JP2008255593A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動発生源となる構造物から周囲の構造物へ伝わる振動を制振する制振装置を得る。
【解決手段】制振装置１００は、上下方向に発生する振動波の振動数と振幅を計測する振動センサ２６と、柱１４に設けられ、ホール２４の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する加振部１０８及び振動調整部１１０と、計測された振動数と振幅に基づいて制振力の大きさを制御する制御装置３０と、を備えている。集団で人が跳躍してホール２４に上下方向の振動が発生すると、振動センサ２６によって上下方向の振動数と振幅が計測される。続いて、計測された振動数と振幅に基づいて制御装置３０が加振部１０８及び振動調整部１１０を動作させ振動を打ち消す。これにより、振動発生源である建物１０において自ら振動を打ち消すので、地盤２２を通じて周囲の建物に振動が伝わりにくくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、構造物の振動を制御する制振装置に関する。

ライブハウスや多目的ホール等において大人数の観客が音楽に合わせて連続した跳躍運動を行った場合、又は、工場においてプレス機械等が連続稼動した場合に振動が発生する。この振動は、当該建物の周辺の建物に基礎や地盤を経由して伝播し、上下の振動を誘発して、不快な振動として感じられる。

この不快な振動を解消するため、当該振動を打ち消す振動を強制的に発生させて制振を行う制振装置を振動発生源の周辺の建物に設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の制振装置は、建物に設置した振動センサで計測された振動情報に基づいて上下方向に制振力を発生するアクティブ制振装置を設けることで、隣接する工場から当該建物に伝播する振動の制振を行っている。

しかしながら、特許文献１の制振装置は、振動発生源の振動を制振するものではないため、振動発生源の周囲の建物全てに制振装置を設けなければならなかった。
特開平８−５３９５４

本発明は、振動発生源となる構造物から周囲の構造物へ伝わる振動を制振する制振装置を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る制振装置は、構造物に設けられ、上下方向に発生する当該構造物の振動数と振幅を計測する計測手段と、前記構造物の柱又は杭に設けられ、前記構造物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、前記計測手段で計測された構造物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

上記構成によれば、集団で人が跳躍するなどして構造物に上下方向の振動が発生すると、該振動は柱又は杭に伝わる。このとき、計測手段によって上下方向の振動数と振幅が計測される。

続いて、計測手段で計測された振動数と振幅に基づいて、制御手段が制振手段の制振力の大きさを制御する。

これにより、振動発生源である構造物の上下方向の振動が集中する柱や杭で、自ら振動を打ち消すので、地盤を通じて周囲の構造物に振動が伝わることがなくなる。

本発明の請求項２に係る制振装置は、前記制振手段が、上下方向に振動可能な加振部と、前記加振部と前記柱又は前記杭との間に設けられ剛性が変更可能な剛性可変手段と、を有し、前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記剛性可変手段の剛性を変化させることを特徴としている。

上記構成によれば、構造物の振動を打ち消すときに、加振部の振動によって振幅が調整され、剛性可変手段の剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。

本発明の請求項３に係る制振装置は、前記剛性可変手段が、柱又は杭に形成された前記加振部の収容部の天井壁と底壁に設けられたことを特徴としている。

上記構成によれば、剛性可変手段が、加振部の収容部の天井壁と底壁にあり、加振部を支持しているため、加振部が上方向、下方向いずれに移動しても制振力が発生する。

これにより、加振手段が小型のものであっても、制振力を増幅することが可能となる。

本発明の請求項４に係る制振装置は、前記天井壁と前記底壁に固有の剛性を有する補助部材を設けたことを特徴としている。

上記構成によれば、加振部と収容部の天井壁と底壁との間に固有の剛性を有する補助部材が設けられており、補助部材が加振部を固有の剛性で支持するため、加振部の振動が安定し、制振力が安定する。

また、剛性可変手段部の負担が小さくなるため、コンパクトに設計できる。

本発明は、上記構成としたので、振動発生源となる構造物から周囲の構造物に振動が伝わりにくくなる。

本発明の制振装置の実施形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、地面２０上に建物１０が構築されている。

建物１０は、地盤２２の鉛直方向にコンクリート等で構成される杭１２が形成され、杭１２上にＨ鋼からなる複数の柱１４と複数の梁１６が組み上げられ固定されることで構築される。また、建物１０には、最上階に大人数を収容するホール２４が設けられている。

ホール２４直下の複数の柱１４Ａの中央部１４Ｂには、ホール２４の床部１８で発生する振動（矢印Ａ）を打ち消す振動（矢印Ｂ）を発生させる制振装置１００が内包されている。

ホール２４の床部１８には、ホール２４で発生する振動の振幅及び周波数を計測する振動センサ２６が設けられている。

また、ホール２４の下の階には、振動センサ２６で計測された振動の振幅及び周波数に基づいて、制振装置１００の振動を制御する制御装置３０が設けられている。制御装置３０と振動センサ２６は、通電可能なケーブル２８で接続され、制御装置３０と制振装置１００は、同様に通電可能なケーブル３２で接続されている。

制御装置３０は、図示しない電源を内包しており、制御装置３０が電源を駆動することで外部に電力供給可能となっている。

図２ａに示すように、中央部１４Ｂのフランジの間には、鋼板からなり水平方向に広がる天井壁１０４及び底壁１０６が溶接され、中央部１４Ｂのウェブの両側には、天井壁１０４、及び底壁１０６で囲まれる収容部１０７Ａ及び収容部１０７Ｂが形成されている。

収容部１０７Ａ及び収容部１０７Ｂには、それぞれ制振装置１００が収容されている。なお、収容部１０７Ａ及び収容部１０７Ｂにおける制振装置１００は同様の構成のため、収容部１０７Ｂにおける制振装置１００については説明を省略する。

次に制振装置１００について説明する。

図２ａ及び図２ｂに示すように、制振装置１００は、振動を発生させる加振部１０８と、加振部１０８で発生した振動数を調整して天井壁１０４及び底壁１０６に伝達する振動調整部１１０とで構成されている。

加振部１０８は、底板１１８上にチャンネル型鋼２本を対向させ立設して構成された支柱１２０と、支柱１２０の両側に立設された２本の補助支柱１２６と、中空筒状で支柱１２０に外挿される可動部１２２と、支柱１２０及び補助支柱１２６で支持される天板１１６とを備えている。

支柱１２０の中央部には、可動部１２２の支持部材１２８が上下方向へ移動可能に位置している。また、可動部１２２と支持部材１２８の間には、隙間部１２１が形成されている。さらに、支柱１２０を構成するチャンネル型鋼の内側（ウェブ）には、複数の磁石１４２が鉛直方向に並べて固定されている。

支持部材１２８の中央には、図示しない芯金に通電可能なコイルが複数回巻き掛けられた電磁コイル１３０が固定されている。これにより、電磁コイル１３０と可動部１２２が一体で、支柱１２０の外周面に沿って移動可能となっている。

電磁コイル１３０には、通電可能なケーブル１３２の一端が接続されている。ケーブル１３２の他端は、前述のケーブル３２（図１参照）に接続されており、ケーブル３２及びケーブル１３２を介して、電磁コイル１３０と制御装置３０が接続されている。

可動部１２２の一方の端面には、鋼板からなるウェイト１２４が、図示しないボルト及びナット等の固定手段で交換可能に固定されている。ウェイト１２４の重量を変えることで、可動部１２２の重量が変更可能となっている。

ここで、制御装置３０から電磁コイル１３０に通電されると、電磁コイル１３０の周囲に磁界が発生し、この磁界と前述の磁石１４２の磁界との反発力によって可動部１２２が支柱１２０に沿って移動する。可動部１２２の移動方向は、電磁コイル１３０への通電方向によって変わり、制御装置３０が通電方向を適宜変更することで、可動部１２２が上下方向（矢印Ｆ方向）に移動するようになっている。可動部１２２の上下方向の移動により、加振部１０８が振動する。

一方、振動調整部１１０は、所定のバネ定数（固有の剛性）のスプリング１１２と、注入された空気の圧力によって剛性が変化する空気バネ１１４とで構成されている。

スプリング１１２及び空気バネ１１４の一端は、天井壁１０４又は底壁１０６に固定され、他端は天板１１６又は底板１１８に固定されている。

図３ａに示すように、空気バネ１１４には、配管１５２の一端が接続され、配管１５２の他端は、図示しない空気ボンベ又はコンプレッサー等の給気手段に接続されている。また、配管１５２の経路途中には、配管１５２を閉止又は開放する切換弁１５０が設けられている。給気手段及び切換弁１５０は、前述の制御装置３０によって駆動制御される。

ここで、前述の給気手段によって空気バネ１１４に空気が供給（矢印Ｇ）され、又は供給停止されると、空気バネ１１４のバネ定数が変化する。これにより、振動調整部１１０の剛性を変えて、前述の加振部１０８（図２参照）で発生する振動数を可変としている。

なお、本実施形態では、振動調整部１１０に空気バネ１１４を用いているが、その他の剛性を変える（バネ定数を変える）手段として、例えば、図３ｂに示すように、板バネ１５６の支点間距離を変更する構成を利用できる。

図３ｂに示すように、前述の天板１１６上に支持部材１５４が設けられ、支持部材１５４の上端部に板バネ１５６の中央部が固定されている。

一方、板バネ１５６と対向する位置には、１組の支持板１５８がスライド可能に設けられた天井壁１６０が設けられている。支持板１５８には、板バネ１５６を挿通可能な開口部（図示せず）が形成されている。

ここで、板バネ１５６の両端部に支持板１５８の開口が外挿されることにより、板バネ１５６が支持板１５８を支点として支持される。

板バネ１５６の剛性は、支持板１５８を矢印Ｋ方向にスライドさせて、１組の支持板１５８の間の距離（支点間距離）を変えることで、変更可能となっている。

次に、本発明の実施形態の作用について説明する。

図１及び図２に示すように、ホール２４でコンサート等が行われ、音のリズムに合わせて集団で人が跳躍すると、建物１０の床部１８が上下方向に振動する。床部１８で発生した振動波Ａ（振幅ａ、周期Ｔ１、振動数１／Ｔ１とする）は、柱１４Ａに集中して伝播する。

振動センサ２６は、この振動波Ａの振幅ａ、周期Ｔ１、及び振動数１／Ｔ１を計測し、制御装置３０にデータを送信する。

続いて、制御装置３０が、振動波Ａと１／２周期ずれている振動波Ｂ（振幅ａ、振動数１／Ｔ１）の振動を発生させるように電磁コイル１３２に通電し、加振部１０８が振動する。加振部１０８の振動は、スプリング１１２及び空気バネ１１４の剛性により振動数が調整される。

柱１４Ａに伝播した振動波Ａは、加振部１０８で発生し、振動調整部１１０で調整された振動波Ｂの制振力によって打ち消されるので、制振部１４Ｂより下方に振動が伝播することがなくなる。なお、振動センサ２６で微弱な振動が測定される場合には、制御装置３０が、電磁コイル１３０への通電及び空気バネ１１４の空気圧を調整して適宜フィードバック制御を行うことで、振動波Ａが制振される。

次に、ホール２４における振動波の振動数及び振幅が変わるときの制振について説明する。

図１及び図４に示すように、ホール２４において、例えばコンサートが行われ、１番目の曲に合わせて集団の人が跳躍し、そのとき発生した振動波を打ち消すための振動波がグラフＣ（振幅ｂ、周期Ｔ２、振動数１／Ｔ２）だったとする。

ここで、１番目の曲が終了し、２番目の曲が開始され、再び曲に合わせて集団の人が跳躍して、グラフＡの振動波（振幅ａ、周期Ｔ１、振動数１／Ｔ１）が発生したとする。

制御装置３０は、振動センサ２６から送信されるデータ（振幅ａ、周期Ｔ１、振動数１／Ｔ１）に基づいて、電磁コイル１３０（図２ｂ参照）への通電量及び通電方向を変更し、グラフＡの振動波と１／２周期ずらすとともに、グラフＣの振動波の振幅をｂからａに調整する（矢印Ｙ）。

また、制御装置３０は、空気バネ１１４の空気圧を調整して剛性を変化させ、グラフＣの振動波の振動数を１／Ｔ２から１／Ｔ１に調整する（矢印Ｘ）。

このようにして、加振部１０８においてグラフＢの振動波（振幅ａ、振動数１／Ｔ１、周期Ｔ１／２遅れ）が発生し、グラフＢの振動波の制振力によってグラフＡの振動波が打ち消される。

以上説明したように、振動発生源である建物１０は、上下方向の振動が集中する柱１４で自ら振動を打ち消すので、地盤２２を通じて周囲の建物に振動が伝わらない。

また、建物１０で発生した振動（振動波）を打ち消すときに、加振部１０８の振動によって振幅が調整され、空気バネ１１４の剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。

さらに、空気バネ１１４が、加振部１０８の収容部１０７Ａ、１０７Ｂの天井壁１０４と底壁１０６にあることで、加振部１０８が上方向、下方向いずれに移動しても制振力が発生する。これにより、加振部１０８が小型のものであっても、制振力を増幅することが可能となる。

また、加振部１０８の収容部１０７Ａ、１０７Ｂの天井壁１０４と底壁１０６に固有の剛性を有するスプリング１１２が設けられており、スプリング１１２が加振部１０８を固有の剛性で支持するため、加振部１０８の振動が安定し、制振力が安定する。

さらに、空気バネ１１４の負担が小さくなるため、コンパクトに設計できる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。

振動センサ２６は、柱１４の際であればどこに設けてもよい。

加振装置１００は、建物１０の構造に応じて杭１２の上部又は上端部に設けてもよい。

加振部１０８は、収容部１０７Ａ、１０７Ｂのいずれか一方に設けてもよい。

振動調整部１１０は、３箇所全て空気バネ１１４で構成してもよい。

スプリング１１２及び空気バネ１１４の個数は、単数、複数いずれであってもよい。

本発明の実施形態に係る制振装置が設けられた建物の全体図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る制振装置の斜視図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る制振装置の断面図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る空気バネを示す模式図である。（ｂ）本発明の実施形態に係る振動調整部の他の実施例を示した模式図である。 本発明の実施形態に係る制振装置による制振方法を振動波を用いて示した模式図である。

符号の説明

１０ 建物（構造物）
１２ 杭（杭）
１４ 柱（柱）
２６ 振動センサ（計測手段）
３０ 制御装置（制御手段）
１００ 制振装置（制振装置）
１０４ 天井壁（天井壁）
１０６ 底壁（底壁）
１０７Ａ 収容部（収容部）
１０７Ｂ 収容部（収容部）
１０８ 加振部（制振手段、加振部）
１１０ 振動調整部（制振手段、剛性可変手段）
１１２ スプリング（補助部材）
１１４ 空気バネ（制振手段、剛性可変手段）

Claims (4)

1. 構造物に設けられ、上下方向に発生する当該構造物の振動数と振幅を計測する計測手段と、
   前記構造物の柱又は杭に設けられ、前記構造物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、
   前記計測手段で計測された構造物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする制振装置。
2. 前記制振手段が、上下方向に振動可能な加振部と、前記加振部と前記柱又は前記杭との間に設けられ剛性が変更可能な剛性可変手段と、を有し、
   前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記剛性可変手段の剛性を変化させることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
3. 前記剛性可変手段が、柱又は杭に形成された前記加振部の収容部の天井壁と底壁に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の制振装置。
4. 前記天井壁と前記底壁に固有の剛性を有する補助部材を設けたことを特徴とする請求項３に記載の制振装置。

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