JP2019086125A

JP2019086125A - 吊り物制振構造

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Publication number: JP2019086125A
Application number: JP2017216226A
Authority: JP
Inventors: 孝行曽根; Takayuki Sone; 飯田　正憲; Masanori Iida; 正憲飯田; 努横並; Tsutomu Yokonami; 健太長▲濱▼; Kenta Nagahama; 貴博木下; Takahiro Kinoshita
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP7077509B2

Abstract

【課題】吊り下げられた吊り物の揺れを効果的に低減する。【解決手段】支持部に揺動可能に吊下された軸状部材としての鋼棒１２と、前記軸状部材の下端部に上端部が連結された吊り材としての吊りチェーン１４と、前記吊り材の下端部に取り付けられた吊り物としてのシャンデリア１６と、前記軸状部材に減衰力を付与する減衰手段であるダンパーとしての粘性系ダンパー１８と、を有する吊り物制振構造。【選択図】図１

Description

本発明は、吊り下げられた吊り物の揺れを低減する吊り物制振構造に関する。

建物の天井スラブ等の上部躯体から吊り下げられたシャンデリアなどの吊り物は、この吊り物の揺れに対する減衰が小さいため、地震時においては大きく揺れ、この揺れは地震後においても長い時間継続される。

特許文献１には、建物の天井部に設けられた支持部に球体を介して可動部を載せ、この可動部からチェーン等により照明器具を吊り下げた耐震吊り下げ照明器具が開示されている。

しかし、特許文献１の耐震吊り下げ照明器具は、可動部が水平方向へゆっくり大きく動くことで建物の天井部から照明器具へ振動を伝わり難くして、照明器具の揺れを低減させるものであり、照明器具の揺れに対して減衰を付与するものではないので、照明器具の十分な振動低減効果が期待できない。

特開２００１−３３８５１９号公報

本発明は係る事実を考慮し、吊り下げられた吊り物の揺れを効果的に低減することを課題とする。

第１態様に係る吊り物制振構造は、支持部に揺動可能に吊下された軸状部材と、前記軸状部材の下端部に上端部が連結された吊り材と、前記吊り材の下端部に取り付けられた吊り物と、前記軸状部材に減衰力を付与する減衰手段と、を有する。

第１態様に係る吊り物制振構造によれば、地震等により支持部が揺れると、軸状部材が揺動し、吊り物が揺れる。このとき、減衰手段により軸状部材に減衰力が付与され、吊り物の揺れが効果的に低減される。また、軸状部材を用いることで、軽量でコンパクトな吊り物制振構造を構成することができる。

第２態様に係る吊り物制振構造は、第１態様に係る吊り物制振構造において、前記減衰手段は、前記支持部と前記軸状部材とを繋ぐダンパーである。

第２態様に係る吊り物制振構造によれば、ダンパーにより、軸状部材に減衰力を効果的に付与することができる。

第３態様に係る吊り物制振構造は、第２態様に係る吊り物制振構造において、前記ダンパーは、ストローク方向が鉛直方向に対して斜めとなるように配置されている。

第３態様に係る吊り物制振構造によれば、ストローク方向が鉛直方向に対して斜めとなるようにダンパーを配置することにより、ストローク方向が鉛直方向となるようにダンパーを配置したり、ストローク方向が水平方向となるようにダンパーを配置したりするのと比べて、ダンパーをコンパクトに設けることができる。

本発明は上記構成としたので、吊り下げられた吊り物の揺れを効果的に低減することができる。

本発明の実施形態に係る吊り物制振構造を示す正面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る吊り物制振構造の解析モデルを示す正面図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造の解析モデルによる解析結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造の解析モデルによる解析結果を示す線図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造のバリエーションを示す正面図である。図６のＢ−Ｂ矢視図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造のバリエーションを示す正面図である。図８のＣ−Ｃ矢視図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造のバリエーションを示す正面図である。図１０のＤ−Ｄ断面図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造のバリエーションを示す正面図である。本発明の実施形態に係る吊り物制振構造のバリエーションを示す拡大図である。

図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る吊り物制振構造について説明する。

図１の正面図、及び図１のＡ−Ａ矢視図である図２に示すように、本実施形態の吊り物制振構造１０は、軸状部材としての鋼棒１２、吊り材としての吊りチェーン１４、吊り物としてのシャンデリア１６、及び減衰手段であるダンパーとしての粘性系ダンパー１８を有して構成されている。軸状部材としての鋼棒１２は、吊り材としての吊りチェーン１４に対して、剛性が十分に高く、重量が十分に小さいものが好ましい。

鋼棒１２は、建物２０に設けられた支持部としての天井スラブ２２の下面に取り付けられた接合部材２４に、ユニバーサルジョイント機構２６によって上端部が回転可能にピン連結され、天井スラブ２２に揺動可能に吊下されている。天井スラブ２２は、鉄筋コンクリートによって形成されている。

ユニバーサルジョイント機構２６は、接合部材２４の下端部に設けられた球体２８と、球体２８の外周面を覆うとともに球体２８に対して回転可能となるように鋼棒１２の上端部に設けられた受け部材３０とを有して構成されている。

吊りチェーン１４は、上端部が鋼棒１２の下端部にピン連結されて、天井ボード３２に形成された開口部３４を通って吊下されている。吊りチェーン１４の上端部は、鋼棒１２の下端部に設けられたリング部材３６に、吊りチェーン１４の上端部に設けられたフック３８を掛けることにより、鋼棒１２の下端部にピン連結されている。また、吊りチェーン１４の下端部には、シャンデリア１６が取り付けられている。

粘性系ダンパー１８は、上端部がジョイント機構４０によって天井スラブ２２にピン連結され、下端部がジョイント機構４２によって鋼棒１２の下端部にピン連結されて、天井スラブ２２と鋼棒１２の下端部とを繋ぎ、ストローク方向４４が鉛直方向４６に対して斜めとなるように斜めに配置されている。

また、図２に示すように、粘性系ダンパー１８は、鋼棒１２から四方へ向けて放射状に４つ配置されている。平面視にて、方向Ｘに対して２つの粘性系ダンパー１８が配置され、方向Ｘと直交する方向Ｙに対して２つの粘性系ダンパー１８が配置されている。なお、平面視にて、方向Ｘに対して１つの粘性系ダンパー１８を配置し、方向Ｘと直交する方向Ｙに対して１つの粘性系ダンパー１８を配置するようにしてもよい。

図１及び図２に示すように、粘性系ダンパー１８は、揺動する鋼棒１２に減衰力を付与して、鋼棒１２の動きに抵抗する。また、粘性系ダンパー１８の両端部をジョイント機構４０、４２でピン連結することにより、粘性系ダンパー１８自体の曲げ剛性やせん断剛性が鋼棒１２の回転運動（揺動）を阻害するのを抑制することができる。

次に、本発明の実施形態に係る吊り物制振構造の作用と効果について説明する。

本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、地震等により建物２０が揺れることにより天井スラブ２２が揺れると、鋼棒１２が上端部（ユニバーサルジョイント機構２６）を支点として揺動し、シャンデリア１６が揺れる。このとき、粘性系ダンパー１８により、鋼棒１２の揺動に対して鋼棒１２に減衰力が付与され、シャンデリア１６の揺れが効果的に低減される。また、シャンデリア１６の揺れの継続時間を短くすることができる。

さらに、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、鋼棒１２を用いることで、軽量でコンパクトな吊り物制振構造１０を構成することができる。

また、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１及び図２に示すように、減衰手段をダンパー（粘性系ダンパー１８）とすることにより、鋼棒１２に減衰力を効果的に付与することができる。

さらに、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、ストローク方向４４が鉛直方向４６に対して斜めとなるように粘性系ダンパー１８を配置することにより、ストローク方向４４が鉛直方向４６となるように粘性系ダンパー１８を配置したり、ストローク方向４４が水平方向４８となるように粘性系ダンパー１８を配置したりするのと比べて、粘性系ダンパー１８をコンパクトに設けることができる。例えば、狭い（天井スラブ２２下面から天井ボード３２上面までの距離Ｌが小さい）天井内スペース５０に、粘性系ダンパー１８を設けることができる。

ここで、図１の吊り物制振構造１０をモデル化した図３（ａ）及び図３（ｂ）の解析モデル５２に対して、伝達関数のゲインの最大値を最小化できるダンパー（粘性系ダンパー１８）の減衰係数の求め方を示す。

図３（ａ）には、天井スラブ２２に地震等による水平方向の揺れ（変位）が生じていない状態が示されており、鋼棒１２は略鉛直に吊下されている。図３（ｂ）には、地震等により建物２０が揺れ（矢印５４）、天井スラブ２２及びシャンデリア１６が揺れて変位した状態が示されており、鋼棒１２は揺動して斜めに吊下されている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）において、シャンデリア１６の重量をｍ₁、重力加速度をｇ、シャンデリア１６の吊り長さ（連結部５６（鋼棒１２の下端）からシャンデリア１６の重心Ｇ₁までの長さ）をＬ₁、連結部５８（鋼棒１２の上端）から連結部５６までの長さをＬ₂、粘性系ダンパー１８の減衰係数をＣ₂、シャンデリア１６に生じる鉛直下向きの力をｍ₁・ｇとしている。

また、図３（ｂ）において、連結部５８からシャンデリア１６の重心Ｇ₁までの水平距離をｘ₁、連結部５８から連結部５６までの水平距離をｘ₂、鉛直方向４６に対する吊りチェーン１４の回転角をθ₁、鉛直方向４６に対する鋼棒１２の回転角をθ₂、シャンデリア１６に生じる水平方向の力をＦ₁、天井スラブ２２に生じる水平方向の加速度をｙ₀ ^"としている。

さらに、解析モデル５２では、粘性系ダンパー１８以外の部分には減衰能力が無いものとし、粘性系ダンパー１８は、鋼棒１２の回転角θ₂に対してモーメントを発生し抵抗するものとしている。

そして、解析モデル５２において、θ₁≒０、θ₂≒ｘ₂／Ｌ₂≒０として力の釣り合いを考え、吊り物としてのシャンデリア１６の吊元である天井スラブ２２の加速度ｙ₀ ^"を入力とした運動方程式を状態方程式の形で表し、Ｍ＝ｍ₁、Ｋ＝（ｍ₁・ｇ）／Ｌ₁、Ｃ_d＝Ｃ₂／Ｌ₂ ²、β＝Ｌ₁／Ｌ₂とすることにより、式（１）が求められる。

これにより、天井スラブ２２の変位（絶対変位）ｙ₀に対する吊り物としてのシャンデリア１６の変位（相対変位）ｘ₁の伝達関数のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜は、減衰係数Ｃ_dを式（２）としたときに最小となる。また、このときのゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の最大値は２β＋１となり、解析モデル５２（吊り物制振構造１０）の制振効果はβのみに依存することとなる。

例えば、ゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の最大値の許容範囲を｜Ｘ₁／Ｙ₀｜≦１１とすれば、βは、β≦５となり、ゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の最大値の許容範囲を｜Ｘ₁／Ｙ₀｜≦７とすれば、βは、β≦３となる。よって、βは、β≦５とするのが好ましく、β≦３とするのがより好ましい。

これにより、高さが１ｍ未満の一般的な天井内スペースに、Ｌ₂が１ｍ未満の鋼棒１２を配置し、シャンデリア１６の吊り長さＬ₁が１ｍ以上２ｍ以下となる吊りチェーン１４が設けられた小中規模の吊り物において、特に高い制振効果を発揮することがわかる。

なお、ダンパー（粘性系ダンパー１８）の配置が、図１に示した粘性系ダンパー１８の配置と異なる場合においても、式（１）が成り立つので、減衰係数Ｃ_dを式（２）としたときに天井スラブ２２の変位（絶対変位）ｙ₀に対する吊り物としてのシャンデリア１６の変位（相対変位）ｘ₁の伝達関数のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜は、最小となる。

図４及び図５のグラフは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した解析モデル５２により求めた、天井スラブ２２の変位（絶対変位）ｙ₀に対する、吊り物としてのシャンデリア１６の変位（相対変位）ｘ₁の伝達関数のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜を示したものである。図４及び図５のグラフの横軸には、天井スラブ２２に生じた揺れの振動数が示され、縦軸には、このときのゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜が示されている。

図４の値６０、６２、６４は、解析モデル５２の諸元を表１のモデル１の値としたものであり、値６０は、減衰係数Ｃ_dを０、値６２は、減衰係数Ｃ_dを無限大（天井スラブ２２から、鋼棒１２を介さないで吊り物としてのシャンデリア１６（吊りチェーン１４を含む）を直接吊り下げた構成に相当）、値６４は、減衰係数Ｃ_dを式（２）から求まる０．２９７Ｎ・s／ｍｍとしたものである。

図５の値６６、６８、７０は、解析モデル５２の諸元を表１のモデル２の値としたものであり、値６６は、減衰係数Ｃ_dを０、値６８は、減衰係数Ｃ_dを無限大（天井スラブ２２から、鋼棒１２を介さないで吊り物としてのシャンデリア１６（吊りチェーン１４を含む）を直接吊り下げた構成に相当）、値７０は、減衰係数Ｃ_dを式（２）から求まる０．３６１Ｎ・s／ｍｍとしたものである。

表１のモデル１は、小規模の吊り物を想定したものであり、β＝約２としている。また、モデル２は、中規模の吊り物を想定したものであり、β＝約４としている。

図４のグラフにおいて、値６４のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜は、値６０のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜と値６２のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の交点で最大となり、その値は５．５となっている。この値は、２β＋１の値と一致している。

図５のグラフにおいて、値７０のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜は、値６６のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜と値６８のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の交点で最大となり、その値は９．２５となっている。この値は、２β＋１の値と一致している。

これらにより、モデル１、２において、伝達関数のゲイン｜Ｘ₁／Ｙ₀｜の最大値は小さく、高い制振効果が得られることがわかる。

以上、本発明の実施形態に係る吊り物制振構造について説明した。

なお、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、鋼棒１２に減衰力を付与するダンパーとしての粘性系ダンパー１８を、斜めに配置した例を示したが、ダンパーは、鋼棒１２に減衰力を付与できるように配置されていればよい。

例えば、図６の正面図、及び図６のＢ−Ｂ矢視図である図７に示す吊り物制振構造７２や、図８の正面図、及び図８のＣ−Ｃ矢視図である図９に示す吊り物制振構造７４や、図１０の正面図、及び図１０のＤ−Ｄ矢視図である図１１に示す吊り物制振構造７６のように、ダンパーとしての粘性系ダンパー１８を配置してもよい。図６〜図１１の吊り物制振構造７２、７４、７６において、図１及び図２の吊り物制振構造１０と同じ構成のものは、同符号を付すとともに説明を省略する。

図６に示すように、吊り物制振構造７２では、鋼棒１２は、支持部としての天井スラブ２２の下面に取り付けられた接合部材２４に、ユニバーサルジョイント機構２６によって上端部が回転可能にピン連結され、天井スラブ２２に揺動可能に吊下されている。

吊りチェーン１４は、上端部が鋼棒１２の下端部にピン連結されて吊下されている。吊りチェーン１４の下端部には、吊り物としてのシャンデリア１６が取り付けられている。

粘性系ダンパー１８は、ジョイント機構４０によって、天井スラブ２２の下面に設けられて吊下された鋼製の柱状部材７８の下端部に一端部がピン連結され、他端部がジョイント機構４２によって鋼棒１２の上部にピン連結されて、天井スラブ２２と鋼棒１２の上端部とを繋ぎ、ストローク方向４４が略水平となるように配置されている。粘性系ダンパー１８の他端部は、ユニバーサルジョイント機構２６から所定距離だけ離れた位置で鋼棒１２にピン連結されている。

図７に示すように、粘性系ダンパー１８は、鋼棒１２から四方へ向けて放射状に４つ配置されている。平面視にて、方向Ｘに対して２つの粘性系ダンパー１８が配置され、方向Ｘと直交する方向Ｙに対して２つの粘性系ダンパー１８が配置されている。粘性系ダンパー１８は、揺動する鋼棒１２に減衰力を付与して、鋼棒１２の動きに抵抗する。なお、平面視にて、方向Ｘに対して１つの粘性系ダンパー１８を配置し、方向Ｘと直交する方向Ｙに対して１つの粘性系ダンパー１８を配置するようにしてもよい。

図８に示すように、吊り物制振構造７４では、鋼棒１２は、支持部としての天井スラブ２２の下面に取り付けられた接合部材２４に、ユニバーサルジョイント機構２６によって上端部が回転可能にピン連結され、天井スラブ２２に揺動可能に吊下されている。

吊りチェーン１４は、上端部が鋼棒１２の下端部にピン連結されて吊下されている。吊りチェーン１４の下端部には、吊り物としてのシャンデリア１６が取り付けられている。図８及び図９に示すように、鋼棒１２の下端部には、鋼棒１２から略水平に張り出すように棒状部材８０が設けられている。棒状部材８０は、鋼棒１２から四方へ向けて放射状に張り出すようにして４つ設けられている。

粘性系ダンパー１８は、上端部がジョイント機構４０によって天井スラブ２２にピン連結され、下端部がジョイント機構４２によって棒状部材８０の端部にピン連結されて、天井スラブ２２と鋼棒１２の下端部とを繋ぎ、ストローク方向４４が略鉛直となるように配置されている。

図９に示すように、粘性系ダンパー１８は、鋼棒１２の周囲に４つ配置されている。粘性系ダンパー１８は、揺動する鋼棒１２に棒状部材８０を介して減衰力を付与して、鋼棒１２の動きに抵抗する。

図１０に示すように、吊り物制振構造７６では、鋼棒１２は、支持部としての天井スラブ２２の下面に取り付けられた接合部材２４に、ユニバーサルジョイント機構２６によって上端部が回転可能にピン連結され、天井スラブ２２に揺動可能に吊下されている。

吊りチェーン１４は、上端部が鋼棒１２の下端部にピン連結されて吊下されている。吊りチェーン１４の下端部には、吊り物としてのシャンデリア１６が取り付けられている。粘性系ダンパー１８は、上端部がジョイント機構４０によって天井スラブ２２にピン連結され、他端部がジョイント機構４２によってリンク部材８２、８４の一端部にピン連結されている。また、リンク部材８２の他端部は、ジョイント機構８６によって、天井スラブ２２の下面に設けられて吊下された鋼製の柱状部材７８の下端部にピン連結され、リンク部材８４の他端部は、ジョイント機構８８によって鋼棒１２の下端部にピン連結されている。

これらにより、粘性系ダンパー１８は、天井スラブ２２と鋼棒１２の下端部とをリンク部材８４を介して繋ぎ、ストローク方向４４が略鉛直となるように配置されている。すなわち、粘性系ダンパー１８、及びリンク部材８２、８４によってトグル機構が構成されている。

図１１に示すように、粘性系ダンパー１８は、鋼棒１２の周囲に２つ配置されている。粘性系ダンパー１８は、揺動する鋼棒１２にリンク部材８４を介して減衰力を付与して、鋼棒１２の動きに抵抗する。

また、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１及び図２に示すように、減衰手段としての粘性系ダンパー１８により鋼棒１２に減衰力を付与した例を示したが、減衰手段は、鋼棒１２に減衰力を付与できるものであればよく、粘弾性ダンパー、摩擦ダンパー等としてもよい。減衰手段は、揺動する鋼棒の角速度に比例した抵抗力を発揮する粘性系ダンパーとするのが好ましい。

例えば、図１２の正面図に示す吊り物制振構造９０のように、減衰手段を粘性体９２としてもよい。図１２に示すように、吊り物制振構造９０では、鋼棒１２は、支持部としての天井スラブ２２の下面に取り付けられた接合部材２４に、ユニバーサルジョイント機構９８によって上端部が回転可能にピン連結され、天井スラブ２２に揺動可能に吊下されている。吊りチェーン１４は、上端部が鋼棒１２の下端部にピン連結されて吊下されている。吊りチェーン１４の下端部には、吊り物としてのシャンデリア１６が取り付けられている。

図１２、及び図１３の拡大図に示すように、ユニバーサルジョイント機構９８は、球体９４、受け部材９６、及び粘性体９２を有して構成され、粘性体９２は、球体９４の外周面と、受け部材９６の内周面との間に設けられており、球体９４に対して受け部材９６が回転したときに粘性体９２が抵抗して鋼棒１２に減衰力を付与する。

さらに、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、ユニバーサルジョイント機構２６によって支持部としての天井スラブ２２に鋼棒１２を揺動可能に吊下した例を示したが、鋼棒１２が天井スラブ２２に揺動可能に吊下されれば、他の連結機構を用いてもよい。天井スラブ２２に鋼棒１２の上端部を連結する連結機構は、回転方向への抵抗が少なく自由に回転できるものが好ましい。

また、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、鋼棒１２の下端部に設けられたリング部材３６に、吊りチェーン１４の上端部に設けられたフック３８を掛けることにより、鋼棒１２の下端部にピン連結した例を示したが、吊りチェーン１４が鋼棒１２の下端部に揺動可能に吊下されれば、他の機構を用いてもよい。鋼棒１２の下端部に吊りチェーン１４の上端部を連結する連結機構は、回転方向への抵抗が少なく自由に回転できるものが好ましい。

さらに、本実施形態の吊り物制振構造１０では、図１に示すように、吊り物としてのシャンデリア１６を吊り支持する支持部を天井スラブ２２とした例を示したが、支持部は、天井スラブ、梁等の上部躯体などの吊り物を支持できるものであればよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、吊り材を吊りチェーン１４とした例を示したが、吊り材は、吊り物としてのシャンデリア１６を吊れるものであればよく、ワイヤー、ロープ等であってもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、吊り物をシャンデリア１６とした例を示したが、照明器具、スピーカー、展示パネル、オブジェ等の他の吊り物であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０、７２、７４、７６、９０吊り物制振構造
１２鋼棒（軸状部材）
１４吊りチェーン（吊り材）
１６シャンデリア（吊り物）
１８粘性系ダンパー（減衰手段、ダンパー）
２２天井スラブ（支持部）
４４ストローク方向
４６鉛直方向
９２粘性体（減衰手段）

Claims

支持部に揺動可能に吊下された軸状部材と、
前記軸状部材の下端部に上端部が連結された吊り材と、
前記吊り材の下端部に取り付けられた吊り物と、
前記軸状部材に減衰力を付与する減衰手段と、
を有する吊り物制振構造。
前記減衰手段は、前記支持部と前記軸状部材とを繋ぐダンパーである請求項１に記載の吊り物制振構造。
前記ダンパーは、ストローク方向が鉛直方向に対して斜めとなるように配置されている請求項２に記載の吊り物制振構造。