JP2788945B2

JP2788945B2 - 構造物の振動抑制装置

Info

Publication number: JP2788945B2
Application number: JP1178579A
Authority: JP
Inventors: 民夫大築
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1989-07-11
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH0348037A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、特に風等によって建築・土木構造物に励
起される振動を抑制するために、これら構造物に設置さ
れる構造物の振動抑制装置に関するものである。

「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および不
快感を与えると共に、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。

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。

前述の明細書において示した振動抑制装置の一実施例
は、構造物の屋上に筒形の貯留タンクを設け、この貯留
タンクに液体を貯留したような構造であった。ところ
で、この貯留タンクに貯留する液体の有効質量は、振動
抑制装置の制振効果と構造物の構造設計との兼合いか
ら、構造物の質量の1/50〜1/100であることが好ましい
が、このような規模の振動抑制装置を構造物に設置する
作業が大掛かりになること、設置箇所も屋上等広大なス
ペースを確保しうる箇所に限定されること、その後増築
・改築等により構造物の質量が変化した際にタンク内の
液体を増減させるだけでは対応しきれない場合があるこ
と、及び、振動により物体がぶつかった場合に破損して
水漏れが起きやすいこと等、改良すべき点を残してい
た。

また、構造物に作用する風の向きは常時微妙に変化し
続けることから、構造物に励起される振動の向き及びタ
ンク内の液体の振動の向きが微妙に変化するが、この変
化が大きくなると、タンク内の液体が回り始める現象が
起き、かかる場合には振動抑制装置としての機能を発揮
できなくなるという改良すべき点もあった。

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、設置、
撤去等の作業性に優れ、かつタンク内の液体の回り現象
を抑制し得る構造物の振動抑制装置を提供することを目
的としている。

「課題を解決するための手段」この発明にかかる構造物の振動抑制装置は、構造物の
所定の位置に設置した収納部内に複数のタンクユニット
を積層した状態で着脱自在に設け、これらタンクユニッ
トのそれぞれに、前記構造物の固有振動周期と同一の振
動周期で、かつ、この構造物の固有振動と所定の位相差
を伴って振動する液体を貯留し、それらタンクユニット
のそれぞれに、外周面に凹陥部を形成することによって
その内部に１又は２以上の突起を設けるとともに、その
上下面に溝および突条を設けたものである。

「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。

第１図ないし第６図は、この発明の一実施例である構
造物の振動抑制装置である。これら図において、符号１
は建築物等の構造物の所定位置２に設置固定された有低
筒状の収納部である。この収納部１は、鋼板やFRP（繊
維強化樹脂）からなるもので、その上面開口には蓋３を
被せるようになっている。この収納部１内には、６段に
わたってタンクユニット10が高さ方向に積層された状態
で収納されている。

タンクユニット10は、例えばブロー成形法を用いて、
ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹
脂を偏平な中空円盤体状に一体成形して構成され、剛性
および水密性ともに良好な構造とされているもので、そ
の大きさは本実施例の場合、直径約60cm、高さ約6.5cm
の寸法に設定されている。

このタンクユニット10の外周面には、互いに相対する
８箇所に内部側へ突出しかつ上下に貫通する位置決め用
の凹陥部10a・・・が等間隔に形成される一方、第３図
に示すタンクユニット10の上面には、中心部に厚さ方向
に延びる孔10bが穿設され、この孔10bの周囲には凹部10
cが形成され、この凹部10cからは中心部を通って直交す
る線上にそれぞれ延びる４本の溝10dが形成されてい
る。この溝10dはタンクユニット10の上面の剛性を高め
るものである。また、第４図に示すタンクユニット10の
裏面には、中心部に凹部10eが形成され、この凹部10eか
らは前記溝10bの相対する位置に中心部を通って直交す
る線上にそれぞれ延びる４本の突条10fが突設されてい
る。この突条10fもタンクユニット10の裏面の剛性を高
めるものである。さらに、タンクユニット10の外周面に
は口部11が設けられ、この口部11には、先端開口を閉塞
するキャップ12がねじ嵌合により被せられている。

また、タンクユニット10の内部には、第６図に示すよ
うに、外周面に沿って８箇所設けられた凹陥部10aのそ
れぞれによって内周面の８箇所にそれぞれ求心方向へ突
出する突起10g・・・が設けられている。これらの突起1
0gは後述するように、タンクユニット10内に貯留された
水が振動により回流し始めるのを抑制する働きをするも
のであり、外周部の剛性を高める作用、あるいは消波作
用も発揮する。また、タンクユニット10の内部下面に
は、第５図に示すように、中心部の周囲に周突条10hが
突設されている。さらに、タンクユニット10の内部中央
には、上面の孔10bから挿入されて周突条10h内に保持さ
れた栓付き支柱13が設けられ、栓付き支柱13の上端の栓
13aを締めて孔10bを閉塞することで、タンクユニット10
内部が液密に保たれている。なお、この栓13aには、図
示しないがタンクユニット10内外を連通する小さな孔が
穿設されている。

この孔は、タンクユニット10内の空気をタンクユニッ
ト10外部と適度に流通させることで、温度変化や水15内
の微生物の繁殖による脱酸素現象等が原因で生じるタン
クユニット10内の圧力変化を抑制し、タンクユニット10
の下面が圧力変化によって波形を生じる水15の振動周期
の変化を防ぎ、装置の所定の性能を長期間維持する作用
を発揮する。

なお、前記突起10gは８箇所に限らず、タンクユニッ
ト10の大きさ、風の影響の度合、設置高さ等の諸要因に
より適宜設定される。

このようなタンクユニット10は、収納部１の内部底面
の周縁部８箇所に等間隔で位置決め用支柱14・・・を取
り付けた後、最下段のタンクユニット10から順次６つの
タンクユニット10・・・を各支柱14に凹陥部10a・・・
を係合させて周方向の位置合わせをしつつ各支柱14間に
挿入することで配置される。タンクユニット10の上面に
は十字方向に突条10fが形成されているから、この突条1
0fに次のタンクユニット10の下面の溝10dを合わせるこ
とで、双方の位置合わせが容易になされる。また、収納
部１の側周部には、各タンクユニット10の口部11との干
渉を避けるための切欠部1aが上端に開口して形成されて
いる。

そして、各々のタンクユニット10内には、第６図に示
すように、水（液体）15が貯留され、この水15は、構造
物の固有振動周期と同一の振動周期となるように、タン
クユニット10内における貯留高さｈが調整されている。
そして、タンクユニット10・・・内の水15・・・を全部
足し合わせた総質量が建築物の質量の1/50〜1/100の範
囲内となるように、タンクユニット10・・・の個数及び
各タンクユニット10への水15の貯留量が調整されてい
る。

次に、以上のような構成を有する振動抑制装置の作用
について説明する。

前記建築物と振動抑制装置とを含む振動系は、第７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。この振動モデルは、ばね定数K₀のばね21A及び減衰
率h₀のダッシュポット23Aを介して、質量M₀の物体22Aが
支持されてなる振動系Ａ（構造物の振動モデル）と、ば
ね定数K₁のばね21B及び減衰率h₁のダッシュポット23Bを
介して、質量M₁の物体22Bが支持されてなる振動系Ｂ
（振動抑制装置内の水15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。

ここで、前述の如く、振動抑制装置内には複数のタン
クユニット10、10・・・及びこれらタンクユニット10・
・・内に貯留された水15・・・があるが、各々のタンク
ユニット10・・・内に貯留された水15の振動周期は構造
物の固有振動周期とそれぞれ一致しているため、これら
水15・・・は一体に挙動する。従って、全体として振動
抑制装置を１個の振動系Ｂによって近似しても支障な
い。

そして、このような振動モデルにおいて、物体22Aに
加わる地震や風等の外力によって振動系Ａが振動を開始
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。

ここで、物体22Bは、物体22Aの約２％程度の質量なの
で、前記構造物の固有振動周期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、前記振動抑制装置の振動周
期、すなわち、各々のタンクユニット10内に貯留された
水15の振動周期T₁が構造物の固有振動周期T₀に一致する
ように、このタンクユニット10の寸法、容量および水15
の貯留量を設定すれば良い。

以上説明したように、本実施例の振動抑制装置によれ
ば、以下のような効果を奏する。

タンクユニット10の内周面に突起10g・・・を設け
たので、風の複雑な影響で構造物に励起される振動によ
り、タンクユニット10内の水15が回流し始めようとする
と、各突起10gが水流に対し抵抗作用として働いて水15
の回流を抑制し、水15の元の振動状態に復帰させること
ができ、振動抑制装置としての機能を回復させることが
でき、常に一定の振動抑制効果を得ることができる。

タンクユニット10はポリプロピレン樹脂等により中
空状に一体成形されているから、剛性および水密性が高
く、かつ耐久性に優れ、また振動で物体がぶつかったと
しても水漏れしない利点がある。さらには、ブロー成形
により容易に製作できるから、１個当たりの製造コスト
が安い。

タンクユニット10の上下面に十字方向に溝10dおよ
び突条10fを設け、タンクユニット10の中央部に支柱13
を設け、内部に突起10gを設けることで、タンクユニッ
ト10の剛性をより向上させることができる。

支柱13先端の栓13aにタンクユニット10内外の圧力
変化を調整する小さな孔を設けることで、タンクユニッ
ト10の下面が圧力変化によって変形することによって水
15の振動周期の変化を防ぎ、装置の所定の性能を長期間
維持することができる。

タンクユニット10自体の剛構造、変形防止構造及び
タンクユニット10どうしの位置合わせ構造により、タン
クユニット10を多段に積層した場合でも全体の剛性およ
び一体化が十分に確保され、構造物の振動に対し、タン
クユニット10をばらばらでなく一体として振動させ、両
者の振動周期を常に一致させることができるから、振動
抑制効果が非常に高い。

その他にも、タンクユニット10・・・を収納した収
納部１の設置、移動、撤去等の機動性、構造物の改築等
の重量変化に対する柔軟な対応、省スペース化、既設構
造物への容易設置性などの効果を奏するのは言うまでも
ない。

なお、この発明の構造物の振動抑制装置は、その細部
が前記実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
る。タンクユニット11の形状も任意であり、例えば、構
造物の水平断面形状が長方形である場合には、長手方向
の振動周期が短手方向のそれよりも大きいことから、平
面視楕円形状のタンクユニット10が好適である。いずれ
にしろ、構造物の形状及び設置条件等により、筒状、球
形、平面楕円状等の種々の形状に変更可能である。この
場合、前記理論を適宜変更し、その形状に応じた式に基
づいてタンクユニット10の寸法、水15の貯留深さｈを設
定すれば良い。

さらには、タンクユニット10内に貯留される液体は水
15に限定されず、例えば油等揮発性の低い液体を使用す
れば、長期使用によっても液位が変動せずに好適であ
る。そして、タンクユニット10内面を凹凸面としたり、
あるいはタンクユニット10内に仕切部等を配置して消波
効果を持たせることにより、粘性抵抗に起因する振動減
衰率を調整することもできる。この場合、凹凸面や仕切
部はブロー成形の際にタンクユニット10の内面に一体に
形成すればよい。

「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
物の所定の位置に設置した収納部内に複数のタンクユニ
ットを積層した状態で着脱自在に設け、これらタンクユ
ニットのそれぞれに、前記構造物の固有振動周期と同一
の振動周期で、かつ、この構造物の固有振動と所定の位
相差を伴って振動する液体を貯留し、それらタンクユニ
ットのそれぞれの内部に１又は２以上の突起を設けたか
ら、構造物に励起される振動によりタンクユニット内の
水が回流する現象を抑制して、常時一定の振動抑制効果
を奏することができる。さらに、タンクユニットの上下
面に溝および突条を設けたので、これによりタンクユニ
ットの剛性を向上させることができる。しかもこの溝と
突条をそれぞれ対応した位置に形成することによって、
タンクユニットを積み重ねるときに位置合わせを容易に
行うことが可能となる。加えて、タンクユニットの内部
に突起を形成するためにその外周面に凹陥部を形成した
が、この凹陥部は、これと対応する位置に位置決め用の
支柱等を設けることによって、タンクユニットの位置合
わせにも利用することができる。これにより、設置・移
転・撤去等の作業が容易となり、かつ、設置される場所
が限定されず、しかも構造物の質量の変化にも柔軟に対
応しうる構造物の振動抑制装置を実現することができ
る。さらに、この発明によれば、タンクユニットは、樹
脂を主成分として中空体状に一体成形される構成となっ
ている。これにより、上記のような凹陥部，溝，突条を
有したタンクユニットを、容易かつ低コストで製作する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、この発明の一実施例である構造
物の振動抑制装置を示す図であって、第１図は全体構成
を示す斜視図、第２図はタンクユニットの斜視図、第３
図及び第４図はそれぞれタンクユニットの上面図及び裏
面図、第５図および第６図はタンクユニットの縦断面図
及び水平断面図、第７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である。１……収納部、２……所定位置、３……蓋、10……タンクユニット、 10a……凹陥部、10b……孔、 10c、10e……凹部、10d……溝、 10f……突条、10g……突起、 10h……周突条、11……口部、 12……キャップ、13……栓付き支柱、 15……水（液体）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の所定の位置に設置された収納部内
に複数のタンクユニットが積層された状態で着脱自在に
設けられ、これらタンクユニットのそれぞれには、前記
構造物の固有振動周期と同一の振動周期で、かつ、この
構造物の固有振動と所定の位相差を伴って振動する液体
が貯留され、それらタンクユニットのそれぞれには、外
周面に凹陥部が形成されることによってその内部に１又
は２以上の突起が設けられるとともに、その上下面に溝
および突条が設けられていることを特徴とする構造物の
振動抑制装置。
【請求項２】前記タンクユニットは、樹脂を主成分とし
て中空体状に一体成形さ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。