JP5015647B2 - Vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の振動を制御する制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device that controls vibration of a structure.
ライブハウスや多目的ホール等において大人数の観客が音楽に合わせて連続した跳躍運動を行った場合、又は、工場においてプレス機械等が連続稼動した場合に振動が発生する。この振動は、当該建物の周辺の建物に基礎や地盤を経由して伝播し、上下の振動を誘発して、不快な振動として感じられる。 Vibration occurs when a large number of spectators perform a jumping movement in concert with music in a live house or multipurpose hall, or when a press machine or the like continuously operates in a factory. This vibration propagates to buildings around the building via the foundation and the ground, induces vertical vibrations, and is felt as an unpleasant vibration.
この不快な振動を解消するため、当該振動を打ち消す振動を強制的に発生させて制振を行う制振装置を振動発生源の周辺の建物に設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In order to eliminate this unpleasant vibration, there is one in which a vibration control device that forcibly generates vibration to cancel the vibration is provided in a building around the vibration generation source (for example, see Patent Document 1). .
特許文献1の制振装置は、建物に設置した振動センサで計測された振動情報に基づいて上下方向に制振力を発生するアクティブ制振装置を設けることで、隣接する工場から当該建物に伝播する振動の制振を行っている。 The vibration damping device of Patent Document 1 is propagated from an adjacent factory to the building by providing an active vibration damping device that generates a vibration damping force in the vertical direction based on vibration information measured by a vibration sensor installed in the building. The vibration is controlled.
しかしながら、特許文献1の制振装置は、振動発生源の振動を制振するものではないため、振動発生源の周囲の建物全てに制振装置を設けなければならなかった。
本発明は、振動発生源となる建物から周囲の建物へ伝わる振動を制振する制振装置を得ることを目的とする。 The present invention aims to obtain a vibration damping device for damping the vibrations transmitted to the surrounding buildings from the building as a vibration generating source.
本発明の請求項1に係る制振装置は、建物に設けられ、上下方向に発生する当該建物の振動数と振幅を計測する計測手段と、前記建物の柱に設けられ、前記建物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、前記計測手段で計測された前記建物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、を有することを特徴としている。 Vibration damping device according to claim 1 of the present invention is provided in a building, a measuring means for measuring the frequency and amplitude of the buildings generated in the vertical direction, provided on the pillar of the building, the vibration of the building Damping means for generating a damping force in the vertical direction to cancel, and control means for controlling the magnitude of the damping force based on the vibration frequency and amplitude of the building measured by the measuring means. It is a feature.
上記構成によれば、集団で人が跳躍するなどして建物に上下方向の振動が発生すると、該振動は柱に伝わる。このとき、計測手段によって上下方向の振動数と振幅が計測される。 According to the above configuration, when a vertical vibration is generated in the building due to a person jumping in a group, the vibration is transmitted to the column . At this time, the frequency and amplitude in the vertical direction are measured by the measuring means.
続いて、計測手段で計測された振動数と振幅に基づいて、制御手段が制振手段の制振力の大きさを制御する。 Subsequently, the control means controls the magnitude of the damping force of the damping means based on the vibration frequency and amplitude measured by the measuring means.
これにより、振動発生源である建物の上下方向の振動が集中する柱で、自ら振動を打ち消すので、地盤を通じて周囲の建物に振動が伝わることがなくなる。 As a result, the vertical vibration of the building that is the source of vibration is concentrated on the pillar, and the vibration is canceled by itself, so that the vibration is not transmitted to the surrounding buildings through the ground.
本発明の請求項2に係る制振装置は、前記制振手段が、上下方向に振動可能な加振部と、前記加振部と前記柱との間に設けられ剛性が変更可能な剛性可変手段と、を有し、前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記剛性可変手段の剛性を変化させることを特徴としている。 The vibration damping device according to claim 2 of the present invention is characterized in that the vibration damping means is provided with a vibration part that can vibrate in the vertical direction, and a rigidity variable that is provided between the vibration part and the column so that the rigidity can be changed. And the control means vibrates the excitation unit based on the amplitude, and changes the rigidity of the rigidity variable means based on the frequency.
上記構成によれば、建物の振動を打ち消すときに、加振部の振動によって振幅が調整され、剛性可変手段の剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。 According to the above configuration, when canceling the vibration of the building, the amplitude is adjusted by the vibration of the excitation unit, and the frequency is adjusted by changing the stiffness of the stiffness varying means. Can be controlled.
本発明の請求項3に係る制振装置は、前記剛性可変手段が、前記柱に形成された前記加振部の収容部の天井壁と底壁に設けられたことを特徴としている。
The vibration damping device according to
上記構成によれば、剛性可変手段が、加振部の収容部の天井壁と底壁にあり、加振部を支持しているため、加振部が上方向、下方向いずれに移動しても制振力が発生する。 According to the above configuration, since the stiffness variable means is on the ceiling wall and the bottom wall of the housing portion of the vibration portion and supports the vibration portion, the vibration portion moves either upward or downward. Damping force is also generated.
これにより、加振手段が小型のものであっても、制振力を増幅することが可能となる。 Thereby, even if the vibration means is small, it is possible to amplify the vibration damping force.
本発明の請求項4に係る制振装置は、前記天井壁と前記底壁に固有の剛性を有する補助部材を設けたことを特徴としている。 A vibration damping device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that auxiliary members having inherent rigidity are provided on the ceiling wall and the bottom wall.
上記構成によれば、加振部と収容部の天井壁と底壁との間に固有の剛性を有する補助部材が設けられており、補助部材が加振部を固有の剛性で支持するため、加振部の振動が安定し、制振力が安定する。 According to the above configuration, the auxiliary member having inherent rigidity is provided between the excitation wall and the ceiling wall and the bottom wall of the housing unit, and the auxiliary member supports the excitation unit with inherent rigidity. The vibration of the excitation unit is stabilized and the damping force is stabilized.
また、剛性可変手段部の負担が小さくなるため、コンパクトに設計できる。 In addition, since the burden on the stiffness variable means portion is reduced, the design can be made compact.
本発明は、上記構成としたので、振動発生源となる構造物から周囲の構造物に振動が伝わりにくくなる。 Since the present invention has the above-described configuration, vibrations are not easily transmitted from the structure serving as the vibration generation source to the surrounding structures.
本発明の制振装置の実施形態を図面に基づき説明する。 An embodiment of a vibration damping device of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、地面20上に建物10が構築されている。
As shown in FIG. 1, a
建物10は、地盤22の鉛直方向にコンクリート等で構成される杭12が形成され、杭12上にH鋼からなる複数の柱14と複数の梁16が組み上げられ固定されることで構築される。また、建物10には、最上階に大人数を収容するホール24が設けられている。
The
ホール24直下の複数の柱14Aの中央部14Bには、ホール24の床部18で発生する振動(矢印A)を打ち消す振動(矢印B)を発生させる制振装置100が内包されている。
A
ホール24の床部18には、ホール24で発生する振動の振幅及び周波数を計測する振動センサ26が設けられている。
A
また、ホール24の下の階には、振動センサ26で計測された振動の振幅及び周波数に基づいて、制振装置100の振動を制御する制御装置30が設けられている。制御装置30と振動センサ26は、通電可能なケーブル28で接続され、制御装置30と制振装置100は、同様に通電可能なケーブル32で接続されている。
A
制御装置30は、図示しない電源を内包しており、制御装置30が電源を駆動することで外部に電力供給可能となっている。
The
図2aに示すように、中央部14Bのフランジの間には、鋼板からなり水平方向に広がる天井壁104及び底壁106が溶接され、中央部14Bのウェブの両側には、天井壁104、及び底壁106で囲まれる収容部107A及び収容部107Bが形成されている。
As shown in FIG. 2a, a
収容部107A及び収容部107Bには、それぞれ制振装置100が収容されている。なお、収容部107A及び収容部107Bにおける制振装置100は同様の構成のため、収容部107Bにおける制振装置100については説明を省略する。
The
次に制振装置100について説明する。
Next, the
図2a及び図2bに示すように、制振装置100は、振動を発生させる加振部108と、加振部108で発生した振動数を調整して天井壁104及び底壁106に伝達する振動調整部110とで構成されている。
2A and 2B, the
加振部108は、底板118上にチャンネル型鋼2本を対向させ立設して構成された支柱120と、支柱120の両側に立設された2本の補助支柱126と、中空筒状で支柱120に外挿される可動部122と、支柱120及び補助支柱126で支持される天板116とを備えている。
The
支柱120の中央部には、可動部122の支持部材128が上下方向へ移動可能に位置している。また、可動部122と支持部材128の間には、隙間部121が形成されている。さらに、支柱120を構成するチャンネル型鋼の内側(ウェブ)には、複数の磁石142が鉛直方向に並べて固定されている。
A
支持部材128の中央には、図示しない芯金に通電可能なコイルが複数回巻き掛けられた電磁コイル130が固定されている。これにより、電磁コイル130と可動部122が一体で、支柱120の外周面に沿って移動可能となっている。
An electromagnetic coil 130 is fixed at the center of the
電磁コイル130には、通電可能なケーブル132の一端が接続されている。ケーブル132の他端は、前述のケーブル32(図1参照)に接続されており、ケーブル32及びケーブル132を介して、電磁コイル130と制御装置30が接続されている。
One end of a
可動部122の一方の端面には、鋼板からなるウェイト124が、図示しないボルト及びナット等の固定手段で交換可能に固定されている。ウェイト124の重量を変えることで、可動部122の重量が変更可能となっている。
A
ここで、制御装置30から電磁コイル130に通電されると、電磁コイル130の周囲に磁界が発生し、この磁界と前述の磁石142の磁界との反発力によって可動部122が支柱120に沿って移動する。可動部122の移動方向は、電磁コイル130への通電方向によって変わり、制御装置30が通電方向を適宜変更することで、可動部122が上下方向(矢印F方向)に移動するようになっている。可動部122の上下方向の移動により、加振部108が振動する。
Here, when the electromagnetic coil 130 is energized from the
一方、振動調整部110は、所定のバネ定数(固有の剛性)のスプリング112と、注入された空気の圧力によって剛性が変化する空気バネ114とで構成されている。
On the other hand, the
スプリング112及び空気バネ114の一端は、天井壁104又は底壁106に固定され、他端は天板116又は底板118に固定されている。
One end of the
図3aに示すように、空気バネ114には、配管152の一端が接続され、配管152の他端は、図示しない空気ボンベ又はコンプレッサー等の給気手段に接続されている。また、配管152の経路途中には、配管152を閉止又は開放する切換弁150が設けられている。給気手段及び切換弁150は、前述の制御装置30によって駆動制御される。
As shown in FIG. 3a, one end of a
ここで、前述の給気手段によって空気バネ114に空気が供給(矢印G)され、又は供給停止されると、空気バネ114のバネ定数が変化する。これにより、振動調整部110の剛性を変えて、前述の加振部108(図2参照)で発生する振動数を可変としている。
Here, when air is supplied (arrow G) to the
なお、本実施形態では、振動調整部110に空気バネ114を用いているが、その他の剛性を変える(バネ定数を変える)手段として、例えば、図3bに示すように、板バネ156の支点間距離を変更する構成を利用できる。
In this embodiment, the
図3bに示すように、前述の天板116上に支持部材154が設けられ、支持部材154の上端部に板バネ156の中央部が固定されている。
As shown in FIG. 3 b, a
一方、板バネ156と対向する位置には、1組の支持板158がスライド可能に設けられた天井壁160が設けられている。支持板158には、板バネ156を挿通可能な開口部(図示せず)が形成されている。
On the other hand, a
ここで、板バネ156の両端部に支持板158の開口が外挿されることにより、板バネ156が支持板158を支点として支持される。
Here, the opening of the
板バネ156の剛性は、支持板158を矢印K方向にスライドさせて、1組の支持板158の間の距離(支点間距離)を変えることで、変更可能となっている。
The rigidity of the
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described.
図1及び図2に示すように、ホール24でコンサート等が行われ、音のリズムに合わせて集団で人が跳躍すると、建物10の床部18が上下方向に振動する。床部18で発生した振動波A(振幅a、周期T1、振動数1/T1とする)は、柱14Aに集中して伝播する。
As shown in FIGS. 1 and 2, when a concert or the like is performed in the
振動センサ26は、この振動波Aの振幅a、周期T1、及び振動数1/T1を計測し、制御装置30にデータを送信する。
The
続いて、制御装置30が、振動波Aと1/2周期ずれている振動波B(振幅a、振動数1/T1)の振動を発生させるように電磁コイル132に通電し、加振部108が振動する。加振部108の振動は、スプリング112及び空気バネ114の剛性により振動数が調整される。
Subsequently, the
柱14Aに伝播した振動波Aは、加振部108で発生し、振動調整部110で調整された振動波Bの制振力によって打ち消されるので、制振部14Bより下方に振動が伝播することがなくなる。なお、振動センサ26で微弱な振動が測定される場合には、制御装置30が、電磁コイル130への通電及び空気バネ114の空気圧を調整して適宜フィードバック制御を行うことで、振動波Aが制振される。
Since the vibration wave A propagated to the
次に、ホール24における振動波の振動数及び振幅が変わるときの制振について説明する。
Next, vibration suppression when the vibration frequency and amplitude of the vibration wave in the
図1及び図4に示すように、ホール24において、例えばコンサートが行われ、1番目の曲に合わせて集団の人が跳躍し、そのとき発生した振動波を打ち消すための振動波がグラフC(振幅b、周期T2、振動数1/T2)だったとする。
As shown in FIGS. 1 and 4, in the
ここで、1番目の曲が終了し、2番目の曲が開始され、再び曲に合わせて集団の人が跳躍して、グラフAの振動波(振幅a、周期T1、振動数1/T1)が発生したとする。 Here, the first song is finished, the second song is started, and the group of people jumps to the song again, and the vibration wave of graph A (amplitude a, period T1, frequency 1 / T1) Suppose that occurs.
制御装置30は、振動センサ26から送信されるデータ(振幅a、周期T1、振動数1/T1)に基づいて、電磁コイル130(図2b参照)への通電量及び通電方向を変更し、グラフAの振動波と1/2周期ずらすとともに、グラフCの振動波の振幅をbからaに調整する(矢印Y)。
Based on the data (amplitude a, period T1, frequency 1 / T1) transmitted from the
また、制御装置30は、空気バネ114の空気圧を調整して剛性を変化させ、グラフCの振動波の振動数を1/T2から1/T1に調整する(矢印X)。
Further, the
このようにして、加振部108においてグラフBの振動波(振幅a、振動数1/T1、周期T1/2遅れ)が発生し、グラフBの振動波の制振力によってグラフAの振動波が打ち消される。
In this way, the vibration wave of graph B (amplitude a, frequency 1 / T1, period T1 / 2 delay) is generated in the
以上説明したように、振動発生源である建物10は、上下方向の振動が集中する柱14で自ら振動を打ち消すので、地盤22を通じて周囲の建物に振動が伝わらない。
As described above, the
また、建物10で発生した振動(振動波)を打ち消すときに、加振部108の振動によって振幅が調整され、空気バネ114の剛性を変化させることによって振動数が調整されるので、簡易な構成で制振力の大きさを制御できる。
Further, when canceling the vibration (vibration wave) generated in the
さらに、空気バネ114が、加振部108の収容部107A、107Bの天井壁104と底壁106にあることで、加振部108が上方向、下方向いずれに移動しても制振力が発生する。これにより、加振部108が小型のものであっても、制振力を増幅することが可能となる。
Further, since the
また、加振部108の収容部107A、107Bの天井壁104と底壁106に固有の剛性を有するスプリング112が設けられており、スプリング112が加振部108を固有の剛性で支持するため、加振部108の振動が安定し、制振力が安定する。
In addition, a
さらに、空気バネ114の負担が小さくなるため、コンパクトに設計できる。
Further, since the burden on the
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to said embodiment.
振動センサ26は、柱14の際であればどこに設けてもよい。
The
加振装置100は、建物10の構造に応じて杭12の上部又は上端部に設けてもよい。
The
加振部108は、収容部107A、107Bのいずれか一方に設けてもよい。
The
振動調整部110は、3箇所全て空気バネ114で構成してもよい。
The
スプリング112及び空気バネ114の個数は、単数、複数いずれであってもよい。
The number of
10 建物(構造物)
12 杭(杭)
14 柱(柱)
26 振動センサ(計測手段)
30 制御装置(制御手段)
100 制振装置(制振装置)
104 天井壁(天井壁)
106 底壁(底壁)
107A 収容部(収容部)
107B 収容部(収容部)
108 加振部(制振手段、加振部)
110 振動調整部(制振手段、剛性可変手段)
112 スプリング(補助部材)
114 空気バネ(制振手段、剛性可変手段)
10 Building (structure)
12 Pile
14 pillars
26 Vibration sensor (measuring means)
30 Control device (control means)
100 Damping device (damping device)
104 Ceiling wall (ceiling wall)
106 Bottom wall (bottom wall)
107A housing part (housing part)
107B housing part (housing part)
108 Excitation unit (vibration control means, excitation unit)
110 Vibration adjustment unit (vibration control means, stiffness variable means)
112 Spring (auxiliary member)
114 Air spring (vibration control means, rigidity variable means)
Claims (4)
前記建物の柱に設けられ、前記建物の振動を打ち消す上下方向の制振力を発生する制振手段と、
前記計測手段で計測された前記建物の振動数と振幅に基づいて前記制振力の大きさを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする制振装置。 Provided in a building, a measuring means for measuring the frequency and amplitude of the building to be generated in the vertical direction,
A damping means provided on the pillar of the building and generating a damping force in the vertical direction to cancel the vibration of the building ;
Control means for controlling the magnitude of the damping force based on the frequency and amplitude of the building measured by the measuring means;
A vibration damping device comprising:
前記制御手段が、前記振幅に基づいて前記加振部を振動させるとともに、前記振動数に基づいて前記剛性可変手段の剛性を変化させることを特徴とする請求項1に記載の制振装置。 The vibration damping means has a vibration part that can vibrate in the vertical direction, and a rigidity variable means that is provided between the vibration part and the column and that can change rigidity.
2. The vibration damping device according to claim 1, wherein the control unit vibrates the excitation unit based on the amplitude and changes the stiffness of the stiffness varying unit based on the frequency.
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