JPH01318671A

JPH01318671A - 構造物の振動抑制装置

Info

Publication number: JPH01318671A
Application number: JP14935188A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sato; 孝典佐藤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1989-12-25
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810892B2

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】「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、高強度材料の開発、工作技
術の進歩、並びに電算機による構造解析技術の発展等の
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、このように軽量で柔軟な構造物に
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する可能性がある。

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上の応力を付与する
恐れすらあった。

そこで、本願発明者は、特願昭６０−２４１０４５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け、この液体の
振動によって前記構造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、通常の地震動の加速度応答スペクトルは、第
４図に示すように特定の範囲（約０．２〜１．０秒）に
おいて卓越した周期成分をもっているものの、それ以外
の範囲における周期成分も決して少なくない。特に、前
述の如く、構造物の形式の多様化に伴って構造物の振動
性状も複雑化しているため、広範囲の振動周期に柔軟に
対応しうる振動抑制装置の実現が望まれていた。

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、広範囲の
固有振動周期を存する構造物の振動を有効に減衰させる
ことが可能な振動抑制装置の提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」そこでこの発明は、構造物の所定の位置に複数個のタン
クを振動自在に設け、このタンクの内部に、各々のタン
クの固有振動周期と同一の振動周期で、かつ、これらタ
ンクの各々の固有振動と所要の位相差を伴って振動する
液体をそれぞれ貯留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、建築物（構造物）２の
内部に振動自在に設置された複数個のタンク４．４、・
・・と、これらタンク４．４、・・・内に貯留された液
体５．５、・・・とから概略構成されている。

前記タンク４は、第１図ないし第２図に示すように、平
面視矩形状の有蓋箱状に形成され、前記建築物２の天井
３からワイヤ６．６、・・・を介して吊持されている。

これにより、タンク４はワイヤ６の長さｔで決定される
所定の固有振動周期をもって建築物２に対して水平方向
に振動自在となるように設置されている。そして、振動
抑制装置ｌ全体としては、これらタンク４、・・・の固
有振動周期が複数種類存在するように、タンク４、・・
・を吊持するワイヤ６、・・・の長さｌが異ならせた状
態でそれぞれのタンク４が吊持されている。このタンク
４の固を振動周期は建築物２の特性によって適宜選択す
れば良いが、建築物２の固有振動周期付近の振動周期を
有するタンク４の割合が卓越すべきことは言うまでもな
い。

このタンク４は、その内径がａとされ、かつ、この内部
には前記液体５が高さＨだけ貯留されている。このタン
ク４の内径ａ及び液体５の貯留高さＨは、タンク４内に
貯留された液体５の振動周期がタンク４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Ｈは、タンク４．４、・・・内
に貯留された液体５．５、・・・の総質量が建築物２の
質量の１１５０〜１／１００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
ましく、同様に、前記液体５は、長期使用においても蒸
発しにくい粘性液体（例えば油）であることが好ましい
。しかしながら、これらタンク４及び液体５の材質は、
施工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１の作用
について説明する。

前記建築物２とタンク４、液体５とを含む振動系は、第
５図に示すような振動モデルに近似、簡略化することが
できる。なお、以下の説明においては、１つのタンク４
及びこのタンク４内に貯留された液体５についての現象
のみ議論するが、振動抑制装置１全体としての振舞はこ
れらの重畳現象として記述できることはいうまでもない
。

この振動モデルは、ばね定数に０のばね７Ａ及び減衰率
り。のダッシュポット９Ａを介して、質量Ｍ、の物体８
Ａが支持されてなる振動系Ａ（建築物２の振動モデル）
と、ばね定数に１のばね７Ｂ及び減衰率ｈ１のダッシュ
ポット９Ｂを介して、質量Ｍ１の物体８Ｂが支持されて
なる振動系Ｂ（タンク４の振動モデル）と、ばね定数に
２のばね７Ｃ及び減衰率り、のダッシュポット９Ｃを介
して、質量Ｍ２の物体８Ｃが支持されてなる振動系Ｃ（
タンク４内の液体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８Ａに加
わる地震や風等の外力によって振動系Ａが振動系Ｂの固
有振動周期と時間−の振動周期で振動を開始すると、振
動系Ｂは１／４周期の位相遅れをもって共振するから、
これら振動系Ａ−Ｂの振動周期が一致した点において、
その振動周期における振動系Ａの振動を抑制することが
できる。

同様に、振動系Ｂ−Ｃの振動周期が一致されていれば、
振動系Ｃは振動系Ｂに対して１／４の位相遅れをもって
共振し、これにより振動系Ｂの振動、ひいては、振動系
Ａの振動を抑制することができる。

したがって、これらタンク４及び液体５によって振動を
抑制すべき振動周期、すなわち各々のタンク４内に貯留
された液体５の振動周期Ｔ２がタンク４そのものの固有
振動周期Ｔ、に一致するように、このタンク４の寸法、
容量及び液体５の貯留量を設定すれば良い。この、タン
ク４内に貯留されだ液体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ｊ次の固有振動周期Ｔ、と第ｊ次の固
有円振動数ω、との関係は、次式で表される。

Ｔ１−２π／ω１　　　　　　　　・・・・・・（１）
そして、前記（１）式において、Ｈを液体の貯留深さ、
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。

ω、−／記「；層に■正−・・・・・・（２）さらに、
前記（２）式におけるに１は、タンク４の幅をａとすれ
ば、次式で与えられる。

ｋ、＝　（２ｊ−１）π／　ａ　　　　　−−（３）従
って、以上示した（１）〜（３）式からスロッシングの
固有振動周期Ｔ、を求めることができる。特に、前述し
た振動抑制のためには、第１次のスロッシングにおける
固有振動周期Ｔを用いれば良い。

これは次式で表される。

以上説明したように、この実施例の振動抑制装置ｌ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、この実施例では、
振動抑制装置１全体として複数個のタンク４．４、・・
・の固有振動周期が複数種類存在するように、これらタ
ンク４、・・・を吊持するワイヤ６、・・・の長さｔが
異ならせた状態でそれぞれのタンク４が吊持されている
ので、これら相異なるそれぞれのタンク４、・・・の振
動周期において選択的にタンク４が共振し、これにより
複数の振動周期において有効に建築物２の振動抑制を行
うことができる。しかも、振動抑制装置ｌ全体が複数個
のタンク４．４、・・・及びこれらタンク４、・・・内
に貯留された液体５、・・・に分割された構成であるの
で、各種の振動周期を有するタンク４の割合を適宜選択
、決定することで、広範囲な振動周期について所望の振
動抑制効果を得ることができる。よって、この実施例に
よれば、広範囲の固有振動周期を有する構造物の振動を
有効に減衰させることが可能な振動抑制装置を実現する
ことができる。

「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６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
付し、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のタンク４が外
形球状に形成されている。そして、このタンク４内には
、その振動周期がタンク４の固有振動周期と同一の振動
周期となるような条件で、液体５が貯留されている。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の振動が有効に減衰され、広範囲な振動周期において
効果的な振動抑制効果を得ることができる。

なお、タンク４の形状、設置個数は任意であり、建築物
２の形状や振動性状等を考慮して適宜決定されれば良い
ことはいうまでもない。また、タンク４の設置方法も任
意であり、−例として、タンク４に台車を付設する等し
て水平方向移動自在に設置すると共に、このタンク４を
スプリング等で建築物２に固定することで特定の振動周
期により振動自在に構成しても良いことは勿論である。

「発明の効果」以上詳細に説明したように、この発明によれば、構造物
の所定の位置に複数個のタンクを振動自在に設け、この
タンクの内部に、各々のタンクの固有振動周期と同一の
振動周期で、かつ、これらタンクの各々の固有振動と所
要の位相差を伴って振動する液体をそれぞれ貯留したよ
うな構造物の振動抑制装置を構成したので、振動抑制装
置全体として複数個のタンクの固有振動周期が複数種類
存在するようにこれらタンクを設置すれば、それぞれの
振動周期に８いて選択的にタンクが共振し、これにより
複数の振動周期において有効に建築物の振動抑制を行う
ことができる。しかも、各種の振動周期を有するタンク
の割合を適宜選択、決定すれば、広範囲な振動周期につ
いて所望の振動抑制効果を得ることができる。よって、
この発明によれば、広範囲の固有振動周期を有する構造
物の振動を有効に減衰させることが可能な振動抑制装置
を実現することができる。

【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１図は正面図、
第２図は第１図のｎ−ｎ　’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
図は地震動の加速度応答スペクトルを示す図、第５図は
構造物及び振動抑制装置の振動モデルを示す概略図、第
６図はこの発明の第２実施例である構造物の振動抑制装
置を示す正面図である。ｌ・・・・・・振動抑制装置、２・・・・・・建築物（
構造物）、４・・・・・・タンク、５・・・・・・液体
。

Claims

【特許請求の範囲】

構造物の所定の位置に複数個のタンクが振動自在に設け
られ、これらタンクの内部には、各々のタンクの固有振
動周期と同一の振動周期で、かつ、これらタンクの各々
の固有振動と所要の位相差を件って振動する液体がそれ
ぞれ貯留されていることを特徴とする構造物の振動抑制
装置。