建築物の制振構造

【目的】小地震時の居住性を改善し、大地震時の免震効果を向上し、免震層上部の変位を抑制する建築物の制振構造を提供する。
【構成】建築物１を地盤に免震装置２を介して支持するとともに、同建築物の揺れを感知するセンサ６の感知信号を受けたコンピューター制御装置７によって制御されるアクティブ制振装置を免震層上部に設けた。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は風、地震によって生じる建築物の揺れを抑えるための制振構造に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】風や地震によって建築物に生じる揺れを抑え、大地震時にも安全性を確保するために、耐震、耐風設計が行われている。また地震時の揺れや崩壊を必ず避けなければならない、原子力発電設備、病院、コンピュータセンター等の建築物では、図９に示すように鉛入り積層ゴムａ等の如き免震装置によって建築物ｂを支持する免震構造が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の耐震、耐風設計では、小地震等の如き小規模の外力に対しては弾性挙動を示し、且つ減衰性能も大きくないので、入力に対する応答の比が大きく、また減衰性能も大きくないので応答が大きく、かつ振動も長期間継続する。更に地震応答が大きいため、各部材に生じる応力も大きく、それに耐えうる部材断面にする必要があり、部材寸法が大きくなってしまう。
【０００４】従来の免震構造は例えば積層ゴムの如く、上下方向には剛く、水平方向には柔かい部材によって建築物を支持し、振動は減衰装置で吸収する構造が一般的である。しかしながら対象とする外力は大地震が殆んどであり、小地震に対しては剛性が高く、減衰が少ないので、揺れを抑制し難く、免震効果がなく居住性は従来の耐震構造と変らない。（図１０（イ）（ロ）参照）
本発明は前記従来技術の有する問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とする処は、小地震時の居住性を改善し、大地震時の免震効果を向上し、免震層上部建物の変位の抑制が図られる構造の簡単な建築物の制振構造を提供する点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するため、本発明に係る建築物の制振構造は建築物を地盤に免震装置を介して支持するとともに、同建築物の免震層上部に、同建築物の揺れを感知するセンサーの感知信号によって動作するアクティブ制振装置を設けて構成されている。
【０００６】請求項２の発明においては、建築物と地盤との間に介装された前記免震構造が、初期剛性の低い小地震用免震部材と初期剛性の高い大地震用免震部材とより構成されている。
【０００７】
【作用】本発明によれば前記したように、建築物を地盤に免震装置を介して支持したことによって、免震層上部建物の固有周期は長くなり、地盤の卓越周期と離れ、共振を生じ難く、地震エネルギーの建築物への入力が小さくなる。このように建築物に対する地震エネルギーの入力が小さくなり、同建築物の固有周期が長くなって、高層建築物並みとなることにより、免震層上部に設けられ、且つ建築物の揺れを感知するセンサーの感知信号によって作動するアクティブ制振装置による制御が容易になり、大地震時における免震建築物特有の大変位を前記アクティブ制振装置によって免震効果を損なわずに抑制できる。
【０００８】更に免震建築物の振動性状は一次モードが卓越するので、制御機構を単純にして制御できる。請求項２の発明は、前記建築物と地盤との間に介装される免震装置を初期剛性の低い小地震用免震部材と、初期剛性の高い大地震用免震部材とより構成したことによって、小地震時には初期剛性の低い小地震用免震部材のみが変形し、大地震時には初期剛性の高い大地震用免震部材の変形が支配的となり、小さい力でアクティブ制振装置による制御が可能となる。
【０００９】
【実施例】以下本発明を図示の実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施例を示し、１は本発明の制振構造の対象となる建築物で、同建築物１が地盤との間に介装された複合型免震装置２を介して支持されている。
【００１０】同複合型免震装置２は初期剛性の低い小地震用免震装置３と初期剛性の高い大地震用免震装置４とより構成されている。而して前記小地震用免震装置３は上下の取付プレート３ａ、３ａと、同各プレートに挟着されたゴム３ｂと、内部鋼板３ｃとよりなる積層ゴムとによって構成され、（図５参照）大地震用免震装置４は上下の取付プレート４ａ、４ａの中心部間に配設された垂直の鉛プラグ４ｂと、前記各取付プレート４ａと、同プレート４ａより突設されただぼピン４ｃによって固定された上下各内部プレート４ｄとの間に、配設されたゴム４ｅと内部鋼板４ｆとよりなる積層ゴムとによって構成されている。（図４参照）
なお前記複合型免震装置２の例が、本発明者等の提案に係る特開平５−１８４３９号公報に詳述されている。
【００１１】図６（イ）（ロ）は夫々前記複合型免震装置の地震時の応答を示すもので、小地震時には小地震用免震装置３のみが弾性変形し、（図７（イ）参照）、大地震時には大地震用免震装置４の変形が支配的となり、弾塑性変形となる。（図７（ロ）参照）
前記複合型免震装置で支持された建築物１は、前記したように小地震用免震装置３のみが変形するが、同小地震用免震装置３は鉛が入っていないので剛性が低く、周期が長いので、免震効果はあるが水平変形があり、減衰が小さいので地震時等における揺れが小さく居住性に難がある。
【００１２】そのため建築物１の上部にアクティブ制振装置を配設する。５は同アクティブ制振装置における建築物１の重量の数％に相当する制振装置のマスで、小地震時に揺れのおさまりにくい建築物１の揺れをセンサ６で感知し、同センサ６の感知信号を入力したコンピュータ制御装置７の指令を受けた駆動装置８によって前記マス５を駆動することによって、建築物１の揺れを抑えるように制御する。図中９は復元用ばね、１０は減衰装置、１１は風速、風向計である。
【００１３】この際建築物１は免震構造であるので、同建築物１に入力する加速度を低減していることにより、アクティブ制振装置の制御に要する駆動エネルギーは免震構造を併設していない場合に比して小さな値でおさまる。このことは各種構造の地震応答の特徴を示す図８（イ）（ロ）に示す模式図に明示されている。また大地震時になっても、前記アクティブ制振装置部の能力以内で制振効果を発揮することが可能である。
【００１４】一方、前記アクティブ制振装置が何等かの異常で作動しない場合においても、建築物は免震装置で支持されているので、大地震時の安全性も十分に確保できる。図２は本発明の第２の実施例を示し、複合型免震装置の設置位置を替えた例で、小地震用免震装置４が地下構造物１′と地盤との間に介装され、大地震用免震装置３が地下構造物１′と上部の建築物との間に介装され、地下構造物１′上にアクティブ制振装置が配設され、第１実施例の場合よりも積極的に地震のエネルギーをアクティブ制振装置で吸収しようとするものである。
【００１５】図中１″は地下室、機械室、その他前記実施例と均等部分には同一符号が付されている。
【００１６】
【発明の効果】本発明は前記したように、地盤に免震装置を介して支持した免震建築物における免震層の上部にアクティブ制振装置を設け、同アクティブ制振装置を前記免震建築物の揺れを感知するセンサーの感知信号によって動作するようにしたもので、本発明はこのように小地震時にも効果を発揮する免震構造を利用し、同免震構造に前記アクティブ制振装置を併設したことによって小地震時の居住性を改善しうるものである。
【００１７】また大地震時の免震層上部構造の大変形を、前記アクティブ制振装置によって免震効果を損なわずに低減することができるとともに、外部空間スペースを削減しうるものである。更にまた本発明によれば、アクティブ制振装置の駆動力が免震構造に併設していない場合に比して小さな値でおさまる。
【００１８】請求項２の発明は、前記免震装置を初期剛性の低い小地震用免震部材と、初期剛性の高い大地震用免震部材とより構成したことによって、少ない力で制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建築物の制振構造の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る建築物の制振構造の第２実施例を示す縦断面図である。
【図３】複合型免震装置を具えた免震建築物の縦断面図である。
【図４】前記複合型免震装置における大地震用免震装置の右半部縦断側面図である。
【図５】前記複合型免震装置における小地震用免震装置の右半部縦断側面図である。
【図６】（イ）及び（ロ）は夫々小地震用免震装置及び大地震用免震装置の復元特性を示す図である。
【図７】（イ）及び（ロ）は図３に示す建築物の小地震時の応答及び大地震時の応答を示す図でる。
【図８】（イ）（ロ）は各種構造の地震応答の特徴を示す模式図である。
【図９】従来の免震構造を示す縦断面図である。
【図１０】（イ）及び（ロ）は夫々小振幅時及び大振幅時における鉛入り積層ゴムの復元力特性図である。
【符号の説明】
１建築物
１′ 地下階
１″ 地下室、機械室
２複合型免震装置
３小地震用免震装置
３ａ取付プレート
３ｂゴム
３ｃ内部鋼板
４大地震用免震装置
４ａ取付プレート
４ｂ鉛プラグ
４ｃだぼピン
４ｄ内部プレート
４ｅゴム
４ｆ内部鋼板
５制振装置のマス
６センサ
７コンピューター制御装置
８駆動装置
９ばね
１０減衰装置
１１風速、風向計

【特許請求の範囲】
【請求項１】建築物を地盤に免震装置を介して支持するとともに、同建築物の免震層上部に、同建築物の揺れを感知するセンサーの感知信号によって動作するアクティブ制振装置を設けたことを特徴とする建築物の制振構造。
【請求項２】前記免震装置は、初期剛性の低い小地震用免震部材と初期剛性の高い大地震用免震部材とより構成された請求項１記載の建築物の制振構造。

【図１】