JPS63254247A

JPS63254247A - 振り子式動吸振器

Info

Publication number: JPS63254247A
Application number: JP8752187A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yamada; 俊一山田; Takuji Kobori; 小堀　鐸二; Isao Nishimura; 功西村
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1988-10-20

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〕この発明は地震や風等、建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（ダイナミックダンパー）
に関するものである。

〔従来の技術〕

第１図ｆａ）は従来用いられている動吸振器のモデルを
示したもので、付加質量（質量ｍ）をバネ（バネ定数ｋ
）とダンパー（減衰定数Ｃ）で構造物（質量Ｍ、バネ定
数Ｋ）につなげ、付加質量の方に振動を吸収させること
により構造物の振動を低減させることができる。

風や地震等、非定常的な振動を受ける建物への適用例と
しては千葉ポートタワーの例が知られている（日経アー
キテクチュア１９８６年５月５日号、日経マグロウヒル
社、１３６頁〜１４１頁）。

第１５図ｆａｌ〜（ｅｌは千葉ポートタワーの頂部に設
置された動吸振器の図であり、図中Ｘ方向のレール２６
に沿って摺動する質量Ｍ＋の第１付加マス２１とＹ方向
のレール２７に沿って摺動する質量Ｍ２の第２付加マス
２２を、それぞれＸ方向、Ｙ方向のバネ２４．２５（バ
ネ定数Ｋｘ。

Ｋｖ）で支持し、それぞれ第２付加マス２２および建物
に固定された基礎フレーム２３につないである。建物が
加振されると、建物と共振して第１付加マス２１は第２
付加マス２２上のレール２６に沿って摺動し、所定の減
衰定数ＣＸを与えるダンパー２８によりエネルギーを吸
収して振動を減衰させる。ダンパー２８は第１付加マス
２１の側面に設けたラック２９と円筒状の容器に設けた
ピニオン３０との噛み合わせによりビニオン３０が回転
し、これに接続した抵抗板（鉛直方向）に対する容器内
の粘性流体の抵抗によって振動を減衰させるようになっ
ている。Ｙ方向についても同様に、建物の振動と共振し
て第２付加マス２２が、基礎フレーム２３上のレール２
７に沿って摺動し、所定の減衰定数ＣＹを与えるダンパ
ー３１によりエネルギーを吸収して振動を減衰させる。

機械の分野における動吸振器の設計において、主振動系
の振動倍率の最大値を最小にするためには、動吸振器と
主振動系に次のような関係があればよいことが知られて
いる（「動吸振器の実用性（１）」、背戸−登、機械の
研究第３６巻第４号、１９８４年、第４７７頁〜第４７
８頁）。

ζ−ｖ３μ／８　（１千μ）　　　・・・・・・（２）
ここで、 Ω、＝　４に７Ｍ　　：主振動系の固有振動数ωｆｉ＝
、／に７ｍ　　：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ハ１Ｖ　：吸
振器系の減衰率上記の千葉ポートタワーの例では建物の
固有周期（−次）の計算値、Ｘ方向２．３秒（実測２．
３秒）、Ｙ方向２．７秒く実測２．３秒）に対し、Ｘ方
向についての質量Ｍ＋　−１０ｔで、建物の有効質量の
１２０分の１　（μｍ１／１２０）、バネ定数Ｋｘ　＝
０．０８１　ｔ／ｃ＋ｎ、固有周期２．２秒とし、Ｙ方
向についての質量Ｍ＋＋Ｍｚ＝１５゜４ｔで、建物の有
効質量の８０分の１　（μｍ１／８０）、バネ定数Ｋｙ
　＝０．０９３　ｔ　７ｃｍ、固有周期２．６秒として
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の第１図（ａｌに示されるような従来型
の動吸振器の場合、付加質量の振動周期はＴ＝２π、／
　ｋ　／　ｍで表わされる。この動吸振器の周期Ｔを調
整する場合において、バネ定数を可変とすることは比較
的難しく、調整が困難であるという問題がある。

この発明は、従来の動吸振器に対し、バネ部分を振り子
に置換することにより、上述の問題点の解決を図ったも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

以下、この発明の概要を実施例に対応する図面の符号を
用いて説明する。

この発明の振り子式動吸振器は通常、付加質量およびバ
ネと減衰装置によって構成されている動吸振器のバネ部
分を振り子に置換したもので、付加質量２を吊り材３に
よって吊り下げて建物本体と共振する振り子を形成して
建物の振動を吸収し、該振り子の振動を減衰装置により
減衰させて、地震、風等による建物の被害を防止するこ
とができる。

付加質量２については従来の動吸振器と同様に考えるこ
とができ、例えば建物重量の１１５０あるいは１／１０
０程度の質量を有する鋼材あるいは鉛等の金属を利用す
ることができる。また減衰装置についても従来知られて
いる粘性流体と抵抗板を用いたもの、オイルダンパー、
弾塑性ダンパー、摩擦ダンパー等、種々の形式のものが
利用可能である。

吊り材３についても特に限定する必要はなく、ワイヤー
、鎖あるいは棒材等が利用でき、端部の連結部分はビン
あるいはユニバーサルジヨイント等が望ましい。また、
吊り材３は第５図（ａ）。

（ｂｌ、　（Ｃ）に示すような付加質量２の回転を生じ
させないために、第４図（ａ）、　（ｂ）に示すように
、複数本用いた平行量りにより、付加質量２の移動が回
転を伴なわない水平移動となるようにすることが望まし
い。

〔作　用〕

第１図（ａ）の従来の動吸振器では、付加質量の振動周
期は、前述のようにＴ＝２π−Ｊｋ／ｍであり、建物の
固有周期（または固有振動数）と動吸振器の付加質量の
振動周期（または振動数）を調整して共振するようにす
る場合、バネ定数ｋまたは付加質量の質量ｍによって調
整することになる。

これに対して、この発明の動吸振器は第１図（ｂｌのモ
デルのようになり、振り子としての付加質量の振動周期
はＴ＝２π■β／ｇ　（＃は振り子の長さ、ｇは重力加
速度）であり、長さβの調整、すなわち吊り材の長さの
調整により振動周期（または振動数）を調整し、建物と
共振させることができる。

なお、固有周期が１．０秒前後の建物では上の式より、
！−２５ＣＩ１１前後とすれば良いことになる。

〔実　施　例〕

次に、図示した実施例について説明する。

第２図および第３図は第１実施例を示したもので、正方
形の付加質量２を４本の吊り材３で支持フレーム４にブ
ランコ型に吊っである。吊り材３端部と付加質量２また
は支持フレーム４との連結部９はユニバーサルジヨイン
トまたはパイプ等を用いたピン構造とする。付加質量２
の下方にはネジ等を用いた調整装置８により高さ調整可
能な抵抗板７が水平に保持され、建物に固定された粘性
流体槽５中の粘性流体４に浸されている。

この粘性抵抗は抵抗板７と粘性流体槽５の底との間の隙
間に生ずる粘性せん断抵抗であり、粘性せん断抵抗力（
Ｆ）は、粘性流体の粘性係数（η）、粘性流体を介して
相対運動する二面の面積（Ａ）、その相対速度（Ｖ）に
それぞれ比例し、二面の隙間距離（Ｄ）に反比例するも
ので、これを式で示せば次のとおりである。

■ Ｆｃｃη・Ａ　（７＞　’ 従って、抵抗板７の上下により減衰率を調整することが
できる。

また、この実施例では多点平行吊りのため、全方向に対
し、水平移動する。

なお、振子式であるため、振れると付加質量２の位置は
若干上方へ移動し、抵抗板７の位置が固定されている場
合には、抵抗板７と粘性流体槽５の底面との距離が増す
。しかし、動吸振器として求められる振れ性能は一般に
小さいものでよく、振れ角度にしてθ−１０’程度であ
るので上方への移動はほとんどないことと、動吸振器の
ダンパー性能に関してその性能が若干変化しても、地震
や風によるランダム振動をする構造物の源振効果の変動
にほとんど影響を与えないことから、実用上問題になら
ない。

もしも、定常振動をする構造物の振動を吸収しようとす
る場合等、抵抗板７の上方への移動を特になくしたい場
合には、第１３図および第１４図に示すようにサーボ機
構を有するジヤツキ１６あるいはモーター１７を使用し
た自動制御機構により抵抗板７の水平位置を付加質量２
の振れに、かかわらず一定にすることもできる。

第１４図中１８は互いにかみ合うかさ歯車を示し、ねじ
棒からなる抵抗板７の支持軸のまわりに螺合するさや管
１９をモーター１７で回転させて、抵抗板７を上下させ
る。

また、第１３図および第１４図の抵抗板７の支持軸上端
を吊り材の支持点と置き代えて考えれば吊り材の長さを
調整することができ、動吸振器の周期コントロールが可
能となる。特にサーボ機構を有したものにすれば構造物
の固有周期の変化にも追従できるアクティブな動吸振器
になる。

第６図（ａｌ〜ｆｄｌは付加質量２と支持フレーム４の
形状のバリエーションを示したもので、第６図（ａ）お
よび第６図（ｄｌのものは付加質量２と支持フレーム４
の方向を変え、支持フレーム４を小型化している。

第７図および第８図は第２実施例として、粘性流体槽５
を支持フレーム４内に組み込んだものを示している。こ
の場合、動吸振器１は正方形断面の直方体であり、床上
または床下にコンパクトに設置でき、高さＬも５Ｑｃｍ
以下が可能である。また第９図に示すように数個重ねて
使用し、設置スペースを節約することもできる。

第１０図（ａｌ、　（ｂｌ、　ｔｅｌは第３実施例を示
したもので、第１０図（ａｌでは付加質量２を二段ぼり
あるいは二重スラブ１１の空洞内に吊り下げ、粘性流体
槽５を下段のはりまたはスラブ上に設置し、抵抗板７を
粘性流体６中に浸している。第１０図ｆｂｌでははりま
たはスラブ１に固定された抵抗板７を吊り材３によって
吊支持された付加質量２上の粘性流体槽５の粘性流体６
中に浸している。また、１０図（Ｃ１では、付加質量２
を二重スラブ１１”の空洞内に充填した粘性流体６中に
浸してあり、この場合、付加質量２が抵抗板の役目も兼
ねている。

第１１図および第１２図は第４実施例を示したものであ
る。この実施例では、円筒状の支持フレームにネジ部１
３で螺合する蓋１２を設げ、この蓋１２に吊り材３で付
加質量２を吊り下げて振り子を形成している。図中１５
は吊り材３の蓋１２位置での吊り点を示す。付加質量２
の下側には支持フレーム４内に充填した粘性流体６中に
浸される抵抗板７があり、ハンドル１４で蓋２を回転さ
せ高さを調整することができる。

従って、減衰率の調整、周期の調整が容易である。

〔発明の効果〕

振り子式に付加質量を振動させる構成としたため、建物
と共振させるための周期の調整が従来のハネ式に比べ、
はるかに簡単であり、効果的な振動吸収が期待できる。

振り子の長さは、例えば固有周期力月、０秒前後の建物
の場合で、２５ｃｍ前後であり、比較的場所をとらない
。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａｎ、　ｆｂ）はそれぞれ従来の動吸振器とこ
の発明の動吸振器を比較して示したモデル図、第２図お
よび第３図はそれぞれこの発明の第１実施例の斜視図お
よび鉛直断面図、第４図（ａ）。（ｂｌは振り子部分の水平移動を示す正面図、第５図（
ａｔ、　ｆｂｌ、　（ｃｌは比較例として振り子部分の
回転の様子を示す正面図、第６図ｆａ１．　（ｂｌ、　
（ｃ＋、　（ｄ）は第１実施例の変形例をＮ酪化して示
した斜視図、第７図および第８図はそれぞれ第２実施例
の斜視図および鉛直断面図、第９図は重ねて使用する場
合の正面図、第１０図（ａ）、中１．ｆｆＣ）は第３実
施例の鉛直断面図、第１１図および第１２図はそれぞれ
第４実施例の鉛直断面図および平面図、第１３図および
第１４図は抵抗板の高さ調整機構の一例を示す鉛直断面
図、第１５図（ａ）、　（ｂ）。（Ｃ１，ｆｄ）、　ｆｅ）はそれぞれ従来例の斜視図、
下段の水平断面図、Ｙ方向の縦断面図、上段の水平断面
図、およびＸ方向の縦断面図である。１・・・動吸振器、２・・・付加質量、３・・・吊り材
、４・・・支持フレーム、５・・・粘性流体槽、６・・
・粘性流体、７・・・抵抗板、８・・・調整装置、９・
・・連結部、１０・・・柱、１１・・・二重スラブ、１
２・・・蓋、１３・・・ネジ部、１４・・・ハンドル、
１５・・・吊り点、１６・・・ジヤツキ、１７・・・モ
ーター、１８・・・がさ歯車、１９・・・さや管。第１１図第１２図第９図第１０図（Ｃ） −３らｎ−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）付加質量を吊り材によって吊り下げてなる振り子
と該振り子の振動を減衰させる減衰装置とを組み合わせ
てなることを特徴とする振り子式動吸振器。
（２）付加質量は複数本の吊り材によって平行に吊って
ある特許請求の範囲第１項記載の振り子式動吸振器。
（３）減衰装置は粘性流体を充填してなる粘性流体槽と
付加質量の下方に取り付けられ、前記粘性流体中に水平
に保持される抵抗板とからなる特許請求の範囲第１項記
載の振り子式動吸振器。