JPH01275867A - 建物の制震方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は地震や風等の外力により建物に生じる振動を
低減させるための能動式制震装置を用いた建物の制震方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

出願人は特開昭６２−２６８４７８号および特開昭６３
−７８９７４号公報等において、建物頂部等に付加質量
とアクチュエーターからなる制震装置を設け、建物が地
震あるいは風等の外力を受けたとき、アクチュエーター
の作動を制御することにより、付加質量としての重りに
反力をとって、建物本体にその振動を制御するような力
を加える能動式制震装置を開示している。

第４図は能動式制震装置の概要を示したもので、例えば
建物１の頂部に建物１と実質的に切り離した形で、付加
質量としての重り２を設け、重り２と建物１の一部との
間にアクチエエータ−３としての油圧シリンダーを介在
させである。地震や風等が作用し、建物１に振動が生じ
ると、その振動を建物１に設けたセンサー４ａが感知し
、信号を制御回路に送り、建物１の振動に応じた出力信
号をアクチュエーター３に接続したサーボ弁に送り、ア
クチュエーター３の制御を行う。なお、アクチュエータ
ー３側にもセンサー４ｂを設けることにより、アクチュ
エーター３の動きをフィードバックして制御することが
できる。また、以上は閉ループでの制御であるが、広域
、狭域の地震計等から送られてくる地震波の解析により
、建物の応答を予測し、制御を行う間ループの制御と組
み合わせるごともできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、アクチュエーター３として油圧シリンダー等
を用いた場合、制御の方向が限られるため、建物の一方
向について振動を抑制することができても、他方向の振
動を抑制することができない。

また、建物の設計によっては一方向のみの制御でも比較
的大きな効果が得られる場合も多いが、地震、風等の外
力は不確定な外力であり、偏心した建物等においては、
ねじれ振動成分を抑制することにより、さらに効果的な
制置が可能となる。

さらに、高層あるいは超高層の建物では２次振動成分が
大きくなる場合もあるため、２次振動成分を抑制するこ
とにより、制置効果を向上させることができる。

この発明は能動式制震装置を用いた建物の制震方法にお
ける上述のような問題点の解決を図ったものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明で使用する能動式制震装置は建物の振動速度に
比例した制御力を出すのを基本とし、建物に設けた振動
検知手段からの信号を増幅回路で増幅し、出力された制
御信号によりアクチュエーターを制御し、重りに反力を
とってアクチュエーターから建物に制御力を加えること
により、建物の振動を抑制することができる。

この発明では制御しようとする建物に上述の制震装置を
複数設け、複数台の制震装置を同時に制御することによ
り建物の複雑な振動を制御するようにしている。これら
、複数台の制震装置は１つの油圧源を共用するようにし
、設備の簡略化を図ることもできる。

具体的には２台の制震装置で、互いに直交する方向の制
御を行うことにより、建物の平面形状に応じた制御を行
うことができる（第１図参照）。

また、特定の振動方向の制御を主とする場合は主の制震
装置を建物の平面中央に設置し、補助の制震装置を建物
の平面端部に主の制震装置と同方向に設置することによ
り、補助の制震装置で建物のねじれ振動成分を制御する
ことができる（第２図参照）。

また、高層の建物あるいは超高層の建物に対しては、建
物頂部に設けた主の制震装置に加え、２次振動モードに
おける腹の部分となる階に補助の制震装置を設置し、両
者を同時に制御することにより、建物の２次振動成分を
補助の制震装置により制御することができる（第３図参
照）。

〔実施例〕

次に、具体的な実施例について説明する。

第１図は建屋の頂部に２台の制震装置を直交する方向に
設置し、建物のＸ、Ｙ２方向について制御するようにし
たものである。図中、Ｘ方向の制震装置をＡＭＤＩ　（
ＡＭＤはＡｃｔｉｖｅ　Ｍａｓｓ　Ｄｒｉｖｅｒの略）
、Ｙ２方向の制震装置をＡＭＤ２としている。直交する
２台の制震装置を制御することにより全方向の振動に対
し、制御を行うことができる。

なお、図中Ｓ１〜Ｓ４は振動検知手段としての加速度計
の配置を示したものである。

第２図の実施例は２台の制震装置を建物頂部の中央と端
部に同方向に設置し、主となる中央の制震装置（図中、
ＡＭＤ　Ｉ　）で主の制御を行い、補助的な端部の制震
装置（図中、ＡＭＤ２）でねじれ振動成分の制御を行う
ようにしたものである。

第３図は高層建物について、１次振動成分は建屋頂部の
制震装置（図中、ＡＭＤ　１　’）で制御し、２次振動
成分は２次振動モードの腹の位置に相当する階に設けた
制震装置（図中、ＡＭＤ２）で制御するようにしたもの
である。

第５図は能動式制震装置の信号油圧系統の概念図であり
、制震装置（ＡＭＤ）の重りと建屋にそれぞれセンサー
としての加速度計（３１，Ｓ２）を設け、応答信号を制
御信号発生回路に送っている。

後述するように制御信号発生回路で位相調整および増幅
を行った後、制御信号が比較回路へ送られる。一方、重
りの動きを感知するセンサーＳ１からは比較回路へも出
力信号が送られ、フィードバック制御を行っている。

比較回路を経た制御信号は油圧シリンダーに取り付けた
油圧サーボ弁に送られ、油圧サーボ弁の制御を行う。油
圧系統は油圧タンク、油圧ポンプ、油圧サーボ弁および
油圧シリンダーからなる循環経路を構成し、油圧ポンプ
と油圧サーボ弁の間にはアキュームレーターを設けであ
る。

油圧サーボ弁の制御により油圧シリンダーが作動し、建
屋に反力をとって、制震装置の重りに建屋の振動を抑制
するような力を加えることができる。

第６図は第２図の実施例、すなわち主となる制震装置（
ＡＭＤＩ）の他に、建屋の端部に補助の制震装置（ＡＭ
Ｄ２）を設置し、補助の制震装置でねじれ振動成分を制
御するようにした場合の制御信号発生回路の一例をブロ
ック図として示したものである。

第６図中、入力１はセンサーＳｌ（第２図参照）で感知
される建屋の頂部中央に設置した主の制震装置の重りの
加速度、入力２および入力４はセンサーＳ２で感知され
る建屋頂部中央の加速度、入力３はセンサーＳ３で感知
される建屋の頂部端部に設置した補助の制震装置の重り
の加速度、入力５はセンサーＳ４で感知される建屋頂部
端部の加速度である。

入力１はローパスフィルターで微小振動成分やノイズが
除かれ、増幅された後、積分回路を経由して、または直
接位相調整器に送られる。入力１は加速度であり、速度
と９０’位相がずれているが、油圧シリンダー等の機械
部分については摩擦その他による機械的遅れがあるため
、必要に応じ積分回路で位相を９０°調整し、さらに位
相調整器で０〜９０°の範囲の調整を行う。その後、増
幅器で信号レベルの調整が行われる。

入力２は同様に微小振動成分やノイズを除き、位相を調
整した後、自動利得調整回路を通すことにより信号レベ
ルをあらかじめ設定したレベルにもってゆく。なお、制
御信号は建屋の振動と位相が９０°ずれたものとなる。

入力１と入力２は上述のような並列の増幅回路を経て合
成される。

制震装置の重りの振動は、装置の能力内で行われなけれ
ばならず、振幅には限度があるのに対し、建屋側の振動
は地震の規模に応じ、小さい加速度のものから大きい加
速度のものまである。そのため、建屋側について、自動
利得調整回路を設けであるが、建屋側の加速度が小さい
ときは建屋側の回路における増幅率が大きく、建屋側の
加速度が大きくなるにつれ、建屋側の回路における増幅
率が小さくなる。その結果、建屋側の加速度が小さいと
きは建屋の振動に応じ、これと位相が９０゜ずれた制御
が行われるのに対し、建屋側の加速度が大きくなると重
りの動きに近づく制御となり、建屋側の加速度が大きい
ことからほぼ建屋の振動と同調するような制御、すなわ
ち油圧シリンダーが作動せず、重りが建屋に対し、相対
的に停止したような状態となる。建屋側の加速度が小さ
くなると、再び建屋側の回路における増幅率が大きくな
り、建屋の振動減衰を早めることができる。

また、並列した増幅回路を経て合成された合成信号は、
さらに利得調整回路を通過することによりあらかじめ設
定されたレベルで出力され、制震装置の能力範囲内で重
りの動きを制御するようになっている。

入力３は補助の制震装置の重りの加速度であり、上述の
入力１と同様な増幅回路で調整が行われる。

入力４と人力５はそれぞれ建屋中央と建屋端部の加速度
であり、ローパスフィルターおよび緩衝増幅器を通過し
た後、合成増幅器で差をとり、ねじれ振動成分について
、上述の入力２と同様の調整操作を行い、増幅回路を経
た入力３の信号と合成され、自動利得調整回路を経て、
補助の制震装置の重りに対する制御信号が出力される。

この実施例では建物側の応答信号を増幅するための増幅
回路に自動利得調整回路を設けたことにより、増幅され
た重り側の応答信号と合成する際の信号のレベルが調整
される。従って、建物の振動がそれほど大きくない範囲
では、建物側の応答信号の増幅率が大きいため、建物の
振動に応じた制御となる。そして、建物の振動が太き（
なるにつれ、建物側の応答信号の増幅率は下がり、制御
における重り側の動きの寄与率が大きくなる。その状態
では建物の振動が大きいのに対し、制震装置は一定の能
力範囲で制御を行っているため、重りの振動は次第に建
物の振動に近づき、制御も建物の振動に近づけるような
制御となる。結局、揺れの大きい間は重りは建物と略一
体に動き（建物に対し相対的に静止した状態）、建物か
ら大きな力を受けることなく、装置の安全が保たれる。

地震等がおさまり建物の振動が小さくなってくると、再
び自動利得調整回路の作用により建物側の応答信号の増
幅率が大きくなり、建物の振動と逆向きの振動を与えて
、振動の減衰を早めるような制御を行うことができる。

さらに、合成信号の出力については、合成信号の出力レ
ベルをさらに自動利得調整回路で調整するため、建物の
過大な振動に対しても、制震装置が過剰な動作をするこ
とがない。すなわち、制震装置の能力以上の建物の振動
に対しては、制震装置の能力の範囲内で制御することと
し、さらに大きな振動に対しては重りの動きを建物の動
きに近づけることにより装置の安全が図れる。

第１図の実施例および第３図の実施例については、上述
した第６図における建屋中央の制震装置（ＡＭＤＩ）用
の制御回路を２つ設け、別々に制御するようにすればよ
い。

〔発明の効果］ この発明では能動式制震装置を複数台同時に制御し、建
物の振動を抑制することとしているため、以下のような
種々の制御を容易に行うことができる。

■　２台の制震装置を直交方向に用いることにより両方
向制御が可能となる。

■　１台の主制震装置で水平方向振動を制御し、もう１
台の補助制震装置でねじれ振動を抑えることにより、偏
心した建物にも適用できる。

■　建物の中間階にも設置することにより、建物頂部の
主制震装置とともに、１次、２次の振動成分を同時に制
御することができる。

■　上記■〜■の組み合わせも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ異なる実施例における制震装
置の配置例を示したもので、第１図および第２図は平面
図、第３図は立面図、第４図は能動式制震装置の概要を
示す説明図、第５図は能動式制震装置の信号油圧系統の
概念図、第６図は第２図の実施例における能動式制震装
置の信号発生回路の一例を示すブロック図である。 １・・・建物本体、２・・・重り、３・・・油圧シリン
ダー、４ａ、４ｂ・・・センサー 第１図 第３図 第２図 第４図 劫１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）建物に対し相対移動可能な重りと、該重りと建物
   間に介在させたアクチュエーターと、建物の振動に応じ
   、前記アクチュエーターを制御するための制御信号を発
   生する制御回路とからなる能動式制震装置を複数設け、
   複数台の制震装置を同時に制御することにより建物の振
   動を制御することを特徴とする建物の制震方法。
2. （２）制震装置はそれぞれのアクチュエーターが直交す
   る方向に２台配置し、互いに直交する方向の制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の建物の制震方法。
3. （３）２台の制震装置のアクチュエーターは共通の１つ
   の油圧源により駆動される請求項２記載の建物の制震方
   法。
4. （４）制震装置は主制震装置と補助制震装置の２台から
   なり、主制震装置を建物の平面中央に設置し、補助制震
   装置を建物の平面端部に主制震装置と同方向に設置し、
   主制震装置の制御方向に対する建物のねじれ振動成分を
   補助制震装置により制御することを特徴とする請求項１
   記載の建物の制震方法。
5. （５）制震装置は主制震装置と補助制震装置の２台から
   なり、主制震装置を建物頂部に設置し、補助制震装置を
   建物の中間階に設置し、建物の２次振動成分を補助制震
   装置により制御することを特徴とする請求項１記載の建
   物の制震方法。