JP2016151278A

JP2016151278A - 制振装置

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Publication number: JP2016151278A
Application number: JP2015027147A
Authority: JP
Inventors: 裕貴中山; Yuki Nakayama; 耕司村田; Koji Murata; 井出　豊; Yutaka Ide; 豊井出; 肇武藤; Hajime Muto; 勇太浅井; Yuta Asai; 孝行曽根; Takayuki Sone; 恭輔瀬川; Kyosuke Segawa
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Nomura Real Estate Development Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Nomura Real Estate Development Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-22
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: JP6502116B2

Abstract

【課題】簡易な構成で水平二方向の固有周期が異なる建物に利用することができる制振装置を提供する。【解決手段】制振装置１０は、質量体１２と、質量体１２と架台１００との間に配置された免震装置２０と、架台１００と免震装置２０との間又は免震装置２０と質量体１２との間に配置され、免震装置２０又は質量体１２を水平一方向にスライド可能に連結する一方向スライダ１８と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、制振装置に関する。

近年、風揺れによる建物の振動を減衰させるために用いられていたＴＭＤ（ＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）を地震時の制振装置として使用した例が知られている。このような制振装置として、特許文献１には、複数の積層ゴムで質量体を支持して構成された制振装置が開示されている。

特開２００２−４８１８７号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、質量体を水平二方向へスライドさせるために、回転体やバネ部材等を設けており、構造が複雑となっている。また、建物の固有周期に同調させるためのチューニングが難しい。この他の制振装置として、複数の質量体を設けて、それぞれ異なる方向にのみ変位させることで、水平二方向の固有周期が異なる建物に対応させた構造物が知られているが、ＴＭＤの設置場所を確保するのが困難となっている。

本発明は、上記の事実を考慮し、簡易な構成で水平二方向の固有周期が異なる建物に利用することができる制振装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る制振装置は、質量体と、前記質量体と架台との間に配置された免震装置と、前記架台と前記免震装置との間又は前記免震装置と前記質量体との間に配置され、前記免震装置又は前記質量体を水平一方向にスライド可能に連結する一方向スライダと、を有する。

請求項１に記載の本発明に係る制振装置によれば、質量体と架台との間に免震装置が配置されている。また、架台と免震装置との間又は免震装置と質量体との間には、一方向スライダが配置されている。ここで、一方向スライダは、免震装置又は質量体を水平一方向にスライド可能に連結している。これにより、例えば、建物の固有周期が長くなる方向にスライドするように一方向スライダを配置した場合、地震等で固有周期の短い方向に建物が揺れても一方向スライダが機能せず、免震装置が変形して建物の振動に質量体の振動を同調させて制振する。一方、固有周期が長い方向に建物が揺れると、一方向スライダによって免震装置又は質量体が水平一方向にスライドし、質量体の周期を長くすることができる。すなわち、水平二方向で固有周期が異なる建物に質量体の周期を同調させて制振することができる。

また、１つの質量体を用いて水平二方向の固有周期が異なる建物に質量体の振動を同調させることができる。さらに、免震装置と一方向スライダを組み合わせた簡易な構成で水平二方向の固有周期が異なる建物に質量体の振動を同調させることができる。

請求項２に記載の本発明に係る制振装置は、請求項１に記載の制振装置であって、前記架台上に配置され、前記架台に対して前記質量体を水平方向に相対変位可能に支持する支持体を備え、前記免震装置は、前記一方向スライダ上に配置されると共に、前記質量体との間に隙間をあけて前記質量体の下面に取付けられた嵌合部材に嵌合されている。

請求項２に記載の本発明に係る制振装置によれば、質量体は、架台上に配置された支持体によって水平方向に相対変位可能に支持されている。また、一方向スライダ上に配置された免震装置は、嵌合部材に嵌合されており、質量体の荷重が作用しないようになっている。これにより、免震装置の耐荷重性を考慮せず設計することができる。

請求項３に記載の本発明に係る制振装置は、請求項２に記載の制振装置であって、前記質量体との間に隙間をあけて前記架台上に配置されると共に、前記質量体の水平変位時に前記質量体を支持して水平二方向にスライド可能とする二方向スライダを備えている。

請求項３に記載の本発明に係る制振装置によれば、大地震時に支持体が大きく変形した場合であっても、質量体の荷重を二方向スライダが受けるので、支持体に過大な荷重が作用せず、支持体が座屈するのを抑制することができる。すなわち、制振性能を良好に維持することができる。

以上説明したように、本発明に係る制振装置によれば、簡易な構成で水平二方向の固有周期が異なる建物に利用することができる。

実施形態に係る制振装置の全体構成を示す平面図であり、一部破断した図である。図１の制振装置をＹ方向から見た側面図であり、一部破断した図である。建物がＸ方向に振動している状態における図２に対応する側面図である。図１の制振装置をＸ方向から見た側面図を拡大して示す、要部拡大側面図である。建物がＹ方向に振動している状態における図４に対応する要部拡大側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る制振装置１０について説明する。例えば、本実施形態の制振装置１０が適用された建物は、５０階以上の高層のテナントビルであり、この建物の塔屋に本実施形態の制振装置１０が配置されている。なお、高層のテナントビルに限らず、高層マンションや他の建物に適用してもよく、例えば、中層以下のビルに適用してもよい。また、塔屋に限らず、他の場所に配置してもよく、例えば、建物の屋上に制振装置１０を配置してもよい。また、建物の中層階の内部に制振装置１０を配置してもよい。

さらに、制振装置１０が配置された建物は、水平二方向で固有周期が異なる構造となっており、本実施形態では一例として、Ｘ方向よりもＹ方向の方が建物の固有周期が長くなっている。また、各図において適宜示される矢印Ｚは、建物の高さ方向（上下方向）を示しており、各図において適宜示される矢印Ｘ及び矢印Ｙは、互いに直交する水平二方向を示している。

図１に示されるように、本実施形態の制振装置１０は、架台１００上に配置されたＴＭＤであり、主として、質量体１２と、支持体としての積層ゴム１４と、一方向スライダ１８と免震装置としての積層ゴム２０とで構成された周期調整装置１６と、二方向スライダ２４と、ダンパ３０とを含んで構成されている。

質量体１２は、平面視で略矩形状に形成されており、後述する積層ゴム１４によって四隅が支持されている。なお、質量体１２の質量（重量）は、制振する建物の周期等によって適宜設定されるものであり、本実施形態では一例として、７５０ｔに設定されている。また、質量体１２の材質や形状は特に限定されず、制振装置１０の設置する場所等に応じて決定すればよい。このため、例えば、質量体１２を平面視で略多角形状に形成してもよい。

質量体１２の四隅を支持する積層ゴム１４は、図２に示されるように、架台１００上に設置されており、架台１００に対して質量体１２を水平方向に相対変位可能に支持している。詳細には、積層ゴム１４は、下フランジ１４Ｂと、上フランジ１４Ｃと、下フランジ１４Ｂと上フランジ１４Ｃとの間に設けられた本体部１４Ａとを備えている。下フランジ１４Ｂは、図示しないボルト等によって架台１００に固定されており、上フランジ１４Ｃは、図示しないボルト等によって質量体１２の下面側に固定されている。また、本体部１４Ａは、ゴム板と鋼板とが上下方向に積層されて形成されており、水平方向に変形可能に構成されている。

なお、本実施形態では、支持体として積層ゴム１４を設けたが、これに限らず、架台１００に対して質量体１２を水平方向に相対変位可能に支持することができるものであれば、他の支持体を用いてもよい。例えば、積層ゴム１４の代わりに弾性変形可能な弾性体を支持体として用いてもよい。また、積層ゴム１４の数や大きさについては特に限定しない。例えば、５基以上の積層ゴム１４を配置してもよい。また、３基以下の積層ゴム１４で支持する構成でもよい。さらに、質量体１２を支持する高さに応じて、積層ゴム１４を上下に二段以上配置してもよい。

図１に示されるように、Ｘ方向における積層ゴム１４の間には、周期調整装置１６が配置されている。周期調整装置１６は、制振装置１０のＹ方向の両端部に設けられており、この周期調整装置１６は、一方向スライダ１８と、積層ゴム２０とを含んで構成されている。積層ゴム２０は、図２に示されるように、質量体１２と架台１００との間に配置されており、本実施形態では、一方向スライダ１８上に配置されている。また、積層ゴム２０は、積層ゴム１４と同様に下フランジ２０Ｂと、上フランジ２０Ｃと、本体部２０Ａとを備えており、下フランジ２０Ｂは、図示しないボルト等によって一方向スライダ１８に固定されている。

ここで、上フランジ２０Ｃは、質量体１２の下面に取付けられた嵌合部材としてのベースプレート３８に嵌合されており、上フランジ２０Ｃと質量体１２との間には隙間３６が設けられている。詳細には、ベースプレート３８は、上フランジ２０Ｃよりも大径に形成されており、このベースプレート３８の下面の中央部には、円柱体をくり抜いた形状の凹部３８Ａが形成されている。凹部３８Ａは、上フランジ２０Ｃよりも僅かに大径に形成されており、この凹部３８Ａに上フランジ２０Ｃが嵌合されている。なお、ここでいう嵌合とは、上フランジ２０Ｃがベースプレート３８に対して隙間無く嵌っている構成に限らず、設計誤差等による隙間があいている構成を広く含む概念である。このため、建物（架台１００）と質量体１２とが水平方向に相対移動した際に、ベースプレート３８を介して積層ゴム２０を変形させることができれば、上フランジ２０Ｃとベースプレート３８との間に隙間（遊び）があってもよい。

積層ゴム２０の下方の一方向スライダ１８は、架台１００と積層ゴム２０との間に配置されており、積層ゴム２０を水平一方向にスライド可能に連結している。詳細には、一方向スライダ１８は、図１に示されるように、Ｙ方向に沿ってレールが延びており、このレール上に積層ゴム２０が固定されている。このため、積層ゴム２０は、図中矢印Ｐで示されるように、一方向スライダ１８によってＹ方向にのみスライド可能とされている。

周期調整装置１６は、以上のように構成されているため、建物（架台１００）がＹ方向に揺れた場合は、一方向スライダ１８によって建物（架台１００）と積層ゴム２０（質量体１２）とが相対移動する。一方、建物（架台１００）がＸ方向に揺れた場合は、積層ゴム２０がスライドしないので、図３に示されるように、積層ゴム１４の本体部１４Ａと共に積層ゴム２０の本体部２０ＡがＸ方向に変形する。

なお、本実施形態では、一方向スライダ１８の上に積層ゴム２０を配置したが、これに限らない。例えば、架台１００上に積層ゴム２０を配置し、この積層ゴム２０の上に一方向スライダ１８を配置してもよい。この場合、一方向スライダ１８は、架台１００（積層ゴム２０）に対して、質量体１２を水平一方向にスライド可能に連結する。また、本実施形態では、制振装置１０のＹ方向の両端部に周期調整装置１６を配置したが、周期調整装置１６の数や位置については限定しない。

また、本実施形態では、図１に示されるように、積層ゴム２０の下フランジ２０Ｂが平面視で略矩形状となっているが、これに限らない。例えば、積層ゴム１４と同様に円形に形成してもよい。さらに、一方向スライダ１８に平面視で略矩形状の台座を設けて、この台座の上に下フランジ２０Ｂを固定してもよい。

Ｙ方向における積層ゴム１４の間には、二方向スライダ２４が配置されている。二方向スライダ２４は、制振装置１０のＸ方向の両端部に設けられており、図４に示されるように、下側レール部２８と、上側レール部２６と、ブロック４０とを含んで構成されている。

下側レール部２８は、架台１００上に配置されてＹ方向に延在されており、この下側レール部２８の幅方向中央部にはＹ方向に延びる溝２８Ａが形成されている。また、下側レール部２８の上にはブロック４０が配置されており、このブロック４０は、溝２８Ａに入り込んでいる。このため、ブロック４０は、溝２８Ａに沿ってＹ方向にスライド可能とされている。また、ブロック４０の上方には、Ｘ方向に延在された上側レール部２６が配置されており、ブロック４０は、上側レール部２６の幅方向中央部に形成された溝２６Ａに入り込んでいる。このため、ブロック４０は、溝２６Ａに沿ってＸ方向にスライド可能とされている。

二方向スライダ２４は以上のように構成されているため、水平二方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にスライド可能となっている。ここで、上側レール部２６と質量体１２との間には、隙間４２が設けられている。隙間４２の大きさは、質量体１２の大きさ等によって適宜設定され、本実施形態では一例として、２〜３ｍｍに設定されている。

また、図５に示されるように、質量体１２の水平変位時には、二方向スライダ２４で質量体１２を支持して水平方向にスライドさせることができるように構成されている。なお、二方向スライダ２４の構成については特に限定せず、水平二方向にスライド可能な構成であれば、他の構成を採用してもよい。

図１に示されるように、制振装置１０には４つのダンパ３０が配置されている。ダンパ３０はそれぞれ、質量体１２と架台１００とを連結しており、架台１００と質量体１２との相対変位を減衰させるように構成されている。詳細には、制振装置１０の四隅に配置された積層ゴム１４の下フランジ１４Ｂの近傍の架台１００上に取付ブラケット３４が設けられており、この取付ブラケット３４にダンパ３０の一端部が取り付けられている。一方、ダンパ３０の他端部は、質量体１２の下面に固定された取付プレート３２に取り付けられており、このダンパ３０によって架台１００と質量体１２とが連結されている。なお、本実施形態では、ダンパ３０としてオイルダンパを用いているが、これに限らず、他のダンパを用いてもよい。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の制振装置１０の作用及び効果について説明する。初めに、風揺れや地震等によって建物に入力される振動エネルギーが比較的小さい場合について説明する。このような場合では、建物が固有周期の短いＸ方向に揺れると、質量体１２を支持している積層ゴム１４の本体部１４Ａが変形し、質量体１２が建物（架台１００）に対してＸ方向に相対移動する。

ここで、図３に示されるように、周期調整装置１６の一方向スライダ１８は、Ｙ方向に延びているので、Ｘ方向の揺れに対しては機能しない。このため、積層ゴム２０の本体部２０Ａは、積層ゴム１４と同様に変形する。そして、質量体１２のＸ方向の周期は、この積層ゴム１４及び積層ゴム２０によって建物のＸ方向の周期と同調するように調整されており、積層ゴム１４及び積層ゴム２０が変形して建物が制振される。

一方、建物が固有周期の長いＹ方向に揺れた場合、質量体１２を支持している積層ゴム１４が変形し、質量体１２が建物（架台１００）に対してＹ方向に相対移動する。これに対して、周期調整装置１６は、図１に示されるように、積層ゴム２０が質量体１２と共に一方向スライダ１８に沿って矢印Ｐの方向にスライドする。このため、積層ゴム２０はＹ方向にほとんど変形せず、Ｘ方向よりも質量体１２の周期を長くすることができる。この結果、建物が固有周期の長いＹ方向に揺れた場合も同様に制振装置１０を同調させることができ、建物を制振することができる。特に、本実施形態では、周期調整装置１６の積層ゴム２０の上フランジ２０Ｃをベースプレート３８に嵌合させており、積層ゴム２０に質量体１２の荷重が作用しないようにしている。これにより、積層ゴム２０の耐荷重性を考慮せずに設計することができる。すなわち、質量体１２の支持には適さない小径の積層ゴムを用いて周期の調整を行うことができる。

また、本実施形態では、一方向スライダ１８と積層ゴム１４とで周期調整装置１６を構成しているため、簡易な構成で水平二方向の固有周期が異なる建物に対して質量体１２の振動を同調させることができる。さらに、一方向スライダ１８及び積層ゴム１４は、既存のものを利用すれば、新たに設計する手間やコストを省くことができる。

また、本実施形態では、一方向スライダ１８の上に積層ゴム１４を配置しているため、積層ゴム１４の上に一方向スライダ１８を配置した構造と比較して、制振性能を良好に維持することができる。すなわち、積層ゴム１４の上に一方向スライダ１８を配置した構造では、質量体１２がスライドすると、積層ゴム１４との位置関係がずれることがあるのに対して、一方向スライダ１８上に積層ゴム１４を配置した場合、積層ゴム１４と質量体１２との位置関係が変わらず、制振性能を良好に維持することができる。

なお、上記説明では、建物がＸ方向に揺れた場合とＹ方向に揺れた場合についてそれぞれ説明したが、Ｘ方向とＹ方向の両方向に揺れた場合は、両方向に対して制振する。すなわち、周期調整装置１６の積層ゴム２０は、一方向スライダ１８によってＹ方向にスライドしつつ、Ｘ方向に変形する。また、振動エネルギーが比較的小さい場合は、二方向スライダ２４と質量体１２との間の隙間４２があいた状態となっている。

次に、大地震時等のように建物に入力される振動エネルギーが比較的大きい場合について説明する。なお、以下の説明では、Ｙ方向に大きく揺れた場合について説明するが、Ｘ方向に大きく揺れた場合も同様である。この場合、質量体１２を支持している積層ゴム１４がＹ方向に大きく変形し、質量体１２が建物（架台１００）に対してＹ方向に相対移動する。

このとき、図５に示されるように、積層ゴム１４の本体部１４Ａが大きく変形することで、質量体１２の鉛直荷重を受ける領域が減少する。すなわち、積層ゴム１４の鉛直支持力が一時的に低下する。これによって質量体１２が下がると、質量体１２の下面が二方向スライダ２４を構成する上側レール部２６の上面に接触し、質量体１２の荷重の少なくとも一部が二方向スライダ２４に移る。また、二方向スライダ２４は、質量体１２の変位に合わせてＹ方向にスライドする。このようにして、二方向スライダ２４で質量体１２の荷重を負担することにより、積層ゴム１４に過大な荷重が作用せず、積層ゴム１４が座屈するのを抑制することができる。すなわち、制振装置１０の制振性能を良好に維持することができる。

また、本実施形態のように、積層ゴム１４を質量体１２の外周部に配置し、二方向スライダ２４を積層ゴム１４間に配置したことにより、質量体１２の荷重をスムーズに二方向スライダ２４へ移すことができる。すなわち、二方向スライダ２４を質量体１２の外周部に配置した構造の場合、質量体１２の端部が跳ね出しになるので、下方に撓む可能性があり、質量体１２の荷重が二方向スライダ２４へ移りにくくなる。これに対して、本実施形態では、積層ゴム１４で質量体１２の端部を支持しており、二方向スライダ２４を質量体１２の中央側に配置することにより、質量体１２の荷重をスムーズに二方向スライダ２４へ移すことができ、積層ゴム１４の大変形時の負担を軽減することができる。

なお、本実施形態では、周期調整装置１６の積層ゴム２０と質量体１２との間に隙間３６を設けて質量体１２の荷重を負担しないようにしたが、これに限らず、積層ゴム２０の上フランジ２０Ｃを質量体１２に固定して質量体１２を支持する構成としてもよい。この場合、積層ゴム１４が負担する荷重が低減されるので、より小径の積層ゴムを用いることができる。

また、周期調整装置１６とは別に、剛性調整用の積層ゴム（剛性調整用ゴム）を別途配置してもよい。例えば、剛性調整用ゴムの下フランジを架台１００に固定し、上フランジを質量体１２の下面に固定したベースプレートと嵌合させることで、周期調整装置１６と同様に質量体１２の荷重を負担せずに剛性調整を行うことができる。

また、本実施形態では、ＴＭＤによって制振させる構成としてが、これに限らず、質量体１２を能動的に動かして制振させるＡＭＤ（ＡｃｔｉｖｅＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）としてもよい。このＡＭＤの一例として、質量体１２にアクチュエータ及びセンサを取り付け、建物へ入力された振動エネルギーの大きさに応じてアクチュエータを作動させることで、質量体１２を架台１００に対して相対移動させる方法がある。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、図２に示されるように、嵌合部材としてのベースプレート３８の凹部３８Ａに積層ゴム２０の上フランジ２０Ｃを嵌合させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ベースプレート３８の代わりに質量体１２から下方にピンを突出させると共に、上フランジ２０Ｃ側にピンが嵌合される嵌合孔を形成してもよい。この場合、ピンが本発明の嵌合部材となる。また、ピンの下端部と上フランジ２０Ｃに形成された嵌合孔の底部との間に隙間を設けることで、本実施形態と同様に質量体１２の荷重を積層ゴム２０に作用させない構成となる。

１０制振装置
１２質量体
１４積層ゴム（支持体）
１８一方向スライダ
２０積層ゴム（免震装置）
２４二方向スライダ
３６隙間（免震装置と嵌合部材との間の隙間）
３８ベースプレート（嵌合部材）
４２隙間（質量体と二方向スライダとの間の隙間）
１００架台

Claims

質量体と、
前記質量体と架台との間に配置された免震装置と、
前記架台と前記免震装置との間又は前記免震装置と前記質量体との間に配置され、前記免震装置又は前記質量体を水平一方向にスライド可能に連結する一方向スライダと、
を有する制振装置。
前記架台上に配置され、前記架台に対して前記質量体を水平方向に相対変位可能に支持する支持体を備え、
前記免震装置は、前記一方向スライダ上に配置されると共に、前記質量体との間に隙間をあけて前記質量体の下面に取付けられた嵌合部材に嵌合されている請求項１に記載の制振装置。
前記質量体との間に隙間をあけて前記架台上に配置されると共に、前記質量体の水平変位時に前記質量体を支持して水平二方向にスライド可能とする二方向スライダを備えた請求項２に記載の制振装置。