長周期地震動対応システム、及び免震構造物
【課題】免震構造物に長周期の卓越周期が入力された場合の被害の抑制を図ることができる長周期地震動対応システム、及び免震構造物を提供することを目的とする。
【解決手段】地震計９で計測された地震動に基づいて、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析し、解析した予測卓越周期が免震状態での免震構造物に共振を生じさせる共振範囲に属する場合には、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【解決手段】地震計９で計測された地震動に基づいて、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析し、解析した予測卓越周期が免震状態での免震構造物に共振を生じさせる共振範囲に属する場合には、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震装置を備えた免震構造物に地震動が伝わった際の共振を防止する長周期地震動対応システム、及び免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震の原理は、建物の振動系を長周期化することで、地震動が入力された際の応答を下げるものであり、従来から様々な免震構造や免震システムが知られている。例えば、環境振動に対しては免震効果を発揮させずに高い剛性によって上部構造体の揺れを防止し、地震時にのみ免震効果を発揮させる免震システム（特許文献１参照）や、リアルタイムの地震情報を受け付け、かかる地震情報に基づいて最適な減衰性を確保するような制御を行う免震システム（特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
上述の様な免震システムは、基本的に、実際に襲来する地震動の卓越周期が、免震建物の振動系の固有周期よりも短いことを前提にしている。しかしながら、近年の研究により、免震建物の振動系の固有周期と同程度の長周期の地震動の存在が知られるようになってきた。長周期の地震動が免震建物（免震構造物）に入力された場合、今度は、免震建物の振動系の固有周期と共振して建物に被害を与える虞がある。そこで、例えば、特許文献３に記載の様に、長周期の地震動にも対応して共振の発生を抑制できる免震システムが提案されている。
【０００４】
特許文献３に記載の免震システムは、積層ゴムなどからなる免震装置を備えている。この免震装置は、建物に固定されている滑り板に連結されており、通常時には免震装置が作動して建物を保護する。一方で長周期の地震動が検出されると、滑り板と免震装置との間の連結が解除され、免震装置に対する滑り板の水平方向への移動が許容されるようになって免震装置による支持が免震支承から滑り支承に変更される。その結果、建物の固有周期が更に長周期化して地震動の長周期からずれ、共振を防止できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９７８２０号公報
【特許文献２】特開２００６−４５８８５号公報
【特許文献３】特開２０００−２７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載の従来の免震システムでは、免震支承を滑り支承にする構成であるため、上部構造体の変位の増大や剛性耐力の低下という問題が新たに浮上して現実的ではなく、特に、免震支承から滑り支承への切り替えの困難性も想定できるため、長周期の卓越周期が入力された場合の共振の発生を抑えることは困難であり、被害を抑止することは困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、免震構造物に長周期の卓越周期が入力された場合の被害の抑制を図ることができる長周期地震動対応システム、及び免震構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、免震装置を有する免震構造物における長周期の地震動に対応する為の長周期地震動対応システムであって、広範囲にわたって設置され、且つ地震動を常時計測する複数の地震動計測手段と、地震動計測手段によって計測された地震動に基づいて、免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析する演算手段と、演算手段によって解析された地震動の予測卓越周期が、免震装置による免震状態での免震構造物の固有周期を含む所定の周期範囲に属する場合に、作動制限信号を発信する信号発信手段と、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する免震制限手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
卓越周期とは、地震動を構成する波の成分のうち、加速度、速度または変位の振幅が最も大きな波の周期である。本発明では、免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を指標としており、その予測卓越周期が免震構造物の共振を引き起こす程度の長周期の場合には、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００１０】
さらに、演算手段は、地震動の予測卓越周期に加えて、免震構造物への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、信号発信手段は、地震動の予測卓越周期が所定の周期範囲に属し、且つ、演算手段によって解析された地震動の予測強さレベルが所定の数値以上の場合に、作動制限信号を発信すると好適である。地震動の予測強さレベルが所定の数値未満の場合には免震装置の作動を維持するようになるので、地震の規模に応じた柔軟な対応が可能になる。
【００１１】
さらに、免震制限手段は、免震装置の作動をロックするロック装置であると好適である。ロック装置で免震装置の作動をロックすることで、確実に免震装置の作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１２】
さらに、免震装置は、粘性ダンパを有し、免震制限手段は、粘性ダンパの減衰力を変更可能な減衰可変装置であり、減衰可変装置は、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、粘性ダンパの減衰力を平常時減衰から平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更すると好適である。粘性ダンパの減衰力を平常時減衰から過減衰状態まで変更することで、確実に粘性ダンパの作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１３】
さらに、免震制限手段は、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、免震装置の剛性を変化させる剛性可変装置であると好適である。剛性可変装置によって、免震装置の剛性を高めることによって、確実に免震装置の作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１４】
また、本発明は、免震装置を有する免震構造物において、上記の各長周期地震動対応システムによって長周期地震時に免震装置の作動を制限されることを特徴とする。本発明によれば、免震構造物への影響が最も大きいことが懸念される卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレ、共振の発生を抑止することができる。
【００１５】
さらに、免震構造物は、基礎となる下部構造体と、下部構造体上に建設された上部構造体と、からなり、上部構造体には、振動減衰用の制振装置が設置されていると好適である。地震動の卓越周期が入力された場合の被害を、制振装置の設置によって、より効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、免震構造物に長周期の卓越周期が入力された場合の共振の発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る作動制限装置を示す説明図である。
【図３】免震装置を構成する粘性ダンパの一例として、オイルダンパを模式的に例示する図である。
【図４】長周期地震動対応システムの動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａは、長周期地震動が免震構造物３に入力されても、長周期地震動による共振の発生を防止して被害を抑止するシステムである。図１及び図２に示されるように、長周期地震動対応システム１Ａは、免震構造物３の建設地ＡＲを含む広域の地震計ネットワーク５と、地震動予測コンピュータ７と、を備えている。地震計ネットワーク５は、衛星通信やインターネット通信回線などの有線または無線の通信網１１を介して複数の地震計９に接続され、さらに、複数の地震計９は、通信網１１を介して地震動予測コンピュータ７に接続されている。
【００１９】
地震計（地震動計測手段）９は、機械式または電気式の計測機器であり、地震動の特性を把握するための情報、例えば、地震動の加速度、速度、または変位を測定するために、加速度計、速度計及び変位計の少なくとも一つを備えている。複数の地震計９は、日本全国の各地に配置されており、地震動の特性を把握するための情報を常時計測し、計測したデータを経時的なデータとして地震動予測コンピュータ７に送信する。
【００２０】
なお、免震構造物３の建設地ＡＲが決まると、長周期の地震動を発生させる地震の震源が予想（特定）できる。例えば、建設地ＡＲが関東平野であれば、被害を及ぼす長周期の地震動を発生させるのは東海地震または関東地震であることが研究結果から判明している。同様に、建設地ＡＲが大阪平野であれば南海地震であり、建設地ＡＲが濃尾平野であれば東南海地震などであることが判明している。従って、複数の地震計９は、免震構造物３の建設地ＡＲから特定される震源の周辺に配置されることが望ましい。複数の地震計９を、免震構造物３の建設地ＡＲから特定される震源の周辺に配置することで、フィルターのかかっていない生の状態、すなわち、地盤の影響をあまり受けていない状態での地震動を観測でき、後述の卓越周期や地震動の強さレベルの精度の高い予測（建設地ＡＲに到達した際の地震動の特性の予測）ができる。
【００２１】
地震動予測コンピュータ７には、複数の地震計９及び一または複数の免震構造物３が通信網１１を介して通信可能に接続されている。地震動予測コンピュータ７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどが実装された制御基板を備えており、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された地震動波形解析プログラムなどの所定のプログラムに従って作動し、図２に示されるように、測定データ受付部７１、演算部７３、ＤＢ部７４及び信号発信部７５として機能する。
【００２２】
測定データ受付部７１は、各地震計９から送信されたデータ、すなわち、地震動の特性情報に関するデータ、例えば、加速度時刻歴データ、速度時刻歴データまたは変位時刻歴データを受け付ける。
【００２３】
演算部（演算手段）７３は、測定データ受付部７１で受け付けられた地震動の時刻歴データをフーリエ解析し、免震構造物３の建設地ＡＲである特定のサイトに入力される地震動の特性、特に、卓越周期及び地震動の強さレベルを予測する。具体的には、演算部７３は、震源から建設地ＡＲの直下の地盤まで伝播する間の増幅特性及び地盤の増幅特性（地盤増幅率）の影響を加味して地震動を解析し、建設地ＡＲでの免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期および予測強さレベルを演算して求める。なお、卓越周期とは、地震動を構成する波の成分のうち、加速度、速度または変位の振幅が最も大きな波、すなわち、免震構造物３への影響が懸念される波の周期である。
【００２４】
ＤＢ部７４は、演算部７３で予測卓越周期及び予測強さレベルを求めるために用いられる各種データを格納する。具体的には、複数の免震構造物３および各免震構造物３の建設地ＡＲに対して、震源から建設地ＡＲの直下の地盤まで伝播する間の増幅特性や地盤の増幅特性（地盤増幅率）を対応付けたデータベースなどを格納している。
【００２５】
信号発信部（信号発信手段）７５は、演算部７３によって解析された予測卓越周期が、免震装置１６が作動している状態（以下、「免震状態」という）での免震構造物３に共振を生じさせ得る所定の周期範囲（以下、「共振範囲」という）に属するか否かを判定する。共振範囲は、免震状態での免震構造物３の固有周期を含み、この固有周期に近似する一定の範囲を意図する。さらに、信号発信部７５は、演算部７３によって解析された地震動の予測強さレベルが、予め設定された所定の数値（以下、「強さ閾値」という）を超えているか否かを判定する。さらに、信号発信部７５は、予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値を超えていると判定する場合には、免震作動制限装置１７に作動制限信号を送信する。一方で、信号発信部７５は、演算部７３で解析された予測卓越周期が共振範囲から外れるか、または、地震動の予測強さレベルが強さ閾値未満と判定する場合には、作動制限信号に代えて作動信号を免震作動制限装置１７に送信する。
【００２６】
免震構造物３は、用途を集合住宅とする、ＲＣ造の建物であり、例えば、首都圏に建てられた超高層マンションなどである。この種のマンションでＲＣ造を選択するのは、日常の風振動での揺れを防止する高い効果を期待できるからである。免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２は、多層階からなり、各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されており、下部構造体３１と上部構造体３２との間には、免震装置１６が設置されている。
【００２７】
制振装置１３は、ブレースとダンパからなる。ブレースは、逆Ｖ字状に配置され、上層の梁の中央部との接合部にダンパが介装されており、免震層の作動制限に伴い上部構造体３２に地震力が作用し層間変形が生じた場合にはダンパによって地震エネルギーを吸収し得るように構成されている。なお、ダンパにはオイル等の粘性体を利用した粘性ダンパ、高減衰ゴム等の粘弾性体を利用した粘弾性ダンパ、摩擦力を利用した摩擦ダンパ、低降伏点鋼等を利用した履歴ダンパなどを適用することができる。また、ブレースの一部を低降伏点鋼で構成したりブレース自体をアンボンドブレース（座屈拘束ブレース）としたりして地震エネルギーを吸収するようにしたものでもよい。
【００２８】
図３に示されるように、下部構造体３１には、粘性ダンパの一つであるオイルダンパ１５と積層ゴム（不図示）とからなる免震装置１６が設置されている。オイルダンパ１５は、例えば、水平方向に横たえて配置されており、ピストンロッド１５ａは上部構造体３２に固定された支持部材に取り付けられ、シリンダ１５ｂは下部構造体３１に固定された支持部材に取り付けられている。シリンダ１５ｂは、ピストンを挟んで二つの室に区分され、各室に設けられたポートは、作動油が流動する管路（以下、「作動油流動ライン」という）１５ｃで接続されている。作動油流動ライン１５ｃ上には、開閉バルブ１５ｄが設けられており、通常時には、作動油流動ライン１５ｃは開放されている。通常時とは、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から作動信号を受け付けている状態であり、通常時には、作動油は作動油流動ライン１５ｃ上を移動し、その結果、オイルダンパは、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００２９】
上部構造体３２には、免震作動制限装置（免震制限手段）１７が設置されている。例えば、ＲＣ造の超高層マンションは耐震構造で1次固有周期が約2秒程度、免震装置１６を作動させた状態（免震）で５〜６秒程度である。現在、大都市圏の平野部で問題になっている長周期地震動の卓越周期は大阪平野で５秒前後、濃尾平野で3秒前後、関東平野で５〜１０秒と言われており免震のＲＣ超高層マンションの１次固有周期と重なることから共振による被害が懸念されている。この共振による被害を抑止するために、免震作動制限装置１７が作動する。
【００３０】
本実施形態に係る免震作動制限装置１７は、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５の作動をロックすることで免震装置１６の作動をロックするロック装置である。免震作動制限装置１７は、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から発信された作動制限信号を受け付ける信号受付部と、免震装置１６の作動をロックするロック制御部と、を備えている。ロック制御部は、地震動予測コンピュータ７から作動制限信号を受け付けると、免震装置１６の作動油流動ライン１５ｃに設置されている開閉バルブ１５ｄを閉鎖するための駆動制御を行い、作動油流動ライン１５ｃを閉じて作動油の移動をロックする。すると、オイルダンパ１５の作動が規制されて、上部構造体３２と下部構造体３１との間の相対的変位が抑制されて非免震化され、免震構造物３の固有周期が短周期化する。その結果、地震動の卓越周期の入力による共振の発生が防止され、免震構造物３の被害を抑止できる。
【００３１】
また、免震作動制限装置１７のロック制御部は、地震動予測コンピュータ７から作動信号を受け付けた場合には、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５の作動油流動ライン１５ｃに設置されている開閉バルブ１５ｄを開放するための駆動制御を行い、作動油流動ライン１５ｃを開いて作動油の移動を許容する。その結果、オイルダンパ１５が再び作動して免震構造物３を免震化させ、免震構造物３の固有周期が長周期に戻され、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００３２】
なお、本実施形態では、オイルダンパ１５の開閉バルブ１５ｄを閉じることで、オイルダンパ１５の作動をロックする態様（ロック装置）を説明したが、ロック装置は、例えば、閂やピンを備えた機械的な構成によってピストンロッド１５ａの移動を規制したり、下部構造体３１と上部構造体３２とを剛的に連結したりして免震装置１６の作動を規制する態様であってもよい。
【００３３】
次に、図４を参照して長周期地震動対応の方法について説明する。なお、図4は、長周期地震動対応システム１Ａの動作手順を示すフローチャートである。地震計９では、常時計測を行っており、地震動の特性に関するデータを経時的に地震動予測コンピュータ７に送信している。地震が発生し、地震動の特性に関するデータが地震計９から地震動予測コンピュータ７に送信されると、地震動予測コンピュータ７の演算部７３では、地震波の分析を行う（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、演算部７３は、建設地ＡＲまでの伝播経路での増幅特性を取得する（ステップＳ２）。本実施形態では、免震構造物３の建設地ＡＲに対応付けられた増幅特性がデータベース化されてＤＢ部７４に格納されており、演算部７３は、ＤＢ部７４から所望のデータを抽出する。
【００３５】
次に、演算部７３は、建設地ＡＲでの地盤増幅率を取得する（ステップＳ３）。本実施形態では、免震構造物３の建設地ＡＲに対応付けられた地盤増幅率がデータベース化されてＤＢ部７４に格納されており、演算部７３は、ＤＢ部７４から所望のデータを抽出する。
【００３６】
次に、演算部７３は、ＤＢ部７４から抽出された増幅特性及び地盤増幅率に基づいて地震動を解析し、予測卓越周期及び地震動の予測強さレベルを求める（ステップＳ４）。
【００３７】
次に、信号発信部７５は、演算部７３での解析結果から、免震構造物３に共振を生じさせる有害な長周期地震動か否かを判定し（ステップＳ５）、有害な長周期地震動と判定する場合には後続の処理を実行し、有害な長周期地震動ではないと判定する場合には、後続の処理を実行することなく作動信号を免震作動制限装置１７に発信してステップＳ１に戻る。
【００３８】
ステップＳ５において、信号発信部７５は、演算部７３で解析された地震動の予測卓越周期が共振範囲に属するか否かを判定し、さらに、地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上であるか否かを判定する。そして、信号発信部７５は、両方の条件を満たす場合、すなわち、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上の場合には、有害な長周期地震動であると判定し、いずれか一方の条件を満たさない場合には、有害な長周期地震動ではないと判定する。なお、本実施形態では、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上の場合には、有害な長周期地震動であると判定したが、予測強さレベルについては評価せず、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属する場合には、有害な長周期地震動であると判定するようにしてもよい。
【００３９】
信号発信部７５は、有害な長周期地震動であると判定する場合には、作動制限信号を免震作動制限装置１７に発信する（ステップＳ６）。免震作動制限装置１７は、作動制限信号を受け付けると、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５をロックして作動を規制し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。
【００４０】
本実施形態によれば、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期を指標としており、その予測卓越周期が免震構造物３の共振を引き起こす程度の長周期の場合には、免震装置１６の作動を制限して免震構造物３の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期地震動が入力された場合であっても、免震構造物３の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００４１】
さらに、地震動予測コンピュータ７の演算部７３は、地震動の予測卓越周期に加えて、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、信号発信部７５は、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ、予測強さレベルが強さ閾値以上の場合に、作動制限信号を発信する。従って、地震動の予測強さレベルが強さ閾値未満の場合には免震装置１６の作動を維持するようになるので、地震の規模に応じた柔軟な対応が可能になる。
【００４２】
さらに、免震作動制限装置１７は、免震装置１６を構成するオイルダンパの作動をロックすることで、確実に免震装置１６の作動を規制でき、免震構造物３の固有周期を短周期化できる。
（第２実施形態）
【００４３】
次に、図５を参照して第２実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｂについて説明する。図５は、免震装置１８及び免震作動制限装置２１を中心に、長周期地震動対応システム１Ｂを模式的に示す説明図である。なお、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｂは、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同様な構成や部材を備えているため、それらの構成や部材については、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
長周期地震動対応システム１Ｂは、広域に配置された複数の地震計９と、複数の地震計９に通信網１１を介して接続された地震動予測コンピュータ７と、を備える。さらに、地震動予測コンピュータ７は、通信網１１を介して免震構造物３の免震作動制限装置２１に接続されている。
【００４５】
免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２の各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されており、下部構造体３１と上部構造体３２との間には、免震装置１８が設置されている。
【００４６】
免震装置１８は、ＭＲダンパ１９と積層ゴム（不図示）から構成される。ＭＲダンパ１９は、シリンダ１９ａ内に充填した作動油の流動抵抗を減衰力として利用する粘性ダンパの一種である。ＭＲダンパ１９は、作動油としてＭＲ流体（強磁性を有する微粒子を分散させた液体）を利用している。ＭＲダンパ１９は、可変減衰型の粘性ダンパであるが、複雑な弁構造に代えて、磁界を生じさせる電磁石１９ｂがシリンダ１９ａの周囲に配置されている。電磁石１９ｂを構成するコイル１９ｃには、通電のための電源装置１９ｄが接続されている。シリンダ１９ａに磁界が生じていない状態では、ＭＲダンパ１９は、第１実施形態に係るオイルダンパと同様に作動し、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。この状態での減衰力の大きさは、平常時減衰に相当する。一方で、電源装置１９ｄがコイル１９ｃに通電して電磁石１９ｂが作用し、シリンダ１９ａに磁界が生じると、ＭＲ流体の流動抵抗が増し、平常時減衰よりも大きな過減衰状態になる。過減衰状態は、ＭＲダンパ１９の作動が規制された状態である。
【００４７】
本実施形態に係る免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を平常時減衰から平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更可能な減衰可変装置である。免震作動制限装置２１は、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から作動制限信号を受け付けると、免震装置１８の電源装置１９ｄを駆動制御し、電磁石１９ｂを作用させるべくコイル１９ｃに通電する。その結果、ＭＲダンパ１９の作動が規制され、免震構造物３の固有周期が短周期化し、予測卓越周期とはズレて共振の発生が防止される。
【００４８】
本実施形態によれば、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物３の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００４９】
さらに、免震装置１８は、粘性ダンパの一種であるＭＲダンパ１９を有し、免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を変更可能な減衰可変装置である。免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を平常時減衰から過減衰状態まで変更することで、確実にＭＲダンパ１９の作動を規制でき、免震構造物３の固有周期を短周期化できる。
【００５０】
なお、減衰可変装置としては、例えば、ソレノイド（電磁式のアクチュエーター）等によって、免震装置を構成するオイルダンパの流量制御弁の開閉を調整して減衰力を変動させる減衰可変装置であってもよく、この減衰可変装置では、流量制御弁を狭めて流量を減らすことで、免震構造物の固有周期を短周期化する。また、電場によって粘性度が変化する電気粘性（ＥＲ）流体をシリンダに充填したＥＲダンパを粘性ダンパとして使用し、その電場を制御することで減衰力を変動させる減衰可変装置であってもよい。
（第３実施形態）
【００５１】
次に、図６を参照して第３実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃについて説明する。図６は、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃを模式的に示す説明図である。なお、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃは、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同様な構成や部材を備えているため、それらの構成や部材については、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
長周期地震動対応システム１Ｃは、広域に配置された複数の地震計９と、複数の地震計９に通信網１１を介して接続された地震動予測コンピュータ７と、を備える。さらに、地震動予測コンピュータ７は、通信網１１を介して免震構造物３の免震作動制限装置２５に接続されている。
【００５３】
免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２の各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されている。
【００５４】
下部構造体３１と上部構造体３２との間には、積層ゴムなどの支承部を備えた免震装置２３が設置されている。免震装置２３は、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００５５】
また、本実施形態に係る免震構造物３には、免震装置２３の剛性を変化させる剛性可変装置としての免震作動制限装置２５が設けられている。免震作動制限装置２５は、ピストンが収容されたシリンダ２５ａと、ピストンに油圧をかけたり、また、油圧を解除したりすることでピストンロッド２５ｂを進退させる油圧アクチュエータ２５ｃと、油圧アクチュエータ２５ｃの駆動制御を行う油圧制御部２５ｄと、下部構造体３１に固定された摩擦板２５ｅと、を備えている。免震作動制限装置２５は、ピストンロッド２５ｂの先端部分を摩擦板２５ｅに押し付けて摩擦力を変更することで、上部構造体３２の履歴特性から決まる等価剛性を変更することができる。
【００５６】
免震作動制限装置２５の油圧制御部２５ｄは、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５に通信可能に接続されており、信号発信部７５から作動制限信号を受け付けると、油圧アクチュエータ２５ｃを駆動してピストンロッド２５ｂを進出させ、ピストンロッド２５ｂの先端を摩擦板２５ｅに押し付ける。すると、ピストンロッド２５ｂの先端と摩擦板２５ｅとの間での摩擦力が増大して免震装置２３の剛性が高くなり、確実に免震装置２３の作動を規制することができる。その結果として、免震構造物３の固有周期が短周期化し、予測卓越周期とはズレて共振の発生が防止される。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、免震装置として滑り支承や転がり支承と減衰部材とを組み合わせた態様や、高減衰積層ゴムを利用した態様であってもよい。また、免震作動制限手段は、免震装置の機能を完全に抑止するものであってもよく、また、免震装置の剛性や減衰などを変動させることで地震動の卓越周期が入力された場合であっても、共振が生じないように１次固有周期を設定変更する態様であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…長周期地震動対応システム、３…免震構造物、９…地震計（地震動計測手段）、１３…制振装置、１６…免震装置、１７…免震作動制限装置（免震制限手段）、１８…免震装置、１９…ＭＲダンパ（粘性ダンパ）、２１…免震作動制限装置（減衰可変装置）、２３…免震装置、２５…免震作動制限装置（剛性可変装置）、３１…下部構造体、３２…上部構造体、７３…演算部（演算手段）、７５…信号発信部（信号発信手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震装置を備えた免震構造物に地震動が伝わった際の共振を防止する長周期地震動対応システム、及び免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
免震の原理は、建物の振動系を長周期化することで、地震動が入力された際の応答を下げるものであり、従来から様々な免震構造や免震システムが知られている。例えば、環境振動に対しては免震効果を発揮させずに高い剛性によって上部構造体の揺れを防止し、地震時にのみ免震効果を発揮させる免震システム（特許文献１参照）や、リアルタイムの地震情報を受け付け、かかる地震情報に基づいて最適な減衰性を確保するような制御を行う免震システム（特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
上述の様な免震システムは、基本的に、実際に襲来する地震動の卓越周期が、免震建物の振動系の固有周期よりも短いことを前提にしている。しかしながら、近年の研究により、免震建物の振動系の固有周期と同程度の長周期の地震動の存在が知られるようになってきた。長周期の地震動が免震建物（免震構造物）に入力された場合、今度は、免震建物の振動系の固有周期と共振して建物に被害を与える虞がある。そこで、例えば、特許文献３に記載の様に、長周期の地震動にも対応して共振の発生を抑制できる免震システムが提案されている。
【０００４】
特許文献３に記載の免震システムは、積層ゴムなどからなる免震装置を備えている。この免震装置は、建物に固定されている滑り板に連結されており、通常時には免震装置が作動して建物を保護する。一方で長周期の地震動が検出されると、滑り板と免震装置との間の連結が解除され、免震装置に対する滑り板の水平方向への移動が許容されるようになって免震装置による支持が免震支承から滑り支承に変更される。その結果、建物の固有周期が更に長周期化して地震動の長周期からずれ、共振を防止できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９７８２０号公報
【特許文献２】特開２００６−４５８８５号公報
【特許文献３】特開２０００−２７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載の従来の免震システムでは、免震支承を滑り支承にする構成であるため、上部構造体の変位の増大や剛性耐力の低下という問題が新たに浮上して現実的ではなく、特に、免震支承から滑り支承への切り替えの困難性も想定できるため、長周期の卓越周期が入力された場合の共振の発生を抑えることは困難であり、被害を抑止することは困難であった。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、免震構造物に長周期の卓越周期が入力された場合の被害の抑制を図ることができる長周期地震動対応システム、及び免震構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、免震装置を有する免震構造物における長周期の地震動に対応する為の長周期地震動対応システムであって、広範囲にわたって設置され、且つ地震動を常時計測する複数の地震動計測手段と、地震動計測手段によって計測された地震動に基づいて、免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析する演算手段と、演算手段によって解析された地震動の予測卓越周期が、免震装置による免震状態での免震構造物の固有周期を含む所定の周期範囲に属する場合に、作動制限信号を発信する信号発信手段と、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する免震制限手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
卓越周期とは、地震動を構成する波の成分のうち、加速度、速度または変位の振幅が最も大きな波の周期である。本発明では、免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を指標としており、その予測卓越周期が免震構造物の共振を引き起こす程度の長周期の場合には、免震装置の作動を制限して免震構造物の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００１０】
さらに、演算手段は、地震動の予測卓越周期に加えて、免震構造物への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、信号発信手段は、地震動の予測卓越周期が所定の周期範囲に属し、且つ、演算手段によって解析された地震動の予測強さレベルが所定の数値以上の場合に、作動制限信号を発信すると好適である。地震動の予測強さレベルが所定の数値未満の場合には免震装置の作動を維持するようになるので、地震の規模に応じた柔軟な対応が可能になる。
【００１１】
さらに、免震制限手段は、免震装置の作動をロックするロック装置であると好適である。ロック装置で免震装置の作動をロックすることで、確実に免震装置の作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１２】
さらに、免震装置は、粘性ダンパを有し、免震制限手段は、粘性ダンパの減衰力を変更可能な減衰可変装置であり、減衰可変装置は、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、粘性ダンパの減衰力を平常時減衰から平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更すると好適である。粘性ダンパの減衰力を平常時減衰から過減衰状態まで変更することで、確実に粘性ダンパの作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１３】
さらに、免震制限手段は、信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、免震装置の剛性を変化させる剛性可変装置であると好適である。剛性可変装置によって、免震装置の剛性を高めることによって、確実に免震装置の作動を規制でき、免震構造物の固有周期を短周期化できる。
【００１４】
また、本発明は、免震装置を有する免震構造物において、上記の各長周期地震動対応システムによって長周期地震時に免震装置の作動を制限されることを特徴とする。本発明によれば、免震構造物への影響が最も大きいことが懸念される卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物の固有周期とはズレ、共振の発生を抑止することができる。
【００１５】
さらに、免震構造物は、基礎となる下部構造体と、下部構造体上に建設された上部構造体と、からなり、上部構造体には、振動減衰用の制振装置が設置されていると好適である。地震動の卓越周期が入力された場合の被害を、制振装置の設置によって、より効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、免震構造物に長周期の卓越周期が入力された場合の共振の発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る作動制限装置を示す説明図である。
【図３】免震装置を構成する粘性ダンパの一例として、オイルダンパを模式的に例示する図である。
【図４】長周期地震動対応システムの動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る長周期地震動対応システムを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａは、長周期地震動が免震構造物３に入力されても、長周期地震動による共振の発生を防止して被害を抑止するシステムである。図１及び図２に示されるように、長周期地震動対応システム１Ａは、免震構造物３の建設地ＡＲを含む広域の地震計ネットワーク５と、地震動予測コンピュータ７と、を備えている。地震計ネットワーク５は、衛星通信やインターネット通信回線などの有線または無線の通信網１１を介して複数の地震計９に接続され、さらに、複数の地震計９は、通信網１１を介して地震動予測コンピュータ７に接続されている。
【００１９】
地震計（地震動計測手段）９は、機械式または電気式の計測機器であり、地震動の特性を把握するための情報、例えば、地震動の加速度、速度、または変位を測定するために、加速度計、速度計及び変位計の少なくとも一つを備えている。複数の地震計９は、日本全国の各地に配置されており、地震動の特性を把握するための情報を常時計測し、計測したデータを経時的なデータとして地震動予測コンピュータ７に送信する。
【００２０】
なお、免震構造物３の建設地ＡＲが決まると、長周期の地震動を発生させる地震の震源が予想（特定）できる。例えば、建設地ＡＲが関東平野であれば、被害を及ぼす長周期の地震動を発生させるのは東海地震または関東地震であることが研究結果から判明している。同様に、建設地ＡＲが大阪平野であれば南海地震であり、建設地ＡＲが濃尾平野であれば東南海地震などであることが判明している。従って、複数の地震計９は、免震構造物３の建設地ＡＲから特定される震源の周辺に配置されることが望ましい。複数の地震計９を、免震構造物３の建設地ＡＲから特定される震源の周辺に配置することで、フィルターのかかっていない生の状態、すなわち、地盤の影響をあまり受けていない状態での地震動を観測でき、後述の卓越周期や地震動の強さレベルの精度の高い予測（建設地ＡＲに到達した際の地震動の特性の予測）ができる。
【００２１】
地震動予測コンピュータ７には、複数の地震計９及び一または複数の免震構造物３が通信網１１を介して通信可能に接続されている。地震動予測コンピュータ７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどが実装された制御基板を備えており、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された地震動波形解析プログラムなどの所定のプログラムに従って作動し、図２に示されるように、測定データ受付部７１、演算部７３、ＤＢ部７４及び信号発信部７５として機能する。
【００２２】
測定データ受付部７１は、各地震計９から送信されたデータ、すなわち、地震動の特性情報に関するデータ、例えば、加速度時刻歴データ、速度時刻歴データまたは変位時刻歴データを受け付ける。
【００２３】
演算部（演算手段）７３は、測定データ受付部７１で受け付けられた地震動の時刻歴データをフーリエ解析し、免震構造物３の建設地ＡＲである特定のサイトに入力される地震動の特性、特に、卓越周期及び地震動の強さレベルを予測する。具体的には、演算部７３は、震源から建設地ＡＲの直下の地盤まで伝播する間の増幅特性及び地盤の増幅特性（地盤増幅率）の影響を加味して地震動を解析し、建設地ＡＲでの免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期および予測強さレベルを演算して求める。なお、卓越周期とは、地震動を構成する波の成分のうち、加速度、速度または変位の振幅が最も大きな波、すなわち、免震構造物３への影響が懸念される波の周期である。
【００２４】
ＤＢ部７４は、演算部７３で予測卓越周期及び予測強さレベルを求めるために用いられる各種データを格納する。具体的には、複数の免震構造物３および各免震構造物３の建設地ＡＲに対して、震源から建設地ＡＲの直下の地盤まで伝播する間の増幅特性や地盤の増幅特性（地盤増幅率）を対応付けたデータベースなどを格納している。
【００２５】
信号発信部（信号発信手段）７５は、演算部７３によって解析された予測卓越周期が、免震装置１６が作動している状態（以下、「免震状態」という）での免震構造物３に共振を生じさせ得る所定の周期範囲（以下、「共振範囲」という）に属するか否かを判定する。共振範囲は、免震状態での免震構造物３の固有周期を含み、この固有周期に近似する一定の範囲を意図する。さらに、信号発信部７５は、演算部７３によって解析された地震動の予測強さレベルが、予め設定された所定の数値（以下、「強さ閾値」という）を超えているか否かを判定する。さらに、信号発信部７５は、予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値を超えていると判定する場合には、免震作動制限装置１７に作動制限信号を送信する。一方で、信号発信部７５は、演算部７３で解析された予測卓越周期が共振範囲から外れるか、または、地震動の予測強さレベルが強さ閾値未満と判定する場合には、作動制限信号に代えて作動信号を免震作動制限装置１７に送信する。
【００２６】
免震構造物３は、用途を集合住宅とする、ＲＣ造の建物であり、例えば、首都圏に建てられた超高層マンションなどである。この種のマンションでＲＣ造を選択するのは、日常の風振動での揺れを防止する高い効果を期待できるからである。免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２は、多層階からなり、各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されており、下部構造体３１と上部構造体３２との間には、免震装置１６が設置されている。
【００２７】
制振装置１３は、ブレースとダンパからなる。ブレースは、逆Ｖ字状に配置され、上層の梁の中央部との接合部にダンパが介装されており、免震層の作動制限に伴い上部構造体３２に地震力が作用し層間変形が生じた場合にはダンパによって地震エネルギーを吸収し得るように構成されている。なお、ダンパにはオイル等の粘性体を利用した粘性ダンパ、高減衰ゴム等の粘弾性体を利用した粘弾性ダンパ、摩擦力を利用した摩擦ダンパ、低降伏点鋼等を利用した履歴ダンパなどを適用することができる。また、ブレースの一部を低降伏点鋼で構成したりブレース自体をアンボンドブレース（座屈拘束ブレース）としたりして地震エネルギーを吸収するようにしたものでもよい。
【００２８】
図３に示されるように、下部構造体３１には、粘性ダンパの一つであるオイルダンパ１５と積層ゴム（不図示）とからなる免震装置１６が設置されている。オイルダンパ１５は、例えば、水平方向に横たえて配置されており、ピストンロッド１５ａは上部構造体３２に固定された支持部材に取り付けられ、シリンダ１５ｂは下部構造体３１に固定された支持部材に取り付けられている。シリンダ１５ｂは、ピストンを挟んで二つの室に区分され、各室に設けられたポートは、作動油が流動する管路（以下、「作動油流動ライン」という）１５ｃで接続されている。作動油流動ライン１５ｃ上には、開閉バルブ１５ｄが設けられており、通常時には、作動油流動ライン１５ｃは開放されている。通常時とは、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から作動信号を受け付けている状態であり、通常時には、作動油は作動油流動ライン１５ｃ上を移動し、その結果、オイルダンパは、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００２９】
上部構造体３２には、免震作動制限装置（免震制限手段）１７が設置されている。例えば、ＲＣ造の超高層マンションは耐震構造で1次固有周期が約2秒程度、免震装置１６を作動させた状態（免震）で５〜６秒程度である。現在、大都市圏の平野部で問題になっている長周期地震動の卓越周期は大阪平野で５秒前後、濃尾平野で3秒前後、関東平野で５〜１０秒と言われており免震のＲＣ超高層マンションの１次固有周期と重なることから共振による被害が懸念されている。この共振による被害を抑止するために、免震作動制限装置１７が作動する。
【００３０】
本実施形態に係る免震作動制限装置１７は、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５の作動をロックすることで免震装置１６の作動をロックするロック装置である。免震作動制限装置１７は、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から発信された作動制限信号を受け付ける信号受付部と、免震装置１６の作動をロックするロック制御部と、を備えている。ロック制御部は、地震動予測コンピュータ７から作動制限信号を受け付けると、免震装置１６の作動油流動ライン１５ｃに設置されている開閉バルブ１５ｄを閉鎖するための駆動制御を行い、作動油流動ライン１５ｃを閉じて作動油の移動をロックする。すると、オイルダンパ１５の作動が規制されて、上部構造体３２と下部構造体３１との間の相対的変位が抑制されて非免震化され、免震構造物３の固有周期が短周期化する。その結果、地震動の卓越周期の入力による共振の発生が防止され、免震構造物３の被害を抑止できる。
【００３１】
また、免震作動制限装置１７のロック制御部は、地震動予測コンピュータ７から作動信号を受け付けた場合には、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５の作動油流動ライン１５ｃに設置されている開閉バルブ１５ｄを開放するための駆動制御を行い、作動油流動ライン１５ｃを開いて作動油の移動を許容する。その結果、オイルダンパ１５が再び作動して免震構造物３を免震化させ、免震構造物３の固有周期が長周期に戻され、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００３２】
なお、本実施形態では、オイルダンパ１５の開閉バルブ１５ｄを閉じることで、オイルダンパ１５の作動をロックする態様（ロック装置）を説明したが、ロック装置は、例えば、閂やピンを備えた機械的な構成によってピストンロッド１５ａの移動を規制したり、下部構造体３１と上部構造体３２とを剛的に連結したりして免震装置１６の作動を規制する態様であってもよい。
【００３３】
次に、図４を参照して長周期地震動対応の方法について説明する。なお、図4は、長周期地震動対応システム１Ａの動作手順を示すフローチャートである。地震計９では、常時計測を行っており、地震動の特性に関するデータを経時的に地震動予測コンピュータ７に送信している。地震が発生し、地震動の特性に関するデータが地震計９から地震動予測コンピュータ７に送信されると、地震動予測コンピュータ７の演算部７３では、地震波の分析を行う（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、演算部７３は、建設地ＡＲまでの伝播経路での増幅特性を取得する（ステップＳ２）。本実施形態では、免震構造物３の建設地ＡＲに対応付けられた増幅特性がデータベース化されてＤＢ部７４に格納されており、演算部７３は、ＤＢ部７４から所望のデータを抽出する。
【００３５】
次に、演算部７３は、建設地ＡＲでの地盤増幅率を取得する（ステップＳ３）。本実施形態では、免震構造物３の建設地ＡＲに対応付けられた地盤増幅率がデータベース化されてＤＢ部７４に格納されており、演算部７３は、ＤＢ部７４から所望のデータを抽出する。
【００３６】
次に、演算部７３は、ＤＢ部７４から抽出された増幅特性及び地盤増幅率に基づいて地震動を解析し、予測卓越周期及び地震動の予測強さレベルを求める（ステップＳ４）。
【００３７】
次に、信号発信部７５は、演算部７３での解析結果から、免震構造物３に共振を生じさせる有害な長周期地震動か否かを判定し（ステップＳ５）、有害な長周期地震動と判定する場合には後続の処理を実行し、有害な長周期地震動ではないと判定する場合には、後続の処理を実行することなく作動信号を免震作動制限装置１７に発信してステップＳ１に戻る。
【００３８】
ステップＳ５において、信号発信部７５は、演算部７３で解析された地震動の予測卓越周期が共振範囲に属するか否かを判定し、さらに、地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上であるか否かを判定する。そして、信号発信部７５は、両方の条件を満たす場合、すなわち、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上の場合には、有害な長周期地震動であると判定し、いずれか一方の条件を満たさない場合には、有害な長周期地震動ではないと判定する。なお、本実施形態では、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ地震動の予測強さレベルが強さ閾値以上の場合には、有害な長周期地震動であると判定したが、予測強さレベルについては評価せず、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属する場合には、有害な長周期地震動であると判定するようにしてもよい。
【００３９】
信号発信部７５は、有害な長周期地震動であると判定する場合には、作動制限信号を免震作動制限装置１７に発信する（ステップＳ６）。免震作動制限装置１７は、作動制限信号を受け付けると、免震装置１６を構成するオイルダンパ１５をロックして作動を規制し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。
【００４０】
本実施形態によれば、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測卓越周期を指標としており、その予測卓越周期が免震構造物３の共振を引き起こす程度の長周期の場合には、免震装置１６の作動を制限して免震構造物３の固有周期を短周期化する。その結果として、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期地震動が入力された場合であっても、免震構造物３の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００４１】
さらに、地震動予測コンピュータ７の演算部７３は、地震動の予測卓越周期に加えて、免震構造物３への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、信号発信部７５は、地震動の予測卓越周期が共振範囲に属し、且つ、予測強さレベルが強さ閾値以上の場合に、作動制限信号を発信する。従って、地震動の予測強さレベルが強さ閾値未満の場合には免震装置１６の作動を維持するようになるので、地震の規模に応じた柔軟な対応が可能になる。
【００４２】
さらに、免震作動制限装置１７は、免震装置１６を構成するオイルダンパの作動をロックすることで、確実に免震装置１６の作動を規制でき、免震構造物３の固有周期を短周期化できる。
（第２実施形態）
【００４３】
次に、図５を参照して第２実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｂについて説明する。図５は、免震装置１８及び免震作動制限装置２１を中心に、長周期地震動対応システム１Ｂを模式的に示す説明図である。なお、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｂは、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同様な構成や部材を備えているため、それらの構成や部材については、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
長周期地震動対応システム１Ｂは、広域に配置された複数の地震計９と、複数の地震計９に通信網１１を介して接続された地震動予測コンピュータ７と、を備える。さらに、地震動予測コンピュータ７は、通信網１１を介して免震構造物３の免震作動制限装置２１に接続されている。
【００４５】
免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２の各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されており、下部構造体３１と上部構造体３２との間には、免震装置１８が設置されている。
【００４６】
免震装置１８は、ＭＲダンパ１９と積層ゴム（不図示）から構成される。ＭＲダンパ１９は、シリンダ１９ａ内に充填した作動油の流動抵抗を減衰力として利用する粘性ダンパの一種である。ＭＲダンパ１９は、作動油としてＭＲ流体（強磁性を有する微粒子を分散させた液体）を利用している。ＭＲダンパ１９は、可変減衰型の粘性ダンパであるが、複雑な弁構造に代えて、磁界を生じさせる電磁石１９ｂがシリンダ１９ａの周囲に配置されている。電磁石１９ｂを構成するコイル１９ｃには、通電のための電源装置１９ｄが接続されている。シリンダ１９ａに磁界が生じていない状態では、ＭＲダンパ１９は、第１実施形態に係るオイルダンパと同様に作動し、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。この状態での減衰力の大きさは、平常時減衰に相当する。一方で、電源装置１９ｄがコイル１９ｃに通電して電磁石１９ｂが作用し、シリンダ１９ａに磁界が生じると、ＭＲ流体の流動抵抗が増し、平常時減衰よりも大きな過減衰状態になる。過減衰状態は、ＭＲダンパ１９の作動が規制された状態である。
【００４７】
本実施形態に係る免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を平常時減衰から平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更可能な減衰可変装置である。免震作動制限装置２１は、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５から作動制限信号を受け付けると、免震装置１８の電源装置１９ｄを駆動制御し、電磁石１９ｂを作用させるべくコイル１９ｃに通電する。その結果、ＭＲダンパ１９の作動が規制され、免震構造物３の固有周期が短周期化し、予測卓越周期とはズレて共振の発生が防止される。
【００４８】
本実施形態によれば、免震状態で共振を引き起こす虞の高い長周期の卓越周期が入力された場合であっても、免震構造物３の固有周期とはズレて共振の発生は防止され、被害の発生を抑制することができる。
【００４９】
さらに、免震装置１８は、粘性ダンパの一種であるＭＲダンパ１９を有し、免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を変更可能な減衰可変装置である。免震作動制限装置２１は、ＭＲダンパ１９の減衰力を平常時減衰から過減衰状態まで変更することで、確実にＭＲダンパ１９の作動を規制でき、免震構造物３の固有周期を短周期化できる。
【００５０】
なお、減衰可変装置としては、例えば、ソレノイド（電磁式のアクチュエーター）等によって、免震装置を構成するオイルダンパの流量制御弁の開閉を調整して減衰力を変動させる減衰可変装置であってもよく、この減衰可変装置では、流量制御弁を狭めて流量を減らすことで、免震構造物の固有周期を短周期化する。また、電場によって粘性度が変化する電気粘性（ＥＲ）流体をシリンダに充填したＥＲダンパを粘性ダンパとして使用し、その電場を制御することで減衰力を変動させる減衰可変装置であってもよい。
（第３実施形態）
【００５１】
次に、図６を参照して第３実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃについて説明する。図６は、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃを模式的に示す説明図である。なお、本実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ｃは、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同様な構成や部材を備えているため、それらの構成や部材については、第１実施形態に係る長周期地震動対応システム１Ａと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
長周期地震動対応システム１Ｃは、広域に配置された複数の地震計９と、複数の地震計９に通信網１１を介して接続された地震動予測コンピュータ７と、を備える。さらに、地震動予測コンピュータ７は、通信網１１を介して免震構造物３の免震作動制限装置２５に接続されている。
【００５３】
免震構造物３は、基礎となる下部構造体３１と、下部構造体３１上に建設された建物部分である上部構造体３２とを備えている。上部構造体３２の各層には、振動減衰用の制振装置１３が設置されている。
【００５４】
下部構造体３１と上部構造体３２との間には、積層ゴムなどの支承部を備えた免震装置２３が設置されている。免震装置２３は、地震動の入力による振動を減衰させて上部構造体３２の揺れを低減する。
【００５５】
また、本実施形態に係る免震構造物３には、免震装置２３の剛性を変化させる剛性可変装置としての免震作動制限装置２５が設けられている。免震作動制限装置２５は、ピストンが収容されたシリンダ２５ａと、ピストンに油圧をかけたり、また、油圧を解除したりすることでピストンロッド２５ｂを進退させる油圧アクチュエータ２５ｃと、油圧アクチュエータ２５ｃの駆動制御を行う油圧制御部２５ｄと、下部構造体３１に固定された摩擦板２５ｅと、を備えている。免震作動制限装置２５は、ピストンロッド２５ｂの先端部分を摩擦板２５ｅに押し付けて摩擦力を変更することで、上部構造体３２の履歴特性から決まる等価剛性を変更することができる。
【００５６】
免震作動制限装置２５の油圧制御部２５ｄは、地震動予測コンピュータ７の信号発信部７５に通信可能に接続されており、信号発信部７５から作動制限信号を受け付けると、油圧アクチュエータ２５ｃを駆動してピストンロッド２５ｂを進出させ、ピストンロッド２５ｂの先端を摩擦板２５ｅに押し付ける。すると、ピストンロッド２５ｂの先端と摩擦板２５ｅとの間での摩擦力が増大して免震装置２３の剛性が高くなり、確実に免震装置２３の作動を規制することができる。その結果として、免震構造物３の固有周期が短周期化し、予測卓越周期とはズレて共振の発生が防止される。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、免震装置として滑り支承や転がり支承と減衰部材とを組み合わせた態様や、高減衰積層ゴムを利用した態様であってもよい。また、免震作動制限手段は、免震装置の機能を完全に抑止するものであってもよく、また、免震装置の剛性や減衰などを変動させることで地震動の卓越周期が入力された場合であっても、共振が生じないように１次固有周期を設定変更する態様であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…長周期地震動対応システム、３…免震構造物、９…地震計（地震動計測手段）、１３…制振装置、１６…免震装置、１７…免震作動制限装置（免震制限手段）、１８…免震装置、１９…ＭＲダンパ（粘性ダンパ）、２１…免震作動制限装置（減衰可変装置）、２３…免震装置、２５…免震作動制限装置（剛性可変装置）、３１…下部構造体、３２…上部構造体、７３…演算部（演算手段）、７５…信号発信部（信号発信手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震装置を有する免震構造物における長周期の地震動に対応する為の長周期地震動対応システムであって、
広範囲にわたって設置され、且つ地震動を常時計測する複数の地震動計測手段と、
前記地震動計測手段によって計測された地震動に基づいて、前記免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析する演算手段と、
前記演算手段によって解析された地震動の予測卓越周期が、前記免震装置による免震状態での前記免震構造物の固有周期を含む所定の周期範囲に属する場合に、作動制限信号を発信する信号発信手段と、
前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記免震装置の作動を制限して前記免震構造物の固有周期を短周期化する免震制限手段と、を備えることを特徴とする長周期地震動対応システム。
【請求項２】
前記演算手段は、前記地震動の予測卓越周期に加えて、前記免震構造物への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、
前記信号発信手段は、前記地震動の予測卓越周期が前記所定の周期範囲に属し、且つ、前記演算手段によって解析された前記地震動の予測強さレベルが所定の数値以上の場合に、前記作動制限信号を発信することを特徴とする請求項１記載の長周期地震動対応システム。
【請求項３】
前記免震制限手段は、前記免震装置の作動をロックするロック装置であることを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項４】
前記免震装置は、粘性ダンパを有し、
前記免震制限手段は、前記粘性ダンパの減衰力を変更可能な減衰可変装置であり、
前記減衰可変装置は、前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記粘性ダンパの前記減衰力を平常時減衰から前記平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更することを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項５】
前記免震制限手段は、前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記免震装置の剛性を変化させる剛性可変装置であることを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項６】
免震装置を有する免震構造物において、
請求項１〜５のいずれか一項記載の長周期地震動対応システムによって長周期地震時に前記免震装置の作動を制限されることを特徴とする免震構造物。
【請求項７】
前記免震構造物は、基礎となる下部構造体と、前記下部構造体上に建設された上部構造体と、からなり、
前記上部構造体には、振動減衰用の制振装置が設置されていることを特徴とする請求項６記載の免震構造物。
【請求項１】
免震装置を有する免震構造物における長周期の地震動に対応する為の長周期地震動対応システムであって、
広範囲にわたって設置され、且つ地震動を常時計測する複数の地震動計測手段と、
前記地震動計測手段によって計測された地震動に基づいて、前記免震構造物への入力が予測される地震動の予測卓越周期を解析する演算手段と、
前記演算手段によって解析された地震動の予測卓越周期が、前記免震装置による免震状態での前記免震構造物の固有周期を含む所定の周期範囲に属する場合に、作動制限信号を発信する信号発信手段と、
前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記免震装置の作動を制限して前記免震構造物の固有周期を短周期化する免震制限手段と、を備えることを特徴とする長周期地震動対応システム。
【請求項２】
前記演算手段は、前記地震動の予測卓越周期に加えて、前記免震構造物への入力が予測される地震動の予測強さレベルを解析し、
前記信号発信手段は、前記地震動の予測卓越周期が前記所定の周期範囲に属し、且つ、前記演算手段によって解析された前記地震動の予測強さレベルが所定の数値以上の場合に、前記作動制限信号を発信することを特徴とする請求項１記載の長周期地震動対応システム。
【請求項３】
前記免震制限手段は、前記免震装置の作動をロックするロック装置であることを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項４】
前記免震装置は、粘性ダンパを有し、
前記免震制限手段は、前記粘性ダンパの減衰力を変更可能な減衰可変装置であり、
前記減衰可変装置は、前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記粘性ダンパの前記減衰力を平常時減衰から前記平常時減衰よりも大きな過減衰状態まで変更することを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項５】
前記免震制限手段は、前記信号発信手段からの作動制限信号を受け付けると、前記免震装置の剛性を変化させる剛性可変装置であることを特徴とする請求項１または２記載の長周期地震動対応システム。
【請求項６】
免震装置を有する免震構造物において、
請求項１〜５のいずれか一項記載の長周期地震動対応システムによって長周期地震時に前記免震装置の作動を制限されることを特徴とする免震構造物。
【請求項７】
前記免震構造物は、基礎となる下部構造体と、前記下部構造体上に建設された上部構造体と、からなり、
前記上部構造体には、振動減衰用の制振装置が設置されていることを特徴とする請求項６記載の免震構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８９９６８（Ｐ２０１０−１８９９６８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３６９６３（Ｐ２００９−３６９６３）
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
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