JP5101078B2 - 柱状体の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、下部で支持され上部が開放された片持ち型または門型で設置面から高く起立して設置される柱状体の制振構造に関するものである。

従来、建築物に付随するテレビアンテナ支持鋼管や避雷針支持柱、或いは道路や鉄道架線上に設置される道路標識塔、電灯、街灯、電柱、架線支持柱等の柱状構造体の下端部が固定された片持ち型或いは門型の柱状体が設置されている。

建築物で使用するテレビ放送受信に用いるアンテナ装置や避雷針は高所に設置されるため、風によってアンテナ及びアンテナ支持鋼管、避雷針が振動する。また、道路、鉄道架線上に設置される道路標識塔、電灯、街灯、電柱、架線支持柱等は車両走行時や風による振動が柱状体に伝達されて振動する。

この振動は、建築物に付随するアンテナ及びアンテナ支持鋼管、避雷針等は風による繰り返しの振動による材料疲労により破損を招く他、建物構造躯体と緊結されているため、建物構造躯体へ振動が伝達され、建物住戸内で異音を発生させる要因となり、居住者に対して不安感を与える。また、道路、鉄道架線上に設置される柱状体についても繰り返しの振動による疲労破壊を生じたりすることがある。

従来では上記振動を制御するために様々な制振装置が提案されている。例えば、特開２００２−１８８３２１号公報（特許文献１）には、鉄塔のベース上に高減衰ゴム支承を介在させて支柱を支持する載架部材が固定され、塔体の下端部が建物の屋上構造に対してピンまたはピンローラと見なせる構造で支持された制振構造が提案されている。

また、特開平１０−０９６２８０号公報（特許文献２）、特開平１０−１２１７７９号公報（特許文献３）には、柱状体上部に液体、粉粒体、球体を設置したものが提案されており、特開２００３−３２８５９０号公報（特許文献４）には柱状体中空部に弾性体付きケーブルを設置したものが提案されている。

また、実開平０２−００６８３５号公報（特許文献５）には柱状体内部にシリコンオイル、水、砂のような流動性物質を封入した容器を柱状体に結合することで振動を制御するものが提案されており、特開２００５−１７２２１０号公報（特許文献６）には柱状体中空部に高減衰ゴムを介して吊り下げた錘を設置したものが提案されている。。

特開２００２−１８８３２１号公報（図２） 特開平１０−０９６２８０号公報 特開平１０−１２１７７９号公報 特開２００３−３２８５９０号公報 実開平０２−００６８３５号公報 特開２００５−１７２２１０号公報

しかしながら、前述の特許文献１の技術では、鉄塔のベース上に高減衰ゴム支承を介在させて支柱を支持する載架部材が固定されるものの高減衰ゴム支承により高周波成分の振動は減衰出来ても低周波成分の振動が残るという問題があった。

また、特許文献２，３の技術では、柱状体上部の高所に液体、粒状体、球体を設置しなければならないため設置やメンテナンスが困難である。

また、特許文献４，５の技術では、柱状体中空部に弾性体付きケーブルを設置したり、柱状体内部にシリコンオイル、水、砂のような流動性物質を封入した容器を柱状体に結合することで振動を制御するため柱状体の大きさや重さにより内部設置物も変えなくてはならず設置物毎に設計値を変えなくてはならないという問題がある。

また、特許文献６の技術では、柱状体中空部に高減衰ゴムを介して吊り下げた錘を設置したため錘の衝突音が発生し、錘の衝突により内部が損傷する虞もある。

また、上記特許文献２〜６の技術では、基本的に対応する周波数が１０Ｈｚ以下の低周波数には対応出来るが、音の領域である２０Ｈｚ以上の周波数帯域での効果が得られ難いという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、高周波成分と低周波成分の外部振動及び騒音に対する制振効果と防音効果が得られる柱状体の制振構造を提供せんとするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る柱状体の制振構造の第１の構成は、柱状体と、前記柱状体の下部側面を把持して支持する柱状体支持部材と、前記柱状体支持部材の下面に装着される第１の減衰部材と、前記第１の減衰部材の下面に装着される中間部材と、前記中間部材の下面に装着される第２の減衰部材と、前記第２の減衰部材の下面に位置し、建物躯体に連結した脚部材とを有し、前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材と前記中間部材の非接触状態を維持するように固定され、前記第２の減衰部材は、前記中間部材と前記脚部材とを連結する固定具によって圧接固定されたことを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造の第２の構成は、前記第１の構成において、前記柱状体支持部材の下面が前記柱状体の軸心に対し径外方向に延在する下フランジ部として形成されると共に、前記中間部材には、前記柱状体支持部材の下面に対向する上フランジ部が設けられており、前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材の下フランジ部と前記中間部材の上フランジ部との間で前記柱状体の軸心周りに互いの間隔を等間隔として複数設けられていることを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造の第３の構成は、前記第２の構成において、前記中間部材の上フランジ部は円形状に形成されており、前記第１の減衰部材は、前記中間部材の上フランジ部の円周を数等分する位置に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造の第４の構成は、前記第１〜第３の構成において、前記柱状体支持部材は、前記柱状体の周面を圧接して保持する把持部材を備えると共に、前記中間部材は、前記柱状体支持部材の前記把持部材に把持された前記柱状体の下端部を挿通する筒状部を備え、前記筒状部の内部には、発泡弾性体が嵌入されており、該発泡弾性体を介して前記柱状体の下端部が前記中間部材の前記筒状部内に収納されていることを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造の第５の構成は、前記第１〜第４の構成において、前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材に固定されると共に前記中間部材に固定され、これら柱状体支持部材と中間部材とは、前記第１の減衰部材を介してのみ連結されていることを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造の第６の構成は、前記第１〜第５の構成において、前記第２の減衰部材は、前記中間部材と前記脚部材の間にてこれらに圧接固定されていることを特徴とする。

本発明に係る柱状体の制振構造によれば、柱状体支持部材と中間部材との間の水平変位が大きく、かつ高い位置に第１の減衰部材のみを配置したので低周波の大きな変位を伴う振動を減衰させることができ、中間部材と脚部材との間の水平変位の小さな低い位置にはボルト等の固定具を用いて第２の減衰部材を配置したので、柱状体に加わる水平荷重に対する反力を確実にとりつつも高周波の微振動を減衰させることが出来、低周波域から高周波域まで広範囲にわたって振動を減衰させ、繰り返しによる疲労や音の発生に対して優れた効果を発揮することが出来る。

図により本発明に係る柱状体の制振構造の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る柱状体の制振構造を示す斜視説明図、図２は本発明に係る柱状体の制振構造を示す断面説明図、図３は第１の中空部材の構成を示す図、図４は柱状体支持部の第２の中空部材の構成を示す図、図５は柱状体支持部の把持部材の構成を示す図、図６（ａ）は第１の減衰部材の構成を示す図、図６（ｂ）は台座プレートの構成を示す図、図７は発泡弾性体の構成を示す図、図８は第２の減衰部材の構成を示す図、図９は等価粘性減衰定数Ｈeqを説明する図である。

図１及び図２において、１は下部で支持され上部が開放された片持ち型または門型で設置面から高く起立して設置される柱状体２の制振構造である。柱状体２の具体例としては、建築物に付随するテレビアンテナ支持柱や避雷針支持柱等がある。

例えば、柱状体２が建物の陸屋根に設置される場合、図１に示すように、設置部は鉄骨造の建物躯体の直交する２方向の梁材３に渡して該梁材３のそれぞれのウエブ３ａに接合されたＬ字形状の設置部材17の角部に連結された脚部材４により構成される。円柱状の脚部材４は天面にネジ孔４ａが形成されており、屋上のＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）床パネル18に穿たれた貫通穴に挿通されて屋根防水シート面から突出される。

建物躯体に連結した脚部材４の中間部には梁材３の上フランジ３ｂ面と同じ高さに配置された床パネル支持プレート４ｂが設けられており、欠損部となる貫通穴が穿たれたＡＬＣ床パネル18が梁材３の上フランジ３ｂと床パネル支持プレート４ｂ上に載置されて安定して支持される。また、直交する２方向の梁材３の下フランジ３ｃには火打ち梁状の補強バー19が掛け渡されて固定される。

脚部材４の天面には方形状の台座プレート５が載置され、台座プレート５に形成された貫通孔５ｂにボルト８を挿通し、脚部材４のネジ孔４ａに螺合締結することにより台座プレート５が脚部材４に固定される。

台座プレート５には第２の減衰部材６を介在させて中間部材となる第１の中空部材７が連結される。第１の中空部材７は図３に示すように、筒状部７ａの両端部に上下フランジ部７ｂ，７ｃが設けられている。下フランジ部７ｃは台座プレート５の外形と略同形の方形状で構成され、台座プレート５上の該台座プレート５の外形と略同形の方形状で構成された第２の減衰部材６を載置し、該第２の減衰部材６上に下フランジ部７ｃを載置して積層し、台座プレート５に設けられた貫通孔５ａと第２の減衰部材６に設けられた貫通孔６ａと、下フランジ部７ｃに設けられた貫通孔7c1にボルト８を挿通し、ナット９を所定のトルクで締結することにより台座プレート５に第１の中空部材７が連結される。尚、図３中、７ｄは中空部材７の内部に浸入した水を排出する為の水抜き溝である。

本実施形態では、中間部材となる第１の中空部材７は第１の減衰部材12の下面に装着され、脚部材４は第２の減衰部材６の下面に位置する。

図６に示すように、中間部材となる第１の中空部材７の下面に装着される第２の減衰部材６には台座プレート５を脚部材４に固定したボルト８の頭部の外径よりも大きな径を有する貫通孔６ｂが形成されており、第２の減衰部材６を介在して台座プレート５に第１の中空部材７の下フランジ部７ｃを連結した際に該ボルト８の頭部が第２の減衰部材６と干渉するのを防いでいる。また、第２の減衰部材６の厚さはボルト８の頭部の高さよりも大きくなるように設定されており、ボルト８の頭部が干渉することなく台座プレート５と第２の減衰部材６と下フランジ部７ｃとが互いの層間で密接される。

このように、第２の減衰部材６は、中間部材となる第１の中空部材７と、脚部材４とを連結する固定具となるボルト８及びナット９によって圧接固定されている。

第２の減衰部材６としては、振動エネルギーに対する減衰性能を有するものであれば特に限定されないが、弾性材料を用いることが好ましい。例えば、ノルボルネン系ポリマー天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルトリルゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、ブチル系ゴム、ＩＩＲ（イソブチレンイソプレンゴム）系ゴム（ブチルゴム) 及びＥＰＤＭ（Ethylene Propylene Diene Methylene Linkage；エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）ゴム等を単独または混合して所定の減衰性能をもつ組成物として用いることが出来る。

第１の中空部材７の内部で下フランジ部７ｃ上には図７に示す発泡弾性体11が嵌入されており、該発泡弾性体11に設けられた溝部11ａに柱状体２の下端部２ａが挿入されて該柱状体２の下端部２ａが発泡弾性体11を介して下フランジ部７cの上に載置される。発泡弾性体11はスポンジ硬度（JIS S 6050に準ずる）が４０以下のスポンジゴム等からなる発泡粘弾性体により構成される。

尚、発泡弾性体11を省略して、第１の中空部材７の筒状部７ａの内径が外力による柱状体２の振動時の該柱状体２の下端部２ａの最大振幅よりも大きな内径を有して構成し、柱状体２の下端部２ａを筒状部７ａの内部に挿入して柱状体２を下フランジ部７ｃから浮かした状態、即ち柱状体２のからの鉛直荷重は後述する把持部材13で支持するように固定することでも良い。

中間部材となる第１の中空部材７の円形状の上フランジ部７ｂには図８に示す第１の減衰部材12を介在させて柱状体２を締結する把持部材13が連結されている。第１の減衰部材12は主鎖に「Ｃ（炭素）−Ｃ（炭素）結合」を有する基材ゴム１００重量部に対してシリカを１００重量部〜１５０重量部添加し、そのシリカに対してシラン化合物を１０重量％〜３０重量％配合した高減衰ゴムにより構成される。

図８に示すように、第１の減衰部材12は、円板状の粘弾性体からなり、その両面に接着剤等により固着された十字に交差する短冊形状の接合片14，15が設けられている。

そして、一方の接合片14が第１の中空部材７の上フランジ部７ｂに載置されて、該上フランジ部７ｂに設けられた貫通孔7b1と接合片14に設けられた貫通孔14ａにボルト８が挿入され、該ボルト８にナット９を螺合締結して固定される。

本実施形態では、図３に示すように、上フランジ部７ｂの円周を３等分する位置に一対の貫通孔7b1が設けられており、図２に示すように、第１の減衰部材12が１２０度ずつずれた位置に３組配置される。

尚、第１の減衰部材12の配置個数は本実施形態のように３組に限定されるものではなく、減衰効果に方向性が生じないように他の複数組みの第１の減衰部材12を配置しても良いし、リング状等の環状で構成される第１の減衰部材12を上フランジ部７ｂ上に配置しても良い。この場合、第１の中空部材７の上フランジ部７ｂと第２の中空部材16の下フランジ部16ｃとの両面に第１の減衰部材12を接着剤等により固着すれば良い。

柱状体２の下部側面を把持して支持する柱状体支持部材22は、図４に示す第２の中空部材16と、図５に示す把持部材13とで構成される。第１の減衰部材12は、柱状体支持部材22と、中間部材となる第１の中空部材７とに対して非接触状態を維持するように固定される。

第２の中空部材16は、図４に示すように、柱状体２が挿通される内径を有する筒状部16ａと、該筒状部16ａの両端部に設けられた上下フランジ部16ｂ，16ｃとを有して構成されており、柱状体支持部材22の下面に装着される第１の減衰部材12の他方に接合された接合片15上には、第２の中空部材16の下フランジ部16ｃが載置され、該下フランジ部16ｃに設けられた貫通孔16c1と接合片15に設けられた貫通孔15ａにボルト８が挿入され、該ボルト８にナット９を螺合締結して固定される。

把持部材13は、図５に示すように、全体が２分割された一対の半筒状部13ａとその両側部に設けられた鍔部13ｂと、半筒状部13ａの一端部に設けられた下フランジ部13ｃとを有して構成されており、一対の半筒状部13ａを合わせて構成される筒状部の内部に柱状体２が挿通された状態で半筒状部13ａの内面側にゴムパッド20等を介して柱状体２の周面に圧接し、鍔部13ｂに設けた貫通孔13b1にボルト８が挿入され、該ボルト８にナット９を螺合締結して固定し柱状体２が把持部材13により把持される。

また、第２の中空部材16の上フランジ部16ｂ上には把持部材13の下フランジ部13ｃが載置され、該下フランジ部13ｃに設けられた貫通孔13c1と第２の中空部材16の上フランジ部16ｂに設けられた貫通孔16b1にボルト８が挿入され、該ボルト８にナット９を螺合締結して固定される。

図５に示すように、２分割される一方の把持部材13の下フランジ部13ｃに設けられる貫通孔13c1は丸孔の代わりに長孔が形成されており、これにより柱状体２の外径に合わせて把持部材13を第２の中空部材16に確実に固定することが出来る。また、図５に示すように、２分割される把持部材13の互いに対向する鍔部13ｂ同士の離間間隔が異なるように設定されており、これにより柱状体２の外径に合わせて把持部材13を該柱状体２に確実に固定することが出来る。

上記の通り、柱状体支持部材22は、柱状体２を支持しその荷重の一部または全部を下部構造体に伝達する。

上記構成によれば、柱状体２に風や外部振動等の外力が入力され、該柱状体２に振動が発生すると、把持部材13及び第２の中空部材16に柱状体２の振動が伝達され変位を伴う。第２の中空部材16と第１の中空部材７との間に設けられた第１の減衰部材12により柱状体２から把持部材13及び第２の中空部材16に伝達された振動及び変位を吸収し、第１の中空部材７には伝達されない。

また、柱状体２本体からの振動伝搬については発泡弾性体11を介して設置することや柱状体２本体を遊動可能に浮遊させることにより振動伝達を防止する。更に変位を伴わない高周波振動（微振動）については台座プレート５と第１の中空部材７の下フランジ部７ｃとの間に介在させた第２の減衰部材６により高周波振動の振動エネルギーを吸収する。

また、柱状体２の外側で且つ下端部に納める制振構造であるため適用出来る柱状体２自体の構造に制約がなく、しかも高所作業を伴わずに設置出来るためメンテナンスも容易であり、費用も安価に出来る。

本発明の活用例として、下部で支持され上部が開放された片持ち型または門型で設置面から高く起立して設置される柱状体の制振構造に適用出来、特に建築物に付随するテレビアンテナ支持鋼管や避雷針支持柱、或いは道路や鉄道架線上に設置される道路標識塔、電灯、街灯、電柱、架線支持柱等の柱状構造体の下端部が固定された片持ち型或いは門型の柱状体に広く適用出来る。

本発明に係る柱状体の制振構造を示す斜視説明図である。 本発明に係る柱状体の制振構造を示す断面説明図である。 第１の中空部材の構成を示す図である。 第２の中空部材の構成を示す図である。 締結部材の構成を示す図である。 （ａ）は第１の減衰部材の構成を示す図、（ｂ）は台座プレートの構成を示す図である。 発泡弾性体の構成を示す図である。 第２の減衰部材の構成を示す図である。 等価粘性減衰定数Ｈeqを説明する図である。

１…制振構造
２…柱状体
２ａ…下端部
３…梁材
３ａ…ウエブ
３ｂ…上フランジ
３ｃ…下フランジ
４…脚部材
４ａ…ネジ孔
４ｂ…床パネル支持プレート
５…台座プレート
５ａ，５ｂ…貫通孔
６…第２の減衰部材
６ａ，６ｂ…貫通孔
７…第１の中空部材
７ａ…筒状部
７ｂ，７ｃ…上下フランジ部
7b1，7c1…貫通孔
７ｄ…水抜き溝
８…ボルト
９…ナット
10…ヒステリシス曲線
11…発泡弾性体
11ａ…溝部
12…第１の減衰部材
13…締結部材
13ａ…半筒状部
13ｂ…鍔部
13ｃ…下フランジ部
13c1…貫通孔
14，15…接合片
14ａ，15ａ…貫通孔
16…第２の中空部材
16ａ…筒状部
16ｂ，16ｃ…上下フランジ部
16b1，16c1…貫通孔
17…設置部材
18…ＡＬＣ床パネル
19…補強プレート
20…ゴムパッド
22…柱状体支持部材

Claims (6)

1. 柱状体と、
   前記柱状体の下部側面を把持して支持する柱状体支持部材と、
   前記柱状体支持部材の下面に装着される第１の減衰部材と、
   前記第１の減衰部材の下面に装着される中間部材と、
   前記中間部材の下面に装着される第２の減衰部材と、
   前記第２の減衰部材の下面に位置し、建物躯体に連結した脚部材と、
   を有し、
   前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材と前記中間部材の非接触状態を維持するように固定され、
   前記第２の減衰部材は、前記中間部材と前記脚部材とを連結する固定具によって圧接固定されたことを特徴とする柱状体の制振構造。
2. 前記柱状体支持部材の下面が前記柱状体の軸心に対し径外方向に延在する下フランジ部として形成されると共に、前記中間部材には、前記柱状体支持部材の下面に対向する上フランジ部が設けられており、
   前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材の下フランジ部と前記中間部材の上フランジ部との間で前記柱状体の軸心周りに互いの間隔を等間隔として複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の柱状体の制振構造。
3. 前記中間部材の上フランジ部は円形状に形成されており、前記第１の減衰部材は、前記中間部材の上フランジ部の円周を数等分する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の柱状体の制振構造。
4. 前記柱状体支持部材は、前記柱状体の周面を圧接して保持する把持部材を備えると共に、
   前記中間部材は、前記柱状体支持部材の前記把持部材に把持された前記柱状体の下端部を挿通する筒状部を備え、
   前記筒状部の内部には、発泡弾性体が嵌入されており、該発泡弾性体を介して前記柱状体の下端部が前記中間部材の前記筒状部内に収納されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の柱状体の制振構造。
5. 前記第１の減衰部材は、前記柱状体支持部材に固定されると共に前記中間部材に固定され、これら柱状体支持部材と中間部材とは、前記第１の減衰部材を介してのみ連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の柱状体の制振構造。
6. 前記第２の減衰部材は、前記中間部材と前記脚部材の間にてこれらに圧接固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の柱状体の制振構造。

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