JP2013181366A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する２つの構造物を必要とすることなく、構造物の高さが比較的大きい場合でも、構造物の振動を良好に抑制できる制振装置を提供する。
【解決手段】制振装置１は、構造物２とは別個に設置された支持フレーム３と、構造物２と支持フレーム３の間に設けられたマスダンパ４を備える。支持フレーム３は、鉛直に延びる一対の柱３ａ，３ａおよび所定方向に水平に延びる梁３ｂで構成されたラーメン構造を有するため、座屈しにくい。マスダンパ４は、回転マスを有する。構造物２が振動するのに伴い、構造物２と支持フレーム３の間に所定方向の相対変位が発生すると、その相対変位が回転マスの回転運動に変換される。これにより、回転マスによる回転慣性効果が得られ、回転マスの等価質量が実質量に対して増幅されることによって、構造物２の振動を良好に抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、構造物の振動を回転マスを用いて抑制する制振装置に関する。

従来、この種の制振装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制振装置は、隣接する２つの建物をそれらの屋上部間で連結するように設けられており、一方の建物に固定され、他方の建物に向かって水平に延びるねじ軸と、他方の建物に回転自在に取り付けられ、ねじ軸に螺合するナットと、ナットと一体の回転マスなどで構成されている。２つの建物の少なくとも一方が振動するのに伴い、両建物の間に相対変位が発生すると、ナットにねじ軸からの反力が作用することによって、回転マスが回転する。このように、両建物の間の相対変位を回転マスの回転運動に変換し、回転マスの回転慣性力（反力）を発生させることによって、両建物の振動が抑制される。

また、従来の他の制振装置として、非特許文献１に記載されたものが知られている。この制振装置は、鋼材で構成されたフレームと、フレームに取り付けられ、主系の相対変位を疑似的に発生させるアクチュエータと、アクチュエータに連結され、フレームに対して水平に移動自在のテーブルと、フレームから吊り下げられた支持フレームと、テーブルおよび支持フレームに連結され、テーブルの振動を回転マスの回転運動に変換するマスダンパなどで構成されている。支持フレームは、比較的柔らかい溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０）をＨ形に組み立てて溶接したものである。この支持フレームの剛性は、定点理論（付加系の剛性や減衰の最適値を求めるための理論）に基づいて必要とされる、比較的小さな値に設定されている。この制振装置では、アクチュエータが発生させた振動によって、テーブルが水平に振動し、その振動によって、回転マスの回転慣性力が発生する。

特開２００３−５６２０４号公報

「軸力制限機構付き同調粘性マスダンパーの実大加振実験とその解析的検証（木田英範・渡邉義仁・中南滋樹・田中久也・杉村義文・斉藤賢二・五十子幸樹・井上範夫）」（日本建築学会構造系論文集 第７６巻 第６６５号）

特許文献１の制振装置を設置するためには、隣接する２つの建物が必要である。しかし、制振装置の設置の条件を満たす２つの建物が必ずしも存在するとは限らない。また、建物の高さが比較的大きい場合には、両建物の間の相対変位が大きいことで、ねじ軸の長さが不足するおそれがある。そのような不具合を解決するために、特許文献１には、異なる高さの複数の層ごとに２つの建物を制振装置で連結することが記載されている。その場合には、相対変位が小さくなり、ねじ軸の長さ不足は生じないものの、回転マスごとの回転慣性力が小さくなるため、回転マスの数を増やしたにもかかわらず、制振装置全体としての制振効果を効率的に高めることができない。

また、非特許文献１のシステム全体を上下反対にしたもの、すなわち、支持フレームを上方に向かって延ばし、その上端部と建物の屋上部をマスダンパで連結したシステムを構成し、そのシステムを用いて建物の振動を抑制した場合には、支持フレームの剛性が低く、また、支持フレームがすぐに降伏するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、隣接する２つの構造物を必要とすることなく、構造物の高さが比較的大きい場合でも、構造物の振動を良好に抑制することができる制振装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、構造物の振動を抑制するための制振装置であって、構造物とは別個に設置され、鉛直に延びる柱および所定方向に水平に延びる梁で構成されたラーメン構造を有する支持フレームと、支持フレームと構造物の間に設けられ、回転可能な回転マスおよび回転マスの回転を減衰させる粘性要素を有し、構造物の振動に伴って発生する構造物と支持フレームの間の所定方向の相対変位を、回転マスの回転運動に変換するマスダンパと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、構造物が振動するのに伴い、構造物と支持フレームの間に所定方向（以下「Ｘ方向」という）の相対変位が発生すると、その相対変位がマスダンパの回転マスの回転運動に変換される。回転マスが回転すると、その回転慣性効果により、回転マスの見かけの質量（等価質量）が実際の質量（実質量）に対して増幅されることによって、回転マスの質量に比して非常に大きな回転マスによる反力（回転慣性力）が発生し、それにより、構造物の振動が抑制される。また、粘性要素の減衰効果により、回転マスの回転が減衰されることによって、構造物の振動が収束する。以上により、構造物の振動を良好に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、構造物のＸ方向の振動に対して、構造物を主系とし、支持フレームおよびマスダンパを付加系とするシステムが構成されるので、隣接する２つの構造物は必要としない。このようなシステムでは、定点理論に基づき、比較的小さな質量比（＝回転マスの等価質量／構造物の質量）と比較的低い支持フレームの剛性との組み合わせであっても、構造物の共振点付近の応答を効果的に低減することができる（非特許文献１の１２７１頁参照）。例えば、主系である構造物に１次モードの値０．０５の減衰定数を付加したときと同じ制振効果が得られる回転マスの等価質量は、構造物の質量の約２％でよく、その際に必要とされる支持フレームの剛性は、構造物の剛性の約２％でよい。

一方、このように支持フレームの剛性が小さい場合には、高さが大きくなると座屈するおそれがある。これに対し、本発明によれば、支持フレームがラーメン構造を有するので、高さが大きくてもＸ方向に座屈しにくい。したがって、構造物に対応して支持フレームの高さを大きくした場合でも、支持フレームの座屈を有効に防止することができる。また、支持フレームを構成する柱および梁の断面積の数および位置などを変更することによって、支持フレームの剛性の設定をきめ細かく行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制振装置において、マスダンパは、一対のマスダンパで構成されており、一対のマスダンパは、それらの一端部が支持フレームに同一の連結部を介して連結され、構造物に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部を通り梁に垂直な直線を中心として互いに対称に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、一対のマスダンパは、それらの一端部が支持フレームに同一の連結部を介して連結されている。このため、この連結部には、マスダンパの反力による回転モーメントが発生しないので、支持フレームの捻れを防止することができる。

また、一対のマスダンパは、構造物に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部を通り梁に垂直な直線を中心として互いに対称に配置されている。この構成を図３を参照しながら説明する。同図は、水平面内における一対のマスダンパの配置とともに、構造物がＸ方向に振動するのに伴い、構造物が支持フレームに対して右方向に変位した状態を示す。また、水平面内において、各マスダンパが梁と成す角度はθである。

この状態では、右側のマスダンパは軸方向に引っ張られ、左側のマスダンパは軸方向に圧縮され、支持フレームにはそれらの反力Ｆａ，Ｆｂが作用する。これらの反力Ｆａ，Ｆｂのうち、水平面内においてＸ方向に直交する方向（以下「Ｙ方向」という）の成分Ｆａｙ（＝Ｆａｓｉｎθ），Ｆｂｙ（＝Ｆｂｓｉｎθ）は、互いに大きさが等しく、方向が反対である。このため、これらの成分Ｆａｙ，Ｆｂｙは打ち消し合い、支持フレームにはＹ方向の反力は作用せず、Ｙ方向の支持フレームの変形は生じない。したがって、発生したＸ方向の相対変位のみが回転マスの回転運動に確実に変換されるので、構造物の振動の抑制をより良好に行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制振装置において、構造物には、上下方向に貫通し、所定方向に延びる長孔が形成されており、支持フレームの柱は、長孔の長さ方向に移動自在に、かつ長孔の幅方向に移動不能に嵌合していることを特徴とする。

この構成によれば、支持フレームの柱は、構造物に形成された長孔に嵌合し、その長さ方向すなわちＸ方向に移動自在であるので、構造物が振動するときに、構造物と支持フレームの間のＸ方向の相対変位が許容される。したがって、前述した請求項１の作用を同様に得ることができ、構造物のＸ方向の振動を良好に抑制することができる。

また、支持フレームの柱が長孔に、その幅方向すなわちＹ方向に移動不能に嵌合しているので、構造物がＹ方向に振動したときに、支持フレームが全体的に構造物と一緒にＹ方向にたわむとともに、柱の嵌合部分において柱のＹ方向の大きな変位が構造物により阻止されることによって、支持フレームのＹ方向の座屈が防止される。したがって、支持フレームがラーメン構造であることによる前述したＸ方向の座屈の防止と相まって、支持フレームの座屈を確実に防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の制振装置において、支持フレームの梁は、構造物の長孔と異なる高さに配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、構造物の長孔には、支持フレームの梁が配置されず、柱のみが通されるので、長孔を短くすることが可能であり、それにより、長孔の形成による構造物の強度の低下を最小限に抑制することができる。

請求項５に係る発明は、請求項３または４に記載の制振装置において、構造物の長孔の内壁および支持フレームの柱の互いに対向する表面の少なくとも一方には、滑性を有する表面材が貼り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、構造物が振動するときに、構造物と支持フレームがＸ方向に相対的に滑らかに変位するので、この相対変位を回転マスの回転運動に良好に変換でき、それにより、構造物の振動をより良好に抑制することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の制振装置において、マスダンパは、マスダンパにその延び方向に作用する荷重が所定値に達したときに、相対変位から回転マスの回転運動への変換を制限する制限機構を有することを特徴とする。

この構成によれば、マスダンパの延び方向の荷重が所定値に達したときに、相対変位を回転マスの回転運動に変換するマスダンパの動作が、制限機構によって制限され、それに伴い、回転マスの回転慣性力および減衰要素の反力が制限される。したがって、支持フレームにマスダンパから過大な反力が作用することがなくなり、支持フレームの劣化や破損を防止することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の制振装置において、支持フレームは、互いに異なる高さに配置された複数の支持フレームで構成されており、マスダンパは、複数の支持フレームの各々と構造物の間に設けられていることを特徴とする。

構造物の高さが非常に高い場合には、構造物の振動に伴って発生する相対変位が非常に大きく、それに応じて必要なマスダンパのストロークも増大する。この構成によれば、支持フレームとマスダンパで構成される付加系が高さ方向に分割されているので、相対変位が各付加系に分配され、個々のマスダンパの必要ストロークを低減することができる。また、前述したように、支持フレームは、ラーメン構造を有することで、高さが大きくても座屈しにくいので、支持フレームの高さを大きくすることにより、付加系およびマスダンパの数を低減でき、したがって、制振効果を維持しながら、制振装置のコストダウンを図ることができる。

本発明の第１実施形態による制振装置の振動モデルを示す図である。 第１実施形態の制振装置を構造物に設置した例を示す正面図である。 マスダンパの配置を説明するための図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 構造物の長孔の拡大図である。 構造物および制振装置の平面図である。 マスダンパの断面図である。 変形例による制振装置の、図４に対応する断面図である。 本発明の第２実施形態による制振装置の振動モデルを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による制振装置１を構造物２に取り付けたシステムの振動モデルを示している。同図に示すように、この制振装置１は、構造物２を主系とする、支持フレーム３およびマスダンパ４で構成された付加系を備えている。

図２は、上記の制振装置１を具現化し、構造物２に設置した例を示している。この例では、構造物２は、例えば、鉄骨構造を有する１５階建てのビルであり、構造物２の周囲には、構造物２の四方の外壁２ａにそれぞれ対向するように、支持フレーム３が設けられている（３つのみ図示）。各支持フレーム３は、構造物２とほぼ同じ高さを有し、対向する外壁２ａと平行に配置されている。また、支持フレーム３は、Ｈ鋼などから成り、鉛直に延びる一対の柱３ａ，３ａと、水平に延びる複数の梁３ｂで構成されたラーメン構造を有している。支持フレーム３の剛性は、定点理論に基づく変位応答倍率最適調整条件の柔ばね解に設定されている。このため、支持フレーム３の剛性は、構造物２の剛性と比較して、非常に小さな値（例えば、構造物２の剛性の２％）に設定されている。

また、構造物２の各外壁２ａには、３階、６階、９階および１２階のスラブに相当する高さに、棚板５が外方に水平に突出するようにそれぞれ設けられている。これらの棚板５はいずれも、支持フレーム３の梁３ｂと異なる高さに配置されている。図４に示すように、各棚板５には、一対の長孔５ａ，５ａが形成されている。これらの長孔５ａ，５ａは、梁３ｂの延び方向に沿って配置されるとともに、その方向にそれぞれ延びている。また、各支持フレーム３の柱３ａ，３ａは、これらの一対の長孔５ａ，５ａに、その長さ方向に移動自在にかつ幅方向に移動不能に、それぞれ嵌合している。

また、図５に示すように、長孔５ａに嵌合する柱３ａの２つの表面には、滑性を有する材料、例えばフッ素樹脂で構成された表面材１１がそれぞれ貼り付けられ、それに対向する長孔５ａの２つの内壁面には、金属板（例えばステンレス板）１２がそれぞれ貼り付けられている。

また、構造物２の最上部と各支持フレーム３の間には、一対のマスダンパ４，４が設けられている。図６に示すように、これらのマスダンパ４，４の一端部は、支持フレーム３に同一の連結部３ｃを介して連結され、他端部は、構造物２の連結部２ｂ、２ｂをそれぞれ介して連結されている。その結果、一対のマスダンパ４，４は、支持フレーム３から構造物２に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部３ｃを通り梁３ｂに垂直な直線Ａを中心として互いに対称に配置されている。

各マスダンパ４は、構造物２の振動に伴って発生する構造物２と支持フレーム３の間の外壁２ａに沿う水平方向の相対変位（以下、単に「相対変位」という）を、回転マス４１の回転運動に変換するものである。以下、この方向を「Ｘ方向」といい、Ｘ方向と直交する水平方向を「Ｙ方向」という。

図７に示すように、マスダンパ４は、回転マス４１、ねじ軸４２、ボールナット４３、内筒４４および第１および第２フランジ４６ａ，４６ｂなどで構成されている。また、ねじ軸４２の一端部は、自在継手を介して、第１フランジ４６ａに軸線方向に移動不能に連結されている。また、ねじ軸４２の周面にはらせん溝４２ａが形成され、このらせん溝４２ａには多数のボール４３ａが埋め込まれており、これらのボール４３ａに筒状のボールナット４３が螺合している。また、このボールナット４３の第２フランジ４６ｂ側の端部には、内筒４４の一端部がクロスローラーベアリング４７を介して同軸状に回転自在に支持されている。この内筒４４の他端部は、自在継手を介して、第２フランジ４６ｂに軸線方向に移動不能に連結されている。また、内筒４４には、ねじ軸４２の一部が収容されている。

また、回転マス４１は、肉厚の筒状に形成され、ボールナット４３の全体と内筒４４の大部分を覆っており、リング状の回転滑り材４８を介してボールナット４３に支持されるとともに、ラジアルベアリング４９を介して内筒４４に回転自在に支持されている。回転マス４１の等価質量は、定点理論に基づいて、支持フレーム３の剛性に対応する変位応答倍率最適調整条件の柔ばね解に設定されている。このため、回転マス４１の実質量は、構造物２の質量と比較して、非常に小さな値（例えば、構造物２の質量の約２％）に設定されている。

また、回転マス４１と内筒４４の間には、リング状の一対のシール材５０，５０が設けられており、シール材５０，５０、回転マス４１および内筒４４によって形成された空間には、粘性体４５が充填されている。この粘性体４５は、マスダンパ４の粘性要素を構成するものであり、シリコンオイルなどから成る。

また、マスダンパ４には、軸力制限機構６０が設けられている。この軸力制限機構６０は、相対変位を回転マス４１の回転運動に変換するマスダンパ４の回転変換動作を制限するものである。軸力制限機構６０は、前記回転滑り材４８と、回転マス４１に設けられた複数のねじ６１およびばね６２（いずれも２つのみ図示）で構成されている。より具体的には、回転滑り材４８が設けられた回転マス４１の部分には、複数のばね収容孔４１ａが形成されており、これらのばね収容孔４１ａは、周方向に沿って配置され、径方向に貫通している。各ばね収容孔４１ａには、ねじ６１がねじ込まれるとともに、このねじ６１と回転滑り材４８の間に、回転滑り材４８を付勢するばね６２が収容されている。

ねじ６１が強く締め付けられた状態では、回転滑り材４８がばね６２の付勢力でボールナット４３に強く押し付けられることによって、回転マス４１は回転滑り材４８を介してボールナット４３に一体に連結された状態になる。

また、ねじ６１が緩められ、その締付け度合が低くなった状態では、マスダンパ４の軸方向に作用する荷重（以下「軸力」という）が、ねじ６１の締め付け度合に応じて定まる所定値に達するまでは、上記の場合と同様に、回転マス４１がボールナット４３と一体に回転する。一方、マスダンパ４の軸力が所定値に達すると、回転滑り材４８とボールナット４３の間に回転滑りが発生することによって、マスダンパ４の回転変換動作が制限されるとともに、回転滑り材４８とボールナット４３の間に発生する摩擦抵抗により、回転マス４１を制動することによって、マスダンパ４の回転変換動作の制限により低下した回転慣性力が補われる。

以上の構成のマスダンパ４は、第１フランジ４６ａおよび取付金具（図示せず）を介して構造物２の連結部２ｂに連結されるとともに、第２フランジ４６ｂおよび取付金具（図示せず）を介して支持フレーム３の連結部３ｃに連結されており、図６に示すように配置される。

以上の構成の制振装置１によれば、例えば地震時に、構造物２の振動に伴って構造物２と支持フレーム３の間にＸ方向の相対変位が発生すると、構造物２に連結されたマスダンパ４のねじ軸４２と支持フレーム３に連結された内筒４４との間に上記のＸ方向の相対変位に応じた大きさの相対変位が発生する。そして、このねじ軸４２と内筒４４の相対的な直線運動が、ボールナット４３で回転マス４１の回転運動に変換されることによって、回転マス４１が回転する。これにより、回転マス４１の回転慣性効果が得られ、回転マス４１の等価質量が実質量に対して増幅されることによって、構造物２の制振効果を効率良く得ることができる。また、粘性体４５のせん断力により、回転マス４１の回転速度に応じた粘性減衰効果を発揮させることによって、構造物２の振動を速やかに収束させることができる。以上により、構造物２の振動を良好に抑制することができる。

また、構造物２のＸ方向の振動に対して、構造物２を主系とし、支持フレーム３およびマスダンパ４を付加系とするシステムを構成するので、隣接する２つの構造物を必要とすることなく、上述した効果を得ることができる。また、制振装置１は、構造物２の外側に設置されるので、既設の構造物２にも設置することができる。

また、支持フレーム３は、ラーメン構造を有するとともに、柱３ｂが棚板５の長孔５ａにＹ方向に移動不能に嵌合しているので、構造物２に対応して支持フレーム３の高さを大きくした場合でも、支持フレーム３のＸ方向およびＹ方向の座屈を有効に防止することができる。また、支持フレーム３を構成する柱３ａおよび梁３ｂの断面積や補強材の数および位置を変更することによって、支持フレーム３の剛性の設定をきめ細かく行うことができる。

また、一対のマスダンパ４，４の一端部が支持フレーム３に同一の連結部３ｃを介して連結されているので、連結部３ｃにはマスダンパ４の反力による回転モーメントが発生せず、したがって、支持フレーム３の捻れを防止することができる。

また、マスダンパ４，４は、支持フレーム３から構造物２に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部３ｃを通り梁３ｂに垂直な直線Ａを中心として互いに対称に配置されているので、Ｘ方向の相対変位が発生したときに、図３を参照して説明したように、支持フレーム３に作用するマスダンパ４，４の反力のＹ方向の成分が打ち消し合うことによって、Ｙ方向の支持フレーム３の変形が生じない。したがって、発生したＸ方向の相対変位のみが回転マス４１，４１の回転運動に確実に変換されるので、構造物２の振動の抑制をより良好に行うことができる。

また、構造物２の長孔５ａには、支持フレームの梁３ｂが配置されず、柱３ａのみが通されるので、長孔５ａを短くすることが可能であり、それにより、長孔５ａの形成による構造物の強度の低下を最小限に抑制することができる。

さらに、長孔５ａに嵌合する柱３ａの２つの表面に、滑性を有する材料で構成された表面材１１，１１が貼り付けられ、それに対向する長孔５ａの２つの内壁面に、金属板１２，１２が貼り付けられているので、構造物２と支持フレーム３の間のＸ方向の相対変位を、滑らかに行わせながら回転マス４１の回転運動に良好に変換でき、構造物２の振動をより良好に抑制することができる。

また、マスダンパ４の軸力が所定値に達したときに、軸力制限機構６０により、マスダンパ４の回転変換動作を制限するので、支持フレーム３にマスダンパ４から過大な反力が作用することがなく、支持フレーム３の劣化や破損を防止することができる。また、このときに回転滑り材４８とボールナット４３の間に発生する摩擦抵抗により、回転マス４１の制動効果が得られることによって、マスダンパ４の回転慣性力の低下分を補うことができる。

図８は、変形例による制振装置１０１を示す。上述した第１実施形態では、支持フレーム３が構造物２の外側に設置されるのに対し、この変形例では、支持フレーム１０３が構造物１０２の内側に設置されており、構造物１０２のスラブ１０２ａに一対の長孔１０５ａ，１０５ａが形成されている。これらの長孔１０５ａ，１０５ａは、前記長孔５ａ，５ａと同様、梁１０３ｂの延び方向に沿って配置されるとともに、その方向にそれぞれ延びている。また、各支持フレーム１０３の柱１０３ａ，１０３ａは、前記柱３ａ，３ａと同様、これらの一対の長孔１０５ａ，１０５ａに、その長さ方向に移動自在にかつ幅方向に移動不能に、それぞれ嵌合している。他の構成は第１実施形態と同様である。

したがって、この変形例によれば、前述した制振装置１と同様のシステムが構成されることによって、第１実施形態による前述した効果を同様に得ることができる。また、支持フレーム１０３が構造物１０２の内側に設置されているので、構造物１０２の外観や視界を良好に維持することができる。

図９は、本発明の第２実施形態による制振装置２０１を構造物２０２に取り付けたシステムの振動モデルを示している。第１実施形態では、支持フレーム３およびマスダンパ４で構成された単一の付加系が設けられるのに対し、本実施形態では、付加系は、複数（この例では３つ）の単位の付加系で構成されており、これらの３単位の付加系は、支持フレーム２０３およびマスダンパ２０４でそれぞれ構成され、互いに異なる高さに配置されている。すなわち、付加系が高さ方向に分割されている。

図示しないが、この振動モデルに基づく制振装置２０１を構造物２０２に設置するときには、付加系の単位ごとに、支持フレーム２０３およびマスダンパ２０４が、長孔が形成された棚板や構造物２０２に、第１実施形態と同様にして設けられる。また、支持フレーム２０３は、構造物２０２のトラス階と地面の間、またはトラス階同士を結ぶように配置され、すなわち、付加系の分割はトラス階において行われる。他の構成は第１実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態の制振装置２０１によれば、付加系が高さ方向に分割されているので、構造物２０２の高さが非常に高い場合でも、相対変位が各付加系に分配され、個々のマスダンパ２０４の必要ストロークを低減することができる。また、支持フレーム２０３は、高さが大きくても座屈しにくいので、支持フレーム２０３の高さを大きくすることにより、付加系およびマスダンパ２０４の数を最小限にすることができ、したがって、制振効果を維持しながら、制振装置２０１のコストダウンを図ることができる。また、構造物２０２のトラス階において付加系が分割されるので、各単位の付加系によって、トラス階の間の比較的柔らかい構造物２０２の部分の振動を良好に抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、支持フレームは、構造物の四方に対してそれぞれ設けられているが、少なくとも１つ設けてもよい。また、実施形態では、支持フレームを、Ｈ鋼などの金属で構成しているが、その全体または一部を、他の適当な材料、例えば炭素繊維などで構成してもよい。

また、実施形態では、単一の回転マスを有するマスダンパを用いているが、複数の回転マスを有するマスダンパを用いてもよい。また、実施形態では、減衰要素として、シリコンオイルなどから成る粘性体を用いているが、回転マスの回転を減衰可能な他の減衰要素、例えば粘弾性ゴムや、空気式または磁気式のダンパなどを用いてもよい。

また、実施形態は、構造物が鉄筋構造のビルの例であるが、本発明は、これに限らず、鉄塔や煙突でもよく、橋梁でもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 制振装置
２ 構造物
３ 支持フレーム
３ａ 柱
３ｂ 梁
３ｃ 連結部
４ マスダンパ
５ 長孔
１１ 表面材
４１ 回転マス
４５ 粘性体（粘性要素）
６０ 軸力制限機構（制限機構）
１０１ 制振装置
１０２ 構造物
１０３ 支持フレーム
１０３ａ 柱
２０１ 制振装置
２０２ 構造物
２０３ 支持フレーム
２０４ マスダンパ

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、構造物の振動を抑制するための制振装置であって、構造物とは別個に設置され、鉛直に延びる柱および所定方向に水平に延びる梁で構成されたラーメン構造を有する支持フレームと、支持フレームと構造物の間に設けられ、回転可能な回転マスおよび回転マスの回転を減衰させる粘性要素を有し、構造物の振動に伴って発生する構造物と支持フレームの間の所定方向の相対変位を、回転マスの回転運動に変換するマスダンパと、を備え、構造物には、上下方向に貫通し、所定方向に延びる長孔が形成されており、支持フレームの柱は、長孔の長さ方向に移動自在に、かつ長孔の幅方向に移動不能に嵌合していることを特徴とする。

一方、このように支持フレームの剛性が小さい場合には、高さが大きくなると座屈するおそれがある。これに対し、本発明によれば、支持フレームがラーメン構造を有するので、高さが大きくてもＸ方向に座屈しにくい。したがって、構造物に対応して支持フレームの高さを大きくした場合でも、支持フレームの座屈を有効に防止することができる。また、支持フレームを構成する柱および梁の断面積の数および位置などを変更することによって、支持フレームの剛性の設定をきめ細かく行うことができる。
また、上記の構成によれば、支持フレームの柱は、構造物に形成された長孔に嵌合し、その長さ方向すなわちＸ方向に移動自在であるので、構造物が振動するときに、構造物と支持フレームの間のＸ方向の相対変位が許容される。したがって、構造物のＸ方向の振動を良好に抑制することができる。
また、支持フレームの柱が長孔に、その幅方向すなわちＹ方向に移動不能に嵌合しているので、構造物がＹ方向に振動したときに、支持フレームが全体的に構造物と一緒にＹ方向にたわむとともに、柱の嵌合部分において柱のＹ方向の大きな変位が構造物により阻止されることによって、支持フレームのＹ方向の座屈が防止される。したがって、支持フレームがラーメン構造であることによる前述したＸ方向の座屈の防止と相まって、支持フレームの座屈を確実に防止することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制振装置において、支持フレームの梁は、構造物の長孔と異なる高さに配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制振装置において、構造物の長孔の内壁および支持フレームの柱の互いに対向する表面の少なくとも一方には、滑性を有する表面材が貼り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、構造物が振動するときに、構造物と支持フレームがＸ方向に相対的に滑らかに変位するので、この相対変位を回転マスの回転運動に良好に変換でき、それにより、構造物の振動をより良好に抑制することができる。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の制振装置において、マスダンパは、一対のマスダンパで構成されており、一対のマスダンパは、それらの一端部が支持フレームに同一の連結部を介して連結され、構造物に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部を通り梁に垂直な直線を中心として互いに対称に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、一対のマスダンパは、それらの一端部が支持フレームに同一の連結部を介して連結されている。このため、この連結部には、マスダンパの反力による回転モーメントが発生しないので、支持フレームの捻れを防止することができる。
また、一対のマスダンパは、構造物に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、連結部を通り梁に垂直な直線を中心として互いに対称に配置されている。この構成を図３を参照しながら説明する。同図は、水平面内における一対のマスダンパの配置とともに、構造物がＸ方向に振動するのに伴い、構造物が支持フレームに対して右方向に変位した状態を示す。また、水平面内において、各マスダンパが梁と成す角度はθである。
この状態では、右側のマスダンパは軸方向に引っ張られ、左側のマスダンパは軸方向に圧縮され、支持フレームにはそれらの反力Ｆａ，Ｆｂが作用する。これらの反力Ｆａ，Ｆｂのうち、水平面内においてＸ方向に直交する方向（以下「Ｙ方向」という）の成分Ｆａｙ（＝Ｆａｓｉｎθ），Ｆｂｙ（＝Ｆｂｓｉｎθ）は、互いに大きさが等しく、方向が反対である。このため、これらの成分Ｆａｙ，Ｆｂｙは打ち消し合い、支持フレームにはＹ方向の反力は作用せず、Ｙ方向の支持フレームの変形は生じない。したがって、発生したＸ方向の相対変位のみが回転マスの回転運動に確実に変換されるので、構造物の振動の抑制をより良好に行うことができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制振装置において、マスダンパは、マスダンパにその延び方向に作用する荷重が所定値に達したときに、相対変位から回転マスの回転運動への変換を制限する制限機構を有することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の制振装置において、支持フレームは、互いに異なる高さに配置された複数の支持フレームで構成されており、マスダンパは、複数の支持フレームの各々と構造物の間に設けられていることを特徴とする。

Claims (7)

1. 構造物の振動を抑制するための制振装置であって、
   前記構造物とは別個に設置され、鉛直に延びる柱および所定方向に水平に延びる梁で構成されたラーメン構造を有する支持フレームと、
   当該支持フレームと前記構造物の間に設けられ、回転可能な回転マスおよび当該回転マスの回転を減衰させる粘性要素を有し、前記構造物の振動に伴って発生する前記構造物と前記支持フレームの間の前記所定方向の相対変位を、前記回転マスの回転運動に変換するマスダンパと、
   を備えることを特徴とする制振装置。
2. 前記マスダンパは、一対のマスダンパで構成されており、
   当該一対のマスダンパは、それらの一端部が前記支持フレームに同一の連結部を介して連結され、前記構造物に向かって斜めに延びるとともに、水平面内において、前記連結部を通り前記梁に垂直な直線を中心として互いに対称に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の制振装置。
3. 前記構造物には、上下方向に貫通し、前記所定方向に延びる長孔が形成されており、前記支持フレームの柱は、当該長孔の長さ方向に移動自在に、かつ当該長孔の幅方向に移動不能に嵌合していることを特徴とする、請求項１または２に記載の制振装置。
4. 前記支持フレームの梁は、前記構造物の長孔と異なる高さに配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の制振装置。
5. 前記構造物の長孔の内壁および前記支持フレームの柱の互いに対向する表面の少なくとも一方には、滑性を有する表面材が貼り付けられていることを特徴とする、請求項３または４に記載の制振装置。
6. 前記マスダンパは、当該マスダンパにその延び方向に作用する荷重が所定値に達したときに、前記相対変位から前記回転マスの回転運動への変換を制限する制限機構を有することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の制振装置。
7. 前記支持フレームは、互いに異なる高さに配置された複数の支持フレームで構成されており、前記マスダンパは、前記複数の支持フレームの各々と前記構造物の間に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の制振装置。

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