JP2015209667A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成により、構造物の変位をマスダンパに伝達する支持部材の座屈を確実に排除でき、構造物の振動を適切に抑制することができる構造物の制振装置を提供する。【解決手段】本発明による構造物の制振装置は、一端部が第１梁Ｂ１と左右の柱ＰＬ、ＰＲとの接合部に連結され、第３梁Ｂ３に向かって互いに近づくように斜めに延びる左右のケーブル２Ｌ、２Ｒと、柱材で構成され、一端部が、第１梁Ｂ１と第３梁Ｂ３との間に配置された第２梁Ｂ２に連結され、第３梁Ｂ３に向かって延び、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒの他端部が連結された圧縮材３と、回転可能な回転マス２３を有し、圧縮材３と第３梁Ｂ３に連結され、構造物Ｓの振動に伴ってケーブル２Ｌ、２Ｒ及び圧縮材３を介して伝達された第１梁Ｂ１と第３梁Ｂ３の間の層間変位ΔＡを、回転マス２３の回転運動に変換するマスダンパ４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置に関する。

本出願人は、構造物の制振装置を、例えば特許文献１にすでに開示している。この制振装置は、主として高層の構造物に適用されるものであり、柱材で構成された支持部材と、回転マスを有するマスダンパを備えている。支持部材は上下方向に延びており、その上端部は構造物の上端部に連結され、下端部は、構造物が立設された支持体に連結されている。マスダンパは、支持部材に直列に連結されている。この構成では、地震時などに構造物が振動し、その上端部が左右方向に繰り返し往復動する（揺動）すると、その変位が支持部材を介してマスダンパに伝達され、回転マスの回転に変換されることによって、構造物の振動が抑制される。

また、この制振装置では、構造物が揺動するのに伴い、柱材で構成された支持部材に引張荷重と圧縮荷重が交互に作用し、圧縮荷重の作用時には支持部材が座屈するおそれがあるため、これを防止するための座屈防止機構が設けられている。この座屈防止機構は、構造物の上下方向の複数の箇所に、その外周に沿って水平に延びるように設けられた、例えばコンクリート製の複数のスラブと、各スラブに形成された拘束孔などで構成され、複数のスラブの拘束孔に支持部材が通されている。この構成により、構造物の揺動に伴い、圧縮荷重が作用することによって支持部材が側方に若干たわんだときに、支持部材が拘束孔の縁部に当接し、その変位が拘束されることによって、支持部材の座屈が防止される。

特許第５１４９４５３号公報

上述したように、従来の制振装置では、柱材で構成され、構造物の上端部と支持体の間に長く延びる支持部材の座屈を防止するために、複数のスラブなどで構成される複数の座屈防止機構を設けなければならず、装置のコストや重量の増加の原因になる。なお、支持部材の座屈の防止のために、上記のような座屈防止機構を設ける代わりに、例えば支持部材の断面を大きくすることが考えられる。しかし、その場合には、支持部材が長くなると、それに応じてその断面が過大化するおそれがあり、装置の重量化などの不具合を招く。

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、簡便な構成により、構造物の変位をマスダンパに伝達する支持部材の座屈を確実に排除できるとともに、構造物の振動を適切に抑制することができる構造物の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、互いに間隔を隔てて配置された一対の柱と、一対の柱にそれぞれ接合され、上下方向に互いに間隔を隔てて順に配置された第１梁、第２梁及び第３梁とを有する構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、一端部が第１梁と一対の柱との接合部にそれぞれ連結され、第３梁に向かって互いに近づくように斜めに延びる一対のケーブルと、柱材で構成され、一端部が第２梁に連結されるとともに、第３梁に向かって延び、一対のケーブルの他端部が連結された圧縮材と、回転可能な回転マスを有し、圧縮材と第３梁に連結され、構造物の振動に伴って一対のケーブル及び圧縮材を介して伝達された第１梁と第３梁の間の相対変位を、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。

以下、図３を参照しながら、上述した本発明による構造物の制振装置の構成及び動作を説明する。同図に示すように、構造物は、一対の柱と、一対の柱に接合された第１〜第３梁を有しており、第１〜第３梁は、上下方向にこの順に配置されている。第１梁と一対の柱との接合部には、一対のケーブルの各一端部が連結されている。これらの一対のケーブルは、第３梁に向かって互いに近づくように斜めに延び、各他端部が圧縮材に連結されている。この圧縮材は、柱材で構成され、第２梁に連結されるとともに、第３梁に向かって延びている。さらに、回転マスを有するマスダンパは、圧縮材と第３梁に連結されている。

以上の構成の制振装置では、構造物が通常の状態（図３（ａ）及び（ｂ）の二点鎖線）から振動し、例えば同図（ｂ）に実線で示すように右方に揺動すると、第１梁と第３梁の間に相対変位（以下「層間変位」という）ΔＡが発生する。この層間変位ΔＡの発生に伴い、一対のケーブルのうち、第１梁と右側の柱との接合部に連結された右側のケーブルが、上方に引っ張られることによって、そのケーブルに引張荷重Ｆｔが作用する。この引張荷重Ｆｔが圧縮材に圧縮荷重及び曲げ荷重として作用することによって、圧縮材がマスダンパ側に曲げ変形し、圧縮材の先端部の変位（以下「入力変位」という）ΔＢがマスダンパに入力されることによって、マスダンパの回転マスが回転する。一方、上記のように構造物が右方に揺動する場合、左側のケーブルには圧縮方向の荷重Ｆｃ、すなわちケーブルを緩ませる方向の荷重が作用するため、この左側のケーブルは、基本的には、層間変位ΔＡの伝達に関与しない。

以上のように、構造物が右方に揺動する場合には、層間変位ΔＡは、右側のケーブル及び圧縮材を介してマスダンパに伝達され、入力変位ΔＢとしてマスダンパに入力される。これにより、マスダンパの回転マスが回転することによって、マスダンパ、右側のケーブル及び圧縮材から成る付加振動系が振動する。一方、図示しないが、構造物が図３の左方に揺動する場合には、一対のケーブル及び圧縮材の動作が左右逆になることにより、層間変位ΔＡは、左側のケーブル及び圧縮材を介してマスダンパに伝達・入力され、それにより、マスダンパ、左側のケーブル及び圧縮材から成る付加振動系が振動する。したがって、これらの付加振動系の固有振動数を構造物の固有振動数に同調（共振）させることにより、構造物の振動エネルギを付加振動系で吸収することによって、構造物の振動が抑制される。

また、上述したように、構造物の振動に伴い、その揺動の方向にかかわらず、一対のケーブルは引張荷重Ｆｔを支持する引張材として機能し、圧縮方向の荷重Ｆｃは、第２梁と第３梁の間に延びる、比較的短い柱材で構成された圧縮材によって支持される。したがって、従来の場合と異なり、格別の座屈防止機構などを設けることなく、簡便な構成によって、層間変位ΔＡをマスダンパに伝達するための支持部材の座屈を確実に排除することができる。

さらに、マスダンパからの反力トルクは、柱材で構成された圧縮材で支持され、ケーブルには作用しないので、反力トルクによるケーブルのねじれを容易かつ確実に防止することができる。

なお、図３は、本発明の構成及び動作の理解を容易にするためのものであり、本発明は、これに限定されることなく、後述するような種々の変更や変形が可能である。また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「接合」は、ボルトや溶接などによって複数の部材を互いに剛に連結することをいう。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の制振装置において、第１梁と第２梁の間には、一対の柱に接合された少なくとも１つの中間梁が配置され、第２梁と第３梁は、隣り合うように配置されていることを特徴とする。

構造物の振動時、第１梁と第３梁との層間変位ΔＡは、両梁間の距離が大きいほど、より大きくなる。この構成によれば、第１梁と第２梁の間に少なくとも１つの中間梁が設けられており、その分、第１梁と第３梁との距離がより大きく確保される。これにより、層間変位ΔＡを増大させ、それに応じてマスダンパへの入力変位ΔＢを増大させることによって、構造物の振動をより適切に抑制することができる。

また、第２梁と第３梁は隣り合うように配置されており、すなわち、両梁の間には中間梁は存在しない。これにより、両梁の間に延びる圧縮材が短い長さに保持されるので、圧縮材の座屈を確実に防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構造物の制振装置において、第３梁に設けられ、圧縮材に係合し、圧縮材を第３梁の長さ方向に案内するガイド部材をさらに備えることを特徴とする。

前述したように、構造物が揺動するのに伴い、圧縮材は、マスダンパに対して離接するように往復動するとともに、その際、マスダンパから反力トルクを受ける。この構成によれば、反力トルクが作用した状態で往復動する圧縮材を、ガイド部材によって、第３梁の長さ方向、すなわちマスダンパに対して離接する方向に円滑に案内でき、それにより、マスダンパへの層間変位ΔＡの伝達を良好に行うことができる。

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構造物の制振装置において、一対のケーブルに、所定のプレテンションが付与されていることを特徴とする。

この構成によれば、例えば、図３に示したように、構造物の右方への揺動時、左側のケーブルに圧縮方向の荷重Ｆｃが作用する場合に、ケーブルに付与されたプレテンションが圧縮方向の荷重Ｆｃによって相殺されるまでは、左側のケーブルは、付加振動系と一緒に振動し、付加振動系の一部として機能する。

したがって、付加振動系のケーブル及び圧縮材から成る支持部材の全体の剛性として、プレテンションが相殺されるまでの左右の両ケーブルの剛性を含む、より大きな剛性と、プレテンションが相殺された後の右側のケーブルのみの剛性を含む、より小さな剛性とから成る、バイリニアな特性が得られる。したがって、このような支持部材のバイリニアな剛性を利用して、例えば、付加振動系の固有振動数を、マスダンパへの入力変位ΔＢが小さい場合と大きい場合において、互いに異なるように設定することが可能になる。

また、ケーブルにプレテンションを付与することによって、圧縮材が設けられた第２梁に作用する長期荷重（スラブなどの固定荷重や積載荷重）をキャンセルできるという利点も得られる。

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構造物の制振装置において、一対のケーブルは、互いに異なる剛性を有することを特徴とする。

この構成によれば、一対のケーブルの剛性が互いに異なるので、一方のケーブルを含む付加振動系の固有振動数と、他方のケーブルを含む付加振動系の固有振動数を、互いに異なるように設定できる。この場合、例えば、一方の付加振動系の固有振動数を構造物の１つの（例えば１次モードの）固有振動数に同調し、他方の付加振動系の固有振動数を構造物の他の１つの（例えば２次モードの）固有振動数に同調するように、多重同調させてもよい。あるいは、２つの付加振動系の異なる固有振動数の平均値を、構造物の１つの（例えば１次モードの）固有振動数に同調させてもよい。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の構造物の制振装置において、圧縮材は、第２梁の長さ方向の中心からずれた位置に配置され、一対のケーブルは、圧縮材に対して互いに異なる角度で延びていることを特徴とする。

この構成のように、圧縮材に対する一対のケーブルの設置角度が異なる場合には、同じ大きさの層間変位ΔＡに対し、ケーブルに作用する引張荷重Ｆｔ（軸力）が異なるため、一対のケーブルの間で見かけの剛性が異なる。したがって、この構成においても、請求項５の場合と同様、一方のケーブルを含む付加振動系の固有振動数と、他方のケーブルを含む付加振動系の固有振動数を、互いに異なるように設定でき、請求項５と同様の作用を得ることができる。

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構造物の制振装置において、第１梁と一対の柱材との接合部にそれぞれ取り付けられた一対の第１滑車と、第２梁の所定の部位に取り付けられた一対の第２滑車と、さらに備え、一対のケーブルの各々は、第１滑車及び第２滑車に巻き回されていることを特徴とする。

この構成によれば、一対のケーブルの各々が、その途中において、第１及び第２滑車に巻き回されているため、両滑車の一方は、他方に対して動滑車として機能する。この動滑車機能により、層間変位ΔＡは、第１及び第２滑車によるケーブルの折返し数に比した増幅された状態で、圧縮材に伝達される。その結果、マスダンパへの入力変位ΔＢが増大するので、構造物の制振効果をさらに高めることができる。

本発明の第１実施形態による制振装置を、構造物の一部とともに示す正面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明による制振装置の構成及び動作を（ａ）構造物の非振動時、及び（ｂ）構造物の振動時について、模式的に示す図である。 マスダンパの断面図である。 ケーブルにプレテンションを付与した場合の支持部材の入力変位と支持部材の反力（＝マスダンパの反力）との関係を示す図である。 構造物への制振装置の設置例を示す図である。 第１実施形態の変形例による制振装置を示す図である。 第１実施形態の他の変形例による制振装置を示す図である。 本発明の第２実施形態による３つの制振装置を示す図である。 本発明の第２実施形態による他の３つの制振装置を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１〜図６は、第１実施形態による制振装置を示す。図１に示すように、構造物Ｓは、左右方向に互いに間隔を隔てて配置され、鉛直に延びる左右一対の柱Ｐ（左柱ＰＬ、右柱ＰＲ）と、上下方向に互いに等間隔に配置され、水平に延びる５つの梁Ｂとを互いに接合した井桁状のラーメン構造を有する高層建築物であり、地盤（図示せず）に立設されている。

これらの一対の柱Ｐ及び５つの梁Ｂはいずれも、Ｈ形鋼で構成されている。これらの部材を角形鋼管などで構成してもよい。また、各梁Ｂの上側には、コンクリートなどで構成されたスラブＳＬが敷設されている。以下、５つの梁Ｂを上側から順に、第１梁Ｂ１、第１中間梁ＢＭ１、第２中間梁ＢＭ２、第２梁Ｂ２及び第３梁Ｂ３という。

図１に示すように、実施形態による制振装置は、左右一対のケーブル２（左ケーブル２Ｌ、右ケーブル２Ｒ）、圧縮材３、及びマスダンパ４などで構成されている。

左右のケーブル２Ｌ、２Ｒは、互いに同じ断面積を有する鋼線などで構成されており、図１及び図２に示すように、互いに左右対称に配置されるとともに、前後２組で構成されている。各左ケーブル２Ｌは、その上端部が第１梁Ｂ１と左柱ＰＬとの接合部に、取付部材（図示せず）を介して連結され、第３梁Ｂ３の中央付近まで斜め下方に延びるとともに、下端部において圧縮材３に連結されている。

同様に、各右ケーブル２Ｒは、上端部が第１梁Ｂ１と右柱ＰＲとの接合部に、取付部材（図示せず）を介して連結され、第３梁Ｂ３の中央付近まで斜め下方に延びるとともに、下端部において圧縮材３に連結されている。

第１、第２中間梁ＢＭ１、ＢＭ２及び第２梁Ｂ２の上側の各スラブＳＬの所定位置には、上下方向に貫通するケーブル通し孔２ａが形成されている。各ケーブル２は、対応するケーブル通し孔２ａに通されるとともに、第１、第２中間梁ＢＭ１、ＢＭ２及び第２梁Ｂ２の前側又は後ろ側を通って、上下方向に延びている。

圧縮材３は、Ｈ形鋼から成る比較的短い柱材で構成されており、第２梁Ｂ２の長さ方向の中心に配置され、その上端部が第２梁Ｂ２の下側のフランジに連結されている。圧縮材３は、第２梁Ｂ２から第３梁Ｂ３の付近まで鉛直に延びており、また、２つのフランジ３ａ、３ａが左右方向に互いに対向し、ウェブ３ｂが第２梁Ｂ２と平行になるように配置されている。

圧縮材３には、複数のケーブル連結部５が一体に設けられている。これらのケーブル連結部５は、例えば鋼製のものであり、圧縮材３のフランジ３ａ、３ａの前端及び後端にそれぞれ左右２つずつ、取付板５ａを介して取り付けられている。また、各ケーブル２の下端部には雄ねじ（図示せず）が形成されており、各ケーブル２は、この雄ねじに螺合したナット（図示せず）によってケーブル連結部５に連結されている。

また、第３梁Ｂ３上のスラブＳＬの上面には、第３梁Ｂ３の長さ方向の中心に、前後一対のガイド部材６、６が設けられている。これらのガイド部材６、６は、例えば鋼製で、側断面が三角形の突起状のものであり、両者の間に圧縮材３のウェブ３ｂの下端部が係合している。この構成により、圧縮材３は、左右方向に移動する際に、ガイド部材６、６によって案内される。なお、ガイド部材６、６及びウェブ３ｂの互いに係合する面の少なくとも一方に、フッ素樹脂などから成る滑性を有する表面板（図示せず）を貼り付けてもよく、それにより、ガイド部材６、６による圧縮材３の案内を、より円滑に行うことができる。

マスダンパ４は、圧縮材３と第３梁Ｂ３の間に配置され、両者に連結されている。このマスダンパ４は、本発明の発明者が提案した特願２０１２−１５８９２１号に開示されたものと同様に構成されているので、以下、その構成及び動作について簡単に説明する。図４に示すように、マスダンパ４は、内筒２１、ボールねじ２２、回転マス２３、及び制限機構２４を有している。内筒２１は、円筒状の鋼材で構成されている。内筒２１の一端部は開口しており、他端部は、マスダンパ４が発生するトルクでは動かない程度の摩擦を有する自在継ぎ手を介して、第１フランジ２５に取り付けられている。

また、ボールねじ２２は、ねじ軸２２ａと、ねじ軸２２ａに多数のボール２２ｂを介して螺合するナット２２ｃを有している。ねじ軸２２ａの一端部は、上述した内筒２１の開口に収容されており、ねじ軸２２ａの他端部は、マスダンパ４が発生するトルクでは動かない程度の摩擦を有する自在継ぎ手を介して、第２フランジ２６に取り付けられている。また、ナット２２ｃは、軸受け２７を介して、内筒２１に回転自在に支持されている。

回転マス２３は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス２３は、内筒２１及びボールねじ２２を覆っており、軸受け２８を介して、内筒２１に回転自在に支持されている。回転マス２３と内筒２１の間には、一対のリング状のシール材２９、２９が設けられている。これらのシール材２９、２９、回転マス２３及び内筒２１によって形成された空間には、シリコンオイルで構成された粘性体３０が充填されている。

以上のように構成されたマスダンパ４では、内筒２１及びねじ軸２２ａの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ２２で回転運動に変換された状態で、制限機構２４を介して回転マス２３に伝達されることによって、回転マス２３が回転する。以下、このように内筒２１及びねじ軸２２ａの間の相対変位を回転マス２３の回転運動に変換するマスダンパ４の動作を、「マスダンパ４の回転変換動作」という。

前記制限機構２４は、このマスダンパ４の回転変換動作を制限するものであり、リング状の回転滑り材２４ａと、複数のねじ２４ｂ及びばね２４ｃ（２つのみ図示）で構成されている。回転滑り材２４ａは、回転マス２３とボールねじ２２のナット２２ｃとの間に配置されている。この回転滑り材２４ａが配置された回転マス２３の部分には、複数のばね収容孔２３ａが形成されている。これらのばね収容孔２３ａは、周方向に等間隔に配置されており、径方向に貫通している。各ばね収容孔２３ａには、ねじ２４ｂがねじ込まれるとともに、ねじ２４ｂと回転滑り材２４ａの間に、ばね２４ｃが収容されている。

以上の構成により、ねじ２４ｂを強く締め付けると、回転滑り材２４ａがばね２４ｃの付勢力でナット２２ｃに強く押し付けられることによって、回転マス２３は、回転滑り材２４ａを介してナット２２ｃに一体に連結された状態になる。

また、この状態からねじ２４ｂを緩めると、その締付度合が低くなり、マスダンパ４の軸線方向に作用する荷重（以下「軸荷重」という）が、ねじ２４ｂの締付度合に応じて定まる制限荷重に達するまでは、回転マス２３がナット２２ｃと一体に回転する。一方、マスダンパ４の軸荷重が制限荷重に達すると、回転滑り材２４ａとナット２２ｃ又は回転マス２３との間に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。この状態では、回転滑り材２４ａとナット２２ｃ又は回転マス２３との間に発生する摩擦抵抗によって、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マス２３の回転慣性力が補われる。

マスダンパ４の第１フランジ２５は、第３梁Ｂ３の右端部に一体に設けられた取付具７に取り付けられており、それにより、マスダンパ４は、第３梁Ｂ３に連結されている。また、第２フランジ２６は、圧縮材３の右側のフランジ３ａに取り付けられており、これにより、マスダンパ４は、圧縮材３に連結されている。マスダンパ４は、第１及び第２フランジ２５、２６の自在継ぎ手により、前後方向に延びる軸線を中心とした取付具７及び圧縮材３に対する回動のみが許容されている。

以上の構成を有する第１実施形態の制振装置によれば、図３を用いて説明したように、構造物Ｓが振動時に図１の左右の一方の側に揺動すると、その一方の側のケーブル２（以下「引張側ケーブル２」という）に引張荷重Ｆｔが作用することにより、第１梁Ｂ１と第３梁Ｂ３との間の層間変位ΔＡが、引張側ケーブル２及び圧縮材３を介して、マスダンパ４に伝達され、入力変位ΔＢとして入力される。これにより、マスダンパ４の回転マス２３が回転することによって、マスダンパ４、引張側ケーブル２及び圧縮材３から成る付加振動系が振動する。

一方、引張側ケーブル２と反対側のケーブル２（以下「圧縮側ケーブル２」という）には、圧縮方向の荷重Ｆｃが作用するため、圧縮側ケーブル２は、層間変位ΔＡの伝達には関与しない。したがって、マスダンパ４、引張側ケーブル２及び圧縮材３から成る付加振動系の固有振動数を構造物Ｓの固有振動数に同調（共振）させることにより、構造物Ｓの振動エネルギを付加振動系で吸収することによって、構造物Ｓの振動を適切に抑制することができる。

例えば、本実施形態では、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒの剛性（ばね定数）が互いに同一であるとともに、ケーブル２及び圧縮材３の剛性と回転マス２３の質量は、付加振動系の固有振動数が構造物Ｓの一次固有振動数（構造物Ｓの振動モードが一次モードのときの固有振動数）に同調するように、設定されており、それにより、構造物Ｓの一次モードの振動が適切に抑制される。

また、構造物Ｓの振動に伴い、その揺動の方向にかかわらず、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒの一方が、引張荷重Ｆｔを支持する引張側ケーブル２として機能し、圧縮方向の荷重Ｆｃは、圧縮材３によって支持される。したがって、従来の場合と異なり、格別の座屈防止機構などを設けることなく、簡便な構成によって、層間変位ΔＡをマスダンパ４に伝達するための支持部材の座屈を確実に排除することができる。

さらに、マスダンパ４からの反力トルクは、柱材で構成された圧縮材３で支持され、ケーブル２には作用しないので、反力トルクによるケーブル２のねじれを容易かつ確実に防止することができる。

また、第１梁Ｂ１及び第２梁Ｂ２が、第１及び第２中間梁ＢＭ１、ＢＭ２の上下両側に配置されていることで、第１梁Ｂ１と第３梁Ｂ３との距離が十分に確保されるので、両梁Ｂ１、Ｂ３間の層間変位ΔＡを増大させ、それに応じてマスダンパ４への入力変位ΔＢを増大させることができ、したがって、構造物Ｓの振動をより適切に抑制することができる。また、第２梁Ｂ２と第３梁Ｂ３は隣り合うように配置されていることで、両梁Ｂ２、Ｂ３の間に延びる圧縮材３が短い長さに保持されるので、圧縮材３の座屈を確実に防止することができる。

また、マスダンパ４から反力トルクを受けた状態で往復動する圧縮材３を、ガイド部材６、６によって第３梁の長さ方向に円滑に案内でき、したがって、マスダンパ４への層間変位ΔＡの伝達を良好に行うことができる。

なお、一対のケーブル２、２に、所定のプレテンションを付与してもよい。このようなプレテンションは、例えば、ケーブル２をケーブル連結部５に取り付けるための前述したナットの締付け力を増加させ、調整することによって、容易に付与することができる。

このようにプレテンションが付与された状態では、圧縮側ケーブル２は、プレテンションが圧縮方向の荷重Ｆｃによって相殺されるまでは、付加振動系と一緒に振動し、付加振動系の一部として機能する。その結果、図５に示すように、付加振動系のケーブル２及び圧縮材３から成る支持部材の全体の剛性ｋ（ばね定数＝支持部材の反力Ｐ／支持部材の入力変位δ）として、プレテンションが相殺されるまでの左右の両ケーブル２、２の剛性を含む、より大きな剛性ｋ１と、プレテンションが相殺された後の一方のケーブル２のみの剛性を含む、より小さな剛性ｋ２とから成る、バイリニアな特性が得られる。

このようなバイリニアな剛性を利用し、例えば、入力変位ΔＢの増大に伴ってマスダンパ４の反力Ｐが過大にならないうちに、支持部材の剛性をより小さな剛性に切り替えることができる。それにより、付加振動系の固有振動数が構造物Ｓの一次固有振動数と一致しなくなることで、マスダンパ４の反力Ｐを抑制でき、ひいては、構造物Ｓ、ケーブル２やマスダンパ４に過大な応力が発生するのを防止することができる。

また、ケーブル２にプレテンションを付与することによって、圧縮材３が設けられた第２梁Ｂ２に作用する長期荷重（スラブＳＬなどの固定荷重や積載荷重）をキャンセルできるという利点も得ることができる。

図６は、上述したケーブル２、２、圧縮材３及びマスダンパ４などを有する制振装置の構造物Ｓへの設置例を示す。同図（ａ）は、複数の制振装置を構造物Ｓの４層ごとに配置したものであり、上側の制振装置のマスダンパ４が設けられた第３梁と、下側の制振装置の第１梁が共用されている。同図（ｂ）は、複数の制振装置を構造物Ｓの１層ごとにずらしながら配置したものであり、（ａ）の場合よりも制振装置の設置数が多いため、制振性能を高めることができる。

また、図６（ｃ）は、制振装置の構成要素の配置を（ａ）及び（ｂ）の場合とは上下逆に、すなわち、圧縮材３及びマスダンパ４を上側に、ケーブル２を下側に配置したものである。制振装置の設置数は（ｂ）の場合と同じであるので、（ｂ）と同等の制振性能を得ることができる。

また、上記のように構造物Ｓに複数の制振装置を設置する場合、複数の制振装置の間で、ケーブル２及び圧縮材３の剛性や回転マス２３の質量を変えることによって、付加振動系の固有振動数を互いに異なるように設定してもよい。例えば、構造物Ｓの１次〜ｎ次モード（ｎ＝２、３、……）の固有振動数に同調するように設定してもよく、そのような多重同調によって、構造物Ｓの振動をより良好に抑制することができる。

次に、図７を参照しながら、第１実施形態の変形例について説明する。この変形例は、一対のケーブル２、２の剛性を互いに異なるように設定したものである。具体的には、図７の左ケーブル２Ｌは、断面積が小さいことで、より低い剛性を有し、右ケーブル２Ｒは、断面積が大きいことで、より高い剛性を有する。

したがって、この変形例によれば、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒ間の剛性の相違から、左ケーブル２Ｌを含む付加振動系の固有振動数と、右ケーブル２Ｒを含む付加振動系の固有振動数を、互いに異なるように設定できる。この場合、例えば、剛性が低い左ケーブル２Ｌを含む付加振動系の固有振動数を構造物の１次モードの固有振動数に同調し、剛性が高い右ケーブル２Ｒを含む他方の付加振動系の固有振動数を構造物の２次モードの固有振動数に同調するように、多重同調させてもよい。

これにより、多重同調を、１つの制振装置によって行うことができる。あるいは、２つの付加振動系の異なる固有振動数の平均値を、構造物Ｓの１つの（例えば１次モードの）固有振動数に同調させてもよい。

図８は、第１実施形態の別の変形例を示す。この変形例では、圧縮材３は、第２梁Ｂ２の長さ方向の中心から右側にずれた位置に配置されており、それにより、圧縮材３の中心を通る鉛直線に対する右ケーブル２Ｒの角度θＲは、左ケーブル２Ｌの角度θＬよりも小さくなっている。

このため、同じ大きさのマスダンパ４の反力に対し、右ケーブル２Ｒに作用する引張荷重Ｆｔ（軸力）がより大きくなるため、右ケーブル２Ｒの見かけの剛性が低くなる。したがって、この変形例においても、左ケーブル２Ｌを含む付加振動系の固有振動数と、右ケーブル２Ｒを含む付加振動系の固有振動数を、互いに異なるように設定でき、前述した図７の変形例の場合と同様の効果を得ることができる。

次に、図９及び図１０を参照しながら、本発明の第２実施形態による制振装置について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の制振装置に対して、第１滑車８及び第２滑車９を付加したものである。両図に示すように、第１滑車８及び第２滑車９はいずれも、左右一対で構成されており、図９（ａ）〜（ｃ）の例では、第１滑車８は、第１梁Ｂ１と左柱ＰＬ及び右柱ＰＲとの接合部にそれぞれ設けられ、第２滑車９は、第２梁Ｂ２の上面の左右のケーブル２Ｌ、２Ｒに対応する位置にそれぞれ設けられている。

これらの第１及び第２滑車８、９に対し、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒは次のように設けられている。例えば、右ケーブル２Ｒは、一端部が第１梁Ｂ１と右柱ＰＲとの接合部に連結されており、そこから中間のスラブＳＬのケーブル通し孔２ａ（図９には図示せず）を通って、斜め下方に延び、第２滑車９に巻き回された後、斜め上方に延びるとともに、第１滑車８に巻き回された後、再び斜め下方に延び、他端部において圧縮材３のケーブル連結部５（図９には図示せず）に連結されている。左ケーブル２Ｌもまた、第１及び第２滑車８、９に同様に巻き回されている。

以上のように、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒの各々が、その途中において第１及び第２滑車８、９に巻き回されているため、両滑車８、９の一方は他方に対して動滑車として機能する。この動滑車機能により、層間変位ΔＡが、第１及び第２滑車８、９によるケーブル２の折返し数に応じて増幅された状態で、圧縮材３に伝達される。その結果、マスダンパ４への入力変位ΔＢが増大するので、構造物Ｓの制振効果をさらに高めることができる。

図９（ｂ）に示す例は、同図（ａ）の例に対して、補強用の一対の間柱１０、１０を設けたものである。各間柱１０は、下端部が第２梁Ｂ２の第２滑車９付近に連結され、鉛直上方に延びるとともに、上端部において第２中間梁ＢＭ２に連結されている。この構成によれば、圧縮材３及び第２滑車９を取り付けた第２梁Ｂ２の上下方向の変位が、間柱１０で防止されることによって、上述した動滑車機能による層間変位ΔＡの増幅効果を安定して得ることができる。

図９（ｃ）に示す例は、上記の間柱１０に代えて、補強用の一対のブレース１１、１１を設けたものである。各ブレース１１は、上端部が第２梁Ｂ２の第２滑車９付近に連結され、斜め下方に延びるとともに、下端部において、第３梁Ｂ３と左柱ＰＬ又は右柱ＰＲとの接合部に連結されている。この構成においても、第２梁Ｂ２の上下方向の変位がブレース１１で防止されることによって、動滑車機能による層間変位ΔＡの増幅効果を安定して得ることができる。

図１０に示す例は、図９の例と比較して、第２滑車９の配置及び数が異なるとともに、左右のケーブル２Ｌ、２Ｒをたすき掛け状に配置したものである。第１滑車８は、図９の場合と同様、第１梁Ｂ１と左柱ＰＬ及び右柱ＰＲとの接合部に１つずつ設けられている。一方、第２滑車９は、第２梁Ｂ２と左柱ＰＬ及び右柱ＰＲとの接合部に、前後に２つずつ設けられている（各１つのみ図示）。

これらの第１及び第２滑車８、９に対し、ケーブル２Ｌ、２Ｒはたすき掛け状に設けられている。例えば、右ケーブル２Ｒは、第１梁Ｂ１と右柱ＰＲとの接合部から、斜め下方に延び、左側の前後の第２滑車９、９の一方に巻き回された後、斜め上方に延び、右側の第１滑車８に巻き回された後、再び斜め下方に延び、左側の第２滑車９、９の他方に巻き回された後、他端部において圧縮材３の左側のケーブル連結部５（図１０には図示せず）に連結されている。左ケーブル２Ｌもまた、第１及び第２滑車８、９に同様に巻き回されている。

以上の構成によれば、図９の場合と同様、第１及び第２滑車８、９による動滑車機能によって、層間変位ΔＡが増幅された状態で圧縮材３に伝達される。また、図９の場合と比較し、第１及び第２滑車８、９によるケーブル２の折返し数が多いことで、より高い層間変位ΔＡの増幅機能が得られるとともに、ケーブル２の他端部が圧縮材３に、より水平に近い角度で連結されることで、マスダンパ４への入力変位ΔＢが増大するので、構造物Ｓの制振効果をさらに高めることができる。

また、図１０（ｂ）に示す例は、第２梁Ｂ２の圧縮材３付近と第２中間梁ＢＭ２との間に、１つの間柱１０を設けたものである。さらに、図１０（ｃ）に示す例は、第２梁Ｂ２の圧縮材３付近と、第３梁Ｂ３と左柱ＰＬ及び右柱ＰＲとの接合部との間に、それぞれブレース１１を設けたものである。以上の構成によれば、前述した図９（ｂ）及び（ｃ）の場合と同様、圧縮材３を取り付けた第２梁Ｂ２の上下方向の変位が、間柱１０又はブレース１１で防止されることによって、上述した動滑車機能による層間変位ΔＡの増幅効果を安定して得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態及び変形例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、１つの制振装置において、圧縮材３の右側に１つのマスダンパ４を配置しているが、マスダンパの数は複数でもよく、例えば圧縮材３の左右両側にマスダンパ４をそれぞれ配置してもよい。また、マスダンパ４は、特開２０１４−０５２０６６号公報に示されるような流体駆動によるものでもよい。さらに、第１滑車８、９の数も任意であり、両滑車８、９によるケーブル２の折返し数が多いほど、より高い層間変位ΔＡの増幅効果を得ることができる。

さらに、実施形態では、圧縮材３を案内するガイド部材６は、突起状であるが、これに限らず、左右方向に延びるレール状のものでもよく、また、圧縮材３と第２梁Ｂ２との接合をピン接合としてもよい。

また、実施形態では、本発明における中間梁の数が、第１及び第２中間梁ＢＭ１、ＢＭ２の計２つであるが、１つでも、３つ以上でもよい。あるいは、中間梁を省略すること、すなわち、順に隣り合う構造物Ｓの３つの梁を第１梁〜第３梁として、本発明を適用することも可能である。

また、実施形態は、左右一対の柱ＰＬ、ＰＲに対して、本発明の制振装置を適用した例であるが、本発明はこれに限らず、前後一対の柱に対しても適用可能である。また、これまでに述べたバリエーションを適宜、組み合わせてもよいことは、もちろんである。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。

Ｓ 構造物
Ｐ 柱
ＰＬ 左柱
ＰＲ 右柱
Ｂ 梁
Ｂ１ 第１梁
Ｂ２ 第２梁
Ｂ３ 第３梁
ＢＭ１ 第１中間梁（中間梁）
ＢＭ２ 第２中間梁（中間梁）
ΔＡ 層間変位（第１梁と第３梁の間の相対変位）
２ ケーブル
２Ｌ 左ケーブル
２Ｒ 右ケーブル
３ 圧縮材
４ マスダンパ
６ ガイド部材
８ 第１滑車
９ 第２滑車
２３ 回転マス

Claims (7)

1. 互いに間隔を隔てて配置された一対の柱と、当該一対の柱にそれぞれ接合され、上下方向に互いに間隔を隔てて順に配置された第１梁、第２梁及び第３梁とを有する構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、
   一端部が前記第１梁と前記一対の柱との接合部にそれぞれ連結され、前記第３梁に向かって互いに近づくように斜めに延びる一対のケーブルと、
   柱材で構成され、前記第２梁に連結されるとともに、前記第３梁に向かって延び、前記一対のケーブルの他端部が連結された圧縮材と、
   回転可能な回転マスを有し、前記圧縮材と前記第３梁に連結され、前記構造物の振動に伴って前記一対のケーブル及び前記圧縮材を介して伝達された前記第１梁と前記第３梁の間の相対変位を、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構造物の制振装置。
2. 前記第１梁と前記第２梁の間には、前記一対の柱に接合された少なくとも１つの中間梁が配置され、前記第２梁と前記第３梁は、隣り合うように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造物の制振装置。
3. 前記第３梁に設けられ、前記圧縮材に係合し、当該圧縮材を前記第３梁の長さ方向に案内するガイド部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造物の制振装置。
4. 前記一対のケーブルに、所定のプレテンションが付与されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の構造物の制振装置。
5. 前記一対のケーブルは、互いに異なる剛性を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の構造物の制振装置。
6. 前記圧縮材は、前記第２梁の長さ方向の中心からずれた位置に配置され、前記一対のケーブルは、前記圧縮材に対して互いに異なる角度で延びていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の構造物の制振装置。
7. 前記第１梁と前記一対の柱材との接合部にそれぞれ取り付けられた一対の第１滑車と、
   前記第２梁の所定の部位に取り付けられた一対の第２滑車と、さらに備え、
   前記一対のケーブルの各々は、前記第１滑車及び前記第２滑車に巻き回さ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構造物の制振装置。

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