(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量や剛性等の構造特性が相異なり、かつ、互いに近接して構築された第１構造物および第２構造物を備え、地震や風等を起因とする振動入力により揺動する双方の構造物の衝突現象を用いて制振する連結構造物の制振方法において、
上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方に衝突緩衝手段を設け、第１，第２構造物の衝突時に該衝突緩衝手段が作用して衝撃力を徐々に吸収するとともに、上記第１構造物および上記第２構造物双方を振動エネルギー吸収手段で連結し、該振動エネルギー吸収手段によって第１，第２構造物間の振動を常時吸収させるよう構成されており、
上記衝突緩衝手段は、
衝突受け板、並びに、
該衝突受け板と、上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方とを接続するばね部材、を備えており、
上記衝突受け板を質量体として所定の質量を与えておくことにより、該衝突受け板と上記ばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成したことを特徴とする連結構造物の制振方法。
【請求項２】
上記第１構造物および上記第２構造物のうち、低質量，高剛性となる一方の構造物の上端部に、高質量，低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支持することを特徴とする請求項１に示す連結構造物の制振方法。
【請求項３】
上記衝突緩衝手段は、ばね部材単体、または、ばね部材とダンパー部材の併用体として構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の連結構造物の制振方法。
【請求項４】
上記振動エネルギー吸収手段は、ダンパー部材を用いて構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の連結構造物の制振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造特性の異なる２つの構造物を、双方の衝突現象を用いて制振するようにした連結構造物の制振方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建物等の構造物の制振装置として、質量体をアクティブまたはパッシブに移動させるようにしたＴＭＤやＡＭＤが知られており、これらは入力振動に対して構造物頂部に水平方向の制御モーメントを発生させるようになっている。しかし、これらの装置で大振動を制振しようとした場合、質量体の振幅を装置の許容ストローク以下に抑えるためには、過大な付加質量が必要となってその実現が困難になってしまうこともある。
【０００３】
そこで、このよう場合には上記ＴＭＤやＡＭＤ等のように付加質量の慣性力で制振するのではなく、並立する構造系同士を連結して制振するようにした連結構造物の制振方法（特開平６−５８０１７号公報参照）を採用することが考えられる。即ち、この連結構造物の制振方法は、並立する構造特性の異なる構造系どうしをばねおよびダンパーで連結させて連結構造物を構成し、２つの構造物の揺れの固有周期の相違を利用して制振するようになっている。
【０００４】
ところで、耐震性に優れた古来の建築物に五重塔があるが、この五重塔等の多層塔は中心部に立設される芯柱を囲繞して塔家が構築され、地震発生時に芯柱と塔家との間に衝突を起こすことにより優れた制振機能が発揮されるものと考えられる。即ち、質量や剛性等の構造特性の異なる２つの構造物（芯柱と塔家）の揺れの相違を利用し、双方の構造物の衝突現象により制振するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の連結構造物の制振方法にあっては、衝突が発生するように近接された２つの構造物では、衝突を与える側の構造物の変形は抑えられるが、衝突を受けた側の構造物は、衝突が発生しない場合に比較してその時刻の変形は大きくなる。しかし、固有周期の異なる構造物系の最大応答生起時刻は一般的に異なり、衝突を受けた構造物系の最大応答変位が大きくなることは確率的に少なくなる。衝突現象は、相互の構造物にパルス的な衝撃力を与え合う現象として捉えることができる。単純な衝突の場合、その衝突時の作用時間が短いために衝撃力が非常に大きくなり、衝突箇所の局部的な破損を引き起こす恐れがある。
【０００６】
また、構造物の耐震性に対しては構造物の変形歪みを如何に抑制するかが問題となる。このとき、構造物の変形は一次モードで大部分が規定される。衝突作用による制振手法とは、一次モード振動数で揺動する運動エネルギーを、衝突という衝撃パルス力で広い振動数成分の力に分散することによって、他の高次モード振動エネルギーに変換していることになる。その結果、一次モード振幅成分は小さくなるが、他の高次モード成分は衝突前より大きくなり、構造物の変形は小さくなるが、応答加速度は大きくなってしまうという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、２つの構造物の衝突の作用時間を長くするとともに、２つの構造物間で常時振動エネルギーを吸収させることにより、連結構造物の衝突時の衝撃力を低減しつつ、衝突時に発生する高次モード成分のエネルギーを効果的に吸収することができる連結構造物の制振方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の請求項１に示す連結構造物の制振方法は、質量や剛性等の構造特性が相異なり、かつ、互いに近接して構築された第１構造物および第２構造物を備え、地震や風等を起因とする振動入力により揺動する双方の構造物の衝突現象を用いて制振する連結構造物の制振方法において、上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方に衝突緩衝手段を設け、第１，第２構造物の衝突時に該衝突緩衝手段が作用して衝撃力を徐々に吸収するとともに、上記第１構造物および上記第２構造物双方を振動エネルギー吸収手段で連結し、該振動エネルギー吸収手段によって第１，第２構造物間の振動を常時吸収するよう構成されており、上記衝突緩衝手段は、衝突受け板、並びに、該衝突受け板と、上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方とを接続するばね部材、を備えており、上記衝突受け板を質量体として所定の質量を与えておくことにより、該衝突受け板と上記ばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成した。
【０００９】
また、本発明の請求項２に示す連結構造物の制振方にあっては、上記第１構造物および上記第２構造物のうち、低質量，高剛性となる一方の構造物の上端部に、高質量，低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支持する。
【００１０】
更に、本発明の請求項３に示す連結構造物の制振方にあっては、上記衝突緩衝手段を、ばね部材単体、または、ばね部材とダンパー部材の併用体として構成する。
【００１１】
更にまた、本発明の請求項４に示す連結構造物の制振方法にあっては、上記振動エネルギー吸収手段を、ダンパー部材を用いて構成する。
【００１２】
以上の構成に係る本発明の連結構造物の制振方法の作用を以下述べると、請求項１では、第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方に、衝突時に作用して衝撃力を吸収する衝突緩衝手段を設けたので、この衝突緩衝手段によって第１構造物と第２構造物とが衝突した際の作用時間が長くなり、延いては衝撃力の大きさを小さくすることができる。また、上記第１構造物および上記第２構造物双方を連結して両者間の振動を常時吸収する振動エネルギー吸収手段を設けたので、衝突した際に発生する高次モード成分を吸収することができる。従って、構造特性の異なる構造物の揺れの相違を利用して互いに衝突させて、双方の第１，第２構造物からなる連結構造物を制振する場合に、衝突を受けた側の構造物は上記衝突緩衝手段により衝撃が緩和されるため、衝突箇所が局部的に破損されるのを防止できる。そして、衝突現象によって構造体変形の大部分を占める一次モードの振幅成分は、他の高次モードの振幅成分に分散しつつ低減されて構造物の変形を小さくするが、このとき分散された高次モード成分は、上記振動エネルギー吸収手段によって容易に吸収できるため、応答加速度を小さくすることができる。また、上記衝突緩衝手段は、衝突受け板、並びに、該衝突受け板と、上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方とを接続するばね部材、を備えており、上記衝突受け板を質量体として所定の質量を与えておくことにより、該衝突受け板と上記ばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成したから、衝突緩衝手段は、第１，第２構造物の衝突時の衝撃力を徐々に吸収するという機能に加えて、衝突受け板とばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして作用させるという機能を有することとなる。
【００１３】
また、請求項２では、上記第１構造物および上記第２構造物のうち、低質量，高剛性となる一方の構造物の上端部に、高質量，低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支持するようにしたので、大地震等により大きな水平力が入力されて、一方の構造物に大きな曲げモーメントが作用して曲げ変形されようとしても、上記剛体鍔部は滑り部材を介して他方の構造物の頂部に沿って水平移動しつつ、剛体鍔部の押し下げ力を該他方の構造物によって支持することができる。このため、この支持部分によって押し下げ力に対する反力が他方の構造物に発生し、この反力により剛体鍔部には上記一方の構造物の曲げに対向するモーメントが発生する。このため、上記一方の構造物はこのときのモーメントにより、上端部を曲げ方向とは反対方向に押し戻し、延いては、この一方の構造物の曲げ変形を抑制することができる。従って、一方の構造物は他方の構造物に支持されることによって剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保することができるため、連結構造物の制振効果を更に向上することができる。
【００１４】
また、請求項３では、上記衝突緩衝手段を、ばね部材単体、または、ばね部材とダンパー部材の併用体として構成したので、ばね部材ではこれの弾発力により衝撃エネルギーを吸収する一方、ダンパー部材ではこれの減衰力により衝撃エネルギーを吸収する。このため、いずれにあっても衝撃エネルギーは徐々に吸収されることになり、その作用時間を長くすることができる。
【００１５】
更に、請求項４では、上記振動エネルギー吸収手段を、ダンパー部材を用いて構成したので、第１構造物と第２構造物との相対変位を減衰力により吸収し、簡単な構成にして第１，第２構造物間の振動エネルギーを効果的に吸収することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図３は本発明の連結構造物の制振方法の一実施形態を示し、図１は連結構造物の全体構成を示す断面正面図、図２は図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は連結構造物の要部を拡大した断面平面図である。
【００１７】
即ち、本実施形態の連結構造物１０は１棟終結型として構成され、図１，図２に示すように中心部に立設される第１構造物としてのセンターコア１２と、その周囲に所定の近接した間隔Ｓをもって囲繞するように立設される第２構造物としての外周建物１４とを備え、これらセンターコア１２と外周建物１４とは剛性特性が異なっている。上記センターコア１２は連層耐震壁を用いて低質量，高剛性として形成される一方、上記外周建物１４は多層の床スラブ１６，１６…を設けて高質量，低剛性の高層ビルとして構築され、これらセンターコア１２および外周建物１４は同一高さに形成される。
【００１８】
上記センターコア１２および上記外周建物１４は、それぞれの剛性特性が異なり、かつ、互いに近接されていることから、大地震や強風等を原因とする振動入力によりそれぞれが大きく揺動されると、それぞれの揺れの相違により一方が他方に衝突することにより制振する方法が採られる。
【００１９】
ここで、本実施形態では図３に示すように上記センターコア１２の四方を囲む外壁１８のそれぞれの両側部に衝突緩衝手段２０を設け、センターコア１２と外周建物１４との衝突時に該衝突緩衝手段２０が作用して衝撃力を徐々に吸収させる一方、上記センターコア１２および上記外周建物１４双方を振動エネルギー吸収手段３０で連結し、該振動エネルギー吸収手段３０によってセンターコア１２と外周建物１４間の振動を常時吸収するようになっている。
【００２０】
上記衝突緩衝手段２０は、上記センターコア１２の外壁１８から所定間隔をもって配置される衝突受け板２２と、この衝突受け板２２の周囲に水平方向を指向して配置され、該衝突受け板２２を外壁１８に結合する複数本のスプリング２４と、上記衝突受け板２２の中央部と外壁１８とを連結するダンパー２６とにより構成される。
【００２１】
また、振動エネルギー吸収手段３０は、オイル等の粘性流体を作動流体とする常接ダンパー３２で構成され、この常接ダンパー３２のシリンダー３２ａがセンターコア１２側に取り付けられるとともに、ピストンロッド３２ｂが外周建物１４側に取り付けられる。そして、センターコア１２と外周建物１４との揺れの相違により発生する間隔Ｓ変化により、常接ダンパー３２に減衰力が発生されるようになっている。また、上記シリンダー３２ａと上記ピストンロッド３２ｂとは、センターコア１２および外周建物１４に対して互いに逆に取付けることもできる。
【００２２】
ところで、上記衝突緩衝手段２０および上記振動エネルギー吸収手段３０は、外周建物１４の各階毎にそれぞれ設けられ、センターコア１２と外周建物１４とのいかなる変形を伴う揺れにも対応できるようになっている。
【００２３】
従って、本実施形態の連結構造物の制振方法にあっては、センターコア１２の外壁１８に衝突緩衝手段２０を設けてあるので、センターコア１２と外周建物１４とが衝突しようとする際に、該衝突緩衝手段２０の衝突受け板２２が外周建物１４の内壁２８に衝接される。すると、該衝突受け板２２はスプリング２４の圧縮変形を伴ってセンターコア１２方向に移動し、この移動に伴ってダンパー２６が押し込まれる。このため、上記衝突緩衝手段２０にはスプリング２４の弾発力とダンパー２６の減衰力が作用して、衝突時の衝突エネルギーを徐々に吸収しつつ衝突荷重を受け止める。従って、センターコア１２と外周建物１４とが衝突した際の荷重作用時間を長くすることができる。
【００２４】
即ち、上記衝突現象は相互の建物にパルス的な衝撃力を与え合う現象として捉えることができ、このときの衝撃力をＰ，作用時間をΔｔとし、かつ、センターコア１２の質量ｍ1 と外周建物１４の質量ｍ2 の衝突前と衝突後の双方の系の速度応答の変化をΔｘ1 とΔｘ2 とすると、
Ｐ＝（ｍ1 ・Δｘ1 ＋ｍ2 ・Δｘ2 ）／Δｔ  ……▲１▼  として表すことができる。従って、上記衝突緩衝手段２０を設けたことにより衝突現象の作用時間Δｔを長く（大きく）することができるため、これに伴って衝撃力Ｐは小さくなる。
【００２５】
一方、上記センターコア１２と上記外周建物１４との間に設けた常接ダンパー３２は、これらセンターコア１２と外周建物１４との衝突作用によって分散される高次モードの振幅成分を常時吸収することができるため、該高次モード成分によって増大される応答加速度を小さくすることができる。
【００２６】
従って、連結構造物として構成されるセンターコア１２と外周建物１４の構造特性の異なる揺れの相違を利用して、双方の構造物１２，１４を互いに衝突させて制振する場合に、衝突を受けた側の構造物は上記衝突緩衝手段２０により衝撃が緩和されるため、衝突箇所が局部的に破損されるのを防止できる。そして、衝突現象によって構造体変形の大部分を占める一次モードの振幅成分は、他の高次モード成分に分散しつつ低減されて構造物の変形を小さくするが、このとき分散された高次モード成分は、上記常接ダンパー３２によって容易に吸収できるため、応答加速度が増大されるのを抑制できる。
【００２７】
ところで、本実施形態では上記衝突緩衝手段２０としてスプリング２４とダンパー２６とを用いたので、それぞれの弾発力および減衰力を予め調節しておくことにより、簡単な構成をもって衝撃エネルギーを最適な条件下に徐々に吸収することが可能となる。また、この場合、上記衝突緩衝手段２０はスプリング２４，ダンパー２６の併用で構成されるが、これに限ることなくスプリング２４のみ、若しくはダンパー２６のみで構成することもできる。更に、上記衝突緩衝手段２０はセンターコア１２の外壁１８に設けた場合を開示したが、これに限ることなく外周建物１４の内壁２８に設けても良く、また、これら外壁１８および内壁２８の両方に設けることもできる。
【００２８】
また、上記振動エネルギー吸収手段３０を常接ダンパー３２によって構成したので、センターコア１２と外周建物１４との相対変位を減衰力をもって効果的に吸収でき、かつ、その構成を簡単にすることができる。
【００２９】
ところで、上記衝突緩衝手段２０は、衝突受け板２２を質量体として所定の質量を与えておくことにより、該衝突受け板２２と上記スプリング２４とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成することができ、該衝突緩衝手段２０を設けた側の構造物の制振効果を更に向上させることができる。
【００３０】
図４は他の実施形態を示す連結構造物の全体構成の断面正面図で、この実施形態を上記実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【００３１】
即ち、この実施形態の連結構造物１０ａでは、上記センターコア１２の上端部に上記外周建物１４の頂部１４ａを覆う剛体鍔部としてのハットトラス４０を設け、このハットトラス４０の下面と上記外周建物１４の頂部１４ａとの間に、これら両者間の水平移動を許容する滑り材４２を介在する。そして、これら滑り材４２を介してハットトラス４０と外周建物１４との水平方向の相対移動を許容しつつ、該ハットトラス４０に作用する下方への押し付け力を支持するようになっている。
【００３２】
上記ハットトラス４０は、所定厚みをもった直方体状の立体トラスとしてセンターコア１２頂部に一体に取り付けられ、このセンターコア１２の曲がり変形に抵抗するモーメントが作用した場合にも、十分にその形状を保持できる剛性を備えて構成される。この場合、上記滑り材４２を上記外周建物１４の柱１７の形成位置に対応して配置することが望ましい。
【００３３】
勿論、この実施形態にあっても上記実施形態と同様にセンターコア１２と外周建物１４との間の隙間Ｓに、衝突緩衝手段２０および振動エネルギー吸収手段３０が図３に示したように設けられる。
【００３４】
従って、本実施形態の連結構造物の制振方法にあっては、大地震等により大きな水平力Ｐが連結構造物１０に入力され、これによってセンターコア１２が大きく曲げ変形されようとする場合、センターコア１２の上端部に設けたハットトラス４０は、滑り材４２を介して外周建物１４の頂部１４ａに沿って水平移動しつつ、下方への押し下げ力Ｆが発生する。この押し下げ力Ｆは上記滑り材４２を介して外周建物１４によって支持されるため、この支持部分によって押し下げ力Ｆに対する反力Ｒが外周建物１４に発生し、この反力Ｒによりハットトラス４０にはセンターコア１２の曲げに対向するモーメントＭが発生することになる。このため、センターコア２０はこのときのモーメントＭにより、上端部が曲げ方向とは反対方向に押し戻され、延いては、このセンターコア２０の曲げ変形を抑制することができる。
【００３５】
従って、上記センターコア１２は上記外周建物１４に支持されることによって剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保することができる。このため、１棟終結型として構成される連結構造物１０の制振効果を、上記衝突緩衝手段２０および上記振動エネルギー吸収手段３０による制振効果と相俟って著しく向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明によれば以下に述べるような優れた効果を奏する。
【００３７】
請求項１の連結構造物の制振方法は、連結構造物を構成する第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方に、衝突時に作用して衝撃力を吸収する衝突緩衝手段を設けるとともに、上記第１構造物および上記第２構造物双方を連結して両者間の振動を常時吸収する振動エネルギー吸収手段を設けたので、上記衝突緩衝手段によって第１構造物と第２構造物とが衝突した際の作用時間を長くし、延いては衝撃力の大きさを小さくできるとともに、上記振動エネルギー吸収手段によって、衝突した際に発生する高次モード成分を吸収することができる。従って、構造特性の異なる構造物の揺れの相違を利用して互いに衝突させて、双方の第１，第２構造物からなる連結構造物を制振する場合に、衝突を受けた側の構造物は上記衝突緩衝手段により衝撃が緩和されるため、衝突箇所が局部的に破損されるのを防止できる。そして、衝突現象によって構造体変形の大部分を占める一次モードの振幅成分は、他の高次モード成分に分散しつつ低減されて構造物の変形を小さくするが、このとき分散された高次モード成分は、上記振動エネルギー吸収手段によって容易に吸収できるため、応答加速度が増大されてしまうのを抑制することができる。また、上記衝突緩衝手段は、衝突受け板、並びに、該衝突受け板と、上記第１構造物および上記第２構造物の少なくとも一方とを接続するばね部材、を備えており、上記衝突受け板を質量体として所定の質量を与えておくことにより、該衝突受け板と上記ばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして構成したから、衝突緩衝手段は、第１，第２構造物の衝突時の衝撃力を徐々に吸収するという機能に加えて、衝突受け板とばね部材とで構成されるばね系をダイナミックダンパーとして作用させるという機能を有することとなる。
【００３８】
また、請求項２では、上記第１構造物および上記第２構造物のうち、低質量，高剛性となる一方の構造物の上端部に、高質量，低剛性となる他方の構造物の頂部を覆う剛体鍔部を設け、これら剛体鍔部と他方の構造物の頂部との間に水平方向の相対移動を許容する滑り部材を介在し、この滑り部材を介して剛体鍔部と他方の構造物との水平方向の相対移動を許容しつつ、該剛体鍔部に作用する下方への押し付け力を他方の構造物で支持するようにしたので、剛体鍔部は滑り部材を介して他方の構造物の頂部に沿って水平移動しつつ、剛体鍔部の押し下げ力を該他方の構造物によって支持することができる。従って、一方の構造物の曲げ変形を抑制できるため、一方の構造物は他方の構造物に支持されることによって剛性（抵抗力）を十分に維持し、その剛性比を十分に確保することができ、連結構造物の制振効果を更に向上することができる。
【００３９】
更に、請求項３では、上記衝突緩衝手段を、ばね部材単体、または、ばね部材とダンパー部材の併用体として構成したので、ばね部材ではこれの弾発力により衝撃エネルギーを吸収する一方、ダンパー部材ではこれの減衰力により衝撃エネルギーを吸収する。このため、いずれにあっても衝撃エネルギーは徐々に吸収されることになり、その作用時間を長くすることができる。
【００４０】
更にまた、請求項４では、上記振動エネルギー吸収手段を、ダンパー部材を用いて構成したので、第１構造物と第２構造物との相対変位を減衰力により吸収し、簡単な構成にして第１，第２構造物間の振動エネルギーを効果的に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す連結構造物の全体構成の断面正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す連結構造物の要部を拡大した断面平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す連結構造物の全体構成の断面正面図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ  連結構造物
１２  センターコア（第１構造物）
１４  外周建物（第２構造物）
１４ａ  頂部
２０  衝突緩衝手段
２２  衝突受け板
２４  スプリング
２６  ダンパー
３０  振動エネルギー吸収手段
３２  常接ダンパー
４０  ハットトラス（剛体鍔部）
４２  滑り材
【図１】
0003858432.tif 000002
【図２】
0003858432.tif 000003
【図３】
0003858432.tif 000004
【図４】
0003858432.tif 000005