(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物平面の直交２方向（Ｘ，Ｙ）への周期が長短に異なる建物に、同建物の周期が短い方向（Ｙ）の周期を吊り長さとした吊り具によりテーブルが水平に３６０°全方向への揺れが可能に吊られ、前記テーブルの上に、建物周期の長い方向（Ｘ）にのみ移動自在に一つの可動マスが設置され、
前記可動マスが建物周期の長い方向（Ｘ）へ移動すること、及び前記可動マスとテーブルが建物周期が短い方向へ移動することに対して各々の見掛け上のバネ特性、減衰特性を与える油圧アクチュエータ（２５，３５，３６）が設置されており、当該建物及び可動マスの揺れを計測するセンサー（２９，３０）と、各センサーの計測値に基づいて前記油圧アクチュエータ（２５，３５，３６）を制御する制御装置（３１）が設けられていることを特徴とする、直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置。
【請求項２】
可動マスは、重量の増減が可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載した直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、超高層建物の制振装置の技術分野に属し、さらに言えば、建物平面の直交２方向の建物周期が長短に異なる超高層建物の揺れを一つのマスで共通に制振する制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、制振装置は種々開発され、実施に供されている。その中で、建物頂部に可動マスを設置して建物の揺れを抑える制振装置の場合、可動マスが建物の揺れによって受動的に揺れるためには、建物周期Ｔと同じ程度の周期にする必要がある。即ち、マスの周期をＴm 、マス重量／建物有効重量をμ、とするとき、Ｔm ＝Ｔ／（１＋μ）であることを要す。その同調方法としては、可動マスを吊る方法がある。この場合のマスの周期Ｔm は、Ｌを吊り長さ、ｇを重力加速度とすると、Ｔm ＝２×π×√（Ｌ／ｇ）、の式で求められる。従って、建物周期が長くなると、吊り長さＬが非常に長くなる。しかも、建物の周期は、直交２方向に異なるのが通例であり、各方向に周期を調整する方法も必要である。
【０００３】
建物平面の直交２方向の建物周期が長短に異なる超高層建物の揺れを制振する装置に関しては、およそ次のようなものが公知である。
（１） 実開平２ー４６１４１号公報に記載された振り子式制振装置は、直交２方向に振れる振り子軸に重錘を取り付けた構成である。
（２） 特公平３ー４１７００号公報に記載された振り子式動吸振器は、複数のフレームを順に紐状体で吊り下げ、ｎ番目のフレームに重錘を動揺可能に吊り下げ、且つ重錘はｎ番目のフレームと減衰ダンパーを介して連結した構成である。
（３） 特開平７ー２３８９８７号公報に記載された制振装置は、水平な平板状のマスの四隅を水平な支持平面に複数のワイヤで吊り、更に同マスの重心位置を、垂直な２つの直交平面に対して、一つはダンパーで連結し、他の一つはバネで連結した構成とされている。
（４） 千葉ポートタワーの頂部に設置されて公知の動吸振器は、Ｘ方向へレールに沿って移動する第１のマスと、前記第１のマスの上にＹ方向に設置されたレールに沿って移動する第２のマスをそれぞれＸ，Ｙ方向のバネで支持した構成とされている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
（Ｉ）上記（１）の制振装置は、直交２方向に作用するが、振り子軸と重錘は不変の関係で、直交２方向に設置した減衰器と周期調整バネによって周期特性を変える構成であるため、基本的に、振り子軸の長さを長周期に合わせるほかなく、よって振り子軸が長く、大きな構造になるのが欠点である。
（II）上記（２）の動吸振器は、所謂多段式の構成で、その組み立て、調整が面倒であり実用性に問題がある。しかも、基本的に長周期に合わせた吊り長さの構成なので、やはり大型構造となってしまう。
（III）上記（３）の制振装置も、マスを吊るワイヤの長さは長周期に合わせた構成とするものであり、大型化を否めない。
（IV）上記（４）の動吸振器は、第１、第２のマスがそれぞれの方向の周期に応じて選択されており、１個で共通化する構成にはならない。従って、構造が複雑で調整が難しい上に、構造が大型化する欠点がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、建物周期の短い方向の吊り長さで小さく構成でき、一つのマスを共通に使用して制振効果を良好に発揮し、構造が簡単で、周期の同調操作（調整）が簡単な超高層建物の制振装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置は、
建物平面の直交２方向（Ｘ，Ｙ）への周期が長短に異なる建物に、同建物の周期が短い方向（Ｙ）の周期を吊り長さとした吊り具２によりテーブル３が水平に３６０°全方向への揺れが可能に吊られ、前記テーブル３の上に、建物周期の長い方向（Ｘ）にのみ移動自在に一つの可動マス１が設置され、
前記可動マス１が建物周期の長い方向（Ｘ）へ移動すること、及び前記可動マス１とテーブル３が建物周期が短い方向へ移動することに対して各々の見掛け上のバネ特性、減衰特性を与える油圧アクチュエータ（２５，３５，３６）が設置されており、当該建物及び可動マス１の揺れを計測するセンサー（２９，３０）と、各センサーの計測値に基づいて前記油圧アクチュエータ（２５，３５，３６）を制御する制御装置３１が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置において、
可動マス１は、重量の増減が可能に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１〜図３は、直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置の参考例を概念的に示している。この装置は可動マス１の周期を建物周期と同調させることにより、建物の揺れにより受動的にマスを揺らして制振するパッシブマスダンパー（ＴＭＤ）方式である。
【００１０】
建物の平面において、その建物の周期が短い方向（図１においてＹ方向）の周期（例えば８秒）を吊り長さとした吊り具（ケーブル又は吊りロッド２など）によりテーブル３が水平に吊られている。吊りロッド２の上端と上部固定系４との連結部５、及び同吊りロッド２の下端とテーブル３との連結部６はそれぞれユニバーサルジョイント（球座継手、自在継手など）により３６０°全方向への揺れが可能な構成とされている。可動マス１は同形、同大の重錘板を所要数積み重ね、心棒７により一体的に連結した構成であり、重錘板の増減によりマス重量を建物質量に応じて増減する調整が容易に可能な構成とされている。
【００１１】
前記テーブル３の水平面上に、建物周期の長い（例えば１０秒）方向（図１のＸ方向）にレール８が敷設され、前記の可動マス１は前記レール８上を走行する軌道車輪９により建物周期の長いＸ方向にのみ移動自在に設置されている。そして、前記可動マス１が建物周期の長いＸ方向へ移動することに対して，弾性的に周期特性を与える同調機構として、マス１に固定したバネ受け１０と、テーブル３に固定したバネ受け１１との間に引っ張り、圧縮兼用のコイルスプリングバネ１２がレール８と平行な配置に設置されている。テーブル３は可動マス１を安全に搭載する篭形状とされ（図２、図３）、レール８と平行な方向に設けた比較的高い立ち上がり壁３Ａの内面に転倒防止用のガイドローラ１３が設置されている。レール８と直交する方向の立ち上がり壁３Ｂはやや低く、その内面にはレール８上を移動するマス１の振動限界の衝突緩衝用としてオイルバッフア１４（安全保持機構）が設置されている。
【００１２】
なお、周期特性を与える手段は、前記のコイルスプリングバネ１２に限らず、公知の免震ゴム、ガスバネなどを適用可能である。因みに、周期特性の調整は、広く吊りロッド２の長さの調整、可動マス１の重量の増減調整、コイルスプリングバネ１２の水平剛性（バネ剛性）を調整する方法の組み合わせによって行うことができる。
【００１３】
図中の符号１５はマス１の揺れを減衰するオイルダンパー（エネルギー吸収装置）であり、マス１とテーブル３にそれぞれ固定した支持体１６の間に設置されている。同じく符号１７はテーブル３の揺れを減衰するオイルダンパー（エネルギー吸収装置）であり、テーブル３と下部固定系１８との間に、直交２方向に向けて設置されている。これら振動エネルギーを吸収する減衰装置（エネルギー吸収装置）としては、前記オイルダンパー１５、１７のほか、免震ゴムの中心部に埋め込んだりして使用される鉛棒、又はシリコン系の粘性体などを適用可能であり、基本的に相対移動する要素間に設置される。
【００１４】
上記の制振装置は、建物平面の直交２方向における周期の短い方向の周期ＴＳを、吊りロッド２の吊り長さＬＳ（但し、ＬＳ＝｛ＴＳ／（１＋μ）／２π｝２×ｇである。）で同調する構成である。そして、建物周期の長い方向の周期ＴＬに関しては、前記吊り長さＬＳの吊りロッド２で吊られたテーブル３の上に、建物周期の長いＸ方向へ移動する可動マス１の同調機構として設置したコイルスプリングバネ１２のバネ定数ｋを、ｋ＝ｍ×｛（１＋μ）×２π｝２／（ＴＬ２−ＴＳ２）、但し、ｍはマスの質量、の式で求めた大きさに調整することにより、可動マス１の周期を最適に調整し同調させることができる。
【００１５】
ちなみに、従来のように建物周期の長い方向の周期ＴL を吊り長さＬL とし、建物周期の短い方向にバネを設置して同調させる装置と対比すると、ＬL −ＬS ＝（ＴL 2 −ＴS 2 ）／｛（１＋μ）×２π｝2 ×ｇ、の式で求められる分だけ本発明の吊り長さＬS を短く出来、直交２方向に周期が異なる建物の制振装置として有効である。
【００１６】
例えば１００階建ての超高層ビルにおいて、マス比が１％、建物周期は建物平面上で直交するＸ，Ｙ２方向に対し、Ｘ方向の周期が１０秒、Ｙ方向の周期が８秒と仮定すると、従来方式の制振装置の吊り長さＬL は、ＬL ＝｛ＴL ／（１＋μ）×２π｝2 ×ｇ＝｛１０秒／（１＋０．０１）／２π｝2 ×９．８ｍ／秒2 ＝２４．３ｍとなる。一方、本願発明の吊り長さＬS は、ＬS ＝｛ＴS ／（１＋μ）／２π｝2 ×ｇ＝｛８秒／（１＋０．０１）／２π｝2 ×９．８ｍ／秒2 ＝１５．６ｍとなり、差引８．７ｍも短く、小さくなるのである。
【００１７】
次に、図４〜図６は、更に具体的な参考例を示している。よって、共通な構成要素には同一の符号を付けて示し、重複説明を省くこととした。ちなみに、建物の短周期方向の周期が約６秒、長周期方向の周期が約８秒、建物の高さは地上６０階程度の規模に適用する参考例である。
【００１８】
建物の床１８を下部固定系とし、同床１８の上に垂直に固定して立てた四隅の支柱２０が支持する横架枠４を上部固定系として構成し、前記横架枠４に吊りロッド２の上端がユニバーサルジョイント５で連結されている。吊りロッド２に関しては、建物周期に応じた長さの調整、現場合わせを容易にするため、図示を省略したが、例えばターンバックル形式の長さ調整機構が付設されている。吊りロッド２はテーブル３の四隅を水平に吊る。本実施例の場合、吊りロッド２の上下のユニバーサルジョイント５、６間の有効長さは９．２ｍ程度とし、テーブル３の上には２５０トンのマス１が搭載されている。弾性的に可動マス１の周期特性を与える同調機構としては、建物周期が長い方向にガススプリングアクチュエータ１２（有効ストロークは１８００ミリ程度）が１個、可動マス１の片側の比較的低部に設置されている。反対側には、同マス１の揺れを減衰するオイルダンパー１５（有効ストロークは１３００ミリ程度）が並列に２本設置されている（図８）。
【００１９】
テーブル３の揺れを減衰するオイルダンパー１７は、テーブル３と床１８の間に、直交２方向に各１本づつ設置されている。また、テーブル３の振動限界の位置決めを行うオイルバッフア１９（安全機構）は、前記した各支柱２０…の平面配置よりも内側の位置であって床１８の上に固定して、直交２方向にそれぞれ複数平行に設置されている。従って、テーブル３が振動して支柱に衝突する心配はない。
【００２０】
前記オイルダンパー１５，１７には、可動マスの振幅によって２段階以上に減衰性能を切替えられる多段型ダンパーを使用し、可動マス１の揺れが可動限界近くになると減衰を大きくして可動範囲を越えないようにする。この多段型ダンパーを使用するときは、その減衰性能を切り替える根拠として、建物頂部の固定系１８とテーブル３及び可動マス１の３者に相対変位を測定するセンサーを設置し、可動マス１が衝突しそうな範囲に入るとダンパーの切り替えが行われる。
【００２１】
次に、図７〜図１１は、本発明に係る直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の制振装置の実施形態を概念的に示している。即ち、マスの揺れを、マスと建物の間に設置した減衰装置によりエネルギーを吸収し、建物の揺れのエネルギーを吸収して制振するアクティブマスダンパー（ＡＭＤ）方式の実施形態を示している。
この場合にも、建物周期が短いＹ方向の周期を吊り長さとした吊り具２によりテーブル３が水平に吊られ、前記テーブル３の水平面上に、建物周期の長いＸ方向にレール８が敷設され、該レール８を軌道車輪９によって建物周期の長い方向にのみ移動自在に可動マス１が設置されている。そして、マスの見掛け上のバネ特性（マスと建物頂部の相対変位をフィードバック制御すること）、及び減衰特性（マスと建物頂部の相対速度をフィードバック制御すること）を与える手段としての油圧アクチュエータが設置されている。但し、本発明において言うマスは、建物周期が短いＹ方向に関しては、所謂可動マス１とこれを搭載したテーブル３の重量の総和であり、建物周期の長いＸ方向に関しては可動マス１そのものである。
従って、前記油圧アクチュエータも、建物周期の長いＸ方向へマスが移動することに関して見掛け上のバネ特性、減衰特性を与えるものは、可動マス１の取り付け具２６及びテーブル３の取り付け具２７の間にレール８と平行な配置で設置された油圧アクチュエータ２５が主をなし、付随的にテーブル３と固定系１８との間にＸ方向の配置で設置した油圧アクチュエータ３５との組み合わせで構成されている。一方、建物周期が短いＹ方向へマスが移動することに関してのバネ特性は吊り長さの特性が主をなし、付随的にテーブル３と固定系１８との間にＹ方向の配置で設置された油圧アクチュエータ３６との組合わせで構成され、減衰特性は上記油圧アクチュエータにより見掛け上の減衰特性が与えられる。
【００２２】
次に、図１０は、上記の制振装置が建物２８の頂部に設置され、また、同建物２８の揺れを計測するセンサー２９、および地盤の揺れを計測するセンサー３０がそれぞれ建物の制振レベル及び地盤に設置され、各々の計測値が制御装置（ＣＰＵ）３１へ入力される構成を示している。前記二つのセンサー２９、３０の計測値の解析によって建物及び地盤の揺れの相対速度差が演算されると共に、建物２８の揺れが地震によるものか風荷重によるものかが判別される。もっとも、風荷重のみの制振の場合は、センサー３０は不要である。一方、図８に示したように、可動マス１の揺れを計測するセンサー３２、及びテーブル３の揺れを計測するセンサー３３がそれぞれマス１とテーブル３に設置されている。各々の計測値もまた前記制御装置３１へ入力する構成とされている。これら二つのセンサー３２、３３の計測値の解析によって可動マス１の揺れのテーブル３に対する相対変位差が演算され、外力が大きい場合、可動マスが衝突しない制御に切り替わる。
【００２３】
制御装置３１は、前記の各センサー２９、３０、及び３２、３３の計測値に基づいて演算処理した結果の制御出力により、前記の各油圧アクチュエータ２５、３５、３６を制御する構成とされている。制御の内容は、図１１にブロック線図で表した要領のフィードバック制御が行われる。
【００２４】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る制振装置は、建物平面における直交２方向の建物周期が異なる超高層建物の地震や風荷重に対する制振を、建物周期が短い方向の周期を吊り長さとして、高さを可及的に抑制して小型に実施することが出来、建物の有効スペースの確保に寄与する。
【００２５】
本発明は、実質的に一つのマスで、直交２方向の異なる建物周期に同調できるので、マス重量の効率が向上し、同じ重量のマスに対して１方向の制振性能が２倍に向上する。
本発明の制振装置は、吊り具、テーブルの組み合わせによる吊り機構が簡単な構成なので、設置が容易で、周期の同調（調整）も簡単に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＴＭＤ方式の制振装置の参考例を概念的に示した平面図である。
【図２】同上の正面図である。
【図３】同上の側面図である。
【図４】制振装置の更なる参考例を示した平面図である。
【図５】同上の正面図である。
【図６】同上の左側面図である。
【図７】本発明に係るＡＭＤ方式の制振装置の実施形態を概念的に示した平面図である。
【図８】同上の正面図である。
【図９】同上の側面図である。
【図１０】同上の制振装置を建物に設置した概念図である。
【図１１】制御系のブロック線図である。
【符号の説明】
２    吊り具（吊りロッド）
３    テーブル
１    可動マス
１２  コイルスプリングバネ（同調機構）
２５  油圧アクチュエータ
３５  油圧アクチュエータ
３６  油圧アクチュエータ
２８  建物
２９、３０  センサー
３２、３３  センサー
３１  制御装置
１５  オイルダンパー（エネルギー吸収機構）
１７  オイルダンパー（エネルギー吸収機構）
１４  オイルバッフア（安全保持機構）
１９  オイルバッフア（安全保持機構）
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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