JPS63181866A - 構造物の制振壁構造 - 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、地震や風等によって建築・土木構造物に励起
される振動を抑制するようにした構造物の制振壁構造に
関するものである。

「従来の技術およびその問題点」 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貯留タンクを設け、この液
体の振動によって前記構造物の振動を抑制ずろことので
きろ振動抑制装置を提案し、前述の問題を解消している
。

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汀効質量は、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１１５０〜ｌ／　１００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
ずろ作業は大掛かりとなると共に、その設置個所も屋上
等広大なスペースを確保しうる個所に限定されてしまう
といった解決すべき問題点があった。

「問題点を解決するための手段」 そこで本発明は前記問題点を有効に解決するために、構
造物の壁を構成しかつ壁の長手方向およびＬ下方向に沿
ってそれぞれ並列する複数の貯留室を備えた壁体を構成
し、かつ、前記貯留室の内長手方向に並列する貯留室の
内部をそれぞれ連通路によって連通ずるとと乙に、前記
貯留室の内部に１Ｉｉｊ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要の位
相差を伴って振動する液体を貯留した構成としている。

「作用　」 前記壁体の各貯留室に貯留された液体は、前記構造物の
振動周期と同一周期で、かつ４分の１周期だけ位相がず
れたタイミングで振動を生じて建造物の振動を抑制する
。また、壁の長手方向に並ぶふ貯留室は連通路によって
内部が連通しているため、複数の貯留室内に貯留される
液体の貯留量を同一量とし得て、その水量の調整を容易
に実施できる。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図および第２図は、本発明の一実施例である構造物
の制振壁構造を示す図である。図中、符号ｌは建築ある
いは土木構造物の壁（実施例では構造物の内部空間を仕
切る間仕切壁）を構成する壁体であり、この壁体ｌは、
構造物のＩｉ２と柱２との間の床３上に設置されている
。

この壁体１は制振壁の主体を構成するもので、上端か天
井４に、下端が床３にそれぞれ支持された支持板５と、
この支持板５の両側に水平方向に延びかつ上下方向に間
隔をおいて並列する複数の１ＩＩｌｉ阪６と、これら棚
板６上に載置され振動抑制作用を行う貯留室Ｒを形成す
る複数の箱状タンク７と、構造物Ｓの固有振動周期と同
一の振動周期となるような条件で前記タンク７内に貯留
された液体８とからなっている。

そして、前記タンク７は前記棚板６に規則的に格納され
ることによって壁体ｌの長手方向および上下方向に沿っ
てそれぞれ並列する貯留室Ｒを構成しており、また棚板
６に水平方向に配置された各タンク７は連通路９によっ
て内部がそれぞれ連通している。これにより、タンク７
内に貯留されろ液体８の貯留量が、タンク７設置後に微
調整可能となると共に、各々のタンク７．７、・・・内
の液体８．８、・・・の貯留量が同−ｍとされる。

なお、面記述通路９の大きさは、各タンク７内で生じる
液体８の振動をそれぞれ互いに影響を及はさないような
大きさに設定されることは勿論である。また、前記タン
ク７の側壁の内面は凹凸面に形成され、これにより、液
体８とタンク７内面との摩擦力の増加による液体８の振
動減衰率が調整可能となる。さらに、前記タンク７は、
長期使用においてら腐食されない材質（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８は、長期使用においてら蒸発しにくい粘性液体であ
ることが好ましい。しかしながら、これらタンク７及び
液体８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。また、前記タ
ンク７の一側面に、ガラス等の透明な材質で形成された
目盛り付き覗き窓６を付設しておけば、液体を入れる際
の目安になるので好ましい。

なお、図示例では柱２と柱２との間に貯留室Ｒを備えた
壁体１を設置した例を示しているか、構造物Ｓ内の壁体
ｌの数は、前記貯留室Ｒ１・・・内の液体８、・・・を
全部足し合わせた質量が、構造物Ｓの質量の１１５０〜
１／　１００の範囲内となるように１没定しておくこと
は言うまでもない。

次に、以上のような構成を有する制振壁構造の作用につ
いて説明する。

前記構造物Ｓと貯留室Ｒを備えた壁体ｌとを含む振動系
は、第３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
ＩＯＡ及び減衰率り。のダッシュボッ）ＩＩＡを介して
、質量Ｍ０の物体１２Ａが支持されてなる振動系Ａ（構
造物Ｓの振動モデル）と、ばね定数に、のばねＩＯＢ及
び減衰率り、のダッシュボットＩＩＢを介して、質量Ｍ
Ｉの物体１２Ｂが支持されてなる振動系Ｂ（壁体ｌ内の
液体８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、前述の如く、壁体ｌは複数個の貯留室Ｒ１・・
・及びこれら貯留室Ｒ１・・・内に貯留された液体８、
・・・から構成されているが、各々の貯留室Ｒ内に貯留
された液体８の振動周期は構造物Ｓの固有振動周期とそ
れぞれ一致しているため、これら液体８、・・・は一体
に振動する。従って、前述の如く、壁体１を１個の振動
系Ｂによって近似しても支障無い。

そして、このような振動モデルにおいて、物体１２Ａ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−Ｈの振動周期を一致
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、物体１２Ｂは物体１２Ａの約２％程度　−の質
量なので、前記構造物Ｓ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ｆｆ１Ｍ。及び
ばね定数Ｋ。によりほぼ一義的に決定される。

したがって、各々の貯留室Ｒ内に貯留された液体８の振
動周期Ｔ１が構造物Ｓの固有振動周期Ｔ。

に一致するように、貯留室Ｒを形成するタンク７の寸法
、容量及び液体８の貯留量を設定すれば良い。この、タ
ンク７内に貯留された液体８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　ｊと第ｊ次の
固有円振動数ωｊとの関係は、次式で表される。

Ｔｊ＝２π／ωｊ　　　　　　　・・・・・・（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ωｊは次式で与えられる量
である。

ωｊ＝Ｊ正Ｊイイ（ｋ「Ｈ）　　・・・・・・（２）さ
らに、前記（２）式におけるｋｊは、タンク７の幅を２
ａとすれば、次式で与えられる。

ｋｊ−（２ｊ−１）π／２ａ　　　　−・”（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Ｔｊを求めることができ、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
振動周期を用いれば良い。゛以上説明したように、本実
施例の制振壁構造によれば、地震や風等の外方によって
構造物Ｓに励起される振動を抑制することができる。こ
こで、制振壁の主体を構成する壁体１は、ユニット化さ
れた複数個のタンク７、・・・内に液体８、・・・を貯
留し、支持板５の棚板６に載置する構成であるため、壁
体ｌの設置、移動、撤去等の各作業が簡単に行え、従っ
て、制振壁の構築作業が大変容易となる。

また、貯留室Ｒを備えた壁体ｌの配設位置も特に限定さ
れず、これらタンク４．４、・・・内に貯留される液体
８．８、・・・の総和質量が前記構造体Ｓの質量の１１
５０〜１／１００の範囲内となるような個数だけ、構造
体Ｓ内に配置されれば良いので、フレキシビリティに富
んだ配置が可能となると共に、その設置個所が限定され
ることがない。よって、この実施例によれば、設置、移
動、撤去等の作業が容易であり、かつ、その設置個所を
選ばない構造物の振動抑制構造を実現することができる
。

しかも実施例によれば、壁体ｌが複数の貯留室Ｒを備え
その内部に液体８が貯留された構造となっているので、
構造物Ｓ内の間仕切壁として優れた防音効果があり、ま
た、液体８を水等で構成すれば、耐熱性および防火性を
も向上できるｆｌＪ点がある。

なお、本願発明者が行ったシミュレーション実験の結果
を以下に示すことで、本発明の制振効果について実証す
る。実験系としては、第４図に示すように、５層モデル
の模擬構造物Ｓ（質ｆｆ１Ｍ。

＝４００ｋｇＸ５層、−次固有周期Ｔ。−０，４１秒）
の屋上に、本発明の壁体１（液体５の全質量’ｔｖ１　
＋　−５２ｋｇ、−次固有周期Ｔ、−０，４１秒）が設
置されたような実験系である。このような実験系に、ラ
ンダム波（ＥＬ　　ＣＥＮＴＲＯＮＳ波）を加えた時の
、壁体１が無い場合の模擬構造物Ｓ第４層の変位を第５
図に、貯留室Ｒをもった壁体ｌが有る場合の模擬構造物
Ｓ第４層の変位を第６図に示す。図示した結果に見るよ
うに、振動抑制装置ｌによって、模擬構造物Ｓの振動が
抑制されていることか理解できる。

さらに、シミュレーションの結果、液体の総和有効質…
Ｍ、と構造物Ｓの質量Ｍ。との比率を、Ｍｌ／Ｍｏ＝１
１５０〜ｌ／１００　　・＝−（４）に設定すれば、有
効な振動抑制効果が発揮されることが判明した。つまり
、面記総和有効質虫Ｍ１がもが造物の質量Ｍ。のｌ／　
１００以下では、十分な制振効果が得られず、また、１
１５０以上では、液体の質量が構造物の溝造設計上に与
える影響が大きくなり、再度構造物の構造設計を行う必
要がある場合があるため、前記（４）式の如き比率の設
定を行う必要が生じるのである。

なお、本発明に係わる構造物の制振壁構造は、前記実施
例のように現場においてタンク７を嵌め込むような＋Ｎ
ａに限定されない。−例として、例えば、壁体ｌを、内
部が仕切板等によって縦横に井桁状に区画されてなる貯
留室Ｒを形成した一体型のユニット構造としてもよい。

−また、前記タンク７の形状は、構造物Ｓの形状及び設
置条件等により、筒状、平面楕円状等の種々の形状に変
更しても良い。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の寸法、液体の貯留深
さ等を設定すれば良い。

さらに、タンク７内に仕切板等を適切に配置して消波効
果を持たせたり、液体を粘性液体にすることにより、粘
性抵抗に起因する振動減衰率を調整することらできる。

なお、タンク７が鋼板で構成される場合、この液体８中
に防錆剤を混入することで、タンク７内体の耐久性を増
すこともできる。

「発明の効果Ｊ 以」二詳細に説明したように、本発明に係わる構造物の
制振壁構造は、構造物の壁を構成しかつ壁の長手方向お
よび上下方向に沿ってそれぞれ並列する複数の貯留室を
備えた壁体を購成し、かつ、前記貯留室の内長手方向に
並列する貯留室の内部をそれぞれ連通路によって連通す
るとともに、前記貯留室の内部に前記構造物の固在振動
周期と同一の振動周期で、かつ、この構造物の固有振動
と所要の位相差を伴って振動する液体を貯留させるよう
にしたものであるため、次のような種々の優れた効果を
奏する。

■構造物の振動に対して所要の位相差を有する振動が貯
留室内の液体に生じて建造物の振動を抑制することがで
き、構造物の地震や風等に対する振動抑制効果を得るこ
とができる。

■前記のような振動抑制効果を奏する壁体を構造物の間
仕切壁等として活用し得るので、従来技術のような貯留
タンクによるものに比べて構造物内での設置箇所が限定
されることがなく、またその設置、移動、撤去等の作業
が容易となる。

■壁の長手方向に並ぶ各貯留室は連通路によって内部が
連通しているため、複数の貯留室内に貯留される液体の
貯留型を同一量とし得て、その水量の調整を容易に実施
できるので、その施工性が損なわれることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例である制振壁構
造を示すもので、第１図はその縦断面図、第２図は正面
図、第３図は構造物及び制振壁構造の振動モデルを示す
概略図、第４図はシミュレーション実験の実験系の概要
を示す概略図、第５図は本発明の一実施例である制振壁
構造が備えられていない模擬構造物の振動状況を示す図
、第６図は制振壁構造が備えられた模擬構造物の振動状
況を示す図である。 Ｓ・・・・・・構造物、Ｒ・・・・・・貯留室、■・・
・・・・壁体、２・・・・・・柱、３・・・・・・床、
４・・・・・・天井、５・・・・・・支持板、６・・・
・・・棚板、７・・・・・・タンク、８・・・・・・液
体、９・・・・・・連通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 構造物の壁を構成しかつ壁の長手方向および上下方向に
   沿ってそれぞれ並列する複数の貯留室を備えた壁体から
   なり、かつ、前記貯留室の内長手方向に並列する貯留室
   はそれぞれ連通路によって内部が連通されており、しか
   も、前記貯留室の内部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要
   の位相差を伴って振動する液体が貯留されていることを
   特徴とする構造物の制振壁構造。