JPH0348037A - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、特に風等によって建築・土木構造物に励起
される振動を抑制するために、これら構造物に設置され
る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シ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および不
快感を与えると共に、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、特顎昭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ｍ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。

前述の明細書において示した振動抑制装置の一実施例は
、構造物の屋上に筒形の貯留タンクを設け、この貯留タ
ンクに液体を貯留−したような構造であった。ところで
、この貯留タンクに貯留する液体の有効質量は、振動抑
制装置の制振効果と構造物の構造設計との兼合いから、
構造物の質量の１／Ｅθ〜Ｉ／Ｉθθであることが好ま
しいが、このような規模の振動抑制装置を構造物に設置
する作業が大掛かりになること、設置箇所も屋上等広大
なスペースを確保しうる箇所に限定されること、その後
増築・改築等により構造物の質量が変化した際にタンク
内の液体を増減させるだけでは対応しきれない場合があ
ること、及び、振動により物体がぶつかった場合に破損
して水漏れが起きやすいこと等、改良すべき点を残して
いた。

また、構造物に作用する風の向きは常時微妙に変化し続
けることから、構造物に励起される振動の向き及びタン
ク内の液体の振動の向きが微妙に変化するが、この変化
が大きくなると、タンク内の液体が回り始める現象が起
き、かかる場合には振動抑制装置としての機能を発揮で
きな（なるという改良すべき点もあった。

この発明は、前記事情に鑑み、先に本願発明者か提案し
た振動抑制装置を発展させてなされたもので、設置、撤
去等の作業性に優れ、かつタンク内の液体の回り現象を
抑制し得る構造物の振動抑制装置を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段Ｊ この発明にかかる構造物の振動抑制装置は、構造物の所
定の位置に設置した収納部内に複数のタンクユニットを
積層した状態で着脱自在に設け、これらタンクユニット
のそれぞれに、前記構造物の固有振動周期と同一の振動
周期で、かつ、この構造物の固有振動と所定の位相差を
伴って振動する液体を貯留し、それらタンクユニットの
それぞれの内部に突起・を設けたものである。

「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１、第６図は、この発明の一実施例である構
造物の振動抑制装置である。これら図において、符号ｌ
は建築物等の構造物の所定位置２に設置固定された有底
筒状の収納部である。この収納部１は、鋼板やＦＲＰ　
（繊維強化樹脂）からなるもので、その上面開口には蓋
３を被せるようになっている。この収納部１内には、６
段にわたってタンクユニット１０が高さ方向に積層され
た状態で収納されている。

タンクユニットＩＯは、例えばブロー成形法を用いて、
ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹
脂を偏平な中空円盤体状に一体成形して構成され、剛性
および水密性ともに良好な構造とされているもので、そ
の大きさは本実施例の場合、直径約６０ｃｍ、高さ約６
　、５　ｃｍの寸法に設定されている。

このタンクユニット１０の外周面には、互いに相対する
８箇所に内部側へ突出しかつ上下に貫通する位置決め用
の凹陥部１０ａ・・・が等間隔に形成される一方、第３
図に示すタンクユニット１ｏの上面には、中心部に厚さ
方向に延びる孔１０ｂが穿設され、この孔１０ｂの周囲
には凹部１０ｃが形成され、この四部１０ｃがらは中心
部を通って直交する線上にそれぞれ延びる４本の溝１０
ｄが形成されている。この溝１０ｄはタンクユニットＩ
Ｏの上面の剛性を高めるものである。また、第４図に示
すタンクユニット１０Ｉ７）裏面には、中心部に凹部１
０ｅが形成され、この凹部１０ｅがらは前記溝１０ｂの
相対する位置に中心部を通って直交する線上にそれぞれ
延びる４本の突条ｌｏｒが突設されている。この突条１
ｏｆもタンクユニットｌＯの裏面の剛性を高めるもので
ある。さらに、タンクユニット１０の外周面には口部１
１が設けられ、この口部１１には、先端開口を閉塞する
キャップ１２がねじ嵌合により被せられている。

また、タンクユニット１０の内部には、第６図に示すよ
うに、外周面に沿って８箇所設けられた凹陥部１０ａの
それぞれによって内周面の８箇所にそれぞれ求心方向へ
突出する突起Ｌｏｇ・・・か設けられている。これらの
突起１０ｇは後述するように、タンクユニットＩＯ内に
貯留された水が振動により回流し始めるのを抑制する働
きをするものであり、外周部の剛性を高める作用、ある
いは消波作用も発揮する。また、タンクユニ、ト１０の
内部下面には、第５図に示すように、中心部の周囲に周
突条１０ｈが突設されている。さらに、タンクユニット
ｌＯの内部中央には、上面ノ孔ｌＯｂから挿入されて周
突条１０ｈ内に保持された栓付き支柱１３が設けられ、
栓付き支柱１３の上端の栓１３ａを締めて孔１０ｂを閉
塞することで、タンクユニット１０内部が液密に保たれ
ている。

なお、この栓１３ａには、図示しないがタンクユニット
１０外を連通ずる小さな孔が穿設されている。

この孔は、タンクユニット１０内の空気をタンクユニッ
ト１０外部と適度に流通させることで、温度変化や水１
５内の微生物の繁殖による脱酸素現象等が原因で生じる
タンクユニットｌＯ内の圧力変化を抑制し、タンクユニ
ットｌｏの下面が圧力変化によって変形を生じる水１５
の振動周期の変化を防ぎ、装置の所定の性能を長期間維
持する作用を発揮する。

なお、前記突起ｌｏｇは８箇所に限らず、タンクユニッ
トｌＯの大きさ、風の影響の度合、設置高さ等の諸要因
により適宜設定される。

このようなタンクユニット１０は、収納部ｌの内部底面
の周縁部８箇所に等間隔で位置決め用支柱１４・・・を
取り付けた後、最下段のタンクユニット１０から順次６
つのタンクユニット１０・・・を各支柱１４に凹陥部１
０ａ・・・を係合させて周方向の位置合わせをしつつ各
支柱１４間に挿入することで配置される。タンクユニッ
）１０の上面には十字方向に突条１０ｆが形成されてい
るから、こ（Ｄ突条１０　ｒに次のタンクユニット１０
の下面の溝１０ｄを合わせることで、双方の位置合わせ
が容易になされる。また、収納部ｌの側周部には、各タ
ンクユニットｌＯの口部１１との干渉を避けるための切
欠部１ａが上端に開口して形成されている。

そして、各々のタンクユニット１０内には、第６図に示
すように、水（液体）１５が貯留され、この水１５は、
構造物の固有振動周期と同一の振動周期となるように、
タンクユニット１０内における貯留高さｈが調整されて
いる。そして、タンクユニットｌＯ・・・内の水１５・
・・を全部足し合わせた総質量が建築物の質量の／／Ｅ
θ〜／／Ｉθθの範囲内となるように、タンクユニット
１０・・・の個数及び各タンクユニットｌＯへの水１５
の貯留量が調整されている。

次に、以上のような構成を有する振動抑制装置の作用に
ついて説明する。

前記建築物と振動抑制装置とを含む振動系は、第７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
。この振動モデルは、ばね定数Ｋ。のばね２１Ａ及び減
衰率り。のダッンユボノト２３Ａを介して、質ＩＭ。の
物体２２Ａが支持されてなる振動系Ａ（構造物の振動モ
デル）と、ばね定数に１のばね２１Ｂ及び減衰率り、の
ダッシュポット２３Ｂを介して、質ＩＭ、の物体２２Ｂ
が支持されてなる振動系Ｂ（振動抑制装置内の水１５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
。

ここで、前述の如（、振動抑制装置内には複数のタンク
ユニット１０．１０・・・及びこれらタンクユニット１
０・・・内に貯留された水１５・・・かあるが、各々の
タンクユニット１０・・・内に貯留された水１５の振動
周期は構造物の固有振動周期とそれぞれ一致しているた
め、これら水１５・・・は一体に挙動する。従って、全
体として振動抑制装置を１個の振動系Ｂによって近似し
ても支障ない。

そして、このような振動モデルにおいて、物体２２Ａに
加わる地震や風等の外力によって振動系Ａが振動を開始
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、振動系への振動を抑制することがで
きる。

ここで、物体２２Ｂは、物体２２Ａの約２％程度の質量
なので、前記構造物の固有振動周期Ｔ。

は、構造設計上の見地から定められた質量Ｍ。及びばね
定数に０によりほぼ一義的に決定される。

したがって、前記振動抑制装置の振動周期、すなわち、
各々のタンクユニット１０内に貯留された水Ｉ５の振動
周ｔｔＡＴ、が構造物の固有振動周期Ｔ。に一致するよ
うに、このタンクユニット１０の寸法、容量および水１
５の貯留量を設定すれば良い。

以上説明したように、本実施例の振動抑制装置によれば
、以下のような効果を奏する。

■　タンクユニット１０の内周面に突起１０ｇ・・・を
設けたので、風の複雑な影響で構造物に励起される振動
により、タンクユニット１０内の水１５が回流し始めよ
うとすると、各突起ｌｏｇが水流に対し抵抗作用として
働いて水１５の回流を抑制し、水１５を元の振動状態に
復帰させることができ、振動抑制装置としての機能を回
復させることができ、常に一定の振動抑制効果を得るこ
とができる。

■　タンクユニット１０はポリプロピレン樹脂等により
中空状に一体成形されているから、剛性および水密性が
高く、かつ耐久性に優れ、また振動で物体がぶつかった
としても水漏れしない利点がある。さらには、ブロー成
形により容易に製作できるから、１個当たりの製造コス
トが安い。

■　タンクユニット１０の上下面に十字方向に溝１０ｄ
および突条１０ｒを設け、タンクユニット■０の中央部
に支柱１３を設け、内部に突起１０ｇを設けることで、
タンクユニット１０の剛性をより向上させることかでき
る。

■　支柱１３先端の栓１３ａにタンクユニット１０内外
の圧力変化を調整する小さな孔を設けることで、タンク
ユニッ）１０の下面が圧力変化によって変形することに
よって水１５の振動周期の変化を防ぎ、装置の所定の性
能を長期間維持することができる。

■　タンクユニット１０自体の剛構造、変形防止構造及
びタンクユニット１０どうしの位置合わせ構造により、
タンクユニット１０を多段に積層した場合でも全体の剛
性および一体化が十分に確保され、構造物の振動に対し
、タンクユニット１０をばらばらでなく一体として振動
させ、両者の振動周期を常に一致させることができるか
ら、振動抑制効果が非常に高い。

■　その他にも、タンクユニット１０・・・を収納した
収納部ｌの設置、移動、撤去等の機動性、構造物の改築
等の重量変化に対する柔軟な対応、省スペース化、既設
構造物への容易設置性などの効果を奏するのは言うまで
もない。

なお、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。

タンクユニｙｅｌｌの形状も任意であり、例えば、構造
物の水平断面形状が長方形である場合には、長手方向の
振動周期が短手方向のそれよりも大きいことから、平面
視楕円形状のタンクユニット１０が好適である。いずれ
にしろ、構造物の形状及び設置条件等により、筒状、球
形、平面楕円状等の種々の形状に変更可能である。この
場合、前記理論を適宜変更し、その形状に応じた式に基
づいてタンクユニット１０の寸法、水１５の貯留深さｈ
を設定すれば良い。

さらには、タンクユニット１０内に貯留される液体は水
１５に限定されず、例えば油等揮発性の低い液体を使用
すれば、長期使用によっても液位が変動せずに好適であ
る。そして、タンクユニット１０内面を凹凸面としたり
、あるいはタンクユニット１０内に仕切部等を配置して
消波効果を持たせることにより、粘性抵抗に起因する振
動減衰率を調整することもできる。この場合、凹凸面や
仕切部はブロー成形の際にタンクユニット１ｏの内面に
一体に形成すればよい。

「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
の所定の位置に設置した収納部内に複数のタンクユニッ
トを積層した状態で着脱自在に設け、これらタンクユニ
ットのそれぞれに、前記構造物の固有振動周期と同一の
振動周期で、かつ、この構造物の固有振動と所定の位相
差を伴って振動する液体を貯留し、それらタンクユニ、
トのそれぞれの内部に１又は２以上の突起を設けたから
、構造物に励起される振動によりタンクユニット内の水
が回流する現象を抑制して、常時一定の振動抑制効果を
奏することができる。また、設置・移転・撤去等の作業
が容易となり、かつ、設置される場所が限定されず、し
かも構造物の質量の変化にも柔軟に対応しうる構造物の
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６図は、この発明の一実施例である構造
物の振動抑制装置を示す図であって、第１図は全体構成
を示す斜視図、第２図はタンクユニットの斜視図、第３
図及び第４図はそれぞれタンクユニットの上面図及び裏
面図、第５図および第６図はタンクユニットの縦断面図
及び水平断面図、第７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である。 ■・・・・・・収納部、２・・・・・・所定位置、３・
・・・・・ｉ、１０・・・・・・タンクユニ、ト、Ｏａ
・・・・・・凹陥部、１０ｂ・・・・・・孔、Ｏｃ、１
０ｅ・・・・・・凹部、ｌｏｄ・・・・・・溝、Ｏｒ・
・・・・・突条、ｌｏｇ・・・・・・突起、ｏｈ・・・
・・・周突条、１１・・・・・・口部、２・・・・・・
キャップ、１３・・・・・・栓付き支柱、５・・・・・
・水（液体）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物の所定の位置に設置された収納部内に複数
   のタンクユニットが積層された状態で着脱自在に設けら
   れ、これらタンクユニットのそれぞれには、前記構造物
   の固有振動周期と同一の振動周期で、かつ、この構造物
   の固有振動と所定の位相差を伴って振動する液体が貯留
   され、それらタンクユニットのそれぞれの内部には１又
   は２以上の突起が設けられていることを特徴とする構造
   物の振動抑制装置。
2. （２）前記タンクユニットは、樹脂を主成分として中空
   体状に一体成形されていることを特徴とする請求項１記
   載の構造物の振動抑制装置。