制振装置
【課題】低コストに抑えつつ、通常の風などの外乱による建物の制振と、地震動による建物の制振との双方を行わせることができる制振装置を提供する。
【解決手段】制振装置は、制御モード切替手段１４により、地震動検出手段の出力に対応して、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段１４が演算部１１・１２の切替えを行うことで、第２の演算部１２にて長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物の揺れを抑制する制振機構をコントロールする。
【解決手段】制振装置は、制御モード切替手段１４により、地震動検出手段の出力に対応して、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段１４が演算部１１・１２の切替えを行うことで、第２の演算部１２にて長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物の揺れを抑制する制振機構をコントロールする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風によって揺れる建物の制振とともに、長周期地震によって揺れる建物の制振を行わせることが可能な制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震によって発生する建物の振動を制振する装置としては、建物に制御力を与える制振手段と、地震情報に基づいて、必要な制御力を演算する演算手段とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、このような制振装置では、地震発生時においては、有効に作用するものの、風などの通常時に発生する外乱にまで対応することができなかった。そこで、地震に限らず、風などによる外乱も含めて建物の振動を制振する装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。これらの制振装置においては、いずれも、演算手段として、地震波などの外乱を大きさや、建物の変位などの応答量に基づいて制御力を演算するための制御ロジックを有し、該制御ロジックに基づいて、制振手段による制御力を時々刻々設定し、建物の制振を行っていた。
【特許文献１】特開２００６‐４５８８５号公報
【特許文献２】特開平９‐７８８８２号公報
【特許文献３】特開２００３‐５８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献２、３の制振装置では、例えば、地震以外の風などの外乱に対応する制御ロジックを使用して制御力を演算し、制振手段によって制振させると、地震動のような急激な外乱増大に対応することが困難であった。また、近年高層建物においては、長周期地震動が問題となっており、この長周期地震動が発生した場合には、振動が長時間継続することから、作動振幅が過大となってしまい効果を期待することができなくなってしまう問題があった。また、制御ロジック並びにハード機器を風などの外乱と、地震動と、いずれにも対応可能な構成とするのは、非常に複雑で困難であり、コストが増大してしまう問題があった。
【０００４】
本発明は、従来の有していた問題を解決しようとするものであって、低コストに抑えつつ、通常の風などの外乱による建物の制振と、地震動による建物の制振との双方を行わせることができる制振装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の課題解決手段では、建物の風揺れ、長周期地震による震動といった外乱に対応して、建物の揺れを抑制する制御力を与える制振機構と、地震動の発生を検出する地震動検出手段と、前記制振機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段とを備え、この制御手段を、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部及び長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部とを有する制御力演算手段と、前記地震動検出手段の出力に基づき地震動の発生の有無を判断して前記第１の演算部又は前記第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせる制御モード切替手段と、から構成することを特徴とする。
【０００６】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、地震動検出手段の出力に基づいて地震動の発生の有無を判断し、制御モード切替手段により、地震動検出手段の出力に対応して、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段が演算部の切替えを行うことで、第２の演算部にて長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物の揺れを抑制する制振機構をコントロールすることができる。すなわち、本発明の長周期地震対応制振装置では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部に設定されており、制御モード切替手段によりこれら２つの演算部のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部での演算処理を１つのハード機器で実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることができる。
【０００７】
また、本発明の課題解決手段では、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態と、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態とに切り替えることを特徴とする。
【０００８】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態から、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態に切り替えるようにしたので、風などの外乱による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために能動的な制御力付与を停止させることができる。
【０００９】
また、本発明の課題解決手段では、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えるようにしたので、風などの外乱による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために制振動作にブレーキをかけることができる。
【００１１】
また、本発明の課題解決手段では、振動の一状態量である建物の振動加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、この加速度検出手段の検出結果に基づき前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする。
【００１２】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、加速度検出手段の検出結果に基づき制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えるようにした。すなわち、振動による建物の状態を直接的に示す振動加速度に基づきブレーキ状態に切り替えるようにしたので、激しい地震等によって建物が急激に揺れた場合に、装置保護のためにブレーキをかける動作を即座に実行することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の長周期地震対応制振装置では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部に設定されており、制御モード切替手段により２つの演算部のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部での演算処理を１つのハード機器で実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は本発明に係わる長周期地震対応制振装置１００が設置された高層の建物１であり、この建物１の屋上には、アクティブ制振技術が適用されたＨＭＤ（ハイブリッドマスダンパー）が制振機構２として設けられている。この制振機構２は、振り子のように揺れる装置振動体である錘を、建物の揺れを打ち消す方向にストロークさせることにより、強風による揺れや、地震後の後揺れといった建物１に対する外乱の影響を低減させるものである。
【００１５】
この制振機構２には、前述の錘を建物の揺れを打ち消す方向にストロークさせるための制御力を与える制御盤が、制御手段３として設けられている。また、建物１の屋上と、建物１がある地表上には、振動の状態量を検出するための状態量検出センサ４がそれぞれ設けられている。この状態量検出センサ４としては、例えば、建物１若しくは制振機構２の変位を計測する変位センサ、制振機構２の装置振動体のストローク量を検出するストローク量検出センサ、地盤、建物１若しくは制振機構２の速度を検出する速度センサ、または、地盤、建物１若しくは制振機構２の加速度を検出する加速度センサなどがあり、それぞれの検出データは、制御手段３に取り込まれる。なお、本実施形態の制振装置１００では、状態量検出センサ４としては、地震による地盤の加速度を直接検知する地震動検出センサ４Ａと、建物１の加速度を検知する建物加速度センサ４Ｂと、制振機構２のストローク量を検知するストローク量検出センサ４Ｃとを備えている。また、本実施形態では、地震動検出センサ４Ａを、地震動の発生を検出するための地震動検出手段１３としている。そして、制御手段３は、この地震動検出手段１３として機能する地震動検出センサ４Ａ、並びに、他の振動の状態量を検出する建物加速度センサ４Ｂ及びストローク量検出センサ４Ｃからの検出信号に基づいて、後述する制御を実行する。
【００１６】
次に、制御手段３の具体的構成を、図２の機能ブロック図を参照して説明する。この図２に示すように、制御手段３は、制振機構２による制御力を演算する制御力演算手段１０と、地震動検出手段１３である地震動検出センサ４Ａによる検出信号から地震動発生の有無を判断し、制御力演算手段１０による制御ロジックを切替させる制御モード切替手段１４とを備える。制御力演算手段１０は、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２とから構成されている。第1の演算部１１及び第２の演算部１２は、制御手段３においてハードを構成するＣＰＵを同一のものとし、制御力を演算する実行プログラムによって区別されるものである。そして、これら演算部１１・１２では、建物１の風揺れや地震などによる振動の状態に応じて、制振機構２においてモーターにより装置振動体を押す力（Ｆ）、すなわち、制振機構２への制御力の大きさを調整するようにしている。より具体的には、第１の演算部１１は、風など通常に作用する外乱に適した数１で示される制御ロジックを有している。また、第２の演算部１２は、地震動により作用する外乱に適した数２で示される第１の演算部１１とは異なる制御ロジックを有している。なお、第1の演算部１１と第２の演算部１２とは、ハードを構成するＣＰＵをプログラム上、２つに分割することで形成しても良いし、また、異なるＣＰＵに演算部１１・１２をそれぞれ設けることで、ハード構成自体を異なるものとしても良い。
【００１７】
【数１】
【数２】
【００１８】
ここで、数１及び数２において、G1〜GNは、通常時対策用ゲイン（任意に設計する定数）であり、G´1〜G´Nは、地震対策用ゲイン（任意に設計する定数）であり、また、X1〜XNは、状態量（建物変位・速度・加速度や装置変位・速度・加速度などの値。計測によって求めたりするものであり、恣意的に決めることはできない数値）である。
【００１９】
なお、地震対策用ゲインは、通常時対策用ゲインG1〜GNのそれぞれに、対応する係数α１〜αＮを乗じたものとし、以下の数３で示される制御ロジックとしても良い。この場合、可能であれば、α１〜αＮについてすべて同一の値としても良い。
【００２０】
【数３】
【００２１】
また、地震動検出手段１３としては、上述した地震動検出センサ４Ａの他、建物加速度センサ４Ｂ、ストローク量検出センサ４Ｃ、エレベータに設置されている既設の振動センサ、緊急地震速報などの外部システムなども利用可能である。すなわち、上述した状態量検出センサ４と地震動検出手段１３とは、同じでも良いし、また、異なるものでも良く、地震動を直接的または間接的に検出可能なものであれば、いずれの状態量検出センサも地震動検出手段になり得る。
【００２２】
次に、制御手段３の制御内容を図３から図５に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１〜３：まず、図３に示すように、装置が停止状態にある初期状態を最初のステップＳ１とする。次のステップＳ２−１にて、地震動検出センサ４Ａの出力に基づき地震が発生したか否かを判断し、ＹＥＳの場合に次の図４に示すステップＳ３（地震対策用モード）に進み、ＮＯの場合に次のステップＳ２−２（通常時対策用モード）に進む。すなわち、地震動の発生していない通常時においては、ステップＳ２−２に進むことになる。ステップＳ２−２では、建物加速度センサ４Ｂの出力に基づき建物１が（風などの外乱により）揺れているか否かを判断し、ＹＥＳの場合に以降の図５に示すステップＳ１１〜１５に進み、ＮＯの場合に最初のステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２−１にて地震発生は、予め設定した閾値Ａ（例えば、２Ｇａｌ）を越える加速度が一定時間内に所定サイクルＮ（例えば、２サイクル）発生したか否かで判断するが、このような閾値を含む判断条件は、これらステップＳ２−１にて任意に設定可能とする。同様にステップＳ２−２にて、風などの外乱発生は、建物の加速度が設定値を超えるかどうかで判断する。
【００２３】
次に、ステップＳ３以降地震が発生している場合、並びに、ステップＳ２−２以降、通常時において地震が発生していないものの風などの外乱が発生している場合について、図４及び図５を参照して、ステップ毎に説明する。
まず、ステップＳ３以降地震が発生している場合について、図４を参照して説明する。
ステップＳ３：地震が発生しているとして、制振機構２を「アクティブ状態」にして制振を行う。具体的には、制振機構２にある装置振動体の動きを増幅し、建物揺れを低減する効果を増大させることを目的として、制振機構２においてモーターにより装置振動体を押す力（制御力）（Ｆ）を、上述した数２の計算式に基づき、時々刻々算出する。
なお、地震対策用ゲイン設計は、設計用地震動に対して通常の風揺れのゲインを適用したシミュレーションにより、装置振動体ストロークが限界値を超えることが判明した場合には、ゲインＧ´１〜Ｇ´Ｎを計算しなおし（より小さな値とし、モーターで装置振動体を押す力を小さくする）、再度シミュレーションにより確認する、という作業を繰り返す。これにより地震対策用ゲインを最適な値とする。
【００２４】
ステップＳ４：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１（例えば、２０Ｇａｌ）を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合に、建物１に（長周期地震ではない）急激な揺れが生じたとして、ステップＳ１１に進んでブレーキ状態に移行して、直に制振機構２にブレーキを掛け、装置を保護する。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ５に移行する。
【００２５】
ステップＳ５：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第２の基準値Ｂ２（例えば、１Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ１（例えば、１分間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、図３に示すステップＳ１に戻って装置を停止させる。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ６に移行する。
【００２６】
ステップＳ６：ストローク量検出センサ４Ｃの出力に基づき、制振機構２のストローク量を検出し、この制振機構２のストローク量が予め設定した第１の境界値Ｃ１（例えば、８０ｃｍ）を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、アクティブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、ステップＳ７の「パッシブ状態」に移行する。
【００２７】
ステップＳ７：地震の振動増大により、制振機構２における装置振動体のストロークが限界に来ているとして、制振機構２への能動的な制御力付与を停止する「パッシブ状態」とする。すなわち、パッシブ状態とすることで、制振機構２の装置振動体では、モータによる振動増幅が行われず、自身が有する振動特性に応じて振動することとなる。このため、制御力の入力によって装置振動体のストロークが過大となることを防止することができる。
【００２８】
ステップＳ８：ステップＳ４同様に、建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１（例えば、２０Ｇａｌ）を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ１１に進んでブレーキ状態に移行し、また、ＮＯの場合には、次のステップＳ９に移行する。
【００２９】
ステップＳ９：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第３の基準値Ｂ３（例えば、６Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ２（例えば、２５秒間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ３の「アクティブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１０に移行する。
【００３０】
ステップＳ１０：ストローク量検出センサ４Ｃの出力に基づき、制振機構２のストローク量を検出し、この制振機構２のストローク量が予め設定した第２の境界値Ｃ２（例えば、９０ｃｍ）を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、パッシブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、次のステップＳ１１の「ブレーキ状態」に移行する。
【００３１】
ステップＳ１１：地震のさらなる振動増大により、制振機構２における装置振動体のストロークが限界を越えて装置構造体に衝突する危険性があるとして、制振機構２にブレーキを掛ける「ブレーキ状態」に移行する。
【００３２】
ステップＳ１２：次に、建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第４の基準値Ｂ４（例えば、２０Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ３（例えば、２５秒間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ７の「パッシブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、「ブレーキ状態」が継続されることになる。
【００３３】
なお、上述した地震対応のステップＳ３〜１２では、長周期地震ではない通常の地震が発生した場合にもステップＳ２−１での判断の後、ステップＳ３以下の処理が実行される。しかし、長周期地震ではない近距離での地震で、比較的大きな揺れの場合には、ステップＳ４での判断(ステップＳ４でのＹＥＳの判断)にて、制振機構２に直ちにブレーキが掛かりその制振動作が停止される。これに対して長周期地震では、ゆっくりとした揺れであるために、ステップＳ４でＹＥＳの判断がされず、ステップＳ４〜６をループし、かつ制振機構２のストローク量が予め設定した第１の境界値Ｃ１を越えない範囲内にて、制振機構２のアクティブ制御を行う。
【００３４】
また、上述したステップＳ３〜１２は、地震発生に対応した処理であるが、通常時における風などの外乱に対応したステップＳ１３〜２２の処理についても処理内容が類似するので以下、相違点についてのみ説明する。まず、アクティブ状態（ステップＳ１３）において、建物１のアクティブ制御用ゲインの設定方法については、上述した数式１に基づき、通常時対策用ゲイン（G1〜GN）を計算し、設計風外乱に対して、建物揺れが所定レベルに低減しているかをシミュレーションにより確認し、低減効果小さい場合は、通常時対策用ゲイン（G1〜GN）を計算しなおし（より大きな値とし、モーターで装置振動体を押す力を大きくする）、再度シミュレーションにより確認する、という作業を繰り返す。
【００３５】
次に、ステップＳ１４で、ステップＳ４と同様に建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２１に進んでブレーキ状態に移行する。これにより、上述した長周期地震ではない地震で、比較的大きな揺れの場合には、風揺れ対応のステップＳ１３からＳ２２でも、制御手段３は、制振機構２に直ぐにブレーキをかけて、制振動作を停止させる。また、ＮＯの場合には、次のステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、建物加速度が第２の基準値Ｂ５以下である状態が所定時間Ｔ４以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、図３に示すステップＳ１に戻って装置を停止させる。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、制振機構２のストローク量が予め設定した第３の境界値Ｃ３を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、アクティブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、ステップＳ１７の「パッシブ状態」に移行する。なお、「パッシブ状態」における動作は、地震が発生している場合と同様である。
【００３６】
次に、ステップ１８で、ステップＳ４と同様に建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２１に進んでブレーキ状態に移行する。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、建物加速度が予め設定された第６の基準値Ｂ６以下である状態が所定時間Ｔ５以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ１７の「アクティブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、制振機構２のストローク量が予め設定した第４の境界値Ｃ４を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、パッシブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、次のステップＳ２１の「ブレーキ状態」に移行する。なお、「ブレーキ状態」における動作は、地震が発生している場合と同様である。次に、ステップＳ２２で、建物加速度が第７の基準値Ｂ７以下である状態が所定時間Ｔ６以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ１７の「パッシブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、「ブレーキ状態」が継続されることになる。
【００３７】
なお、アクティブ状態では、地震対策用モードがステップＳ４〜Ｓ６で、通常時対策用モードがステップＳ１４〜Ｓ１６で、また、パッシブ状態では、地震対策用モードがステップＳ８〜Ｓ１０で、通常時対策用モードがステップＳ１８〜Ｓ２０で、さらに、ブレーキ状態では、地震対策用モードがステップＳ１２で、通常時対策用モードがステップＳ２２で、それぞれ同様の処理を行っているが、互いに異なる処理を行うようにしても良い。また、各処理において設定される判断基準は、適宜、設定変更可能である。
【００３８】
ここで、通常時対策用モードで運用しているときに、地震動が来た場合の制御手段３の運用について説明する。通常時対策用の制御パスも、地震対策用の制御パスも、パッシブ状態においては、ともに制振機構２においてモーターにより装置振動体の振幅を増幅させる動作は行わない。すなわち、装置自身が有している振動特性のまま揺れる。
このような理由により、
（１）通常時において、アクティブ状態（図５に示すステップＳ１３での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（イ）で示すように、即座に地震対策用のアクティブ状態（図４に示すステップＳ３での処理）に切り替える。一般的に地震対策用のアクティブ制御ゲインは、通常時対策用のアクティブ制御ゲインに比べ小さいため、すなわち、モーターにより装置振動体振幅を増幅させる力が小さいため、安全である。
（２）通常時において、パッシブ状態（図５に示すステップＳ１７での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（ロ）で示すように、即座に地震対策用のパッシブ状態（図４に示すステップＳ７での処理）に切り替える。制御パスの位置が変わるだけであり、装置に与える影響はない。
（３）通常時において、ブレーキ状態（図５に示すステップＳ２１での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（ハ）で示すように、即座に地震対策用のブレーキ状態（図４に示すステップＳ１１での処理）に切り替える。制御パスの位置が変わるだけであり、装置に与える影響はない。
【００３９】
反対に、地震対策用の制御パスにあるときに、風揺れが生じても、通常、風揺れの変動は台風の通過に伴って変遷していくように気象変化に応じて長時間にわたるため、地震動が去るのを待ってから、通常時対策用の制御パスに切り替えればよい。仮に、台風時のような風が非常に強い状態で、装置が稼働し、地震動が発生した場合でも、上記（１）〜（３）の切り替えを行い、地震動停止を待ってから、通常時対策用の制御パスに戻せばよい。
【００４０】
一方、地震対策用のアクティブ状態にあるときに、図３に示すステップＳ２−１で検知される地震発生状況が『地震発生無し』、あるいは、地盤加速度が閾値Ａ以下で所定時間Ｔ３以上継続する場合、図２に矢印（二）で示すように、即座に風揺れ対策用のアクティブ状態（ステップＳ１３での処理）に切り替える。
【００４１】
そして、以上のように構成された制振装置１００の挙動をシミュレーションした結果を図６〜図１０に示す。なお、このシミュレーションの条件は、制振機構２であるＨＭＤの設置台数を２台、質量１８５トン、振動数０．１９５Ｈｚ、減衰定数５・２％、制御ストローク１７０ｃｍである。また、このシミュレーションは、図６に示す東海沖地震波（最大加速度：８．３６Ｇａｌに調整、観測地：横浜）を想定したもので、本発明の制振装置１００において、通常時の風揺れ用（通常時対策用）のモードで地震の制振を行った場合の結果が図７及び図８に、また、地震対策用のモードで地震の制振を行った場合の結果が図９及び図１０にそれぞれ示されている。すなわち、図６に示す振動を発生させた場合に、通常時の風揺れ用のモードでの制振では、図７及び図８で示すように、風揺れ用のゲインを使用しているために制振機構２における装置振動体のストロークがオーバーストロークとなり、装置が停止してしまった。一方、地震対策用のモードでの制振では、図９及び図１０に示すように、地震対策用のゲインを使用しているために制振機構２における装置振動体のストロークが限界内に収まって、ほぼオーバーストロークとならず、継続した制振効果が得られることが確認された。そして、このような地震対策用のモードでの制振が行われた結果、非制振の場合と比較して、最大絶対振動加速度応答が６３％低減されたことが確認された。
【００４２】
以上詳細に説明したように上記実施形態に示される制振装置１００では、制御モード切替手段１４により、地震動検出手段１３である地震動検出センサ４Ａの出力に対応して、通常時の風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段１３にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段１４が演算部１１・１２の切替えを行うことで、第２の演算部１２にて地震動、特に、長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物１の揺れを抑制する制振機構２をコントロールすることができる。すなわち、上記実施形態に示される制振装置１００では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部１１に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部１２に設定されており、制御モード切替手段１４により２つの演算部１１・１２のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部１１・１２での演算処理を１つのハード機器でも実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００４３】
また、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、長周期地震の状態を示す状態量に基づき、制振機構２へ能動的制御力を付与するアクティブ状態から、該制振機構２への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態へ切り替えるようにしたので（ステップＳ３〜６）、風による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために能動的な制御力付与を停止することができる。
【００４４】
また、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、長周期地震の状態を示す状態量に基づき、制振機構２にブレーキをかけるブレーキ状態に切り替えるようにしたので（ステップＳ３〜８）、アクティブ状態からパッシブ状態への切り替えと同様、風による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために制振動作にブレーキをかけることができる。
【００４５】
特に、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、建物加速度センサ４Ｂで検出される振動の一状態量を示す振動加速度に基づき、制振機構２をアクティブ状態からブレーキ状態に切り替えるようにした。すなわち、風揺れや長周期地震動などによる建物１の振動状態を直接的に示す状態量に基づき、制振機構２をアクティブ状態からブレーキ状態に切り替えるようにしたので（ステップＳ４・８）、激しい地震によって建物が急激に揺れた場合に、装置保護のためにブレーキをかける動作を即座に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施形態の制振装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図５】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図６】東海沖地震を想定した振動を示すグラフである。
【図７】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の通常時対策用モードで制振させた場合の装置設置階絶対加速度を示すグラフである。
【図８】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の通常時対策用モードで制振させた場合の装置振動体ストローク量を示すグラフである。
【図９】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の地震対策用モードで制振させた場合の装置設置階絶対加速度を示すグラフである。
【図１０】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の地震対策用モードで制振させた場合の装置振動体ストローク量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 建物
２ 制振機構
３ 制御手段
４ 状態量検出センサ
４Ａ 地震動検出センサ
４Ｂ 建物加速度センサ
４Ｃ ストローク量検出センサ
１０ 制御力演算手段
１１ 第１の演算部
１２ 第２の演算部
１３ 地震動検出手段
１４ 制御モード切替手段
１００ 制振装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風によって揺れる建物の制振とともに、長周期地震によって揺れる建物の制振を行わせることが可能な制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震によって発生する建物の振動を制振する装置としては、建物に制御力を与える制振手段と、地震情報に基づいて、必要な制御力を演算する演算手段とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、このような制振装置では、地震発生時においては、有効に作用するものの、風などの通常時に発生する外乱にまで対応することができなかった。そこで、地震に限らず、風などによる外乱も含めて建物の振動を制振する装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。これらの制振装置においては、いずれも、演算手段として、地震波などの外乱を大きさや、建物の変位などの応答量に基づいて制御力を演算するための制御ロジックを有し、該制御ロジックに基づいて、制振手段による制御力を時々刻々設定し、建物の制振を行っていた。
【特許文献１】特開２００６‐４５８８５号公報
【特許文献２】特開平９‐７８８８２号公報
【特許文献３】特開２００３‐５８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献２、３の制振装置では、例えば、地震以外の風などの外乱に対応する制御ロジックを使用して制御力を演算し、制振手段によって制振させると、地震動のような急激な外乱増大に対応することが困難であった。また、近年高層建物においては、長周期地震動が問題となっており、この長周期地震動が発生した場合には、振動が長時間継続することから、作動振幅が過大となってしまい効果を期待することができなくなってしまう問題があった。また、制御ロジック並びにハード機器を風などの外乱と、地震動と、いずれにも対応可能な構成とするのは、非常に複雑で困難であり、コストが増大してしまう問題があった。
【０００４】
本発明は、従来の有していた問題を解決しようとするものであって、低コストに抑えつつ、通常の風などの外乱による建物の制振と、地震動による建物の制振との双方を行わせることができる制振装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の課題解決手段では、建物の風揺れ、長周期地震による震動といった外乱に対応して、建物の揺れを抑制する制御力を与える制振機構と、地震動の発生を検出する地震動検出手段と、前記制振機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段とを備え、この制御手段を、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部及び長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部とを有する制御力演算手段と、前記地震動検出手段の出力に基づき地震動の発生の有無を判断して前記第１の演算部又は前記第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせる制御モード切替手段と、から構成することを特徴とする。
【０００６】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、地震動検出手段の出力に基づいて地震動の発生の有無を判断し、制御モード切替手段により、地震動検出手段の出力に対応して、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段が演算部の切替えを行うことで、第２の演算部にて長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物の揺れを抑制する制振機構をコントロールすることができる。すなわち、本発明の長周期地震対応制振装置では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部に設定されており、制御モード切替手段によりこれら２つの演算部のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部での演算処理を１つのハード機器で実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることができる。
【０００７】
また、本発明の課題解決手段では、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態と、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態とに切り替えることを特徴とする。
【０００８】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態から、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態に切り替えるようにしたので、風などの外乱による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために能動的な制御力付与を停止させることができる。
【０００９】
また、本発明の課題解決手段では、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、振動の状態を示す状態量に基づき、制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えるようにしたので、風などの外乱による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために制振動作にブレーキをかけることができる。
【００１１】
また、本発明の課題解決手段では、振動の一状態量である建物の振動加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部にて、この加速度検出手段の検出結果に基づき前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする。
【００１２】
上記のように構成された長周期地震対応制振装置では、制御力演算手段の第１の演算部及び第２の演算部にて、加速度検出手段の検出結果に基づき制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えるようにした。すなわち、振動による建物の状態を直接的に示す振動加速度に基づきブレーキ状態に切り替えるようにしたので、激しい地震等によって建物が急激に揺れた場合に、装置保護のためにブレーキをかける動作を即座に実行することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の長周期地震対応制振装置では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部に設定されており、制御モード切替手段により２つの演算部のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部での演算処理を１つのハード機器で実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は本発明に係わる長周期地震対応制振装置１００が設置された高層の建物１であり、この建物１の屋上には、アクティブ制振技術が適用されたＨＭＤ（ハイブリッドマスダンパー）が制振機構２として設けられている。この制振機構２は、振り子のように揺れる装置振動体である錘を、建物の揺れを打ち消す方向にストロークさせることにより、強風による揺れや、地震後の後揺れといった建物１に対する外乱の影響を低減させるものである。
【００１５】
この制振機構２には、前述の錘を建物の揺れを打ち消す方向にストロークさせるための制御力を与える制御盤が、制御手段３として設けられている。また、建物１の屋上と、建物１がある地表上には、振動の状態量を検出するための状態量検出センサ４がそれぞれ設けられている。この状態量検出センサ４としては、例えば、建物１若しくは制振機構２の変位を計測する変位センサ、制振機構２の装置振動体のストローク量を検出するストローク量検出センサ、地盤、建物１若しくは制振機構２の速度を検出する速度センサ、または、地盤、建物１若しくは制振機構２の加速度を検出する加速度センサなどがあり、それぞれの検出データは、制御手段３に取り込まれる。なお、本実施形態の制振装置１００では、状態量検出センサ４としては、地震による地盤の加速度を直接検知する地震動検出センサ４Ａと、建物１の加速度を検知する建物加速度センサ４Ｂと、制振機構２のストローク量を検知するストローク量検出センサ４Ｃとを備えている。また、本実施形態では、地震動検出センサ４Ａを、地震動の発生を検出するための地震動検出手段１３としている。そして、制御手段３は、この地震動検出手段１３として機能する地震動検出センサ４Ａ、並びに、他の振動の状態量を検出する建物加速度センサ４Ｂ及びストローク量検出センサ４Ｃからの検出信号に基づいて、後述する制御を実行する。
【００１６】
次に、制御手段３の具体的構成を、図２の機能ブロック図を参照して説明する。この図２に示すように、制御手段３は、制振機構２による制御力を演算する制御力演算手段１０と、地震動検出手段１３である地震動検出センサ４Ａによる検出信号から地震動発生の有無を判断し、制御力演算手段１０による制御ロジックを切替させる制御モード切替手段１４とを備える。制御力演算手段１０は、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２とから構成されている。第1の演算部１１及び第２の演算部１２は、制御手段３においてハードを構成するＣＰＵを同一のものとし、制御力を演算する実行プログラムによって区別されるものである。そして、これら演算部１１・１２では、建物１の風揺れや地震などによる振動の状態に応じて、制振機構２においてモーターにより装置振動体を押す力（Ｆ）、すなわち、制振機構２への制御力の大きさを調整するようにしている。より具体的には、第１の演算部１１は、風など通常に作用する外乱に適した数１で示される制御ロジックを有している。また、第２の演算部１２は、地震動により作用する外乱に適した数２で示される第１の演算部１１とは異なる制御ロジックを有している。なお、第1の演算部１１と第２の演算部１２とは、ハードを構成するＣＰＵをプログラム上、２つに分割することで形成しても良いし、また、異なるＣＰＵに演算部１１・１２をそれぞれ設けることで、ハード構成自体を異なるものとしても良い。
【００１７】
【数１】
【数２】
【００１８】
ここで、数１及び数２において、G1〜GNは、通常時対策用ゲイン（任意に設計する定数）であり、G´1〜G´Nは、地震対策用ゲイン（任意に設計する定数）であり、また、X1〜XNは、状態量（建物変位・速度・加速度や装置変位・速度・加速度などの値。計測によって求めたりするものであり、恣意的に決めることはできない数値）である。
【００１９】
なお、地震対策用ゲインは、通常時対策用ゲインG1〜GNのそれぞれに、対応する係数α１〜αＮを乗じたものとし、以下の数３で示される制御ロジックとしても良い。この場合、可能であれば、α１〜αＮについてすべて同一の値としても良い。
【００２０】
【数３】
【００２１】
また、地震動検出手段１３としては、上述した地震動検出センサ４Ａの他、建物加速度センサ４Ｂ、ストローク量検出センサ４Ｃ、エレベータに設置されている既設の振動センサ、緊急地震速報などの外部システムなども利用可能である。すなわち、上述した状態量検出センサ４と地震動検出手段１３とは、同じでも良いし、また、異なるものでも良く、地震動を直接的または間接的に検出可能なものであれば、いずれの状態量検出センサも地震動検出手段になり得る。
【００２２】
次に、制御手段３の制御内容を図３から図５に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１〜３：まず、図３に示すように、装置が停止状態にある初期状態を最初のステップＳ１とする。次のステップＳ２−１にて、地震動検出センサ４Ａの出力に基づき地震が発生したか否かを判断し、ＹＥＳの場合に次の図４に示すステップＳ３（地震対策用モード）に進み、ＮＯの場合に次のステップＳ２−２（通常時対策用モード）に進む。すなわち、地震動の発生していない通常時においては、ステップＳ２−２に進むことになる。ステップＳ２−２では、建物加速度センサ４Ｂの出力に基づき建物１が（風などの外乱により）揺れているか否かを判断し、ＹＥＳの場合に以降の図５に示すステップＳ１１〜１５に進み、ＮＯの場合に最初のステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２−１にて地震発生は、予め設定した閾値Ａ（例えば、２Ｇａｌ）を越える加速度が一定時間内に所定サイクルＮ（例えば、２サイクル）発生したか否かで判断するが、このような閾値を含む判断条件は、これらステップＳ２−１にて任意に設定可能とする。同様にステップＳ２−２にて、風などの外乱発生は、建物の加速度が設定値を超えるかどうかで判断する。
【００２３】
次に、ステップＳ３以降地震が発生している場合、並びに、ステップＳ２−２以降、通常時において地震が発生していないものの風などの外乱が発生している場合について、図４及び図５を参照して、ステップ毎に説明する。
まず、ステップＳ３以降地震が発生している場合について、図４を参照して説明する。
ステップＳ３：地震が発生しているとして、制振機構２を「アクティブ状態」にして制振を行う。具体的には、制振機構２にある装置振動体の動きを増幅し、建物揺れを低減する効果を増大させることを目的として、制振機構２においてモーターにより装置振動体を押す力（制御力）（Ｆ）を、上述した数２の計算式に基づき、時々刻々算出する。
なお、地震対策用ゲイン設計は、設計用地震動に対して通常の風揺れのゲインを適用したシミュレーションにより、装置振動体ストロークが限界値を超えることが判明した場合には、ゲインＧ´１〜Ｇ´Ｎを計算しなおし（より小さな値とし、モーターで装置振動体を押す力を小さくする）、再度シミュレーションにより確認する、という作業を繰り返す。これにより地震対策用ゲインを最適な値とする。
【００２４】
ステップＳ４：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１（例えば、２０Ｇａｌ）を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合に、建物１に（長周期地震ではない）急激な揺れが生じたとして、ステップＳ１１に進んでブレーキ状態に移行して、直に制振機構２にブレーキを掛け、装置を保護する。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ５に移行する。
【００２５】
ステップＳ５：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第２の基準値Ｂ２（例えば、１Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ１（例えば、１分間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、図３に示すステップＳ１に戻って装置を停止させる。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ６に移行する。
【００２６】
ステップＳ６：ストローク量検出センサ４Ｃの出力に基づき、制振機構２のストローク量を検出し、この制振機構２のストローク量が予め設定した第１の境界値Ｃ１（例えば、８０ｃｍ）を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、アクティブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、ステップＳ７の「パッシブ状態」に移行する。
【００２７】
ステップＳ７：地震の振動増大により、制振機構２における装置振動体のストロークが限界に来ているとして、制振機構２への能動的な制御力付与を停止する「パッシブ状態」とする。すなわち、パッシブ状態とすることで、制振機構２の装置振動体では、モータによる振動増幅が行われず、自身が有する振動特性に応じて振動することとなる。このため、制御力の入力によって装置振動体のストロークが過大となることを防止することができる。
【００２８】
ステップＳ８：ステップＳ４同様に、建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１（例えば、２０Ｇａｌ）を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ１１に進んでブレーキ状態に移行し、また、ＮＯの場合には、次のステップＳ９に移行する。
【００２９】
ステップＳ９：建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第３の基準値Ｂ３（例えば、６Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ２（例えば、２５秒間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ３の「アクティブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１０に移行する。
【００３０】
ステップＳ１０：ストローク量検出センサ４Ｃの出力に基づき、制振機構２のストローク量を検出し、この制振機構２のストローク量が予め設定した第２の境界値Ｃ２（例えば、９０ｃｍ）を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、パッシブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、次のステップＳ１１の「ブレーキ状態」に移行する。
【００３１】
ステップＳ１１：地震のさらなる振動増大により、制振機構２における装置振動体のストロークが限界を越えて装置構造体に衝突する危険性があるとして、制振機構２にブレーキを掛ける「ブレーキ状態」に移行する。
【００３２】
ステップＳ１２：次に、建物加速度センサ４Ｂからの出力に基づき、建物加速度が第４の基準値Ｂ４（例えば、２０Ｇａｌ）以下である状態が所定時間Ｔ３（例えば、２５秒間）以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ７の「パッシブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、「ブレーキ状態」が継続されることになる。
【００３３】
なお、上述した地震対応のステップＳ３〜１２では、長周期地震ではない通常の地震が発生した場合にもステップＳ２−１での判断の後、ステップＳ３以下の処理が実行される。しかし、長周期地震ではない近距離での地震で、比較的大きな揺れの場合には、ステップＳ４での判断(ステップＳ４でのＹＥＳの判断)にて、制振機構２に直ちにブレーキが掛かりその制振動作が停止される。これに対して長周期地震では、ゆっくりとした揺れであるために、ステップＳ４でＹＥＳの判断がされず、ステップＳ４〜６をループし、かつ制振機構２のストローク量が予め設定した第１の境界値Ｃ１を越えない範囲内にて、制振機構２のアクティブ制御を行う。
【００３４】
また、上述したステップＳ３〜１２は、地震発生に対応した処理であるが、通常時における風などの外乱に対応したステップＳ１３〜２２の処理についても処理内容が類似するので以下、相違点についてのみ説明する。まず、アクティブ状態（ステップＳ１３）において、建物１のアクティブ制御用ゲインの設定方法については、上述した数式１に基づき、通常時対策用ゲイン（G1〜GN）を計算し、設計風外乱に対して、建物揺れが所定レベルに低減しているかをシミュレーションにより確認し、低減効果小さい場合は、通常時対策用ゲイン（G1〜GN）を計算しなおし（より大きな値とし、モーターで装置振動体を押す力を大きくする）、再度シミュレーションにより確認する、という作業を繰り返す。
【００３５】
次に、ステップＳ１４で、ステップＳ４と同様に建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２１に進んでブレーキ状態に移行する。これにより、上述した長周期地震ではない地震で、比較的大きな揺れの場合には、風揺れ対応のステップＳ１３からＳ２２でも、制御手段３は、制振機構２に直ぐにブレーキをかけて、制振動作を停止させる。また、ＮＯの場合には、次のステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、建物加速度が第２の基準値Ｂ５以下である状態が所定時間Ｔ４以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、図３に示すステップＳ１に戻って装置を停止させる。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、制振機構２のストローク量が予め設定した第３の境界値Ｃ３を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、アクティブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、ステップＳ１７の「パッシブ状態」に移行する。なお、「パッシブ状態」における動作は、地震が発生している場合と同様である。
【００３６】
次に、ステップ１８で、ステップＳ４と同様に建物１の加速度が予め設定された第１の基準値Ｂ１を越えたか否かを判断し、ＹＥＳの場合には、ステップＳ２１に進んでブレーキ状態に移行する。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、建物加速度が予め設定された第６の基準値Ｂ６以下である状態が所定時間Ｔ５以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ１７の「アクティブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、次のステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、制振機構２のストローク量が予め設定した第４の境界値Ｃ４を越えたか否かを判断し、ＮＯの場合には、パッシブ状態を継続する。一方、ＹＥＳの場合には、次のステップＳ２１の「ブレーキ状態」に移行する。なお、「ブレーキ状態」における動作は、地震が発生している場合と同様である。次に、ステップＳ２２で、建物加速度が第７の基準値Ｂ７以下である状態が所定時間Ｔ６以上続いたか否かを判定し、ＹＥＳの場合に、ステップＳ１７の「パッシブ状態」に戻る。一方、ＮＯの場合には、「ブレーキ状態」が継続されることになる。
【００３７】
なお、アクティブ状態では、地震対策用モードがステップＳ４〜Ｓ６で、通常時対策用モードがステップＳ１４〜Ｓ１６で、また、パッシブ状態では、地震対策用モードがステップＳ８〜Ｓ１０で、通常時対策用モードがステップＳ１８〜Ｓ２０で、さらに、ブレーキ状態では、地震対策用モードがステップＳ１２で、通常時対策用モードがステップＳ２２で、それぞれ同様の処理を行っているが、互いに異なる処理を行うようにしても良い。また、各処理において設定される判断基準は、適宜、設定変更可能である。
【００３８】
ここで、通常時対策用モードで運用しているときに、地震動が来た場合の制御手段３の運用について説明する。通常時対策用の制御パスも、地震対策用の制御パスも、パッシブ状態においては、ともに制振機構２においてモーターにより装置振動体の振幅を増幅させる動作は行わない。すなわち、装置自身が有している振動特性のまま揺れる。
このような理由により、
（１）通常時において、アクティブ状態（図５に示すステップＳ１３での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（イ）で示すように、即座に地震対策用のアクティブ状態（図４に示すステップＳ３での処理）に切り替える。一般的に地震対策用のアクティブ制御ゲインは、通常時対策用のアクティブ制御ゲインに比べ小さいため、すなわち、モーターにより装置振動体振幅を増幅させる力が小さいため、安全である。
（２）通常時において、パッシブ状態（図５に示すステップＳ１７での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（ロ）で示すように、即座に地震対策用のパッシブ状態（図４に示すステップＳ７での処理）に切り替える。制御パスの位置が変わるだけであり、装置に与える影響はない。
（３）通常時において、ブレーキ状態（図５に示すステップＳ２１での処理）にあるときに、地震動発生が検知された場合、図２に矢印（ハ）で示すように、即座に地震対策用のブレーキ状態（図４に示すステップＳ１１での処理）に切り替える。制御パスの位置が変わるだけであり、装置に与える影響はない。
【００３９】
反対に、地震対策用の制御パスにあるときに、風揺れが生じても、通常、風揺れの変動は台風の通過に伴って変遷していくように気象変化に応じて長時間にわたるため、地震動が去るのを待ってから、通常時対策用の制御パスに切り替えればよい。仮に、台風時のような風が非常に強い状態で、装置が稼働し、地震動が発生した場合でも、上記（１）〜（３）の切り替えを行い、地震動停止を待ってから、通常時対策用の制御パスに戻せばよい。
【００４０】
一方、地震対策用のアクティブ状態にあるときに、図３に示すステップＳ２−１で検知される地震発生状況が『地震発生無し』、あるいは、地盤加速度が閾値Ａ以下で所定時間Ｔ３以上継続する場合、図２に矢印（二）で示すように、即座に風揺れ対策用のアクティブ状態（ステップＳ１３での処理）に切り替える。
【００４１】
そして、以上のように構成された制振装置１００の挙動をシミュレーションした結果を図６〜図１０に示す。なお、このシミュレーションの条件は、制振機構２であるＨＭＤの設置台数を２台、質量１８５トン、振動数０．１９５Ｈｚ、減衰定数５・２％、制御ストローク１７０ｃｍである。また、このシミュレーションは、図６に示す東海沖地震波（最大加速度：８．３６Ｇａｌに調整、観測地：横浜）を想定したもので、本発明の制振装置１００において、通常時の風揺れ用（通常時対策用）のモードで地震の制振を行った場合の結果が図７及び図８に、また、地震対策用のモードで地震の制振を行った場合の結果が図９及び図１０にそれぞれ示されている。すなわち、図６に示す振動を発生させた場合に、通常時の風揺れ用のモードでの制振では、図７及び図８で示すように、風揺れ用のゲインを使用しているために制振機構２における装置振動体のストロークがオーバーストロークとなり、装置が停止してしまった。一方、地震対策用のモードでの制振では、図９及び図１０に示すように、地震対策用のゲインを使用しているために制振機構２における装置振動体のストロークが限界内に収まって、ほぼオーバーストロークとならず、継続した制振効果が得られることが確認された。そして、このような地震対策用のモードでの制振が行われた結果、非制振の場合と比較して、最大絶対振動加速度応答が６３％低減されたことが確認された。
【００４２】
以上詳細に説明したように上記実施形態に示される制振装置１００では、制御モード切替手段１４により、地震動検出手段１３である地震動検出センサ４Ａの出力に対応して、通常時の風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部１１と、長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部１２のいずれかに制御力の演算を行わせるようにしている。これによって、地震動検出手段１３にて地震動が検出された場合には、直ちに、制御モード切替手段１４が演算部１１・１２の切替えを行うことで、第２の演算部１２にて地震動、特に、長周期地震動に対応した制御力を演算し、この制御力に応じて、建物１の揺れを抑制する制振機構２をコントロールすることができる。すなわち、上記実施形態に示される制振装置１００では、風揺れに対応した制御ロジックが第１の演算部１１に設定され、かつ長周期地震動に対応した制御ロジックが第２の演算部１２に設定されており、制御モード切替手段１４により２つの演算部１１・１２のいずれかを選択することで、制御ロジックを、風などの外乱と地震動のいずれにも対応させることができ、更にこのような演算部１１・１２での演算処理を１つのハード機器でも実行可能であるので、ハード面での構造簡素化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００４３】
また、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、長周期地震の状態を示す状態量に基づき、制振機構２へ能動的制御力を付与するアクティブ状態から、該制振機構２への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態へ切り替えるようにしたので（ステップＳ３〜６）、風による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために能動的な制御力付与を停止することができる。
【００４４】
また、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、長周期地震の状態を示す状態量に基づき、制振機構２にブレーキをかけるブレーキ状態に切り替えるようにしたので（ステップＳ３〜８）、アクティブ状態からパッシブ状態への切り替えと同様、風による揺れ、又は長周期地震による揺れが限度を越えた場合に、装置保護のために制振動作にブレーキをかけることができる。
【００４５】
特に、上記制振装置１００では、制御力演算手段１０の各演算部１１・１２にて、建物加速度センサ４Ｂで検出される振動の一状態量を示す振動加速度に基づき、制振機構２をアクティブ状態からブレーキ状態に切り替えるようにした。すなわち、風揺れや長周期地震動などによる建物１の振動状態を直接的に示す状態量に基づき、制振機構２をアクティブ状態からブレーキ状態に切り替えるようにしたので（ステップＳ４・８）、激しい地震によって建物が急激に揺れた場合に、装置保護のためにブレーキをかける動作を即座に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施形態の制振装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図４】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図５】本発明に係る実施形態の制振装置において、制御手段による制御内容を示すフロー図である。
【図６】東海沖地震を想定した振動を示すグラフである。
【図７】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の通常時対策用モードで制振させた場合の装置設置階絶対加速度を示すグラフである。
【図８】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の通常時対策用モードで制振させた場合の装置振動体ストローク量を示すグラフである。
【図９】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の地震対策用モードで制振させた場合の装置設置階絶対加速度を示すグラフである。
【図１０】東海沖地震想定時において、本発明に係る実施形態の制振装置の地震対策用モードで制振させた場合の装置振動体ストローク量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 建物
２ 制振機構
３ 制御手段
４ 状態量検出センサ
４Ａ 地震動検出センサ
４Ｂ 建物加速度センサ
４Ｃ ストローク量検出センサ
１０ 制御力演算手段
１１ 第１の演算部
１２ 第２の演算部
１３ 地震動検出手段
１４ 制御モード切替手段
１００ 制振装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の風揺れ、長周期地震による震動といった外乱に対応して、建物の揺れを抑制する制御力を与える制振機構と、
地震動の発生を検出する地震動検出手段と、
前記制振機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、を備え、
この制御手段は、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部、及び長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部とを有する制御力演算手段と、
前記地震動検出手段の出力に基づいて地震動の発生の有無を判断し、前記第１の演算部又は前記第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせる制御モード切替手段と、を具備することを特徴とする長周期地震対応制振装置。
【請求項２】
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態と、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態とに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の長周期地震対応制振装置。
【請求項３】
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の長周期地震対応制振装置。
【請求項４】
振動の一状態量である建物の振動加速度を検出する加速度検出手段を備え、
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、この加速度検出手段の検出結果に基づき、前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の長周期地震対応制振装置。
【請求項１】
建物の風揺れ、長周期地震による震動といった外乱に対応して、建物の揺れを抑制する制御力を与える制振機構と、
地震動の発生を検出する地震動検出手段と、
前記制振機構を駆動するための制御信号を出力する制御手段と、を備え、
この制御手段は、風揺れに対応した制御力を演算する第１の演算部、及び長周期地震動に対応した制御力を演算する第２の演算部とを有する制御力演算手段と、
前記地震動検出手段の出力に基づいて地震動の発生の有無を判断し、前記第１の演算部又は前記第２の演算部のいずれかに制御力の演算を行わせる制御モード切替手段と、を具備することを特徴とする長周期地震対応制振装置。
【請求項２】
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構への制御力の大きさを調整するアクティブ状態と、該制振機構への能動的な制御力付与を停止するパッシブ状態とに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の長周期地震対応制振装置。
【請求項３】
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、振動の状態を示す状態量に基づき、前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の長周期地震対応制振装置。
【請求項４】
振動の一状態量である建物の振動加速度を検出する加速度検出手段を備え、
前記制御力演算手段の前記第１の演算部及び前記第２の演算部では、この加速度検出手段の検出結果に基づき、前記制振機構にブレーキをかけて制振動作を強制的に停止させるブレーキ状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の長周期地震対応制振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１５５８９９（Ｐ２００９−１５５８９９Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５１０６（Ｐ２００７−３３５１０６）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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