JP2939067B2

JP2939067B2 - 構造物の制振装置

Info

Publication number: JP2939067B2
Application number: JP27323392A
Authority: JP
Inventors: 辰治石丸; 隆弘新谷
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH06280421A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地震や風圧等による構
造物の揺れを制振できる構造物の制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造設計の分野では、構造物の柱や梁等
の基礎構造を強固にして地震等の衝撃力に耐えることが
できる耐震構造に対し、構造物の揺れ自体を制振する制
振装置が提案されている。

【０００３】この制振装置は、通常、構造物の任意の階
に設けられた差動梃子の先端へ回転自在に錘を取付け、
地震等の揺れによる錘の運動を梃子比によって増幅し、
大きな慣性力を発生させる。この慣性力によって、地震
等の揺れによって生じる構造物の水平方向への相対変形
を相殺し、構造物の揺れを制振する。

【０００４】しかしながら、振動エネルギーを吸収する
補助質量機構と長期荷重を負担する支持装置が独立して
いない制振装置では、上部構造物に地震等の揺れによる
捩じれ変形が生じやすく、この上部構造物の捩じれ振動
によって、下部に設置された補助質量機構が破壊される
おそれがあった。このため、従来の制振装置は、このよ
うな破壊を防ぐ必要が生じ、機構が複雑で設置スペース
が大きくなるという不都合を生じていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、上部構造物の捩じれ振動によって、補助質量機構
が破壊されることのない構造物の制振装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の構造物
の制振装置は、地震動等により発生する振動エネルギー
を吸収する補助質量機構と上部構造物の長期荷重を負担
する支持機構が独立している構造物の制振装置であっ
て、上部構造物に接しその構造物を支持する枠フレーム
と、前記枠フレームの下部に位置し前記上部構造物の長
期荷重を負担すると共に構造物の固有周期をより長くす
る構造を有する支持部と、前記枠フレームと前記補助質
量機構を接続すると共に水平方向の振動のみを補助質量
機構に伝達する構造を有する接続部と、を備えたことを
特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の構造物の制振装置は、前
記接続部が、前記枠フレームに生じた水平方向の振動を
前記補助質量機構に伝達する軸部材と、前記軸部材を回
動自在に軸支する球面部材と、鉛直方向に移動可能に前
記球面部材を挾持する軸受け部材と、前記補助質量機構
に設置され前記軸受け部材を収納する箱部材と、前記軸
部材を枠フレームに固着するプレート部材と、を有する
ことを特徴としている。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の構造物の制振装置によれば、
枠フレームを介して上部構造物の長期荷重が支持部と補
助質量機構に伝達される。一方、地震動等による振動が
発生すると、補助質量機構により振動エネルギーが吸収
されるが、上部構造物に発生した捩じれ振動は、水平方
向の振動のみを補助質量機構に伝達する構造を有する接
続部から構造物の固有周期をより長くする構造を有する
支持部に伝わって逸散し、補助質量機構には伝わらな
い。そのため、補助質量機構が捩じれ振動により破壊さ
れることがないので、補助質量機構の構造計画を容易に
行うことができる。

【０００９】請求項２に記載の構造物の制振装置によれ
ば、軸部材が枠フレームに生じた水平方向の振動を補助
質量機構に伝達し、球面部材がその軸部材を回動自在に
軸支する。その球面部材は軸受け部材により、鉛直方向
に移動可能に挾持される。その軸受け部材は、補助質量
機構に設置された箱部材に収納される。さらに、軸部材
は、プレート部材によって、枠フレームに固着される。
このような構造の接続部により、水平方向の振動のみを
補助質量機構に伝達し、上部構造物に発生した捩じれ振
動を補助質量機構に伝達しない。

【００１０】

【実施例】図１及び図２には、本実施例に係る構造物の
制振装置が示されている。

【００１１】制振装置Ｐは、任意の階に設けられた収容
空間１０に設置されている。この収容空間１０は、構造
物を構成する床部１２と天井部１４との間に形成されて
いる。

【００１２】図３に示されるように、制振装置Ｐの下部
には、矩形状の下フレーム１６が配設されている。下フ
レーム１６の四隅からは、円柱１８が立設され、所定の
間隔を置いて矩形状の上フレーム２０を支持している。

【００１３】図４に示されるように、円柱１８は、下フ
レーム１６から立設される下筒体２２と、上フレーム２
０から吊下される上筒体２４に分割構成されている。下
筒体２２の上面には、円板２６が溶接されている。この
円板２６には、円柱状の積層ゴム２８の一端に溶着され
た円形のフランジ３０がボルト３２で固定されている。
この積層ゴム２８は鉄板とゴムシートが交互にサンドイ
ッチ状に積み重ねられており、ゴムに加わる歪みをなる
べく均一にするため、鉄板とゴムシートは精度よく水平
面内にかつ平行に配置されており、水平方向の剛性に比
較して鉛直方向の剛性は非常に大きくなっている。他端
のフランジ３４は、上筒体２４の下面に溶接された大径
の円板３６へボルト３８で固定されている。これによっ
て、上フレーム２０と下フレーム１６は、相対的に水平
移動可能とされ、また相対的な捩じりにも対応可能とな
っている。なお、積層ゴム２８は、筒状のストッパー４
０で覆われ、このストッパー４０はボルト４２で円板３
６の外周部に固定されている。このストッパー４０の下
端部が下筒体２２と接触することによって、上フレーム
２０と下フレーム１６との相対変位量が一定の範囲に規
制されている。

【００１４】図５に示されるように、下フレーム１６
は、縦材４４及び横材４６で格子状に補強されている。
中央部に配置される横材４６の上面には、下フレーム１
６を横断するように、断面Ｈ形状の一対の横架設材４８
が並行に配設されている。これらの横架設材４８の上面
には、アングル材５０を介して一対の横ガイドレール５
２が各々設けられている。

【００１５】一方、下フレーム１６の中央部に配置され
る縦材４４の上面にも、横架設材４８と直交して外方へ
向かって一対の縦架設材５４が並行に配設されている。
これらの縦架設材５４の上面には、各々アングル材５０
を介して一対の縦ガイドレール５６が設けられている。
すなわち、縦ガイドレール５６は中間部が横ガイドレー
ル５２に分断されるような恰好で敷設されている。

【００１６】図１及び図２に示されるように、縦ガイド
レール５６には、長方状の剛体５８の幅方向へ延設され
たガイド溝６０が嵌め込まれ、また、横ガイドレール５
２には、長方状の剛体６２の幅方向へ延設されたガイド
溝６４が嵌め込まれている。これによって、剛体５８は
Ｘ軸方向へ、また剛体６２はＹ軸方向へスライド可能と
されている。

【００１７】また、図６に示されるように、剛体５８及
び剛体６２の対向する側面には、長手方向へガイドレー
ル６６、６８が各々固定されている。この剛体５８及び
剛体６２に囲まれるように、平面視にて略十字形の下部
補助質量体７０が配置されている。この下部補助質量体
７０の四方に突出した側面には、ガイド溝７２、７４が
設けられ、ガイドレール６６、６８に嵌め込まれてい
る。これによって、下部補助質量体７０は、剛体５８に
対してＹ軸方向へ、剛体６２に対してＸ軸方向へスライ
ド可能に支持されている。また、この下部補助質量体７
０はＸ軸方向へは剛体５８と共に、Ｙ軸方向へは剛体６
２と共に移動する。なお、下部補助質量体７０と剛体５
８、６２の接合は、相対変位が小さい場合には、ゴムな
どの弾性体を使用しても構わない。

【００１８】下部補助質量体７０の上面には、８個の円
孔７６が所定の間隔で穿設されている。これらの円孔７
６には、円柱状の軸体７８が挿入されている。これらの
軸体７８の軸心部には、図示しない調芯コロ軸受が配設
され、シャフト８０の一端が軸支されている。シャフト
８０の他端は、長手方向がＹ軸方向へ配設されたアーム
８２の端部に穿設された軸孔８４へ軸通されている。こ
こで、下部補助質量体７０の上方には、同一形状の上部
補助質量体８６が配設され、連結ブロック８８を介在さ
せて下部補助質量体７０と一体に連結されている。この
上部補助質量体８６の下面にも、下部補助質量体７０の
円孔７６が穿設されている位置に対応させて、円孔９０
が設けられ軸体７８が挿入されている（図９に図示）。
この軸体７８には、シャフト８０の端部が図示しない円
筒軸受を介して軸支されている。これによって、アーム
８２は、シャフト８０を中心にして回動可能に下部補助
質量体７０及び上部補助質量体８６とに枢軸される。

【００１９】アーム８２は、所定の間隔を置いた２枚の
重合プレートから構成され、この間に配置された図示し
ない補強板で補強されている。アーム８２の他端部に
は、２個の軸孔９２、９４が穿設されており、これらの
軸孔９２、９４は軸孔８４と平行でかつアーム８２の長
手軸線上に配置されている。先端部に位置する軸孔９２
には、ロッドピン９６及びナット９８が装着され、この
ロッドピン９６に取付けられた図示しない球面ジョイン
トを介してリンク材１００の一端が回動自在に連結され
ている。一方、このリンク材１００の他端には、図示し
ない球面軸受が設けられており、ジョイントピン１０２
のジャーナルが回動自在に軸通されている。また、ジョ
イントピン１０２の脚部は、ナット９８でリンク材１０
０から離れないように係止されている。ジョイントピン
１０２の頭部はねじ切られ、剛体５８の長手方向の端部
に設けられたねじ孔１０４に螺合されている。

【００２０】さらに、リンク材１００と平行に配設され
かつリンク材１００よりも短いリンク材１０６の一端
は、リンク材１００と同様に、アーム８２の軸孔９４に
回動自在に連結されている。ここで、剛体５８、６２の
上方には、剛体１１２及び剛体１１４が配設されてお
り、上部補助質量体８６を、ガイドレール１０８、１１
０とガイド溝１１１を介して、剛体５８、６２と下部補
助質量体７０との場合と同様にＸ軸Ｙ軸方向へスライド
可能に、かつガイドレール１０８、１１０の長手方向と
直交方向には剛体１１２、１１４を上部補助質量体８６
と共に移動可能に支持している。この剛体１１４へ、リ
ンク材１０６の他端が、リンク材１００と同様に、回動
自在に連結されている。なお、ガイドレール１０８、１
１０とガイド溝１１１は、上述のガイドレール６６、６
８及びガイド溝７２、７４に該当する。従って、このア
ーム８２及びリンク材１００、１０６によって構成され
る梃子機構は、床部１２及び天井部１４がＸ軸方向に相
対移動するとアーム８２がこれを増幅して軸体７８の移
動量として補助質量体７０、８６へ伝える。

【００２１】以上、Ｙ軸方向へ配置された４本のアーム
８２と、２個の剛体６２、補助質量体７０、及び４本の
リンク材１００、１０６によって４組の梃子機構が構成
されているが、さらにこれと同様構造であるが直角に４
組の梃子機構が配置され、アーム１１６がＸ軸方向へ向
けられており、直交方向の入力に対して同様機能を果た
すようになっている。

【００２２】上方に配置された剛体１１２、１１４の上
面には、剛体５８、６２のガイド溝６０、６４と同様
に、ガイド溝１１８、が設けられている。このガイド溝
１１８の上に縦ガイドレール１２０と横ガイドレール１
２２が嵌め込まれていて、その上に十字形状に組付けら
れたフレーム１２４がＸ軸Ｙ軸方向へスライド可能に設
置されている。図７に示されるように、このフレーム１
２４の上に、上フレーム２０が配設されている。

【００２３】図７に示されるように、フレーム１２４
は、断面Ｈ形状の縦材４４及び横材４６で全体として十
字形状に組付けられており、中央の矩形体１２６は、縦
材４４及び横材４６で格子状に補強されているが、矩形
体１２６以外の矩形体１２８は、ブレース１３０で補強
されている。この矩形体１２６、１２８の四隅は、ガゼ
ットプレート１３２で補強されている。

【００２４】また、上フレーム２０は、断面Ｈ形状の縦
材４４及び横材４６で格子状に補強されている。中央の
矩形体１３４は、さらに、縦材４４及び横材４６で格子
状に補強されており、また、上フレーム２０の四隅も、
縦材４４及び横材４６で補強されている。

【００２５】図８に示すように、フレーム１２４の矩形
体１２６の中央に軸受け箱１３６をカラー１３８を介し
てボルト１４０で固着する。この軸受け箱１３６の内側
にフランジブッシュ１４２をボルト１４４で固着する。
次に、ベアリングケース１４６にベアリング押上１４８
をボルト１５０を介して固着する。このベアリングケー
ス１４６の中にブッシュ球面凹部１５１が嵌め込まれた
状態の球面ジョイント１５２が設けられている。この球
面ジョイント１５２の中にシャフト１５４が螺合固着さ
れて上フレーム２０とフレーム１２４を軸支し、上フレ
ーム２０とフレーム１２４の間は、上部構造物に発生す
るシャフト１５４の軸心回りの捩じれ振動を伝達せず
に、水平方向の荷重のみ伝達できるように接合されてい
る。このシャフト１５４の頭部１５４Ａは、円筒状のヘ
ッドキャップ１５６と螺合しており、また、このヘッド
キャップ１５６の上面は、カバープレート１５８へ連結
されている。このカバープレート１５８は、上フレーム
２０に溶着されたカラー１６０にボルト１６２で接合さ
れている。

【００２６】なお、図９及び図１０に示されるように、
剛体５８、６２の底部には、補助部材１６６を固着し、
この補助部材１６６へネジ軸部材１６４を螺合配置する
ことができる。このネジ軸部材１６４は図示しない振動
センサの情報に基づき作動される駆動装置と接続され、
回転時に補助部材１６６を介して剛体５８、６２をネジ
軸方向へ移動させ、積極的に振動吸収作用をなすように
してもよい。また、下フレーム１６の各辺の中心にスト
ッパー１６８が設けられており、剛体５８、６２と下フ
レーム１６との相対変位量が一定の範囲に規制されてい
る。

【００２７】次に、本実施例に係る制振装置Ｐの作用を
説明する。地震等の振動は水平面内でＸ軸及びＹ軸双方
の成分を有した振動となって作用するが、まず、この振
動のうち、Ｙ軸方向の振動に対する制振装置Ｐの作用に
ついて説明する。

【００２８】Ｙ軸方向の振動により、図２及び図１０に
示されるように、矢印Ａ方向に床部１２が変位しても、
横ガイドレール５２、１２２はＹ軸方向に配設されてい
るので、このガイドレール５２、１２２に嵌め込まれた
ガイド溝６０、１１８を備えた剛体６２、１１４は、フ
レーム１６、２０に対し抵抗なく相対的に変位すること
ができる。一方、縦ガイドレール５６、１２０に嵌め込
まれたガイド溝６０、１１８がＸ軸方向に配設されてい
るので、剛体５８とフレーム１６、及び剛体１１２とフ
レーム２０は相対移動しない。しかしながら、剛体５８
は剛体１１２に対し矢印Ａ方向へ相対移動することにな
り、剛体５８へ支持されたジョイントピン１０２（図１
１のＡ点）はそのままで、剛体１１２へ支持されたジョ
イントピン１０２（図１１のＢ点）は矢印Ａ方向へ相対
移動する。この相対移動は、アーム１１６上の長さＬ１
とＬ２の梃子比から、増幅されて差動梃子力として連結
ブロック８８によって一体となっている補助質量体７
０、８６及び剛体６２、１１４に伝達される。なぜなら
ば、この剛体６２と補助質量体７０は、ガイドレール６
８とガイド溝７４によって接合されており、矢印Ａの方
向の振動に対し一体となって駆動される。同様に、剛体
１１４と補助質量体８６もガイドレール１１０とガイド
溝１１１により一体化されており、さらに補助質量体７
０、８６も軸体７８とシャフト８０を介して連結されて
おり、矢印Ａの方向の振動に対し、剛体６２、１１４及
び補助質量体７０、８６は、一体となって運動するから
である。そのため、矢印Ａの方向に生じた床部１２の変
位量は、剛体６２、１１４及び補助質量体７０、８６へ
差動梃子力によって増幅されて大きな変位量として伝わ
り、構造物の動きに同調する剛体６２、１１４及び補助
質量体７０、８６の振り子としての運動が、付加質量と
して構造物に加わるため見かけ上の質量を増加させ、結
果として構造物の固有周期を伸ばすと共に、地震入力低
減効果を生み、構造物の地震時の応答を低減させること
ができる。

【００２９】一方、Ｘ軸方向の振動の場合には、逆に剛
体６２、１１４が剛体５８、１１２及び補助質量体７
０、８６へ差動梃子力を伝達する。

【００３０】ただ、現実の地震等による振動は、Ｘ軸Ｙ
軸の水平二方向の変位が合算されたものであるから、補
助質量体７０、８６及び剛体５８、６２、１１２、１１
４の振動も水平二方向が合算されたものとなり、補助質
量体７０、８６及び剛体５８、６２、１１２、１１４は
Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ同時に移動する。また、剛体５
８、６２、１１２、１１４は、振り子の錘としての役割
と、差動梃子力伝達部材としての役割を同時に担うこと
になる。

【００３１】このように制振装置Ｐは、構造物の動きに
同調する振り子としての振動系と差動梃子の機能を有す
るアーム８２、１１６及びリンク材１００、１０６を水
平方向に平行に配置すると共に、剛体５８、６２、１１
２、１１４に差動梃子力伝達部材としての役割と、振り
子の錘としての役割を同時に担わせ、部材数の低減を図
ったので、制振装置Ｐの収容空間を狭くすることができ
る。

【００３２】さらに、構造物上部、下部及び質量体に変
位量を感知するセンサを設置して、駆動手段によって、
構造物上部及び下部の変位量に応じてネジ軸部材１６４
を作動させて、直接質量体の変位量を制御しながら運動
させれば、アクティブな制振機構を構成することができ
る。

【００３３】次に、地震等による振動のうちの垂直軸回
りの捩じれに対する制振装置Ｐの作用について説明す
る。図８に示されるように、上フレーム２０とフレーム
１２４の間は、球面ジョイント１５２を介して水平方向
の直線的な荷重のみ伝達できるように接合されているの
で、フレーム１２４より下の部材には、水平方向に生じ
た振動のみ伝達され、上フレーム２０に生じる垂直軸回
りの捩じれ振動は伝わらないようになっている。従っ
て、上部構造物の振動によって生じ、上フレーム２０に
伝達された捩じれ振動は、フレーム１２４より下の補助
質量機構には伝達されず、上フレーム２０を介してその
四隅に配置されている４本の円柱１８に伝達される。こ
の円柱１８内に設けられた積層ゴム２８は、水平剛性が
小さくされており、また、ゴムには荷重を取り除くとも
との形状に戻る性質があるので、上部構造物の固有周期
をより長くし、構造物の加速度応答を減少することがで
きる。

【００３４】また、上部構造物の自重は、上フレーム２
０から４本の円柱１８に伝達され、これらの円柱１８が
上部構造物の自重を支えるので、フレーム１２４より下
の補助質量機構には鉛直方向に大きな荷重を負担する必
要がない。

【００３５】このように、制振装置Ｐは、上フレーム２
０及び円柱１８からなる支持機構と、剛体５８、６２、
１１２、１１４及び補助質量体７０、８６からなる補助
質量機構とが独立して構成されているので、捩じれ振動
が原因となるアーム８２、１１６及びリンク材１００、
１０６等の破壊を防ぐと共に、補助質量機構の構成の単
純化を図ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る構造
物の制振装置は、水平方向の直線的な荷重のみを補助質
量機構に伝達する構造を有する接続部によって上部構造
物と補助質量機構を接続する構成にしたので、地震等に
よる振動のうち垂直軸回りの捩じれ振動のために、補助
質量機構が破壊されることがなく、補助質量機構の構造
計画を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る制振装置の正面図である。

【図２】本実施例に係る制振装置の側面図である。

【図３】本実施例に係る制振装置の斜視図である。

【図４】本実施例に係る制振装置の円柱の一部断面図で
ある。

【図５】本実施例に係る制振装置の下部を示す斜視図で
ある。

【図６】本実施例に係る制振装置の中心部を示す斜視図
である。

【図７】本実施例に係る制振装置の上部を示す斜視図で
ある。

【図８】本実施例に係る制振装置の球面ジョイント部の
断面図である。

【図９】図２の９−９線断面図である。

【図１０】図１の１０−１０線断面図である。

【図１１】図１の１１−１１線断面図である。

【符号の説明】

１８円柱２０上フレーム２８積層ゴム１３６軸受け箱１４６ベアリングケース１４８ベアリング押上１５１ブッシュ球面凹部１５２球面ジョイント１５４シャフト１５６ヘッドキャップ１５８カバープレート

フロントページの続き (72)発明者石丸辰治埼玉県草加市花栗４−11−17 (72)発明者新谷隆弘千葉県船橋市前原東５−８−16 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E04H 9/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地震動等により発生する振動エネルギー
を吸収する補助質量機構と上部構造物の長期荷重を負担
する支持機構が独立している構造物の制振装置であっ
て、上部構造物に接しその構造物を支持する枠フレーム
と、前記枠フレームの下部に位置し前記上部構造物の長
期荷重を負担すると共に構造物の固有周期をより長くす
る構造を有する支持部と、前記枠フレームと前記補助質
量機構を接続すると共に水平方向の振動のみを補助質量
機構に伝達する構造を有する接続部と、を備えたことを
特徴とする構造物の制振装置。
【請求項２】前記接続部が、前記枠フレームに生じた
水平方向の振動を前記補助質量機構に伝達する軸部材
と、前記軸部材を回動自在に軸支する球面部材と、鉛直
方向に移動可能に前記球面部材を挾持する軸受け部材
と、前記補助質量機構に設置され前記軸受け部材を収納
する箱部材と、前記軸部材を枠フレームに固着するプレ
ート部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載
の構造物の制振装置。