JP2008261449A

JP2008261449A - 制振装置

Info

Publication number: JP2008261449A
Application number: JP2007105729A
Authority: JP
Inventors: Takumi Oyama; 巧大山
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】ある幅の振動周期帯に対して有効に制振性能を発揮する機能することができ、且つ、液体収容空間を形成する際のコスト低減及び工期短縮を図ることができ、さらに、液体収容空間内に液体を容易に注入することができるとともに液体の注入量を間違い難い制振装置を提供することを目的としている。
【解決手段】構造物に設置される液槽３が備えられ、液槽３内に貯留された液体Ｌのスロッシングに伴う流体力により構造物の振動を抑える制振装置において、液槽３には、構造物の振動方向Ｘの寸法Ｗ_１〜Ｗ_３が異なる複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃが備えられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば高層建築物や塔状構造物等に設置される制振装置に関する。

従来、風や地震等による高層建築物や塔状構造物等の構造物の振動を制御する制振装置として、液槽内の液体のスロッシング現象を利用したものが実用化されている。この制振装置は、液体のスロッシングに伴う流体力を利用して構造物の振動を抑えるものであり、構造物が振動を受けた場合に液槽内の液体が構造物の揺れに対して１／４周期分遅れて揺れるように、液槽内の液体のスロッシング周期が構造物の固有振動周期に対してチューニングされる。上記した液槽は、通常、隔壁やブロック、筒体等により複数の液体収容空間に区分けされた構成からなる。これら複数の液体収容空間は平面視形状が同一形状になっており、各液体収容空間内の液体のスロッシング周期は、単一の周期にチューニングされている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、構造物の建造後の固有振動周期は、一般的に、重量増加などの影響により経年的に長周期化する。したがって、上記した制振装置のように単一の周期にチューニングされている場合、液体のスロッシング周期を構造物の固有振動周期の変化に合わせて再チューニングしなければならない。液体のスロッシング周期は、液体収容空間内の液体の深さ（液深）を調整することで調整可能である。そこで、近年、液深が異なる複数の液体収容空間を組み合わせ、ある幅の振動周期帯に対して有効に制振性能を発揮する制振装置が提案されている。
特開２００２−３８７６５号公報

しかしながら、上記した液深が異なる複数の液体収容空間を組み合わせた従来の制振装置では、複数の液体収容空間の液深が異なるため、高さの異なる複数種類の液体収容空間を形成する必要があり、その製作にかかる費用がかさむとともに工期も長くなるという問題が存在する。また、液深が異なる複数の液体収容空間によって異なる液量を注入しなければならず、液体の注入に手間がかかるとともに注入量を間違え易いという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、ある幅の振動周期帯に対して有効に制振性能を発揮する機能することができ、且つ、液体収容空間を形成する際のコスト低減及び工期短縮を図ることができ、さらに、液体収容空間内に液体を容易に注入することができるとともに液体の注入量を間違い難い制振装置を提供することを目的としている。

本発明に係る制振装置は、構造物に設置される液槽が備えられ、該液槽内に貯留された液体のスロッシングに伴う流体力により前記構造物の振動を抑える制振装置において、前記液槽には、前記構造物の振動方向の寸法が異なる複数の液体収容空間が備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、複数の液体収容空間はその振動方向寸法が異なるため、液深が同一であっても、複数の液体収容空間内の液体がそれぞれ異なるスロッシング周期となる。このとき、振動方向の寸法を調整することで、各液体収容空間におけるスロッシング周期が調整される。

また、本発明に係る制振装置は、複数の前記液体収容空間の間を互いに連通させる連通路が備えられていることが好ましい。

これにより、複数の液体収容空間内に液体を注入させる際、複数の液体収容空間のうちの一つに液体を注入すると、その液体の一部が連通路を通って残りの液体収容空間内に流入する。また、液体収容空間内の液体を排出する際、複数の液体収容空間のうちの一つから液体を排出すると、その液体収容空間内に、残りの液体収容空間内から連通路を通って液体が流入し、残りの液体収容空間内の液体も排出される。また、連通路を介して接続された複数の液体収容空間の液深は互いに均一となる。

本発明に係る制振装置によれば、スロッシング周期の異なる複数種類の液体収容空間が構築されるので、ある幅の振動周期帯に対して有効に制振性能を発揮することができる。これによって、構造物の固有振動周期が経年的に長周期化しても、制振装置は再チューニングせずに構造物を制振することができる。
また、本発明に係る制振装置によれば、振動方向の寸法を調整することで、各液体収容空間におけるスロッシング周期が調整されるので、各液体収容空間におけるスロッシング周期が互いに異なるように設定するとともに、各液体収容空間における液深を均一にすることができる。このため、複数の液体収容空間の高さを同一にすることができ、高さが異なる複数の液体収容空間を組み合わせる場合と比べて、液体収容空間を形成する際のコスト低減及び工期短縮を図ることができ、さらに、複数の液体収容空間内に容易に液体を注入することができるとともに液体の注入量を間違い難くなる。

以下、本発明に係る制振装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。
図１は本実施の形態における制振装置１が設置された建物２（構造物）を表した立面図であり、図２は本実施の形態における制振装置１を表した破断図である。

図１に示すように、制振装置１は、液体のスロッシングに伴う流体力を利用して風や地震等による建物２の振動を抑えるスロッシングダンパーであり、水等の液体Ｌを貯留した液槽３を建物２の屋上部分に複数設置した構成からなる。なお、制振装置１の設置場所は、建物２の屋上部分に限らず、建物２の上層階部分であれば適宜変更可能であり、例えば、建物２の上層階の室内に設置されていてもよく、また、建物２の上層階室内の床下に設置されていてもよい。

図２に示すように、液槽３には、鉛直に積層された複数（図２では３段）の容器４…が備えられている。これらの容器４…は、直方体形状の箱体であり、その内部に液体Ｌを収容する液体収容空間６が形成されている。したがって、液槽３には、複数層（図２では３層）の液体収容空間６が備えられている。なお、積層された複数の容器４…の高さＨはそれぞれ同一の高さであり、また、その中に収容された液体Ｌの液深ｈも各容器４…でそれぞれ同一となっている。

また、容器４内には、複数（２枚）の隔壁板５，５が設置されており、これらの隔壁板５，５により容器４の内部が仕切られて複数（３つ）の液体収容空間６Ａ〜６Ｃに区画されている。隔壁板５，５は建物２の振動方向Ｘに直交する方向に延設されており、これら隔壁板５，５により容器４の内部が振動方向Ｘに複数に分割されている。

上記した隔壁板５，５は、容器４の内部を不均等に分割する位置に配設されており、容器４内に形成される複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃの平面スケールは互いに異なる。つまり、液体収容空間６Ａ〜６Ｃの振動方向Ｘの寸法Ｗ_１〜Ｗ_３が互いに異なる。具体的に説明すると、一方端に形成された第一液体収容空間６Ａの振動方向Ｘの寸法Ｗ_１は、中央に形成された第二液体収容空間６Ｂの振動方向Ｘの寸法Ｗ_２よりも大きく、この第二液体収容空間６Ｂの寸法Ｗ_２は、他方端に形成された第三液体収容空間６Ｃの振動方向Ｘの寸法Ｗ_３よりも大きい。

また、隔壁板５には、隣接する液体収容空間６Ａ〜６Ｃの間を互いに連通させる複数の連通路７…が形成されている。この連通路７により、隣接する液体収容空間６Ａ〜６Ｃ間で液体Ｌが流通可能となるため、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃ内の液体Ｌは、それぞれ同じ液深ｈとなる。

上記した構成からなる制振装置１では、各容器４におけるスロッシング周期Ｔ_ｎが次式で表される。

このようにスロッシング周期Ｔ_ｎは振動方向の寸法Ｗ_ｎにより決定される。したがって、各液体収容空間６Ａ〜６Ｃ内の液深ｈが同一であっても、振動方向の寸法Ｗ_１〜Ｗ_３が異なる複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃ内の液体Ｌは、それぞれ異なるスロッシング周期となる。つまり、１つの容器４内に、液体Ｌのスロッシング周期の異なる複数種類の液体収容空間６Ａ〜６Ｃが構築される。具体的に説明すると、振動方向の寸法Ｗ_ｎが大きいほどスロッシング周期Ｔ_ｎは大きくなるので、振動方向Ｘの寸法Ｗ_１が最も大きい第一液体収容空間６Ａにおけるスロッシング周期が最も大きくなり、振動方向Ｘの寸法Ｗ_３が最も小さい第三液体収容空間６Ｃにおけるスロッシング周期が最も小さくなる。

また、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃにおけるスロッシング周期Ｔ_ｎの間隔を大きくすると、制振効果を発揮する周波数の上限と下限の間隔が広がるが、設定したそれぞれのスロッシング周期Ｔ_ｎの間の周波数で制振効果が期待できない場合がある。反対に、スロッシング周期Ｔ_ｎの間隔を小さくすると、設定したスロッシング周期Ｔ_ｎの間の周波数で制振効果が発揮されるが、制振効果が期待できる周波数帯域が狭くなる。したがって、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃにおけるスロッシング周期Ｔ_ｎは、広い振動周期に対応するため、数％〜数十％の間隔で設定することが好ましい。

また、上記した構成からなる制振装置１では、容器４内に液体Ｌを注入する際、容器４内に形成された複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃのうちの少なくとも１つに液体Ｌを注入する。これにより、１つの液体収容空間６に注入された液体Ｌが連通路７を通って残りの液体収容空間６内に流入する。例えば、第一液体収容空間６Ａに液体Ｌを注入すると、この液体Ｌの一部は、第一、第二液体収容空間６Ａ，６Ｂ間の隔壁板５に形成された連通路７を通って第二液体収容空間６Ｂ内に流入する。そして、この第二液体収容空間６Ｂ内に流入した液体Ｌの一部は、第二、第三液体収容空間６Ｂ，６Ｃ間の隔壁板５に形成された連通路７を通って第三液体収容空間６Ｃ内に流入する。これにより、容器４内の全ての液体収容空間６Ａ〜６Ｃ内に液体Ｌが貯められる。また、第一液体収容空間６Ａと第二液体収容空間６Ｂ、及び第二液体収容空間６Ｂと第三液体収容空間６Ｃとは、それぞれ連通路７を介して連通されているため、これらの液体収容空間６Ａ〜６Ｂ内の液体Ｌの液深ｈは均一化される。

上記した構成からなる制振装置１によれば、１つの容器４内にスロッシング周期の異なる複数種類の液体収容空間６Ａ〜６Ｂが構築されるので、ある幅の振動周期帯に対して有効に制振性能を発揮することができる。これによって、建物２の固有振動周期が経年的に長周期化しても、制振装置１は、再チューニングせずに建物２を制振することができる。

また、上記した構成からなる制振装置１によれば、振動方向Ｘの寸法Ｗ_１〜Ｗ_３を調整することで、各液体収容空間６Ａ〜６Ｂにおけるスロッシング周期が調整されるので、各液体収容空間６Ａ〜６Ｂにおけるスロッシング周期が互いに異なるように設定するとともに、各液体収容空間６Ａ〜６Ｂにおける液深ｈを均一にすることができる。このため、複数の容器４の高さＨを同一にすることができ、高さが異なる複数の容器を組み合わせる場合と比べて、液槽３を形成する際のコスト低減及び工期短縮を図ることができる。さらに、各液体収容空間６Ａ〜６Ｂにおける液深ｈを均一にすることができるため、複数の容器４内には同量の液体Ｌを注入すればよい。したがって、複数の容器内に異なる量の液体Ｌを注入する場合と比べて、液体Ｌの注入が容易であり、また、液体Ｌの注入量を間違い難くなる。

また、上記した構成からなる制振装置１によれば、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃに液体Ｌを注入させる際、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃのうちの一つに液体Ｌを流入すると、連通路７を通って残りの液体収容空間６にも流入されるため、全ての液体収容空間６Ａ〜６Ｂに対して液体Ｌの注入を行う必要がない。また、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃ内の液体Ｌを排出させる際も同様に、複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃのうちの一つから液体Ｌを排出すると、その液体収容空間６内に連通路７を通って残りの液体収容空間６から液体Ｌが流入し、残りの液体収容空間６内の液体Ｌも排出されるため、全ての液体収容空間６Ａ〜６Ｂに対して液体Ｌの排出を行う必要がない。したがって、液体Ｌを注入したり排出したりする図示せぬ注入口や排出口は、１つの容器４に対して１つで良く、各液体収容空間６Ａ〜６Ｂにそれぞれ取り付ける場合と比較して、容器４の製作にかかる費用と期間を削減することができる。

さらに、上述したように、図示せぬ注入口や排出口の数量を削減できるため、液体Ｌの蒸発量が格段に少なくなり、液位（液深ｈ）の維持管理が容易になり、維持管理コストを削減することができる。
また、連通路７を介して接続された複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｂの液深ｈは、自ずと互いに均一となるため、液体収容空間６Ａ〜６Ｂの液深ｈを容易に均一化することができ、液深ｈの設定や維持管理が容易である。

以上、本発明に係る制振装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、容器４の内部を隔壁板５で仕切ることで複数の液体収容空間６…が形成されているが、本発明は、容器４の内部を隔壁板５で仕切って複数の液体収容空間６…を形成する構成に限定されず、複数の容器を並設することで複数の液体収容空間を形成することも可能である。例えば、図３に示すように、異なる径の円筒容器１０４…を並べた構成であってもよい。具体的に説明すると、中央に最も径の大きい第一円筒容器１０４Ａ…が配設され、その外周に第一円筒容器１０４Ａよりも径の小さい第二円筒容器１０４Ｂ…が配設され、さらにその外周に第二円筒容器１０４Ｂよりも径の小さい第三円筒容器１０４Ｃ…が配設されている。これにより、径の異なる複数の円形液体収容空間１０６…が形成される。なお、上記した構成の場合、隣り合う円筒容器１０４，１０４間に、連通路となる図示せぬ連通管を介装させることが好ましい。

さらに、本発明は、容器４、１０４を用いずに液体収容空間を形成することも可能であり、例えば、建物の床面に隔壁を設置することで液体収容空間を形成することも可能である。また、隔壁板５に代えてブロックを用いることも可能である。例えば、平面視して四辺が内側に向かって円弧状に窪んだ略菱形を成すブロックを複数配置することができる。これにより、複数のブロック間の空間に平面視円形の液体収容空間が形成される。

また、上記した実施の形態では、３つの容器４…が積層され、その容器４内には２枚の隔壁板５が設置されて３つの液体収容空間６が形成された構成からなるが、容器４…の積層数や隔壁板５や液体収容空間６の数量は適宜変更可能である。例えば、容器４を２段或いは４段以上積層させてもよい。さらに、容器４を積層させずに単層の容器４からなる液槽とすることも可能である。また、隔壁板が１枚で液体収容空間が２つ形成されていてもよく、或いは、隔壁板が３枚以上で液体収容空間が４つ以上形成されていてもよい。さらに、格子状の隔壁板が設置されて液体収容空間が縦横に複数配設された構成にすることも可能である。

また、図２に示す例では長方形状の液体収容空間６…が形成されており、図３に示す例では円筒形状の容器１０４…を並設して円形液体収容空間１０６…が形成されているが、本発明は、液体収容空間６の形状や大きさは適宜変更可能である。例えば、多角形状の筒体を複数並設して多角形状の液体収容空間を形成することも可能である。

また、上記した実施の形態では、同一平面状に、振動方向Ｘの寸法Ｗ_１〜Ｗ_３が異なる複数の液体収容空間６Ａ〜６Ｃが形成されているが、本発明は、振動方向の寸法が異なる複数の液体収容空間を上下方向に配設させることも可能である。例えば、３段に容器を積層させる際、最下段の容器には２枚の隔壁板を均等に配置し、中段の容器には１枚の隔壁板を真ん中に配置し、最上段の容器には隔壁板を設置しない構成にしてもよい。

また、上記した実施の形態では、制振装置１を高層の建物２に設置する例について説明したが、本発明は、タワー状の構造物に制振装置１を設置してもよく、或いは、橋梁や高架等の建物以外の構造物に制振装置１を設置してもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態を説明するための構造物の立面図である。本発明の実施の形態を説明するための制振装置の破断斜視図である。本発明の他の実施の形態を説明するための制振装置の平面図である。

符号の説明

１制振装置
２建物（構造物）
３液槽
６，１０６液体収容空間
７連通路

Claims

構造物に設置される液槽が備えられ、該液槽内に貯留された液体のスロッシングに伴う流体力により前記構造物の振動を抑える制振装置において、
前記液槽には、前記構造物の振動方向の寸法が異なる複数の液体収容空間が備えられていることを特徴とする制振装置。
請求項１記載の制振装置において、
複数の前記液体収容空間の間を互いに連通させる連通路が備えられていることを特徴とする制振装置。