(57)【要約】【課題】　構造物の総重量を増加させることなく、地震や風による揺れを効率よく制御することができる構造物の制振構造を提供することを課題とする。【解決手段】　スラブ１８の上に載置された保持盤４２の保持部には、球体１４が非接触状態で取り囲まれている。二重床材１６がスラブ１８と相対変位したとき、球体１４は、二重床材１６とスラブ１８との面摩擦力によって弾性変形し、弾性変形範囲内であるとき、その防振機能によって、スラブ１８の振動を二重床材１６へ伝えない。二重床材１６とスラブ１８との相対変位量がゴム１４の弾性変形範囲を越えると転がり始める。このとき、圧縮変形して潰れたゴム１４は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮する。保持盤４２を配置することによって、ゴム１４の敷き並べ作業が容易になり、また、二重床材１６が上下振動したとき、ゴム１４が飛び跳ねて位置ズレすることがない。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　複数の階層が構築された構造物に作用する外力によって、前記各階層の床部に配置され該構造物と相対変形する付加質量により、構造物の振動を抑える構造物の制振構造において、
　前記床部に配置され圧縮変形した状態で前記付加質量を支持するゴム球体と、　前記ゴム球体を非接触状態で取り囲み、ゴム球体が転がり始めたとき接触する保持盤と、
　前記付加質量の周囲と構造物の柱との間に設けられ、前記付加質量をセット位置に保持する弾性ばねと、
　を有することを特徴とする構造物の制振構造。
【請求項２】
　複数の階層が構築された構造物に作用する外力によって、前記各階層の床部に配置され該構造物と相対変形する付加質量により、構造物の振動を抑える構造物の制振構造において、
　前記床部に配置され圧縮変形した状態で前記付加質量を支持するゴム球体と、　前記ゴム球体を非接触状態で取り囲み、ゴム球体が転がり始めたとき接触する保持盤と、
　前記付加質量を吊下する吊り材と、
　を有することを特徴とする構造物の制振構造。
【請求項３】
　複数の階層が構築された構造物に作用する外力によって、前記各階層の床部に配置され該構造物と相対変形する付加質量により、構造物の振動を抑える構造物の制振構造において、
　前記床部に配置され圧縮変形した状態で前記付加質量を支持するゴム球体と、　前記ゴム球体を非接触状態で取り囲み、ゴム球体が転がり始めたとき接触する保持盤と、
　前記付加質量の周囲と構造物の柱との間に設けられ、前記付加質量をセット位置に保持する弾性ばねと、
　前記付加質量を吊下する吊り材と、
　前記付加質量と構造物との間に設けられた減衰装置と、を備え、
　前記減衰装置が、前記構造物に一端が回転可能に取付けられた第１アームと、前記付加質量に一端が回転可能に取付けられた第２アームと、前記第１アームと前記第２アームとの軸線或いはこれらの軸線の延長線が交わる角度が鋭角となるように、それぞれの自由端を回転可能に連結し摩擦力を発生させる連結シャフトと、を有することを特徴とする構造物の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、構造物の制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
　制振構造とは、地震や風によって構造物に発生する振動を制御するもので、パッシブ方式とアクティブ方式に大別される。
【０００３】
　パッシブ方式は、図１０に示すように、建築物１２０が揺れると、建築物１２０の揺れの周期に同調された振り子１２２が共振現象を起こして揺れ、この揺れで建築物１２０の振動エネルギーを吸収するものである（所謂ＴＭＤ：Ｔｕｎｅｄ　Ｍａｓｓ　Ｄａｍｐｅｒ）。
【０００４】
　また、図１１に示すように、建築物１２４の屋上部に付加質量１２６を相対移動可能に載せ、この付加質量１２６を建築物１２４にダンパー１２８を介して連結し、建築物１２４の重量と付加質量１２６の重量との比率から、最適なダンパー１２８の減衰力をチューニングし、建築物１２４へ減衰力を積極的に付加して共振振動を抑えるものもある。
【０００５】
　一方、アクティブ方式は、図１２に示すように、建築物１２４の屋上部に相対移動可能に載せた付加質量１２６を、油圧等を利用したアクチュエータ１３０で作動させ、建築物１２４の揺れを制御するものである（所謂ＡＭＤ：Ａｃｔｉｖｅ　Ｍａｓｓ　Ｄａｍｐｅｒ）。
【０００６】
　すなわち、センサー１３２が入力地震動を、センサー１３４が建築物１２４の揺れを検知し、制御装置１３６へ信号を出力する。ここで、制御装置１３６が、センサー１３２、１３４からの出力信号に基づき、建築物１２４を制振する最適な制御力を計算する。そして、アクチュエータ１３０を駆動させて付加質量１２６を動かし、その反力で建築物１２４の揺れを抑え込むものである。
【０００７】
　このように、従来の制振構造は、何れも、一定の重量（通常は、建築物の重量の１％、最大でも３％程度）を有する付加質量を、建築物の頂部に別途配置する必要があった。このため、建築物の総重量が増加し、これに伴い構造部材の設計強度を大きくする必要があり、建築コストの上昇を招いていた。
【０００８】
　また、付加質量の大きさには限界があるため、現状のＴＭＤ式の制振装置では通常風対策が主流となっているが、地震も想定した仕様とすると、ＴＭＤ式では装置が大掛かりになり過ぎる。
【０００９】
　さらに、建築物は揺れ戻しによって高次のモードで振動するが、従来のように、最上階でのみで振動を制御する方法では、振動制御に限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　本発明は係る事実を考慮し、構造物の総重量を増加させることなく、地震や風による揺れを効率よく制御することができる構造物の制振構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　請求項１に記載の発明では、構造物の各階層の床部にゴム球体が配置されており、このゴム球体は圧縮変形した状態で付加質量を構造物の揺れと相対変位可能に支持している。また、付加質量の周囲と構造物の柱との間には、弾性ばねが設けられており、付加質量をセット位置に保持する。
【００１２】
　すなわち、強風や地震時に構造物が揺れると、構造物の各階層で付加質量が慣性力で移動し、構造物と相対的な揺れの違いを起こし（位相差を生じる）、振動を抑制する。
【００１３】
　このように、各階層単位で振動エネルギーを吸収し、構造物全体を制振する方式では、構造物の頂部に別途付加質量を必要としないので、構造物全体の重量が増加しない。また、各階層で振動エネルギーを吸収するので、構造部材の設計が楽になり、構造部材の設計強度も通常の構造物（制振構造でない構造物）と同等にできる。
【００１４】
　さらに、付加質量が相対変位したとき、ゴム球体は、付加質量と床部との面摩擦力によって弾性変形し、その変形が弾性変形範囲内であるとき、その防振機能によって、床部の揺れや振動が付加質量に伝わらない。
【００１５】
　また、地震力が大きく、付加質量と床部との相対変位量がゴム球体の弾性変形範囲を越えると転がり始める。このとき、圧縮変形して潰れたゴム球体は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮する。
【００１６】
　さらに、保持盤を配置することによって、ゴム球体の敷き並べ作業が容易になり、また、付加質量が上下振動したとき、ゴム球体が飛び跳ねて位置ズレすることがない。さらに、付加質量の位置を弾性ばね３６の復元力によって保持することができる。
【００１７】
　また、構造物は地震時等に高次のモードで振動するが、各階層で振動エネルギーを吸収することで、構造物の揺れを効率よく制御することができる。
【００１８】
　請求項２に記載の発明では、請求項１の弾性ばねに替えて、吊り材で付加質量を吊下している。この吊り材は重力ばねとして機能し、付加質量の位置を保持する。
【００１９】
　請求項３に記載の発明では、付加質量と構造物との間に減衰装置を設けることで、ゴム球体と共に、大きな減衰力を付加質量に与えることができる。
【００２０】
　この減衰装置は、構造物に一端が回転可能に取付けられた第１アームと、付加質量に一端が回転可能に取付けられた第２アームを備えている。そして、連結シャフトによって、第１アームと第２アームとの軸線或いはこれらの軸線の延長線が交わる角度が鋭角となるように、第１アームと第２アームの自由端が回転可能に連結され、トグル機構を構成している。
【００２１】
　このように、第１アームと第２アームの交角を鋭角にすることにより、地震等により構造物と付加質量が、小さく水平方向或いは鉛直方向へ相対変形しても、大きな変形に増幅され連結シャフトは大きく円弧運動する。すなわち、第１アームと第２アームの交角が鈍角である場合に比較すると、交角を鋭角にすることにより、幾何学上、連結シャフトは際立って大きく移動する。このため、小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、連結シャフトの小さな摩擦力で、構造物の振動を抑制する減衰力を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
　本発明は上記構成としたので、構造物の総重量を増加させることなく、地震や風による揺れを効率よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
　図１〜図３には、第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた高層建物１０が示されている。
【００２４】
　この高層建物１０は、基礎地盤から立ち上げられた構造部材としての柱１４と、この柱１４に架設されたスラブ１８で５階の居室空間が設けられている。各居室には二重床材１６が設けられている。この二重床材１６は二重床材構造を構成し、その板厚はスラブ１８より厚く、付加質量としての重量を備えている。
【００２５】
　スラブ１８の上に、保持盤４２が載置されている。保持盤４２は、図５に示すように、硬質プラスチック、軽量コンクリート、ＰＣ版等で成形された板材で、二重床材１６に接触しない板厚に設計されている。
【００２６】
　また、保持盤４２には、所定の間隔を置いて上下面を貫通する円形の保持部４４が形成されている。この保持部４４の内径は、後述する球体１４が圧縮変形したときの外径より大きくされており、球体１４が非接触状態で取り囲まれている。これによって、球体１４が転がり始めたとき、初めて保持部４４に当たるようになっている。
【００２７】
　保持部４４には、減衰性能を有する材料（高減衰ゴム、天然ゴム、粘弾性体等）で成形された球体４６が収納されている。この球体４６の上には、コンクリート板等の重量のある二重床材１６が載置されている。これによって、球体４６は圧縮荷重を受け、楕円状に圧縮変形し、面でスラブ１８及び二重床材１６と接触する。
【００２８】
　また、二重床材１６の周囲は柱１４に弾性ばね３６で連結されており、弾性ばね３６の復元力によって、二重床材１６のセット位置が保持されるようになっている。
【００２９】
　次に、第１形態に係る構造物の制振構造の機能を説明する。
【００３０】
　図２に示す状態において、地震等によって、スラブ１８が左方向へ移動すると、図３に示すように、スラブ１８及び二重床材１６との面摩擦力によって球体４６が弾性変形する。そして、二重床材１６との相対移動量が、球体４６の弾性変形範囲内であるとき、その防振機能によって、スラブ１８の揺れや振動が二重床材１６に伝わらない。
【００３１】
　また、地震力が大きく、スラブ１８と二重床材１６との相対移動量が球体４６の弾性変形範囲を越えると、図４に示すように、スラブ１８と二重床材１６の相対移動に伴って、球体４６は、スラブ１８と二重床材１６の間を右方向へ転がり始める。
【００３２】
　このとき、圧縮変形して潰れた球体４６は、回転時に内部がせん断変形するので、減衰力を発揮し、さらに、回転体が転がるときのスラブ１８と二重床材１６との摩擦抵抗も同時に減衰力として作用するので、これらの組み合わせによって高い減衰効果を発揮する。
【００３３】
　一方、スラブ１８が、上下方向へ振動しても、球体４６がせん断変形して振動が減衰される。また、本形態では、保持盤４２を配置することによって、球体４６の敷き並べ作業が容易になり、また、二重床材１６が上下振動したとき、球体４６が飛び跳ねて位置ズレすることがない。
【００３４】
　なお、本形態では、二重床材１６の位置を弾性ばね３６の復元力によって保持したが、図６に示すように、二重床材１６を吊り材４８で吊すことによって、元の位置に戻るようにしてもよい。本形態において、二重床材１６が付加質量として機能する。
【００３５】
　次に、第２形態に係る構造物の制振構造の機能を説明する。
【００３６】
　図７に示すように、第２形態では、二重床材１６の中央部に球体４６を配置するため、後述する減衰装置１２の取付ブロック２４が、高層建物１０の壁体を部分的に凹設して露出した梁５０の上に固定され、取付ブロック３２が二重床材１６の端部に固定されている。
【００３７】
　ここで、減衰装置１２について説明する。
【００３８】
　図８及び図９に示すように、減衰装置１２は、第１アーム２２を備えている。この第１アーム２２の一端は、梁５０に固定された取付ブロック２４から立設された軸体２６に回転可能に連結されている。また、第１アーム２２は、梁５０と平行に張り出しており、自由端部は連結シャフト２８へ回転可能に連結されている。
【００３９】
　この連結シャフト２８には、梁５０と平行に張り出した第２アーム３０の自由端部が回転可能に連結され、そして、第１アーム２２の軸線と第２アーム３０の軸線が描く交角が鋭角となるように設定され、第１アーム２２と第２アーム３０とでトグル機構を構成している。また、第２アーム３０の一端は、二重床材１６に固定された取付ブロック３２から垂下された軸体３４に回転可能に連結されている。
【００４０】
　この減衰装置１２では、軸体２６、３４の小さな変位が連結シャフト２８の大きな変位に増幅され、小さな変位×大きな力＝大きな変位×小さな力という関係が成立する。そして、連結シャフト２８の部分で発生する摩擦力によって、二重床材１６の振動を減衰する。
【００４１】
　このように、球体４６で二重床材１６を支持することにより、二重床材１６に強度が余り要求されない。また、球体４６と減衰装置１２で大きな減衰力を二重床材１６に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた高層建物の正断面図である。
【図２】第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた居室の拡大断面図である。
【図３】第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた居室の拡大断面図である。
【図４】第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた居室の拡大断面図である。
【図５】第１形態に係る構造物の制振構造の保持盤を示す平面図である。
【図６】第１形態に係る構造物の制振構造が用いられた高層建物の変形例を示す正断面図である。
【図７】第２形態に係る構造物の制振構造が用いられた高層建物の正断面図である。
【図８】第２形態に係る構造物の制振構造で用いられた減衰装置の斜視図である。
【図９】第２形態に係る構造物の制振構造で用いられた減衰装置の平面図である。
【図１０】従来の制振構造を示す説明図である。
【図１１】従来の制振構造を示す説明図である。
【図１２】従来の制振構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
　　　　　１２　　減衰装置
　　　　　１６　　二重床材（床材、付加質量）
　　　　　３６　　弾性ばね
　　　　　４２　　保持盤
　　　　　４６　　球体（ゴム球体）
　　　　　４８　　吊り材
【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】
2004132176.tif 000010
【図９】
2004132176.tif 000011
【図１０】
2004132176.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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