一例を示す。制振装置２４は、３階のフロア１６に固定され該フロアから２階のフロア１４へ向かって伸びるフレーム２６と、３階のフロア１６に取り付けられたモータ２８と、モータ２８の出力軸に巻かれたワイヤー３０と、ワイヤー３０の下端に取り付けられたブロック状のおもりからなる重量物２２とを含む。
【００１８】
１階のフロア１２、２階のフロア１４及び３階のフロア１６には、構造物１０の横揺れを検出することができる検出器（図示せず）を設置することができる。制振装置２４は、制御装置（図示せず）により、検出された構造物１０の横揺れに基づいて制御することができる。
【００１９】
重量物２２は、２階のフロア１４に載置されている。
【００２０】
フレーム２６の下面３２と重量物２２との間には、僅かな距離ａ（例えば、３０ｍｍ程度）が存在する。
【００２１】
モータ２８は、その出力軸の正転及び逆転によりワイヤー３０を巻いたり、送り出したりする。
【００２２】
ワイヤー３０は、フレーム２６の内側を通って、下方へ伸びている。
【００２３】
次に、制振装置２４を用いた制振方法を説明する。
【００２４】
構造物１０に横揺れが生じていないとき、図１に示すように、重量物２２は２階のフロア１４に載置された状態におかれる。重量物２２は、２階のフロア１４に、２階のフロア１４上を移動しないように載置されている。この状態で前記横揺れが生じたとき、重量物２２の横揺れ方向の慣性力が、２階のフロア１４に作用する。
【００２５】
地震が発生したとき、構造物１０の横揺れに対して、制振装置２４を例えば以下のように制御する。
【００２６】
（１）まず、地震発生から２秒経過するまで、重量物２２が２階のフロア１４に載置された状態を維持する。この間、重量物２２は、２階のフロア１４と共に横揺れする状態に置かれ、重量物２２の横揺れ方向の慣性力は、２階のフロア１４に作用する。
【００２７】
（２）次いで、図２に示すように、地震発生から２秒経過したときに、重量物２２を２階のフロア１４から３階のフロア１６へ移動させる。
【００２８】
具体的には、前記制御装置からの駆動信号を受けた制振装置２４が、モータ２８の出力軸を回転させる。これにより、モータ２８の出力軸はワイヤー３０を巻き込み、重量物２２を２階のフロア１４から引き上げる。この結果、重量物２２の横揺れ方向の慣性力は、実質的に２階のフロア１４に作用しなくなる。
【００２９】
さらに、ワイヤー３０が重量物２２を引き上げると、重量物２２は、フレーム２６の下面３２に当接する。これにより、重量物２２の横揺れ方向の慣性力は、フレーム２６を介して、実質的に３階のフロア１６に作用する。したがって、重量物２２は、２階のフロア１４と共に横揺れする状態から３階のフロア１６と共に横揺れする状態に置かれる（第１の移行ステップ）。
【００３０】
（３）その後、図１に示すように、地震発生から３秒経過したときに、重量物を３階のフロア１６から２階のフロア１４へ移動させる。
【００３１】
具体的には、前記制御装置により、制振装置２４は、モータ２８の駆動を解除するように制御される。これにより、重量物２２は、その自重によって、２階のフロア１４に向けて下降する。これにより、重量物２２は、フレーム２６の下面３２から離れ、重量物２２の横揺れ方向の慣性力は、実質的に３階のフロア１６に作用しなくなる。
【００３２】
さらに、重量物２２が２階のフロア１４に向けて下降すると、重量物２２は、２階のフロア１４に載置される。この結果、３階のフロア１６に作用していた重量物２２の横揺れ方向の慣性力は、２階のフロア１４に作用する。したがって、重量物２２は、３階のフロア１６と共に横揺れする状態から２階のフロア１４と共に横揺れする状態に置かれる（第２の移行ステップ）。
【００３３】
ここで、フレーム２６の下面３２と重量物２２との距離ａは、僅かであるから、重量物２２の移動は、ほぼ瞬時に行える。
【００３４】
以上の制振装置２４による制振方法の有効性を以下のようにして解析した。解析にあたっては、構造物１０を図３に示すようにモデル化した。
【００３５】
また、図４に示す加速度を地動加速度（入力波）として１階のフロア１２に加えた。図示の地動加速度は、振幅を１ｍ／ｓｅｃ２とする、０．１Ｈｚから５Ｈｚまで連続して周波数を変化させた正弦波である。
【００３６】
構造物１０の解析モデルにおいて、２階のフロア１４の質量をｍ１とし、３階のフロア１６の質量をｍ２とし、柱１８の横方向の剛性係数をｋ１とし、柱１８の横方向の減衰係数をｃｃ１とし、柱２０の横方向の剛性係数をｋ２とし、また、柱２０の横方向の減衰係数をｃｃ２とした。
【００３７】
構造物１０の解析モデルは、式（１）で示す状態方程式で表される。
【００３８】
【数１】
2006077414.tif 000003
【００３９】
ここで、各変数は、式（２）及び式（３）で表される。
【００４０】
【数２】
2006077414.tif 000004
【００４１】
【数３】
2006077414.tif 000005
【００４２】
ここで、行列Ａの左上の０は２行２列のゼロ行列であり、行列Ａの右上のＩは２行２列の単位行列であり、行列Ｃの右辺のＩは４行４列の単位行列である。
【００４３】
解析モデルで用いた各変数の値は、ｍ１＝１０００ｋｇ、ｍ２＝１０００ｋｇ、ｋ１＝１０００００Ｎ／ｍ、ｋ２＝１０００００Ｎ／ｍ、ｃｃ１＝１．０Ｎｓｅｃ／ｍ及びｃｃ２＝１．０Ｎｓｅｃ／ｍである。
【００４４】
また、重量物２２が２階のフロア１４から３階のフロア１６に移動することにより、２階のフロア１４の質量ｍ１の１０％が３階のフロア１６に移動するものとした。
【００４５】
すなわち、図５に示すように、時刻０秒（地震発生）から時刻２秒（地震発生から２秒経過するとき）までの間の２階のフロア１４の質量ｍ１は１０００ｋｇであり、時刻２秒から時刻３秒（地震発生から３秒経過するとき）までの間の２階のフロア１４の質量ｍ１は９００ｋｇであり、時刻３秒以後の２階のフロア１４の質量ｍ１は１０００ｋｇである。
【００４６】
また、図６に示すように、時刻０秒（地震発生）から時刻２秒までの間の３階のフロア１６の質量ｍ２は１０００ｋｇであり、時刻２秒から時刻３秒までの間の３階のフロア１６の質量ｍ２は１１００ｋｇであり、時刻３秒以後の３階のフロア１６の質量ｍ２は１０００ｋｇである。
【００４７】
図５は、２階のフロア１４の横揺れ方向の解析結果で示す。図６は、３階のフロア１６の横揺れ方向の解析結果を示す。図５及び図６の実線で示すグラフは、前記制振方法を適用した結果のフロアの加速度を示し、点線で示すグラフは、前記制振方法を適用しない場合のフロアの加速度を示す。
【００４８】
図５を参照すると、２階のフロア１４の最大加速度、換言すると質量ｍ１の最大加速度について、前記制振方法を適用しない場合は、−４．５５７３ｍ／ｓｅｃ２であり、前記制振方法を適用した場合は、−４．３９２ｍ／ｓｅｃ２であった。この結果から、２階のフロア１４の最大加速度の絶対値は、前記制振方法を適用しない場合より前記制振方法を適用した場合が小さいことがわかる。
【００４９】
図６を参照すると、３階のフロア１６の最大加速度、換言すると質量ｍ２の最大加速度について、前記制振方法を適用しない場合は、５．１９６４ｍ／ｓｅｃ２であり、前記制振方法を適用した場合は、−５．０７９ｍ／ｓｅｃ２であった。この結果から、３階のフロア１６の最大加速度の絶対値は、前記制振方法を適用しない場合より前記制振方法を適用した場合が小さいことがわかる。
【００５０】
以上の結果から、重量物２２を２階のフロア１４から３階のフロア１６に、次いで、３階のフロア１６から２階のフロア１４に移動させたから、構造物１０の横揺れの間に、構造物１０の固有周波数を変化させることができ、また、３階のフロア１６及び２階のフロア１４の慣性力の入力量を変化させることができ、構造物１０全体の横揺れを効率良く制限することができたことがわかる。
【００５１】
また、前記制振方法及び制振装置２４により、構造物１０に作用する横揺れの最大加速度を抑えることができ、これにより、構造物１０の耐震性を向上させることができることがわかる。
【００５２】
図７及び図８に、他の例の制振装置３６を示す。この制振装置３６は、図１及び図２に示すフレーム２６と同様のフレームを重量物３４としている点で、図１及び図２に示す制振装置２４と異なる。
【００５３】
２階にフロア１４に載置された重量物３４は、２階の高さ寸法すなわち２階のフロア１４から３階のフロア１６までの距離よりも小さい高さ寸法を有し、これらの両高さ寸法の差ａは小さい値に設定される。
【００５４】
重量物３４はその上面３８に接続されたワイヤー３０を巻き上げることにより、２階のフロア１４の上方に引き上げることができる。ワイヤー３０は、３階のフロア１６に取り付けられたモータ２８の駆動によりその巻き上げ及び巻き戻しを行うことができる。
【００５５】
重量物３４の移動可能な距離ａは僅かであるから、重量物３４の横揺れ方向の慣性力は、ほぼ瞬時に２階のフロア１４から３階のフロア１６に又は３階のフロア１６から２階のフロア１４に移行させることができる。
【００５６】
図９は、構造物１０の２階のフロア１４に水平方向に相対移動可能に配置されたブロック状のおもりからなる重量物２２と、重量物２２を２階のフロア１４に解除可能に固定するための固定装置４２と、重量物２２を３階のフロア１６に解除可能に固定するための固定装置４４とを含む、さらに他の例の制振装置４６を示す。
【００５７】
重量物２２は、横方向へのみ移動可能であるように、２階のフロア１４に設けられた公知の免震構造物４８に載置されている。
【００５８】
固定装置４２及び固定装置４４は、例えば、油圧ジャッキや、空気ジャッキからなる。固定装置４２は２階のフロア１４に固定され、また、固定装置４４は３階のフロア１６に固定されている。
【００５９】
固定装置４２及び固定装置４４は上下方向へ伸びるこれらのピストンの先端に重量物２２の横方向の移動を阻止するゴムのようなパッドを有する。固定装置４２及び固定装置４４のピストンは上下方向に伸縮動作可能である。
【００６０】
２階のフロア１４に固定された固定装置４２のピストンが上方へ伸びると、ピストンのパッドが重量物２２に密接する。パッドと重量物２２との間に働く摩擦力により、重量物２２は２階のフロア１４に対して横方向への移動が不能な状態すなわち固定された状態におかれる。
【００６１】
また、固定装置４２のピストンが戻されると、パッドが重量物２２から離れる。これにより、重量物２２は、２階のフロア１４に対して、横方向へ移動可能な状態におかれる。
【００６２】
次に、３階のフロア１６に固定された固定装置４４のピストンを伸長させるとピストンのパッドが重量物２２に密接する。重量物２２は、パッドと重量物２２との間に働く摩擦力により、重量物２２は３階のフロア１６に対して横方向への移動が不能な状態すなわち固定された状態におかれる。
【００６３】
また、固定装置４４のピストンが戻されると、パッドが重量物２２から離れる。これにより、重量物２２は、３階のフロア１６に対して、横方向への移動が可能な状態におかれる。
【００６４】
ピストンのパッドと重量物２２との間の距離は僅かであり、固定装置４２，４４は、フロアに対する重量物２２の固定及びこれらの解除を、ほぼ瞬時に行うことができる。
【００６５】
制御装置は、固定装置４２が重量物２２を横方向に移動不能な状態にするように重量物２２をピストンによって押すように制御する。また、制御装置は、固定装置４４が重量物２２を横方向に移動可能な状態にするように重量物２２にピストンを押圧しないように制御する。この結果、重量物２２は、２階のフロア１４と共に横揺れする状態にされる。
【００６６】
地震が生じていないとき、両固定装置４２，４４は共に、重量物２２に対して非接触状態におかれる。構造物１０に横揺れが検出されると、以下のように固定装置４２及び固定装置４４の重量物２２が２階のフロア１４と共に横揺れする状態から、３階のフロア１６と共に横揺れする状態に移行され、さらに、３階のフロア１６と共に横揺れする状態から、２階のフロア１４と共に横揺れする状態に移行される。
【００６７】
構造物１０の横揺れ等に基づいて、重量物２２が２階のフロア１４と共に横揺れする状態から、３階のフロア１６と共に横揺れする状態に移行させるべきと判断される場合、２階のフロア１４からの重量物２２の固定の解除と、３階のフロア１６に対する重量物２２の固定とを、同時に行う。
【００６８】
また、構造物１０の横揺れ等に基づいて、重量物２２が３階のフロア１６と共に横揺れする状態から、２階のフロア１４と共に横揺れする状態に移動させるべきと判断される場合、３階のフロア１６からの重量物２２の固定の解除と、２階のフロア１４への重量物２２の固定とを、同時に行う。
【００６９】
こうして、構造物１０に横揺れが生じているとき、重量物２２を、２階のフロア１４と共に横揺れする状態から、３階のフロア１６と共に横揺れする状態に移行させる第１の移行ステップと、重量物２２を、３階のフロア１６と共に横揺れする状態から、２階のフロア１４と共に横揺れする状態に移行させる第２の移行ステップとを実行することができる。
【００７０】
制振装置２４及び制振装置３６は、モータ２８の駆動によって重量物２２及び３４を移動させたが、強力な電磁石によって重量物２２及び３４を３階のフロア１６に移動させてもよい。
【００７１】
重量物２２は、２階のフロア１４と３階のフロア１６との間を移動させたが、任意の階と階との間、例えば、２階と４階との間を移動させても良い。また、１階と任意の階とを移動させてもよい。
【００７２】
本発明は、前記実施例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る制振方法を適用する制振装置の概略図である。
【図２】図１に示す制振装置を作動させた状態を示す概略図である。
【図３】図１に示す構造物の解析モデル図である。
【図４】図１に示す構造物の振動を解析するための入力波のグラフである。
【図５】図１に示す構造物の２階のフロアの加速度を示すグラフである。
【図６】図１に示す構造物の３階のフロアの加速度を示すグラフである。
【図７】本発明に係る制振装置の別の実施例を示す概略図である。
【図８】図７に示す制振装置を作動させた状態を示す概念図である。
【図９】本発明に係る制振装置のさらに別の実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７４】
ｃｃ１  １階と２階との間の減衰係数
ｃｃ２  ２階と３階との間の減衰係数
ｋ１  １階と２階との間の剛性係数
ｋ２  ２階と３階との間の剛性係数
ｍ１  ２階のフロアの質量
ｍ２  ３階のフロアの質量
１０  構造物
１２  １階のフロア
１４  ２階のフロア
１６  ３階のフロア
１８，２０  柱
２２，３４  重量物
２４，３６，４６  制振装置
２６  フレーム
２８  モータ
３０  ワイヤー
３２  フレームの下面
３８  重量物の上面
４０  重量物の下面
４２，４４  固定装置
４８  免震構造物
【図１】
2006077414.tif 000006
【図２】
2006077414.tif 000007
【図３】
2006077414.tif 000008
【図４】
2006077414.tif 000009
【図５】
2006077414.tif 000010
【図６】
2006077414.tif 000011
【図７】
2006077414.tif 000012
【図８】
2006077414.tif 000013
【図９】
2006077414.tif 000014