JPH02221570A

JPH02221570A - 並列配置振り子式スロッシングダンパー

Info

Publication number: JPH02221570A
Application number: JP4356489A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yamada; 俊一山田; Takuji Kobori; 小堀　鐸二; Shinichi Takahashi; 新一高橋; Atsushi Tagami; 淳田上
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-09-04

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〕本発明は土木、建築の分野において、風や地震など、構
造物に作用する振動外力の影響を低減させるための動吸
振器に関するものである。

〔従来の技術〕

構造物に対する動吸振器としては、特開昭６３１１４７
７３号公報記載の発明などがある。

ところで、例えばペンシルビルのように水平剛性が低く
、したがって固有周期が長く、風圧変動の卓越周期と共
振しやすい構造物では風揺れによる振動障害（主として
居住性の問題）が生じやすい。しかし、居住性を問題と
するとき、人が感じ始める加速度のレベルは１．　ＯＣ
ａ１前後と言われており、従来風揺れなどのように微小
な振動の低減を図ることは非常に難しいとされてきた。

また、水槽内に液体を貯留した従来のスロッシングダン
パー（特開昭６２−１０１７６４号公報など）について
は、水などの液体を用いるため、十分な振動抑制効果を
得るためには、非常に大きな水槽を必要とし、設置位置
や設置方法の問題がある。

これに対し、出願人は摩擦が少なく、微小振動にも敏感
に反応することのできる振り子式動吸振器を用いた第１
振動系と、主として第１振動系の振動を減衰させるため
の第２振動系を構成するスロッシングダンパーとを組み
合わせ、２重動吸振器を構成することにより、主振動系
である構造物の揺れを効果的に抑制する振り子式スロッ
シングダンパーを開発している（［風揺れを対象としだ
調風構造の振動実験」、小堀他、日本建築学会大会学術
講演梗概集、昭和６３年１０月および特願昭６３−３２
３０６１号参照）。

振り子式スロッシングダンパーは主振動系を構成する構
造物に対し、複数の吊り材を介して吊支持される支持台
と、該支持台上に設置された水槽とからなり、吊り材に
より、支持台および水槽が重りとして振動し、構造物の
振動を減衰させる。

さらに、この第１振動系の振動に対しでは、第２振動系
を構成する水槽内の液体の振動が減衰力を与えることに
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

機械の分野における従来の一般的な動吸振器の設計にお
いては、主振動系の振幅倍率の最大値を最小にするため
には、第５図において、吸振器系の質量をｍ、バネ定数
をに１ダンパーの減衰定数をＣ１主振動系の質量をＭ１
バネ定数をＫとして、動吸振器と主振動系に次のような
関係があればよいとされている（［動吸振器の実用性（
１）ｊ、背戸−登、機械の研究第３６巻第４号、１９８
４年、第４７７頁〜第４７８頁）。

ω、１　／Ω７　＝ｌ十μ ここで、 Ω７Ｃ１＝ＦＴ＝ｒ：主振動系の固有振動数；吸振器系の固有振動数 μ＝ｍ／Ｍ　　：吸振器系と主振動系の質量比ζ＝　Ｃ
／　２　ｌ５ＪＨ吸振器系の減衰率しかし、単一の動吸
振器では、パラメーターのわずかな変動により割振効果
が損なわれるなど、最適同調が崩れたときの安定性に問
題がある。

この問題を解決する手段としては、２個の動吸振器を並
列的に用いる方法が提案されている（例えば、「２個の
複合動的吸振器の最適設計法とその効果」背戸他、日本
機械学会論文集、昭５９−１など）。

本発明の目的の１つは上述のような問題に対し、構造物
用の振り子式スロッシングダンパーを２以上並列的に配
置することにより、コンパクトで、小さな風揺れや地震
動にも敏感に反応し、かっ制置、側風効果における安定
性の高い構造物用の動吸振器を提供することである。

また、土木、建築構造物に特有な問題として、構造物の
固有周期の推定の難しさがある。構造物の振動を減衰す
る動吸振器は構造物の固有周期を正確に推定して設計す
る必要があるが、構造物の固を周期は供用期間中で常に
一定というわけではない。例えば、大きな地震を経験し
た後の構造物は、剛性が低下し、固有周期が長くなる。

また、小さな振動の場合は、非構造部材の剛性が加わり
、逆に固有周期が短くなる。このように、構造物のその
状態での固有周期を正確に推定することには難しさが伴
っている。

本発明の目的のもう１つはこのような構造物の固有周期
の推定の難しさを克服できる動吸振器を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段〕本発明は従来の技術の項で述べた振り予成スロッシング
ダンパーを複数並列的に配置して、１つには最適同調が
崩れたときの安定性の向上を図ったもので、もう１つに
は構造物の固有周期のずれに対処できるようにしたもの
である。

最適同調が崩れたときの安定性に関しては、振り予成ス
ロッシングダンパーとして、通常第１振り予成スロッシ
ングダンパーおよび第２振り予成スロッシングダンパー
の２つの振り予成スロッシングダンパーを並列的に配置
し、それぞれの振り子式の第１振動系の固有振動数ω１
、ω２を、前記構造物の固有振動数（１次の固有振動数
）をΩとして・、 ω１くΩくω２となる大小関係として、かつΩ−ω１とω２−ΩがΩに
対し、１７１０以下の範囲で調整するのが望ましい。第
１振動系の重りの質量ｍ、　、ｍｇは、制振効果を考え
た場合、主振動系である構造物の質量Ｍの１　／１００
〜１　／４００程度が望ましく、例えば、１　／２００
の場合は第２振り予成スロッシングダンパーの第［振動
系の固有振動数ω、を構造物の固有振動数Ωより４％程
度小さく設定し、第２振り予成スロッシングダンパーの
第１振動系の固有振動数ω２を構造物の固有振動数Ωよ
り４％程度太き（設定する。

２つの振り予成スロッシングダンパーでは、安定性が不
十分と考えられる場合には、３以上の振り予成スロッシ
ングダンパーを並列的に配置してもよい。

構造物の固有周期の変動に対処させる方法としては、通
常３つ以上の振り予成スロッシングダンパーを用い、こ
れらをある幅で゛それぞれ固有周期を変えて設置し、構
造物の固有周期の変動に対して同調している周期の範囲
を広くすることにより、安定的に性能を発揮させること
ができる。

例えば、３つの振り予成スロッシングダンパーを並列的
に配置する場合、各振り予成スロッシングダンパーの第
１振動系の固有振動数ω１．ω２゜ω３　（ω違くω２
〈ω３）を、前記構造物の固有周期の予想される変動幅
Ω１≦Ω≦Ω２に対し、ω、〈Ω１〈ω２〈Ω２〈ω。

となるよう調整することにより、変動幅Ω、≦Ω≦Ω２
の範囲で比較的安定した割振効果を期待することができ
る。

より安定的な制振効果を期待する場合にはさらに多くの
振り予成スロッシングダンパーを並列的に配置し、各振
り予成スロッシングダンパーの前記第１振動系の固有振
動数ω３．ω２．・・・・・・、ωｎ（ω１〈ω２く・
・・・・・くωｎ）を、前記構造物の固有周期Ωの予想
される変動幅に応じて、ω、〈Ω１〈ω、、１ ω　−〈　Ω　２　〈　ω　ｊ＋１（１≦ｉ＜ｊ≦ｎ）の範囲で、第１振動系の個数および固有周期を調整すれ
ばよい。

〔実施例〕

次に図示した実施例について説明する。

第４図は単一の振り予成スロッシングダンパー１をモデ
ル的に示したもので、まず構造物３ｏの振動を吊り方式
の重り１１が吸収して、次に重り１１に伝わった振動を
水槽２０内の水２２などの液体が激しく動揺して吸収す
るとともに、その振動エネルギーを波の破砕（スロッシ
ング）や水槽の接触摩擦によって消滅させることができ
る。

摩擦が小さい吊り方式と、動揺しやすい液体を採用して
いるので、小さな揺れに対しても敏感に反応することが
できる。

第６図は単一の振り予成スロッシングダンパー１の全体
構造を、第７図〜第９図は第１振動系を構成する振り子
１０の構造を、第１０図〜第１２図は第２振動系を構成
する水槽２０の構造をより具体的に示したものである。

振り子１０の重り１１としては鋼材を用い、ワイヤーロ
ー１１２により、装置の外周フレーム２に対し４点で吊
り下げられている。図中３は装置を取付けるための据付
プレートである。重り１１の上には、水槽２０が取付け
られる。この実施例では水槽２０を縦に３分割し、内側
には、突出長三角形のリプ２１を等間隔に取付けて、振
り予成スロッシングダンパーとして最適な減衰量となる
ようにしている。

振す予成スロッシングダンパー１は主振動系に対し、第
１振動系および第２振動系を有する２重動吸振器として
構成されているため、従来のスロッシングダンパーと比
較し、同じ風揺れ抑制効果を得ようとする場合、水量が
約１／３０、体積が約１／７で済む、実際の建物に適用
する場合では、例えば１０００　を程度の建物では、振
り子の重りは１０〜２０ｔ１水量は２００〜５００１程
度で大きな振動低減効果が得られる。

これに対し、第１図は本発明において２個の振り予成ス
ロッシングダンパー１．１３を並列的に配置した場合を
示したものである。第３図は単一の振り予成スロッシン
グダンパーを用いた場合の応答倍率（図中、点線で示す
）と、ω１くΩくω２となる大小関係として、かつΩ−
ω１とω２−ΩがΩに対し、１７１０以下の範囲で調整
した２個の振り予成スロッシングダンパー（２個合わせ
た付加質量比は単一の振り予成スロッシングダンパーの
ものと同じとした）を並列的に配置した場合の応答倍率
（図中、実線で示す）の関係を概略的に示したもので、
２個の振り予成スロッシングダンパーの並列配置により
、単一の振り予成スロッシングダンパー１の場合に表れ
る２つのピークが均され、最大応答倍率が低減されると
ともに、最適同調が崩れたときにも影響が少なく、安定
性に優れている。

本実施例の振り予成スロッシングダンパーの構造物への
設置方法としては、建物の塔屋の天井の梁にワイヤーロ
ープをかけて設置する方法や、建物最上階の天井の梁に
ワイヤーローブをかけて設置する方法が考えられる。ま
た、２つの振り予成スロッシングダンパーは必ずしも近
接して設置する必要はなく、第２図のように別々の塔屋
に設置してもよい。

一方、第１３図は構造物の固有振動の変動幅Ω。

≦Ω≦Ω２に対し、３個の振り予成スロンシングダンパ
−１，ｌａ、ｌｂを並列的に配置した場合を示したもの
である。図中左側の振り予成スロッシングダンパー１ａ
の固有周期ω１、中央の振り予成スロッシングダンパー
１の固有周期ω２、右側の振り予成スロッシングダンパ
ー１ｂの固有周期ω、を、ω１〈Ω、〈ω２くΩ２くω
、となるよう調整すると、小さな振動で構造物の固有周
期が予想より短い場合には、左側の固有周期ω、の振り
予成スロッシングダンパー１ａと、中央の固有周期ω２
の振り予成スロッシングダンパー１が構造物を減衰させ
る寄与率が高くなり、逆に例えば、大きな地震を経験し
た後の固有周期が長くなった場合には、右側の固有周期
ω、と中央の固有周期ω２の振り予成スロッシングダン
パー１が構造物を減衰させる寄与率が高くなる。

〔発明の効果〕

■　並列的に配置した各振り予成スロッシングダンパー
の第１振動系および第２振動系の質量および固有振動数
などを適切に設定することにより、２個合わせた付加質
量比が同じ単一の振り予成スロッシングダンパーに比べ
振動抑制効果が大きく、また最適同調が崩れたときの安
定性に優れている。このことは特に構造物に対する付加
質量比が小さい場合に顕著である。

■　３以上の振り予成スロンシングダンパーを並列配置
し、各振り予成スロッシングダンパーの固有周期を構造
物の固有周期の予想される変動幅に応じて調整すること
により、同調可能な周期の範囲を広くすることができ、
安定的に割振効果を発揮させることができる。

■　小さな風揺れや地震動にも、敏感に反応し、揺れを
効果的に抑制し、早期に減衰させるので、揺れによる不
快感を取り除くことができる。

■　振り子式動吸振器とスロッシングダンパーを２重動
吸振器として組み合わせたことにより、従来のスロッシ
ングダンパーと比較して、小容量の水槽に小量の液体を
入れることにより、大きな制振効果を得ることができる
。

■　装置がコンパクトであり、取り付けも容易なので、
小さなスペースに設置できる。

■　高層住宅、高層ビル、高層タワーなどの風揺れを効
果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の並列配置振り子式スロッシングダンパ
ーをモデル的に示した概念図、第２図は第１図の変形例
を示した概念図、第３図は並列配置と単一配置の振り子
式スロッシングダンパーの効果の違いを、それぞれ付加
質量比を同じとして応答倍率により表したグラフ、第４
図は単一の振り予成スロフシングダンパーをモデル的に
示した概念図、第５図は従来の一般的な動吸振器をモデ
ル的に示した概念図、第６図は振り子式スロッシングダ
ンパーの構造を示した立面図、第７図は振り予成動吸振
器部分の構造を示す平面図、第８図および第９図はそれ
ぞれその正面図および側面図、第１０図は水槽の構造を
示す平面図、第１１図および第１２図はそれぞれその正
面図（一部断面図）および側面図、第１３図は本発明に
おいて構造物の固有周期の変動に対処させる場合の並列
配置振り子式スロッシングダンパーをモデル的に示した
概念図である。１、ｌａ、ｌｂ・・・振り子式スロッシングダンパ、２
・・・外周フレーム、１０・・・振り子、１１・・・重
り、１２・・・ワイヤーローブ、２０・・・水槽、２１・・
・リブ、２２・・・水第７図第２図第６図第３図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）構造物に対し、複数の吊り材を介して吊支持され
る支持台と、該支持台上に設置された水槽とからなり、
前記吊り材により前記支持台および液体を入れた水槽を
重りとして振動し、前記構造物の振動を減衰させる振り
子式の第１振動系と、前記水槽内の液体の振動により前
記第１振動系の振動を減衰させる第２振動系とを構成す
る振り子式スロッシングダンパーを複数並列的に配置し
たことを特徴とする並列配置振り子式スロッシングダン
パー。
（２）振り子式スロッシングダンパーとして、第１振り
子式スロッシングダンパーおよび第２振り子式スロッシ
ングダンパーの２つの振り子式スロッシングダンパーを
並列的に配置し、それぞれの前記第１振動系の固有振動
数ω＿１、ω＿２を、前記構造物の固有振動数をΩとし
て、 ω＿１＜Ω＜ω＿２となるよう調整したことを特徴とする請求項１記載の並
列配置振り子式スロッシングダンパー。
（３）３つ以上ｎ個の振り子式スロッシングダンパーを
並列的に配置し、各振り子式スロッシングダンパーの前
記第１振動系の固有振動数ω＿１、ω＿２、……、ω＿
ｎ（ω＿１＜ω＿３＜……＜ω＿ｎ）を、前記構造物の
固有周期Ωの予想される変動幅 Ω＿１≦Ω≦Ω＿２に応じて調整したことを特徴とする請求項１記載の並列
配置振り子式スロッシングダンパー。
（４）３つの振り子式スロッシングダンパーを並列的に
配置し、各振り子式スロッシングダンパーの前記第１振
動系の固有振動数ω＿１、ω＿２、ω＿３（ω＿１＜ω
＿２＜ω＿３）を、前記構造物の固有周期Ωの予想され
る変動幅 Ω＿１≦Ω≦Ω＿２に対し、 ω＿１＜Ω＿１＜ω＿２＜Ω＿２＜ω＿３となるよう調整したことを特徴とする請求項４記載の並
列配置振り子式スロッシングダンパー。