JP2024001557A - ラック倉庫の制振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】収容物の収容スペースを減少させることがないとともに、設置が容易であるラック倉庫の制振構造を提供する。【解決手段】基礎床部１２と、基礎床部１２の上に設置され複数のラック２１が上下方向および水平方向に配列されて連結されたラック構造体２と、ラック構造体２の剛心および重心のいずれかの両側それぞれに設けられる制振装置３と、を有し、制振装置３は、ラック構造体２の頂部にラック構造体２と一体に設けられた剛性部材４と、剛性部材４と基礎床部１２とを連結する軸力部材５と、基礎床部１２と軸力部材５との間に設けられ軸力部材５に生じる張力が伝達されることによって錘が回転し回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパ６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ラック倉庫の制振構造に関する。

東日本大震災では、ラック倉庫などの物流施設において被害が多く見られた。ラック倉庫には、ラックを多段に連ねたラック構造体が設けられているが、被害はラック構造体そのものの被害よりも、ラック構造体に収容された収容物の荷崩れや落下による被害のほうが多いことが判明している。このため、地震が生じた際に、収容物を収容する各パレットの加速度を低減させるラック倉庫の制振構造が提案されている。例えば、特許文献１には、ラック構造体にＴＭＤ（チューンドマスダンパ）やマスダンパを設けるラック倉庫の制振構造が開示されている。特許文献２には、パレットを支持するラックの支持部材とパレットとの間に傾斜すべり支承を設けるラック倉庫の制振構造が開示されている。

特開２０１４－１４１３１４号公報 特開２０１４－２０１３８５号公報

しかしながら、ラック構造体にＴＭＤやマスダンパを設けるラック倉庫の制振構造では、ＴＭＤやマスダンパによって収容物の収容スペースが減少するという問題がある。パレットを支持するラックの支持部材とパレットとの間に傾斜すべり支承を設けるラック倉庫の制振構造では、パレットごとに傾斜すべり支承を設置する必要があるため、傾斜すべり支承の設置に手間やコストがかかるという問題がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、設置による収容物の収容スペースの減少を抑えることができるとともに、設置が容易であるラック倉庫の制振構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るラック倉庫の制振構造は、基礎床部と、前記基礎床部の上に設置され複数のラックが上下方向および水平方向に配列されて連結されたラック構造体と、前記ラック構造体の剛心および重心のいずれかの両側それぞれに設けられる制振装置と、を有し、前記制振装置は、前記ラック構造体の頂部に前記ラック構造体と一体に設けられた剛性部材と、前記剛性部材と前記基礎床部とを連結する軸力部材と、前記基礎床部と前記軸力部材との間に設けられ前記軸力部材に生じる張力が伝達されることによって錘が回転し回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパと、を有する。

本発明では、地震の振動によってラック構造体に曲げ変形が生じると、ラック構造体の剛心および重心のいずれかの両側それぞれに設けられる制振装置のうちの曲げ変形によって引っ張られる側の制振装置の軸力部材に張力が発生する。軸力部材に張力が発生した制振装置は、その張力によって回転慣性質量ダンパが軸方向に変形して回転し、減衰性能が発揮される。回転慣性質量ダンパの減衰性能が軸力部材および剛性部材を介してラック構造体の頂部に作用することによって、ラック構造体の頂部の加速度および変位を低減できる。
制振装置の回転慣性質量は、実際の錘質量の１０から５００倍に相当し、大きな質量を有する振動低減機構と同等の性能を有するため、制振装置の軽量化および小型化を図ることができる。これにより、ラック倉庫の制振構造を設置することによる収容物の収容スペースの減少を抑えることができる。
さらに、本発明では、複数のラックが連結されたラック構造体に対して設置可能であることにより、ラック構造体に設置された各パレットに制振装置を設置する制振構造と比べて、設置が容易である。

本発明に係るラック倉庫の制振構造では、前記回転慣性質量が生じる回転質量および前記軸力部材の軸剛性により定まる軸剛性を前記ラック構造体の固有振動数に同調させてもよい。

このような構成とすることにより、ラック構造体の応答加速度を大幅に低減させることができる。

本発明に係るラック倉庫の制振構造では、前記基礎床部と前記軸力部材との間に設けられ前記軸力部材の軸剛性を調整する付加ばねを有していてもよい。

このような構成とすることにより、軸力部材の軸剛性を容易に調整でき、ラック構造体の応答加速度を大幅に低減させることができる。

本発明に係るラック倉庫の制振構造では、前記ラック構造体は、前記複数のラックが上下方向および第１水平方向に配列され、前記第１水平方向に延びる長尺形状であり、前記制振装置は、前記ラック構造体の前記第１水平方向に交差する第２水平方向の一方側に設けられる第１制振装置と、前記ラック構造体の前記第２水平方向の他方側に設けられる第２制振装置と、から構成され、前記第１制振装置と前記第２制振装置とは、前記第１水平方向に配列される前記ラックごとに交互に設けられていてもよい。

このような構成とすることにより、ラック構造体の側方に制振装置を設置しないスペースを設けつつ、制振装置をバランスよく配置することができる。

本発明に係るラック倉庫の制振構造では、前記剛性部材は、前記ラック構造体の頂部から側方に跳ね出す跳ね出し部を有し、前記軸力部材は、前記ラック構造体の側方に設けられ、前記跳ね出し部と前記基礎床部とを連結するように構成されていてもよい。

制振装置がラック構造体の側方に配置されることより、制振装置がラック構造体の収容スペースを減少させることがない。また、ラック構造体の内側に設けられたスペースにスタッカクレーンが配置される場合には、制振装置がスタッカクレーンの作業や収容物の出し入れに影響することがない。

本発明に係るラック倉庫の制振構造では、前記基礎床部は、免震支承を介して基礎部の上に設けられた免震床であってもよい。

このような構成とすることにより、ラック構造体の応答加速度を大幅に低減できる。

本発明によれば、ラック倉庫の制振構造を設置することによる収容物の収容スペースの減少を抑えることができるとともに、設置が容易である。

実施形態によるラック倉庫の制振構造の模式図である。 （ａ）ラック構造体の平面図、（ｂ）ラック構造体の立面図、（ｃ）ラック構造体の側面図である。 ラック構造体の斜視図である。 交錯設置された制振装置の配置を示す平面図である。 ラック構造体がＹ方向に曲げ変形する様子を示す模式図である。 ラック構造体がＹ方向の反対側に曲げ変形する様子を示す模式図である。 全設置された制振装置の配置を示す平面図である。 解析に使用した地震波を示すグラフである。 制振装置が全設置された場合のラック構造体頂部中央の加速度を示すグラフである。 制振装置が交錯設置された場合のラック構造体頂部中央の加速度を示すグラフである。 実施形態の第１変形例によるラック倉庫の制振構造の模式図である。 実施形態の第２変形例によるラック倉庫の制振構造の模式図である。 実施形態の第３変形例によるラック倉庫の制振構造の模式図である。

以下、本発明の実施形態によるラック倉庫の制振構造について、図１－図６に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１は、自動ラック倉庫などのラック倉庫１１に設けられている。ラック倉庫の制振構造１は、基礎床部１２と、基礎床部の上に設置されたラック構造体２と、ラック構造体２の両側それぞれに設けられる制振装置３と、を有する。基礎床部１２は、ラック倉庫１１の基礎部１４であり、固定床である。基礎床部１２は、ラック倉庫１１の基礎部１４の上に構築された固定床であってもよい。

図２および図３に示すように、ラック構造体２は、複数のラック２１が上下方向および水平方向に配列されて連結されている。本実施形態のラック構造体２は、上下方向および第１水平方向に配列されて連結された２つのラック群２２，２２を有する。２つのラック群は、第１水平方向に直交する第２方向に間隔をあけて配置され、互いの頂部どうしが連結されている。ラック構造体２は、上下方向から見た平面視の形状が第１水平方向に延びる長尺の形状である。以下では、平面視においてラック構造体２が延びる第１水平方向をＸ方向と表記し、第１水平方向に直交する第２水平方向をＹ方向と表記する。図２では、後述する解析のモデルの寸法が記載されている。ラック構造体２の寸法は図２に記載の数値に限定されない。
図１に示すように、２つのラック群２２，２２の間のスペース２３には、スタッカクレーン１３が設置される。ラック２１には、例えばパレットに収容された収容物が収納される。

制振装置３は、ラック構造体２のＹ方向の両側それぞれに設けられる。ラック構造体２のＹ方向の一方側に設けられる制振装置３を第１制振装置３１と表記し、ラック構造体２のＹ方向の他方側に設けられる制振装置３を第２制振装置３２と表記する。第１制振装置３１および第２制振装置３２は、設置される位置以外は同じ構成である。第１制振装置３１と第２制振装置３２とは、ラック構造体２の剛心および重心のいずれかの両側それぞれに配置される。すなわち、第１制振装置３１と第２制振装置３２とは、ラック構造体２の剛心および重心のいずれかを挟んだ位置に配置される。なお、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１には、第１制振装置３１と第２制振装置３２とが、ラック構造体２の剛心および重心の両方を挟んだ位置に配置される形態も含む。

制振装置３は、ラック構造体２の頂部にラック構造体２と一体に設けられた剛性部材４と、剛性部材４と基礎床部１２とを連結する軸力部材５と、基礎床部１２と軸力部材５との間に設けられる回転慣性質量ダンパ６と、を有する。

剛性部材４は、ラック構造体２と略同じ剛性を有し、ラック構造体２と構造的に一体となるように設けられている。第１制振装置３１の剛性部材４と、第２制振装置３２の剛性部材４とは、一体に設けられている。剛性部材４は、ラック構造体２の頂部からＹ方向の外側に跳ね出す跳ね出し部４１を有している。
第１制振装置３１の跳ね出し部４１は、ラック構造体２の頂部からＹ方向の一方側に突出する。第２制振装置３２の跳ね出し部４１は、ラック構造体２の頂部からＹ方向の他方側に突出する。

軸力部材５は、上下方向に延びる部材で、上端部が剛性部材４の跳ね出し部４１と接合され、下端部が回転慣性質量ダンパ６と接合されている。軸力部材５は、回転慣性質量ダンパ６を介して基礎床部１２と接合されている。軸力部材５と回転慣性質量ダンパ６とは、剛性部材４と基礎床部１２との間に直列に設けられている。
回転慣性質量ダンパ６は、軸力部材５に生じる張力が伝達されることによって錘が回転し回転慣性質量を生じる。回転慣性質量ダンパ６は、錘の回転慣性モーメントと回転角加速度とにより錘に生じる慣性モーメントを制御力として利用して振動低減効果を得ることができる。

図４に示すように、第１制振装置３１および第２制振装置３２は、ラック構造体２にそれぞれ複数設けられる。複数の第１制振装置３１と複数の第２制振装置３２とは、１つずつＸ方向に交互に配列される。すなわち、複数の第１制振装置３１と複数の第２制振装置３２とは、互い違いに交錯して配置され、第１制振装置３１と第２制振装置３２とがＹ方向に並ばないように配置される。本実施形態では、Ｘ方向に配列されたラックごとに第１制振装置３１と第２制振装置３２とが１つずつＸ方向に交互に配列される。

図５および図６に示すように、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、地震の振動によってラック構造体２にＹ方向の曲げ変形が生じると、第１制振装置３１および第２制振装置３２の一方の制振装置３の軸力部材５に張力が発生する。軸力部材５に張力が発生した制振装置３は、その張力によって回転慣性質量ダンパ６が軸方向に変形して回転し、減衰性能が発揮される。回転慣性質量ダンパ６の減衰性能が軸力部材５および剛性部材４を介してラック構造体２の頂部に作用することによって、ラック構造体２の頂部の加速度および変位を低減できる。制振装置３は、軸力部材５に張力が発生する場合には減衰性能を発揮するが、軸力部材５に軸方向の圧縮力が発生する場合には、減衰性能を発揮しない。

本実施形態では、回転慣性質量ダンパ６に回転慣性質量が生じる回転質量および軸力部材５の軸剛性により定まる軸剛性をラック構造体２の固有振動数に同調させている。
軸力部材５の軸剛性を調整するために基礎床部１２と軸力部材５との間に付加ばねを設けてもよい。

本実施形態では、回転慣性質量ダンパ６の慣性質量とラック構造体２の全重量との質量比α、および軸力部材５の軸剛性と回転慣性質量ダンパ６の同調軸剛性との剛性比βを以下のように設定した。

次に、本実施形態によるラック倉庫の制振構造の作用・効果について説明する。
本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、地震の振動によってラック構造体２に曲げ変形が生じると、ラック構造体２の両側それぞれに設けられる制振装置３のうちの曲げ変形によって引っ張られる側の制振装置３の軸力部材５に張力が発生する。軸力部材５に張力が発生した制振装置３は、その張力によって回転慣性質量ダンパ６が軸方向に変形して回転し、減衰性能が発揮される。回転慣性質量ダンパ６の減衰性能が軸力部材５および剛性部材４を介してラック構造体２の頂部に作用することによって、ラック構造体２の頂部の加速度および変位を低減できる。
制振装置３の回転慣性質量は、実際の錘質量の１０から５００倍に相当し、大きな質量を有する振動低減機構と同等の性能を有するため、制振装置３の軽量化および小型化を図ることができる。これにより、ラック倉庫の制振構造１を設置することによる収容物の収容スペースの減少を抑えることができる。
また、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、ラック２１を複数連結したラック構造体２に対して設置可能であることにより、各ラック２１や、各パレットに制振装置を設置する制振構造と比べて、設置が容易である。
更に、制振装置３は、ラック構造体２の側方に配置されることより、ラック構造体２の収容スペースを減少させることがない。本実施形態のように、２つのラック群２２の間のスペース２３にスタッカクレーン１３が配置される場合には、スタッカクレーン１３の作業や収容物の出し入れに影響することがない。

また、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、回転慣性質量が生じる回転質量および軸力部材５の軸剛性により定まる軸剛性をラック構造体２の固有振動数に同調させている。このような構成とすることにより、ラック構造体２の応答加速度を大幅に低減させることができる。

また、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、基礎床部１２と軸力部材５との間に設けられ軸力部材５の軸剛性を調整する付加ばねを設けてもよい。付加ばねを設けることにより、軸力部材５の軸剛性を容易に調整でき、ラック構造体２の応答加速度を大幅に低減させることができる。

また、本実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、ラック構造体２の平面形状は、Ｘ方向に延びる長尺形状であり、第１制振装置３１と第２制振装置３２とは、Ｘ方向に交互に配列されている。このような構成とすることにより、ラック構造体２の側方に制振装置３を設置しないスペースを確保しつつ、制振装置３をバランスよく配置することができる。

本実施形態のラック倉庫の制振構造の効果を確認するための解析手法とその結果について説明する。
（解析条件）
対象となるラック構造体２は、図２および図３に示す、Ｘ方向寸法２２．７ｍ、Ｙ方向寸法４．１ｍ、高さ２０ｍである。１．４２ｍのラックがＸ方向に１６台配列されている。図７に示す第１制振装置３１と第２制振装置３２とがＸ方向に交互に配列された交錯設置のケースと、図７に示す第１制振装置３１および第２制振装置３２がＸ方向に配列されたラック２１ごとに設けられた全設置のケースの２つのケースについて解析を行った。
ラック構造体２に収容される収容物のみの重量は、２７７２ｋＮである。ラック構造体２の自重は、２１３ｋＮである。
地震波は、図８に示すＥＬ Ｃｅｎｔｒｏ Ｉｍｐｅｒｉａｌ Ｖａｌｌｅｙ地震 ＮＳ成分（１９４０．５.１８，Ｍ７．１）５０ｋｉｎｅを基準化とした。
解析方向は、揺れがより大きく収容物の出し入れ方向となるＹ方向とした。
質量比αおよび剛性比βのパラメータは以下である。
質量比α（＝回転慣性質量ダンパの慣性質量／ラック全重量）＝０．１，０．３，０．５，０．７，０．９
剛性比β（＝軸力部材の軸剛性／回転慣性質量ダンパの同調剛性）＝０．５，１，２，３，４
軸力部材の剛性は、軸力部材５が半径２３ｍｍの鋼棒として計算した。

図９および図１０に示すように、本実施形態のラック倉庫の制振構造１は、回転慣性質量ダンパを設けない場合ラック構造体と比べて、ラック構造体の頂部の加速度を低減できることが確認できる。
本実施形態のラック倉庫の制振構造１では、加速度の低減効果を達成するためには、剛性比β≧２、質量比α≧０．４とすることが望ましいことが確認できる。
第１制振装置３１と第２制振装置３２とが交錯設置のケースでは、全設置のケースとほぼ同じ加速度低減効果を達成することが確認できる。

以上、本発明によるラック倉庫の制振構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施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、上記の実施形態では、ラック構造体２は、２つのラック群２２，２２が連結されているが、３つ以上のラック群２２が連結されていてもよいし、１つのラック群２２で構成されていてもよい。連結されるラック群２２の間にスタッカクレーン１３が設けられていなくてもよい。
また、上記の実施形態では、第１制振装置３１および第２制振装置３２は、ラック構造体２に対して交錯設置されているが、図７に示すように第１制振装置３１および第２制振装置３２がＸ方向にラックごとに設けられていてもよい。

また、上記の実施形態によるラック倉庫の制振構造１では、制振装置３は、ラック構造体２のＹ方向の両側それぞれに配置される。
これに対し、図１１に示すラック倉庫の制振構造１Ｂのように、制振装置３Ｂは、ラック構造体２のラック群２２，２２の間のスペース２３に配置されてもよい。このような場合も第１制振装置３１Ｂと第２制振装置３２Ｂとは、ラック構造体２の剛心および重心のいずれかを挟むように配置される。このような場合、剛性部材４Ｂには、上記の実施形態のような跳ね出し部４１が設けられていなくてもよい。軸力部材５Ｂは、ラック群２２，２２の間のスペース２３において上下方向に延びる。軸力部材５Ｂと基礎床部１２との間には、上記の実施形態と同様に回転慣性質量ダンパ６が設けられる。

また、図１２に示すラック倉庫の制振構造１Ｃの制振装置３Ｃのように、軸力部材５Ｃが斜め方向に延び、ラック群２２を貫通するように設けられていてもよい。このような場合も第１制振装置３１Ｃと第２制振装置３２Ｃとは、ラック構造体２の剛心および重心のいずれかを挟むように配置される。例えば、軸力部材５Ｃ上端部が平面視形状におけるラック構造体２の内側部分（例えば、ラック群２２，ラック群２２の間のスペース２３）において剛性部材４Ｃに接合され、軸力部材５Ｃの下端部がラック構造体２の側方において回転慣性質量ダンパ６を介して基礎床部１２に接合されることによって軸力部材５Ｃが斜め方向に延びていてもよい。このような場合も、剛性部材４Ｃには、跳ね出し部４１が設けられていなくてもよい。
いずれの場合も、連結されるラック群２２の間にスタッカクレーン１３が設けられる場合は、制振装置３Ｂ，３Ｃをスタッカクレーン１３と干渉しないように設けることが好ましい。

また、上記の実施形態では、基礎床部１２は、固定床であるが、図１３に示すラック倉庫の制振構造１Ｄの基礎床部１２Ｄのように、免震支承７２を介して基礎部１４の上に設けられた免震床７１であり、免震床７１の上にラック構造体２および制振装置３が設けられていてもよい。免震支承７２は、例えば、積層ゴム支承、球面滑り支承、傾斜滑り支承、傾斜弾性すべり支承などである。
このような構成とすることにより、ラック構造体２の応答加速度を大幅に低減できる。

１，１Ｂ－１Ｄ ラック倉庫の制振構造
２ ラック構造体
３，３Ｂ，３Ｃ 制振装置
４，４Ｂ，４Ｃ 剛性部材
５ 軸力部材
６ 回転慣性質量ダンパ
１１ ラック倉庫
１２ 基礎床部
１４ 基礎部
２１ ラック
２２ ラック群
３１ 第１制振装置
３２ 第２制振装置
４１ 跳ね出し部
７１ 免震床
７２ 免震支承

Claims (6)

1. 基礎床部と、
   前記基礎床部の上に設置され複数のラックが上下方向および水平方向に配列されて連結されたラック構造体と、
   前記ラック構造体の剛心および重心のいずれかの両側それぞれに設けられる制振装置と、を有し、
   前記制振装置は、
   前記ラック構造体の頂部に前記ラック構造体と一体に設けられた剛性部材と、
   前記剛性部材と前記基礎床部とを連結する軸力部材と、
   前記基礎床部と前記軸力部材との間に設けられ前記軸力部材に生じる張力が伝達されることによって錘が回転し回転慣性質量を生じる回転慣性質量ダンパと、を有するラック倉庫の制振構造。
2. 前記回転慣性質量が生じる回転質量および前記軸力部材の軸剛性により定まる軸剛性を前記ラック構造体の固有振動数に同調させる請求項１に記載のラック倉庫の制振構造。
3. 前記基礎床部と前記軸力部材との間に設けられ前記軸力部材の軸剛性を調整する付加ばねを有する請求項２に記載のラック倉庫の制振構造。
4. 前記ラック構造体は、前記複数のラックが上下方向および第１水平方向に配列され、前記第１水平方向に延びる長尺形状であり、
   前記制振装置は、
   前記ラック構造体の前記第１水平方向に交差する第２水平方向の一方側に設けられる第１制振装置と、
   前記ラック構造体の前記第２水平方向の他方側に設けられる第２制振装置と、から構成され、
   前記第１制振装置と前記第２制振装置とは、前記第１水平方向に配列される前記ラックごとに交互に設けられている請求項１に記載のラック倉庫の制振構造。
5. 前記制振装置は、前記ラック構造体の両側それぞれに設けられ、
   前記剛性部材は、前記ラック構造体の頂部から側方に跳ね出す跳ね出し部を有し、
   前記軸力部材は、前記ラック構造体の側方に設けられ、前記跳ね出し部と前記基礎床部とを連結する請求項１に記載のラック倉庫の制振構造。
6. 前記基礎床部は、免震支承を介して基礎部の上に設けられた免震床である請求項１に記載のラック倉庫の制振構造。

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