JP2729233B2 - Vibration suppression device for structures - Google Patents
Vibration suppression device for structuresInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、地震や風等によって構造物に引き起こさ
れる振動を抑制するようにした構造物の振動抑制装置に
関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration suppression device for a structure, which suppresses a vibration caused in the structure by an earthquake, wind, or the like.
「従来の技術及びその課題」 近年の建築・土木構造物は、高強度材料の開発、工作
技術の進歩、並びに電算機による構造解析技術の発展等
の要因により、大型化、形式の多様化、軽量化が為され
ると共に、外力に対してフレキシビリティに富んだ構造
となっている。そして、このように軽量で柔軟な構造物
においては、その固有振動数が低く、内部の振動減衰も
小さくなる傾向があるため、地震や風等の外力の影響に
より予期し得ない種々の振動が発生する可能性がある。
特に、前述の如く、構造物の大型化に伴って、外力によ
って励起される振動の振幅も大きくなるため、この振動
が構造物内部に居住する人間に不必要な不安感を与える
と共に、構造物の躯体に許容範囲以上の応力を付与する
恐れすらあった。`` Conventional technology and its problems '' In recent years, architectural and civil engineering structures have become larger, diversified in form due to factors such as the development of high-strength materials, advances in machining technology, and the development of structural analysis technology using computers. The structure is lightweight and flexible with respect to external forces. And, in such a lightweight and flexible structure, its natural frequency is low and the internal vibration damping tends to be small, so that various vibrations which cannot be expected due to the influence of an external force such as an earthquake or a wind are generated. Can occur.
In particular, as described above, as the size of the structure increases, the amplitude of the vibration excited by the external force also increases, and this vibration gives unnecessary unease to humans living inside the structure, There was even a risk of giving a stress exceeding the allowable range to the skeleton.
そこで、本願発明者は、特願昭60−241045号明細書に
おいて、構造物の所定の位置に、この構造物の固有の振
動周期と同一の周期で、しかも所要の位相差を伴って振
動する液体を貯留するタンクを設け、この液体の振動に
よって前記構造物の振動を抑制することのできる振動抑
制装置を提案し、前述の問題を解決している。In view of this, the inventor of the present application disclosed in Japanese Patent Application No. 60-241045 that a predetermined position of a structure vibrates at the same period as the inherent vibration period of the structure and with a required phase difference. A tank for storing a liquid is provided, and a vibration suppressing device capable of suppressing the vibration of the structure by the vibration of the liquid is proposed to solve the above-described problem.
ところで、通常の建築物等の構造物は、その断面形状
が長方形をしており、従って、その固有周期も構造物の
振動方向によって異なる場合が多い。特に、前述の如
く、構造物の形式の多様化に伴って構造物の振動性状も
複雑化しているため、複数の振動周期に柔軟に対応しう
る振動抑制装置の実現が望まれていた。Incidentally, a structure such as a normal building has a rectangular cross-sectional shape, and therefore, its natural period often differs depending on the vibration direction of the structure. In particular, as described above, since the vibration characteristics of the structure are becoming complicated with the diversification of the types of the structure, it has been desired to realize a vibration suppression device that can flexibly cope with a plurality of vibration periods.
この発明は、前記事情に鑑み、先に本願発明者が提案
した振動抑制装置を発展させてなされたもので、複数の
固有振動周期を有する構造物の振動を有効に減衰させる
ことが可能な振動抑制装置の提供を目的としている。In view of the above circumstances, the present invention has been made by developing the vibration suppression device proposed by the inventor of the present invention, and is capable of effectively attenuating the vibration of a structure having a plurality of natural vibration periods. The purpose is to provide a suppression device.
「課題を解決するための手段」 そこでこの発明は、構造物の所定の位置に少なくとも
相異なる2つの内径を有する平面断面視楕円状のタンク
を設け、このタンクの内部に、前記複数の内径に沿う方
向における前記構造物の固有振動周期とそれぞれ同一の
振動周期で、かつ、これら構造物の固有振動とそれぞれ
所要の位相差を伴って振動する液体を貯留した構成と
し、また、複数のタンクを、その長径方向が互いに直交
するように設けたような構成の構造物の振動抑制装置を
構成して、前記課題を解決している。Means for Solving the Problems In view of the above, the present invention provides a tank having at least two different inner diameters at a predetermined position of a structure and having an elliptical tank in a plan sectional view, and inside the tank, the plurality of inner diameters are provided. A configuration in which a liquid that oscillates at the same vibration cycle as the natural vibration cycle of the structure in the along direction, and a liquid that vibrates with the natural vibration of the structure and a required phase difference, respectively, is also provided. In order to solve the above-mentioned problem, a vibration suppressing device for a structure having a configuration in which the major axis directions are orthogonal to each other is provided.
「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図ないし第3図はこの発明の基本的な技術思想を
説明するための振動抑制装置の例を示す図である。図
中、符号1は振動抑制装置であり、この振動抑制装置1
は、風によって引き起こされる振動に対して最も効果が
あるとされる高層建築物(構造物)2の屋上に設置され
ている。この建築物2は、例えばその断面形状が略長方
形状に形成され、平面上で2方向に卓越した固有振動周
期を有するような建築物である。1 to 3 are views showing an example of a vibration suppressing device for explaining the basic technical idea of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a vibration suppression device,
Is installed on the roof of a high-rise building (structure) 2, which is said to be most effective against vibrations caused by wind. The building 2 is, for example, a building whose cross-sectional shape is formed in a substantially rectangular shape and has an excellent natural vibration period in two directions on a plane.
この振動抑制装置1は、ゴム等の弾性体と鋼板との積
層構造からなる支持台3と、この支持台3上に載置され
たタンク4と、このタンク4内に貯留された液体5とか
ら概略構成されている。The vibration suppressing device 1 includes a support 3 having a laminated structure of an elastic body such as rubber and a steel plate, a tank 4 placed on the support 3, and a liquid 5 stored in the tank 4. It is roughly constituted from.
前記タンク4は、建築物2の飲料水、防火用水又は冷
暖房設備用水等を貯留するための角筒状のタンクであ
り、その上部が開放された構造となっている。より詳細
に言えば、このタンク4は、その断面形状が略長方形状
に形成され、その長辺方向及び短辺方向に沿う内径はそ
れぞれa、b(a>b)とされている。前記液体5は、
その比重及びタンク内径a、bに応じて液面高さ(第3
図中に示すH)に等が適宜調節されることで、タンク4
の長辺方向及び短辺方向に沿う振動周期がそれぞれ同一
方向における建築物2の固有振動周期と同一の振動周期
となるような条件で、このタンク4内に貯留されてい
る。そして、この液体5は、その質量が建築物の質量の
1/50〜1/100の範囲内となるようにタンク4内への貯留
量が調整されている。The tank 4 is a rectangular cylindrical tank for storing drinking water, fire prevention water, cooling and heating equipment water, and the like of the building 2, and has a structure in which an upper portion is opened. More specifically, the tank 4 has a substantially rectangular cross-sectional shape, and has inner diameters a and b (a> b) along the long side direction and the short side direction, respectively. The liquid 5 is
The liquid level height (third
By appropriately adjusting H) shown in the figure, the tank 4
Are stored in the tank 4 under such a condition that the vibration periods along the long side direction and the short side direction are the same as the natural vibration period of the building 2 in the same direction. The liquid 5 has a mass equal to the mass of the building.
The storage amount in the tank 4 is adjusted so as to be in the range of 1/50 to 1/100.
なお、前記タンク4は、長期使用においても腐蝕され
ない材質(例えばプラスチック製)で形成されることが
好ましく、同様に、前記液体5は、長期使用においても
蒸発しにくい粘性液体(例えば油)であることが好まし
い。しかしながら、これらタンク4及び液体5の材質
は、施工条件等により適宜決定されれば良く、前述の材
質に限定されることはない。The tank 4 is preferably formed of a material (for example, made of plastic) that does not corrode even during long-term use. Similarly, the liquid 5 is a viscous liquid (eg, oil) that does not easily evaporate even during long-term use. Is preferred. However, the materials of the tank 4 and the liquid 5 may be appropriately determined according to the construction conditions and the like, and are not limited to the above-described materials.
次に、以上のような構成を有する振動抑制装置1の作
用について説明する。Next, the operation of the vibration suppressing device 1 having the above configuration will be described.
前記建築物2と振動抑制装置1とを含む振動系は、第
4図に示すような振動モデルに近似、簡略化することが
できる。なお、以下の説明はタンク4の長辺方向あるい
は短辺方向における振動のみについての議論であるが、
これら長辺方向及び短辺方向の振動が同時に生起されて
も、これらの重畳現象して記述できることは明らかであ
る。A vibration system including the building 2 and the vibration suppression device 1 can be approximated and simplified to a vibration model as shown in FIG. In the following description, only the vibration in the long side direction or the short side direction of the tank 4 is discussed.
Obviously, even if these vibrations in the long side direction and the short side direction are generated at the same time, they can be described as a superposition phenomenon.
この振動モデルは、ばね定数K0のばね8A及び減衰率h0
のダッシュポット10Aを介して、質量M0の物体9Aが支持
されてなる振動系A(建築物2の振動モデル)と、ばね
定数K1のばね8B及び減衰率h1のダッシュポット10Bを介
して、質量M1の物体9Bが支持されてなる振動系B(振動
抑制装置1内の液体5の振動モデル)とが直列に接続さ
れたようなモデルである。The vibration model, the spring 8A and the damping factor h 0 of the spring constant K 0
Through the dashpot 10A, the mass M vibration system object 9A is supported for 0 A (vibration model of a building 2), via the spring 8B and dashpot 10B attenuation factor h 1 of the spring constant K 1 Te is a model as a are connected in series (vibration model of the liquid 5 of the vibration suppression apparatus 1) vibration system B object 9B of mass M 1 is supported.
そして、このような振動モデルにおいて、物体9Aに加
わる地震や風等の外力によって振動系Aがタンク4の長
辺方向あるいは短辺方向に振動を開始すると、振動系B
は1/4周期の位相遅れをもって振動を開始するから、こ
れら振動系A・Bの振動周期を一致させることにより、
振動系Aの振動を抑制することができる。In such a vibration model, when the vibration system A starts to vibrate in the long side direction or the short side direction of the tank 4 due to an external force such as an earthquake or wind applied to the object 9A, the vibration system B
Starts vibration with a 1/4 period of phase delay. By matching the vibration periods of these vibration systems A and B,
The vibration of the vibration system A can be suppressed.
ここで、物体9Bは、物体9Aの約2%程度の質量なの
で、前記建築物2の固有振動周期T0は、構造設計上の見
地から定められた質量M0及びばね定数K0によりほぼ一義
的に決定される。したがって、前記振動抑制装置1の振
動周期、すなわち各々のタンク4内に貯留された液体5
の振動周期T1が建築物2の固有振動周期T0に一致するよ
うに、このタンク4の寸法、容量及び液体5の貯留量を
設定すれば良い。この、タンク4内に貯留された液体5
の挙動は、次のようにして解析できる。Here, since the mass of the object 9B is about 2% of the mass of the object 9A, the natural vibration period T 0 of the building 2 is substantially unique by the mass M 0 and the spring constant K 0 determined from the viewpoint of structural design. Is determined. Therefore, the vibration cycle of the vibration suppression device 1, that is, the liquid 5 stored in each tank 4
Vibration period T 1 of the can to match the natural vibration period T 0 of the building 2, the dimensions of the tank 4 may be set to the storage amount of the capacitor and the liquid 5. The liquid 5 stored in the tank 4
Can be analyzed as follows.
スロッシングの第j次の固有振動周期Tjと第j次の固
有円振動数ωjとの関係は、次式で表される。The relationship between the j-th natural oscillation period T j of sloshing and the j-th natural circular frequency ω j is represented by the following equation.
Tj=2π/ωj ……(1) そして、前記(1)式において、Hを液体の貯留深
さ、gを重力加速度とすると、前記ωjは次式で与えら
れる量である。T j = 2π / ω j (1) Then, in the above equation (1), if H is the storage depth of the liquid and g is the gravitational acceleration, ω j is an amount given by the following equation.
さらに、前記(2)式におけるkjは、タンク4の幅を
aとすれば、次式で与えられる。 Further, k j in the above equation (2) is given by the following equation, where a is the width of the tank 4.
kj=(2j−1)π/a ……(3) 従って、以上示した(1)〜(3)式からスロッシン
グに固有振動周期Tjを求めることができる、特に、前述
した振動抑制のためには、第1次のスロッシングにおけ
る固有振動周期Tを用いれば良い。これは次式で表され
る。k j = (2j−1) π / a (3) Accordingly, the natural oscillation period T j can be obtained for the sloshing from the equations (1) to (3) shown above. For this purpose, the natural oscillation period T in the first-order sloshing may be used. This is represented by the following equation.
以上説明したように、この振動抑制装置1によれば、
地震や風等の外力によって建築物2に励起される振動を
抑制することができる。特に、この振動抑制装置1で
は、タンク4の長辺方向及び短辺方向における液体5の
振動周期がそれぞれ同一方向における建築物2の固有振
動周期と一致しているので、これら固有振動周期の異な
る2方向の振動をそれぞれ有効に抑制することができ、
従って、これらが複雑に重畳した実際の振動においても
有効に振動抑制を行うことができる。 As described above, according to the vibration suppressing device 1,
Vibration excited in the building 2 by an external force such as an earthquake or wind can be suppressed. In particular, in the vibration suppressing device 1, since the vibration periods of the liquid 5 in the long side direction and the short side direction of the tank 4 coincide with the natural vibration period of the building 2 in the same direction, the natural vibration periods are different. Vibration in two directions can be effectively suppressed,
Accordingly, vibration can be effectively suppressed even in actual vibration in which these are superposed in a complicated manner.
以下に、上記のような基本的な技術思想を有する本発
明の構造物の振動抑制装置の実施例について説明する。Hereinafter, an embodiment of the structure vibration suppressing device of the present invention having the above-described basic technical idea will be described.
第5図は、この発明の第1実施例である構造物の振動
抑制装置を示す図である。なお、以下の説明において、
前記の例と同一の構成要素については同一の符号を付
し、その説明を省略する。この実施例においては、振動
抑制装置1のタンク4がその断面形状が楕円状となるよ
うに形成され、その長径a、短径がbとされている。そ
して、このタンク4内には、その長径方向及び短径方向
に沿う振動周期がそれぞれ同一方向における建築物2の
固有振動周期と同一の振動周期となるような条件で、液
体5が貯留されている。FIG. 5 is a view showing a structure vibration suppressing device according to a first embodiment of the present invention. In the following description,
The same components as those in the above-described example are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, the tank 4 of the vibration suppression device 1 is formed so that its cross-sectional shape is elliptical, and its major axis a and minor axis are b. The liquid 5 is stored in the tank 4 under such a condition that the vibration cycle along the major axis direction and the minor axis direction is the same as the natural oscillation cycle of the building 2 in the same direction. I have.
従って、この第1実施例でも前記の例と同様に、タン
ク4に長径方向及び短径方向における建築物2の振動が
それぞれ有効に減衰され、効果的な振動抑制効果を得る
ことができる。Therefore, in the first embodiment as well, similarly to the above-described example, the vibration of the building 2 in the major axis direction and the minor axis direction is effectively attenuated in the tank 4, and an effective vibration suppression effect can be obtained.
一方、第6図に示すこの発明の第2実施例たる振動抑
制装置1は、第1実施例におけるタンク4を建築物2の
屋上に2基設置した構成であり、これらタンク4、4
は、その長径方向が互いに直交するように設置されてい
る。さらに、これらタンク4、4には円筒状のタンク
4′が隣接されている。この装置1でも、前記した例、
および第1実施例と同様の作用効果を得ることができ
る。On the other hand, a vibration suppressing device 1 according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 has a configuration in which two tanks 4 in the first embodiment are installed on the roof of a building 2,
Are installed such that their major axis directions are orthogonal to each other. Further, a cylindrical tank 4 'is adjacent to these tanks 4,4. In this device 1 also,
The same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
なお、上記実施例において、タンク4の形状、設置個
数は任意であり、建築物2の形状や振動性状等を考慮し
て適宜決定されれば良い。In the above-described embodiment, the shape and the number of the tanks 4 are arbitrary, and may be appropriately determined in consideration of the shape, the vibration property, and the like of the building 2.
「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、構造
物の所定の位置に少なくとも相異なる2つの内径を有す
る平断面視楕円状のタンクを設け、このタンクの内部
に、前記複数の内径に沿う方向における前記構造物の固
有振動周期とそれぞれ同一の振動周期で、かつ、これら
構造物の固有振動とそれぞれ所要の位相差を伴って振動
する液体を貯留した構成とし、また、複数のタンクを、
その長径方向が互いに直交するよう設けたような構成の
構造物の振動抑制装置を構成したので、これら固有振動
周期の異なる方向の振動をそれぞれ有効に抑制すること
ができ、従って、これらが複雑に重畳した実際の振動に
おいても有効に振動抑制を行うことができる。よって、
この発明によれば、複数の固有振動周期を有する構造物
の振動を有効に減衰させることが可能な振動抑制装置を
実現することができる。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, a tank having a flat cross-sectional elliptical shape having at least two different inner diameters is provided at a predetermined position of a structure, and inside the tank, The natural vibration period of the structure in the direction along the plurality of inner diameters and the same vibration period, respectively, and a configuration that stores a liquid that vibrates with the natural vibration of these structures and a required phase difference, respectively, , Multiple tanks,
Since the vibration suppressing device for a structure having a configuration in which the major axis directions are orthogonal to each other is configured, it is possible to effectively suppress the vibrations in the directions having different natural vibration periods, respectively. Vibration can be effectively suppressed even in the actual vibration that is superimposed. Therefore,
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration suppression apparatus which can attenuate effectively the vibration of the structure which has several natural vibration periods can be implement | achieved.
第1図ないし第3図はこの発明の基本的な技術思想を説
明するための例である構造物の振動抑制装置を示す図で
あって、第1図は平面図、第2図は第1図のII−II′線
に沿う矢視断面図、第3図は建築物の屋上に設置された
状態を示す概略図、第4図は構造物及び振動抑制装置の
振動モデルを示す概略図、第5図はこの発明の第1実施
例である構造物の振動抑制装置を示す平面図、第6図は
同第2実施例である構造物の振動抑制装置を示す平面図
である。 1……振動抑制装置、2……建築物(構造物)、4……
タンク、5……液体。1 to 3 are views showing an apparatus for suppressing vibration of a structure which is an example for explaining a basic technical idea of the present invention. FIG. 1 is a plan view, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II ′ of the figure, FIG. 3 is a schematic view showing a state where the apparatus is installed on the roof of a building, FIG. 4 is a schematic view showing a vibration model of a structure and a vibration suppression device, FIG. 5 is a plan view showing a structure vibration suppressing device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing a structure vibration suppressing device according to the second embodiment. 1 ... vibration suppression device, 2 ... building (structure), 4 ...
Tank, 5 ... liquid.
Claims (2)
2つの内径を有する平断面視楕円状のタンクが設けら
れ、このタンクの内部には、前記複数の内径に沿う方向
における前記構造物の固有振動周期とそれぞれ同一の振
動周期で、かつ、これら構造物の固有振動とそれぞれ所
要の位相差を伴って振動する液体が貯留されていること
を特徴とする構造物の振動抑制装置。1. A tank having at least two different inner diameters in a plan view and having an elliptical shape in a cross section is provided at a predetermined position of a structure. Inside the tank, the structure in the direction along the plurality of inner diameters is provided. A vibration suppression device for a structure, wherein liquids vibrating at the same vibration period as the natural vibration period and having a required phase difference with the natural vibration of the structure are stored.
長径方向が互いに直交するよう設けられていることを特
徴とする請求項1記載の構造物の振動抑制装置。2. The vibration suppressing device for a structure according to claim 1, wherein a plurality of said tanks are provided in said structure so that their major diameter directions are orthogonal to each other.
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JP63142603A JP2729233B2 (en) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Vibration suppression device for structures |
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JPH04309679A (en) * | 1991-04-05 | 1992-11-02 | Akinaga Katsube | Damping device |
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1988
- 1988-06-09 JP JP63142603A patent/JP2729233B2/en not_active Expired - Fee Related
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