JP3550486B2

JP3550486B2 - 制振装置

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Publication number: JP3550486B2
Application number: JP28974197A
Authority: JP
Inventors: 辰治石丸; 隆弘新谷; 雅春久保田
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JPH11125028A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の揺れを抑える制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８に示すように、長さの等しいロッド１５０を菱形に組み合わせ、ピンジョイント１５２の間にダンパー１５４を配置し、ピンジョイント１５６での変形量を拡大しダンパー１５４による減衰性を向上させた制振用ダンパー装置１５８がある（特開平５−２３１０３１号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、ダンパー１５４の取付スペースに制限があり（ロッド１５０で囲まれたスペース内に取付ける必要有り）、汎用のダンパーが使用できない場合がある。また、図１９に示すように、ピンジョイント１５６を直接構造体に取付ける必要があり、制振用ダンパー装置１５８として、ユニット化することができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、汎用のダンパーが使用でき、ダンパーの取付けの自由度を高め、また、ユニット化が可能な制振装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、構造物に作用する外力によって相対変形する第１構材と第２構材に取付けられ、構造物の振動を抑えるようになっている。
【０００６】
この第１構材の一の部位には、第１アームの端部が回転可能に取付けられている。また、第２構材の一の部位には、第２アームの端部が回転可能に取付けられている。そして、第１アームと第２アームの自由端は、第１回転ヒンジで回転可能に連結されている。
【０００７】
一方、第１構材の他の部位（一の部位と離れた部位）には、第３アームの端部が回転可能に取付けられている。また、第２構材の他の部位（一の部位と離れた部位）には、第４アームの端部が回転可能に取付けられている。そして、第３アームと第４アームの自由端は、第２回転ヒンジで回転可能に連結されている。
【０００８】
これらの第１回転ヒンジと第２回転ヒンジは、第１アームと第２アームとが交わる角度が所定の角度となるように、また、第３アームと第４アームとが交わる角度が所定の角度となるように、減衰手段で連結されている。
【０００９】
すなわち、第１アームと第２アームとによって第１トグル機構が構成され、第３アームと第４アームとによって第２トグル機構が構成され、第１トグル機構と第２トグル機構が、第１構材と第２構材の間に対面配置された恰好となる。
【００１０】
そして、地震等によって、第１構材と第２構材が、小さく水平方向へ或いは鉛直方向へ相対変形しても、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジが大きく接離して、減衰手段を大きく変形させる。
【００１１】
このため、小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジに連結された減衰手段が小さな力によって、第１構材と第２構材の振動を抑制する。また、第１構材と第２構材の小さな変形が、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジの大きな変形に増幅されて制振されるので、中小の地震や風による振動も効果的に制振することができる。
【００１２】
さらに、第１構材に連結される第１アームと第３アームの端部の取付位置が離れており、また、第２構材に連結される第２アームと第４アームの端部の取付位置が離れているので、従来の菱形トグルと比較すると、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジの間隔が広い。このため、減衰手段の取付スペースが広くなり、取付の自由度も大きくなる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１の発明のように、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジとを減衰手段で連結するのではなく、第１アームと第３アームが減衰手段で連結され、第２アームと第４アームが他の減衰手段で連結されている。
【００１４】
これによって、減衰手段が連結された部位における変形の増幅倍率は、第１回転ヒンジと第２回転ヒンジとの変形の増幅倍率より小さくなるが、減衰手段を複数設けることにより、減衰能力を向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、第１アーム、第２アーム、第３アーム、及び第４アームの端部を構材に直接連結するのではなく、第１アームの端部と第３アームの端部を第１連結板へ、また、第２アームの端部と第４アームの端部を第２連結板へ、回転可能に取付けている。
【００１６】
これによって、制振装置としてユニット化が可能となり、ブレース材に組付けたり、また、免震構造及び免震床構造等に使用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、第１形態に係る制振装置１０は、梁１４と柱１２との連結部、すなわち、架構１６の隅部に配設されている。
【００２２】
梁１４には、三角形状で剛性の大きい剛体１８が、柱１２には、剛体１８の取付面１８Ａとの間に、制振装置１０の設置スペースを確保して、剛性の大きい剛体２０が設けられている。
【００２３】
この制振装置１０は、剛体１８の取付面１８Ａに設けられた回転支承２２に端部が連結された第１アーム２４と、剛体２０の取付面２０Ａに設けられた回転支承２６に端部が連結された第２アーム２８とを備えている。第１アーム２４と第２アーム２８の自由端は、第１回転ヒンジ３０で回転可能に所定の角度を持って連結され、第１トグル機構１０Ａを構成している。
【００２４】
また、剛体１８の取付面１８Ａには、回転支承３２が設けられており、この回転支承３２に第３アーム３４の端部が連結されている。さらに、剛体２０の取付面２０Ａには、回転支承３６が設けられており、この回転支承３６に第４アーム３８の端部が連結されている。この第３アーム３４と第４アーム３８の自由端は、第２回転ヒンジ４０で回転可能に所定の角度を持って連結され、第１トグル機構１０Ａと対称形の第２トグル機構１０Ｂを構成している。
【００２５】
また、第１回転ヒンジ３０には、ダンパー４２のシリンダー４２Ａが、第２回転ヒンジ４０には、ダンパー４２のロッド４２Ｂが回転可能に連結されている。なお、本形態の制振装置１０は、柱、梁に限らず、隅角部を有する構造物へ配置することができる。
【００２６】
次に、本形態に係る制振装置１０の作用を説明する。
図２に示すように、地震等によって、架構１６が右方向へ水平変形すると、架構１６の右側の隅部の内角θ１は小さくなり、左側の隅部の内角θ２は大きくなる。
【００２７】
これによって、右側に配置された制振装置１０では、第１トグル機構１０Ａの第１回転ヒンジ３０における内角が小さくなり、また、第２トグル機構１０Ｂの第２回転ヒンジ４０における内角も小さくなる。そして、架構１６の水平方向への変位量に比べて、第１回転ヒンジ３０と第２回転ヒンジ４０に連結されたダンパー４２のロッド４２Ｂの伸長量が大きくなる。
【００２８】
すなわち、小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、ダンパー４２が小さな力によって、架構１６の振動を抑制する。
【００２９】
一方、左側に配置された制振装置１０では、第１トグル機構１０Ａの第１回転ヒンジ３０における内角が大きくなり、第２トグル機構１０Ｂの第２回転ヒンジ４０における内角も大きくなる。そして、架構１６の水平方向への変位量に比べて、ダンパー４２のロッド４２Ｂの収縮量が大きくなる。
【００３０】
このように、建物の形状を考慮して、左右対称に制振装置１０を取付けることにより、揺れ方向に関係なく、均等に制振効果を発揮させることができる。また、第１アーム２４と第３アーム３４とをそれぞれ別の回転支承２２、３２に連結し、さらに、第２アーム２８と第４アーム３８とをそれぞれ別の回転支承２６、３６に連結することで、従来と比較して、ダンパー４２の取付スペースが広くなり、取付の自由度も大きくなる。
【００３１】
次に、第２形態に係る制振装置を説明する。
図３に示すように、第２形態では、第１アーム２４の端部が回転支承２２を介して、第３アーム３４の端部が回転支承３２を介して、第１連結板４４に連結されている。また、第２アーム２８の端部が回転支承２６を介して、第４アーム３８の端部が回転支承３６を介して、第２連結板４６に連結されている。
【００３２】
さらに、第１回転ヒンジ３０には、ダンパー４８のシリンダー４８Ａが、第２回転ヒンジ４０には、ダンパー４８のロッド４８Ｂが回転可能に連結されている。
【００３３】
すなわち、第２形態の制振装置５０では、構造体に直接取付けるのではなく、連結板を用いることにより、制振装置がユニット化されている。
【００３４】
次に、本形態に係る制振装置５０の作用を説明する。
図３に示すように、第１連結板４４及び第２連結板４６には、連結部材５２、５４が設けられており、連結部材５２へは架構５６の上隅部へ回転可能に連結されたブレース材５８が連結され、また、連結部材５４へは架構５６の下隅部へ回転可能に連結されたブレース材６０が連結されている。
【００３５】
ここで、図４に示すように、地震等によって、架構５６が左方向へ水平変形すると、第１連結板４４と第２連結板４６との距離が狭まり、第１トグル機構５０Ａの第１回転ヒンジ３０における内角が小さくなり、また、第２トグル機構５０Ｂの第２回転ヒンジ４０における内角も小さくなる。
【００３６】
別な見方をすれば、第２アーム２８が回転支承２６を中心として回転運動を行い、また、第４アーム３８が回転支承３６を中心として回転運動を行い、第１回転ヒンジ３０と第２回転ヒンジ４０の移動量が、架構５６の左方向への変形量より大きくなる。
【００３７】
このため、ダンパー４８のロッド４８Ｂの伸長量も、架構５６の変形量より大きくなり、小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立し、架構５６の振動が効率よく抑制される。
【００３８】
また、図５に示すように、架構５６が右方向へ水平変形すると、第１連結板４４と第２連結板４６との距離が拡がり、第１トグル機構５０Ａの第１回転ヒンジ３０における内角が大きくなり、また、第２トグル機構５０Ｂの第２回転ヒンジ４０における内角も大きくなる。そして、ダンパー４８のロッド４８Ｂが収縮して、制振効果を発揮する。
【００３９】
このとき、第１回転ヒンジ３０と第２回転ヒンジ４０の移動量は、架構５６が左方向へ移動する場合より小さいが、左右対称に制振装置５０を配置することにより、揺れ方向の違いによる制振効果の差を無くすことができる。
【００４０】
次に、第３形態に係る制振装置を説明する。
第３形態では、第２形態と基本的な構成は同じであるが、減衰手段として、ダンパー６２が第１アーム２４と第３アーム３４とに連結され、コイルばね６４が第２アーム２８と第４アーム３８とに連結されている。なお、以下コイルばねを例に採って説明するが、減衰機能を持つものであれば、ばねの形式は問わない。
【００４１】
すなわち、ダンパー４８及びコイルばね６４が連結された部位の変位量は、第１回転ヒンジ３０や第２回転ヒンジ４０における変位量と比較すると小さく、増幅倍率は小さくなるが、複数の減衰手段を設けることによって、減衰能力を向上させ、制振装置としての能力を向上させることができる。
【００４２】
次に、本形態の制振装置６６の作用を説明する。
図６に示すように、第１連結板４４が架構６５の上梁６８側に設けられたＫ型ブレース７０の水平部材７２に固定されている。また、第２連結板４６は、下梁７４に固定されている。
【００４３】
ここで、図７に示すように、地震等によって、架構６５が左方向へ水平変形すると、第２アーム２８が回転支承２６を中心として回転運動を行い、また、第４アーム３８が回転支承３６を中心として回転運動を行う。
【００４４】
そして、架構６５の変位量より、ダンパー６２が連結されている部位の間隔の変化が大きく、また、コイルばね６４が連結されている部位の間隔の変化が大きい。このようなトグル機構の特性を用いることにより、また、減衰手段を多数設けることにより、大きな制振効果が期待できる。
【００４５】
また、同様に、図８に示すように、架構６５が右方向へ水平変形したときも、図８に示すように、架構６５の変位量より、ダンパー６２が連結されている部位の間隔の変化、及びコイルばね６４が連結されている部位の間隔の変化が大きくなる。これによって、架構６５の振動を効率よく制振することができる。
【００４６】
なお、本形態では、ダンパー等の減衰手段を複数配置するために、回転ヒンジでなく、アームに直接連結したが、図９に示す制振装置８４のように、ダンパー７６及びコイルばね７８をプレート８０に連結してユニット化し、これをロッド８２で、第１回転ヒンジ３０と第２回転ヒンジ４０に連結するようにしてもよい。これにより、変位の増幅倍率が一番大きい箇所を減衰することができる。
【００４７】
また、図１０に示すように、第３形態に係る制振装置６６は、免震床構造に用いることもできる。
【００４８】
この免震床構造では、床スラブ８６の上に二重床材８８が配置され、二重床材８８が天井スラブ９０から吊り材９２で吊り下げられている。また、二重床材８８の周囲には、一方が柱９４に固定された弾性ばね９６が連結されている。これにより、二重床材８８は、吊り材９２の振り戻しと弾性ばね９６の復元力で、セット位置が保持される。
【００４９】
そして、制振装置６６の第１連結板４４が二重床材８８の裏面へ、第２連結板４６が床スラブ８６に固定されている。
【００５０】
このような構成において、図１１に示すように、地震等によって床スラブ８６が右方向へ移動すると、上述したように、制振装置６６が振動を制振して、床スラブ８６の揺れや振動を二重床材８８に伝へない。また、二重床材８８が上下に振動しても、アームが屈伸して、ダンパー６２及びコイルばね６４を作動させ、振動を減衰する。
【００５１】
なお、本形態では、弾性ばね９６の復元力で、二重床材８８のセット位置を保持するようにしたが、図１２に示すように、弾性ばね９６に替えて、制振装置６７を縦にして取付けてもよい。また、この場合、床スラブ８６側に配置された制振装置６６を取り外して、二重床材８８をコロ等で支承するようにしても構わない。
【００５２】
一方、図１３に示すように、第１形態で説明した制振装置１０は、建物１４０と建物１４２の間（通常、２０ｃｍ〜５０ｃｍの間隔しかない）に配置され、相対変位する建物１４０、１４２の振動エネルギーを吸収するような場合に威力を発揮する。
【００５３】
すなわち、図１４に示すように、通常用いられている直動式の油圧ダンパー１４４を建物１４０と建物１４２の間に配置すると、ピストン１４６のストロークは、シリンダー１４８の長さによって決定される。例えば、建物１４０と建物１４２の間隔が３Ｌの場合、油圧ダンパー１４４のストロークは、シリンダー１４８の板厚、ピストン１４６の厚み、及び油圧ダンパー１４４の取付支承１５０の大きさを一切無視しても、一方向にＬしか距離を稼げない。従って、設置場所が限定される。
【００５４】
一方、制振装置１０では、油圧ダンパー４２のストローク方向が上下方向となっているので、建物１４０と建物１４２の間隔を気にすることなく配置でき、また、トグル機構によって、建物の変形倍率を大きく取ることができるので、油圧ダンパー４２の性能を上げることもできる。
【００５５】
さらに、図１４に示すように、従来型の場合、バランスを取るために一カ所に２つの油圧ダンパー１４４を必要とするが、制振装置１０では、バランスを取る必要がないので、１つの油圧ダンパー４２で足りる。
【００５６】
なお、本形態では、油圧ダンパー４２のストローク方向が上下方向となるように、制振装置１０を配置したが、ストローク方向が水平方向、すなわち、制振装置１０を図１３に示す位置から９０°回転させて、建物１４０と建物１４２の間に取付けることもできる。
【００５７】
次に、第４形態に係る制振装置を説明する。
図１５に示すように、本形態に係る制振装置９８では、上梁６８に設けられた回転支承１００へ長アーム１０４の端部と短アーム１０６の端部が連結されており、下梁７４に設けられた回転支承１０２には、短アーム１０８の端部と長アーム１１０の端部が連結されている。そして、長アーム１０４の自由端と短アーム１０８の自由端が上連結部材１１２で回転可能に連結され、短アーム１０６の自由端と長アーム１１０の自由端が下連結部材１１４で回転可能に連結されている。
【００５８】
すなわち、２つのトグル機構が対向配置されて平行四辺形のフレームを構成し、このフレームの長い方の対角線上に、回転支承１００、１０２が位置する構成である。
【００５９】
また、上記のフレームの中には、さらに、２つのトグル機構が対向配置されて平行四辺形のフレームを構成している。
【００６０】
すなわち、上連結部材１１２へ長アーム１１６の端部と短アーム１１８の端部が連結され、下連結部材１１４に短アーム１２０の端部と長アーム１２２の端部が連結されている。そして、長アーム１１６の自由端と短アーム１２０の自由端が連結部材１２４で回転可能に連結され、長アーム１２２の自由端と短アーム１１８の自由端が連結部材１２６で回転可能に連結されている。これにより、フレームの長い方の対角線上に、上連結部材１１２と下連結部材１１４が位置する構造である
連結部材１２４と連結部材１２６とは、ダンパー１２８で連結されており、このダンパー１２８で、連結部材１２４と連結部材１２６との間に生じる力を吸収するようになっている。
【００６１】
また、上連結部材１１２には、上端が上梁６８に回転可能に連結されたガイドロッド１３０が、下連結部材１１４には、下端が下梁７４に回転可能に連結されたガイドロッド１３２が連結されている。この構成により、平行四辺形フレームの動きが面内の動きに制限され、制振効果が高まるようになっている。
【００６２】
次に、本形態に係る制振装置の作用を説明する。
図１６に示すように、架構６５が右方向へ水平変形すると、トグル機構を構成する短アーム１０８と長アーム１１０が回転支承１０２を中心に回転運動を行い、上連結部材１１２と下連結部材１１４の間隔が狭くなり、変化量が架構６５の水平変形量より大きくなる。
【００６３】
また、この上連結部材１１２と下連結部材１１４とに連結された平行四辺形フレームの連結部材１２４と連結部材１２６の移動する距離は、上連結部材１１２と下連結部材１１４の移動する距離より幾何学上大きくなる。
【００６４】
これによって、ダンパー１２８のロッド１２８Ａは大きく伸長し、架構６５の振動を制振する。
【００６５】
また、図１７に示すように、架構６５が左方向へ水平変形すると、外側にある平行四辺形フレームは拡がり、上連結部材１１２と下連結部材１１４の間隔が拡がり、内側にある平行四辺形フレームの連結部材１２４と連結部材１２６の間隔は狭くなる。そして、架構６５の変形量よりダンパー１２８のロッド１２８Ａの収縮量が増幅され、架構６５の振動を制振する。
【００６６】
なお、トグル機構の特性上、本形態の制振装置では、左方向の揺れに対する制振効果が若干低下するが、左右対称に制振装置を配置することで対処できる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、汎用のダンパーが使用でき、ダンパーの取付けの自由度が大きくなる。また、ユニット化が可能となり、免震床構造にも使用することができる。さらに、トグル機構を二重に配置することで、変形の増幅倍率を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図２】第１形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図３】第２形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図４】第２形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図５】第２形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図６】第３形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図７】第３形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図８】第３形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図９】第３形態に係る制振装置の変形例を示す側面図である。
【図１０】第３形態に係る制振装置の免震床構造への利用方法を示した正面図である。
【図１１】第３形態に係る制振装置が使用された免震床構造の動きを示した正面図である。
【図１２】第３形態の変形例に係る制振装置の免震床構造への利用方法を示した正面図である。
【図１３】第１形態に係る制振装置が建物間に取付けられた例を示す正面図である。
【図１４】直動式ダンパーを用いた制振装置を示す正面図である。
【図１５】第４形態に係る制振装置の取付状態を示した説明図である。
【図１６】第４形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図１７】第４形態に係る制振装置の作動状態を示した説明図である。
【図１８】従来の制振用ダンパー装置を示した説明図である。
【図１９】従来の制振用ダンパー装置の取付状態を示した説明図である。
【符号の説明】
２４第１アーム
２８第２アーム
３０第１回転ヒンジ
３４第３アーム
３８第４アーム
４０第２回転ヒンジ
４２ダンパー（減衰手段）
４４第１連結板
４６第２連結板
６２ダンパー（減衰手段）
６４コイルばね（減衰手段）
１０４長アーム（外アーム）
１０６短アーム（外アーム）
１０８短アーム（外アーム）
１１０長アーム（外アーム）
１１６長アーム（内アーム）
１１８短アーム（内アーム）
１２０短アーム（内アーム）
１２２長アーム（内アーム）
１２８ダンパー
１３０ガイドロッド（ガイド手段）
１３２ガイドロッド（ガイド手段）

Claims

構造物に作用する外力によって相対変形する第１構材と第２構材に取付けられ、構造物の振動を抑える制振装置において、
前記第１構材の一の部位に端部が回転可能に取付けられた第１アームと、前記第２構材の一の部位に端部が回転可能に取付けれられた第２アームと、前記第１アームと前記第２アームの自由端を回転可能に連結する第１回転ヒンジと、前記第１構材の他の部位に端部が回転可能に取付けられた第３アームと、前記第２構材の他の部位に端部が回転可能に取付けれられた第４アームと、前記第３アームと前記第４アームの自由端を回転可能に連結する第２回転ヒンジと、前記第１アームと前記第２アームとが交わる角度と前記第３アームと前記第４アームとが交わる角度が所定の角度となるように、前記第１回転ヒンジと前記第２回転ヒンジとを連結する減衰手段と、を有することを特徴とする制振装置。
構造物に作用する外力によって相対変形する第１構材と第２構材に取付けられ、構造物の振動を抑える制振装置において、
前記第１構材の一の部位に端部が回転可能に取付けられた第１アームと、前記第２構材の一の部位に端部が回転可能に取付けれられた第２アームと、前記第１アームと前記第２アームの自由端を回転可能に連結する第１回転ヒンジと、前記第１構材の他の部位に端部が回転可能に取付けられた第３アームと、前記第２構材の他の部位に端部が回転可能に取付けれられた第４アームと、前記第３アームと前記第４アームの自由端を回転可能に連結する第２回転ヒンジと、前記第１アームと前記第２アームとが交わる角度と前記第３アームと前記第４アームとが交わる角度が所定の角度となるように、前記第１アームと前記第３アーム及び前記第２アームと前記第４アームを連結する複数の減衰手段と、を有することを特徴とする制振装置。
前記第１アームの端部を前記第１構材に替えて第１連結板の一の部位に回転可能に取付け、前記第２アームの端部を前記第２構材に替えて第２連結板の一の部位に回転可能に取付け、前記第３アームの端部を前記第１構材に替えて第１連結板の他の部位に回転可能に取付け、前記第４アームの端部を前記第２構材に替えて第２連結板の他の部位に回転可能に取付けたこと、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制振装置。