JP6682393B2 - Tuned Mass Damper - Google Patents
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Description
本発明は、高層建物等の屋上などの床面に設置されて地震時等における揺れを抑制するためのチューンド・マス・ダンパーに関するものである。 The present invention relates to a tuned mass damper that is installed on a floor such as a rooftop of a high-rise building and that suppresses shaking during an earthquake or the like.
近年、強風時や地震時における揺れを抑制するために、屋上にパッシブ制振の一種であるチューンド・マス・ダンパー(Tuned Mass Damper、以下、TMDと略す。)を設置した高層建物等が多く建設されている。 In recent years, many high-rise buildings have been installed with Tuned Mass Damper (hereinafter abbreviated as TMD), which is a type of passive vibration control, on the roof in order to suppress shaking during strong winds and earthquakes. Has been done.
このTMDは、例えば下記特許文献1に見られるように、上記高層建物等の屋上に錘部材をスプリングおよびダンパーを介して連結するとともに、これらを高層建物等の固有周期に同調するように調整したものである。
For example, as shown in
上記TMDによれば、電力等のエネルギーを要することなく、安定的に広帯域の振動数範囲の揺れに対して、制振効果を発揮することができるという利点がある。 According to the TMD, there is an advantage that it is possible to stably exert the vibration damping effect against the vibration in the wide frequency range without requiring energy such as electric power.
しかしながら、上記TMDにあっては、大地震時に錘部材が非常に大きく変位するために、これに追従できるスプリングおよびダンパーを設計することが難しいという問題点があった。 However, the TMD has a problem that it is difficult to design a spring and a damper capable of following the TMD because the weight member is displaced significantly during a large earthquake.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スプリングおよびダンパーが錘部材の変位よりも小さな変位によって追従することができ、よってこれらの設計が容易になるとともに、錘部材のストッパー機能も果たすことが可能になるTMDを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the spring and the damper can follow each other by a displacement smaller than the displacement of the weight member, thus facilitating the design of these and also having a stopper function of the weight member. It is an object to provide a TMD that can be fulfilled.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明に係るTMDは、構造物の床面上に滑り支承または転がり支承を介して水平方向に移動自在に設けられた平面視方形の錘部材と、この錘部材の4側面と上記床面との間に正面視において上記床面に対して傾斜して設けられたスプリングおよびダンパーとを備えてなり、上記スプリングおよび上記ダンパーは、各々上記平面視において上記錘部材の対辺の中心線に対して対称となる位置に配置されるとともに、上端部が上記側面に連結され、かつ下端部が上記スプリングおよび上記ダンパーの延在方向と交差する方向に移動自在に上記床面側に連結されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the TMD according to the present invention as set forth in
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、上記対称となる位置に配置された上記スプリングは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられ、上記対称となる位置に配置された上記ダンパーは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられていることを特徴とするものである。
Further, in the invention described in
請求項1または2に記載の発明によれば、スプリングおよびダンパーを錘部材と床面との間に、床面(水平面)に対して傾斜させて配置しているために、地震時等に錘部材が水平移動する際の移動量よりもスプリングおよびダンパーに生じる伸縮量が小さくなる。このため、上記スプリングやダンパーとしてストロークが小さい汎用のものを用いることができ、設計が容易になるとともに経済性にも優れる。
According to the invention as set forth in
また、上記スプリングおよびダンパーを、各々平面視において錘部材に対して対称となる位置に配置しているために、錘部材の水平変位が大きくなると、一方の側面に設置したスプリング等は伸びが大きくなるとともに傾きが水平に近づいて反力が上昇し、他方の側面に設置したスプリング等は、縮みつつ鉛直に近づいて反力が低下するために、全体としての反力の大きさの変化が小さく、よって線形と見なせる範囲が大きくなって特性に影響を及ぼすおそれがない。 Further, since the spring and the damper are respectively arranged at positions symmetrical with respect to the weight member in plan view, when the horizontal displacement of the weight member becomes large, the spring or the like installed on one side surface has a large elongation. As the inclination approaches horizontal, the reaction force rises, and the spring installed on the other side approaches the vertical direction while shrinking, and the reaction force decreases, so the change in the reaction force as a whole is small. Therefore, the range that can be regarded as linear is not increased and the characteristics are not affected.
加えて、上記傾斜角度を適宜設定することにより、剛性や線形域を自由に設定することができる。しかも、錘部材の水平変位がさらに大きくなって、両側のスプリング等の等価周期が非線形域になると、上記スプリング等の反力は増加するために、上記錘部材に対するストッパー機能を奏することも可能になる。 In addition, the rigidity and the linear range can be freely set by appropriately setting the inclination angle. Moreover, when the horizontal displacement of the weight member is further increased and the equivalent period of the springs and the like on both sides is in the non-linear region, the reaction force of the springs and the like is increased, so that it is possible to exert a stopper function for the weight member. Become.
また、上記スプリング等の下端部を、当該スプリング等の延在方向と交差するする方向に移動自在となるように床面に連結しているために、上記スプリング等を錘部材の水平X−Y方向の各々の変位に対して個別に調整することができ、よってTMDを建物の水平X−Y方向の各周期に同調するように調整することができる。 Further, since the lower end portion of the spring or the like is connected to the floor surface so as to be movable in the direction intersecting the extending direction of the spring or the like, the spring or the like is horizontally XY of the weight member. It can be adjusted individually for each displacement in the direction, and thus the TMD can be adjusted to tune each period in the horizontal XY direction of the building.
さらに、請求項2に記載の発明のように、対称となる位置に配置されたスプリング同士の傾斜角度を等しくし、また上記対称となる位置に配置されたダンパー同士の傾斜角度を等しくすれば、上記線形域の範囲を最も広く確保することが可能になる。
Further, as in the invention described in
図1および図2は、本発明に係るTMDの一実施形態を示すもので、図中符号1が錘部材である。
この錘部材1は、平面視方形の板状に形成されたもので、本実施形態においてはキャスター(転がり支承)2によって高層建物の屋上(床面)3にX−Y方向に移動自在に設けられている。なお、上記キャスター2に代えて、滑り支承によって錘部材1を屋上3に移動自在に設けてもよい。
1 and 2 show an embodiment of a TMD according to the present invention, in which
The
そして、この錘部材1のX方向に沿う2側面4aおよびY方向に沿う2側面4bと屋上3との間に、それぞれスプリング5a、5bが配設されている。ここで、X方向に沿う2側面4aには、各々の角隅部の近傍に2本のスプリング5aが設けられており、これら2側面4aに設けられた各2本のプリング5aは、当該側面4aに隣接する側面4bの対辺1bの中心線CYに対して線対称となる位置に配置されている。
Then,
また、Y方向に沿う2側面4bにも、各々の角隅部の近傍に2本のスプリング5bが設けられている。そして、これら2本のスプリング5bも、同様に当該側面4bに隣接する側面4aの対辺1aの中心線CXに対して線対称となる位置に配置されている。
Further, two
そして、側面4a、4bと屋上3との間には、これらスプリング5a、5bの内側に隣接して、各々2本のダンパー6a、6bが配置されている。これらダンパー6a、6bも、各々対辺1b、1aの中心線CY、CXに対して線対称となるように配置されている。
Two dampers 6a and 6b are arranged between the
上記スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bは、図2に示すように、正面視において床面3との間に同じ角度θを挟んで傾斜して設けられている。そして、これらスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの上端部は、それぞれ側面4a、4bに連結されている。
As shown in FIG. 2, the
他方、床面3上の錘部材1から所定間隔をおいた位置には、X方向およびY方向に沿ってレール7a、7bが固定されており、各レール7a、7bにスライダー8a、8bが各レール7に沿ったX方向およびY方向のみに移動自在に設けられている。そして、これらスライダー8a、8bに、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの下端部が連結されている。
On the other hand,
以上の構成からなるTMDにおいては、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bを錘部材1と屋上3との間に、屋上3に対して傾斜角度θとなるように傾斜させて配置しているために、地震時等に錘部材1がX−Y方向に移動する際の移動量よりもスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bに生じる伸縮量が小さくなる。このため、上記スプリング5a、5bやダンパー6a、6bとして、ストロークが短い汎用のものを用いることができ、設計が容易になるとともに経済性にも優れる。
In the TMD having the above configuration, the
また、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bを、各々平面視において錘部材1の対辺1a、1bの中心線CY、CXに対して対称となる位置に配置しているために、図2(b)に示すように、錘部材1の変位が大きくなると、図中左方の側面4bに設置したスプリング5b等は伸びが大きくなるとともに傾斜角度が水平に近づいて反力が上昇し、図中右方の側面4bに設置したスプリング5b等は、縮みつつ鉛直に近づいて反力が低下するために、全体としての反力の大きさの変化が小さく、よって線形と見なせる範囲が大きくなって特性に影響を及ぼすおそれがない。
Further, since the
加えて、上記傾斜角度を適宜設定することにより、剛性や線形域を自由に設定することができる。しかも、錘部材の水平変位がさらに大きくなって、両側のスプリング等の等価周期が非線形域になると、上記スプリング等の反力は増加するために、上記錘部材に対するストッパー機能を奏することも可能になる。 In addition, the rigidity and the linear range can be freely set by appropriately setting the inclination angle. Moreover, when the horizontal displacement of the weight member is further increased and the equivalent period of the springs and the like on both sides is in the non-linear region, the reaction force of the springs and the like is increased, so that it is possible to exert a stopper function for the weight member. Become.
また、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの下端部を、スライダー8a、8bによって屋上3に固定したレール7a、7bに沿って当該スプリング5a、5b等の延在方向と直交する方向に移動自在に設けているために、錘部材1のX−Y方向の各々の変位に対してスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bを個別に調整することができる。
Further, the lower ends of the
すなわち、錘部材1のX方向の変位に対しては、これによって伸縮するスプリング5bおよびダンパー6bを調整し、錘部材1のY方向の変位に対しては、これによって伸縮するスプリング5aおよびダンパー6aを調整することができ、この結果、TMDを高層建物のX−Y方向の各周期に同調するように調整することができる。
That is, for the displacement of the
特に、本実施形態においては、対称となる位置に配置されたスプリング5a、5b同士およびダンパー6a、6b同士の傾きを、いずれも角度θに設定しているために、上述した線形域の範囲を最も広く確保することができる。ただし、本発明においては、必ずしもスプリングとダンパーとの傾斜角度を同じにしなくてもよい。
Particularly, in the present embodiment, since the inclinations of the
図3は、錘部材の両側面にH=3.0m、W=1.5mのスプリングを設けて、錘部材を±2000mm水平変位させた際の上記スプリングの引張側および圧縮側の伸縮量を解析した結果を示すものである。図中実線は一方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、点線は他方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を示すものである。 FIG. 3 shows the amount of expansion and contraction of the tension side and compression side of the spring when the weight member is provided with springs of H = 3.0 m and W = 1.5 m on both sides and the weight member is horizontally displaced by ± 2000 mm. It shows the result of the analysis. In the figure, the solid line shows the expansion and contraction change of the spring provided on one side surface, and the dotted line shows the expansion and contraction change of the spring provided on the other side surface.
同図に見られるように、錘部材が2000mm変位したときのスプリングの伸び量は約1200mmであり、よって錘部材の変位量よりも伸びが小さい規格のスプリングを用いることができる。 As can be seen in the figure, the amount of extension of the spring when the weight member is displaced by 2000 mm is about 1200 mm, and therefore, a standard spring whose elongation is smaller than the amount of displacement of the weight member can be used.
また、図4は、同様の錘部材が2000mm変位したときの等価周期の変化を示すもので、図中実線は一方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、点線は他方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、太実線は両者を合成した変化を示すものである。
同図によれば、合成した等価周期は、錘部材の約±1400mmの変位の範囲内において線形を示すことが判る。
Further, FIG. 4 shows changes in the equivalent period when the same weight member is displaced by 2000 mm. In the figure, a solid line shows expansion and contraction change of a spring provided on one side surface, and a dotted line shows a spring provided on the other side surface. The change in expansion and contraction, and the thick solid line shows the change in which both are combined.
According to the figure, it can be seen that the synthesized equivalent period is linear within the displacement range of about ± 1400 mm of the weight member.
なお、上記実施形態においては、床面3上のX方向およびY方向に沿ってレール7a、7bを固定し、各レール7a、7bにスライダー8a、8bを各レール7に沿ったX方向およびY方向のみに移動自在に設けるとともに、これらスライダー8a、8bに、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの下端部を連結した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the above embodiment, the
すなわち、図5は、本発明の他の実施形態を示すもので、このTMDにおいては、床面3上の錘部材1から所定間隔をおいた位置に複数本の支柱10がX方向およびY方向に間隔をおいて立設され、これら支柱10上にX方向およびY方向に沿ってレール7a、7bが固定されている。
That is, FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In this TMD, a plurality of
これらのレール7a、7bは、上下面にX方向またはY方向に沿って溝部が形成された角筒状の部材で、各レール7a、7b内にスライダー8a、8bが各レール7に沿ったX方向およびY方向のみに移動自在に設けられている。ここで、レール7a、7bは、スライダー8a、8bの軸線が錘部材1の重心Gと同レベルとなる高さに配置されている。
These
そして、これらスライダー8a、8bの上面側に、スプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの下端部が連結されている。さらに、スライダー8a、8bの下面側に、他のスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの上端部が連結され、これらスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bの下端部が錘部材1の側面4a、4bの下部に連結されている。
The lower ends of the
上記構成からなるTMDによれば、図1および図2に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、レール7a、7bが錘部材1の重心Gと同レベルに配置されているために、錘部材1の変位に対応して、円滑にスプリング5a、5bおよびダンパー6a、6bを作動させることができるという効果も得られる。
According to the TMD having the above-described configuration, in addition to the same operational effects as those shown in FIGS. 1 and 2, the
1 錘部材
1a、1b 対辺
2 キャスター(転がり支承)
3 屋上(床面)
4a、4b 側面
5a、5b スプリング
6a、6b ダンパー
7a、7b レール
8a、8b スライダー
θ 傾斜角度
1
3 roof (floor)
4a,
Claims (2)
上記スプリングおよび上記ダンパーは、各々上記平面視において上記錘部材の対辺の中心線に対して対称となる位置に配置されるとともに、上端部が上記側面に連結され、かつ下端部が上記スプリングおよび上記ダンパーの延在方向と交差する方向に移動自在に上記床面側に連結されていることを特徴とするチューンド・マス・ダンパー。 A weight member having a rectangular shape in plan view, which is provided on the floor surface of the structure so as to be movable in the horizontal direction via a sliding bearing or a rolling bearing, and between the four side surfaces of the weight member and the floor surface described above in front view. It is provided with a spring and a damper that are provided to be inclined with respect to the floor surface,
The spring and the damper are respectively arranged at positions symmetrical with respect to the center line of the opposite side of the weight member in the plan view, the upper end is connected to the side surface, and the lower end is the spring and the damper. A tuned mass damper characterized in that it is connected to the floor side so as to be movable in a direction intersecting with the extending direction of the damper.
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