正弦波振動する建物内を昇降するエレベータのロープ振動と付加張力の関係: 地震時にエレベータのかご室が昇降するためのアクティブ振動制御その1

摘要

超高層建物の建設が世界的に広がっており，建物内の縦方向の移動手段としてエレベータの役割は重要度を増している。エレベータの昇降路内にはFig.1に示すように，かご室の昇降に伴って移動するメインロープやコンペンロープ（かご室の下面と釣合錘の下面を接続するロープ），ケーブル等の長尺物がある。これらの長尺物は地震時には建物の振動により大きく振動することがある。超高層建物では建物の固有振動数とエレベータロープの固有振動数が低次モードで近接するため，エレベータロープは振動しやすい。これはローブスウェイ問題と呼ばれている。この振動が大きくなると，昇降路のレールブラケットゃ昇降路内設置機器の取り付け金具等の突出物に長尺物が接触し引っ掛かる被害が発生する。日本では2009年にはェレベータに，地震等の加速度を検知して自動的にかご室を昇降路の出入口の戸の位置に停止させ，かつ，かご室の出入口の戸およぴ昇降路の出入口の戸を開くこと等ができることとする地震時管制運転装置の設置が義務付けられた。P波管制運転におけるP波設定値は原則0.025～0.1m/s~2である。さらに，高さ120mを越える建物に設置されるエレベータで昇降路が60mを超える場合には長尺物振れ管制運転が適用される。地震時管制運転を対象とした研究は多く，例えば緊急地震速報を利用し，エレベータを地震到達前に停止する制御の有効性が示されている。著者らもこれまでに地震時管制運転によりエレベータが稼動していない状態を想定し，ェレベータ機能の早期復旧および損傷低減のための最大応答の低減や振動の継続時間の短縮を目的とした捩動制御手法の提案を行ってきた例ぇば。しかし，長周期地震動に共振した高層建物の振動は長く継続し，建物と比較して低減衰のロープの振動も長く継続する。さらに，巨大地震後には余震も多く発生し，現状の対策ではエレべ一タの停止状態は頻繁に発生し，かつ長く継続する。したがって，ェレベータロープの振動をエレベータが使用できるレベルの振動に抑えつつ運用することが，今後，地震時や余震の続く中においてエレベータを利用した消火，救援，避難のための縦導線の確保に繋がるものと考える。火災時を対象とするものであるが，2013年に東京消防庁は避難にエレベータを活用するという指針を示している。これは住民の高齢化とマンションの高層化がともに進んでいるためである。