JPH0756183B2 - ストツパ機能を備えた建築物の振動抑制装置 - Google Patents

ストツパ機能を備えた建築物の振動抑制装置

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JPH0756183B2
JPH0756183B2 JP61184923A JP18492386A JPH0756183B2 JP H0756183 B2 JPH0756183 B2 JP H0756183B2 JP 61184923 A JP61184923 A JP 61184923A JP 18492386 A JP18492386 A JP 18492386A JP H0756183 B2 JPH0756183 B2 JP H0756183B2
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vibration
building
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natural
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  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、地震や風等によって建築物に引き起こされる
振動を抑制するようにした振動抑制装置に関するもので
ある。
「従来の技術およびその問題点」 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近年の建築物
は、大形化、形式の多様化、軽量化が進むとともに、フ
レキシビリティに富む構造となってきている。そして、
このように軽量で柔軟な建築物においては、固有振動数
が低く、振動減衰も小さくなる傾向があり、このため、
風による空力的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。
このため、この種の振動源を断つという目的から、建築
物の外形に空力的対策を施すことが考えられるが、建築
物の外形には、機能上、あるいは、デザイン的な面から
種々の制約があり、この空力的対策だけに頼ることは困
難である。
そこで、本願発明者は、特願昭60−241045号(特開昭62
−101764号)明細書において、建築物の所要の位置に、
建築物の固有の振動周期と同一の周期で、しかも位相差
を伴って振動する液体を貯留するタンクを設け、この液
体の振動によって建築物の振動を抑制することができる
振動抑制装置を提案し、前述の問題を解消している。
ところが、建築物の各種振動波の変位領域において、卓
越している周波数成分にタンク内の液体が共振する現象
が生じた場合、その自由液面が大振幅の振動を起こす、
いわゆるスロッシング現象を生じることが考えられ、前
記構成の振動抑制装置においても、このスロッシング現
象の対策を講じる必要がある。
本発明は、前記問題に鑑み、先に本願発明者が提案して
いる振動抑制装置を発展させてなされたもので、地震や
風等によって引き起こされる建築物の振動とタンク内の
液体の振動が共振しようとした場合に、タンク内の液体
の振動を阻止することができるストッパ機能を備えた振
動抑制装置の提供を目的とする。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、建築物に液体を貯留するタンクを設け、前記
タンク内の液体は該タンクの側壁の間で前記建築物固有
の振動周期と同一の固有振動周期で振動するものとさ
れ、前記タンクは、静止状態における前記液体の液面よ
り上方に液体の振動を許容する空間を有する建築物の振
動抑制装置であって、前記タンク内の液体中に挿入され
てその移動を規制する仕切部材を前記液体の液面下に下
降した位置およびこれより退避して上昇した位置の間で
移動可能に設け、前記建築物の振動を測定する測定手段
を設け、該測定手段の測定結果に基づいて前記仕切部材
を前記タンク内へ下降させる昇降手段を設けた構成とし
たものである。
「作用」 風等により建築物に振動が作用した場合、タンクに貯留
された液体が建築物の固有振動周期と同一の固有振動周
期で、かつ位相ずれした状態で振動し、建築物の横揺れ
を中心とする振動を抑制するとともに、建築物の振動と
液体の振動が共振しようとした場合、仕切部材をタンク
内の液体に入れて液体の振動を抑え、共振現象を阻止す
る。
「実施例」 第1図ないし第5図は、本発明の一実施例に係る振動抑
制装置を備えた高層建築物等の建築物を示すもので、こ
の実施例の建築物1には、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想定できる屋上に振動抑制
を行うタンク3が設置されている。なおこのタンク3を
設置する際に、ゴム等の弾性体と鋼板との積層構造から
なる免震構造の支持台を介してタンク3を屋上に設ける
こともできる。
前記タンク3は、建築物1の飲料水、あるいは、防火用
水を貯留するため等の目的に用いられる筒状、または、
これらの目的とは別途に設置された筒状のタンクであっ
て、このタンク3は、静止状態における前記液体Wの液
面より上方にその液体Wの振動を許容する空間を有し、
前記建築物1の固有振動周期と同一の固有振動周期とな
る如き条件で液体Wを貯留することにより、風等によっ
て引き起こされる建築物の振動を抑制する。
また、前記建築物1の屋上には、前記タンク3の上面を
覆う建屋(支持構造体)4が構築され、この建屋4の天
井部4aには、巻き上げ機械等の複数の昇降装置5(第3
図と第4図参照)が設けられ、これら昇降装置5によっ
て仕切部材6が、昇降自在に吊り下げられている。この
仕切部材6は、第2図に平面形状を示すように、中心部
から45°間隔で放射状に延出する8枚の仕切板6aを具備
して構成され、前記複数の昇降装置5によって昇降され
るようになっている。
また、第3図に示すように、前記タンク3の内周面の一
部であって、前記液体Wの液面より下方には、建築物1
の振動に伴って振動する液体Wの加速度を測定する加速
度計8が設置されるとともに、前記建築物1の屋上に
は、建築物1の振動の加速度を測定する加速度計9が前
記タンク3に隣接して設置されている。そして、これら
加速度計8,9は建築物1に設置された制御装置10(第5
図参照)を介して前記昇降装置5の駆動源11に電気的に
連結されている。前記制御装置10は、加速度計8,9が測
定する各振動の加速度の値の一部が一致して建築物1の
振動と液体Wの振動とが共振しようとする場合に、前記
各駆動源11により各昇降装置5を作動させて仕切部材6
をタンク3の内部に下降させるものである。
次に前記のように構成された振動抑制装置の作用につい
て説明する。
タンク3の液体Wは、建築物1の固有振動周期と同一の
固有振動周期となる如き深さに貯留されることによっ
て、風により引き起こされる構造物1の振動と位相ずれ
をおこして振動し、建築物1の振動を抑制する。なお、
仕切部材6が建屋4の内部で前記振動により横揺れを起
こさないように仕切部材6の下端部をタンク3の開口部
に挿入し、仕切部材6を係止しておくことが好ましい。
ここで、建築物1の振動波と変位領域で卓越している周
波数成分に、タンク3の液体Wが共振しようとした場
合、加速度計8,9から送られてくる加速度の検出データ
の一部が一致するために、このデータの一致を基に、直
ちに制御装置10が昇降機構5を作動させ、仕切部材6を
第4図に示すように下降させて液体Wの内部に投入す
る。この操作により液体Wの振動は抑制されてスロッシ
ング現象の発生が阻止され、スロッシング現象を起因と
する液面の大変動を阻止する。従って前述の構成の振動
抑制装置は種々の振動が作用してもスロッシング現象を
引き起こすことなく建築物の振動を抑制できる効果があ
る。
ところで、仕切部材6の形状は、液体Wのスロッシング
を抑えることができる形状であるならば、図面に示した
形状以外の形状であっても差し支えない。また、建屋4
内の建築物1の振動中に仕切部材6を係止しておく部材
を別途に設けても良い。
なお、以下に特願昭60−241045号(特開昭62−101764
号)明細書において行った建築物1とタンクの振動解析
を記述する。
まず、タンク3と建築物1は第6図に示す振動モデルに
近似した振動特性を呈する。
第6図に示す振動モデルは、ばね定数K0のばね4Aに質量
M0の物体5Aを支持させるとともに、減衰率h0のダッシュ
ポット6Aを付加するようにした振動系A(建築物の振動
モデル)と、ばね定数K1のばね4Bに質量質量M1の物体5B
を支持させるとともに、減衰率h1のダッシュポット6Bを
付加するようにした振動系B(タンク内の振動モデル)
とから構成されている。
そして、このような振動モデルにおいて、物体4Aに加わ
る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周期の位相差をもって振動を開始するから、振動
系A・Bの固有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ができる。
ここで、振動系の固有振動周期は、 の式で与えられ、また、構築物1の固有振動周期T0は、
構造設計上の見地から定められた質量M0、および、ばね
定数K0により一義的に定まるから、タンク3に貯留され
た液体Wの固有振動周期T1を前記T0と一致させるべく、
タンク3の寸法および容量を設定して両者を一致させる
ようになっている。
即ち、タンク内の貯留液の挙動について成立するハウス
ナー(Housner)理論によれば、図示例の如くタンク3
内で移動可能な自由水有効質量(振動体として作用する
質量)M1は、下記(2)式により与えられる。
ただし、 H……タンク3の底部から水面までの距離 R……タンク3の半径 M……タンク3内に実際に貯留されている液体の質量 また、前記貯留液Wの固有振動数ω(いわゆるスロッシ
ングの固有振動数)は、下記の(3)式により与えられ
る。
さらに、前記固有振動数ωより、下記の(4)式に示す
如く固有振動周期Tが求められる。
なお、前記各パラメータに、例えば、 R=15m H=2m M=1414t(2式よりM=812t) を代入すると、T=11.7秒となる。
そして、前記式にて得られるタンク内の液体の固有振動
周期T1と建築物の固有振動周期T0との間に、 T0=T1 ………………(5)式 が成立する如く、タンク3の各寸法および貯留量を設定
する。
なお、振動数の変化に対する振動抑制効果の変化のシュ
ミレーションの結果、第7図と第8図に示す如き特性が
得られた。第7図はタンクに液体(水)を貯留した状態
で行ったシュミレーション結果を示し、第8図はタンク
を空の状態にした状態で行ったシュミレーション結果を
示す。
即ち、第8図に示す如く固有振動数に近い振動数で大き
な振幅を有する建築物にタンクを設け、液体を貯留する
ことにより、第7図に示す如く振動を抑制することがで
きる。
更に、シュミレーションの結果、液体Wの有効質量M1
建築物1の質量Mとの比率を M1/M=1/50〜1/100 …………(6)式 に設定した場合に有効に振動抑制効果を発揮することが
できた。ここで、有効質量が1/100以下では、十分な制
振効果が得られず、1/50以上では、液体の質量が建築物
の構造設計上の影響が大きくなって、再度建築物の構造
設計を行う必要があるために、MとM1との比率を前記
(6)式の如く設定する必要が生じるのである。
なお、タンク3の形状は前記実施例に示すような円筒状
に限るものではなく、平面4角形、球形、平面楕円状
等、設置条件に応じて種々の形状に変更しても良い。こ
の場合、ハウスナーの理論をそれぞれ応用し、その形状
に応じた式に基いて振動周期と質量を設定すれば良い。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は、建築物の所要位置に設け
たタンクに建築物と同一周期でもって位相差を有して振
動する液体を貯留した構成であり、液体の振動が建築物
の振動を抑制するために、主として地震に対する強度を
高めている建築物において、地震の振動数と異なる振動
を引き起こす風に対する振動抑制効果を得ることができ
る。また、建築物の振動と液体の振動が共振しようとし
た場合、昇降装置を作動させて仕切板をタンク内に下降
させて液体を仕切ることにより液体の振動数を変え、前
記共振現象に伴うスロッシングの発生を抑えて建築物の
振動を抑制することができる。従って本願の振動抑制装
置は種々の振動が作用してもスロッシング現象を引き起
こすことなく建築物の振動を抑制することができる。ま
た、建築物に備えられる給水タンクや防火用水用タンク
を振動抑制用タンクとして用いるならば、タンクを特別
に設置する必要もなくなり、設備コストの面で有利な効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は、本発明の一実施例を示すもの
で、第1図は振動抑制装置を備えた建築物の正面図、第
2図はタンクの平面図、第3図は仕切部材を上昇させた
状態を示すタンクの縦断面図、第4図は仕切部材を加下
降させた状態を示す縦断面図、第5図は加速度計と制御
回路と駆動源の接続状態を示す構成図、第6図は建築物
の振動モデルの正面図、第7図は本発明の振動減衰装置
を備えた振動減衰状況を示す断面図、第8図は空のタン
クを備えた建築物の振動状況を示す断面図である。 W……液体、1……建築物、2……支持台、3……タン
ク、4……建屋(支持構造物)、5……昇降装置、6…
…仕切部材、8,9……加速度計、10……制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】建築物に液体を貯留するタンクを設け、前
    記タンク内の液体は該タンクの側壁の間で前記建築物固
    有の振動周期と同一の固有振動周期で振動するものとさ
    れ、前記タンクは、静止状態における前記液体の液面よ
    り上方に液体の振動を許容する空間を有する建築物の振
    動抑制装置であって、前記タンク内の液体中に挿入され
    てその移動を規制する仕切部材を前記液体の液面下に下
    降した位置およびこれより退避して上昇した位置の間で
    移動可能に設け、前記建築物の振動を測定する測定手段
    を設け、該測定手段の測定結果に基づいて前記仕切部材
    を前記タンク内へ下降させる昇降手段を設けたことを特
    徴とするストッパ機能を備えた建築物の振動抑制装置。
JP61184923A 1986-08-06 1986-08-06 ストツパ機能を備えた建築物の振動抑制装置 Expired - Lifetime JPH0756183B2 (ja)

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US07/042,365 US4783937A (en) 1986-08-06 1987-04-24 Device for suppressing vibration of structure
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CN87103224A CN1014440B (zh) 1986-08-06 1987-04-27 抑制结构振动的装置
FR878705997A FR2606054B1 (fr) 1986-08-06 1987-04-28 Dispositif destine a eliminer les vibrations dans les structures ou ossatures de batiments

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JPS6340065A JPS6340065A (ja) 1988-02-20
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JPH01239216A (ja) * 1988-03-18 1989-09-25 Mitsui Constr Co Ltd 免震海洋構造物
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