JP3211688B2 - 構造物の制震方法 - Google Patents
構造物の制震方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、構造物の柱梁架
構内あるいは免震層に可変減衰装置を設置し、その可変
減衰装置を設置した構造体部分の復元力特性の制御、す
なわち履歴制御による構造物の制震方法に関するもので
ある。
構内あるいは免震層に可変減衰装置を設置し、その可変
減衰装置を設置した構造体部分の復元力特性の制御、す
なわち履歴制御による構造物の制震方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】出願人は能動制御型の制震システムの一
つとして、構造物の柱梁架構内に可変減衰装置を介在さ
せて耐震要素を設置し、可変減衰装置の減衰係数を変化
させることにより、構造物の減衰性を評価した制震方法
や、可変減衰装置の発生減衰力を制御力とする使用する
制震方法を種々開発している（例えば特開平２−２８９
７６９号公報参照）。
つとして、構造物の柱梁架構内に可変減衰装置を介在さ
せて耐震要素を設置し、可変減衰装置の減衰係数を変化
させることにより、構造物の減衰性を評価した制震方法
や、可変減衰装置の発生減衰力を制御力とする使用する
制震方法を種々開発している（例えば特開平２−２８９
７６９号公報参照）。
【０００３】また、減衰装置を用いた受動型の制震装置
としては、減衰装置の減衰係数をある値に設定し、ある
いは振動状態に応じて変化するように設定し、建物の振
動低減を図るものがある。
としては、減衰装置の減衰係数をある値に設定し、ある
いは振動状態に応じて変化するように設定し、建物の振
動低減を図るものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】受動型の制震方法の場
合、例えば図１８に示すように建物の各層に減衰装置１
１を設置することで、特にセンサの設置や外部エネルギ
ーの供給を必要としない利点がある反面、減衰係数は特
定の振動モードに対して設定せざるを得ないことや、振
動減衰効果は装置が設置されている取付ブレース等の剛
性により大きく制約を受ける欠点がある。
合、例えば図１８に示すように建物の各層に減衰装置１
１を設置することで、特にセンサの設置や外部エネルギ
ーの供給を必要としない利点がある反面、減衰係数は特
定の振動モードに対して設定せざるを得ないことや、振
動減衰効果は装置が設置されている取付ブレース等の剛
性により大きく制約を受ける欠点がある。
【０００５】一方、可変減衰装置を用いた能動制御型の
制震方法では、例えば図１９に示すように建物の各所に
センサ２２を配置し、地震等による建物の応答をコンピ
ュータ２３で総合的に判断し、建物の各層に配置した可
変減衰装置２１にそれぞれ指令を与えて、建物に大きな
減衰性を与えるといったことが行われている。
制震方法では、例えば図１９に示すように建物の各所に
センサ２２を配置し、地震等による建物の応答をコンピ
ュータ２３で総合的に判断し、建物の各層に配置した可
変減衰装置２１にそれぞれ指令を与えて、建物に大きな
減衰性を与えるといったことが行われている。
【０００６】しかし、この場合も各層のセンサからの情
報をもとにコンピュータによる複雑な解析が必要とな
り、しかもあらかじめ調整のための詳細な事前検討を行
っておく必要がある。
報をもとにコンピュータによる複雑な解析が必要とな
り、しかもあらかじめ調整のための詳細な事前検討を行
っておく必要がある。
【０００７】本願発明は、上述のような課題の解決を図
ったものであり、可変減衰装置を用いた構造物の制震方
法において、装置発生減衰力を各層ごとの履歴特性を維
持、あるいは特定の条件の下で変化させるように制御す
ることで、効率の良い制震を可能とするものである。
ったものであり、可変減衰装置を用いた構造物の制震方
法において、装置発生減衰力を各層ごとの履歴特性を維
持、あるいは特定の条件の下で変化させるように制御す
ることで、効率の良い制震を可能とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明の構造物の制震
方法では、構造物を構成する剛性Ｋf の構造体要素（柱
梁架構や免震層）内に可変減衰装置を設置し、可変減衰
装置によって制御可能な範囲で、あらかじめ対象となる
構造体要素の周波数伝達特性をもとに、振幅Ｄと復元力
Ｑとの間の関係において、例えばエネルギー吸収特性等
が最適となるような特定の復元力特性を座標平面上に設
定し、時々刻々変化する振動状態に対し、その復元力特
性の形状を維持するように、あるいは変化させるように
して、可変減衰装置が発生する減衰力Ｆを制御する。
方法では、構造物を構成する剛性Ｋf の構造体要素（柱
梁架構や免震層）内に可変減衰装置を設置し、可変減衰
装置によって制御可能な範囲で、あらかじめ対象となる
構造体要素の周波数伝達特性をもとに、振幅Ｄと復元力
Ｑとの間の関係において、例えばエネルギー吸収特性等
が最適となるような特定の復元力特性を座標平面上に設
定し、時々刻々変化する振動状態に対し、その復元力特
性の形状を維持するように、あるいは変化させるように
して、可変減衰装置が発生する減衰力Ｆを制御する。
【０００９】この場合の復元力特性は、構造的な制約か
ら可変減衰装置を設置した層の柱梁架構あるいは免震層
といった構造体要素部分のみの復元力Ｑs と、剛性を０
〜ｋの間で変化させ得る可変減衰装置の装置発生減衰力
Ｆとの和としての層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）によって決
まる。
ら可変減衰装置を設置した層の柱梁架構あるいは免震層
といった構造体要素部分のみの復元力Ｑs と、剛性を０
〜ｋの間で変化させ得る可変減衰装置の装置発生減衰力
Ｆとの和としての層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）によって決
まる。
【００１０】請求項１に係る発明は、剛性Ｋf の柱梁架
構内に可変減衰装置を介在させて耐震要素を設置し、可
変減衰装置を設置した層の柱梁架構のみの復元力Ｑs と
耐震要素との関係で剛性を０〜ｋの間で変化させる前記
可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられ
る層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係
である層復元力特性について、対象となる層の地震また
は風に対する周波数伝達特性をもとに、前記可変減衰装
置によって制御可能な範囲で、任意の複数の層復元力Ｑ
0 に対して、エネルギー吸収特性が最大となる層復元力
特性をあらかじめ荷重−変形関係を表す座標平面上の形
状として求めておき、複数求まる前記形状の中から、前
記対象となる層の振動状態に応じて、エネルギー吸収特
性または応答低減効果が最適となるような特定の形状を
選択し、前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々
の振動状態の変化に対し、前記座標平面上に示される前
記層復元力特性の形状が、前記特定の形状とほぼ相似形
に維持されるように制御するものであり、従来の能動制
御型の制震方法に比べ簡略化した設備・装置で、振動レ
ベルや振動周期等の振動状態に影響されることの少ない
効率的な制震を行うことができる。
構内に可変減衰装置を介在させて耐震要素を設置し、可
変減衰装置を設置した層の柱梁架構のみの復元力Ｑs と
耐震要素との関係で剛性を０〜ｋの間で変化させる前記
可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられ
る層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係
である層復元力特性について、対象となる層の地震また
は風に対する周波数伝達特性をもとに、前記可変減衰装
置によって制御可能な範囲で、任意の複数の層復元力Ｑ
0 に対して、エネルギー吸収特性が最大となる層復元力
特性をあらかじめ荷重−変形関係を表す座標平面上の形
状として求めておき、複数求まる前記形状の中から、前
記対象となる層の振動状態に応じて、エネルギー吸収特
性または応答低減効果が最適となるような特定の形状を
選択し、前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々
の振動状態の変化に対し、前記座標平面上に示される前
記層復元力特性の形状が、前記特定の形状とほぼ相似形
に維持されるように制御するものであり、従来の能動制
御型の制震方法に比べ簡略化した設備・装置で、振動レ
ベルや振動周期等の振動状態に影響されることの少ない
効率的な制震を行うことができる。
【００１１】請求項２は、請求項１に係る制震方法のよ
り具体的な形態を規定したものであり、対象となる層の
地震または風に対する周波数伝達特性をもとに、前記可
変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意の複数の層
復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が最大となる
層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平面上の形状
として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）を
求めておき、複数求まる前記形状パラメータαの中か
ら、前記対象となる層の振動状態に応じて、エネルギー
吸収特性または応答低減効果が最適となるような特定の
形状パラメータαを選択し、前記可変減衰装置の発生減
衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、前記形状
パラメータαをほぼ一定に維持するように制御すること
を特徴とする。
り具体的な形態を規定したものであり、対象となる層の
地震または風に対する周波数伝達特性をもとに、前記可
変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意の複数の層
復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が最大となる
層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平面上の形状
として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）を
求めておき、複数求まる前記形状パラメータαの中か
ら、前記対象となる層の振動状態に応じて、エネルギー
吸収特性または応答低減効果が最適となるような特定の
形状パラメータαを選択し、前記可変減衰装置の発生減
衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、前記形状
パラメータαをほぼ一定に維持するように制御すること
を特徴とする。
【００１２】請求項３は、請求項１、２に係る制震方法
のさらに具体的な形態を規定したものであり、可変減衰
装置の装置部で測定される装置発生減衰力Ｆより耐震要
素部分の変形ｘB を求め、この耐震要素部分の変形ｘB
とセンサによって測定される装置部の変位ｘD から対象
となる層の層間変位ｘおよび層間速度ｄｘ／ｄｔを求
め、これらの層間変位ｘおよび層間速度ｄｘ／ｄｔを基
に、層復元力特性に応じた制御指令値ｕ(t) を求めるこ
とを特徴とする。
のさらに具体的な形態を規定したものであり、可変減衰
装置の装置部で測定される装置発生減衰力Ｆより耐震要
素部分の変形ｘB を求め、この耐震要素部分の変形ｘB
とセンサによって測定される装置部の変位ｘD から対象
となる層の層間変位ｘおよび層間速度ｄｘ／ｄｔを求
め、これらの層間変位ｘおよび層間速度ｄｘ／ｄｔを基
に、層復元力特性に応じた制御指令値ｕ(t) を求めるこ
とを特徴とする。
【００１３】請求項２に係る発明において層復元力特性
に関する形状パラメータαを設定し制御することで、振
動状態によらず制御則が簡略化され、また請求項３に係
る発明においてはセンサ等を可変減衰装置の装置部のみ
に設置することで制御でき、さらに対象となる層ごと他
の層と無関係に制御できるため、マイクロプロセッサ程
度でも制御が可能となる。図１(a) は従来例である図１
８、図１９と対比させて柱梁架構４とＶ字形のブレース
５間に介在させた可変減衰装置１が層ごと独立に制御さ
れ、そのための簡単なエネルギー供給源のみを必要とし
ていることを概念的に示したものである。
に関する形状パラメータαを設定し制御することで、振
動状態によらず制御則が簡略化され、また請求項３に係
る発明においてはセンサ等を可変減衰装置の装置部のみ
に設置することで制御でき、さらに対象となる層ごと他
の層と無関係に制御できるため、マイクロプロセッサ程
度でも制御が可能となる。図１(a) は従来例である図１
８、図１９と対比させて柱梁架構４とＶ字形のブレース
５間に介在させた可変減衰装置１が層ごと独立に制御さ
れ、そのための簡単なエネルギー供給源のみを必要とし
ていることを概念的に示したものである。
【００１４】請求項４は、請求項３に係る制震方法にお
ける実用的な制御則の一つを規定したものであり、時々
刻々変化する層間変位ｘについて包絡波形Ｄ(t) を求
め、時々刻々の制御指令値として、 ｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) −α・ sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）
・Ｄ(t) ｝ を与える制御回路により制御指令値ｕ(t) を求めること
を特徴とする。
ける実用的な制御則の一つを規定したものであり、時々
刻々変化する層間変位ｘについて包絡波形Ｄ(t) を求
め、時々刻々の制御指令値として、 ｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) −α・ sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）
・Ｄ(t) ｝ を与える制御回路により制御指令値ｕ(t) を求めること
を特徴とする。
【００１５】ここで、 sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）は、（ｄ
ｘ(t) ／ｄｔ）≧０のとき＋１、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＜
０のとき−１である。すなわち、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）≧
０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) −α・Ｄ(t) ｝、（ｄ
ｘ(t) ／ｄｔ）＜０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) ＋α
・Ｄ(t) ｝となる。
ｘ(t) ／ｄｔ）≧０のとき＋１、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＜
０のとき−１である。すなわち、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）≧
０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) −α・Ｄ(t) ｝、（ｄ
ｘ(t) ／ｄｔ）＜０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) ＋α
・Ｄ(t) ｝となる。
【００１６】なお、層間変位ｘについての包絡波形Ｄ
(t) の求め方については、発明の実施の形態の項で述べ
るものを含め種々の方法が考えられ、また制御指令値ｕ
(t) の求め方も層復元力特性の設定の仕方によって当然
異なるが、種々の方法が考えられる。
(t) の求め方については、発明の実施の形態の項で述べ
るものを含め種々の方法が考えられ、また制御指令値ｕ
(t) の求め方も層復元力特性の設定の仕方によって当然
異なるが、種々の方法が考えられる。
【００１７】請求項５に係る構造物の制震方法は、層復
元力特性を制御して、構造物の固有周期を変化させ、地
震動との非共振化を行う構造物の制震方法を与えるもの
であり、剛性Ｋf の柱梁架構内に可変減衰装置を介在さ
せて耐震要素を設置し、可変減衰装置を設置した層の柱
梁架構のみの復元力Ｑs と耐震要素との関係で剛性を０
〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰
力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）
と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元力特性につい
て、対象となる層の地震または風に対する周波数伝達特
性をもとに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲
で、任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸
収特性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表
す座標平面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ
0 ／（Ｋf ・Ｄ）を求め、さらに複数求まる前記各形状
パラメータαについてそれぞれの形状パラメータαを選
択したときの構造物の固有周期Ｔを求めておき、前記可
変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変
化に対し、できるだけ非共振となる形状パラメータαを
与えるように制御することを特徴とする。
元力特性を制御して、構造物の固有周期を変化させ、地
震動との非共振化を行う構造物の制震方法を与えるもの
であり、剛性Ｋf の柱梁架構内に可変減衰装置を介在さ
せて耐震要素を設置し、可変減衰装置を設置した層の柱
梁架構のみの復元力Ｑs と耐震要素との関係で剛性を０
〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰
力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）
と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元力特性につい
て、対象となる層の地震または風に対する周波数伝達特
性をもとに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲
で、任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸
収特性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表
す座標平面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ
0 ／（Ｋf ・Ｄ）を求め、さらに複数求まる前記各形状
パラメータαについてそれぞれの形状パラメータαを選
択したときの構造物の固有周期Ｔを求めておき、前記可
変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変
化に対し、できるだけ非共振となる形状パラメータαを
与えるように制御することを特徴とする。
【００１８】すなわち、時々刻々の振動状態の変化に対
し、請求項１〜４が形状パラメータαをほぼ一定に維持
する制御であるのに対し、請求項５の場合は非共振化を
優先する形で形状パラメータαを選択的に変化させ、そ
の中で大きな減衰性を与えるようにしている。この場合
も、あらかじめ各形状パラメータαに対応する層復元力
特性を把握しておくことで、簡単な制御則で効率的な制
震が可能となる。
し、請求項１〜４が形状パラメータαをほぼ一定に維持
する制御であるのに対し、請求項５の場合は非共振化を
優先する形で形状パラメータαを選択的に変化させ、そ
の中で大きな減衰性を与えるようにしている。この場合
も、あらかじめ各形状パラメータαに対応する層復元力
特性を把握しておくことで、簡単な制御則で効率的な制
震が可能となる。
【００１９】請求項１では可変減衰装置を柱梁架構との
関係で設置しているのに対し、請求項６は免震構造にお
ける免震層に可変減衰装置を設置した場合の構造物の制
震方法を与えている。
関係で設置しているのに対し、請求項６は免震構造にお
ける免震層に可変減衰装置を設置した場合の構造物の制
震方法を与えている。
【００２０】すなわち、基礎上に水平バネ要素（例えば
最も一般的なものとして積層ゴム）を介して上部構造を
支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素と
並列に可変減衰装置を設置し、可変減衰装置を設置した
免震層の前記水平バネ要素のみの復元力Ｑs と剛性を０
〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰
力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）
と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元力特性につい
て、免震層の地震または風に対する周波数伝達特性をも
とに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任
意の複数の層復元力Ｑ 0 に対して、エネルギー吸収特性
が最大となる層復元力特性をあらかじめ荷重−変形関係
を表す座標平面上の形状として求めておき、複数求まる
前記形状の中から、前記免震層の振動状態に応じて、エ
ネルギー吸収特性または応答低減効果が最適となるよう
な特定の形状を選択し、前記可変減衰装置の発生減衰力
Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、前記座標平面
上に示される前記層復元力特性の形状が、前記特定の形
状とほぼ相似形に維持されるように制御することを特徴
とする。
最も一般的なものとして積層ゴム）を介して上部構造を
支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素と
並列に可変減衰装置を設置し、可変減衰装置を設置した
免震層の前記水平バネ要素のみの復元力Ｑs と剛性を０
〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰
力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）
と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元力特性につい
て、免震層の地震または風に対する周波数伝達特性をも
とに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任
意の複数の層復元力Ｑ 0 に対して、エネルギー吸収特性
が最大となる層復元力特性をあらかじめ荷重−変形関係
を表す座標平面上の形状として求めておき、複数求まる
前記形状の中から、前記免震層の振動状態に応じて、エ
ネルギー吸収特性または応答低減効果が最適となるよう
な特定の形状を選択し、前記可変減衰装置の発生減衰力
Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、前記座標平面
上に示される前記層復元力特性の形状が、前記特定の形
状とほぼ相似形に維持されるように制御することを特徴
とする。
【００２１】同様に、請求項７に係る構造物の制震方法
は、請求項２における可変減衰装置の設置位置を免震層
に置き換えたものに相当し、基礎上に水平バネ要素を介
して上部構造を支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記
水平バネ要素と並列に可変減衰装置を設置し、可変減衰
装置を設置した免震層の前記水平バネ要素のみの復元力
Ｑs と剛性を０〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置
の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ
（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元
力特性について、免震層の地震または風に対する周波数
伝達特性をもとに、前記可変減衰装置によって制御可能
な範囲で、任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネル
ギー吸収特性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関
係を表す座標平面上の形状として与える形状パラメータ
α＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）を求めておき、複数求まる前記
形状パラメータαの中から、前記対象となる層の振動状
態に応じて、エネルギー吸収特性または応答低減効果が
最適となるような特定の形状パラメータαを選択し、前
記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態
の変化に対し、前記形状パラメータαをほぼ一定に維持
するように制御することを特徴とする。
は、請求項２における可変減衰装置の設置位置を免震層
に置き換えたものに相当し、基礎上に水平バネ要素を介
して上部構造を支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記
水平バネ要素と並列に可変減衰装置を設置し、可変減衰
装置を設置した免震層の前記水平バネ要素のみの復元力
Ｑs と剛性を０〜ｋの間で変化させる前記可変減衰装置
の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられる層復元力Ｑ
（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係である層復元
力特性について、免震層の地震または風に対する周波数
伝達特性をもとに、前記可変減衰装置によって制御可能
な範囲で、任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネル
ギー吸収特性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関
係を表す座標平面上の形状として与える形状パラメータ
α＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）を求めておき、複数求まる前記
形状パラメータαの中から、前記対象となる層の振動状
態に応じて、エネルギー吸収特性または応答低減効果が
最適となるような特定の形状パラメータαを選択し、前
記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態
の変化に対し、前記形状パラメータαをほぼ一定に維持
するように制御することを特徴とする。
【００２２】請求項８も同様に、請求項５における可変
減衰装置の設置位置を免震層に置き換えたものに相当
し、基礎上に水平バネ要素を介して上部構造を支持した
水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素と並列に可
変減衰装置を設置し、可変減衰装置を設置した免震層の
前記水平バネ要素のみの復元力Ｑs と剛性を０〜ｋの間
で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの
和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間
の振幅Ｄとの関係である層復元力特性について、免震層
の地震または風に対する周波数伝達特性をもとに、前記
可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意の複数の
層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が最大とな
る層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平面上の形
状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）
を求め、さらに複数求まる前記各形状パラメータαにつ
いてそれぞれの形状パラメータαを選択したときの構造
物の固有周期Ｔを求めておき、前記可変減衰装置の発生
減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、できる
だけ非共振となる形状パラメータαを与えるように制御
することを特徴とする。
減衰装置の設置位置を免震層に置き換えたものに相当
し、基礎上に水平バネ要素を介して上部構造を支持した
水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素と並列に可
変減衰装置を設置し、可変減衰装置を設置した免震層の
前記水平バネ要素のみの復元力Ｑs と剛性を０〜ｋの間
で変化させる前記可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの
和として与えられる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間
の振幅Ｄとの関係である層復元力特性について、免震層
の地震または風に対する周波数伝達特性をもとに、前記
可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意の複数の
層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が最大とな
る層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平面上の形
状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋf ・Ｄ）
を求め、さらに複数求まる前記各形状パラメータαにつ
いてそれぞれの形状パラメータαを選択したときの構造
物の固有周期Ｔを求めておき、前記可変減衰装置の発生
減衰力Ｆを、時々刻々の振動状態の変化に対し、できる
だけ非共振となる形状パラメータαを与えるように制御
することを特徴とする。
【００２３】請求項９は、地盤から入力される地震動に
よる構造物の周波数伝達特性や構造物の応答と、構造物
の各層に直接入力される風による構造物の周波数伝達特
性等の違いに着目し、対象となる層の地震に対する層復
元力特性と、風に対する層復元力特性とを別個に設定し
ておき、検知された地震荷重および風荷重をもとに、地
震に対する層復元力特性と風に対する層復元力特性のい
ずれかを選択するための判断手段を設け、判断手段によ
り選択した層復元力特性に基づいて制御を行うことを特
徴とするものである。
よる構造物の周波数伝達特性や構造物の応答と、構造物
の各層に直接入力される風による構造物の周波数伝達特
性等の違いに着目し、対象となる層の地震に対する層復
元力特性と、風に対する層復元力特性とを別個に設定し
ておき、検知された地震荷重および風荷重をもとに、地
震に対する層復元力特性と風に対する層復元力特性のい
ずれかを選択するための判断手段を設け、判断手段によ
り選択した層復元力特性に基づいて制御を行うことを特
徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の制震方法の好ま
しい実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
しい実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】本願発明で用いる履歴制御とは、柱梁架構
（以下、簡単のためフレームと呼ぶ）内にブレース等の
耐震要素（以下、簡単のためブレースとして説明する）
を介して可変減衰装置を設置したり、あるいは免震構造
物における免震層に積層ゴム支承等の水平バネ要素と並
列させる形で可変減衰装置を設置する等した制震構造物
において、層の復元力特性を制御する方法である。
（以下、簡単のためフレームと呼ぶ）内にブレース等の
耐震要素（以下、簡単のためブレースとして説明する）
を介して可変減衰装置を設置したり、あるいは免震構造
物における免震層に積層ゴム支承等の水平バネ要素と並
列させる形で可変減衰装置を設置する等した制震構造物
において、層の復元力特性を制御する方法である。
【００２６】また、層の復元力特性とは、例えば図１
(b) に示す力学モデルにおいて、フレームの復元力と装
置の減衰力の和Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と層間変形ｘの関係で
ある。
(b) に示す力学モデルにおいて、フレームの復元力と装
置の減衰力の和Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と層間変形ｘの関係で
ある。
【００２７】なお、図１(b) において、Ｋf はフレーム
剛性、ｋはブレース剛性（可変減衰装置の装置剛性を含
む）、ｃは減衰係数（可変）である。
剛性、ｋはブレース剛性（可変減衰装置の装置剛性を含
む）、ｃは減衰係数（可変）である。
【００２８】建物が振幅Ｄで定常振動している場合の可
変減衰システムの復元力特性は、装置が可変ダッシュポ
ットであるという構造的制約により、図１(c) にハッチ
ングで示す平行四辺形の範囲しかとり得ない。
変減衰システムの復元力特性は、装置が可変ダッシュポ
ットであるという構造的制約により、図１(c) にハッチ
ングで示す平行四辺形の範囲しかとり得ない。
【００２９】図１(c) において、βはフレームのみの剛
性Ｋf とブレース剛性ｋを含めた全体の剛性との剛性比
〔＝（Ｋf ＋ｋ）／Ｋf ≧１．０〕であり、βＫf が平
行四辺形の上下の辺の傾きを与えている。
性Ｋf とブレース剛性ｋを含めた全体の剛性との剛性比
〔＝（Ｋf ＋ｋ）／Ｋf ≧１．０〕であり、βＫf が平
行四辺形の上下の辺の傾きを与えている。
【００３０】本願発明は、この構造的制約の中で復元力
特性が設定した形状となるよう（相似形状を維持する場
合と変化させる場合とがある）制御を行うものである。
特性が設定した形状となるよう（相似形状を維持する場
合と変化させる場合とがある）制御を行うものである。
【００３１】ここで、例えば図２に示すように、復元力
特性の形状を形状パラメータα〔＝Ｑ0 ／（Ｋf ・
Ｄ）〕で定義する（０≦α≦２β−１、Ｑ0 はＤを固定
した特定の条件のもとに可変減衰装置の制御に関し復元
力（加速度）について設定した最大値）。
特性の形状を形状パラメータα〔＝Ｑ0 ／（Ｋf ・
Ｄ）〕で定義する（０≦α≦２β−１、Ｑ0 はＤを固定
した特定の条件のもとに可変減衰装置の制御に関し復元
力（加速度）について設定した最大値）。
【００３２】図２は、β＝１．５すなわちｋ／Ｋf ＝
０．５の場合の、形状パラメータα＝０、０．５、１．
０、１．５、２．０の５種類について、左側に層復元力
Ｑと層間変形ｘの関係（復元力特性）を表すグラフ、右
側に可変減衰装置の発生減衰力Ｆと層間変形ｘの関係を
表すグラフを並べたものである。
０．５の場合の、形状パラメータα＝０、０．５、１．
０、１．５、２．０の５種類について、左側に層復元力
Ｑと層間変形ｘの関係（復元力特性）を表すグラフ、右
側に可変減衰装置の発生減衰力Ｆと層間変形ｘの関係を
表すグラフを並べたものである。
【００３３】基本的な考え方としては、ある時点におけ
る一定の振幅Ｄ以下、一定の復元力（加速度）Ｑ0 以下
で、最も吸収エネルギーが大きくなるように復元力特性
を設定し、この復元力特性を時々刻々変化する振幅Ｄ
(t) について制御する。
る一定の振幅Ｄ以下、一定の復元力（加速度）Ｑ0 以下
で、最も吸収エネルギーが大きくなるように復元力特性
を設定し、この復元力特性を時々刻々変化する振幅Ｄ
(t) について制御する。
【００３４】これらの形状に制御されたときの地震動に
関する伝達特性は、図３に示すようになる（建物の１次
固有振動数ｆ0 ＝０．５の場合）。なお、図２がβ＝
１．５の場合であるのに対し、図３は本願発明の特徴が
理解しやすいようにβ＝２．０の場合について、形状パ
ラメータα＝０、０．５、１．０、２．０、３．０に対
応する伝達特性を示している。
関する伝達特性は、図３に示すようになる（建物の１次
固有振動数ｆ0 ＝０．５の場合）。なお、図２がβ＝
１．５の場合であるのに対し、図３は本願発明の特徴が
理解しやすいようにβ＝２．０の場合について、形状パ
ラメータα＝０、０．５、１．０、２．０、３．０に対
応する伝達特性を示している。
【００３５】(a) は横軸に周波数（振動数）、縦軸に加
速度応答倍率を、(b) は横軸に周波数（振動数）、縦軸
に変位応答倍率をとっている。図から分かることは、加
速度応答倍率、変位応答倍率とも、そのピークはα＝
１．０、２．０、３．０の場合がα＝０、０．５に比べ
小さいこと、また高周波数域ではα＝０、０．５、１．
０の場合が、α＝２．０、３．０の場合に比べて応答倍
率が小さい（制震効果としては、人間が感覚的に感じや
すい幾分高い周波数での応答倍率が小さいことも重要な
要素となる）ことなどである。
速度応答倍率を、(b) は横軸に周波数（振動数）、縦軸
に変位応答倍率をとっている。図から分かることは、加
速度応答倍率、変位応答倍率とも、そのピークはα＝
１．０、２．０、３．０の場合がα＝０、０．５に比べ
小さいこと、また高周波数域ではα＝０、０．５、１．
０の場合が、α＝２．０、３．０の場合に比べて応答倍
率が小さい（制震効果としては、人間が感覚的に感じや
すい幾分高い周波数での応答倍率が小さいことも重要な
要素となる）ことなどである。
【００３６】この図３の応答倍率および図２から分かる
装置発生減衰力Ｆの大きさ等から、ここではα＝１であ
る完全四角形（平行四辺形）型の復元力特性が最適であ
ると判断し（実際には同一のβ＝２．０について判断し
ている）、これを目標復元力特性とした。
装置発生減衰力Ｆの大きさ等から、ここではα＝１であ
る完全四角形（平行四辺形）型の復元力特性が最適であ
ると判断し（実際には同一のβ＝２．０について判断し
ている）、これを目標復元力特性とした。
【００３７】次に、この目標復元力特性を実現するため
の手段について説明する。
の手段について説明する。
【００３８】まず、地震時等の非定常状態において、目
標復元力特性となるよう制御するための制御ブロックを
図４のように設定した。
標復元力特性となるよう制御するための制御ブロックを
図４のように設定した。
【００３９】ここで、ＴＲ１は装置部の情報から層間の
応答を求めるためのものであり、ＴＲ２は層間の応答か
ら目標とする復元力特性を実現するための制御力指令値
ｕ(t) を求めるためのものである。
応答を求めるためのものであり、ＴＲ２は層間の応答か
ら目標とする復元力特性を実現するための制御力指令値
ｕ(t) を求めるためのものである。
【００４０】ＴＲ１は装置発生減衰力Ｆからブレース部
分の変形ｘB を求め、それと装置部変位ｘD から、層間
速度ｄｘ／ｄｔと層間変位ｘを求めるものであり、図５
に示す伝達関数で表される〔装置発生減衰力Ｆからブレ
ース部分の変形ｘB の伝達要素はＧ1 (s) ＝１／（ｃ’
ｓ＋ｋ）と表される。ここで、ｃ’はブレース部分の減
衰を表す。〕。
分の変形ｘB を求め、それと装置部変位ｘD から、層間
速度ｄｘ／ｄｔと層間変位ｘを求めるものであり、図５
に示す伝達関数で表される〔装置発生減衰力Ｆからブレ
ース部分の変形ｘB の伝達要素はＧ1 (s) ＝１／（ｃ’
ｓ＋ｋ）と表される。ここで、ｃ’はブレース部分の減
衰を表す。〕。
【００４１】なお、装置部だけでなく、建物側にもセン
サを取り付け、層間速度ｄｘ／ｄｔ、層間変位ｘを直接
的に検知するのであれば、ＴＲ１部分は制御において必
ずしも必要ない。
サを取り付け、層間速度ｄｘ／ｄｔ、層間変位ｘを直接
的に検知するのであれば、ＴＲ１部分は制御において必
ずしも必要ない。
【００４２】また、Ｇ2 (s) は微分回路である。
【００４３】ＴＲ２は種々の方法が考えられるが、ここ
では時々刻々の層間変形応答の包絡波形Ｄ(t) を求め
（図６参照）、それをもとに次式(1) より制御指令値ｕ
(t) を作成する。
では時々刻々の層間変形応答の包絡波形Ｄ(t) を求め
（図６参照）、それをもとに次式(1) より制御指令値ｕ
(t) を作成する。
【００４４】
【数１】
【００４５】ここで、 sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）は、（ｄ
ｘ(t) ／ｄｔ）≧０のとき＋１、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＜
０のとき−１であり、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）≧０のときｕ
(t)＝−Ｋf ｛ｘ(t) −Ｄ(t) ｝、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）
＜０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) ＋Ｄ(t) ｝となる。
ｘ(t) ／ｄｔ）≧０のとき＋１、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＜
０のとき−１であり、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）≧０のときｕ
(t)＝−Ｋf ｛ｘ(t) −Ｄ(t) ｝、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）
＜０のときｕ(t) ＝−Ｋf ｛ｘ(t) ＋Ｄ(t) ｝となる。
【００４６】この例では、作成された指令値ｕ(t) は、
平面座標上において長方形となる理想の復元力を与える
が、実際には前述した構造的制約のため、自動的にブレ
ース剛性が考慮された特性が実現される（図７参照）。
平面座標上において長方形となる理想の復元力を与える
が、実際には前述した構造的制約のため、自動的にブレ
ース剛性が考慮された特性が実現される（図７参照）。
【００４７】包絡波形Ｄ(t) の求め方も種々の方法が考
えられるが、ここでは次式(2) でＤ(t) を定義した。
えられるが、ここでは次式(2) でＤ(t) を定義した。
【００４８】
【数２】
【００４９】ここで、ｘ(t) は、次式(3) で表されるも
のとし、
のとし、
【００５０】
【数３】
【００５１】次式(4) を定義する。
【００５２】
【数４】
【００５３】式(4) は振幅ゲイン＝１で、位相が９０°
進んだ伝達関数Ｇ’(s) に式(3) を入力したときの出力
に相当するため、このような伝達関数が作成できればよ
いことになる。
進んだ伝達関数Ｇ’(s) に式(3) を入力したときの出力
に相当するため、このような伝達関数が作成できればよ
いことになる。
【００５４】次式(5) で表される３次の伝達関数による
特性を図８に示す。
特性を図８に示す。
【００５５】
【数５】
【００５６】ここで、Ｇ’(s) の諸元は、ａ＝０．０１
８Ｔ2 、ｂ＝０．２７０Ｔ、ｄ＝０．００１１Ｔ3 、ｅ
＝０．０２３Ｔ2 、ｆ＝０．０８８Ｔ、ｇ＝−０．８１
（Ｔは建物の１次固有周期）で計算した。
８Ｔ2 、ｂ＝０．２７０Ｔ、ｄ＝０．００１１Ｔ3 、ｅ
＝０．０２３Ｔ2 、ｆ＝０．０８８Ｔ、ｇ＝−０．８１
（Ｔは建物の１次固有周期）で計算した。
【００５７】また、Ｄ(t) の算定例を図９に示すが、狙
った包絡波形がほぼ得られている。
った包絡波形がほぼ得られている。
【００５８】図９における地震動として、(a) はエルセ
ントロ波ＮＳ成分、(b) はタフト波ＥＷ成分、(c) は八
戸波ＮＳ成分を用いている。
ントロ波ＮＳ成分、(b) はタフト波ＥＷ成分、(c) は八
戸波ＮＳ成分を用いている。
【００５９】上記の方法（ＴＲ２）で、解析を行った応
答結果の復元力特性を図１０に示す。目標とした復元力
特性が常に実現できていることが分かる。図１０におい
て、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、(b)
はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成分、
(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、(f)
は八戸波ＥＷ成分の場合である。
答結果の復元力特性を図１０に示す。目標とした復元力
特性が常に実現できていることが分かる。図１０におい
て、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、(b)
はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成分、
(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、(f)
は八戸波ＥＷ成分の場合である。
【００６０】また、図１１にはＴＲ１を用いて装置部の
情報のみで行った解析結果を、図１０と対応させて示し
ているが、ほぼ同様の結果が得られている。従って、上
記制御方法により、装置部のみの情報量（装置圧力およ
び変位）で、構造物の振動を効率的に制御することが可
能である。
情報のみで行った解析結果を、図１０と対応させて示し
ているが、ほぼ同様の結果が得られている。従って、上
記制御方法により、装置部のみの情報量（装置圧力およ
び変位）で、構造物の振動を効率的に制御することが可
能である。
【００６１】以上述べた実施の形態は、形状パラメータ
αをほぼ一定に維持し、すなわち座標平面上に表される
復元力特性（履歴形状）をほぼ相似形に維持するように
制御するものである。これは、可変減衰装置を用いて可
能な層間の復元力特性を制御しようとするものであり、
構造物の振動エネルギーをできる限り吸収して地震時の
揺れを低減しようとするものである。
αをほぼ一定に維持し、すなわち座標平面上に表される
復元力特性（履歴形状）をほぼ相似形に維持するように
制御するものである。これは、可変減衰装置を用いて可
能な層間の復元力特性を制御しようとするものであり、
構造物の振動エネルギーをできる限り吸収して地震時の
揺れを低減しようとするものである。
【００６２】一方、構造物の履歴形状をコントロールす
る（変化させる）ことで、構造物の固有周期と減衰定数
を変化させることができる。図１２は特定の条件のもと
における形状パラメータαを変化させたときの構造物の
固有周期Ｔ（等価周期）および減衰定数ｈ（等価減衰定
数）の変化を示したものである。
る（変化させる）ことで、構造物の固有周期と減衰定数
を変化させることができる。図１２は特定の条件のもと
における形状パラメータαを変化させたときの構造物の
固有周期Ｔ（等価周期）および減衰定数ｈ（等価減衰定
数）の変化を示したものである。
【００６３】図１２に示されるように形状パラメータα
と固有周期は一義的に対応する。従って、例えば図１３
のような装置の配置例において、図１４のような制御フ
ローに基づいて、地震動をセンサ６で検知し、周波数分
析器及び制御コンピュータ７等により、非共振化の可能
な形状パラメータαを選択し、その形状パラメータαの
値に応じた制御を行うことで、非共振化も考慮した構造
物の振動抑制が可能となる。
と固有周期は一義的に対応する。従って、例えば図１３
のような装置の配置例において、図１４のような制御フ
ローに基づいて、地震動をセンサ６で検知し、周波数分
析器及び制御コンピュータ７等により、非共振化の可能
な形状パラメータαを選択し、その形状パラメータαの
値に応じた制御を行うことで、非共振化も考慮した構造
物の振動抑制が可能となる。
【００６４】すなわち、高い減衰定数を付加した状態
で、構造物の固有周期を変化させる非共振制御が実現で
き、かつ非共振制御のもととなる構造物の固有周期Ｔの
コントロールが、制御パラメータである形状パラメータ
αにより容易に設定できる。それにより、構造物の地震
時の揺れを低減して、安全な構造物が実現できる。
で、構造物の固有周期を変化させる非共振制御が実現で
き、かつ非共振制御のもととなる構造物の固有周期Ｔの
コントロールが、制御パラメータである形状パラメータ
αにより容易に設定できる。それにより、構造物の地震
時の揺れを低減して、安全な構造物が実現できる。
【００６５】また、以上、主として地震動に対する制御
について述べたが、形状パラメータαの選定に関して、
地震荷重下では種々の形状選定手段が考えられる。一
方、風荷重は強制外力として構造物各層の質点に作用す
るため、独自の復元力特性の選定が考えられる。
について述べたが、形状パラメータαの選定に関して、
地震荷重下では種々の形状選定手段が考えられる。一
方、風荷重は強制外力として構造物各層の質点に作用す
るため、独自の復元力特性の選定が考えられる。
【００６６】図１５は風荷重下で形状パラメータαを変
化させたときの応答低減効果の伝達関数（ただし、β＝
２．０の場合）を示したものである。構造物の本来の固
有周期がどのあたりかにもよるが、このような風荷重下
では復元力特性を表す履歴形状について、形状パラメー
タα＝３．０の形状（β＝１．５の場合を示す図２では
α＝２．０の場合）を選択して、その形状パラメータα
の数値を維持するように制御するのが最も効果的である
と考えられる。
化させたときの応答低減効果の伝達関数（ただし、β＝
２．０の場合）を示したものである。構造物の本来の固
有周期がどのあたりかにもよるが、このような風荷重下
では復元力特性を表す履歴形状について、形状パラメー
タα＝３．０の形状（β＝１．５の場合を示す図２では
α＝２．０の場合）を選択して、その形状パラメータα
の数値を維持するように制御するのが最も効果的である
と考えられる。
【００６７】この場合、地震荷重下と風荷重下での制御
は、例えば図１６に示すように、地動加速度センサ６ａ
と頂部加速度センサ６ｂ（または風速計６ｃ）の計測量
をもとに切り換えるよう構成することで、振動外力の種
類に応じた制御が可能となる。
は、例えば図１６に示すように、地動加速度センサ６ａ
と頂部加速度センサ６ｂ（または風速計６ｃ）の計測量
をもとに切り換えるよう構成することで、振動外力の種
類に応じた制御が可能となる。
【００６８】なお、この地震荷重作用時と風荷重作用時
の切り換えは、形状パラメータαを切り換えるだけで行
える。
の切り換えは、形状パラメータαを切り換えるだけで行
える。
【００６９】図１７は免震構造物１０の免震層に可変減
衰装置１を設置して制御を行う場合の概要を示したもの
である。
衰装置１を設置して制御を行う場合の概要を示したもの
である。
【００７０】この場合、基礎上に設置され上部構造を支
持する積層ゴム８の水平剛性をＫfと、０〜ｋの間で変
化する可変減衰装置１の剛性および減衰係数ｃ（可変）
に関し、柱梁架構内に可変減衰装置１を設置した場合と
同様に考えることができる。
持する積層ゴム８の水平剛性をＫfと、０〜ｋの間で変
化する可変減衰装置１の剛性および減衰係数ｃ（可変）
に関し、柱梁架構内に可変減衰装置１を設置した場合と
同様に考えることができる。
【００７１】
【発明の効果】本願発明では、あらかじめ対象となる層
の周波数伝達特性を基にエネルギー吸収特性または応答
低減効果が最適となるような層間の振幅と層復元力との
関係を与える特定の層復元力特性を設定し、可変減衰装
置の発生減衰力を、時々刻々の振動状態の変化に対し、
層復元力特性を制御することで、従来の能動制御型の制
震方法に比べ簡略化した設備、装置で、振動レベルや振
動周期等の振動状態に影響されることの少ない効率的な
制震を行うことができる。
の周波数伝達特性を基にエネルギー吸収特性または応答
低減効果が最適となるような層間の振幅と層復元力との
関係を与える特定の層復元力特性を設定し、可変減衰装
置の発生減衰力を、時々刻々の振動状態の変化に対し、
層復元力特性を制御することで、従来の能動制御型の制
震方法に比べ簡略化した設備、装置で、振動レベルや振
動周期等の振動状態に影響されることの少ない効率的な
制震を行うことができる。
【００７２】また、復元力特性に関する形状パラメータ
の設定による制御則の簡略化や、装置部の状態量のみに
よる制御が可能であり、層ごと他の層と無関係に制御で
きるため、簡易な装置構成による制御が可能となる。
の設定による制御則の簡略化や、装置部の状態量のみに
よる制御が可能であり、層ごと他の層と無関係に制御で
きるため、簡易な装置構成による制御が可能となる。
【図１】本願発明の基本概念を示したもので、(a) は装
置の配置例を示す概略的な立断面図、(b) は建物の一つ
の層をモデル化して示した図、(c) は層の履歴特性と構
造的制約の関係を示す図である。
置の配置例を示す概略的な立断面図、(b) は建物の一つ
の層をモデル化して示した図、(c) は層の履歴特性と構
造的制約の関係を示す図である。
【図２】形状パラメータα＝０〜２．０の５種類につい
て、左側に層復元力Ｑと層間変形ｘの関係（復元力特
性）を表すグラフを、右側に可変減衰装置の発生減衰力
Ｆと層間変形ｘの関係を表すグラフを並べたものであ
る。
て、左側に層復元力Ｑと層間変形ｘの関係（復元力特
性）を表すグラフを、右側に可変減衰装置の発生減衰力
Ｆと層間変形ｘの関係を表すグラフを並べたものであ
る。
【図３】図２の各ケースについての(a) は加速度応答倍
率のグラフ、(b) は変位応答倍率のグラフである。
率のグラフ、(b) は変位応答倍率のグラフである。
【図４】本願発明において目標とする復元力特性を実現
するための制御手段の一例を示すブロック図である。
するための制御手段の一例を示すブロック図である。
【図５】図４のブロック図におけるＴＲ１部分を具体化
したブロック図である。
したブロック図である。
【図６】時々刻々の層間変形応答とその包絡波形Ｄ(t)
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図７】形状パラメータα＝１を選択した場合における
式(1) による制御を説明するためのグラフである。
式(1) による制御を説明するためのグラフである。
【図８】包絡波形Ｄ(t) を求めるための式(5) による３
次の伝達関数における基準化周波数と位相および振幅の
関係を示すグラフである。
次の伝達関数における基準化周波数と位相および振幅の
関係を示すグラフである。
【図９】包絡波形Ｄ(t) の算定例を示したもので、(a)
はエルセントロ波ＮＳ成分、(b) はタフト波ＥＷ成分、
(c) は八戸波ＮＳ成分の場合である。
はエルセントロ波ＮＳ成分、(b) はタフト波ＥＷ成分、
(c) は八戸波ＮＳ成分の場合である。
【図１０】層間の応答量を基に本願発明による制御を行
った場合の復元力特性に関する解析結果を示すグラフで
あり、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、
(b) はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成
分、(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、
(f) は八戸波ＥＷ成分の場合である。
った場合の復元力特性に関する解析結果を示すグラフで
あり、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、
(b) はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成
分、(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、
(f) は八戸波ＥＷ成分の場合である。
【図１１】装置部の情報のみで本願発明による制御を行
った場合の復元力特性に関する解析結果を示すグラフで
あり、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、
(b) はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成
分、(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、
(f) は八戸波ＥＷ成分の場合である。
った場合の復元力特性に関する解析結果を示すグラフで
あり、(a) は入力地震動がエルセントロ波ＮＳ成分、
(b) はエルセントロ波ＥＷ成分、(c) はタフト波ＮＳ成
分、(d) はタフト波ＥＷ成分、(e) は八戸波ＮＳ成分、
(f) は八戸波ＥＷ成分の場合である。
【図１２】特定の条件のもとにおける形状パラメータα
を変化させたときの構造物の固有周期Ｔおよび減衰定数
ｈの変化を示すグラフである。
を変化させたときの構造物の固有周期Ｔおよび減衰定数
ｈの変化を示すグラフである。
【図１３】形状パラメータαを変化させて構造物の固有
周期Ｔを変化させる場合の装置を配置例を示す概略的な
立断面図である。
周期Ｔを変化させる場合の装置を配置例を示す概略的な
立断面図である。
【図１４】形状パラメータαを変化させて制御を行う場
合のフローチャートの一例である。
合のフローチャートの一例である。
【図１５】風荷重下で形状パラメータαを変化させたと
きの応答低減効果の伝達関数を示したグラフである。
きの応答低減効果の伝達関数を示したグラフである。
【図１６】地震荷重下と風荷重下で制御の切り換えを行
う場合の装置の配置例を示す概略的な立断面図である。
う場合の装置の配置例を示す概略的な立断面図である。
【図１７】免震層に可変減衰装置を設置して制御を行う
場合の概要を示す立面図である。
場合の概要を示す立面図である。
【図１８】従来の減衰装置を用いた受動型の制震方法に
おける装置を配置例を示す概略的な立断面図である。
おける装置を配置例を示す概略的な立断面図である。
【図１９】従来の可変減衰装置を用いた能動制御型の制
震方法における装置の配置例を示す概略的な立断面図で
ある。
震方法における装置の配置例を示す概略的な立断面図で
ある。
１…可変減衰装置、４…柱梁架構、５…ブレース、６…
センサ、７…コンピュータ、８…積層ゴム、１０…構造
物、１１…減衰装置、２１…可変減衰装置、２２…セン
サ、２３…コンピュータ
センサ、７…コンピュータ、８…積層ゴム、１０…構造
物、１１…減衰装置、２１…可変減衰装置、２２…セン
サ、２３…コンピュータ
Claims (9)
- 【請求項１】 剛性Ｋf の柱梁架構内に可変減衰装置を
介在させて耐震要素を設置し、 可変減衰装置を設置した層の柱梁架構のみの復元力Ｑs
と耐震要素との関係で剛性を０〜ｋの間で変化させる前
記可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えら
れる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関
係である層復元力特性について、 対 象となる層の地震または風に対する周波数伝達特性を
もとに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、
任意の複数の層復元力Ｑ 0 に対して、エネルギー吸収特
性が最大となる層復元力特性をあらかじめ荷重−変形関
係を表す座標平面上の形状として求めておき、 複数求まる前記形状の中から、前記対象となる層の振動
状態に応じて、 エネルギー吸収特性または応答低減効果
が最適となるような特定の形状を選択し、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、前記座標平面上に示される前記層復元
力特性の形状が、前記特定の形状とほぼ相似形に維持さ
れるように制御することを特徴とする構造物の制震方
法。 - 【請求項２】 剛性Ｋf の柱梁架構内に可変減衰装置を
介在させて耐震要素を設置し、 可変減衰装置を設置した層の柱梁架構のみの復元力Ｑs
と耐震要素との関係で剛性を０〜ｋの間で変化させる前
記可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えら
れる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関
係である層復元力特性について、 対 象となる層の地震または風に対する周波数伝達特性を
もとに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、
任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特
性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表す座
標平面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／
（Ｋf ・Ｄ）を求めておき、 複数求まる前記形状パラメータαの中から、前記対象と
なる層の振動状態に応じて、エネルギー吸収特性または
応答低減効果が最適となるような特定の形状パラメータ
αを選択し、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、前記形状パラメータαをほぼ一定に維
持するように制御することを特徴とする構造物の制震方
法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の構造物の制震方
法において、装置部で測定される前記可変減衰装置の発
生減衰力Ｆから耐震要素部分の変形ｘB を求め、この耐
震要素部分の変形ｘB とセンサによって測定される装置
部の変位ｘDから対象となる層の層間変位ｘおよび層間
速度ｄｘ／ｄｔを求め、これらの層間変位ｘおよび層間
速度ｄｘ／ｄｔを基に、層復元力特性に応じた制御指令
値ｕ(t) を求めることを特徴とする構造物の制震方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の構造物の制震方法におい
て、時々刻々変化する層間変位ｘ(t) について包絡波形
Ｄ(t) を求め、時々刻々の制御指令値として、ｕ(t) ＝
−Ｋf ｛ｘ(t) −α・ sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）・Ｄ(t)
｝ 〔ただし、 sgn（ｄｘ(t) ／ｄｔ）は、（ｄｘ(t) ／ｄ
ｔ）≧０のとき＋１、（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＜０のとき−
１〕を与える制御回路により制御指令値ｕ(t) を求める
ことを特徴とする構造物の制震方法。 - 【請求項５】 剛性Ｋf の柱梁架構内に可変減衰装置を
介在させて耐震要素を設置し、 可変減衰装置を設置した層の柱梁架構のみの復元力Ｑs
と耐震要素との関係で剛性を０〜ｋの間で変化させる前
記可変減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えら
れる層復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関
係である層復元力特性について、 対 象となる層の地震または風に対する周波数伝達特性を
もとに、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、
任意の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特
性が最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表す座
標平面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／
（Ｋf ・Ｄ）を求め、 さらに複数求まる前記各形状パラメータαについてそれ
ぞれの形状パラメータαを選択したときの構造物の固有
周期Ｔを求めておき、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、できるだけ非共振となる形状パラメー
タαを与えるように制御することを特徴とする構造物の
制震方法。 - 【請求項６】 基礎上に水平バネ要素を介して上部構造
を支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素
と並列に可変減衰装置を設置し、 可変減衰装置を設置した免震層の前記水平バネ要素のみ
の復元力Ｑs と剛性を０〜ｋの間で変化させる前記可変
減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられる層
復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係であ
る層復元力特性について、免 震層の地震または風に対する周波数伝達特性をもと
に、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意
の複数の層復元力Ｑ 0 に対して、エネルギー吸収特性が
最大となる層復元力特性をあらかじめ荷重−変形関係を
表す座標平面上の形状として求めておき、 複数求まる前記形状の中から、前記免震層の振動状態に
応じて、 エネルギー吸収特性または応答低減効果が最適
となるような特定の形状を選択し、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、前記座標平面上に示される前記層復元
力特性の形状が、前記特定の形状とほぼ相似形に維持さ
れるように制御することを特徴とする構造物の制震方
法。 - 【請求項７】 基礎上に水平バネ要素を介して上部構造
を支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素
と並列に可変減衰装置を設置し、 可変減衰装置を設置した免震層の前記水平バネ要素のみ
の復元力Ｑs と剛性を０〜ｋの間で変化させる前記可変
減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられる層
復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係であ
る層復元力特性について、免 震層の地震または風に対する周波数伝達特性をもと
に、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意
の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が
最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平
面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋ
f ・Ｄ）を求めておき、 複数求まる前記形状パラメータαの中から、前記対象と
なる層の振動状態に応じて、エネルギー吸収特性または
応答低減効果が最適となるような特定の形状パラメータ
αを選択し、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、前記形状パラメータαをほぼ一定に維
持するように制御することを特徴とする構造物の制震方
法。 - 【請求項８】 基礎上に水平バネ要素を介して上部構造
を支持した水平剛性Ｋf の免震層内に前記水平バネ要素
と並列に可変減衰装置を設置し、 可変減衰装置を設置した免震層の前記水平バネ要素のみ
の復元力Ｑs と剛性を０〜ｋの間で変化させる前記可変
減衰装置の装置発生減衰力Ｆとの和として与えられる層
復元力Ｑ（＝Ｑs ＋Ｆ）と、層間の振幅Ｄとの関係であ
る層復元力特性について、免 震層の地震または風に対する周波数伝達特性をもと
に、前記可変減衰装置によって制御可能な範囲で、任意
の複数の層復元力Ｑ0 に対して、エネルギー吸収特性が
最大となる層復元力特性を荷重−変形関係を表す座標平
面上の形状として与える形状パラメータα＝Ｑ0 ／（Ｋ
f ・Ｄ）を求め、 さらに複数求まる前記各形状パラメータαについてそれ
ぞれの形状パラメータαを選択したときの構造物の固有
周期Ｔを求めておき、 前記可変減衰装置の発生減衰力Ｆを、時々刻々の振動状
態の変化に対し、できるだけ非共振となる形状パラメー
タαを与えるように制御することを特徴とする構造物の
制震方法。 - 【請求項９】 対象となる層の地震に対する層復元力特
性と、風に対する層復元力特性とを別個に設定し、検知
された地震荷重および風荷重をもとに、前記地震に対す
る層復元力特性と風に対する層復元力特性のいずれかを
選択する判断手段を設け、前記判断手段により選択した
層復元力特性に基づいて制御を行う請求項１〜８のいず
れかに記載の構造物の制震方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32970996A JP3211688B2 (ja) | 1996-06-05 | 1996-12-10 | 構造物の制震方法 |
| US08/867,075 US5979126A (en) | 1996-06-05 | 1997-06-02 | Seismic response control method for structure |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-142914 | 1996-06-05 | ||
| JP14291496 | 1996-06-05 | ||
| JP32970996A JP3211688B2 (ja) | 1996-06-05 | 1996-12-10 | 構造物の制震方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054157A JPH1054157A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3211688B2 true JP3211688B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=26474772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32970996A Expired - Lifetime JP3211688B2 (ja) | 1996-06-05 | 1996-12-10 | 構造物の制震方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211688B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3606044B2 (ja) * | 1998-04-23 | 2005-01-05 | 鹿島建設株式会社 | 構造物の制震方法および制震用ダンパ |
| JP5207353B2 (ja) * | 2007-03-16 | 2013-06-12 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | 振動制御方法及び振動制御装置 |
| JP6000872B2 (ja) * | 2013-02-27 | 2016-10-05 | 鹿島建設株式会社 | 油圧ダンパ開閉制御弁の制御方法及びその方法に使用される油圧ダンパ |
| JP7058473B2 (ja) * | 2017-05-17 | 2022-04-22 | 株式会社Ｎｔｔファシリティーズ | 制振システム、及び制振制御方法 |
| JP7340832B2 (ja) * | 2018-11-30 | 2023-09-08 | 国立大学法人東京農工大学 | 振動抑制装置 |
| CN112727975B (zh) * | 2020-12-21 | 2022-12-23 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种空间微冲击对接减振装置及方法 |
-
1996
- 1996-12-10 JP JP32970996A patent/JP3211688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1054157A (ja) | 1998-02-24 |
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