JP2970485B2

JP2970485B2 - 制振装置

Info

Publication number: JP2970485B2
Application number: JP19863395A
Authority: JP
Inventors: 満蔭山
Original assignee: OOBAYASHIGUMI KK
Current assignee: OOBAYASHIGUMI KK
Priority date: 1995-08-03
Filing date: 1995-08-03
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: JPH0941720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地震や風による
建物や倉庫ラックなどの構造物の振動（動揺）を抑制す
る制振装置に関し、特に、構造物の上部に固定したケー
ブルにより構造物の振動変位を地盤に設置したダンパに
伝達する方式の制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制振装置としては特開昭
４−１７６９７４号公報（E04H 9/02,E04B 1/34 ）に開
示されたものがある。高層ビルなどの構造物が地震や風
により水平方向に揺れる振動について、１次モードの振
動変位がもっとも大きくなる構造物頂部付近にケーブル
を固定し、そのケーブルを滑車により折れ線状に案内し
て地盤に設置したダンパに連結する。その際、構造物に
対称的に２系統のケーブルを配設し、構造物が振動によ
り往復で変位するときに、両ケーブルが交互に緊張する
ような力学的に相補的な関係をつくりだす。また、せん
断変形により運動エネルギーを吸収する積層ゴム式のダ
ンパを構造物直下の地盤に設置し、両ケーブルの端部を
ダンパの両端にそれぞれ連結し、ケーブルの張力により
ダンパがせん断変形するように構成する。つまり、構造
物の振動変位を両ケーブルを介して往復でダンパに伝達
し、構造物の振動エネルギーをダンパにより吸収する。

【０００３】この方式の制振装置の性能向上を図るため
に、本発明者らは先につぎのような改良技術を開発し
た。それは、ダンパの入力段に回転ドラムを設け、構造
物の振動変位をこのドラムの往復回動変位に変換する機
構を含んだものである。つまり、前述のように構造物の
振動変位を伝える前記のケーブルを回転ドラムに巻き付
けておき、ケーブルの張力により前記ドラムを回転さ
せ、その回転運動に対して適当なダンパ作用を与える構
成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高層ビルなどの制振を
対象としているので、構造物の振動変位をダンパに伝え
る前記ケーブルには数千トンの張力が発生する。この張
力で従来のように積層ゴム式ダンパをせん断変形させる
機構は容易に実現できるが、ケーブルの張力をドラムの
回動変位に変換し、かつ構造物の振動の往復変位をドラ
ムの往復の回動変位に変換するのは容易ではない。単に
ケーブルをドラムに巻き付けて、ケーブルの両側をドラ
ムから引き出して構造物へと導く構成では、ケーブルと
ドラムが滑り、ケーブルの引っ張り変位がドラムの回動
変位に結び付かないことがある。そのため構造物の振動
エネルギーをダンパに効率よく伝達できず、制振効果が
著しく低下する。また、回転ドラム自体およびその軸受
支持機構にもきわめて大きな力（ケーブル張力）が加わ
るので、その力を適当に分散させないとドラム自体また
はその支持機構が破損するおそれがある。

【０００５】この発明は前述した問題点に鑑みなされた
もので、その目的は、構造物の振動変位をケーブルを介
してダンパの回転ドラムに効率よく伝達し、構造物の振
動エネルギーを逃がすことなく回転ドラムの往復回動運
動に変換でき、またケーブルからの回転ドラムに加わる
膨大な力を適当に分散して受け止めるるようにした制振
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の制振装置は以
下の各要件〜を備えたものである。構造物の上部に固定されたケーブルが滑車により折れ
線状に案内されて地盤に設置されたダンパに結合され、
構造物の振動変位が前記ケーブルを介して前記ダンパに
伝達され、構造物の振動エネルギーが前記ダンパにより
吸収される。構造物に対称的に配された２系統の前記ケーブルが共
通の前記ダンパに結合され、構造物が振動変位するとき
に一方のケーブルが緊張して他方のケーブルが弛緩する
ように力学的に相補的な関係になっている。前記ダンパは回転ドラムを有し、当該回転ドラムに前
記両ケーブルが巻き付けられているとともに当該回転ド
ラムに前記両ケーブルの端部が固定されている。一方の前記ケーブルが緊張したとき、その張力で当該
ケーブルが前記回転ドラムを回転させつつ前記回転ドラ
ムから引き出され、同時に弛緩した他方の前記ケーブル
が前記回転ドラムに巻き取られる。前記両ケーブルのそれぞれは少なくとも前記回転ドラ
ムに巻き付いている側が第１ケーブルと第２ケーブルに
分れていて、第１ケーブルと第２ケーブルが前記回転ド
ラムから互いに反対方向に引き出されている。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施例による制振装
置の全体的な概略構成を図１に示している。地盤１上に
高層・超高層の構造物２が構築されている。１次モード
の振動において振動変位がもっとも顕著に現れる構造物
２頂部付近の左右２箇所にそれぞれケーブル３ａと３ｂ
の一端が固定されている。この一対のケーブル３ａと３
ｂは斜め下方に向けてたすき掛け状に交差して構造物２
の基部へと導かれ、構造物２の基部の左右両端それぞれ
に配設された滑車４に掛け回されて、構造物２の基部の
中央へと案内され、つぎに説明するダンパ５に連結され
ている。

【０００８】ダンパ５は地盤１に回転自在に支持された
回転ドラム５１を備える。一対のケーブル３ａと３ｂの
端部がそれぞれ回転ドラム５１の周囲に図２に示すよう
に巻き付けられている。地震や風によって構造物２が左
右に振動する場合に、一対のケーブル３ａと３ｂが交互
に緊張・弛緩するように、力学的に相補的な関係になっ
ている。つまり、図１において構造物２が右側へ動揺す
るときはケーブル３ａが緊張してケーブル３ｂが弛緩
し、また構造物２が左側へ動揺するときはケーブル３ｂ
が緊張してケーブル３ａが弛緩する。

【０００９】回転ドラム５１と両ケーブル３ａ・３ｂの
巻き付け形態を図２に詳細に示している。ケーブル３ａ
は第１ケーブル３１と第２ケーブル３２の２本からな
る。同様に、ケーブル３ｂも第１ケーブル３３と第２ケ
ーブル３４の２本からなる。また、回転ドラム５１は両
端の軸受部６ａと６ｂで支持されているとともに、中央
にも軸受部６ｃが設けられている。二重ケーブル３ａ
（３１と３２）は回転ドラム５１における軸受部６ａと
６ｃの間の領域に巻き付けられ、二重ケーブル３ｂ（３
３と３４）は回転ドラム５１における軸受部６ｂと６ｃ
の間の領域に巻き付けられている。

【００１０】二重ケーブル３ａの内の第１ケーブル３１
は滑車４から直接的に回転ドラム５１につながってい
て、ドラム５１にその端部が固定され、かつドラム５１
に巻き付けられている。第２ケーブル３２は滑車４から
もう１つの滑車４ａを経て回転ドラム５１につながり、
ドラム５１にその端部が固定され、かつドラム５１に巻
き付いている。つまり、回転ドラム５１を中心にして見
た場合、第１ケーブル３１と第２ケーブル３２とは互い
に反対方向に引き出されている。二重ケーブル３ａに大
きな張力が働いて緊張するとき、第１ケーブル３１と第
２ケーブル３２とが回転ドラム５１に対して同じ方向
（Ｘ方向）に回転トルクを与えるように巻き付けられて
いる。この緊張時には、第１ケーブル３１と第２ケーブ
ル３２の張力は回転ドラム５１の軸心に対して互いに反
対方向に作用するので、両方の力が相殺されて軸心に対
するせん断力はほぼゼロとなる。なお、回転ドラム５１
の軸受部６ａと６ｂの間の領域において、ケーブル３１
とケーブル３２の固定点Ａ１とＡ２は両端側にあり、そ
こから中央部に向けて両ケーブルが巻き付けられてい
る。

【００１１】同様に、二重ケーブル３ｂの内の第１ケー
ブル３３は滑車４から直接的に回転ドラム５１につなが
っていて、ドラム５１にその端部が固定され、かつドラ
ム５１に巻き付けられている。第２ケーブル３４は滑車
４からもう１つの滑車４ｂを経て回転ドラム５１につな
がり、ドラム５１にその端部が固定され、かつドラム５
１に巻き付いている。つまり、回転ドラム５１を中心に
して見た場合、第１ケーブル３３と第２ケーブル３４と
は互いに反対方向に引き出されている。二重ケーブル３
ｂに大きな張力が働いて緊張するとき、第１ケーブル３
３と第２ケーブル３４とが回転ドラム５１に対して同じ
方向（前記のＸ方向とは逆のＹ方向）に回転トルクを与
えるように巻き付けられている。この緊張時には、第１
ケーブル３３と第２ケーブル３４の張力は回転ドラム５
１の軸心に対して互いに反対方向に作用するので、両方
の力が相殺されて軸心に対するせん断力はほぼゼロとな
る。なお、回転ドラム５１の軸受部６ｂと６ｃの間の領
域において、ケーブル３３とケーブル３４の固定点Ｂ１
とＢ２は両端側にあり、そこから中央部に向けて両ケー
ブルが巻き付けられている。

【００１２】以上の構成から明らかなように、一方のケ
ーブル３ａ（３１と３２）が緊張したとき、その張力で
ケーブル３ａが回転ドラム５１を矢印Ｘ方向に回転させ
つつ回転ドラム５１から引き出され、同時に弛緩した他
方のケーブル３ｂ（３３と３４）が回転ドラム５１に巻
き取られる。また反対に、ケーブル３ｂ（３３と３４）
が緊張したときは、ケーブル３ｂの張力で回転ドラム５
１は反対方向（矢印Ｙ）に回転し、ケーブル３ｂが回転
ドラム５１から引き出されると同時に、弛緩した他方の
ケーブル３ａ（３１と３２）が回転ドラム５１に巻き取
られる。

【００１３】このように構造物２の振動による左右の往
復変位がケーブル３ａ・３ｂを介して回転ドラム５１に
伝達され、ドラム５１の往復の回動変位に変換される。
回転ドラム５１と一体に回動変位する回転系には４本の
支持軸５２が放射状に配設され、その支持軸５２の先端
部分にオモリ５３が取り付けられている。さらに、オモ
リ５３と地盤１とが油圧ダンパ５４を介して連結されて
いる。オモリ５３は制振装置全体の固有振動周波数を適
宜に調整するために付加されており、油圧ダンパ５４は
回転ドラム５１とともに往復回動するオモリ５３の運動
エネルギーを吸収する。これにより構造物２の振動エネ
ルギーを吸収して制振効果を発揮する。

【００１４】そして本発明にあっては、上述した構成に
よって回転ドラム５１に作用する剪断力をほぼゼロとす
ることができるので、回転ドラム５１としては捩れ剪断
力に耐えうる程度の外径で形成すればよい。このこと
は、回転ドラム５１を小径化できることを意味し、した
がって例えば図１の装置で、支持軸５２を介してのオモ
リ５３の取付半径を小さく設定しても、ケーブル３ａ・
３ｂが巻き付けられる回転ドラム５１の外径との比、す
なわちケーブル３ａ・３ｂの巻掛け回転半径と、オモリ
５３の回転半径との回転半径比を大きく確保することが
できる。例えば、図１の装置において当該半径比を１：
１０に設定したい場合に、本発明構成によって回転ドラ
ム５１の半径を２５ｃｍに設定できる場合と、５０ｃｍ
にしなければならない場合とを比較すると、前者ではオ
モリ５３の取付半径が２．５ｍであるのに対し、後者で
は５ｍとなり、この結果、装置全体としては、前者で５
ｍ径であるのに対し、後者では１０ｍ径の装置となっ
て、このように本発明によれば装置のコンパクト化を達
成することができる。

【００１５】

【発明の効果】この発明の制振装置では、構造物の振動
変位に対して一方のケーブルが緊張するときには他方の
ケーブルが弛緩するように相補的に動作する２系統のケ
ーブルを介して構造物の振動変位をダンパの回転ドラム
に伝える。両ケーブルはその端部がそれぞれ回転ドラム
に固定されて当該ドラムに巻き付けられている。そし
て、一方のケーブルが緊張したとき、その張力で当該ケ
ーブルが回転ドラムを回転させつつ回転ドラムから引き
出され、同時に弛緩した他方のケーブルが回転ドラムに
巻き取られる。このように構造物の振動変位を回転ドラ
ムの回動変位に変換し、その運動エネルギーを吸収す
る。

【００１６】ケーブルには数千トンにも及ぶきわめて大
きな張力が作用するが、ケーブルの端部は回転ドラムに
固定されているので、ドラムとケーブルのスリップは発
生しない。また、前記両ケーブルのそれぞれは少なくと
も前記回転ドラムに巻き付いている側が第１ケーブルと
第２ケーブルに分れていて、第１ケーブルと第２ケーブ
ルが前記回転ドラムから互いに反対方向に引き出されて
いるので、両方の張力が相殺されて回転ドラムの軸心に
対するせん断力はほぼゼロとなり、ドラムの円滑な回転
が補償されるし、ドラムの破損を防止できる。したがっ
て構造物の振動変位をケーブルを介してダンパの回転ド
ラムに効率よく伝達し、構造物の振動エネルギーを逃が
すことなく回転ドラムの往復回動運動に変換できる。そ
の結果、良好な制振効果が得られる。

【００１７】また、回転ドラムに作用する剪断力をほぼ
ゼロとすることができるので、回転ドラムとしては捩れ
剪断力に耐えうる程度の外径で形成すればよい。このこ
とは、回転ドラムを小径化できることを意味し、装置の
コンパクト化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による制振装置の全体的な
概略構成図である。

【図２】同上実施例における回転ドラムとケーブルの関
係を示す詳細図である。

【符号の説明】

１地盤２構造物３ａ・３ｂケーブル３１第１ケーブル３２第２ケーブル３３第１ケーブル３４第２ケーブル４滑車４ａ滑車４ｂ滑車５ダンパ５１回転ドラム５２支持軸５３オモリ５４油圧ダンパ６ａ・６ｂ・６ｃ軸受部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の各要件〜を備えた制振装置。構造物の上部に固定されたケーブルが滑車により折れ
線状に案内されて地盤に設置されたダンパに結合され、
構造物の振動変位が前記ケーブルを介して前記ダンパに
伝達され、構造物の振動エネルギーが前記ダンパにより
吸収される。構造物に対称的に配された２系統の前記ケーブルが共
通の前記ダンパに結合され、構造物が振動変位するとき
に一方のケーブルが緊張して他方のケーブルが弛緩する
ように力学的に相補的な関係になっている。前記ダンパは回転ドラムを有し、当該回転ドラムに前
記両ケーブルが巻き付けられているとともに当該回転ド
ラムに前記両ケーブルの端部が固定されている。一方の前記ケーブルが緊張したとき、その張力で当該
ケーブルが前記回転ドラムを回転させつつ前記回転ドラ
ムから引き出され、同時に弛緩した他方の前記ケーブル
が前記回転ドラムに巻き取られる。前記両ケーブルのそれぞれは少なくとも前記回転ドラ
ムに巻き付いている側が第１ケーブルと第２ケーブルに
分れていて、第１ケーブルと第２ケーブルが前記回転ド
ラムから互いに反対方向に引き出されている。