JPH035580A - 蓄熱槽を兼用する振動抑制装置 - 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、地震や風等によって進築構造物等に引き起
こされる振動を抑制するための振動抑制装置に係り、特
に、冷暖房用の蓄熱槽を兼用した構成の振動抑制装置に
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がある。特
に、前述の如く、構造物の大型化にともなって、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
るおそれすらあった。

そこで、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。この際、タンク
内に貯留される液体の質量は、構造物の有効質量の１１
５０〜１／１００程度であることが好ましく、かかる範
囲内に液体貯留量を制御することで、振動抑制効果を最
大限に発揮することができる。

しかし、通常の建築物の総質量は数千〜数百ｔの規模で
あるため、タンク内に貯留すべき液体の質量も数百ｔの
規模となることもあり、これだけの大質量の容積の液体
を貯留するタンクのスペースを確保するための工夫が必
要である。

そこで、本願発明は前記事情に鑑みて為されたものであ
り、構造物の振動抑制装置に蓄熱槽の作用を持たせ、か
つその配置を工夫することで、省スペース化、省コスト
化、省エネルギー化を図ることが可能な蓄熱槽を兼用す
る振動抑制装置の提供を目標としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、筒体を四角形の四隅の位置に立設するとと
もに、これら筒体間に前記四角形の対角線を結ぶような
十字状の連通路を形成し、さらに、これら筒体及び連通
路に蓄熱流体を貯留し、この蓄熱流体の固有振動周期が
振動抑制を必要とする構造物の固有振動周期に一致する
ようにその貯留量を調整する蓄熱槽を兼用する振動抑制
装置を構成することで、前記課題を解決せんとしている
。

「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図ないし第３図はこの発明の第一実施例である振動
抑制装置を示す図である。図中、符号１は振動抑制装置
であり、この振動抑制装置１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される高層建築物（
構造物）２の屋上に設置されている。この建築物２は、
例えばその断面形状が略長方形状に形成され、平面上で
２方向に卓越した固有振動周期を有するような建築物で
ある。

この振動抑制装置１は、支持台３と、この支持台３上に
載置されたタンク４．４、・・・と、このタンク４．４
、・・・内に貯留された水（蓄熱流体）５とから概略構
成されている。

前記タンク４は、建築物２の冷暖房設備用蓄熱槽を兼用
する円筒状のタンクであり、その上部が開放された構造
となっている。これらタンク４には、例えば既存の鋼管
杭（例えば直径１．５ｍφ）が使用され、第３図に示す
ように、平面視した状態で正方形の四隅に位置するよう
に計４本立設されている。

また、これらタンク４、・・・の下部間には、第３図な
いし第４図に示すように、これらを互いに連通させる連
通路６が形成されている。この連通路６は、平面視した
状態で前記タンク４、・・・の構成する正方形の対角線
を結ぶような十字状に形成され、タンク４、・・・を構
成する鋼管と略同−径またはそれ以下の径の鋼管で構成
されていると共に、その端部６ａ、・・・は各タンク４
、・・・の内部に必要な分だけ突出されている。そして
、タンク４と連通路６とは互いに溶接等により固定され
ている。

この連通路６の各タンク４、・・・前方に位置する部分
には、気密的に連通路６内に挿入された一対の可動開口
板７により、連通路６の断面積の大きさを絞る°オリフ
ィス７ａがそれぞれ形成され、このオリフィス７ａの開
口の大きさは、タンク４内への連通路６の挿入量との関
係により、可動開口板７でその開口口径を調節して適宜
に設定できるようになっている。

前記水５は、その比重及びタンク４の内径等に応じて液
面高さ（第３図中に示すＨ）等が適宜調節されることで
、連通路６の各延在方向（第３図中Ｘ、Ｙ方向）に沿う
振動周期がそれぞれ同一方向における建築物２の固有振
動周期と同一の振動周期となるような条件で、このタン
ク４内に貯留されている。そして、この水５は、その質
量が建築物の有効質量の１１５０〜１／１００の範囲内
となるようにタンク４内への貯留量が調整されている。

なお、有効質量とは、逮家の応答を各次モードに分解し
たときの各次の応答が示すベースシャーと等しいベース
シャーになるような１質点系の各モード毎の質量として
定義され、外力分布に依存する量である。例えば、地震
力に対しては総質量の８割程度となり、風に対しては１
／３程度となる。

また、これらタンク４、・・・には、第５図ないし第６
図に示すように、その上部及び下部にそれぞれバイブ８
．８、・・・が配管されている。このバイブ８、・・・
は、第５図ないし第６図に示すように、冷温水の蓄熱、
排熱に応じて、外部に排設された１次または２次冷温水
ポンプ９、ｌＯ及びヒートポンプ１１、空調機１２に接
続される。また、これらバイブ８、・・・間には、適宜
切り換え弁１３、・・・が介在されている。この際、タ
ンク４上部のバイブ８連結箇所付近は、冷温水の出入り
により腐食される危険性が高いので、この部分のみ防錆
処理を行っておくことが好ましい。

なお、第１図において、符号１４はタンク４、・・・の
外周に巻回された断熱材である。

次に、以上のような構成を有する振動抑制装置ｌの作用
について説明する。

前記建築物２と振動抑制装置１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。なお、以下の説明は連通路６のいずれか一方の延
在方向における振動のみについての議論であるが、これ
ら両方向の振動が同時に生起されても、これらの重畳現
象として記述できることは明らかである。

この振動モデルは、ばね定数ＫＡのばね２０Ａ及び減衰
率ｈＡのダッシュボット２２Ａを介して、質量ＭＡの物
体２１Ａが支持される振動系Ａ（建築物２の振動モデル
）と、ばね定数ＫＢのばね２ＯＢ及び減衰率ｈＢのダッ
シュポット２２Ｂを介して、質量ＭＢの物体２１Ｂが支
持される振動系Ｂ（振動抑制装置ｌ内の水５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。

そして、このような振動モデルにおいて、物体２１Ａに
加わる地震や風等の外力によって振動系Ａが連通路６の
いずれか一方の延在方向に振動を開始すると、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Ａの振動を抑制することができる。

ここで、物体２１Ｂは物体２１Ａの約２％程度の質量な
ので、前記建築物２の固有振動周期ＴＡは、構造設計上
の見地から定められた質量ＭＡ及びばね定数ＫＡ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ｌの振動周期、すなわち
各々のタンク４内に貯留された水５の振動周期ＴＢが建
築物２の固有振動周期ＴＡに一致するように、このタン
ク４の寸法、容量及び水５の貯留量を設定すれば良い。

この際、均一な断面を持つＵ字管内に液体が貯留された
場合の固有周期Ｔは、 Ｔ＝２π　ｌア珂 であることが知られている。

次に、この振動抑制装置１を蓄熱槽として使用する場合
の作用について、第５図ないし第６図を参照して説明す
る。

まず、冷房時には、第５図実線に示す如く、タンク４．
４、・・・の上部からバイブ８で取水し、これを１次冷
温水ポンプ９でビートポンプ１１へ供給する。ヒートポ
ンプ１１で冷却された水５は、バイブ８を介してタンク
４、・・・の下部へ戻される。この様にして、タンク４
、・・・の下部に冷却水が蓄積される。次に、この様に
して冷却された水５をタンク４、・・・の下部からバイ
ブ８で取水し、これを２次冷温水ポンプ１０で空調機１
２へ供給する。空調機１２で使用された水５は、バイブ
８を介してタンク４、・・・の上部に戻され、この様に
して暖められた水５は再度前述のごとくヒートポンプ１
１で冷却、循環される。

一方、暖房時には、第６図実線に示す如く、冷房時と逆
の工程が行われる。すなわち、タンク４．４、・・・の
下部からバイブ８で取水し、これを１次冷温水ポンプ９
でヒートポンプ１１へ供給する。ヒートポンプ１１で加
温された水５は、バイブ８を介してタンク４、・・・の
上部へ戻され、タンク４、・・・の上部に熱水が蓄積さ
れる。次に、この様にして加温された水５をタンク４、
・・・の上部からパイプ８で取水し、これを２次冷温水
ポンプ１０で空調機１２へ供給する。空調機１２で使用
された水５は、バイブ８を介してタンク４、・・・の下
部に戻され、この様にして冷えた水５は再度ヒートポン
プ１１で冷却、循環される。

以上説明したように、この実施例の振動抑制装置１によ
れば、地震や風等の外力によって建築物２に励起される
振動を抑制することができる。

特に、この実施例の振動抑制装置１は、Ｕ字管をその底
部で２本連結したような構成であり、連通路６のそれぞ
れの延在方向における建築物の振動に対してこれを有効
に減衰させることができる。また、連通路６を十字状に
形成したことにより、単にＵ字管を２本設けた場合に比
して各タンク４、・・・を非常に近接して配置すること
ができ、これにより省スペース化を大幅に図ることがで
きると共に、蓄熱槽として使用した場合の蓄熱効率の向
上を図ることができる。当然、振動抑制装置にＵ字管を
使用した際の利点、すなわち砕波現象が起こらずに振動
抑制効果が高く、タンク４、・・・内の水５の貯留量を
調整することで広範囲の振幅の振動に有効に対応しうる
、と言った利点もこの実施例の振動抑制装置１は備えて
いる。

しかも、この実施例では、連通路６のそれぞれの延在方
向における水５の振動周期がそれぞれ同一方向における
建築物２の固有振動周期と一致しているので、これら固
有振動周期の異なる２方向の振動をそれぞれ有効に抑制
することができ、従って、これらが複雑に重畳した実際
の振動においても有効に振動抑制を行うことができる。

また、この実施例の振動抑制装置１は蓄熱槽も兼用して
おり、新たに振動抑制装置を付設する必要がなく、省ス
ペース化、省コスト化を図ることができると同時に蓄熱
運転によるランニングコストの低減が可能となる。特に
、この実施例の振動抑制装置ｌは立型の蓄熱槽であり、
槽内の温度成層が容易であり蓄熱効率がよく、しかも蓄
熱槽の高さを有効利用することでさらなる省スペース化
を図ることができる。

さらに付言するならば、この実施例の振動抑制装置１は
、水５貯留用のタンク４、・・・を既製鋼管で構成して
おり、コスト低減も同時に図ることができる。

「発明の他の実施例」 この発明の蓄熱槽を兼用した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、接種の変形例が可
能である。以下、連通路６及びオリフィス７ａの形状を
中心として、この発明の他の実施例について説明する。

第８図ないし第１θ図は、この発明の第二実施例である
振動抑制装置を示す図である。なお、以下の説明におい
て、前記第一実施例と同一の構成要素については同一の
符号を付し、その説明を省略する。

この実施例では、タンク４の下部に設けられた連通路６
がタンク４と略同−径の円筒状に形成されていると共に
、円形の開口を有する可動開口板７が連通路６の交叉部
において平面視して斜め方向に配置されている。従って
、この実施例であっても、前記第一実施例と同様の作用
効果を得ることができる。

さらに、第１１図ないし第１２図は、この発明の第３実
施例である振動抑制装置を示す図である。この実施例で
は、前記第２実施例において、連通路６の交叉部の四隅
から中央に向かって可動開口板７、・・・が挿入されて
いる。従って、この実施例であっても、前記第一、第二
実施例と同様の作用効果を得ることができる。

「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、筒体を
四角形の四隅の位置に立設するとともに、これら筒体間
に前記四角形の対角線を結ぶような十字状の連通路を形
成し、さらに、これら筒体及び連通路に蓄熱流体を貯留
し、この蓄熱流体の固有振動周期が振動抑制を必要とす
る構造物の固有振動周期に一致するようにその貯留量を
調整したような蓄熱槽を兼用する振動抑制装置を構成し
ており、振動抑制装置に蓄熱槽の作用を持たせているの
で、蓄熱槽のほかに新たに振動抑制装置を付設する必要
がなく、省スペース化、省コスト化、省エネルギー化を
図ることができて好ましい０

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第７図はこの発明の一実施例である蓄熱槽
を兼用した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図は建築物に設置さ
れた状態を示す正面図、第３図は全体構成の平面図、第
４図は同縦断面図、第５図ないし第６図は蓄熱槽の作用
を示す概略正面図、第７図は構造物と振動抑制装置との
振動モデルを示す図、第８図ないし第１Ｏ図はこの発明
の第二実施例である振動抑制装置を示す図であり、第１
０図は第８図のＢ−Ｂ’　に沿う矢視断面図、第１１図
ないし第１２図はこの発明の第三実施例である振動抑制
装置を示す図であって、第１０図は一部を切欠いた平面
図、第１１図は第１０図のｃ−ｃ’　に沿う矢視断面図
である。 ５・・・・・・水 （蓄熱流体） ６・・・・・・連通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒体が四角形の四隅の位置に立設されているとともに、
   これら筒体間には前記四角形の対角線を結ぶような十字
   状の連通路が形成され、さらに、これら筒体及び連通路
   には蓄熱流体が貯留され、この蓄熱流体は、その固有振
   動周期が振動抑制を必要とする構造物の固有振動周期に
   一致するようにその貯留量が調整されていることを特徴
   とする蓄熱槽を兼用する振動抑制装置。