JP6482407B2 - 多段振り子式チューンド・マス・ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、複数のフレームを順次同軸的に吊持して最内側のフレームによって錘を水平移動自在に吊持した多段振り子式のＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）に関するものである。

近年、長周期・長時間地震動に対する超高層建物の振動制御技術として、これまで強風等に起因する建物の微小振動に対する制振技術として用いられてきた風揺用ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）を大型化・大ストローク化して、地震の大振幅の揺れの制御にまで適用範囲を広げた各種の地震用ＴＭＤが開発されている。

このような地震用ＴＭＤの一種として、下記特許文献１においては、大径筒状の固定フレームの内側に順次中径筒状および小径筒状の移動フレームを同軸的に吊持し、最内側の移動フレームに複数本の吊り材によって振動体を水平移動自在に吊持して多段振り子式のＴＭＤとすることにより、吊り長さを確保しつつ全体の高さを低減したものが提案されている。

図２は、この種の多段振り子式ＴＭＤを示すもので、このＴＭＤ１０は、建物１１の屋上部に立設された筒状の外側フレーム１２と、この外側フレーム１２内に配置されて外側フレーム１２の上部から複数本のロープ１３によって水平移動自在に吊持された筒状の中間フレーム１４と、この中間フレーム１４内に配置されて中間フレーム１４の上部から複数本のロープ１５によって水平移動自在に吊持された内側フレーム１６と、この内側フレーム１６の中心部に複数本のロープ１７を介して吊持された錘１８とを備えたものである。

ところで、上記構成からなる多段振り子式ＴＭＤにおいては、地震時に上下地震動によって、錘１８が上下方向に振動して浮き上がりを生じ、これによりＴＭＤとしての性能劣化や破損が生じるおそれがある。

これを解決する手段として、上記錘１８の上下方向の振動を抑制するために、建物１１とＴＭＤの錘１８とを上下方向にオイルダンパー１９で接続して上記錘１８の上下方向の振動を低減させる方法が考えられる。

しかしながら、上記錘１８にオイルダンパー１９を上下方向に接続しようとすると、地震時に錘１８が揺動した際に、オイルダンパー１９も大きく変形するため、オイルダンパー１９のストロークが足りなくなって破損することが想定される。

そこで、図３に示すように、外側フレーム１２と中間フレーム１４との間、中間フレーム１４と内側フレーム１６との間および内側フレーム１６と錘１８との間に、それぞれロープ１３、１５、ロープ１７と並列的にオイルダンパー２０を設置する方法も提案されている。上記多段振り子式ＴＭＤによれば、各オイルダンパー２０の鉛直変形が錘１８の上下動の１／３になるために、ストロークを超えて破損する虞がないという利点がある。

ところが、上記ＴＭＤにあっては、逆に各々のオイルダンパー２０の鉛直変形が小さいために、振動エネルギーの吸収効率が悪いという欠点があり、所望の効果を得るためには多くの台数のオイルダンパー２０を設置しなければならないという問題点があった。

特開平７−３４７２０号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少ない台数のダンパーによって、しかも大きなストロークを要することなく錘の上下振動を効果的に抑制することができる多段振り子式ＴＭＤを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、構造物に立設されたフレーム内に、順次外側のフレームの上部から複数本の吊り材を介して吊持された１以上のフレームが同軸的に配置され、最も内側の上記フレームの上部から複数本の吊り材を介して錘が吊持された多段振り子式ＴＭＤにおいて、上記フレームまたは上記錘を吊持する上記複数本の吊り材のうちの一箇所の上記複数本の吊り材の鉛直剛性を、他の箇所の上記複数本の吊り材の鉛直剛性よりも小さくし、かつ当該一箇所の上記複数本の吊り材と並列的に上記フレーム間または上記フレームと上記錘との間にダンパーを設けたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記一箇所の上記複数本の吊り材の総断面積を、他の箇所の上記複数本の吊り材の総断面積よりも小さくしたことを特徴とするものである。

多段振り子式のＴＭＤにおいては、錘の上下方向の変位に対して、上記多段のフレームおよび錘を吊持する吊り材が直列的に配置されていることになる。
そして、請求項１または２に記載の発明においては、そのうちの一箇所に配設された複数本の吊り材の鉛直剛性を、他の箇所に配設されている複数本の吊り材の鉛直剛性よりも小さくしているために、上記錘の上下方向の変位が最も鉛直剛性が小さい上記一箇所に配設された複数本の吊り材に集中することになる。

そして、当該一箇所に上記上下振動を吸収するダンパーを配置しているために、少ない台数のダンパーによって、しかも大きなストロークを要することなく錘の上下振動を効果的に抑制することができる。この際に、上記吊り材の鉛直剛性を変えても、錘の水平方向の揺動の周期に影響を与えることは無い。

ここで、上記一箇所に配置される複数本の吊り材の鉛直剛性を、他の箇所に配置される複数本の吊り材の鉛直剛性よりも小さくする態様としては、吊り材自体の材質を異なる鉛直剛性のものに変える構成を採用することもできるが、上記吊り材として同じ材質のものを用いる場合には、請求項２に記載の発明のように、上記一箇所の複数本の吊り材の総断面積を、他の箇所の複数本の吊り材の総断面積よりも小さくすることにより容易に対応することができる。

さらに、上記一箇所の複数本の吊り材の総断面積を小さくする態様としては、他の箇所の吊り材の本数と同じ本数であって、かつ１本ごとの断面積を小さくする構成や、上記一箇所において、他の箇所の吊り材と同じ断面積の吊り材を用い、かつその本数を減じる構成を採用することができる。

本発明の一実施形態を示す縦断面視した概略構成図である。 上記一実施形態を示す正面図である。 図２の平面図である。 従来の多段振り子式ＴＭＤを示す縦断面視した概略構成図である。 従来の他の多段振り子式ＴＭＤを示す縦断面視した概略構成図である。

図１〜図３は、本発明に係る多段振り子式ＴＭＤの一実施形態を示すものである。
このＴＭＤ１は、建物２の屋上部に立設された外側フレーム３と、この外側フレーム３内に同軸的に配設された中間フレーム４と、この中間フレーム４内に同軸的に配設された内側フレーム５と、この内側フレーム５の中心部に配設された錘６とを備えたものである。

ここで、外側フレーム３は、４本の柱材３ａの上端部が桁材３ｂで連結された長方形の骨組みで、対向する一対の長辺の桁材３ｂの両端部分に、桁材３ｂ間に跨って一対の梁３ｃが固定されている。そして、これら一対の梁３ｃの両端部分から垂下された複数本（図では合計４本）のロープ（吊り材）７によって中間フレーム４が上記外側フレーム３内において水平移動自在に吊持されている。

この中間フレーム４は、長方形に組まれた下枠材４ａと、この下枠材４ａの四隅に立設された柱材４ｂと、これら柱材４ｂの上端部を連結する桁材４ｃとを備えた枠体で、下枠材４ａが上記ロープ７によって吊持されている。

また、対向する一対の長辺の桁材４ｃの両端部分に、桁材４ｂ間に跨って一対の梁４ｄが固定され、これら一対の梁４ｄの両端部分から垂下された複数本（図では合計４本）のロープ（吊り材）７によって内側フレーム５が上記中間フレーム４内において水平移動自在に吊持されている。

この内側フレーム５も、中間フレーム４を小型にした枠材で、長方形に組まれた下枠材５ａと、この下枠材５ａの四隅に立設された柱材５ｂと、これら柱材５ｂの上端部を連結する桁材５ｃとを備え、下枠材５ａが上記ロープ７によって吊持されている。

そして、対向する一対の長辺の桁材５ｃの両端部分に、桁材５ｂ間に跨って一対の梁５ｄが固定され、これら一対の梁５ｄの両端部分から垂下された複数本（図では合計４本）のロープ（吊り材）８によって錘６が上記内側フレーム５内において水平移動自在に吊持されている。

そして、このＴＭＤにおいては、最も内側に位置する錘６を吊持するロープ８として、その断面積が他のロープ７の断面積よりも小さいものが用いられている。これにより、内側フレーム５と錘６との間（一箇所）に配置された複数本のロープ８の総断面積が、外側フレーム３と中間フレーム４との間および中間フレーム４と内側フレーム５との間（他の箇所）に配置されたロープ７の総断面積よりも小さくなっている。そして、鍔部５ａと錘６との間に、オイルダンパー９がロープ８と並列的に設けられている。

以上の構成からなる多段振り子式ＴＭＤにおいては、内側フレーム５と錘６との間に配設されたロープ８の総断面積を、他の箇所に配設されたロープ７の総断面積よりも小さくすることにより、複数本のロープ８による鉛直剛性を複数本のロープ７による鉛直剛性よりも小さくしているために、錘６の上下方向の変位が最も鉛直剛性が小さいロープ８に集中することになる。

そして、これらロープ８と並列的に上記上下振動を吸収するオイルダンパー９を配置しているために、図３に示した従来の多段振り子式ＴＭＤと比較して、より少ない台数のオイルダンパー９によって、かつ大きなストロークを要することなく錘６の上下振動を効果的に抑制することができる。

なお、上記実施形態においては、内側フレーム５と錘６との間（一箇所）に配置されたロープ８の断面積を、外側フレーム３と中間フレーム４との間および中間フレーム４と内側フレーム５との間（他の箇所）に配置されたロープ７の断面積よりも小さくすることにより、上記ロープ８の総断面積を他の箇所に配置されたロープ７の総断面積よりも小さくした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、ロープ７、８として、同じ断面積の同一製品を用いるとともに、外側フレーム３と中間フレーム４との間および中間フレーム４と内側フレーム５との間（他の箇所）に配置されるロープ７の本数を、内側フレーム５と錘６との間（一箇所）に配置されるロープ８本数よりも多くすることにより、上記ロープ８の総断面積を他の箇所に配置されたロープ７の総断面積よりも小さくして同様の効果を得ることができる。加えて、この場合には、ロープ７、８として同一規格のものを用いることができるという利点もある。

１ 多段振り子式ＴＭＤ
３ 外側フレーム
４ 中間フレーム
５ 内側フレーム
６ 錘
７、８ ロープ（吊り材）
９ オイルダンパー（ダンパー）

Claims (2)

1. 構造物に立設されたフレーム内に、順次外側のフレームの上部から複数本の吊り材を介して吊持された１以上のフレームが同軸的に配置され、最も内側の上記フレームの上部から複数本の吊り材を介して錘が吊持された多段振り子式チューンド・マス・ダンパーにおいて、
   上記フレームまたは上記錘を吊持する上記複数本の吊り材のうちの一箇所の上記複数本の吊り材の鉛直剛性を、他の箇所の上記複数本の吊り材の鉛直剛性よりも小さくし、かつ当該一箇所の上記複数本の吊り材と並列的に上記フレーム間または上記フレームと上記錘との間にダンパーを設けたことを特徴とする多段振り子式チューンド・マス・ダンパー。
2. 上記一箇所の上記複数本の吊り材の総断面積を、他の箇所の上記複数本の吊り材の総断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の多段振り子式チューンド・マス・ダンパー。

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