制振建物、制振システム、制振方法
【課題】剛性の異なる２つの構造物の間を制振部材で連結することにより制振する制振建物において、風荷重などの静的な荷重が作用する場合であっても低剛性の構造物に大きな変形が生じないようにする。
【解決手段】制振建物１０は、異なる固有周期を有する外部構造２０及び内部構造３０と、一以上の高さ位置において内部構造３０と外部構造２０とを連結するように設置され、内部構造３０と外部構造２０との相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパー４１と、制振ダンパー４１の変形を許容した状態と、制振ダンパー４１の変形を拘束した状態とを実現しうるロック手段４２と、を備える。
【解決手段】制振建物１０は、異なる固有周期を有する外部構造２０及び内部構造３０と、一以上の高さ位置において内部構造３０と外部構造２０とを連結するように設置され、内部構造３０と外部構造２０との相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパー４１と、制振ダンパー４１の変形を許容した状態と、制振ダンパー４１の変形を拘束した状態とを実現しうるロック手段４２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固有周期の異なる複数の構造系を制振ダンパーにより連結することにより構成された制振建物及びこのような制振建物における制振システム及び制振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地震力や風荷重による大きな水平力が入力されると、それに応じて、大きな変位が生じるため、柱や梁の本数を増やす、柱や梁の断面積を大きくする、又は柱梁架構内に耐震壁を設けるなどの方法により、耐震性を向上している。しかしながら、これらの方法では、建物内の平面計画の障害となるなどの問題があった。
【０００３】
そこで、本願出願人らは、建物を構成するラーメン架構を有する外部建物内に、剛性が高く振動特性の異なる耐震壁やラーメン架構などの独立部材要素を独立して設け、この外部建物と独立部材要素との間を制振ダンパーにより接続した制振構造を提案している。このような制振構造によれば、外部建物と独立部材要素とが変形モードが異なることを利用して、制振ダンパーにより効率よく振動エネルギーを吸収することができ、これにより外部建物の剛性を高くしなくても耐震性を向上できるので、上記のような問題を解消できる（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―２４１７８３号公報
【特許文献２】特開２００５―１８００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、建物に作用する外力としては上記のような地震荷重のような振動荷重以外にも、台風や強風などの風荷重が作用する。このような風荷重は、地震荷重と異なり、作用方向や大きさがあまり変化しない静的な荷重である。このため、上記のように外部建物の剛性を低くしてしまうと、大きな台風などによる風荷重が作用した際に、外部建物が大きく変形してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、固有周期の異なる２つの構造物の間を制振部材で連結することにより制振する建物において、風荷重などの静的な荷重が作用する場合であっても低剛性の構造物に大きな変形が生じないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の制振建物は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、前記複数の構造系に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態としてもよい。
【０００９】
また、前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられてもよく、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整してもよい。
【００１０】
また、本発明の制振システムは、異なる固有周期を有する複数の構造系からなる建物を制振する制振システムであって、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、外部からの制御信号により、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、前記建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態としてもよい。
【００１２】
また、前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられてもよく、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整してもよい。
【００１３】
また、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する、減衰係数が可変である制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくとも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、静的な荷重が作用する場合に、制振ダンパーの変形を拘束することにより、制振ダンパーにより連結された２つの構造物が一体となって風荷重に抵抗するため、建物に生じる変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は、制振建物の構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における制振ダンパーが取り付けられた高さにおける水平断面図である。
【図２】非常に大きな静的な外力が作用することが予想される場合における制振建物の様子を示す垂直断面図である。
【図３】中程度の大きさの静的な外力が作用することが予想される場合における制振建物の様子を示す垂直断面図である。
【図４】２つの構造物を制振ダンパーにより連結した場合の周波数応答関数の一例を示すグラフである。
【図５】制振システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の制振建物の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態の制振建物１０の構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における制振ダンパー４１が取り付けられた高さにおける水平断面図である。同図（Ａ）に示すように、本実施形態の制振建物１０は、内部に鉛直方向に延びるボイド空間２１を有する外部構造２０と、外部構造２０のボイド空間２１内に構築された内部構造３０と、複数の高さ位置において外部構造２０と、内部構造３０とを連結する制振ダンパー４１と、各制振ダンパー４１の変形を拘束可能なロック手段４２と、を備える。
【００１９】
外部構造２０は、水平断面矩形に構築された構造物であり、その内部に上下方向に延びるボイド空間２１を有する。外部構造２０としては、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。なお、外部構造２０は構造耐力を負担する構造要素として利用してもよいし、建物として利用してもよい。
【００２０】
内部構造３０は、外部構造２０と同様に、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。内部建物３０も外部構造２０と同様に構造耐力を負担する構造要素として利用してもよいし、建物として利用してもよい。また、内部構造３０は、外部構造２０に比べて高い剛性を有するように構築されている。このため、内部構造２０は、外部建物３０に比べて固有周期が短く、制振建物１０に地震などによる外力が作用した場合には、内部構造２０と外部構造３０とは異なる振動モードで振動することとなる。
【００２１】
制振ダンパー４１は、オリフィスの面積を調整可能な可変油圧ダンパーからなり、オリフィスの面積を調整することにより減衰係数を変更することができる。なお、図１（Ｂ）に示す例では、制振ダンパー４１は、内部構造３０の各外周面より略垂直に四方に延び、外部構造２０のボイド空間２１の対向する位置に接続されているが、制振ダンパー４１の接続の仕方は、これに限らず、外部構造２０と内部構造３０の何れの方向の相対変位に対しても、何れかの制振ダンパー４１が変形するようになっていればよい。
【００２２】
ロック手段４２は、内部構造３０と外部構造２０との間の隙間の幅に合わせて形成され、一端が外部構造２０に回動自在に取り付けられた拘束部材４３からなる。拘束部材４３は、水平方向に回動されることにより、他端が内部構造３０に突き当てられて、内部構造３０と外部構造２０とを接続した状態（以下、ロック状態という）と、上向き又は下向きに回動されることにより、内部構造３０と外部構造２０との接続を解除された状態（以下、アンロック状態という）とをとることができる。拘束部材４３をロック状態とすることにより、内部構造３０と外部構造２０との間隔を一定に維持して、制振ダンパー４１の変形を拘束することができ、また、拘束部材４３をアンロック状態とすることにより、制振ダンパー４１の変形を許容することができる。なお、本実施形態では、拘束部材４３の一端を外部構造２０に回動自在に取り付ける構成としたが、これに限らず、拘束部材４３の一端を内部構造３０に回動自在に取り付け、拘束部材４３を水平方向に回動させ、他端を外部構造２０に突き当てることによりロック状態とし、拘束部材４３を上向き又は下向きに回動させることによりアンロック状態としてもよい。
【００２３】
以下、上記の制振建物１０における制振方法を説明する。
常時は、ロック手段４２をアンロック状態として制振ダンパー４１の変形が許容された状態とする。この状態で制振建物１０に地震などの振動力が作用すると、上記のように内部構造３０と外部構造２０とは固有周期が異なるため、これらは異なる振動モードで振動する。このため、内部構造３０と外部構造２０との間隔が振動的に変化し、これに応じて、制振ダンパー４１が繰り返し伸縮変形することにより、効率よく制振建物１０の振動エネルギーを吸収して、高い制振効果を得ることができる。
【００２４】
また、台風などによる大きな風荷重が作用することは、地震荷重と異なり、天気予報などにより事前に予測することができる。そして、上述したように、風荷重は向きや大きさがあまり変化しない静的な荷重であるため、制振ダンパー４１によるエネルギー吸収効果は期待できず、制振建物１０の変形が大きくなってしまう。そこで、大きな風荷重が作用することが予測される場合には以下のように制振ダンパー４１の変形を拘束する。
まず、例えば、１００年期待値レベルの大きな台風により大きな風過重が作用することが予測される場合には、図２に示すように、全てのロック手段４２をロック状態とし、制振ダンパー４１の変形を拘束する。これにより、外部構造２０と内部構造３０とが、一体となって風荷重に対して抵抗することができ、制振建物１０の変形を抑えることができる。
【００２５】
また、例えば、１０年期待値レベルの大きな台風による中程度の大きさの風荷重が作用することが予測される場合には、図３に示すように、最下層のロック手段４２Ａをロック状態として最下層の制振ダンパー４１Ａの変形を拘束する。これにより、制振建物１０の下部において、内部構造３０と外部構造２０とが一体となって風加重に対して抵抗するため、制振建物１０に生じる変形を抑えることができるとともに、制振建物１０に風荷重による自励振動などの振動が生じた場合であっても、最下層以外の制振ダンパー４１により振動エネルギーを吸収して、制振建物１０を制振することができる。なお、この際、最下層の制振ダンパー４１Ａの変形を拘束することにより、内部構造３０と外部構造２０の固有周期が変化する。そこで、以下に説明するように、最下層以外の階層の制振ダンパー４１の変形に対する抵抗を、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が定点理論により決定した所定の周期となるように調整するとよい。
【００２６】
図４は、２つの構造物を制振ダンパーにより連結した場合の周波数伝達関数の一例を示すグラフである。同図に示すように、定点理論によれば、制振ダンパーの減衰係数にかかわらず、夫々の建物の周波数伝達関数は所定の点（同図における点Ｐ及び点Ｑ）を必ず通過する。このため、２つの構造物を連結する制振ダンパーの減衰力を０とした（すなわち、互いに独立に振動可能とした）場合及び無限大とした（すなわち、２つの構造物を一体とした）場合における各構造物の周波数伝達関数を求め、この関数の交点を求めることにより上記の所定の点Ｐ及び点Ｑにおける周期を求めることができる。そして、構造物２０、３０の周波数伝達関数のピークにおける周期が、この求めた周期となるように制振ダンパー４１の減衰係数の大きさを調整することにより、内部構造３０及び外部構造２０の振動を最小限に抑えることができる。ただし、実際には、構造物２０、３０の上記周期を求められた点Ｐ及び点Ｑの周期に完全に一致するように調整することは難しいので、求めた周期の近傍の値となるように調整すればよい。
【００２７】
このようにして、定点定理により内部構造３０及び外部構造２０の固有周期を決定し、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が上記決定した固有周期となるように、最下層以外の階層の制振ダンパー４１のオリフィスの面積を変更し、減衰係数を調整する。なお、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が上記決定した固有周期となるような各制振ダンパー４１の減衰係数は、予め、数値シミュレーションなどを行うことにより求めておくものとする。このように制振ダンパー４１の減衰係数を調整することにより、最下層のロック手段４２Ａをロック状態とした場合であっても、自励振動などにより制振建物１０に生じる振動エネルギーを効率よく吸収して、制振建物１０を制振することができる。なお、本実施形態では、内部構造３０及び外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値になるように制振ダンパー４１の減衰係数を調整しているが、これに限らず、変形の大きな外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期のみが所定の値となるように調整してもよい。また、最下層の制振ダンパー４１のみならず、最下層から複数層の制振ダンパー４１をロック状態とし、他の制振ダンパー４１の減衰係数を調整することとしてもよく、この場合、予測される風の大きさに応じて、最下層からどの層までの制振ダンパー４１をロック状態とするか定めるようにしてもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の制振建物１０によれば、地震動などの動的な外力に対しては、振動モードの異なる内部構造３０と外部構造２０との間を連結する制振ダンパー４１により振動エネルギーを効率よく吸収でき、風荷重などの静的な外力に対しては、ロック手段４２により制振ダンパー４１の変形を拘束することにより、内部構造３０と外部構造２０とが一体となってこの外力に抵抗するため、剛性の低い外部構造２０に大きな変形が生じるのを防止することができる。
【００２９】
また、上記のように、中程度の風荷重が作用する場合には、最下層の制振ダンパー４１をロック状態とし、それ以外の制振ダンパー４１の抵抗の大きさを、内部構造２０及び外部構造３０の周波数伝達関数のピークにおける周期が、定点理論により決定した周期又はその近傍の値となるように調整することにより、このようなロック状態であっても、風により制振建物１０に生じた自励振動の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００３０】
ところで、上記の制振方法を自動システム化することも可能である。図５は、上記の制振方法を自動化した実施形態である制振システム１００を示す。なお、同図において、図１における制振建物１０と同様の構成の部材については同じ符号を付して説明を省略する。制振システム１００において、制振ダンパー１４１は、入力された制御信号に応じて減衰係数を調整可能である。また、ロック手段１４２は、モータ等により拘束部材４３を回動するように構成され、入力された制御信号に応じて、ロック状態と、アンロック状態とを切り替え可能である。そして、制振システム１００は、制振ダンパー１４１及びロック手段１４２と電気的に接続され、制振ダンパー１４１及びロック手段１４２に夫々制御信号を送る制御部５０と、台風情報等に基づいて予測される風荷重の作用する時期及びその大きさに関する風荷重予測情報の入力を受け付ける風荷重予測入力部５１と、を備える。
【００３１】
制御部５０は、風荷重予測入力部５１に入力された風荷重予測情報に基づき、ロック手段１４２に制御信号を送信し、ロック手段１４２をロック状態からアンロック状態に切り替えることができ、また、制振ダンパー１４１に制御信号を送信し、制振ダンパー１４１の減衰係数を変更することができる。
【００３２】
常時は、制御部５０は、ロック手段４２をアンロック状態として制振ダンパー４１の変形が許容された状態とする。この状態で制振建物１０に地震などの振動力が作用すると、上記の場合と同様に、内部構造３０と外部構造２０とが異なる振動モードで振動し、効率よく制振建物１０の振動エネルギーを吸収するため、高い制振効果を得ることができる。
【００３３】
風荷重予測入力部５１に大きな風荷重が作用することが予測される旨の風荷重予測情報が入力されると、風荷重が作用すると予測される時刻以前に、制御部５０がロック手段１４２に制御信号を送信し、ロック手段１４２をロック状態とし、制振ダンパー４１の変形を拘束する。これにより、上記の場合と同様に、外部構造２０と内部構造３０とが、一体となって風荷重に対して抵抗することができ、制振建物１０の変形を抑えることができる。
【００３４】
また、風荷重予測入力部５１に中程度の大きさの風荷重が作用することが予測される旨の風荷重予測情報が入力されると、風荷重が作用すると予測される時刻以前に、制御部５０が最下層のロック手段１４２に制御信号を送信し、最下層のロック手段１４２をロック状態とする。また、これと同時に、制御部５０が最下層以外の制振ダンパー４１に制御信号を送信し、最下層以外の制振ダンパー４１の減衰係数を、内部構造３０及び外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期が定点理論により決定された周期となるように調整する。これにより、上記の場合と同様に、自励振動などにより制振建物１０に生じる振動エネルギーを効率よく吸収して、制振建物１０を制振することができる。
【００３５】
なお、上記の各実施形態において、風荷重が弱まった旨の風荷重予測情報が入力されると、再び、ロック手段４２、１４２をアンロック状態としてもよい。
また、上記の各実施形態では、内部構造３０が外部構造２０に比べて剛性が高い場合について説明したが、これに限らず、外部構造２０が内部構造３０に比べて剛性が高い場合であっても、本発明を適用することが可能である。
【００３６】
また、上記の各実施形態では、内部構造３０に対して外部構造２０が高い場合について説明したが、これに限らず、外部構造２０に対して、内部構造３０が高い場合や外部構造２０と内部構造３０が略等しい高さである場合であっても本発明を適用することができる。
【００３７】
また、上記の各実施形態では、制振建物１０を内部にボイド空間２１を有する外部構造２０と、ボイド空間２１内に構築された内部構造３０との間を制振ダンパー４１で連結することにより構成したが、これに限らず、二つの並設された構造物の間を制振ダンパー４１により連結する構成としてもよい。
また、上記の各実施形態では、内部構造３０と外部構造２０とからなる建物を制振ダンパー４１により接続することにより制振する場合について説明したが、これに限らず、本発明は、複数の構造物からなり、隣り合う構造物を制振ダンパーにより連結することにより制振を行う場合であれば適用することができる。さらに、本発明は、複数の構造物が下層において建物などにより連結されており、各構造物の連結されている部分よりも上部が異なる固有周期で振動するような建物であっても適用することができる。
【００３８】
また、上記の各実施形態では、内部構造３０と外部構造２０とを複数の高さ位置において制振ダンパー４１により連結する場合について説明したが、これに限らず、一の高さ位置のみで制振ダンパー４１により連結する構成とすることも可能である。この場合、常時は、ロック手段４２をアンロック状態とし、風荷重が作用することが予測される場合には、ロック手段４２をロック状態とすればよい。
【００３９】
なお、上記の各実施形態では、制振ダンパー４１として油圧ダンパーを用いた場合について説明したが、これに限らず、摩擦ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、履歴型ダンパー又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００４０】
また、上記の各実施形態では、ロック手段４２として拘束部材４３を設ける構成としたが、制振ダンパー４１としてオリフィスを備え、油、空気、水などの流体がオリフィスを通過する際の抵抗によりエネルギーを吸収する流体圧ダンパーを用いる場合には、ロック手段として流体圧ダンパーのオリフィスを開放した状態と閉塞状態とを切り替える機構を採用することができ、この場合、オリフィスを閉塞することにより流体圧ダンパーの変形を拘束し、オリフィスを開放することにより流体圧ダンパーの変形を許容することができる。また、制振ダンパー４１として摩擦ダンパーを用いる場合には、ロック手段４２として、摩擦材を介装する一対の部材が相対変位できないようにこれらの部材を固定するロックピンなどを採用することができる。要するに制振ダンパー４１の変形を許容した状態と、変形を拘束した状態とを実現できる構成であればよい。
【００４１】
また、上記の各実施形態では、予め、風荷重が作用する場合にロック手段４２により制振ダンパー４１の変形を拘束することとしたが、これに限らず、内部構造３０と外部構造２０との間の幅を監視しておき、地震荷重や風荷重により制振建物１０が変形し、内部構造３０と外部構造２０との隙間が所定の大きさまで小さくなった場合に、ロック手段４２をロック状態として、制振ダンパー４１の変形を拘束することとしてもよい。このような方法によれば、内部構造２０と外部構造３０とが衝突することを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 制振建物
２０ 外部構造
２１ ボイド空間
３０ 内部構造
４１、４１Ａ、１４１ 制振ダンパー
４２、４２Ａ、１４２ ロック手段
４３ 拘束部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固有周期の異なる複数の構造系を制振ダンパーにより連結することにより構成された制振建物及びこのような制振建物における制振システム及び制振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地震力や風荷重による大きな水平力が入力されると、それに応じて、大きな変位が生じるため、柱や梁の本数を増やす、柱や梁の断面積を大きくする、又は柱梁架構内に耐震壁を設けるなどの方法により、耐震性を向上している。しかしながら、これらの方法では、建物内の平面計画の障害となるなどの問題があった。
【０００３】
そこで、本願出願人らは、建物を構成するラーメン架構を有する外部建物内に、剛性が高く振動特性の異なる耐震壁やラーメン架構などの独立部材要素を独立して設け、この外部建物と独立部材要素との間を制振ダンパーにより接続した制振構造を提案している。このような制振構造によれば、外部建物と独立部材要素とが変形モードが異なることを利用して、制振ダンパーにより効率よく振動エネルギーを吸収することができ、これにより外部建物の剛性を高くしなくても耐震性を向上できるので、上記のような問題を解消できる（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―２４１７８３号公報
【特許文献２】特開２００５―１８００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、建物に作用する外力としては上記のような地震荷重のような振動荷重以外にも、台風や強風などの風荷重が作用する。このような風荷重は、地震荷重と異なり、作用方向や大きさがあまり変化しない静的な荷重である。このため、上記のように外部建物の剛性を低くしてしまうと、大きな台風などによる風荷重が作用した際に、外部建物が大きく変形してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、固有周期の異なる２つの構造物の間を制振部材で連結することにより制振する建物において、風荷重などの静的な荷重が作用する場合であっても低剛性の構造物に大きな変形が生じないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の制振建物は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、前記複数の構造系に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態としてもよい。
【０００９】
また、前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられてもよく、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整してもよい。
【００１０】
また、本発明の制振システムは、異なる固有周期を有する複数の構造系からなる建物を制振する制振システムであって、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、外部からの制御信号により、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、前記建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態としてもよい。
【００１２】
また、前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられてもよく、前記制御手段は、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整してもよい。
【００１３】
また、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の制振方法は、異なる固有周期を有する複数の構造系と、複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する、減衰係数が可変である制振ダンパーと、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくとも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、静的な荷重が作用する場合に、制振ダンパーの変形を拘束することにより、制振ダンパーにより連結された２つの構造物が一体となって風荷重に抵抗するため、建物に生じる変形を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は、制振建物の構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における制振ダンパーが取り付けられた高さにおける水平断面図である。
【図２】非常に大きな静的な外力が作用することが予想される場合における制振建物の様子を示す垂直断面図である。
【図３】中程度の大きさの静的な外力が作用することが予想される場合における制振建物の様子を示す垂直断面図である。
【図４】２つの構造物を制振ダンパーにより連結した場合の周波数応答関数の一例を示すグラフである。
【図５】制振システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の制振建物の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態の制振建物１０の構成を示す鉛直断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における制振ダンパー４１が取り付けられた高さにおける水平断面図である。同図（Ａ）に示すように、本実施形態の制振建物１０は、内部に鉛直方向に延びるボイド空間２１を有する外部構造２０と、外部構造２０のボイド空間２１内に構築された内部構造３０と、複数の高さ位置において外部構造２０と、内部構造３０とを連結する制振ダンパー４１と、各制振ダンパー４１の変形を拘束可能なロック手段４２と、を備える。
【００１９】
外部構造２０は、水平断面矩形に構築された構造物であり、その内部に上下方向に延びるボイド空間２１を有する。外部構造２０としては、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。なお、外部構造２０は構造耐力を負担する構造要素として利用してもよいし、建物として利用してもよい。
【００２０】
内部構造３０は、外部構造２０と同様に、例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などを採用することができる。内部建物３０も外部構造２０と同様に構造耐力を負担する構造要素として利用してもよいし、建物として利用してもよい。また、内部構造３０は、外部構造２０に比べて高い剛性を有するように構築されている。このため、内部構造２０は、外部建物３０に比べて固有周期が短く、制振建物１０に地震などによる外力が作用した場合には、内部構造２０と外部構造３０とは異なる振動モードで振動することとなる。
【００２１】
制振ダンパー４１は、オリフィスの面積を調整可能な可変油圧ダンパーからなり、オリフィスの面積を調整することにより減衰係数を変更することができる。なお、図１（Ｂ）に示す例では、制振ダンパー４１は、内部構造３０の各外周面より略垂直に四方に延び、外部構造２０のボイド空間２１の対向する位置に接続されているが、制振ダンパー４１の接続の仕方は、これに限らず、外部構造２０と内部構造３０の何れの方向の相対変位に対しても、何れかの制振ダンパー４１が変形するようになっていればよい。
【００２２】
ロック手段４２は、内部構造３０と外部構造２０との間の隙間の幅に合わせて形成され、一端が外部構造２０に回動自在に取り付けられた拘束部材４３からなる。拘束部材４３は、水平方向に回動されることにより、他端が内部構造３０に突き当てられて、内部構造３０と外部構造２０とを接続した状態（以下、ロック状態という）と、上向き又は下向きに回動されることにより、内部構造３０と外部構造２０との接続を解除された状態（以下、アンロック状態という）とをとることができる。拘束部材４３をロック状態とすることにより、内部構造３０と外部構造２０との間隔を一定に維持して、制振ダンパー４１の変形を拘束することができ、また、拘束部材４３をアンロック状態とすることにより、制振ダンパー４１の変形を許容することができる。なお、本実施形態では、拘束部材４３の一端を外部構造２０に回動自在に取り付ける構成としたが、これに限らず、拘束部材４３の一端を内部構造３０に回動自在に取り付け、拘束部材４３を水平方向に回動させ、他端を外部構造２０に突き当てることによりロック状態とし、拘束部材４３を上向き又は下向きに回動させることによりアンロック状態としてもよい。
【００２３】
以下、上記の制振建物１０における制振方法を説明する。
常時は、ロック手段４２をアンロック状態として制振ダンパー４１の変形が許容された状態とする。この状態で制振建物１０に地震などの振動力が作用すると、上記のように内部構造３０と外部構造２０とは固有周期が異なるため、これらは異なる振動モードで振動する。このため、内部構造３０と外部構造２０との間隔が振動的に変化し、これに応じて、制振ダンパー４１が繰り返し伸縮変形することにより、効率よく制振建物１０の振動エネルギーを吸収して、高い制振効果を得ることができる。
【００２４】
また、台風などによる大きな風荷重が作用することは、地震荷重と異なり、天気予報などにより事前に予測することができる。そして、上述したように、風荷重は向きや大きさがあまり変化しない静的な荷重であるため、制振ダンパー４１によるエネルギー吸収効果は期待できず、制振建物１０の変形が大きくなってしまう。そこで、大きな風荷重が作用することが予測される場合には以下のように制振ダンパー４１の変形を拘束する。
まず、例えば、１００年期待値レベルの大きな台風により大きな風過重が作用することが予測される場合には、図２に示すように、全てのロック手段４２をロック状態とし、制振ダンパー４１の変形を拘束する。これにより、外部構造２０と内部構造３０とが、一体となって風荷重に対して抵抗することができ、制振建物１０の変形を抑えることができる。
【００２５】
また、例えば、１０年期待値レベルの大きな台風による中程度の大きさの風荷重が作用することが予測される場合には、図３に示すように、最下層のロック手段４２Ａをロック状態として最下層の制振ダンパー４１Ａの変形を拘束する。これにより、制振建物１０の下部において、内部構造３０と外部構造２０とが一体となって風加重に対して抵抗するため、制振建物１０に生じる変形を抑えることができるとともに、制振建物１０に風荷重による自励振動などの振動が生じた場合であっても、最下層以外の制振ダンパー４１により振動エネルギーを吸収して、制振建物１０を制振することができる。なお、この際、最下層の制振ダンパー４１Ａの変形を拘束することにより、内部構造３０と外部構造２０の固有周期が変化する。そこで、以下に説明するように、最下層以外の階層の制振ダンパー４１の変形に対する抵抗を、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が定点理論により決定した所定の周期となるように調整するとよい。
【００２６】
図４は、２つの構造物を制振ダンパーにより連結した場合の周波数伝達関数の一例を示すグラフである。同図に示すように、定点理論によれば、制振ダンパーの減衰係数にかかわらず、夫々の建物の周波数伝達関数は所定の点（同図における点Ｐ及び点Ｑ）を必ず通過する。このため、２つの構造物を連結する制振ダンパーの減衰力を０とした（すなわち、互いに独立に振動可能とした）場合及び無限大とした（すなわち、２つの構造物を一体とした）場合における各構造物の周波数伝達関数を求め、この関数の交点を求めることにより上記の所定の点Ｐ及び点Ｑにおける周期を求めることができる。そして、構造物２０、３０の周波数伝達関数のピークにおける周期が、この求めた周期となるように制振ダンパー４１の減衰係数の大きさを調整することにより、内部構造３０及び外部構造２０の振動を最小限に抑えることができる。ただし、実際には、構造物２０、３０の上記周期を求められた点Ｐ及び点Ｑの周期に完全に一致するように調整することは難しいので、求めた周期の近傍の値となるように調整すればよい。
【００２７】
このようにして、定点定理により内部構造３０及び外部構造２０の固有周期を決定し、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が上記決定した固有周期となるように、最下層以外の階層の制振ダンパー４１のオリフィスの面積を変更し、減衰係数を調整する。なお、内部構造３０及び外部構造２０の固有周期が上記決定した固有周期となるような各制振ダンパー４１の減衰係数は、予め、数値シミュレーションなどを行うことにより求めておくものとする。このように制振ダンパー４１の減衰係数を調整することにより、最下層のロック手段４２Ａをロック状態とした場合であっても、自励振動などにより制振建物１０に生じる振動エネルギーを効率よく吸収して、制振建物１０を制振することができる。なお、本実施形態では、内部構造３０及び外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値になるように制振ダンパー４１の減衰係数を調整しているが、これに限らず、変形の大きな外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期のみが所定の値となるように調整してもよい。また、最下層の制振ダンパー４１のみならず、最下層から複数層の制振ダンパー４１をロック状態とし、他の制振ダンパー４１の減衰係数を調整することとしてもよく、この場合、予測される風の大きさに応じて、最下層からどの層までの制振ダンパー４１をロック状態とするか定めるようにしてもよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の制振建物１０によれば、地震動などの動的な外力に対しては、振動モードの異なる内部構造３０と外部構造２０との間を連結する制振ダンパー４１により振動エネルギーを効率よく吸収でき、風荷重などの静的な外力に対しては、ロック手段４２により制振ダンパー４１の変形を拘束することにより、内部構造３０と外部構造２０とが一体となってこの外力に抵抗するため、剛性の低い外部構造２０に大きな変形が生じるのを防止することができる。
【００２９】
また、上記のように、中程度の風荷重が作用する場合には、最下層の制振ダンパー４１をロック状態とし、それ以外の制振ダンパー４１の抵抗の大きさを、内部構造２０及び外部構造３０の周波数伝達関数のピークにおける周期が、定点理論により決定した周期又はその近傍の値となるように調整することにより、このようなロック状態であっても、風により制振建物１０に生じた自励振動の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００３０】
ところで、上記の制振方法を自動システム化することも可能である。図５は、上記の制振方法を自動化した実施形態である制振システム１００を示す。なお、同図において、図１における制振建物１０と同様の構成の部材については同じ符号を付して説明を省略する。制振システム１００において、制振ダンパー１４１は、入力された制御信号に応じて減衰係数を調整可能である。また、ロック手段１４２は、モータ等により拘束部材４３を回動するように構成され、入力された制御信号に応じて、ロック状態と、アンロック状態とを切り替え可能である。そして、制振システム１００は、制振ダンパー１４１及びロック手段１４２と電気的に接続され、制振ダンパー１４１及びロック手段１４２に夫々制御信号を送る制御部５０と、台風情報等に基づいて予測される風荷重の作用する時期及びその大きさに関する風荷重予測情報の入力を受け付ける風荷重予測入力部５１と、を備える。
【００３１】
制御部５０は、風荷重予測入力部５１に入力された風荷重予測情報に基づき、ロック手段１４２に制御信号を送信し、ロック手段１４２をロック状態からアンロック状態に切り替えることができ、また、制振ダンパー１４１に制御信号を送信し、制振ダンパー１４１の減衰係数を変更することができる。
【００３２】
常時は、制御部５０は、ロック手段４２をアンロック状態として制振ダンパー４１の変形が許容された状態とする。この状態で制振建物１０に地震などの振動力が作用すると、上記の場合と同様に、内部構造３０と外部構造２０とが異なる振動モードで振動し、効率よく制振建物１０の振動エネルギーを吸収するため、高い制振効果を得ることができる。
【００３３】
風荷重予測入力部５１に大きな風荷重が作用することが予測される旨の風荷重予測情報が入力されると、風荷重が作用すると予測される時刻以前に、制御部５０がロック手段１４２に制御信号を送信し、ロック手段１４２をロック状態とし、制振ダンパー４１の変形を拘束する。これにより、上記の場合と同様に、外部構造２０と内部構造３０とが、一体となって風荷重に対して抵抗することができ、制振建物１０の変形を抑えることができる。
【００３４】
また、風荷重予測入力部５１に中程度の大きさの風荷重が作用することが予測される旨の風荷重予測情報が入力されると、風荷重が作用すると予測される時刻以前に、制御部５０が最下層のロック手段１４２に制御信号を送信し、最下層のロック手段１４２をロック状態とする。また、これと同時に、制御部５０が最下層以外の制振ダンパー４１に制御信号を送信し、最下層以外の制振ダンパー４１の減衰係数を、内部構造３０及び外部構造２０の周波数伝達関数のピークにおける周期が定点理論により決定された周期となるように調整する。これにより、上記の場合と同様に、自励振動などにより制振建物１０に生じる振動エネルギーを効率よく吸収して、制振建物１０を制振することができる。
【００３５】
なお、上記の各実施形態において、風荷重が弱まった旨の風荷重予測情報が入力されると、再び、ロック手段４２、１４２をアンロック状態としてもよい。
また、上記の各実施形態では、内部構造３０が外部構造２０に比べて剛性が高い場合について説明したが、これに限らず、外部構造２０が内部構造３０に比べて剛性が高い場合であっても、本発明を適用することが可能である。
【００３６】
また、上記の各実施形態では、内部構造３０に対して外部構造２０が高い場合について説明したが、これに限らず、外部構造２０に対して、内部構造３０が高い場合や外部構造２０と内部構造３０が略等しい高さである場合であっても本発明を適用することができる。
【００３７】
また、上記の各実施形態では、制振建物１０を内部にボイド空間２１を有する外部構造２０と、ボイド空間２１内に構築された内部構造３０との間を制振ダンパー４１で連結することにより構成したが、これに限らず、二つの並設された構造物の間を制振ダンパー４１により連結する構成としてもよい。
また、上記の各実施形態では、内部構造３０と外部構造２０とからなる建物を制振ダンパー４１により接続することにより制振する場合について説明したが、これに限らず、本発明は、複数の構造物からなり、隣り合う構造物を制振ダンパーにより連結することにより制振を行う場合であれば適用することができる。さらに、本発明は、複数の構造物が下層において建物などにより連結されており、各構造物の連結されている部分よりも上部が異なる固有周期で振動するような建物であっても適用することができる。
【００３８】
また、上記の各実施形態では、内部構造３０と外部構造２０とを複数の高さ位置において制振ダンパー４１により連結する場合について説明したが、これに限らず、一の高さ位置のみで制振ダンパー４１により連結する構成とすることも可能である。この場合、常時は、ロック手段４２をアンロック状態とし、風荷重が作用することが予測される場合には、ロック手段４２をロック状態とすればよい。
【００３９】
なお、上記の各実施形態では、制振ダンパー４１として油圧ダンパーを用いた場合について説明したが、これに限らず、摩擦ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、履歴型ダンパー又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００４０】
また、上記の各実施形態では、ロック手段４２として拘束部材４３を設ける構成としたが、制振ダンパー４１としてオリフィスを備え、油、空気、水などの流体がオリフィスを通過する際の抵抗によりエネルギーを吸収する流体圧ダンパーを用いる場合には、ロック手段として流体圧ダンパーのオリフィスを開放した状態と閉塞状態とを切り替える機構を採用することができ、この場合、オリフィスを閉塞することにより流体圧ダンパーの変形を拘束し、オリフィスを開放することにより流体圧ダンパーの変形を許容することができる。また、制振ダンパー４１として摩擦ダンパーを用いる場合には、ロック手段４２として、摩擦材を介装する一対の部材が相対変位できないようにこれらの部材を固定するロックピンなどを採用することができる。要するに制振ダンパー４１の変形を許容した状態と、変形を拘束した状態とを実現できる構成であればよい。
【００４１】
また、上記の各実施形態では、予め、風荷重が作用する場合にロック手段４２により制振ダンパー４１の変形を拘束することとしたが、これに限らず、内部構造３０と外部構造２０との間の幅を監視しておき、地震荷重や風荷重により制振建物１０が変形し、内部構造３０と外部構造２０との隙間が所定の大きさまで小さくなった場合に、ロック手段４２をロック状態として、制振ダンパー４１の変形を拘束することとしてもよい。このような方法によれば、内部構造２０と外部構造３０とが衝突することを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 制振建物
２０ 外部構造
２１ ボイド空間
３０ 内部構造
４１、４１Ａ、１４１ 制振ダンパー
４２、４２Ａ、１４２ ロック手段
４３ 拘束部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、
前記複数の構造系に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段と
を備えることを特徴とする制振建物。
【請求項２】
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする請求項１に記載の制振建物。
【請求項３】
前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられており、
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする請求項１に記載の制振建物。
【請求項４】
異なる固有周期を有する複数の構造系からなる建物を制振する制振システムであって、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
外部からの制御信号により、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、
前記建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段と
を備えることを特徴とする制振システム。
【請求項５】
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする請求項４に記載の制振システム。
【請求項６】
前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられており、
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする請求項４に記載の制振システム。
【請求項７】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替えることを特徴とする制振方法。
【請求項８】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする制振方法。
【請求項９】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する、減衰係数が可変である制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくとも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする制振方法。
【請求項１】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、
前記複数の構造系に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段と
を備えることを特徴とする制振建物。
【請求項２】
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする請求項１に記載の制振建物。
【請求項３】
前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられており、
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記複数の構造系が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする請求項１に記載の制振建物。
【請求項４】
異なる固有周期を有する複数の構造系からなる建物を制振する制振システムであって、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
外部からの制御信号により、前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段と、
前記建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力部に入力された風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替える制御手段と
を備えることを特徴とする制振システム。
【請求項５】
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする請求項４に記載の制振システム。
【請求項６】
前記制振ダンパーは、外部からの制御信号に応じて減衰係数が可変であるように設けられており、
前記制御手段は、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記入力受付手段に入力された風荷重予測情報に基づき、前記建物が風荷重を受けると予測される場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする請求項４に記載の制振システム。
【請求項７】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記拘束手段により前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを切り替えることを特徴とする制振方法。
【請求項８】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とすることを特徴とする制振方法。
【請求項９】
異なる固有周期を有する複数の構造系と、
複数の高さ位置において前記複数の構造系のうち隣り合う構造系を連結するように設置され、前記隣り合う構造系の相対変位に応じて、変形することにより振動エネルギーを吸収する、減衰係数が可変である制振ダンパーと、
前記制振ダンパーの変形を許容した状態と、前記制振ダンパーの変形を拘束した状態とを実現し得る拘束手段とを備える制振建物における制振方法であって、
常時は、前記拘束手段を前記制振ダンパーの変形を許容した状態とし、
前記制振建物に作用すると予測される風荷重に関する風荷重予測情報に基づき、前記制振建物が風荷重を受ける場合には、風荷重の大きさに応じて、最も低い位置の前記制振ダンパー、又は、最も低い位置から、最も高い位置以外の所定の高さ位置までの各高さ位置の前記制振ダンパーを前記拘束手段により変形が拘束された状態とし、他の制振ダンパーの減衰係数を前記複数の構造系のうち少なくとも一つの構造系の周波数伝達関数のピークにおける周期が所定の値となるように調整することを特徴とする制振方法。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６８０７６（Ｐ２０１３−６８０７６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５５２５１（Ｐ２０１２−２５５２５１）
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２００７−１７２３９９（Ｐ２００７−１７２３９９）の分割
【原出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２１日（２０１２．１１．２１）
【分割の表示】特願２００７−１７２３９９（Ｐ２００７−１７２３９９）の分割
【原出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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