制震とは、建物に入力される地震力を、建物内部の機構により、減衰させたり増幅を防いだりすることで、建物の振動を低減させる。

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制震システム

制震システム

制震の定義

制震は、建築設計上の概念であり、建物に入力される地震力を、建物内部の機構により 減衰させたり増幅を防いだりすることで、建物の振動を低減させることです。

制震技術の概要

 制振(せいしん)とも書かれ、日本建築学会では正式に制振を用いているが、言葉の顧客への印象や 「耐震」など他の用語との対比のしやすさから民間企業では制震を用いることもある。 ただし、地「震」を制するのではなく「振」動を制するという趣旨から、 近年では「制振」に統一されつつあります。

制震技術の分類

 エネルギーの入力の有無により「パッシブ制震」、「セミアクティブ制震」、「アクティブ制震」などに分類され、 力学的な形態により、「層間ダンパー型」、「マスダンパー型」、「連結型」などに分類されます。

エネルギーの入力の有無の分類

パッシブ制震

 電力などのエネルギーの入力を一切必要としない方式です。 オイルダンパーや粘弾性物質、金属などのエネルギー吸収要素を利用した制震壁・制震ブレース・制震柱などが使われ、 建物の各部分で震動を減衰させます。停電などの影響を受けず、安定した性能を発揮することが出来ます。

セミアクティブ制震

 「少量のエネルギーの入力を必要とするもの」と分類されます。また、「建物の振動を状態方程式で表わしたとき、 係数を動的に変化させるもの」という分類のされ方もあります。 具体的にはオイルダンパーのオイルの流量の調節などを行い、逐次適、した係数に変化させることで パッシブ制震よりも効果的な振動の低減を図るものです。 制御にはコンピュータや簡単なリレー回路を用います。

アクティブ制震

 「多くのエネルギーの入力を必要とするもの」と分類されます。 また、「建物の振動を状態方程式で表わしたとき、新たな項を追加するもの」という分類のされ方もあります。 直接的に外部からのエネルギーの入力により建物の振動を制御するための力を与える装置を 設置するものであり、マスダンパー型や連結型として用いられます。 一方で建物の振動を押さえる力を発揮できる装置は、即ち建物を振動させる力を発揮できる設置であるため、 設計ミスや誤作動、意図的な操作により建物を振動させる事も可能であり、設計に際しては細心の注意が払われています。 セミアクティブやアクティブ制震では震災時に停電しても動作を担保するために無停電電源装置を用いる事が多い。 また、最低でも数十年になる建物の供用期間に対して制御に用いるコンピュータの寿命は短いため、定期的な交換が必要です。

力学的な形態による分類

層間ダンパー型

 建物の上の層(床)と下の層の間をダンパーを用いて連結し、建物が振動で変形した際に ダンパーも変形させ、ダンパーにエネルギーを吸収させて建物の損傷を防ぐ機構です。 ダンパーにはオイルダンパーや粘弾性体、金属の塑性化を利用したものなどがあり、 また、設置様式によりブレース型や間柱型、壁型等があります。 殆どの場合でパッシブ制震として用いられるが、セミアクティブ制震として用いられるものもあります。

マスダンパー型

 建物の最上部などに「おもり」を設置しおもりと建物の間に生じる力を利用して建物の振動を低減させるものであります。 揺れているブランコに乗っている人が自らの重心を動かすことで急激に揺れを止める様子を想像して下さい。 日本のゼネコンからは、シリーズ化されたアクティブ制震機構がいくつも出ています。 おもりと建物を連結するバネ(または振り子)やダンパーを振動学的に適切に調整したパッシブ制震のものを TMD(Tuned Mass Damper)、おもりと建物を連結するバネ(または振り子)やダンパーを動的に 制御し調節するセミアクティブ制震のものをATMD(Active Tuned Mass Damper)、コンピュータにより解析を行い、 おもりをアクチュエータやリニアモーターで応答を制御するのに適した動きをさせるAMD(Active Mass Damper)等があります。 ただ、建物に載せるおもりには限度があり、出せる力が小さいため、殆どの場合で地震ではなく、風に因る振動を対象としています。

連結型

 複数の建物、または建物の構造を複数にわけて、ダンパーで連結する制震機構です。 建物が互いの重さを利用して振動を低減させるための力を得ます。 パッシブ、セミアクティブ、アクティブ制震のいずれのタイプも可能です。 事例数は少ないが幾つかの研究が行われています。

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