JP5282416B2 - Isolation method and device for structure living area - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塔状の構造物における居住区の風外力等の外力による揺れを低減できるようにするために用いる構造物居住区の免振方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration isolation method and apparatus for a structure residential area that is used to reduce shaking due to an external force such as a wind external force of the residential area in a tower-like structure.
一般に、塔状の構造物は、減衰が小さい柔軟構造物であるため、風外力により揺れが生じ易く、このような塔状構造物の揺れが生じると、該塔状構造物の居住区(キャビン)内の人が酔ってしまうことがある。しかも、構造物は、高さが高くなると、地震荷重よりも風荷重による揺れの方が問題となり易い。そのため、塔状構造物では居住区の風揺れを低減することが重要な技術課題となっている。 In general, a tower-like structure is a flexible structure with small attenuation, so that it is likely to be shaken by an external wind force. When such a tower-like structure is shaken, a residential area (cabin) of the tower-like structure is generated. ) The people inside may get drunk. Moreover, when the height of the structure is increased, the vibration due to the wind load is more problematic than the earthquake load. Therefore, it is an important technical problem to reduce the wind fluctuation in the residential area in the tower structure.
従来、塔状構造物のような高さの高い構造物に生じる揺れを低減するための対策としては、制振対象となる構造物の上部等に、水平方向に移動可能な可動マスを具備してなるマスダンパ方式の制振装置を設置することが提案されてきている。 Conventionally, as a measure to reduce the shaking generated in a high-profile structure such as a tower-like structure, a movable mass that can move in the horizontal direction is provided on the upper part of the structure to be controlled. It has been proposed to install a mass damper system damping device.
上記マスダンパ方式の制振装置は、可動マスを駆動するアクチュエータの有無によりアクティブ方式とパッシブ方式に分類されている。このうち、パッシブ方式の制振装置は、水平方向に移動可能な可動マスにばね要素及びダンパ要素を取り付けて振動系を構成し、この振動系の固有振動数を、制振対象となる構造物の固有振動数と等しくなるように設定したものである。かかる構成としてあるパッシブ方式の制振装置によれば、構造物が揺れると、その揺れに伴われて可動マスが自然に動くことで、該構造物の揺れを低減できるようにしてある。 The mass damper system damping device is classified into an active system and a passive system depending on the presence or absence of an actuator that drives a movable mass. Among them, the passive vibration damping device is a vibration system in which a spring element and a damper element are attached to a movable mass movable in the horizontal direction, and the natural frequency of the vibration system is determined as a structure to be subjected to vibration damping. Is set to be equal to the natural frequency. According to a passive vibration damping device having such a configuration, when the structure is shaken, the movable mass naturally moves along with the shake so that the shake of the structure can be reduced.
一方、アクティブ方式の制振装置は、制振対象構造物の揺れをセンサで検出し、その検出信号に基いて、アクチュエータを用いて可動マスを積極的に駆動させることで、構造物の揺れを低減させるようにしてある(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。
On the other hand, an active vibration control device detects vibration of a structure to be controlled by a sensor, and based on the detection signal, actively drives a movable mass using an actuator, thereby suppressing the vibration of the structure. It is made to reduce (for example, refer
上記アクティブ方式、パッシブ方式のいずれのマスダンパ方式の制振装置においても、通常、可動マスの質量は、制振対象となる構造物の一般化質量の0.5%〜1%程度で済み、可動マスがコンパクトであるため、多くの構造物に適用されるようになってきている。 In both the active and passive mass damper type damping devices, the mass of the movable mass is usually about 0.5% to 1% of the generalized mass of the structure to be damped. Since the mass is compact, it has been applied to many structures.
ところが、上記のようなマスダンパ方式の制振装置の実際の適用に際しては、制振対象となる構造物の揺れに応じて可動マスを水平方向に往復移動させるときのストローク分を見込んだ設置スペースが必要であり、特に構造物の高さが増加するにつれて、必要とされる可動マスのストロークが大きくなることから、内部がエレベータ等の機械設備によって占有されているような狭隘な塔状構造物では、設置スペースを確保することが難しいというのが実状である。 However, in the actual application of the mass damper type damping device as described above, there is an installation space that allows for the stroke when the movable mass is reciprocated in the horizontal direction according to the vibration of the structure to be controlled. It is necessary, especially as the height of the structure increases, the required stroke of the movable mass increases, so in a narrow tower structure where the interior is occupied by machinery such as an elevator. Actually, it is difficult to secure the installation space.
又、風揺れの低減を目的とする場合、構造物の下部よりも上部の方が作用する風外力が大きくて風揺れが大きくなることに鑑みて、上記マスダンパ方式の制振装置は、構造物の上部に設置することが望ましいが、制約上、構造物の中間部や下部に設置する必要が生じる場合は、可動マスの質量を大きくする必要が生じるか、又は、性能の低下を招いてしまう。 In addition, when the purpose is to reduce the wind fluctuation, the mass damper type vibration damping device described above is structured in consideration of the fact that the wind force is increased due to the larger wind force acting on the upper part than the lower part of the structure. Although it is desirable to install it at the upper part of the structure, if it is necessary to install it at the middle or lower part of the structure due to restrictions, it is necessary to increase the mass of the movable mass, or the performance will be reduced. .
そこで、本発明は、マスダンパ方式の制振装置によることなく塔状の構造物の居住区に生じる揺れを低減でき、しかも、居住区が塔状の構造物の上部、中間部、下部のいずれに位置する場合であっても、該居住区の揺れを抑えることが可能な構造物居住区の免振装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention can reduce the vibration generated in the residential area of the tower-like structure without using the mass damper type vibration damping device, and the residential area can be placed in any of the upper part, the middle part, and the lower part of the tower-like structure. An object of the present invention is to provide a vibration isolation device for a structure residential area that can suppress shaking of the residential area even if it is located.
本発明は、上記課題を解決するために、請求項1に対応して、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention, corresponding to claim 1, is mounted so that the intermediate plate can be relatively moved in one horizontal direction on the upper surface of the support frame attached to the tower-like structure body. The intermediate plate is moved relative to each other by an actuator interposed between the support frame and the intermediate plate, and a living area is arranged on the upper surface of the intermediate plate at right angles to the moving direction of the intermediate plate. It is placed so that it can be moved relative to the horizontal direction, and the living area is moved relative to the support frame by another actuator interposed between the intermediate plate and the living area. when is displaceably supported in a horizontal direction, the supporting frame integral with the structure body arises a horizontal displacement Ri by the shaking by Kazegairyoku, and the support frame By the respective actuators which are interposed between the housing district, in the absolute displacement equal amplitude of vibration of the support frame, with respect to the support frame in opposite phase by causing relative displacement of the said living quarters, the absolute space of the living quarters The isolation method for the residential area of the structure is designed to reduce the displacement.
又、請求項2に対応して、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法とする。
According to
請求項3に対応して、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とする。 Corresponding to claim 3, the intermediate plate is placed on the upper surface of the support frame attached to the tower-shaped structure main body so as to be relatively movable in one horizontal direction, and the support frame and the intermediate plate are The intermediate plate is relatively moved by an actuator interposed therebetween, and the living area is placed on the upper surface of the intermediate plate so as to be relatively movable in a horizontal direction perpendicular to the moving direction of the intermediate plate. Te, the living quarters by a separate actuator is interposed between the intermediate plate and settlements so as to relatively move, it is displaceably supported a residential area in the horizontal direction to the support frame, further to , a sensor for detecting shaking of the support frame shakes Kazegairyoku which together with the above structure body, based on an input signal from the sensor to each of the actuators of the settlements The vibration-isolating device of a structure residential areas having a configuration comprising a control unit which provides a control command so as to reduce the displacement in to space.
又、請求項4に対応して、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とする。
According to
上記各免振装置の構成において、支持フレーム上に支持してなる居住区の外周と上側を覆うフレームを設けて、上記居住区に風外力が直接作用しないようにした構成とする。 In each of the above-described vibration isolation devices, a frame that covers the outer periphery and upper side of a residential area supported on a support frame is provided so that wind force does not directly act on the residential area.
本発明の構造物居住区の免振方法及び装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
(1)塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法、及び、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置としてあるので、構造物本体より居住区を振動絶縁することができて、構造物本体に風外力によるいかなる揺れが生じようとも、居住区の揺れを抑えることができるため、該居住区内の人を風揺れから保護することが可能になる。更に、上記居住区の揺れの低減は、構造物自体の揺れの低減に依存するものではないため、構造物自体に風外力等により生じる揺れを速やかに減衰させるためのマスダンパ方式の制振装置は不要なものとすることができる。
(2)塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法、及び、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とすると、上記(1)と同様の効果に加えて、居住区が支持フレームと共に構造物本体のいかなる高さ位置に配された状態であっても、装置構成の変更や調整を要することなく該居住区の風揺れを確実に抑えることが可能となる。
(3)支持フレーム上に支持してなる居住区の外周と上側を覆うフレームを設けて、上記居住区に風外力が直接作用しないようにした構成とすることにより、制御器による各アクチュエータの制御則をより単純なものとする点で有利な構成とすることができる。
According to the vibration isolation method and apparatus for a structure residential area of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) The intermediate plate is placed on the upper surface of the support frame attached to the tower-shaped structure body so as to be relatively movable in one horizontal direction, and is interposed between the support frame and the intermediate plate. The intermediate plate is moved relative to the intermediate plate by the actuator, and the living area is placed on the upper surface of the intermediate plate so as to be relatively movable in the horizontal direction perpendicular to the moving direction of the intermediate plate. and by a separate actuator is interposed between the settlements so as to relatively move the living quarters, it is displaceably supported a residential area in the horizontal direction to the support frame, integral with the structure body when said support frame results in a horizontal displacement Ri by the shaking by Kazegairyoku, by the respective actuator is interposed between the residential area and the support frame Isolation of the structure residential area by reducing the displacement in the absolute space of the residential area by relatively displacing the residential area with respect to the support frame with the same amplitude and reverse phase as the absolute displacement of the support frame. And an intermediate plate placed on the upper surface of the support frame attached to the tower-like structure body so as to be relatively movable in one horizontal direction, and interposed between the support frame and the intermediate plate. The intermediate plate is relatively moved by the actuated actuator, and the living area is placed on the upper surface of the intermediate plate so as to be relatively movable in the horizontal direction perpendicular to the moving direction of the intermediate plate. The living area is moved horizontally to the support frame by moving the living area relatively by another actuator interposed between the plate and the living area. Displaceably is supported, further, a sensor for detecting shaking of the support frame shakes Kazegairyoku which together with the above structure body, based on an input signal from the sensor to each of the actuators of the settlements Since it is as a vibration isolation device for a structure living area having a configuration that includes a controller that gives a control command so as to reduce displacement in absolute space, the living area can be vibration-insulated from the structure body, and the structure Even if any shaking caused by wind external force occurs in the object body, it is possible to suppress the shaking in the residential area, and thus it is possible to protect the people in the residential area from the wind shaking. Furthermore, since the reduction of the shaking in the residential area does not depend on the reduction of the shaking of the structure itself, a mass damper type damping device for quickly damping the shaking caused by the wind force or the like on the structure itself is provided. It can be made unnecessary.
(2) An intermediate plate is placed on an upper surface of a support frame attached to a tower-like structure body so as to be movable up and down so as to be relatively movable in one horizontal direction, and between the support frame and the intermediate plate. The intermediate plate is moved relative to the intermediate plate by an actuator, and the living area is placed on the upper surface of the intermediate plate so as to be relatively movable in a horizontal direction perpendicular to the moving direction of the intermediate plate. , the residential area by a separate actuator is interposed between the intermediate plate and settlements so as to relatively move, it is displaceably supported a residential area in the horizontal direction to the support frame, the structure when said support frame to the main body and integrally produce a horizontal displacement Ri by the shaking by Kazegairyoku, each activator which is interposed between the residential area and the support frame A structure residential area that reduces the displacement in the absolute space of the residential area by displacing the residential area relative to the support frame with the same amplitude and opposite phase as the absolute displacement of the support frame by an eta. And an intermediate plate placed on an upper surface of a support frame attached to a tower-like structure main body so as to be movable up and down so as to be relatively movable in one horizontal direction. The intermediate plate is relatively moved by an actuator interposed between the plate and the living area on the upper surface of the intermediate plate can be relatively moved in a horizontal direction perpendicular to the moving direction of the intermediate plate. The above-mentioned residential area is relatively moved by another actuator placed between the intermediate plate and the residential area, The living quarters to the lifting frame is displaceably supported in a horizontal direction and further, a sensor for detecting shaking of the support frame shakes Kazegairyoku with the structure body, based on an input signal from the sensor When the vibration-isolating device of a structure residential areas having a configuration comprising a control unit which provides a control command so as to reduce the displacement in the absolute space of the living quarters to the respective actuators, the same effects as the effects (1) In addition, even if the residential area is located at any height of the structure body together with the support frame, it is possible to reliably suppress wind fluctuations in the residential area without the need to change or adjust the device configuration. It becomes.
(3) Control of each actuator by the controller by providing a frame that covers the outer periphery and upper side of the residential area supported on the support frame so that the wind force does not directly act on the residential area. The configuration can be advantageous in that the rule is simpler.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1乃至図4は本発明の構造物居住区の免振装置の実施の一形態として、上下方向に延びる塔状の構造物本体2の外周に、環状の居住区(キャビン)3を昇降可能に備えてなる形式の展望タワーのような塔状構造物1に適用する場合を示すもので、概説すると、上記塔状構造物本体2の外周に、環状の支持フレーム4を配置して、該支持フレーム4を、上記塔状構造物本体2に昇降駆動可能に取り付ける。更に、上記支持フレーム4の上側に、上記環状の居住区3を、水平面内の全方位に変位可能に支持させると共に、上記支持フレーム2と居住区3との間にアクチュエータ5を介在させるように設けて、該アクチュエータ5の駆動により、上記支持フレーム2上にて上記居住区3を水平面内の全方位へ相対移動させることができるようにする。更に、上記塔状構造物本体2の揺れに伴われて一緒に揺れる上記支持フレーム4の揺れを検出するためのセンサ6と、該センサ6からの入力信号に応じて上記アクチュエータ5へ制御指令を与える制御器7を備えてなる構成とする。
FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the vibration isolation device for a structure residential area according to the present invention, and an annular residential area (cabin) 3 can be moved up and down on the outer periphery of a tower-
以下、詳述する。 Details will be described below.
上記支持フレーム4は、環状としてある上記居住区3の平面形状より内周側及び外周側にそれぞれ所要寸法ずつ張り出す形状、具体的には、上記塔状構造物本体2の揺れに伴われて一緒に揺れることとなる上記支持フレーム4に想定される最大振幅に応じた寸法ずつ上記居住区3の平面形状より内径側及び外径側にそれぞれ張り出すリング形状としてある。
The
上記支持フレーム4の内周端部には、該支持フレーム4の上側に支持させる上記居住区3の上端部よりもやや高い位置まで上下方向に延びる筒状の内周フレーム4aが設けてあり、該内周フレームの4aの内周面の所要個所、たとえば、周方向等間隔の4個所における上下両端部にそれぞれ設置したガイドブロック8を、上記塔状構造物本体2の外周面の周方向等間隔の4個所に設けた上下方向のガイドレール9にそれぞれスライド可能に取り付けた構成としてある。
The inner peripheral end of the
更に、上記支持フレーム4の昇降駆動機構10として、たとえば、上記支持フレーム4の内周フレーム4aの上端部に取り付けてある各ガイドブロック8に一端部を接続し、他端部を上記塔状構造物本体2の内側に昇降可能に配したカウンターウェイト11に接続したワイヤロープ12を、上記塔状構造物本体2の頂部に設けて図示しない駆動装置により正逆転駆動できるようにしてある駆動滑車13に掛け回した構成を有する昇降駆動機構10を設けて、上記図示しない駆動装置により上記駆動滑車13を正逆転駆動させることで、上記ワイヤロープ12を介して上記支持フレーム4を、上記塔状構造物本体2の外面に沿わせて昇降させることができるようにしてある。
Furthermore, as the raising / lowering
上記支持フレーム4の上面には、所要個所、たとえば、図4(イ)に示すような周方向の4個所に、リニアガイド14aを、水平面内で直交する2方向(xy方向)のうちの一方の方向(図4(イ)の左右方向、以下x方向と云う)に沿わせてそれぞれ設置すると共に、該各リニアガイド14aのスライダ15上に、上記居住区3の底面形状と同様のリング形状としてある中間プレート16を載置して取り付ける。更に、該中間プレート16の上面における所要個所、たとえば、図4(ロ)に示すような周方向の4個所に、リニアガイド14bを、水平面内で直交する2方向(xy方向)のうちの他方の方向(図4(ロ)の上下方向、以下y方向と云う)に沿わせてそれぞれ設置すると共に、該各リニアガイド14bのスライダ15上に、上記居住区3を載置して取り付ける。これにより、上記支持フレーム4上における各リニアガイド14aを介した上記中間プレート16のx方向へのスライドと、該中間プレート16上における各リニアガイド14bを介した上記居住区3のy方向へのスライドとを組み合わせることで、該支持フレーム11上にて居住区3を任意のxy方向、すなわち、水平面内の全方位へ変位可能としてある。
On the upper surface of the
又、上記支持フレーム4の上面における所要個所、たとえば、図4(イ)に示すような周方向に180度対向する2個所には、アクチュエータ5aとして、駆動モータ17と、その出力軸に連結したねじ軸18と、該ねじ軸18に螺号させたナット19を具備して、上記駆動モータ17による上記ねじ軸18の正逆転駆動により上記ナット19を上記ねじ軸の軸心方向へ移動させることができるようにしてあるボールねじ形式のアクチュエータ5aを、それぞれx方向に沿わせて設けておき、該各アクチュエータ5aのナット19を、上記中間プレート16の下面の対応する位置にそれぞれ取り付ける。且つ該中間プレート16の上面における所要個所、たとえば、図4(ロ)に示すような周方向に180度対向する2個所に、上記アクチュエータ5aと同様の構成としてあるボールねじ形式のアクチュエータ5bを、それぞれy方向に沿わせて設けて、該各アクチュエータ5bのナット19を、上記居住区3の下面の対応する位置にそれぞれ取り付ける。これにより、上記アクチュエータ5aによる上記中間プレート16の上記支持フレーム4上でのx方向に沿う方向への駆動と、上記アクチュエータ5bによる上記居住区3の上記中間プレート16上でのy方向に沿う方向への駆動とを組み合わせることで、上記居住区3に対し、上記支持フレーム4に対して任意のxy方向、すなわち、水平面内の任意の方向へ制御力を印加できるようにしてある。
Further, a required place on the upper surface of the
更に、上記支持フレーム4上に設けてある居住区3に対して風が直接当たることを防止して、風外力の直接の作用による居住区3の運動(挙動)を無視できるようにするために、図1に示す如く、上記支持フレーム4の外周端部に、上記居住区3の外周側を覆って該居住区3の上端部よりもやや高い位置まで上下方向に延びる筒状の外周フレーム20の下端部を取り付けると共に、上記外周フレーム20と上記内周フレーム4aの上端部同士の間に、上記居住区の上方を覆うリング形状の天井フレーム21を取り付けた構成としてある。
Furthermore, in order to prevent the wind from directly hitting the
なお、図2、図3、図4(イ)(ロ)における上記各リニアガイド14a,14b及び各アクチュエータ5a,5bの長さ寸法(ストローク)、居住区3及び中間プレート16の内周端部と支持フレーム4の内周フレーム4aの間隔、居住区3及び中間プレート16の外周端部と外周フレーム20の間隔は、いずれも図示するための便宜上のものであり、実際の寸法を反映したものではない。
In addition, the length dimension (stroke) of each said
上記支持フレーム4の揺れを検出するためのセンサ6としては、該支持フレーム4の所要個所に加速度センサ6を設置するようにしてある。
As the
上記制御器7は、上記加速度センサ6より上記支持フレーム4の加速度の検出信号が入力されると、上記居住区3の揺れを低減させるべく、以下のような制御理論に基いて上記各アクチュエータ5a,5bへ制御指令を与えるようにしてある。なお、上記制御器7は、支持フレーム4上における居住区3の相対変位の方向や、変位量、変位速度については、各アクチュエータ5a,5bの駆動モータ17の回転数、すなわち、ねじ軸18の回転数に基くナット19の位置、移動方向、移動速度から検出できるようにしてあるものとする。
When the detection signal of the acceleration of the
すなわち、上記塔状構造物本体2及び支持フレーム4と、居住区3を、図5に示す如く、居住区3の質量をm1、塔状構造物本体2及び支持フレーム4の質量をm2とした二自由度系の構成のモデルとし、上記各アクチュエータ5a,5bは両質点の間に挿入され、制御力をfcとする。なお、図5では、アクチュエータ5a,5bと並列にばね要素k1と減衰要素c1を組み合わせているが、アクチュエータ5a,5bのみでもよい。
That is, the tower-like structure
風外力fが塔状構造物本体2及び支持フレーム4の質量をm2に作用する場合、上記居住区3の揺れをアクティブ制御によって低減させる場合を考える。
When the wind force f acts on the mass of the tower-like structure
上記図5のモデルの運動方程式は次式で与えられる。
上記式(1)及び式(2)で、状態変数X及び制御入力uを、それぞれ、
よって、上記式(3)に対して制御系を設計する。制御系には、たとえば、LQ制御理論を適用する。LQ制御理論によれば、重み関数J、
図6に計算結果を示す。m1とm2の質量比を1.0にとり、m2に正弦波f=Fsin(ωt)の強制力を入力したときの時刻歴応答波形を示したもので、線aは塔状構造物本体2と一緒に揺れる支持フレーム4の絶対変位を、又、線bは居住区3の支持フレーム4に対する相対変位を、線cは居住区3の絶対変位を、それぞれ示している。
FIG. 6 shows the calculation result. The mass ratio of m 1 and m 2 is 1.0, and the time history response waveform when a forcing force of sine wave f = Fsin (ωt) is input to m 2 is shown. Line a is a tower structure The absolute displacement of the
上記図6から明らかなように、上記居住区3の支持フレーム4に対する相対変位を、塔状構造物本体2と一緒に揺れる支持フレーム4の絶対変位に対して同等振幅、逆位相にすることで、上記居住区3の絶対空間上での変位、すなわち、居住区3の揺れを小さくできていることが分かる。
As is clear from FIG. 6 above, the relative displacement of the
したがって、上記制御器7では、上記塔状構造物本体2の揺れに伴われて一緒に揺れる支持フレーム4の揺れが上記加速度センサ6により検出されて入力されると、上記各アクチュエータ5a,5bに対し、上記居住区3を、支持フレーム4に対して、該支持フレーム4の絶対変位と同等振幅、逆位相で相対変位させるように制御指令を与えるようにしてある。
Therefore, in the
以上の構成としてある構造物居住区の免振装置によれば、塔状構造物本体2が風外力等の外力を受けて揺れ始めると、該塔状構造物本体2と一緒に揺れる支持フレーム4に設けた加速度センサ6より制御器7へ入力される信号に基いて、該制御器7より上記各アクチュエータ5a,5bに対し制御指令が与えられて、該各アクチュエータ5a,5bにより、上記支持フレーム4上にて、上記居住区3が、支持フレーム4の絶対変位と同等振幅、逆位相で相対変位させられるようになることから、該居住区3の絶対変位が抑えられる。したがって、上記塔状構造物本体2の揺れにかかわらず、上記居住区3の揺れは大幅に低減されるようになる。
According to the vibration isolator in the structure living area having the above configuration, when the tower-
このように、本発明の構造物居住区の免振方法及び装置によれば、塔状構造物本体2より居住区3を振動絶縁することで、塔状構造物本体2にいかなる揺れが生じようとも、居住区3の揺れを抑えることができて、該居住区3内の人を揺れから保護することが可能になる。
As described above, according to the vibration isolation method and apparatus for a structure residential area of the present invention, any vibration may occur in the tower-shaped
しかも、居住区3が、支持フレーム4と共に塔状構造物本体2に沿って昇降させられることで、該居住区3が上記塔状構造物本体2の上部、中間部、下部のいずれに配された状態であっても、居住区3と一緒に上記塔状構造物本体2の上部、中間部、下部に配される支持フレーム4が塔状構造物本体2の上部、中間部、下部の揺れに応じて揺れるときの該支持フレーム4の絶対変位を相殺するように、居住区3を該支持フレーム4上で相対変位させることができるため、上記居住区3が上記塔状構造物本体2のいかなる高さ位置に配されていても、装置構成の変更や調整を要することなく該居住区3の揺れを確実に抑えることが可能となる。
Moreover, the
更に、塔状構造物1自体の揺れを低減させるためのマスダンパ方式の制振装置は不要なものとすることができる。
Furthermore, a mass damper system damping device for reducing the shaking of the tower-
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、居住区3に対する風外力の直接の影響を阻止して、制御器7による各アクチュエータ5a,5bの制御則をより単純なものとする観点からすると、居住区3の外周側を覆う外周フレーム20及び居住区3の上方を覆う天井フレーム21を設けることが好ましいが、図7に示すように、上記外周フレーム20と天井フレーム21とを省略した構成としてもよい。この場合は、上記風外力が居住区3に直接作用することで該居住区3に対して作用する力を考慮した上で、該居住区3の絶対空間における変位の応答が小さくなるように、制御器7による各アクチュエータ5a,5bの制御則を導くようにすればよい。
The present invention is not limited only to the above embodiment, and the control law of the
又、上記のように、外周フレーム20と天井フレーム21を省略する場合、支持フレーム4は、居住区3を全方位へ変位可能に支持でき且つ居住区3との間に介在させるためのアクチュエータ5a,5bと、加速度センサ6とを設置できるようにしてあれば、該支持フレーム4の外周側端部は、必ずしも居住区3の外周側へはみ出させる必要はない。したがって、上記支持フレーム4の外周側端部の形状は、適宜変更してもよい。更に、この場合は、上記支持フレーム4の内周端部に取り付ける内周フレーム4aは、その上端部が居住区3の上端部より低くなっていてもよい。
Further, as described above, when the outer
又、上記実施の形態では、塔状構造物本体2に、居住区3が昇降可能に取り付けてある形式の塔状構造物1に適用したものについて示したが、図8に示す如く、塔状構造物本体2の所要高さ位置に、図1乃至図6の実施の形態と同様の支持フレーム4を固定し、該支持フレーム4の上側に、図1乃至図6の実施の形態と同様に、居住区3を、水平面内の全方位に変位可能に支持させると共に、上記支持フレーム2と居住区3との間にアクチュエータ5を介在させるように設けて、該アクチュエータ5の駆動により、上記支持フレーム2上にて上記居住区3を水平面内の全方位へ相対移動させることができるようにし、更に、上記支持フレーム4の揺れを検出するための加速度センサ6と、該センサ6からの入力信号に応じて上記アクチュエータ5へ制御指令を与える制御器7を備えてなる構成としてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although it showed about what was applied to the tower-
制御器7による各アクチュエータ5a,5bを制御するための制御則は、居住区3の絶対空間における変位の応答を小さくすることができるようにしてあれば、LQ制御理論以外の制御理論に基いて導出してもよい。
The control law for controlling the
支持フレーム4の揺れを検出するためのセンサとしては加速度センサ6を示し、又、支持フレーム4上における居住区3の相対変位の方向や、変位量、変位速度については、各アクチュエータ5a,5bの駆動モータ17の回転数から検出するものとして示したが、支持フレームの揺れと、支持フレーム4上における居住区3の相対変位の方向、変位量、変位速度をそれぞれ検出できるようにしてあれば、任意のセンサを採用してよい。
An
図1乃至図4の実施の形態における支持フレーム4の昇降駆動機構10は、ラック、ピニオン形式やその他、図示した以外のいかなる形式の昇降駆動機構を採用してもよい。
The lifting / lowering
塔状構造物本体2に、該塔状構造物本体2に発生する揺れを速やかに低減させるためのマスダンパ方式やその他、任意の方式の制振装置を設けてもよい。又、塔状構造物本体2に高次モードの振動が生じる場合は、モードの腹となる塔状構造物本体2の高さ方向の中央部に、マスダンパ方式やその他、任意の方式の制振装置を設けるようにしてもよい。
The tower-
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
2 塔状構造物本体(構造物本体)
3 居住区
4 支持フレーム
5a,5b アクチュエータ
6 加速度センサ(センサ)
7 制御器
16 中間プレート
20 外周フレーム(フレーム)
21 天井フレーム(フレーム)
2 tower-like structure body (structure body)
3
7 Controller
21 Ceiling frame (frame)
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