タワーに求められること、それは、風揺れを抑えることと耐震性を確保する事です。
この2つは塔状建築物にとって相反する事でもあります。

風揺れを抑えるためにRC構造にすると、塔の最上部での地震応答は地上の3倍くらいになります。
地震力を抑えるために鉄骨造にして建物を軽くすると、風揺れで船酔いを起こすようなことになります。

日本の代表的なタワー、東京スカイツリー（設計：日建設計）は、中心をRC壁のシリンダーとした芯柱制振を採用して地震応答を減らす構造としています。通信用のゲイン頭頂部にはTMD（チューンド・マス・ダンパー）を設置しています。
ゲイン頭頂部は頂部1/5位の部分で、芯柱は下の方にうっすらと見える中心部です。途中で外殻のタワーフレームとオイルダンパーで接続されているのも分かりますね。

羽田空港の管制塔（設計：安井建築設計事務所）は、中間層免震を採用し、RCの塔体に鉄骨造のオペレーション室を乗せています。風揺れを防ぐために、AMD（アクティブ・マス・ダンパー）を設置しています。
Google Mapからの画像ですが、塔体は扁平な円弧を合わせた形、その上に免震構造を載せているのです。この扁平形状の塔体、良く風が吹く方向に円弧面を向けています。奥に見える湾岸線とA滑走路はほぼ平行なので、滑走路と直交するように作られているんですね。滑走路の向きは、強い風が吹く方向を向いているのです。
しかも、円弧が合わさった部分はスリットを切って、乱流を発生させて風揺れを防ぐ工夫をしています。
ちなみに、奥に見える旧管制塔は私の初仕事のプロジェクトでした。地盤の応答解析のデータ整理と鉄骨小梁の計算を担当しました。

このように、タワーの設計は風揺れ対策が不可欠なのです。
この2つのタワーのシステムにそん色ないタワーが作れないか。
そう考えてできたシステムは、
こんな感じです。
中間層免震にしてRC塔体の上に鉄骨のフレームを載せる部分は、羽田管制塔をヒントにしました。
でも、AMDを付けずに風揺れを抑えたい。
AMDはコンピューター制御で風揺れを抑える装置なので、装置コストも大きいしメンテナンス費用も掛かる。設置場所も必要になるのです。
そこで考えたのが、制振ダンパーのレベルを上にあげる事でした。
当然、RCは風揺れをほとんど起こしません。
鉄骨フレームの最上階とRCを直接結べば風揺れを抑えられるし、地震の時も鉄骨フレームとRCシャフトの位相差で大きな効果が出る！
解析した結果、再現期間1年の風で1gal程度となり、AMDやTMDは付けなくても大丈夫という計画になりました。
アイキャッチ画像にふた付きボールペンの写真を使っていますが、個人的にはボールペンの蓋免震と名付けています。
この時は認定ダンパー（減衰コマ）を使いましたが、免震層ではないところに使うダンパーなので、認定外ダンパーでも良いという事になりますよね。

これに気をよくした僕は、位相差制振をもっとやりたい！となり…位相差制振といってもそれほど難しいことではなくて、違う動き方をするものをダンパーで接続すれば、基本的に大きな制振効果が出るという事。
負けてしまいましたが、とあるプロポで提案したのが、もろ、2重管制振（提案したものではなく、草稿レベルのポンチ絵ですが）。
高さや大きさが違うものをダンパーでつなげば、波が打ち消しあって地震や風揺れが減るんですね。
でも、このままでは面白くないので、外周リングに穴を開けちゃおう。軽くもなるし。

こうすれば、外周リングはプレキャスト化できるかも。とか、中心の塔体の風荷重も小さくなるかも。などと考え、簡単な実験。

塔体に見立てたロール紙の芯にビニール紐を割いたやつを付けて、ドライヤーでびゅうん。ぱさぱさとビニール紐が風で揺れます。
外周リングを付けると？

リングが邪魔で紐が揺れないだけじゃなく、塔体とリングの間は無風状態に近いのだと思います。
いろんな面から風が入り込み、中で風がぶつかり合って気圧が上がっているのでは？と感じました。
残念ながら負けてしまったため、これ以上の実験や検証はできませんでしたが、風荷重を小さくするという効果も、風揺れを小さくするという効果も有る構造だと思います。

この実験では、最初、紐をつけすぎて全然紐が揺れませんでした。
という事は、建物に「毛」を生やせば風揺れを抑えられるのかな？と思います。
でも、毛が抜けたらあちこちから苦情が来るので、実現は難しいでしょうね。
でも、どなたか「毛」が生えたビルをやってみたい方、ぜひご連絡ください。

最初の中間層免震＋位相差ダンパーのタワーは、風洞実験で風荷重を求めました。今でもそうですが、どこも風洞が空いていなくて、設計期間も短かったのですぐできて安い、イギリスの風洞で実験。
模型は３Dプリンターで作るので、発注して2週間くらいで実験が出来ます。
粗度区分はサイコロではなく、フィンスリットの開閉でコントロールするのでコンピュータ制御で出来ます。
データ処理も早いので、リアルタイムでデータが見れます。
帰国して1週間後には時刻歴データも出てきました。
料金も、旅費など立ち合い費用を含めても安かったと思います。
が、
平均成分の取り方が日本の基準と若干違い、データ処理が大変だったことを思い出します。
この打合せや契約対応なども英語で直接やりましたよ。

CODESIGN STRUCTURES は、経験に基づく構造スキルをベースに、これからも合理的で新しい構造設計に挑戦していきます。
英語対応、海外クライアント応対、構造計画のお手伝い等、少しでも興味を持っていただいた方は、よろしければトップページ、これまでの経歴などご確認ください、訪問よろしくお願いします。

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袋井市のHPで、新しい消防庁舎建築工事の現場報告が掲載されています。
ナイアガラの滝で試験したダンパー（違う違う、ナイアガラの滝のそばのメーカーで試験したダンパー）は、袋井市消防庁舎用のダンパーだったのです。
アイキャッチ画像にも使っている、ロンドンのミレニアムブリッジで歩行振動を止めるためにダンパーを設置しましたが、そのメーカーです。
袋井市消防庁舎は来月竣工予定です。

それがこのダンパー。（袋井市HPより転載）
なんと、5m以上あり、これを24台設置しています。

袋井市の中心部は東海地震で大きく揺れる可能性がある場所です。
建設地も非常に大きな揺れが予想できる場所でした。
現在の技術で考えうる最大級の地震（地震対策推進本部第4次報告、南海トラフ地震東側起点モデル）をハイブリッド合成法で再現してみると、速度応答スペクトルは、1－2.5秒で600kine!
一般的な免震周期の4秒で250kine。建物無被害、緊急出動が可能なレベルを探すと、7.5秒-150kineという結果に。
長周期地震動と呼ばれている、基整促波SZ1の実に4倍のパワー

消防の方に、この場所に消防本部を建てるより、小笠山の方にした方が良いです、と進言しましたが、帰ってきた答えは
「こういう場所だからこそ、消防本部が必要なんです！大きな被害が予測できるところにこそ、消防が必要なんです！」
かっこいー
じゃあ、何とか挑戦してみましょう。

皆さんはどう思いますか？
少し調査や勉強をしてみたら、法で定められている地震レベルの4倍の大きさの地震のリスクが有ると知ったとき。
知らなきゃよかったとはこのことです。

知ってしまった以上、真摯に対応しよう。
Fire Fightersの熱い思いを形にしよう！

そう決意してみたものの、そこには高い高いハードルが。
応答変位は1m弱、応答速度は200kine弱
これに対応できるダンパーが無いのです。
認定取得したダンパーとリニア特性の認定未取得ダンパーを組み合わせて、認定未取得ダンパーが有っても無くても、基準法レベルの地震では設計レベルを満足するし、南海トラフ地震では、未取得ダンパーが有効に働く。
こんなストーリーで大臣認定取れないですか？と交渉しましたが、答えはNO。
免震層の中には、認定品以外を使ってはならないとの答えでした。

そこで、37条の材料認定の個別評定を受けて、そこで認められた性能で20条の大臣認定を受けるしか道がなくなりました。
そのためには、試作品を作って実験をする必要が有りました。
認定をもらうためには1年必要です。

そのことを、熱きFire Fighterに話し、設計工期1年延長のお願いをし、市町にも直接説明申し上げ、何とか、工期延長、前代未聞の7.5秒免震への挑戦が始まりました。

ダンパーも異なる種類を組み合わせるのではなく、必要な性能のダンパーを設計しちゃおう。という事で、低速域では穏やかに作用（50kine-1000kN)して、高速域ではがっつり効く（200kine-2150kN)、ストローク900㎜のダンパーにしたのでした。そうしないと、時々起こる地震の時効かない、なんてことになるのです。

本当は低速域をもっと落として、中速域で減衰が大きくなって、高速域は一定になる、「S」字曲線のダンパーにしたかったのだけど、それは難しいそうです。

設計の結果、積層ゴム支承はたった4台、それ以外はCLBです。
氷の上に建物を乗せているような、そんな状態です。
風に抵抗できるのは、4台の積層ゴムとダンパーだけです。
一応、風にもダンパーが効くという事を実験で確かめました。

大臣認定を取っていないダンパーを使って、クライテリアに合わせた設計をする、こんな設計の仕方もあることを紹介したくて通常は建物竣工後に記事掲載をするのですが、工事契約後の昨年6月、ビルディングレターに技術レポートを掲載していただきました。詳しく設計データーをご覧になりたい方は、ビルディングレター（日本建築センター）2018年6月号をご覧ください。

1年間に及ぶ評定終了後、委員の日本大学・古橋教授が「こうすれば7.5秒免震ができるんだね」の一言が凄く嬉しかった思い出があります。

「免震層には、大臣認定品しか使えません」この一言も今後の免震構造を設計するうえでヒントになるかもしれませんね。

因みに、ナイアガラ・バッファローのメーカーとは、当然英語で話していました。
高いレベルの専門用語が必要なので、通訳は役に立たないのです。

CODESIGN STRUCTURESは、高い専門知識、市長にも説明できるプレゼンテーションスキル、語学力、そして経験で新世代の構造を生み出してまいります。
よろしければTOP PAGEも訪問くださいね。

ところで、次世代免震については、またアップします。出来るだけ早くできるよう、頑張ります！

支えていただいた皆様、全然更新もされないこのサイトに時々覗きに来ていただいた皆様、ありがとうございます。
気づけば時代も平成から令和に代わり、時代の節目に投稿も更新もしていなかったなんて…
これからは、もう少しコマめにやっていきますので、よろしくお付き合いください。

弊社の最初のプロジェクトは、海外、某国空港のセキュリティ向上プロジェクト。
手荷物検査の精度と効率をよくするというプロジェクトで、手荷物搬送システムのための架台や検査室の構造を担当しました。

今回のプロジェクトで気を付けたことは、
入手が容易な、グローバルスタンダードの材料（特に鋼材）を使う。
難しい溶接をしない→すべて隅肉溶接で、厳しい管理やUT検査がいらない溶接方法にする。
ディテールをきちんと書いて、難しい検討をしなくても施工ができるようにする。
などなど。

グローバルスタンダードの鋼材は、それほど難しくなくて、いわゆるJIS鋼材を使えば良いだけ。SN400 やSS400と書くところを、comply with ASTM A36/36M or equivalent（アメリカスタンダードA36/36Mか同様のスタンダードを満足しなさい）とすれば良いだけ。
コンクリートや鉄筋、ボルトも同様です。
ただ、コンクリートの骨材は洗ったものを使え、と書いたのだけど、おそらくないだろうなぁと思っています。

難しい溶接をしないという事ですが、ここが腕の見せ所。
ブレース構造にすれば良いのだけど、いわば、中2階の増築のような今回のプロジェクト。
ブレースが動線上邪魔になったり、柱を立てられる場所も限られていたりで、選んだのは方杖付きフレーム。

これは、計算プログラムのモデル図ですが、要は、柱に梁を乗せるような接合にして、アングル方杖で固定するというディテール。
モデル図なので方杖が貫通してますが、実際は梁下で止まります。
こうすれば、部材間の力の流れは、全て軸力とせん断力での伝達になるから、隅肉溶接だけで設計できるのです。
1階にブレースも無いし、使い勝手もフレキシブルになりますよね。

3番目のディテールをきちんと書くという事ですが、ここでお見せできないのが非常に残念です。
さすがに、まだ発注前の図面を載せる訳にはいかないので、ご容赦ください。

ここに載せているモデル図ですが、一貫設計プログラム、MIDAS eGENで作ったもの。
今回のプロジェクト、全部で6棟あったのですが、全てeGENを使いました。
上のモデルのように、方杖付きでも構造上の「層」に分ける必要もないし、段差梁やスロープ梁も対応してくれる。
結構気に入って使っています。今回プロジェクトでは大活躍でした。
応力図もこんな感じ。

X方向の地震時曲げモーメント図ですが、おかしくはないですよね。

僕もまだ完全には使い切れてはいないのですが、せっかくなので、これ以外にもeGENの良いところを書いてみようと思います。
まず、柱符号や梁符号を決めずにモデルを作れるといこと。
普通の一貫設計は、まず通り芯と階高を入れて、これで出来たグリッドに柱符号や梁符号を置いて、その次にその符号に対応する部材を定義するというやりかた。
eGENは、これに近い入力もできるのですが、基本は全て逆。
柱を立てて、柱と柱を梁でつないで、床を張って、後でフレーム名を決めたり、符号もあとで付けても問題ないのです。
符号を付けないで解析しても、答えを出してくれます。
計算した後で符号を付けることができるので、先入観にとらわれず、応力や変形から最適な部材を使う設計ができると思っています。

ただ、このコンセプト、経験が少ない人は戸惑うとは思います。

そのほか、すごく助かったのは、床や小梁等の2次部材、ジョイント、果ては基礎まで計算書を作ってくれるところです。
小梁の計算書はこんな感じ。

スラブ、今回はデッキスラブでしたが、こんな感じになります。

XY座標ですが、位置がどこかも書いてくれているし、楽ですよね。
基礎は、本体と別の計算書が出力されます。
そのメニューがこちら。

直接基礎も扱うし、杭基礎（場所打ち、既成杭、鋼管杭）も扱う。基礎指針の地盤の弾塑性も考慮してくれる。
液状化もやってくれるし、杭曲げの曲げ戻しも計算してくれる。
かゆいところに手が届くプログラムです。
杭曲げに関しては、一度計算を試したらまた報告しますね。

今回は直接基礎だったので、こんな感じで出力されます。
モデル作成が楽で、モデル化したものをほぼ全て計算書にまとめてくれるeGEN。
これを使ったからこそ、短期間で6棟の構造設計が出来たと思っています。

今回のプロジェクトでは、計算書に英語の訳文を付けて提出しました。
こういう仕事ができたのも、弊社の高いポテンシャルと便利なプログラムのおかげだなと感じています（とさりげなく宣伝）。

CODESIGN STRUCTURES は30年にわたる構造設計の経験に基づく技術と便利で強力な設計ツールで構造設計を通じて皆様に誇りと笑顔と安心をお届けしてまいります。
初業務も終わり、スケジュールの空きもありますのでご用命のほどお願い申し上げます。
よろしければトップページ、更にはこれまでの経歴などでご確認ください、訪問よろしくお願いします。

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昨日、在職中担当していた現場に。
年末の挨拶と開業の挨拶。

現場も案内していただきました。

在職中取り組んだ、カーテンウォールのマリオン。
4面ボックス（4枚のプレートをサブマージ溶接で組み立てたボックス）の溶接ビードを消す工夫。
僕の考えを示して、サブマージ工場で試験施工して。
施工会社とも調整して、これなら行ける！という事でGoサイン。

現場でお世話になったゼネコンの鉄骨担当者が「田中さん、すごくうまくいきましたよ。頑張った甲斐が有りました」という言葉に凝視すると、そこには溶接ビードが完全に消えたボックスが。

グラインダーで削ったのではありません。

溶接ビードは鉄骨素地より硬いので、グラインダーで削っても完全にフラットな面は出来ないし、母材を痛めるリスクもある。何より大変な労力がかかる作業になるので、コストが合わない。

今回は、僕と設計＆施工チームの工夫と熱意と努力で完全にフラットな4面ボックスを製作しました。
適用できる部分は限られるのだけど、このようなマリオンやシースルーエレベータのフレームなどには使いたいと思います。

どのように実現したかは企業秘密。

お問い合わせはこちらまで。