JPH01312174A - 構造物の振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野」 この発明は、地震や風等によって構造物に引き起こされ
る振動を抑制するようにした構造物の振動抑制装置に係
り、特に、貯水タンクとしての機能を兼備した構造物の
振動抑制装置に関するものである。

［従来の技術及びその課題」 近年の建築・土木構造物は、高強度１７１月の開発、二
［作技術の進歩、並びに電算機による構造解（ＪＴ技術
の発展等の要因により、大型化、形式の多様化、軽量化
が為されると共に、外力に対してフレキンビリティに富
んだ構造となっている。そして、このように軽重で柔軟
な構造物においては、その固有振動数が低く、内部の振
動減衰も小さくなる傾向があるため、地震や風等の外力
の影響により予期し得ない種々の振動が発生ずる可能性
かある。

特に、前述の如く、構造物の大型化に伴って、外力によ
って励起される振動の振幅も大きくなるため、この振動
が構造物内部に居住する人間に不必要な不安感を与える
と共に、構造物の躯体に許容範囲以」−の応力を伺与す
る恐れすらあった。

そこで、本願発明者は、特願昭６０−２／１１０４５号
明細書において、構造物の所定の位置に、この構造物の
固有の振動周期と同一の周期で、しかも所要の位相差を
伴って振動する液体を貯留するタンクを設（′１、この
液体の振動によって前記構遺物の振動を抑制することの
できる振動抑制装置を提案し、前述の問題を解決してい
る。

ところで、このような振動抑制装置は建築物等の屋」二
部に設置されるのが最も効果的であると言われるが、建
築物等の屋上部には、飲料水、防火用水等が貯留される
貯水タンクが通常設置されており、従って、振動抑制装
置と貯水タンクとを兼備したような装置があれば、スペ
ース節約等の面から見て大変好ましいのは言うまでもな
い。

この発明は、前記事情に鑑み、先に本願発明者が提案し
た振動抑制装置を発展させてなされたもので、貯水タン
クの機能をも兼備したような振動抑制装置の提供を目的
としている。

「課題を解決するだめの手段」 そこでこの発明は、構造物の所定の位置にタンクを設（
ジ、このタンクの内部に液体を貯留すると共にこの液体
の上面に浮体を配置し、かつ、この浮体の下面に、前記
構造物の固有振動周期とそれぞれ同一の振動周期で、か
つ、これら構造物の固有振動とそれぞれ所要の位相差を
伴って振動するように前記液体を区切る仕切部材を突設
したような構造物の振動抑制装置を構成して、前記課題
を解決している。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第３図はこの発明の第１実施例である振動
抑制装置を示す図である。図中、符号ｌは振動抑制装置
であり、この振動抑制装置１は、風によって引き起こさ
れる振動に対して最も効果があるとされる高層建築物（
構造物）２の屋上に設置されている。

この振動抑制装置１は、ゴム等の弾性体と鋼板との積層
構造からなる支持台３と、この支持台３上に載置された
タンク４と、このタンク４内に貯留された飲料水５とか
ら概略構成されている。

前記タンク４は、建築物２の飲料水５を貯留するための
角筒状の貯水タンクであり、その」１端が開放された構
造となっている。また、符号６はタンク４」一部に連結
された給水管、符号７はタンク４上部に連結された出水
管である。

また、飲料水５上面には、タンク４の上端開口部を略覆
う大きさの浮体８が浮設されている。この浮体８は、例
えば、可撓性袋状体の内部に空気が充満されて構成され
たものや、あるいは発泡スヂロール等水より小さい比重
を有する材質からなるものが好適に挙げられるが、これ
らの例に限定されないことは言うまでもない。この浮体
８の下面には、前記タンク４内部に没入される大きさに
形成された平面視正方形格子状の仕切部材９が突設され
ている。

この仕切部材９は、その各格子間の間隔が第２図に示す
ようにそれぞれ１となるように、かつ、その高さ（すな
わち飲料水５への没入深さ）が第１図に示すようにそれ
ぞれＨとなるように形成されている。従って、この仕切
部材９がタンク４内に没入された状態で、第１図に示す
ように、飲料水５の上部はそれぞれ内径３及び深さトＩ
の平面視正方形状の室１０．１０、・に区分される。こ
の仕切部材９の格子間距離λ及び高さＩ（は、室１０．
１０、　内に貯留された飲料水５の振動周期が建築物２
の固有振動周期と同一の振動周期となるような値に予め
設定されている。さらに、これらａ及びトエは、室１０
，１０．　　・内に貯留された飲Ｅｌ水５の総質量が建
築物の質量の／１５θ〜／／／θθの範囲内ともなるよ
うに設定されている。

なお、前記タンク４、浮体８及び仕切部材９は、長期使
用においても腐蝕されない材質（例えばプラスチック製
）で形成されることが好ましい。しかしながら、これら
タンク４、浮体８及び仕切部材９の材質は、施］二条件
等により適宜決定されれば良く、前述の材質に限定され
ることはない。

次に、以上のような構成を有する振動抑制装置ｌの作用
について説明する。

前記建築物２と振動抑制装置１とを含む振動系は、第４
図に示すような振動モデルに近（ＩＪ、簡略化すること
ができる。この振動モデルは、ばね定数Ｋ。のばね１２
Ａ及び減衰率ｌ＋ｏのグッソコボット１３Ａを介して、
質量Ｍ。の物体ＩＩΔが支持されてなる振動系Ａ（建築
物２の振動モデル）と、ばね定数ＫＩのばね１２Ｂ及び
減衰率り、のダッンコポット１３Ｂを介して、質量Ｍ１
の物体１１Ｂが支持されてなる振動系Ｂ（室１０内の飲
料水５の振動モデル）とが直列に接続されたようなモデ
ルである。

そして、このような振動モデルにおいて、物体＋１Ａに
加わる地震や風等の外力によって振動系Δが振動を開始
すると、振動系Ｂは／／４周期の位相遅れをもって振動
を開始するから、これら振動系Ａ−Ｂの振動周期を一致
させることにより、振動系Ａの振動を抑制することかで
きる。

ここで、物体１１Ｂは、物体１１Ａの約２％程度の質量
であるので、前記建築物２の固有振動周期Ｔ。は、構造
設計」二の見地から定められた質量Ｍｏ及びばね定数Ｋ
。によりほぼ一義的に決定される。したがって、前記振
動抑制装置１の振動周期、すなわち各々の室１０内にあ
る飲料水５の振動周期Ｔ、が建築物２の固有振動周期Ｔ
。に一致するように、この室１０のτノ法、容量及び飲
料水５の貯留量を設定すれば良い。この、室１０内に貯
留された飲料水５の挙動は、次のようにして解析できる
。

スロッシングの第３次の固有振動周期Ｔ、と第３次の固
有円振動数ω、との関係は、次式で表される。

Ｔ　Ｊ　＝　２π／ωＪ　　　　　　・・・・（１）そ
して、前記（１）式において、Ｉ−Ｉを飲料水５の貯留
深さ、９を重力加速度とすると、前記ω、は次式で与え
られる量である。

１ｒ）Ｊ−ｋＪ−１’・）ａｎｈ（ｋＪｌｌ）　　　　
　　（２）さらに、前記（２）式におけるｋＪは、室１
ｏの幅をλとすれば、次式で与えられる。

Ｊ−（２３−１）π／　ａ　　　　　−−（３）従って
、以」１示した（１）〜（３）式からスロッシングの固
有振動周期ＴＪを求めることができる。特に、萌述した
振動抑制のためには、第１次のスロッシングにお（Ｊる
固有振動周期Ｔを用いれば良い。

これは次式で表される。

以」二説明したように、この実施例の振動抑制装置１に
よれば、地震や風等の外力によって建築物２に励起され
る振動を抑制することができる。特に、この実施例の振
動抑制装置１では、飲料水５上面に設置された浮体８の
下面に仕切部材９を突設しているので、タンク４の飲料
水５の水位が変動しても浮体８がこれに追従して上下す
るので、飲料水５の水位に拘わらず一定の大きさの室１
０．１０、　を確保でき、これにより常時一定の振動抑
制効果を得ることができる。また、建築物２に対して振
動抑制を行っている飲料水５は仕切部材９で区切られた
室１０．１０、・内の飲料水５、すなわちタンク４上部
に位置する飲料水５のみであるので、タンク４下部に位
置する飲料水５には何等影響がない。従って、この実施
例によれば、貯水タンクの機能をも兼備した振動抑制装
置１を実現することが可能となる。

「発明の変形実施例」 この発明の構造物の振動抑制装置は、その細部が前記実
施例に限定されず、種々の変形例が可能である。以下、
図面を参照してこの発明の変形実施例について説明する
。

第５図は、この発明の第２実施例である構造物の振動抑
制装置を示す図である。なお、以下の説明において、前
記第１実施例と同一の構成要素については同一の符号を
何し、その説明を省略する。

この実施例においては、振動抑制装置１の蓋体８下面に
突設された仕切部材９が、第５図に示すように円筒状の
部材が平面的に列設されて構成されている。

従って、この実施例でも前記第１実施例と同様に、建築
物２の振動が仕切部材９により区切られた室１０．１０
、・内の飲料水５によりそれぞれ有効に減衰され、効果
的な振動抑制効果を得ることができる。すなわち、タン
ク４の形状、設置個数、及び仕切部材９の形状、設置個
数は任意であリ、建築物２の形状や振動性状等を考慮し
て適宜決定されイ１ば良い。

「発明の効果−１ 以−に詳細に説明したように、この発明によれば、構造
物の所定の位置にタンクを設（１，ｌ、このタンクの内
部に液体を貯留すると共にこの液体の」−面に浮体を配
置し、かつ、この浮体の下面に、前記構造物の固有振動
周期とそれぞれ同一の振動周期で、かつ、これら構造物
の固有振動とそれぞれ所要の位相差を伴って振動するよ
うに前記液体を区切る仕切部材を突設したような構造物
の振動抑制装置を構成したので、タンク内の液体の液位
が変動してち浮体かこれに追従してＬ下オろので、液体
の液位に拘イつらず常時一定の振動抑制効果をｉ守るこ
とができる。よって、この発明によれば、貯水タンクの
機能をも兼備した振動抑制装置を実現ずろことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の第１実施例である構造
物の振動抑制装置を示す図であって、第１ｌ−− １図は平面図、第２図は第１図のＩＩ−ＩＦ線に沿う矢
視断面図、第３図は建築物の屋上に設置された状態を示
す概略図、第４図ｔＪ：　１１’η造物及び振動抑制装
置の振動モデルを示す概略図、第５図はこの発明の第２
実施例である構造物の振動抑制装置を示す平面図である
。 ｌ　　振動抑制装置、２　　・建築物（構造物）、４・
　タンク、５　　飲料水（液体）、８　　／′￥体、９
　　仕切部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 構造物の所定の位置にタンクが設けられ、このタンクの
   内部には液体が貯留されると共にこの液体の上面には浮
   体が配置され、かつ、この浮体の下面には、前記構造物
   の固有振動周期とそれぞれ同一の振動周期で、かつ、こ
   れら構造物の固有振動とそれぞれ所要の位相差を伴って
   振動するように前記液体を区切る仕切部材が突設されて
   いることを特徴とする構造物の振動抑制装置。