JPH02120476A - 構造物の振動制御方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高層構造物の振動制御方法及びその装置に係る
ものである。

（従来の技術） 構造物に風が作用した場合、その力によって構造物が変
形する。第１７図は変形前の構造物（＾）と、風による
力Ｐによって変形した後の構造物を示す。

図中δは構造物頂部での変形量を示す。

一方、構造物が高層になり固有周期が長くなると、例え
ば風力、風向等の時間的変化により構造物の固有周期と
一致した振動が励起される。

このときの構造物の変形は第１８図に示すように、前記
した風の力による変形δに、振動による変形δ′が加わ
る形で表現される。ただし、振動による変形δ′は前記
風の力による変形δの状態を中心に、時間とともに左右
に揺れる変形を示している。この変形を時間とともに表
現すると第１６図のようになる。第１５図は構造物が振
動するときの風外力の状態を示し、この力で前！ｂ第１
６図の実線に示す変形が生起する。

既存のタワーや、これから計画が予想される超々高層建
築物では前記δ′による揺れが大きく、居住者に船酔い
的な不快感を与える。また変形δに変形δ′が加算され
ることによって、構造物の設計に当たっては、大きな変
形に耐えられるように部材断面を大きくしなければなら
なくなる。

従って制振機構を用いて構造物の振動を低減することは
居住性確保のために重要であり、また必要耐力が風圧力
で決定される構造物にあっては、制振することによって
風荷重を低減でき、構造物の荷重負担を小さくすること
ができる。

従来の風による振動を対象とした構造物の制振方法とし
ては、構造物に付加質量を設置する方法が主流である。

その第１の方法は構造物（Ａ）に付設した付加質量Ｍに
加振力Ｐと同一方向にアクティブに力Ｆを加えて、この
反力Ｒを制振力とする方法である。

（第１９図参照） 第２の方法は、構造物（Ａ）に付設した付加質量Ｍに、
ばねＮ１及び減衰器Ｎ２を設置して、付加質ＩｊｔＭが
構造物の固有周期で振動するようにし、ごの際の減衰力
Ｒ′を制振力として利用する方法である。（第２０図参
照） （発明が解決しようとする課題） 前記従来の制振方法では付加質量として重す物を設置す
る必要があり、構造物の耐力を増強する必要が生しると
いう欠点がある。

この他、第一の方法では消費エネルギーが大きく、第二
の方法では固有周期以外のＩｌｉ％　？）＋には殆んど
制振効果が得られない。

本発明の前記従来技術の有する問題点に鑑みて１に室さ
れたもので、その目的とする処は、構造物の負担が小さ
く、消費エネルギーが小さ（、しかも制振効果が得られ
る周期の幅が広い構造物の振動制御方法及び装置を堤供
する点にある。

（課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するため、本発明に係る構造物の振動
制御方法は、構造物に少なくとも２枚一組のブレードよ
りなる複数のブレードを回転自在に設置し、同各ブレー
ドの角度を風向に対して制御し、そのとき同各ブレード
に加わる風力を構造物に制振力として加振して構造物の
風による振動を制御するものである。

また本発明に係る構造物の振動制御装置は、構造物に回
転自在に設置された少なくとも２枚一組みのブレードよ
りなる複数のブレードと、同ブレードの角度設定器と、
構造物に設置された振動計及び風向計と、同振動計及び
風向計からの構造物の振動並びに風向の検出信号を受け
て前記ブレードの角度設定器を制御して同ブレードの角
度を設定する制御装置とから構成されている。

（作　用） 本発明の方法によれば、構造物に回転自在に設置された
少なくとも２枚−５徂のブレードよりなる？Ｖ　ｍｌの
ブレードの風向に対する角度を制御することによって、
風向方向、及び風向直角方向の制振力を得るものである
。

本発明の装置は、前記ブレードが設置された構造物に、
振動計及び風向計を設置するとともに、同振動計及び風
向計から出力された構造物の振・肋、並びに風向検出信
号を受けて前記ブレードの角度設定器を制御〕１する制
御装置を設け、構造物の振！Ｊｌを小さくする方向にブ
レードに加わる風力が得られるように同ブレードの角変
を設定し、同ブレードによる制振作用が自動的に行われ
るようにしたものである。

（実施例） 以下本発明を図示の実施例について説明する。

第１図及び第２図において、塔状の構造物（１）の屋上
部における対角線方向両端に１対のブレード（２）が、
風向に対して垂直方向の軸を中心として回転自在に配置
され、前記ブレード（２）の角度を制ｆｉｌｌして風向
方向及び風向直角方向の制振力が得られるように構成さ
れている。

風方向の制振力は第８図及び第９図に示すように、前記
一対のブレード（２）（２）を反対方向に回転すること
によって得られる。

即ち、第８図に示すように１対のブレード（２１（２）
が平行状態の場合、ブレード（２）に加わる風方向の風
力Ｘは小さく、出直角方向の風力は生起しない。

一方、第９図に示す状態では風方向の風力Ｘが大きくな
り、また一対のブレード（２１（２）には互いに反対方
向の風方向風力Ｙが働くので、風方向の風力Ｘのみが合
力として残る。

従って２枚のブレード（２）（２）を反対方向に回転さ
せることにより、風方向の風力変動を得ることができ、
本発明ではこのように風方向の風力の変動を制振力とし
て利用するものである。

次に出直角方向の制振力は、第１０図及び第１１図に示
すように、一対のブレード（２）（２）を同一方向に回
転することによって得られる。

即ち、第１Ｏ図では風向方向からみて左向きの出直角方
向の力Ｙが作用し、第１１図ではブレード（２）（２）
の角度を第１０図の場合と反対向きとすることにより、
風向方向からみて右向きの出直角方向の風力Ｙを発生さ
せることができる。

また第１０図及び第１１図において、ブレード（２）の
角度を風向と反対向きに同じ角度とすれば、風向方向の
風力は同じであり変動しない。従ってブレード（２）を
同一の方向に回転させることによって出直角方向の風力
変動を得ることができる。本発明ではこのようにして得
られる出直角方向の風力の変動を制振力として利用する
ものである。

また第８図及び第９図に示す制御と、第１θ図及び第１
１図に示す制御とを複合させて風方向及び出直角方向の
制振力とを同時に得ることができる。

第１２図はブレードに加わる風圧力の風向角に対する性
状を示すもので、本発明ではブレードの角度αを制御し
て風向方向及び風向直角方向の制振力を得るものである
。なお実際にブレードに加わる力を制振力として利用す
るためには、構造物の４へ勅に合わせてブレードの角度
を制御する必要がある。

第１３図及び第１４図はブレードに加わる風力並びにブ
レードの角度変化を示し、構造物に設置されたブレード
の角度を制御することによって第１３図に示す風力に変
え、これを構造物に制振力として作用せしめることによ
って、第１５図に示す構造物に対する風外力を１ｍ制す
る、即ち向風外力による第１６図の実際に示す９口き構
造物の振動を緩和することができる。

第３図及び第４図は本発明の他の実施例を示し、塔状の
構造′＃Ｊ（］）の屋上周囲に垂直回転軸を中心として
回転するブレード（２）が棚状に配設されている。

第５図及び第６図は本発明の更に他の実施例を示し、塔
状の横ａ吻（１）における上層階の外壁の角部に、前記
ブレード（２）が配設されている。

前記ブレード（２）の構造物に対する設置位置は、風圧
を利用するため、風速が大きい位置はど効果が大きく、
また制振力の効果は振動の大きい位置程効果が大きく、
このため前記各実施例においては、ブレード（２）は構
造物の屋上、または上層階の外壁の角部に設けられてい
るのである。

第７図は本発明の方法の操作フロー例を示し、前記のよ
うにブレードが設置された構造物に、風向計及び振動計
を設置し、これらによって得られた風向及び構造物の検
出信号がコンピュータに入力され解析されてブレードの
角度設定器に信号を送り、同設定器を介して前記ブレー
ドの角度を制御し、構造物の振動測定結果に基づいて前
記ブレードの角度を時々刻々変化させ、構造物の振動を
小さくする方向にブレードに加わる風力が得られるよう
にブレードの角度を自動的に設定する。

（発明の効果） 本発明は構造物に少なくとも２枚１４ＩＩのブレードよ
りなる複数のブレードを回転自在に設置し、同各ブレー
ドの角度を風向に対して制御し、同各ブレードにかかる
風力を構造物に制振力として加振し、舟酔い現象等を生
起する構造物の強風時における振動を低減することによ
って、良好な居住環境を確保することができ、また風に
よる振動にノ１５囚する超高層構造物のきしみ音を抑制
することができ、更に強風時の振動を低減することによ
って構造物の荷重負担を軽減できる。

また本発明の方法に使用されるブレードは従来のｔｆｆ
ｉを利用した制振装置に比較して軽量であるため、構造
物の負担が軽微である。

更に本発明に係る振動制御方法は前記したように、風圧
力を制振力として利用するので、消費エネルギーが小さ
く、またアクティブコントロールのため、制振効果の得
られる周期の幅が広い。

請求項２の発明は、前記ブレードが配設された構造物に
振動計及び風向計を設置し、更に同振動計及び風向計か
らの構造物の振動及び風向の検出信号を受けて前記ブレ
ードの角度設定器を制御する制御装置を設けたことによ
って、風圧力を制振力として利用する構造物の制振が自
動的に効果的に行われるものである。

請求項３の発明は回転軸を有する少なくとも２枚１組の
ブレードを、風速が大で振動が大きい屋上部に設置する
ことによって、最小限の数のブレードで優れた制振効果
を発揮しうるちのである。

請求項４の発明は屋上周囲に、回転軸を有するブレード
を棚状に設置したことによって、優れた制振効果を得る
とともに、個々のブレードを小型化し、同各ブレードの
取付構造を簡略化しうるちのである。

請求項５の発明は、前記ブレードを、風速が大で振動が
大きい構造物の上層階の外壁角部に設置することによっ
て大きな制振効果を発揮するとともに、屋上部を所要の
目的に自由に使用できるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動制御方法を実施する構造物の振動
制御装置の一実施例を示す正面図、第２図はその平面図
、第３図は他の実施例を示す正面図、第４図はその平面
図、第５図は他の実施例を示す正面図、第６図は第５図
の矢視Ｖｌ−ＶＴ図、第７図は本発明の方法の操作フロ
ーの説明図、第８図乃至第１１図は夫々ブレードの作用
説明図、第１２図はブレードに加わる風圧力の風向角に
対する性状を示す図表、第１３図はブレードに加わる風
圧と時間との関係を示す図表、第１４図はブレードの角
度変化を示す平面図、第１５図は構造物の振動時の風外
力と時間との関係を示す図表、第１６図は構造物の風に
よる振動で生じる変形と時間との関係を示す図表、第１
７図は風による構造物の一般の変形を示す説明図、第１
８図は第１７図の変形に振動による変形が加わった場合
を示す説明図、第１９図及び第２０図は夫々従来の構造
物の制振装置を示す正面図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物に少なくとも２枚一組のブレードよりなる
   複数のブレードを回転自在に設置し、同各ブレードの角
   度を風向に対して制御し、そのとき同各ブレードに加わ
   る風力を構造物に制振力として加振して構造物の風によ
   る振動を制御することを特徴とする構造物の振動制御方
   法。
2. （２）構造物に回転自在に設置された少なくとも２枚一
   組のブレードよりなる複数のブレードと、同ブレードの
   角度設定器と、構造物に設置された振動計及び風向計と
   、同振動計及び風向計からの構造物の振動並びに風向の
   検出信号を受けて前記ブレードの角度設定器を制御して
   同ブレードの角度を設定する制御装置とから構成された
   ことを特徴とする構造物の振動制御装置。
3. （３）構造物の屋上周囲に回転軸を有する少なくとも２
   枚１組のブレードを設置した請求項２記載の構造物の振
   動制御装置。
4. （４）構造物の屋上周囲に回転軸を有するブレードを棚
   状に設置した請求項２記載の構造物の振動制御装置。
5. （５）構造物の上層階の外壁隅角部に前記ブレードを配
   設した請求項２記載の構造物の振動制御装置。