We developed a new earthquake resistant hybrid sytem for houses consisting of a mat foundation, a sliding base and an upper structure with oil dampers. It works as a base-isolated system when ground motion is extremely strong. Under minor ground motions or strong wind, the base does not slide but oil dampers work to decrease vibration of upper structure. By shaking-table tests and numerical analyses, it is confirmed that deflection as well as acceleration can be decreased, making it possible to make use of the house even soon after a severre earthquake.

Our study was focused on development of rational and low cost method, taking advantage of high damping property of viscous dampers, to increase seismic stability of existing old wooden houses which caused a great deal of death tolls during 1995 Hyogoken Nanbu Earthquake. Mechanically weak points of wood structures are their fragile properties, especially against tension, at numbers of connections. So, we aimed at distributing a number of small size oil dampers in the house. Dampers are so designed as to exhibit compressive resistance only making use of stop and relief valves. Specifications of the damper were identified and now available on commercial basis. It has been confirmed that dampers work fairly well to prevent even seismically inadequate houses from collapse when subject to very strong ground motions. An extended structural system is provided with a solid base which is allowed to slide on the high polymer sheet spread over a mat foundation. The system is not that effective as normal base-isolation system, but it was found to be able to reduce the maximum acceleration of the top floor to be as low as 400-500cm/s^2. Also developed was a linked oil damper which works to prevent damage concentration to some specific part of the buildings and houses.
Availability of those structural systems was confirmed through full scale dynamic loading or shaking table test. Seismic response behaviors of those systems are also studied making use of an original Extended Normalized Characteristic Loop model to represent load-deflection relations of a variety of wooden houses. It came to the light in this analysis that original damping property of the model affects much the maximum displacement when subject to strong ground motions. Therefore, identification of damping factor of building structures and houses are also conducted.

In the first year, a small MR damper with the maximum resistance of nearly 300N was designed and manufactured. Through a series of sinusoidal loading test, the stability of mechanical behavior of the damper was confirmed. It was also confirmed that the analytical model of the damper could be represented by a simple combination of a dashpot and a variable Coulomb slider, which is called a Bingham model. The exact ness of the model was confirmed by comparing the two load-deflection relations, experimental and simulated ones, obtained by a random loading test. Prior to the shake table test of a scaled steel frame subject to semi-active-control, damping property of the frame alone and the one with passive viscous dampers are studied. Then, the MR damper was installed into the frame and the effectiveness of semi-active control, simulating origin-restoring friction damper, was confirmed. It was found that the only negative point with the damper was that the resistance of the damper tends to be delayed to the input signal to control the capacity of the damper.
In the following year, another small MR damper to perform semi-active control on base-isolated building model was manufactured. Mechanical behaviors of the damper were again represented by the Bingham model. In the case of base-isolated building model with the natural period of 2-3 seconds, the time lag of the resistance with regard to input control signal was found almost negligible. In this case, two types of semi-active control algorithms were made use of and compared. One is an instantaneous optimum control algorithm and the other is based on the balance between the half-cycle input seismic energy into the building and the hysteretic energy absorbed in the damper.

In the first year, based on the information obtained in the preliminary experimental study on the proto type 20kN MR damper, a new 40kN damper with the maximum stroke of ±100mm was designed, manufactured, tested and confirmed to be the one with satisfactory stable load-deflection relations which can be adjusted by applying minor electric current. By installing this damper into a small simple one-mass model to represent a base-isolated building system, original semi-active control algorithms by project participants were investigated by means of shake table tests.
In the second year, a larger scale shake table test was conducted. The model consists of a 2/3-scale steel frame rested on one-way roller bearings at the foot of the corner columns. Four natural rubber bearings were used to adjust the natural period of the system to be about 3.0 seconds. Instead of a normal passive damper, the 40kN MR damper is installed to perform semi-active control. Five different control algorithms proposed by each project participants were tested. The aim of each algorithm, i.e., to get less acceleration without causing greater displacement than the case of normal passive control, was found to be very successful. It was also confirmed that most experimental results and analytical ones showed good agreement.

粘弾性仕口ダンパおよび粘弾性筒形ダンパを適用する場合に、より効果的に制振効果を発揮させるために、各ダンパを主構造へ取り付ける詳細を実大振動台実験および動的繰り返し加力実験により検討し、さらに解析結果と整合することを検証した。を行い、滑り基礎構造と粘弾性仕口ダンパを併用することの有用性を示した。接着剤接合に関する研究としては、取り付け金具の曲げ剛性を増大させ、または/さらにクランプにより端部を固定することで寸法効果を低減出来ることを実験的に明らかするとともに、FEM解析によりその根拠を検討した。さらに、実験的検討よりエポキシ系接着剤は接着部の養生期間中の環境湿度の影響が大きいことを明らかにした。

本研究では、免震構造に準じた効果を低コストで実現することを目的として考案した滑り基礎構造の実用化に向けて、種々の角度より主に理論的に検討した。滑り基礎構造とは、上部構造とべた基礎構造の間に適度な滑りを生じさせるための摩擦係数の小さな高分子系シートを敷き、さらに上部構造の構面にオイルダンパを設置した構造である。中小地震時には構面に設置したオイルダンパにより地震力を吸収し、大地震時には上部構造が高分子系シートの上を滑ることによって上部構造に伝わる地震力を抑制する。大地震後も建物を修復することなく継続して使用できることを目標とするものであり、その実現のために今年度は設計法の構築に向けて下記の理論的な研究を中心に実施した。１）最大加速度応答の推定方法滑り基礎構造は、建物の基礎を滑らせることによって建物に入力される地震エネルギーをある一定量にまで抑制する構造システムである。その性能は摩擦力によって一意に決まるものであるから、摩擦係数が分かっていれば時刻歴応答解析に依ることなく、上部構造の最大応答加速度を予測することが可能である。本研究では、滑り基礎を含む2質点振動モデルを対象として、最大応答加速度を予測する方法を提案した。２）滑り基礎構造の最大滑り量と残留滑り量はじめに、周期と最大速度を入力地震波の卓越周期と最大速度と等しく設定したSin波1回の滑り変位量を算出することによって、概ね傾向を示すことができることを確認したのちに、さらに一般的な地震波の卓越周期を周期とする正弦波に対する滑り変位量により地震動による滑り変位量を予測出来ることを示し、最終的に、過度な変位を抑制する摩擦係数μについて検討した。３）上記、1)、2)の検討より、滑り基礎の摩擦係数を0.15-0.2の範囲で設定すれば、戸建て住宅上部の最大加速度応答を400-500cm/s^2、基礎の最大滑り量を40-50cmと出来ることを理論的に裏付けた。

　本研究で対象とする構造システムは免震構造用のダンパーとして新たに考案した付加慣性機構を利用するものである。線形のバネに支持された上部建物と地盤との間を回転する振動子を介して接続することにより、その振動子の固有周期に対応する地震動の卓越周期成分の入力を遮断することを目的としている。リニアモーターを利用して製作した小型振動台による実験を基本にして検討を進め、種々の実験結果と解析結果との整合性を確認の上で、さらに幅広く、提案システムの汎用性を解析的に検討した。得られた知見のなかの主要なものは下記のとおりである。１） 正弦波入力による実験・解析からは、定常応答の状態では提案構法がその振動子の固有周期と同じ周期の入力波を遮断する特性を効果的に発揮することを確認できたが、外乱の作用開始直後や作用終了直後の非定常な状態においては変位・加速度応答共に大きな値を示すことが明らかになった。２） 地震動を模擬した非定常ランダムな外乱の作用を想定した実験・解析からは、振動子の固有周期と等しい成分の地震外乱を十分には遮断できず、変位応答は低減されるものの、加速度応答の低減は難しいことが判明した。　地震時の地震表面の振動は比較的広い範囲にそのスペクトルを有するために、１個の慣性質量により上部建物への外乱の伝播を遮断することは難しい。従って、本構法の適用性を高めるためには、慣性質量を複数にすることや、振動子個々の減衰特性の最適化を計るなどの検討がさらに行われねばならない。

はじめに、ダンパーなどにより特には高減衰化されていない建物の固有の減衰性能を評価するために小型の鋼製フレームによる実験を行った。フレームを構成する柱梁接合部の接合法の違いに関しては高力ボルト摩擦接合による場合が溶接接合による場合より約2倍の減衰定数になること、何れの接合方法によっても塑性変形（損傷）を経験した直後は減衰性能が高くなるが、十分な時間の経過後には元の性能にほぼ復することを確認した（成果資料1）。一般の鋼構造建築物ではその減衰定数が1%前後と低いため、特に超高層建築物のように風の影響を受けやすい建物では揺れによる不快感を引起こす可能性があることを、実際の超高層オフィスビルの風揺れ観測などから確認し、それを防止するには粘弾性ダンパーの応用による建築物の高減衰化が有効であることを明らかにした（成果資料２）建築物の総合的な耐震安全性を確保するためには構造本体の保全のみならずその収容物、付帯物の保全、あるいはそれらの移動%転倒%落下による2次被害の防止も必要である。そのためには、建築物の変形・加速度の両者を同時に抑制する構造システムが望ましく、免震構法採用の次善の策として粘弾性ダンパーの活用が有効なことを明らかにした。粘弾性ダンパーによる建築構造の高減衰化は、大地震に対しても弾性設計を可能にすること、また弾塑性建物では予測が難しい複雑な地震動の作用に対しても特定層への変形集中を防止し、応答予測を比較的容易、正確に行えることは今後の性能規定形の設計法に向けて大きな利点となるであろう。粘弾性材料はさらに高性能なものが開発されつつあり、本論で示した結果よりもさらに良い結果が期待できるようになると考えられる（成果資料3）。研究成果1) 1998年9月、 加振実験による鋼製模型建物の減衰特性の検討（その1$2）、日本建築学会秋季学術講演会2) 1998年4月、鋼構造超高層建築物の風入力に対する居住性確保への粘弾性ダンパーの応用、日本鋼材クラブ奨励研究研究梗概集3) 1998年9月、 粘弾性ダンパーの建築構造物への設置容量の決めかたについて（その１、2）、日本建築学会秋季学術講演会

　建築物の対震安全性を向上させるために特別な制振装置（ダンパー）を設置して建築物の減衰性能を高める事を有効と考えるが、設置するダンパーの必要性能を決定するには、建築物自体が保有する減衰特性の量的な評価のみならずメカニズムの特定もする必要がある。従来より、建築物の減衰特性に関してはその定量化のみが中心に扱われ、その発生機構の特定に関する研究はほとんど実施されていないので、本課題では先ず、小型の鋼製フレームを用いて振動実験によりその減衰機構を特定することに関する基本的な検討を行った。剛とみなされる梁（床）に4本の柱をボルト接合した1層モデルにより、柱材の有する内部減衰と接合部の有する減衰性能を量的に比較した。減衰特性の違いに及ぼす要因として、柱の材質（鋼、銅）、固有周期、振幅、経験塑性変形の大小などを考慮し、下記の3点を明らかにした。　1)実験に使用した鋼構造フレームの減衰性能には粘性減衰として評価できる成分はほとんど存在せず、摩擦による減衰が大半を占める。全摩擦減衰に対する柱の内部摩擦の割合は小さく、大半を接合部における摩擦減衰が占める。　2)鋼（強磁性体）の柱材は銅（非磁性体）の柱材に比べて高い内部粘性減衰性を有するものであるが、フレームとしての減衰性能では両者の違いはほとんど認められない。この事からもモデルの減衰性能の大半が接合部の摩擦機構によるものであると考える事が出来る。　3)柱が塑性変形した後に構造の減衰性能は上昇するが、時間の経過とともに減少し、十分な時間の経過後には塑性変形を経験する前の性能とほぼ同じに復する。　今年度の研究では、接合部を溶接とする場合の検討と、多層フレームの高次モードに対応する減衰定数の検討が行われておらず、今後の課題として残った。