(57)【要約】【課題】より高性能な免震性能を備え、より大きな地震動に対応可能な免震構造を提供する。【解決手段】建物１の免震層２にモード制御機構となる慣性質量装置のダイナミック・マス５を設け、且つ、ダイナミック・マス５の質量を、モード制御理論に基づき高次の刺激関数が小となるように調整する。【選択図】図１
2018003441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の免震層にモード制御機構となる慣性質量装置のダイナミック・マスを設けて構成され、
且つ、前記ダイナミック・マスはモード制御理論に基づき高次の刺激関数が小となるようにその質量が調整されていることを特徴とする免震構造。
【請求項２】
請求項１記載の免震構造において、
前記ダイナミック・マスに対して直列に接続して過負荷防止機構が設けられていることを特徴とする免震構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の免震構造において、
前記ダイナミック・マスに対して直列に接続してバネ・減衰並列要素が設けられていることを特徴とする免震構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の免震構造において、
前記免震層に、過負荷防止機構を備えた前記ダイナミック・マスと、天然ゴム系積層ゴムからなる免震装置と、風ロック機構とを設けて構成されていることを特徴とする免震構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の免震構造において、
基礎免震層の一つの前記免震層、あるいは基礎免震層と中間免震層の複数の前記免震層を備え、前記基礎免震層及び／又は前記中間免震層に前記ダイナミック・マスを設けて構成されていることを特徴とする免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震構造は、固有周期を長周期化することによる地震動入力の低減と、免震層に変形を集中させて地震エネルギーの効率的な吸収を両立するシステムであり、近年、安全安心への社会的ニーズの高まりやＢＣＰ（事業継続計画）の観点から、超高層の建物においても免震構造を備えて免震化する事例が増えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３７１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、特に、アスペクト比が大きい超高層の建物を免震化した場合には、高次モードの影響が大きく、免震構造であっても上部構造（上層階、上層部）での応答が増幅し、応答加速度、層間変形角が増大する。
【０００５】
そして、このように高次モードの影響が大きくなって免震効果が薄れることで、結果として免震化しても上部構造の断面を絞ることができず、躯体数量を削減できなくなる。また、最上層に近いほど加速度が増大することから居住性や安心感の観点でも問題がある。
【０００６】
さらに、応答低減を目的としてダイナミック・マス（慣性質量装置、慣性接続要素などともいう）を免震層に付加することが提案、実用化されているが、単にダイナミック・マスを付加しただけでは過大な入力時に逆に応答加速度が増加するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、より高性能な免震性能を備え、より大きな地震動に対応可能な免震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】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明の免震構造は、建物の免震層にモード制御機構となる慣性質量装置のダイナミック・マスを設けて構成され、且つ、前記ダイナミック・マスはモード制御理論に基づき高次の刺激関数が小となるようにその質量が調整されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の免震構造においては、前記ダイナミック・マスに対して直列に接続して過負荷防止機構が設けられていることが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明の免震構造においては、前記ダイナミック・マスに対して直列に接続してバネ・減衰並列要素が設けられていることがより望ましい。
【００１２】
また、本発明の免震構造においては、前記免震層に、過負荷防止機構を備えた前記ダイナミック・マスと、天然ゴム系積層ゴムからなる免震装置と、風ロック機構とを設けて構成されていることがさらに望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の免震構造においては、基礎免震層の一つの前記免震層、あるいは基礎免震層と中間免震層の複数の前記免震層を備え、前記基礎免震層及び／又は前記中間免震層に前記ダイナミック・マスを設けて構成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の免震構造においては、モード制御免震構造の採用により、高次モードを抑制でき、建物を高層化しても免震効果が薄れないようにすることが可能になる。
【００１５】
また、モード制御免震構造の採用により、最上層階付近での応答を通常より大きく低減できる。これにより、建物の高付加価値化を図ることができる。
【００１６】
さらに、モード制御免震構造の採用により、応答層間変形角及び層せん断力の低減を実現でき、躯体数量削減が可能で躯体コストを削減することが可能になる。
【００１７】
また、既存免震建物であってもダンパーの後付けで本発明を実現でき、容易に且つ確実に耐震性能の向上を図ることが可能になる。
【００１８】
よって、本発明の免震構造によれば、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る免震構造を示す図であり、（ｂ）は通常の免震構造を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る免震構造を備えることによる１次モード、２次モード、３次モードでの刺激関数を示す図であり、（ｂ）は通常の免震構造の１次モード、２次モード、３次モードでの刺激関数を示す図である。
【図３】過負荷防止機構付きのダイナミック・マス（慣性質量装置）の一例を示す断面図である。
【図４】過負荷防止機構付きのダイナミック・マス（慣性質量装置）のモデルを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る免震構造を備えた建物の解析モデルを示す図である。
【図６】解析結果を示す図であり、加速度応答スペクトルを示す図である。
【図７】解析結果を示す図であり、変位応答スペクトルを示す図である。
【図８】解析結果を示す図であり、建物の上部構造の刺激関数を示す図である。
【図９】解析に用いた入力地震動の波形を示す図である。
【図１０】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１１】免震層を含む系のモード制御による刺激関数の変化を示す図である。
【図１２】２５階における加速度応答倍率を示す図である。
【図１３】入力地震動：Ｅｌ  Ｃｅｎｔｒｏ  ＮＳ（Ｌｖ２）での最大応答値を示す図である。
【図１４】入力地震動：Ｋ−ＮＥＴ  横浜  ＮＳ（２倍）での最大応答値を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えた建物を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えた建物を示す図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えることによる１次モード、２次モード、３次モード、４次モードでの刺激関数を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えることによる周波数応答倍率の変化を示す図である。
【図１９】基礎免震層にダイナミック・マスを備えた場合の解析結果を示す図であり、本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えたＳ造建物に各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。
【図２０】基礎免震層にダイナミック・マスを備えた場合解析結果を示す図であり、本発明の第２実施形態に係る免震構造を備えたＲＣ造建物に各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。
【図２１】中間免震層にダイナミック・マスを備えた場合の解析結果を示す図であり、各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層せん断力係数を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施形態に係る免震構造の変更例を示す図である。
【図２３】図２２の免震構造を備えた場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１から図１４を参照し、本発明の第１実施形態に係る免震構造について説明する。
【００２１】
本実施形態の免震構造Ａは、図１（ａ）に示すように、例えば、超高層建物などのアスペクト比が大きい建物１に具備されている。また、本実施形態の建物１は、下部に基礎免震層２を備え、この基礎免震層２によって免震構造Ａが構成されている。
【００２２】
免震構造Ａの免震層２には任意の免震支承（免震装置）３や減衰装置４が設けられている。例えば、免震支承としては積層ゴム、すべり支承、リニアスライダーのいずれか、もしくは複数を併用し、減衰装置としてはオイルダンパー、鉛ダンパー（積層ゴムに内包するＬＲＢを含む)、鋼材ダンパー、摩擦ダンパーのいずれか、もしくは複数を併用する。また、免震装置として、鉛プラグ入り積層ゴム、高減衰系積層ゴム等、減衰要素（減衰装置の機能）を有するものを用い、減衰装置を省くようにしてもよい。さらに、例えば風速計の信号に基づき電磁弁でダンパーをロックしたり、解除するなど、風荷重の大きさに応じて機能／性能を調節、変化させることを可能にする風ロック機構（風ロック機構付きのダンパー）を用いることが好ましい。
【００２３】
本実施形態の免震構造Ａは、図１（ｂ）に示す従来の免震構造Ｂと異なり、基礎免震層２にモード制御機構となるダイナミック・マス（慣性質量装置、慣性接続要素など）５を付加して構成されている。
【００２４】
なお、本実施形態の免震構造Ａにおいて、より効果的な構成（免震層２の構成）としては、天然ゴム系積層ゴム（免震装置３）、風ロック機構、オイルダンパー（減衰装置４）、ダイナミック・マス（慣性質量装置５）を備える構成が挙げられる。
【００２５】
また、本実施形態の免震構造Ａのダイナミック・マス５は、図２（ａ）に示すように、モード制御理論に基づき、高次（２次以上）の刺激係数が極めて小さくなるようにその質量（慣性質量）を調整し、高次モードが励起されないように操作して構成されている。なお、図２（ｂ）は、高次モードで揺れが大きくなる従来／通常の免震構造Ｂの刺激関数を示している。
【００２６】
これにより、本実施形態の免震構造Ａを備えた建物１においては、地震時にも高次モードの励起が抑制され、基礎免震層２より上方の上部構造の応答を抑え、従来よりも大きく改善することが可能になる。
【００２７】
ここで、本実施形態のダイナミック・マス５について一例を挙げて説明する。
【００２８】
本実施形態のダイナミック・マス５は、図３に示すように、例えば、ボールねじのリードが異なる２組のボールねじ機構（第１ボールねじ機構１０と第２ボールねじ機構１１）をケーシング１２内に同軸状態で対向配置した状態で組み込んで、それら２組のボールねじ機構によって１つの回転錘１３を回転させることにより、それ自体で回転錘１３に対する変位拡大機能及び増速機能を発揮するように構成されている。
【００２９】
また、このダイナミック・マス５は、免震層２を境に建物の上部構造と下部構造にそれぞれ接続するための連結具１４を両端部に備えている。
【００３０】
第１ボールねじ機構１０は、第１ねじ軸１５と、その第１ねじ軸１５に対して螺着された第１ナット１６とからなり、第１ねじ軸１５の基端が上部構造に接続され、それに螺着されている第１ナット１６がケーシングに対して回転可能に設けられている。
【００３１】
同様に、第２ボールねじ機構１１は、第２ねじ軸１７と、その第２ねじ軸１７に対して螺着された第２ナット１８とからなり、第２ねじ軸１７の基端が下部構造に接続され、それに螺着されている第２ナット１８がケーシングに対して回転可能に設けられている。
【００３２】
そして、第１ボールねじ機構１０の第１ナット１６と第２ボールねじ機構１１の第２ナット１８は中央部において互いに間隔をおいて対向配置され、且つ、第１ナット１６と第２ナット１８の間に円筒状の回転錘１３が配置されている。また、回転錘１３は両端がそれぞれ第１ナット１６と第２ナット１８の先端面に対して相対回転不能に連結されている。
【００３３】
さらに、本実施形態のダイナミック・マス５では、第１ナット１６と第２ナット１８との間に、錘支持スリーブ１９を配し、錘支持スリーブ１９を第１ナット１６と第２ナット１８に連結固定して双方のナットの回転量が同じになるようにしている。
【００３４】
錘支持スリーブ１９内において第１ねじ軸１５と第２ねじ軸１７の先端部同士をスリーブ２０を介して相対回転不能かつ軸方向の相対変位可能に連結しており、これにより、相対振動によって第１ナット１６と第２ナット１８と錘支持スリーブ１９の全体が第１ねじ軸１５及び第２ねじ軸１７に対して軸方向に相対変位しつつ一体に回転可能とされている。
【００３５】
錘支持スリーブ１９の外側に回転錘１３をベアリングを介して装着し、回転錘１３が錘支持スリーブ１９に対して一体回転可能に且つ相対回転可能に支持されている。
【００３６】
さらに、本実施形態のダイナミック・マス５においては、回転錘１３と錘支持スリーブ１９との間に伝達トルク制限機構２１が介装されている。
【００３７】
伝達トルク制限機構２１は、錘支持スリーブ１９から回転錘１３に伝達されるトルクが所定の制限値を超えるまではトルクを伝達し、回転錘１３を錘支持スリーブ１９とともに一体回転させる。また、トルクが制限値を超えた時点で回転錘１３を錘支持スリーブ１９に対して相対回転（空転）させ、トルク伝達を制限する。
【００３８】
具体的に、回転錘１３の端面に対して対向配置した押圧ブロックの前部に環状の摩擦板２２を固定し、押圧ブロック２３を前方に押圧することで摩擦板２２を回転錘１３の端面に対して押圧するようにしている。
【００３９】
本実施形態では、調整ボルト２４によって押圧板２５を介して押圧ブロック２３を押圧し、摩擦板２２が回転錘１３に対して押圧される。
【００４０】
よって、ブロックに対する調整ボルト２４のねじ込み量を調整することにより、回転錘１３に対する摩擦板２２の押圧力（つまりは摩擦板２２と回転錘１３との間の摩擦力）を自由に且つ広範に調整可能とされている。
【００４１】
このような伝達トルク制限機構２１を備えることにより、ダイナミック・マス５の両端に相対変位が生じると第１ナット１６と第２ナット１８の双方が同じ回転を生じ（双方のナットの回転量は自ずと一致する）、それら第１ナット１６と第２ナット１８と一体化された錘支持スリーブ１９も同じだけ回転する。
【００４２】
一方、回転錘１３は摩擦板２２を介して錘支持スリーブ１９に支持されているので、回転錘１３と錘支持スリーブ１９との間で伝達されるトルクは一定値で頭打ちとされ、その頭打ちトルクに達した時点で摩擦板２２が回転錘１３に対してスリップを生じて回転錘１３は錘支持スリーブ１９に対して相対回転（空転）し、これにより、過大加速度に対する過負荷防止機能が発揮される。
【００４３】
頭打ちトルクは摩擦板２２の摩擦係数を一定とすれば圧縮バネで付加される押圧力に比例することから、所望の制限値を調整ボルト２４のねじ込み量で自由に調整することができる。
【００４４】
上記のように構成した本実施形態のダイナミック・マス５においては、以下のような作用効果を発揮する。
【００４５】
（１）リードの異なる２組のボールねじ機構を併用して、ダイナミック・マス５の両端の相対変位に対する各ボールねじ機構の変位（ナットに対するねじ軸の移動量）を大幅に拡大できる効果をもちつつ、両端に生じるトルク反力を大幅に低減し、構造躯体への負担を軽減することができ、さらに過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構２１を備えた有効な慣性質量装置を実現できる。
【００４６】
（２）過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構２１の頭打ち荷重（頭打ちトルク）は、摩擦板２２を押圧する圧縮バネに対する押し込み量を調整ボルト２４により増減することで容易にかつ広範に調整することができる。
【００４７】
（３）構成部品として、従来はボールねじ機構の他に軸受けやシリンダー等が必要であったが、これらが不要であって構成部品が減り、メカニズムが大幅に簡略化される。そのため、大容量ダンパーをローコストに製造できる。
【００４８】
（４）ボールねじ機構の実際のリードを小さくする必要がないので、ボールベアリングも過小な径とする必要はなく、そのため、ねじ軸の径に合わせた適切なリードを確保できるので耐荷重性能の問題は生じない。
【００４９】
（５）この種の慣性質量装置は静的な剛性を持たず復元力は保持しないし、手動で回転錘を回転させることも可能であるので、現場での設置工事の際に寸法調整を容易に実施することも可能である。
【００５０】
そして、本実施形態の免震構造Ａでは、高次の刺激係数を０（ゼロ）にするモード制御（高次の刺激関数を極力０に近づけるようにモード制御）するように、上記のようなダイナミック・マス５を免震層２のみに配置する。これにより、上部構造の応答低減を図る。
【００５１】
また、免震層２などの変形が大きく過大な加速度がダイナミック・マス５へ入力すると、その剛体モードにより地震動がそれを介して直接伝達するおそれがあるが、本実施形態では、図４に示すように、ダイナミック・マス５と直列に摩擦要素を接続して過負荷防止機能を付与しているため、過大入力に対しては摩擦要素が滑り出すことで、剛体モードを低減したモード制御を可能にする。
【００５２】
すなわち、ダイナミック・マス５に過負荷防止機構を直列に接続することによって、そのモード制御効果を損なうことなく、過大な入力による加速度の増加を抑制できる。
【００５３】
さらに、免震層２の構成は過負荷防止機構付きダイナミック・マス５と天然ゴム系積層ゴム３、オイルダンパー４及び風ロック機構との組み合わせが最も好ましく、この構成を採用することでより効果的にモード制御効果を発揮させることが可能になる。
【００５４】
ここで、モード制御とは、下式のようにダイナミック・マス５などの付加マスによって振動方程式上の質量項を操作し、刺激係数の制御を行うものである。これを超高層免震へと適用するため、本実施形態では、図５に示すように、免震層２を含む多質点系を上部構造の１次モードと等価な質点と免震層２からなる２質点系へと縮約し、式（１）によりモード制御に必要なダイナミック・マス５を求める。なお、ηは入力低減効果を表す。
【００５５】
【数１】
2018003441.tif 000003
１次以外の刺激関数βｎは固有ベクトルの直交性（｛η（ベクトル）｝⊥｛ｎｒ（ベクトル）｝）により０（ゼロ）となる。
【００５６】
ダイナミック・マスと応答スペクトルについて説明する。
ダイナミック・マスを有する１質点振動系について応答スペクトルを作成する。ダイナミック・マスを含む加速度応答スペクトルの応答値はある分岐周期点より短周期側では低減するが、長周期側では地動の加速度（１−η）ｙｍａｘ（上に・・）が直接伝わる。
【００５７】
そこで、その影響の緩和を目的に完全バイリニアでモデル化した摩擦要素をそれと直列接続し、その滑り出し荷重を変えて応答スペクトルを作成しその効果を検証することとした。
【００５８】
なお、滑り出し荷重をリリーフ荷重Ｆｒと称し、その長周期側でダイナミック・マスが負担する荷重Ｆを式（２）で仮定する。さらにＦｒを式（３）として、荷重リリーフ率αｒを定義する。また、ｍは１質点系の質量である。
【００５９】
【数２】
2018003441.tif 000004
【００６０】
【数３】
2018003441.tif 000005
【００６１】
そして、αｒを∞、１．００、０．７５、０．５０、０．２５、０．００とする各ケースについて、（ａ）ＥＬ  Ｃｅｎｔｒｏ  ＮＳ（Ｌｖ２）、（ｂ）２０１１年３月１１日の観測波Ｋ−ＮＥＴ  横浜  ＮＳを２倍した地震動をη＝０．５０の入力低減変動の条件で求めると、図６の加速度応答スペクトル、図７の変位応答スペクトルのようになる。
【００６２】
図６の加速度応答スペクトルの結果においては、（ａ）、（ｂ）のいずれもαｒが小さいほど長周期側の応答は小さくなりダイナミック・マスのない結果に近づいて行き剛体モードによる地動加速度の伝達が緩和されて行くことが確認された。尚且つ、短周期側での入力低減効果はそれほど減少しないことも確認された。
【００６３】
一方、図７の変位応答スペクトルの結果においては、全周期帯に渡って応答が小さくなる傾向が確認され、αｒ＝０．２５では（ａ）、（ｂ）ともに応答が減少する周期帯の存在が認められた。
【００６４】
これらの結果から、加速度については長周期側での応答を増加させずに短周期側の応答を低減できる荷重リリーフ率αｒが存在し、モード制御に必要なダイナミック・マスを付加しても、免震周期のある長周期側で応答加速度が増加しないリリーフ荷重Ｆｒを設定できる可能性があることが確認された。
【００６５】
次に、モード制御免震構造の効果を解析的に検証した結果について説明する。
【００６６】
この検討で用いた対象建物と解析諸元を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2018003441.tif 000006
【００６８】
解析モデルは等価せん断型の多質点モデルとし上部構造は弾性とした。なお、構造減衰は１次に対して１％を与えた。
【００６９】
図８に上部構造の刺激関数を示す。モード制御は線形モデルを対象としているため、ここでは免震層の支承材は天然ゴム系積層ゴムのみで構成している。ただし、免震層の変形が過大にならないように減衰要素としてオイルダンパーを付与した。２質点縮約系として求めたモード制御に必要なダイナミック・マスは式（１）より約８０００ｔｏｎである。
【００７０】
解析ケースは、通常免震のケース１、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース２、及びαｒ＝∞としたケース３の３ケースとし、複素固有値解析と地震応答解析を行った。また、入力地震動は前述と同様とし、その波形及び擬似速度応答スペクトルは図９、図１０に示す入力地震動を入力した。
なお、（ｂ）Ｋ−ＮＥＴ  横浜  ＮＳは１〜２秒付近に卓越周期があり、超高層免震の高次モードを励起しやすい特徴を有している。
【００７１】
図１１は、免震層を含む系のモード制御による刺激関数の変化を示している。また、図１２は、２５階における加速度応答倍率を示している。さらに、図１３は、入力地震動：Ｅｌ  Ｃｅｎｔｒｏ  ＮＳ（Ｌｖ２）での最大応答値、図１４は、入力地震動：Ｋ−ＮＥＴ  横浜  ＮＳ（２倍）での最大応答値を示している。
【００７２】
これらの結果から、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース２では、モード制御により高次モードが抑制されることが確認された。
【００７３】
また、応答結果から、通常免震のケース１と摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース２のモード制御の免震層の最大変形はほぼ変わらないことが確認された。さらに、Ｅｌ  Ｃｅｎｔｒｏ  ＮＳ（Ｌｖ２）の場合、摩擦要素付きのダイナミック・マスを付加したケース２の応答加速度は通常免震のケース１よりも増加する反面、αｒ＝∞としたケース３より低減することが確認された。Ｋ−ＮＥＴ  横浜  ＮＳ（２倍）では、より顕著に応答加速度、層間変形角の低減が確認された。このように地震応答解析でもモード制御効果が確認された。
【００７４】
したがって、本実施形態の免震構造Ａにおいては、基礎免震層２にダイナミック・マス５を設けるとともに、過負荷防止としてダイナミック・マス５と直列に摩擦要素を設けることにより、その剛体モードによって直接伝達されてしまう加速度を低減できる。また、モード制御手法を適用することによって高次モードを抑制し、超高層免震建物の上部構造の加速度や層間変形角といった応答を効果的に低減することが可能になる。
【００７５】
よって、本実施形態の免震構造Ａによれば、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。
【００７６】
次に、図１５から図２１を参照し、本発明の第２実施形態に係る免震構造について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
本実施形態の免震構造Ａは、第１実施形態と同様、例えば、超高層建物などのアスペクト比が大きい建物に具備されている。一方、本実施形態の免震構造Ａ、建物１においては、図１５、図１６に示すように、下部に基礎免震層２を備えるとともに、所定の階層に中間免震層３０を備え、二段（ダブル）免震方式で構成されている。
【００７８】
ここで、超高層の建物１の免震性能を高性能化するために、基礎免震層２だけでなく上部に中間免震層３０を設けてなる二段免震方式の免震構造Ａは、免震層２、３０が２つあることで通常の免震構造（基礎免震層２のみの場合）よりも振動モードが一つ増える。このため、上部構造（上層部）の応答は大きく低減される反面、下部構造（下層部）の応答は通常の免震構造Ｂよりも増加してしまう。
【００７９】
また、リリーフ機構のないダイナミック・マス５を基礎免震層２に設置するとその剛体モードによって入力地震動がそのまま伝わり応答が増大するケースもある。さらに、中間階に免震層３０を設けることでＥＬＶシャルとなどをその変形に追従するように構成する必要がある。
【００８０】
これに対し、本実施形態の免震構造Ａにおいては、下部構造の応答が増加する要因である増えた振動モードについて、図１５、図１６に示すように、下層の基礎免震層２及び／又は中間免震層３０にダイナミック・マス５を付加し、そのモードを制御して減少させ、上部構造及び下部構造の応答低減を図るように構成されている。
【００８１】
具体的に、本実施形態の免震構造Ａでは、二段免震の弱点である２次モードの影響をダイナミック・マス５を用いたモード制御によって、その刺激関数を抑制し、下部構造及び上部構造の応答を減少させる。
【００８２】
さらに、ダイナミック・マス５を上部の中間免震層３０に設置することにより、剛体モードによって地盤からの入力加速度が直接伝わることを回避する。
【００８３】
ここで、本実施形態の免震構造Ａの優位性を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。上部構造の剛性が及ぼす影響を把握するため、本実施形態の免震構造Ａを備えたＳ造及びＲＣ造の超高層建物１についてその耐震性能を確認するとともに、本実施形態の免震構造Ａを備えていない場合と比較することにより、本実施形態の免震構造Ａの優位性を確認した。
【００８４】
まず、Ｓ造の建物は、固有周期Ｔ１＝３．０４秒、高さＨ＝１０８．８ｍ、２８層のオフィスビルとし、解析モデルを質点系等価せん断ばねモデルとした。ＲＣ造の建物は、固有周期Ｔ１＝２．４７秒、高さＨ＝９２．８ｍ、２９層の集合住宅とし、解析モデルを質点系等価せん断ばねモデルとした。
【００８５】
さらに、図１６に示すように、下部構造が５層、上部構造がＳ造で２３層、ＲＣ造で２４層となるように中間免震層３０を設けた。また、基礎免震層２の２００％歪時周期はＳ造の建物で約５秒、ＲＣ造の建物で約４秒であり、中間免震層３０はそれとほぼ等価なバイリニアで設定した。なお、この解析モデルでは、質量要素の加速度−力関係で非線形とし、リリーフ後の摩擦力増大の影響を排除した。
【００８６】
次に、ダイナミック・マス５の諸元は、表２、表３、表４に示す通りである。
【００８７】
【表２】
2018003441.tif 000007
【００８８】
【表３】
2018003441.tif 000008
【００８９】
【表４】
2018003441.tif 000009
【００９０】
入力地震動には、関東地震サイト波、告示神戸  ＮＳ（Ｌｖ２）、告示関東ＥＷ（Ｌｖ２）を用いた。
【００９１】
次に、解析結果について説明する。
図１７に、Ｓ造（図１７（ａ））、ＲＣ造（図１７（ｂ））の建物にそれぞれ基礎免震層にダイナミック・マスを付加し、モード制御を行った場合と、ダイナミック・マスを付加しない場合の刺激関数を比較した結果を示す。
【００９２】
また、図１８に、Ｓ造（図１８（ａ））、ＲＣ造（図１８（ｂ））の建物にそれぞれ基礎免震層にダイナミック・マスを付加し、モード制御を行った場合と、ダイナミック・マスを付加しない場合の建物頂部の周波数応答倍率を比較した結果を示す。
【００９３】
さらに、図１９に、Ｓ造の建物（通常のダブル免震建物、本発明に係るダイナミック・マスを設けてモード制御を行った免震建物、基礎免震のみの免震建物）に対し、各入力地震動（告示神戸、告示関東、関東地震サイト波）を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を比較した結果を示す。
また、図２０に、ＲＣ造の建物（通常のダブル免震建物、本発明に係るダイナミック・マスを設けてモード制御を行った免震建物、基礎免震のみの免震建物）に対し、各入力地震動を入力した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位を比較した結果を示す。
【００９４】
これらの刺激関数及び周波数応答倍率を比較した結果から、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うことにより２次モードが低減することが確認された。
【００９５】
また、中間層免震の復元力特性を基礎免震と同等にした場合、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うことにより基礎免震の変形に比べ中間階免震層の変形が小さくなることが確認された。これにより、ＥＬＶシャフトなどの変形追従に対しても有利になることが確認された。
【００９６】
さらに、通常のダブル免震構造では中間免震層の直下の応答加速度が増加してしまうのに対し、ダイナミック・マスを設けてモード制御を行うと、中間免震層３０の直下の加速度を低減させる効果が得られることも確認された。
【００９７】
さらに、Ｓ造、ＲＣ造ともに最大応答値が、基礎免震のみの場合＞通常のダブル免震＞モード制御を行ったダブル免震となることが確認された。
【００９８】
なお、図２１は、ダイナミック・マス５を中間免震層３０に設けてモード制御を行った場合（図１５参照）のシミュレーション結果を示している。この図２１の結果から、基礎免震層にダイナミック・マスを設けた場合と同様の作用効果が得られることが確認された。
【００９９】
これにより、ダイナミック・マスを中間免震層に設けてモード制御を行えば、リリーフ機構が不要になり、装置に求められる性能・機構を簡素化することが可能になる。すなわち、負担力が過大にならないため、これに応じて装置の低コスト化を図ることが可能になる。
【０１００】
ここで、図１９、図２０には、表５に示すように基礎免震層のダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更した場合の絶対加速度、層間変形角、層変位の結果も合わせて示している。この結果から、ダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更すると、免震層の変形が抑えられ全体の変形も小さくなるが、その分上部構造への入力が大きくなり、絶対応答加速度、層間変形角ともに、通常のダブル免震と同等か、それ以上に応答が増加することが確認された。すなわち、ダイナミック・マスを全てオイルダンパーに変更した場合、免震層の変形が過度に抑えられ、本実施形態のモード制御免震構造よりも応答結果が悪くなることが確認された。
【０１０１】
【表５】
2018003441.tif 000010
【０１０２】
したがって、本実施形態の免震構造Ａにおいては、基礎免震層２と中間免震層３０を備えるとともに、基礎免震層２及び／又は中間免震層３０にダイナミック・マス５を設け、過負荷防止としてダイナミック・マス５と直列に摩擦要素を設けることにより、その剛体モードによって直接伝達されてしまう加速度を低減できる。また、モード制御手法を適用することによって高次モードを抑制し、超高層免震建物の上部構造の加速度や層間変形角といった応答を効果的に低減することが可能になる。
【０１０３】
よって、本実施形態の免震構造Ａにおいても、モード制御免震構造の採用により、超高層免震の応答性能を向上でき、上層階での居住性の改善、大幅な躯体数量の削減を図ることが可能になる。
【０１０４】
以上、本発明に係る免震構造物の第１、第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第１、第２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。
【０１０５】
例えば、図２２に示すように、モード制御を行う免震構造のダイナミック・マスと直列に、バネ・減衰並列要素を接続するようにしてもよい。この場合においては、ダイナミック・マスに直列にバネ要素を接続する系となっても、減衰要素をバネ要素と並列に付加することにより、図２３に示すように、モード制御の効果を損なわず、優れた応答性能を発揮させることが可能になる。
【０１０６】
また、ダイナミック・マスと直列ばねのみからなる系においてはそれだけで振動系を形成するため、共振が生じバネが発振するおそれがあるが、バネと減衰要素を並列に配置して付加することにより、このおそれを確実に回避することができる。
【０１０７】
また、中間免震層３０は複数設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１    建物
２    基礎免震層（免震層）
３    免震装置
４    減衰装置
５    ダイナミック・マス（（慣性質量装置、慣性接続要素）
１０  第１ボールねじ機構
１１  第２ボールねじ機構
１２  ケーシング
１３  回転錘
１４  連結具
１５  第１ねじ軸
１６  第１ナット
１７  第２ねじ軸
１８  第２ナット
１９  錘支持スリーブ
２０  スリーブ
２１  伝達トルク制限機構
２２  摩擦板（摩擦要素）
２３  押圧ブロック
２４  調整ボルト
２５  押圧板
３０  中間免震層
Ａ    免震構造
Ｂ    従来の免震構造
【図１】
2018003441.tif 000011
【図２】
2018003441.tif 000012
【図３】
2018003441.tif 000013
【図４】
2018003441.tif 000014
【図５】
2018003441.tif 000015
【図６】
2018003441.tif 000016
【図７】
2018003441.tif 000017
【図８】
2018003441.tif 000018
【図９】
2018003441.tif 000019
【図１０】
2018003441.tif 000020
【図１１】
2018003441.tif 000021
【図１２】
2018003441.tif 000022
【図１３】
2018003441.tif 000023
【図１４】
2018003441.tif 000024
【図１５】
2018003441.tif 000025
【図１６】
2018003441.tif 000026
【図１７】
2018003441.tif 000027
【図１８】
2018003441.tif 000028
【図１９】
2018003441.tif 000029
【図２０】
2018003441.tif 000030
【図２１】
2018003441.tif 000031
【図２２】
2018003441.tif 000032
【図２３】
2018003441.tif 000033