JP5473000B2 - Vertical vibration control system for building floor - Google Patents
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Description
本発明は、ロングスパンの梁や床を備えた建物において、地震等における上記梁や床の上下振動を抑制する際に用いて好適な建物床の上下動制振システムに関するものである。 The present invention relates to a vertical vibration control system for a building floor suitable for use in suppressing the vertical vibration of the beam or floor in an earthquake or the like in a building having a long span beam or floor.
一般に、ロングスパンの梁や床が形成された建物においては、地震時や人の歩行、あるいは設備機器の振動に起因して、当該梁や床に比較的大きな上下振動が発生する傾向にある。
このため、上記梁や床の上下振動対策として、例えば図8に示すように、建物1の上下階の梁・床2間に、鋼製の間柱3を設置する構造が採用されている。
In general, buildings with long span beams and floors tend to generate relatively large vertical vibrations on the beams and floor due to earthquakes, walking of people, or vibration of equipment.
For this reason, as a countermeasure against the vertical vibration of the beam or floor, for example, as shown in FIG. 8, a structure in which a steel stud 3 is installed between the beam and
ところで、上記間柱3を用いた上下振動対策構造にあっては、当該間柱3によって梁・床2の剛性を相対的に高めて、構造物の安全性に関わる地震時の梁・床2の応答を低減する機能は有するものの、上記上下振動を減衰させる機能は有していない。このため、床2上に設置される什器類の機能維持に大きな影響を与える、地震時の床加速度応答の低減効果は得にくいという欠点があった。
By the way, in the vertical vibration countermeasure structure using the above-described stud 3, the rigidity of the beam /
そこで、従来、特にデータセンターや半導体工場などの、上下振動を嫌う高度な機器類が設置される建物においては、図9に示すように、建物1の上下階の梁・床2間に、上記間柱に代えて、粘弾性ダンパーやオイルダンパー等のエネルギー吸収機能を有するダンパー4を設置し、上下階間の上下振動による相対変形を上記ダンパー4に作用させて、その振動エネルギーを吸収させる制振対策が実施されている。ちなみに、この種の制振対策は、下記特許文献1においても提案されている。
Therefore, in the past, particularly in buildings such as data centers and semiconductor factories where high-level equipment that dislikes vertical vibrations is installed, as shown in FIG. A
しかしながら、一般の上記建物1においては、上下階の梁・床2として、同程度の部材断面を有する部材が用いられているために、上下階の梁・床2の固有振動数が近接し、地震時等に上下階の梁・床2が同程度の振動数と振幅で揺れる場合が多い。この結果、上下階の梁・床2間に生じる相対変形も小さく、よってダンパー4に生じるストロークも小さくなるために、当該ダンパー4が上記振動エネルギーを効率よく吸収することができず、十分な制振効果を得ることが難しいという問題点があった。
However, in the above-mentioned general building 1, the members having the same cross section are used as the beams /
このように、ダンパー4に生じるストロークを増大させて、制振効果を高めるためには、上下階の梁・床2における固有振動数の差を大きくして、地震時等に生じる相対変位を増大させることが望ましい。
As described above, in order to increase the stroke generated in the
しかしながら、上下階の梁・床2における固有振動数の差を大きくするために、一方の梁2の剛性を高めて固有振動数を高く設定したり、あるいは他方の梁2の剛性を低くしたり床2の重量を大きくして、その固有振動数を低く設定したりすることは、各階毎に部材断面を変えるという不経済な設計を行うこととなり、実現性に乏しかった。
However, in order to increase the difference between the natural frequencies of the upper and lower beams /
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、構造部材の断面や重量を変更することなく、上下部梁間または床間に設置した制振手段に生じる変形量を増大させて振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能となる建物床の上下振動制振システムを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by increasing the amount of deformation generated in the vibration damping means installed between the upper and lower beams or between the floors without changing the cross-section and weight of the structural member, the vibration energy can be reduced. It is an object of the present invention to provide a vertical vibration control system for a building floor that can enhance the absorption effect.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、建物の上下部梁間または床間に、これら上下部の梁または床の相対的な上下振動を吸収する制振手段を設置するとともに、当該制振手段の設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に、上記制振手段の設置階の上記上下部梁または床の固有振動数の差を増加させる鉛直材を設置したことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is provided with vibration damping means for absorbing the relative vertical vibrations of the upper and lower beams or the floor between the upper and lower beams or the floor of the building, Difference in natural frequency between upper and lower beams or floor of upper floor of lower floor or between upper and lower beams or floor of lower floor of floor where vibration control means is installed, or between upper and lower beams or floor of lower floor It is characterized by installing a vertical material that increases
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記制振手段が、粘性系ダンパーであることを特徴とするものである。ここで、粘性系ダンパーとしては、オイルダンパー、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーが適用可能である。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the damping means is a viscous damper. Here, an oil damper, a viscoelastic damper, or a viscous damper is applicable as the viscous damper.
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記鉛直材が、回転慣性質量ダンパーであり、かつ上記制振手段の設置階の上記上下部梁間若しくは床間、または上記設置階の上階の上下部梁間若しくは床間、または下階の上下部梁間若しくは床間に設置されていることを特徴とするものである。 The present invention as described in claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, the vertical member is Ri rotary inertia mass damper der, and installation floor of the upper and lower portions Harima or floor of the damping means during, or those characterized that you have been installed in the installation floor of the upper floors of the upper and lower portions Harima or beds or lower floor of the upper and lower portions Harima or beds.
他方、請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記鉛直材が、間柱であることを特徴とするものである。
On the other hand, the invention according to
請求項1〜4のいずかに記載の発明によれば、制振手段を設置した階の上下部梁または床における固有振動数の差を増加させる鉛直材を設置しているために、地震等によって上記上下部梁または床が上下振動した際に、両者の固有振動数の相違から、相対変位が大きくなる。この結果、制振手段に生じる変形量を増大させて、当該制振手段による振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。 According to the invention according to any one of claims 1 to 4, since the vertical member that increases the difference in the natural frequency in the upper and lower beams or the floor on which the vibration damping means is installed is installed, When the upper beam or floor vibrates up and down due to the above, etc., the relative displacement increases due to the difference in natural frequency between the two. As a result, the amount of deformation generated in the vibration damping means can be increased, and the vibration energy absorbing effect of the vibration damping means can be enhanced.
この際に、請求項3に記載の発明のように、上記鉛直材として回転慣性質量ダンパーを用いた場合には、地震時等に生じる上下部梁または床間の上下振動によって、上記回転慣性質量ダンパーが作動して上下方向の付加質量が発生する。そして、この付加質量によって、梁あるいは床の固有振動数を低下させて、上下部梁または床間の相対変形量を増大させることができる。これにより、上記制振手段に生じる変形量を増大させて、当該制振手段による振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能になる。 At this time, when a rotary inertia mass damper is used as the vertical member as in the invention described in claim 3, the rotary inertia mass is caused by vertical vibration between the upper and lower beams or floor generated during an earthquake or the like. The damper is activated to generate additional mass in the vertical direction. The additional mass can reduce the natural frequency of the beam or floor and increase the amount of relative deformation between the upper and lower beams or the floor. As a result, it is possible to increase the amount of deformation generated in the vibration damping means, and to enhance the effect of absorbing vibration energy by the vibration damping means.
これに対して、請求項4に記載の発明にように、上記鉛直材として間柱を用いた場合には、上記間柱の端部が接続された当該階の上部梁または床および下部梁または床の固有振動数が、他の階の梁または床の固有振動数よりも増加する。この結果、上記間柱が設置された階の上階の上下部梁間若しくは床間および/または下階の上下部梁間若しくは床間に上記制振手段を設置することにより、当該制振手段の上下端部間における相対変形量を増大させて、同様に振動エネルギーの吸収効果を高めることが可能になる。
On the other hand, when the stud is used as the vertical member as in the invention described in
(第1実施形態)
図1および図2は、本発明に係る建物床の上下振動制振システムの第1実施形態を示すもので、この建物10においては、特定の階11の上下部梁または床(以下、梁・床と表示する)12a、12b間に、これら上下部の梁・床12a、12bの相対的な上下振動を吸収する複数基(図では2基)の粘性系ダンパー(制振手段)13が設置されている。
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of a vertical vibration control system for a building floor according to the present invention. In this
ここで、上記粘性系ダンパー13としては、オイルダンパー、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパー等が用いられている。そして、これら粘性系ダンパー13が設置されている階11には、さらに回転慣性質量ダンパー(鉛直材)14が並列的に設置されている。
Here, an oil damper, a viscoelastic damper, a viscous damper, or the like is used as the
この回転慣性質量ダンパー14は、図2に示すように、当該階11の下部梁・床12bに、ねじ軸15の下端部15bが、軸線方向の移動を阻止された状態で回転自在に設けられるとともに、ねじ軸15の上端部15aが、上部梁・床12aに固定されたボール部16内に回転自在に螺合されるとともに、ねじ軸15の外周に、円板状の重り17が固定されることにより構成されたものである。
As shown in FIG. 2, the rotary
これにより、上記回転慣性質量ダンパー14は、上下部梁・床12a、12b間に、互いに接離する相対変形が生じると、ねじ軸15および重り17が一体に回転して、当該重り17の回転慣性力に相当する付加質量ΔMが発生するようになっている。
As a result, when the rotary
上記構成からなる上下振動制振システムによれば、地震時等における上下振動によって上下部梁・床12a、12b間に相対変形が生じると、回転慣性質量ダンパー14のねじ軸15が回転することにより、上下方向に重り17の回転慣性力による付加質量ΔMが発生する。
According to the vertical vibration damping system configured as described above, when relative deformation occurs between the upper and lower beams /
ここで、付加質量ΔMは、重り17の質量をmp、半径をR、ねじ軸15における雄ねじのリードをLとすると、ΔM=2・mp・(π・R/L)2によって算出することができる。これにより、上下部梁・床12a、12bは、それぞれの固有振動数が低下し(柔らかくなり)、相互間の相対変形量が増大する。この結果、構造部材の断面や重量を変更することなく、粘性系ダンパー13に生じる変形量(ストローク)を増大させて、振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。
Here, the additional mass ΔM can be calculated by ΔM = 2 · mp · (π · R / L) 2 where mp is the mass of the
また、上記鉛直材として、回転慣性質量ダンパー14を用いているために、上記重り17の質量m、半径R、リードLを適宜調整してΔMを決定することにより、粘性系ダンパー13による上記振動エネルギーの吸収性能を調整することが可能になる。
Since the rotary
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態を示すもので、図1および図2に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この上下振動制振システムにおいては、回転慣性質量ダンパー14が設置された階の上階20の上下部梁・床12c、12a間に粘性系ダンパー13が設置され、かつ下階21の上下部梁・床12b、12d間に粘性系ダンパー13が設置されている。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIG. 1 and FIG.
In this vertical vibration damping system, a
これにより、一方の粘性系ダンパー13の設置階20の下階に上記回転慣性質量ダンパー14が設置されるとともに、他方の粘性系ダンパー13の設置階21の上階に上記回転慣性質量ダンパー14が設置された構造になっている。
Thereby, the rotary
この上下振動制振システムにおいては、建物10に振動が発生した際に、回転慣性質量ダンパー14によって、その上下の梁・床12a、12bの固有振動数が低下する。この結果、上記梁・床12a、12bの固有振動数と、回転慣性質量ダンパー14が設置されていない梁・床12c、12dの固有振動数との差が増大する。
In this vertical vibration damping system, when vibration is generated in the
これにより、回転慣性質量ダンパー14が設置された階の上階20の上下部梁・床12c、12a間の相対変位量、および下階21の上下部梁・床12b、12d間の相対変位量が増大し、よってこられの階20、21に設置されている粘性系ダンパー13による振動エネルギー吸収効果を高めることができる。
Thereby, the relative displacement between the upper and lower beams /
(第3実施形態)
図4は、本発明の第3実施形態を示すものである。
この実施形態においては、図3に示した第2実施形態における回転慣性質量ダンパー14に替えて、鋼製、コンクリート製または鉄筋コンクリート製の間柱18が設けられている。これにより、一方の粘性系ダンパー13の設置階20の下階に上記間柱18が設置され、他方の粘性系ダンパー13の設置階21の上階に上記間柱18が設置された構造になっている。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, instead of the rotary
したがって、本実施形態に係る上下振動制振システムにおいては、間柱18の端部が接続された当該階の上部梁・床12aおよび下部梁・床12bの固有振動数が、他の階の梁・床12c、12d等の固有振動数よりも増加する。この結果、間柱18が設置された階の上階20の上下部梁・床12c、12a間および下階21の上下部梁・床12b、12d間に粘性系ダンパー13を設置することにより、当該粘性系ダンパー13の上下端部間における相対変形量を増大させて、同様に振動エネルギーの吸収効果を高めることができる。
Therefore, in the vertical vibration damping system according to the present embodiment, the natural frequencies of the upper beam /
以上の第1〜第3実施形態は、粘性系ダンパー13を階11または階20、21に設置するとともに、鉛直材として回転慣性質量ダンパー14または間柱18を設置した場合の基本的な構成を示したものであり、これらを様々に組み合わせることにより、以下第4〜第6実施形態に例示するように、適宜、建物10の全体あるいは所望の階に対して、粘性系ダンパー13による制振効果を一段と高めることが可能である。
The first to third embodiments described above show the basic configuration when the
(第4実施形態)
すなわち、図5は、本発明の第4実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、1階30、最上階31および中間階(図では3階および4階)11、21に、それぞれ粘性系ダンパー13を設置するとともに、2階の上下部梁・床12d、12e間に、回転慣性質量ダンパー14を設置し、かつ中間階(図では5階)の上下部梁・床12c、12a間に、間柱18を設置したものである。
(Fourth embodiment)
That is, FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, and this vertical vibration damping system is provided on the
(第5実施形態)
また、図6は、本発明の第5実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、中間階(図では3〜5階)11、20、21に、それぞれ粘性系ダンパー13を設置するとともに、1階、2階および最上階に間柱を設置し、中間階(図では4階)に、回転慣性質量ダンパー14を設置したものである。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. In this vertical vibration damping system,
さらに、図7は、本発明の第6実施形態を示すもので、この上下振動制振システムは、1階30に粘性系ダンパー13を設置するとともに、当該1階に回転慣性質量ダンパー14を設置し、かつ2〜最上階に間柱18を設置したものである。
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. In this vertical vibration damping system, a
これら第4〜第6実施形態に示した上下振動制振システムによっても、回転慣性質量ダンパー14または間柱18によって、上下部梁・床間の相対変形が増大された粘性系ダンパー13によって、地震時等に発生する上下振動のエネルギーを効果的に吸収して床の制振性能を向上させることができる。
Even in the vertical vibration damping system shown in the fourth to sixth embodiments, the
10 建物
11、20、21、30、31 粘性系ダンパー(制振手段)の設置階
12a〜12e 梁または床
13 粘性系ダンパー(制振手段)
14 回転慣性質量ダンパー(鉛直材)
15 ねじ軸
17 重り
18 間柱(鉛直材)
DESCRIPTION OF
14 Rotating inertia mass damper (vertical material)
15
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