(57)【要約】【課題】  免震構造物における高次モードの振動を有効に低減させる。【解決手段】免震層に設置した免震装置により上部構造物を免震支持してなる免震構造物において、上部構造物の高次モードの振動に対して応答低減効果を発揮するダンパーＤを免震層に免震装置と並列に設置する。ダンパーとしては特定の振動数成分のみに応答低減効果を発揮する振動数選択型のダンパーを用いる。そのダンパーとしては、たとえば錘体の回転慣性質量効果を利用して制動力を付与する回転慣性質量ダンパーが好適に採用可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震層に設置した免震装置により上部構造物を免震支持してなる免震構造物であって、
前記上部構造物の高次モードの振動に対して応答低減効果を発揮するダンパーを、前記免震層に前記免震装置と並列に設置してなることを特徴とする免震構造物。
【請求項２】
請求項１記載の免震構造物であって、
前記ダンパーは、錘体の回転慣性質量効果を利用した回転慣性質量ダンパーであることを特徴とする免震構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高次モードの振動を有効に低減させ得る免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に示される原子力プラントのように、積層ゴムやすべり支承といった免震装置で建物を免震支持する通常の免震構造物は、地震動からの建物被害を軽減できる。しかし、上記の構造としても構造物の揺れを完全に消し去ることはできず何らかの振動が生じることになる。
【０００３】
上記のような免震装置を用いた従来一般の免震構造物の場合、水平方向の振動モードとしては、免震装置の水平変形が支配的となる１次モード（図４（ａ）参照）、上部構造物の下部と上部が逆位相の揺れとなる２次モード（図４（ｂ）参照）などが生じる。２次モードの成分が大きくなると、上部構造物の下部と上部の揺れ（加速度など）が大きくなり免震効果が低減することがわかっている。２次モードを抑えるためには上部構造物と免震装置で構成される免震層との水平剛性差を大きくとることが有効である。上記の観点も鑑み、免震装置ならびに上部構造物の構造設計が通常行われている。
【特許文献１】特開２００６−１４５３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常は上記のような配慮のもとに設計が実施されているので、２次モードの揺れが問題になることは稀である。しかし完全に免震構造物の２次モードによる揺れを消し去ることはできない。建物の用途などによっては、２次モードの固有周期と上部構造物内の設置物（たとえば原子力プラントにおける大規模な機器類や配管など）の固有周期が一致し、設置物の揺れが大きくなることも考えられる。
【０００５】
この場合の対策としては、揺れが生じることになる個々の建物内設置物に対して振動低減対策（たとえば個々の設置物に対して免震装置やダンパーを設置するなど）を講じることが考えられるが、これらの設置物が多くなればなるほど、振動低減対策への手間やコストが増えることとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題点を解決するために、本発明では免震装置を設置する免震層内に、上部構造物の高次モード低減に特化したダンパーを設置することを主眼とする。
すなわち本発明の免震構造物は、免震層に設置した免震装置により上部構造物を免震支持してなる免震構造物において、上部構造物の高次モードの振動に対して応答低減効果を発揮するダンパーを免震層に免震装置と並列に設置してなることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、上記のダンパーとして、特定の振動数成分のみ（たとえば上部構造物の水平並進２次モードなど）に応答低減効果を発揮する振動数選択型のダンパーを用いる。そのような振動数選択型のダンパーとしては、慣性質量効果を利用するもの、特に錘体の回転慣性質量効果を利用して制動力を付与する回転慣性質量ダンパーが好適に採用可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、免震層に設置したダンパーにより上部構造物に生じる高次モードでの揺れを有効に低減することが可能であり、上部構造物内に設置されている機器類等の設置物が高次モードの振動に共振することを有効に防止することができる。
したがって、免震層にダンパーを集約して設置することのみで個々の設置物の応答低減を実現でき、それら設置物に対してそれぞれ振動低減対策を講じるよりも設置手間やコスト面で有利である。
【０００９】
また、応答低減の対象とする高次モードの振動成分のみに対して有効なダンパーを用いることにより、免震構造物全体の構造面から有効な免震効果を阻害することなく、さらに上部構造物内の設置物に対してより耐震性を増すことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は本実施形態の免震構造物において使用するダンパーの一例を示すものである。このダンパーＤは、互いに離接する方向に相対変位する構造体Ａ、Ｂ間に介装され、錘体の回転による回転慣性質量効果を利用する回転慣性質量ダンパーである。
すなわちこのダンパーＤは、構造体Ａを貫通しているボールねじ１と、ボールねじ１に螺合して構造体Ａに固定されているボールナット２と、ボールねじ１の一端を回転自在に軸支して構造体Ｂに固定されている回転軸受３と、ボールねじ１の他端に固着されたフライホイール（錘体）４からなるものである。
【００１１】
このダンパーＤは、構造体Ａ，Ｂ間に互いに離接する方向の相対振動が生じてそれら構造体Ａ，Ｂどうしの間に変位が生じた際に、その変位に比例してフライホイール４がボールねじ１を介して回転させられるものである。
すなわち、構造体Ａ，Ｂ間に離接する方向の相対変位が生じると、ボールねじ１に螺着されているボールナット２がボールねじ１の軸方向に相対変位しつつボールねじ１を回転させ、それによりボールねじ１に一体に固着されているフライホイール４がボールねじ１とともに回転し、その回転速度（角運動量）の変化がトルク（加速度に比例）を生み、これが反力Ｐとして構造体Ａ，Ｂ間の相対振動に対する制動抵抗力となるものである。
このようなダンパーＤの力学特性は、構造体Ａ，Ｂ間の相対加速度と慣性質量の積である反力を生じるモデルとして表現可能である。
【００１２】
本実施形態の免震構造物は、図２に振動モデルとして示すように、免震層に積層ゴムやすべり支承等の免震装置（バネ要素）を設置して上部構造物を免震支持するとともに、免震層にはその免震装置に対して並列に上記のダンパーＤを設置したものである。
【００１３】
本実施形態の免震構造物の地震時性状を確認するために、以下のような時刻歴地震応答解析を実施する。
解析モデルは図２に示した多質点系モデルであり、この免震構造物の２次モードでの振動による内部設置物（機器類や配管類など）の共振を防止するべく、２次固有周期での応答低減を目的として免震層内に慣性質量（上記のダンパーＤ）を設置し、それを設置しない場合に対する効果を確認するための解析を行う。
【００１４】
解析条件は以下のとおりである。
入力地震動として一般の建築構造設計で使用される建設省告示第1461号に準拠して作成された、ごく稀に発生すると考えられる地震動の解放工学的基盤面上のものとした。
免震構造物の全体質量M（慣性質量ｍaddを除く）はM＝10,955ton、免震装置は Ramberg-Osgoodモデルとし、初期剛性は86.8kN/m、降伏荷重は5,000kN、減衰は瞬間剛性比例型で免震固定１次に対して2％（免震層は非考慮）、ダンパーＤによる慣性質量ｍadd＝99.2ton、したがって慣性質量比ｍadd／M＝0.0088（全体質量の約0.9％）とした。
免震構造物の免震層固定時の周期はＴf＝0.23s（弾性）とした。
【００１５】
図３は、以上の条件による解析結果としての最下階の床応答加速度スペクトルを示すものである。
本解析例では免震構造物の２次モードの固有周期は0.13ｓとなるが、原子炉建屋を想定すると機器配管類の設置物の固有周期帯域は図中に示すように0.1〜0.3ｓの範囲と想定され、したがって２次モードの固有周期がその帯域内にあることから設置物の共振も想定される。しかし、本実施形態では図３に示されるように２次モードの固有周期における応答のピーク値はダンパーＤを設置することによる慣性質量効果によってダンパーＤを設置しない場合に比べて20％低減している。
また、他の周期帯域では床応答スペクトル値に変化がないことから、当初想定した２次モードでの振動数成分のみの応答低減を実現している。
【００１６】
以上の結果から、本実施形態の免震構造物では、免震層に設置したダンパーＤにより２次モードでの応答を有効に低減することが可能であり、したがって機器配管類などの設置物の共振も有効に防止することが可能である。
また、その応答低減効果は対象とする振動数帯域のみに生じて他の振動数帯域に影響が及ぶことないから、対象とする振動数帯域に応じてダンパーＤの特性を同調させることにより、その振動数帯域に対する応答のみを効果的に低減させることができる。
【００１７】
なお、上記実施形態では２次モードでの応答低減を対象としてダンパーの特性を２次モードの固有周期に同調させる設定としたが、本発明は２次モードに限らず任意の高次モードに対する振動低減効果が得られるものであり、応答低減対象とする高次モードの振動数帯域に応じてダンパー特性を同調させれば良い。
また、本発明において使用するダンパーとしては上記実施形態のように錘体の回転慣性質量効果を利用する回転慣性質量ダンパーが好適に採用可能であるが、それに限るものではなく、応答低減対象とする振動数帯域への同調が可能な振動数選択型のものであり、かつ同様の応答低減効果が得られるものであれば、ダンパーの形式や構成は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の免震構造物の実施形態を示すもので、免震層に設置するダンパーの一例を示す図である。
【図２】同、振動モデルである。
【図３】同、解析結果を示す図である。
【図４】免震構造物における振動モードについての説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
Ｄ  ダンパー（回転慣性質量ダンパー）
１  ボールねじ
２  ボールナット
３  回転軸受
４  フライホイール（錘体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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