JPH0381476A - 構造物の振動制御方法 - Google Patents
構造物の振動制御方法Info
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- JPH0381476A JPH0381476A JP23945889A JP23945889A JPH0381476A JP H0381476 A JPH0381476 A JP H0381476A JP 23945889 A JP23945889 A JP 23945889A JP 23945889 A JP23945889 A JP 23945889A JP H0381476 A JPH0381476 A JP H0381476A
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- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
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。
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、構造物の風、地震に起因する振動を制御す
る方法に関する。
る方法に関する。
従来、高層ビル、タワー等の構造物が風や地震によって
振動を生じたときの制御方法として、たとえば、構造物
の屋上に液体を収容した容器を設置し、この液体が流動
したときの慣性力と粘性力とを利用する方法が知られて
いる。
振動を生じたときの制御方法として、たとえば、構造物
の屋上に液体を収容した容器を設置し、この液体が流動
したときの慣性力と粘性力とを利用する方法が知られて
いる。
〔発明が解決しようとする課題]
従来の液体容器による振動制御方法は、容器の大きさと
液体の深さとで液体容器自体の固有周期が決められてい
るため、あらかじめ設定された周期以外の範囲の振動に
対しては、効果的な制御ができないという欠点がある。
液体の深さとで液体容器自体の固有周期が決められてい
るため、あらかじめ設定された周期以外の範囲の振動に
対しては、効果的な制御ができないという欠点がある。
この発明は、上記の欠点を除去するためになされたもの
であり、高速回転する回転体に外力が作用したときの角
運動量の原理に基づいて、格別の制御手段を用いること
なく、高精度で広い周期範囲の振動を制御することがで
きる方法を提供することを目的とする。
であり、高速回転する回転体に外力が作用したときの角
運動量の原理に基づいて、格別の制御手段を用いること
なく、高精度で広い周期範囲の振動を制御することがで
きる方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明においては、構造物
内に設置した回転体を外力の方向に対して所定の角度を
もつ回転軸の周りに高速回転させ、X軸方向から加わる
外力により構造物ならびに回転体に角速度Ω、の回転変
形を生じた場合、この角速度ベクトルと直交する軸周り
にモーメントMlを発生させ、更にこのモーメントMl
により回転体の当該軸周りに角速度Ω2を生じさせるこ
とによって、この角速度ベクトルと直交するY軸周りに
モーメントM2を発生させ、このモーメントM2により
構造物の回転変形とは逆方向に回転変形を生じさせて振
動を制御する構成としである。
内に設置した回転体を外力の方向に対して所定の角度を
もつ回転軸の周りに高速回転させ、X軸方向から加わる
外力により構造物ならびに回転体に角速度Ω、の回転変
形を生じた場合、この角速度ベクトルと直交する軸周り
にモーメントMlを発生させ、更にこのモーメントMl
により回転体の当該軸周りに角速度Ω2を生じさせるこ
とによって、この角速度ベクトルと直交するY軸周りに
モーメントM2を発生させ、このモーメントM2により
構造物の回転変形とは逆方向に回転変形を生じさせて振
動を制御する構成としである。
外力により曲げ変形が卓越して生じる高層構造物におい
ては、少なくとも屋上階に設置した回転体を鉛直な回転
軸の周りに高速回転させることにより、構造物の曲げに
よる回転変形とは逆方向の回転変形が生じる。
ては、少なくとも屋上階に設置した回転体を鉛直な回転
軸の周りに高速回転させることにより、構造物の曲げに
よる回転変形とは逆方向の回転変形が生じる。
連層壁を有する高層構造物にあっては、連層壁の最上層
と中間層との少なくとも一方において、鉛直な回転軸の
周りに回転体を高速回転させるのが好ましい。
と中間層との少なくとも一方において、鉛直な回転軸の
周りに回転体を高速回転させるのが好ましい。
外力により剪断変形が卓越して生じる中低層構造物にお
いては、梁上に設置した回転体を鉛直な回転軸の周りに
高速回転させることにより、構造物の剪断変形によって
梁に生じた回転変形とは逆方向の回転変形が生じる。
いては、梁上に設置した回転体を鉛直な回転軸の周りに
高速回転させることにより、構造物の剪断変形によって
梁に生じた回転変形とは逆方向の回転変形が生じる。
これと同様に、外力により剪断変形が卓越して生じる中
低層構造物においては、柱の側部に設置した回転体を水
平な回転軸の周りに高速回転させることにより、構造物
の剪断変形によって柱に生じた回転変形とは逆方向の回
転変形が生じる。
低層構造物においては、柱の側部に設置した回転体を水
平な回転軸の周りに高速回転させることにより、構造物
の剪断変形によって柱に生じた回転変形とは逆方向の回
転変形が生じる。
この発明の方法が用いた制振機構の原理を図面に基づい
て説明する。
て説明する。
第1図は、高層構造物1に風、地震が加えられたときの
変形状態を示し、高層構造物1の頂部には、曲げによる
水平変形δ、と回転変形θ、とが卓越して生じる。
変形状態を示し、高層構造物1の頂部には、曲げによる
水平変形δ、と回転変形θ、とが卓越して生じる。
この発明においては、第2図に示すように、高層構造物
1に設置した高速回転体(後述)により、回転変形θ、
とは逆向きの図示矢印方向のモーメントM2を発生させ
、このモーメントM!により生じる水平変形δ、と回転
変形によって、前記構造物1の外力による水平変形δ1
と回転変形θ。
1に設置した高速回転体(後述)により、回転変形θ、
とは逆向きの図示矢印方向のモーメントM2を発生させ
、このモーメントM!により生じる水平変形δ、と回転
変形によって、前記構造物1の外力による水平変形δ1
と回転変形θ。
とを相殺して消去するものである。
第3図ないし第5図は、この発明の方法に使用する制振
装置の一例とその作動原理とを示したものである。
装置の一例とその作動原理とを示したものである。
この制振装置10は、たとえば構造物1の頂部に設置し
た支持台11.12に、支持台11 12を結ぶ軸周り
に回動可能なビーム13.14を水平に支持し、このビ
ーム13.14に直径方向両端が取り付けられたフレー
ム15の鉛直方向中心線上に、回転軸16を回転可能に
支承し、フレーム15内に配設した円盤状の回転体17
を、回転軸16に取り付けた構成のものであり、図示し
ない駆動機構により、回転体17は図示矢印方向に高速
回転するようになっている。
た支持台11.12に、支持台11 12を結ぶ軸周り
に回動可能なビーム13.14を水平に支持し、このビ
ーム13.14に直径方向両端が取り付けられたフレー
ム15の鉛直方向中心線上に、回転軸16を回転可能に
支承し、フレーム15内に配設した円盤状の回転体17
を、回転軸16に取り付けた構成のものであり、図示し
ない駆動機構により、回転体17は図示矢印方向に高速
回転するようになっている。
上記制振装置10は、回転体17の回転軸16を中心と
して、支持台11.12を通る方向がX軸、これと直交
する方向がY軸であるとする。
して、支持台11.12を通る方向がX軸、これと直交
する方向がY軸であるとする。
いま、構造物lに外力による振動が、X軸方向から加え
られたものとすると、この振動により構造物1に生じた
回転変形θA (角速度Ω1)に伴って、割振装置の回
転体17には構造物と同一の角速度Ω工が与えられるの
で、この角速度ベクトルと直交するX軸周りには第4図
に示す矢印方向のモーメントM、が発生する。回転体1
7はこのモーメントM +によってX軸周りに角速度Ω
2を与えられるので、この角速度ベクトルと直交するY
軸周りには、第5図に示す矢印方向のモーメントM2が
発生することになる。このM!は支持台11.12を介
して構造物1にN、Nなる鉛直方向力(偶力)として作
用する。
られたものとすると、この振動により構造物1に生じた
回転変形θA (角速度Ω1)に伴って、割振装置の回
転体17には構造物と同一の角速度Ω工が与えられるの
で、この角速度ベクトルと直交するX軸周りには第4図
に示す矢印方向のモーメントM、が発生する。回転体1
7はこのモーメントM +によってX軸周りに角速度Ω
2を与えられるので、この角速度ベクトルと直交するY
軸周りには、第5図に示す矢印方向のモーメントM2が
発生することになる。このM!は支持台11.12を介
して構造物1にN、Nなる鉛直方向力(偶力)として作
用する。
このようにして発生したモーメントM2により、構造物
1の水平変形δ、と回転変形θ4とは逆方向の水平変形
δ3と回転変形とが生じるから、δ1によってδ、が相
殺されて振動が抑止される。
1の水平変形δ、と回転変形θ4とは逆方向の水平変形
δ3と回転変形とが生じるから、δ1によってδ、が相
殺されて振動が抑止される。
上記の作動は、構造物1の曲げ変形が第1図に示す正方
向に生じた場合であるが、これに続いて逆方向の曲げ変
形が生じ、正逆両方向に振動した場合においても、前記
と同様の原理により、Y軸周りの角速度Ω、によるX軸
周りのモーメントM。
向に生じた場合であるが、これに続いて逆方向の曲げ変
形が生じ、正逆両方向に振動した場合においても、前記
と同様の原理により、Y軸周りの角速度Ω、によるX軸
周りのモーメントM。
と、X軸周りの角速度Ω2によるY’Nlr@りのモー
メントM2とが、構造物の回転変形に応じて正逆両方向
に繰り返して生じる。
メントM2とが、構造物の回転変形に応じて正逆両方向
に繰り返して生じる。
次に、上記の割振装置を高さがhの高層構造物に設置し
た場合に、回転体の角運動量の原理による制振効果を得
るに必要とされる構造物と回転体との重量比を計算する
と、次のような結果が得られる。
た場合に、回転体の角運動量の原理による制振効果を得
るに必要とされる構造物と回転体との重量比を計算する
と、次のような結果が得られる。
まず、風による外力Pが加えられる場合を考え、この外
力Pは、計算の便宜上、構造物1の頂部に集中してX軸
方向に作用するものとする(第6図)構造物の振動方向
の断面二次モーメントをI8、ヤング率をEとすると、
外力Pにより構造物の頂部に生ずる曲げによる水平変形
δ、と回転変形θ。
力Pは、計算の便宜上、構造物1の頂部に集中してX軸
方向に作用するものとする(第6図)構造物の振動方向
の断面二次モーメントをI8、ヤング率をEとすると、
外力Pにより構造物の頂部に生ずる曲げによる水平変形
δ、と回転変形θ。
とは、それぞれ次式で表される。
δA=P−h3/3・E−1,・・・・・・(1)θA
−P −h!/2・E’1m ・・・・・・
(2)この状態で外力Pを解除したときに起こる振動が
減衰しないものと考え、外力Pを解除した時刻を1=0
、構造物の円振動数をω、(ω3=2π/T、Tは固有
周期)とすると、構造物の頂部における水平変形X(t
)、水平速度X<t)、回転角θえ(t)1回転角速度
θA (t)は、それぞれ次式で与えられる。
−P −h!/2・E’1m ・・・・・・
(2)この状態で外力Pを解除したときに起こる振動が
減衰しないものと考え、外力Pを解除した時刻を1=0
、構造物の円振動数をω、(ω3=2π/T、Tは固有
周期)とすると、構造物の頂部における水平変形X(t
)、水平速度X<t)、回転角θえ(t)1回転角速度
θA (t)は、それぞれ次式で与えられる。
X (t)−1’h3cos(ωst)/ 34−in
””43)×(t)=−P−h’−ω5sin
(ωst)I3・E−1+ ・・−・・・(4)θa(
t) =P−h”cos(ωst)I2・e−xyr
・”−(s)fJ a(t) =−P−h2−
ω3sin(ωat) I2・E−rs”・=(6)上
式(6)のσA (t)は、前述の回転変形に伴う角速
度Ω、であるから、 Ω+ =−1”h’ω3sin(ωst)/ 244m
””(7)この角速度Ω1が、回転体のY軸周りに
与えられ、X軸周りに(8)弐に示すモーメントM、を
発生する。
””43)×(t)=−P−h’−ω5sin
(ωst)I3・E−1+ ・・−・・・(4)θa(
t) =P−h”cos(ωst)I2・e−xyr
・”−(s)fJ a(t) =−P−h2−
ω3sin(ωat) I2・E−rs”・=(6)上
式(6)のσA (t)は、前述の回転変形に伴う角速
度Ω、であるから、 Ω+ =−1”h’ω3sin(ωst)/ 244m
””(7)この角速度Ω1が、回転体のY軸周りに
与えられ、X軸周りに(8)弐に示すモーメントM、を
発生する。
M+””It ・ω・Ω1 ・・・・
・・(8)ここに、 1+=回転体の回転軸の周りの質量回転慣性モーメント ω =回転体の回転角速度 このモーメントM、により回転体およびフレームがX軸
周りに回動を生じる。′このときのつりあいは、 I2 ・貞2 =Ml ・・
・・・・(9)ただし、 !’2g =回転体およびフレーム全体のX軸周りの角
加速度 I2=回転体およびフレーム全体のX軸周りの質量回転
慣性モーメント ここで、(7)、 (8)、 (9)式よりfl[l)
式が得られる。
・・(8)ここに、 1+=回転体の回転軸の周りの質量回転慣性モーメント ω =回転体の回転角速度 このモーメントM、により回転体およびフレームがX軸
周りに回動を生じる。′このときのつりあいは、 I2 ・貞2 =Ml ・・
・・・・(9)ただし、 !’2g =回転体およびフレーム全体のX軸周りの角
加速度 I2=回転体およびフレーム全体のX軸周りの質量回転
慣性モーメント ここで、(7)、 (8)、 (9)式よりfl[l)
式が得られる。
6t =−1t−P−h2−ω−ω5sin(ωst)
/(工2・2・E・iB) ・・・・
・・00)00式を用い構造物の水平変形が最大になる
時刻(t=T/2)での角速度Ω2および回転角θ。
/(工2・2・E・iB) ・・・・
・・00)00式を用い構造物の水平変形が最大になる
時刻(t=T/2)での角速度Ω2および回転角θ。
を求める。このときの変形状態が第1図と一敗する。
Ωt”So貞z=1+−1’h’ω/(1g44m)・
・・・・・0[) θげS0Ωz −1+ −P−h ”・ω/(I2・E
、I、ω、〉・・・・・・02) この角速度Ω2に伴って回転体のYlj[l!周りに発
生するモーメントM2は03)式で表される。
・・・・・0[) θげS0Ωz −1+ −P−h ”・ω/(I2・E
、I、ω、〉・・・・・・02) この角速度Ω2に伴って回転体のYlj[l!周りに発
生するモーメントM2は03)式で表される。
M、=x、−ω・Ω2 ・・・・・・
G3)G3)弐に(11)式を代入すると、 Mz ””(1+)”・p−h”・ω”/(I2・E・
l1l) ・・・・・・側構造物の頂部にモーメン
トM2を加えたときの曲げによる水平変形δ8は、G4
)式を用い、G5)弐で表される。
G3)G3)弐に(11)式を代入すると、 Mz ””(1+)”・p−h”・ω”/(I2・E・
l1l) ・・・・・・側構造物の頂部にモーメン
トM2を加えたときの曲げによる水平変形δ8は、G4
)式を用い、G5)弐で表される。
δs ”Mt −h” /2・E’1B=(it)”
・P、h’・ω2/(2・I2・E2・(II)”)・
・・05)外力Pによる曲げによる水平変形δ4をすべ
て上記のδ、によって相殺するものとすると、δ、=δ
。
・P、h’・ω2/(2・I2・E2・(II)”)・
・・05)外力Pによる曲げによる水平変形δ4をすべ
て上記のδ、によって相殺するものとすると、δ、=δ
。
であるから、(1)弐、05)式より、P、h3/(3
・E・■m) =(II)”・p−h’・ω2/(2・II・E2・(
1+)”)・・・06)ここで、回転体の重量Wは、半
径rの外周まわりにのみ分布されているものと考え、重
力加速度をGとし、フレームの重量を無視して、II
[2を略算すると、 1+=wr”/G 12=wr”/4G となるから、これを06)式に代入し、変換すると、そ
こで、モデル構造物として総重12000ton程度の
鉄骨造観光タワーを想定し、07)弐に次の数値をあて
はめる。
・E・■m) =(II)”・p−h’・ω2/(2・II・E2・(
1+)”)・・・06)ここで、回転体の重量Wは、半
径rの外周まわりにのみ分布されているものと考え、重
力加速度をGとし、フレームの重量を無視して、II
[2を略算すると、 1+=wr”/G 12=wr”/4G となるから、これを06)式に代入し、変換すると、そ
こで、モデル構造物として総重12000ton程度の
鉄骨造観光タワーを想定し、07)弐に次の数値をあて
はめる。
E−2100t /cf、 la =22m’G=9
80cm/5ec2.h=150mr=5m
、 ω= 1257 rad/5ec200 )(
z したがって、回転体の外周まわりの必要重量は、構造物
の総重量の0.0 O65%程度であればよいことにな
る。
80cm/5ec2.h=150mr=5m
、 ω= 1257 rad/5ec200 )(
z したがって、回転体の外周まわりの必要重量は、構造物
の総重量の0.0 O65%程度であればよいことにな
る。
回転体のY軸周りに作用するピーメントM2が、構造物
に対して鉛直方向力(偶力)どして作用し、制振力とな
るわけであるが、第4図でも明らかなように、偶力を構
成する力Nは、常に構造物に対し鉛直方向に作用してい
るわけではない。鉛直方向成分をN、とすると、N5=
Ncosθで表され、残りの成分N5inθは構造物に
ねじれ動を生じる水平力となる。したがって、外力Pが
大きいとき、すなわち02)弐のθが大きくなったとき
について若干の検討を要する。
に対して鉛直方向力(偶力)どして作用し、制振力とな
るわけであるが、第4図でも明らかなように、偶力を構
成する力Nは、常に構造物に対し鉛直方向に作用してい
るわけではない。鉛直方向成分をN、とすると、N5=
Ncosθで表され、残りの成分N5inθは構造物に
ねじれ動を生じる水平力となる。したがって、外力Pが
大きいとき、すなわち02)弐のθが大きくなったとき
について若干の検討を要する。
例えば、P ” 50 tonとしたとき、0′!J弐
よすθ= 0.3 rad程度になる。回転体が水平状
態であるときの回転角θ=0とし、正負両方向に0.1
5radずつ回転するものと仮定して、N、を求めると
、N s = N−cos(0,15rad) = 0
.99 Nしたがって、必要とする制振効果にはほとん
ど影響がなく、残りのわずかな0.0INが構造物にね
じれを生じる水平成分となる。構造物の性質により、こ
のモーメントを押さえる必要がある場合は、回転体のフ
レームのY軸方向の両側端部に上下方向の位置決め用の
ストッパを設けて、X軸周りの回動角を制限するか、あ
るいは構造物に上記制振装置の半分の性能を有する装置
を2台設置し、各装置の回転体を互いに逆方向に高速回
転させるようにすればよい。
よすθ= 0.3 rad程度になる。回転体が水平状
態であるときの回転角θ=0とし、正負両方向に0.1
5radずつ回転するものと仮定して、N、を求めると
、N s = N−cos(0,15rad) = 0
.99 Nしたがって、必要とする制振効果にはほとん
ど影響がなく、残りのわずかな0.0INが構造物にね
じれを生じる水平成分となる。構造物の性質により、こ
のモーメントを押さえる必要がある場合は、回転体のフ
レームのY軸方向の両側端部に上下方向の位置決め用の
ストッパを設けて、X軸周りの回動角を制限するか、あ
るいは構造物に上記制振装置の半分の性能を有する装置
を2台設置し、各装置の回転体を互いに逆方向に高速回
転させるようにすればよい。
一方、地震による外力Pが加えられた場合について、別
の計算例を示すと次のようになる。
の計算例を示すと次のようになる。
構造物の頂部に与えるモーメントM2を仮定するにあた
り、 δ、=δA/2 とすると、前出の(1)式、G5)式より、P−h3/
3・E・■、=8□・h2/2・E、I。
り、 δ、=δA/2 とすると、前出の(1)式、G5)式より、P−h3/
3・E・■、=8□・h2/2・E、I。
すなわち、
M、 =P −h/3
となるから、前出の03)式を用いてM2は、11 ・
ω・Ω=Ph/3 ・・・・・・08)で
表される。
ω・Ω=Ph/3 ・・・・・・08)で
表される。
It の略算式として得られた前出の、1+=wr”/
G を、08)式に代入して変換すると、 W=P−h=G/3・Ω2・(+) −r ” −−−
−−−(J9)が、得られる。
G を、08)式に代入して変換すると、 W=P−h=G/3・Ω2・(+) −r ” −−−
−−−(J9)が、得られる。
ここで、地震による外力Pを100Gafと考え、P
−0,1・W/C−−−−・・(2mとする。
−0,1・W/C−−−−・・(2mとする。
また、hは500m、rはなるべく小さくすることを考
え1.5m、ωは200Hzとする。
え1.5m、ωは200Hzとする。
前述の風に対する計算例では、外力が比較的小さいこと
もあり、回転体のX軸まわりの回転角(θ)は外力の変
化に対応して自由に動けるものとし、第2は外力との関
係で求めたが、本例では外力が大きく、θには何らかの
制限が加えられる可能性もあり、第2は外力とは独立し
て考え、1゜01(zとすると、09)、G!Φ式より
、w=o、0038W となる。
もあり、回転体のX軸まわりの回転角(θ)は外力の変
化に対応して自由に動けるものとし、第2は外力との関
係で求めたが、本例では外力が大きく、θには何らかの
制限が加えられる可能性もあり、第2は外力とは独立し
て考え、1゜01(zとすると、09)、G!Φ式より
、w=o、0038W となる。
すなわち、構造物の重量の0.4%の重量を有する回転
体を使用すればよいことになる。
体を使用すればよいことになる。
第7図は、中低層構造物1の振動を制振袋xiOを用い
て制御する場合を示したものである。
て制御する場合を示したものである。
中低層構造物1に、地震等の外力Pが加えられると、曲
げ変形よりも剪断による水平変形δ、が卓越して生じ、
この剪断変形によって、構造物1を構成する水平および
鉛直部材である梁2および柱3には、回転変形θ、を生
じるから、梁2の上面に設置した割振装置10(同図(
a))によって、梁の回転変形θ、とは逆方向の回転変
形を生じさせ、柱3の側部に設置した制振装置10(同
図(b))によって柱3の回転変形とは逆方向の回転変
形を生じさせるようにしである。
げ変形よりも剪断による水平変形δ、が卓越して生じ、
この剪断変形によって、構造物1を構成する水平および
鉛直部材である梁2および柱3には、回転変形θ、を生
じるから、梁2の上面に設置した割振装置10(同図(
a))によって、梁の回転変形θ、とは逆方向の回転変
形を生じさせ、柱3の側部に設置した制振装置10(同
図(b))によって柱3の回転変形とは逆方向の回転変
形を生じさせるようにしである。
第8図ないし第10図は、梁2の上面に設置した制振装
置IOとその作動状態を示したものである。制振装置1
0の構成については、前述のものと同一であるから説明
を省略し、共通する部材に同一符号を付して示す。
置IOとその作動状態を示したものである。制振装置1
0の構成については、前述のものと同一であるから説明
を省略し、共通する部材に同一符号を付して示す。
この制振装置lOは、フレーム15のビーム13.14
を、梁2に固定したX軸方向の支持台11.12に水平
状態で回動可能に支持し、回転体17は、鉛直なX軸方
向の回転軸16の周りで図示矢印方向に高速回転するよ
うにしである。
を、梁2に固定したX軸方向の支持台11.12に水平
状態で回動可能に支持し、回転体17は、鉛直なX軸方
向の回転軸16の周りで図示矢印方向に高速回転するよ
うにしである。
X軸方向から加えられた外力Pにより、梁2に生じた回
転変形θえに伴う角速度を第1とすると、梁2に固定さ
れた制振装置10の回転体17にもこれと同一の角速度
Ω、が与えられる。
転変形θえに伴う角速度を第1とすると、梁2に固定さ
れた制振装置10の回転体17にもこれと同一の角速度
Ω、が与えられる。
したがって、この角速度ベクトルに直交する方向、すな
わち、X軸周りには第9図に示す矢印方向のモーメント
Mlが発生する。回転体17は、このモーメントM、に
よりX軸周りに角速度Ω2の回転動を生じるので、この
角、速度ベクトルに直交する方向、すなわちY軸周りに
第10図に示す矢印方向のモーメントMzが発生する。
わち、X軸周りには第9図に示す矢印方向のモーメント
Mlが発生する。回転体17は、このモーメントM、に
よりX軸周りに角速度Ω2の回転動を生じるので、この
角、速度ベクトルに直交する方向、すなわちY軸周りに
第10図に示す矢印方向のモーメントMzが発生する。
このモーメン)M2は支持台1112を介して梁2に鉛
直方向の力(偶力)N、Nとして作用し、構造物1の剪
断による梁2の回転変形θ1とは逆方向の回転変形が生
じるから、これによりθ6が相殺されて構造物lの剪断
変形が消去され、振動が抑止されることになる。
直方向の力(偶力)N、Nとして作用し、構造物1の剪
断による梁2の回転変形θ1とは逆方向の回転変形が生
じるから、これによりθ6が相殺されて構造物lの剪断
変形が消去され、振動が抑止されることになる。
第11図ないし第13図は、柱3の側部に設置した制振
袋210とその作動状態とを示したものであり、第8図
ないし第1O図と共通する部材は同一符号を付して示し
である。
袋210とその作動状態とを示したものであり、第8図
ないし第1O図と共通する部材は同一符号を付して示し
である。
二〇制振装置10は、フレーム15のビーム13.14
を、柱3に固定したX軸方向の支持台11.12に鉛直
状態で回動可能に支持し、回転体17は、水平なX軸方
向の回転軸16の周りで図示矢印方向に高速回転するよ
うにしである。
を、柱3に固定したX軸方向の支持台11.12に鉛直
状態で回動可能に支持し、回転体17は、水平なX軸方
向の回転軸16の周りで図示矢印方向に高速回転するよ
うにしである。
X軸方向から加えられた外力Pにより柱3に生じた回転
変形θ、に伴う角速度をΩ、とすると、柱3に固定され
た制振装置100回転体17にもこれと同一の角速度Ω
、が与えられる。
変形θ、に伴う角速度をΩ、とすると、柱3に固定され
た制振装置100回転体17にもこれと同一の角速度Ω
、が与えられる。
したがって、この角速度ベクトルに直交する方向、すな
わちX軸周りには、第12図に示す矢印方向のモーメン
トM、が発生する。回転体17は、このモーメントM、
によりX軸周りに角速度Ω2の回転動を生じるので、こ
の角速度ベクトルに直交する方向、すなわち、Y軸周り
に第13図に示す矢印方向のモーメン) M zが発生
する。
わちX軸周りには、第12図に示す矢印方向のモーメン
トM、が発生する。回転体17は、このモーメントM、
によりX軸周りに角速度Ω2の回転動を生じるので、こ
の角速度ベクトルに直交する方向、すなわち、Y軸周り
に第13図に示す矢印方向のモーメン) M zが発生
する。
このモーメントM2は、支持台1112を介して柱3に
水平方向の力(偶力)N、Nとして作用し、構造物lの
剪断による柱3の回転変形θ4とは逆方向の回転変形が
生じるから、これによりθ、が相殺されて構造物の剪断
変形が消去され、振動が抑止されることになる。
水平方向の力(偶力)N、Nとして作用し、構造物lの
剪断による柱3の回転変形θ4とは逆方向の回転変形が
生じるから、これによりθ、が相殺されて構造物の剪断
変形が消去され、振動が抑止されることになる。
第14図および第15図は、上記構成の制振装置(主要
部分に同一符号を付す)の設置例である。
部分に同一符号を付す)の設置例である。
同図は、高層構造物1の屋上階に2台の制振装置10a
、10bを配置した場合を示す。
、10bを配置した場合を示す。
構造物1の屋上階には、幅方向(X軸方向)で互いに対
向する支持台11a、12aと、長さ方向(Y軸方向)
で互いに対向する支持台11b。
向する支持台11a、12aと、長さ方向(Y軸方向)
で互いに対向する支持台11b。
12bとが設けてあり、一方の制振装置10aは支持台
11a、12aに回動可能に支持し、他方の制振装置1
0 bは支持台11b、12bに回動可能に支持しであ
る。
11a、12aに回動可能に支持し、他方の制振装置1
0 bは支持台11b、12bに回動可能に支持しであ
る。
このように、2台の制振装置10a、10bを互いに9
0’の位相角で配置すると、X軸方向から加えられる外
力に対しては一方の制振装置10aが作動し、Y軸方向
から加えられる外力に対しては他方の制振装置t 10
bが作動し、X軸およびY軸方向以外の任意の方向か
ら加えられる外力に対しては、双方の割振装置が作動す
るから、全方向の制振効果が得られる。
0’の位相角で配置すると、X軸方向から加えられる外
力に対しては一方の制振装置10aが作動し、Y軸方向
から加えられる外力に対しては他方の制振装置t 10
bが作動し、X軸およびY軸方向以外の任意の方向か
ら加えられる外力に対しては、双方の割振装置が作動す
るから、全方向の制振効果が得られる。
この制振装置10は、必要に応じ構造物1の中間階に設
置してもよい。
置してもよい。
第I6図および第17図は、制振装置の他の設置例であ
り、耐震架構として連層壁を有する高層構造物の振動制
御と構造設計とに好適な例を示したものである。
り、耐震架構として連層壁を有する高層構造物の振動制
御と構造設計とに好適な例を示したものである。
第16図は、構造物1の中央部に連層壁5が設けてあり
、この連層壁5の最上層と中間層とに制振装置10を設
置した例であり、第17図は、境界梁6でつないだ連層
壁5が構造物1の中央部に設けてあり、それぞれの連層
壁5の最上層に制振装置10を設置した例である。
、この連層壁5の最上層と中間層とに制振装置10を設
置した例であり、第17図は、境界梁6でつないだ連層
壁5が構造物1の中央部に設けてあり、それぞれの連層
壁5の最上層に制振装置10を設置した例である。
連層壁5を有する構造物1に地震等の外力が作用すると
、連層壁5に曲げ変形を生じるが、この曲げ変形は制振
装置10によって曲げ戻されるため、構造物1の振動を
制御することができる。
、連層壁5に曲げ変形を生じるが、この曲げ変形は制振
装置10によって曲げ戻されるため、構造物1の振動を
制御することができる。
従来、この種の構造物においては、外力が作用すると、
連層壁に過大な曲げ変形を生じ、上層部では耐震架構と
しての機能が低下して逆シェア現象を生じることもあり
、と(に第L7図の構造物においては境界梁の変形が大
きくなるため、その解決策として剛性の高いハツト梁や
ベルト梁を設置して補強する必要があり、連層壁の外周
部材であるフレームチューブの鉛直材や境界梁等の周辺
部材の合理的な設計を妨げるだけでなく、設置階におけ
る平面的空間の利用が限定されるという難点があった。
連層壁に過大な曲げ変形を生じ、上層部では耐震架構と
しての機能が低下して逆シェア現象を生じることもあり
、と(に第L7図の構造物においては境界梁の変形が大
きくなるため、その解決策として剛性の高いハツト梁や
ベルト梁を設置して補強する必要があり、連層壁の外周
部材であるフレームチューブの鉛直材や境界梁等の周辺
部材の合理的な設計を妨げるだけでなく、設置階におけ
る平面的空間の利用が限定されるという難点があった。
しかし、この発明においては、連層壁の下層から上層ま
での全層が耐震架構として有効に働くから、ハツト梁や
ベルト梁を設置する必要がなくなり、上記のような問題
のすべてが解決されるだけでなく、高層構造物の外周部
に連層壁を配置するという設計も可能になる。
での全層が耐震架構として有効に働くから、ハツト梁や
ベルト梁を設置する必要がなくなり、上記のような問題
のすべてが解決されるだけでなく、高層構造物の外周部
に連層壁を配置するという設計も可能になる。
第18図および第19図は、中低層構造物における制振
装置の設置例である。
装置の設置例である。
第18図は、構造物の1の各階の梁2に制振装置10を
設置した例、第19図は、構造物1の各階の柱3に制振
装置10を設置した例をそれぞれ示したものである。
設置した例、第19図は、構造物1の各階の柱3に制振
装置10を設置した例をそれぞれ示したものである。
[発明の効果]
以上説明したように、この発明によれば、高速回転する
回転体に、特定の軸周りの角速度を与えると、この角速
度ベクトルに直交する軸周りにモーメントが発生すると
いう角運動量の原理を組み合わせて、構造物に風、地震
等の外力による回転変形が生じた場合、この回転変形を
高速回転体が直接感知して追随作動することにより、外
力の方向とは逆方向のモーメントが発生するように構成
しているから、構造物の回転変形をセンサー等により検
出して、その検出量に対応する角速度を回転体に与える
という操作ないしは制御手段を用いることなく、きわめ
て精度の高い制振効果を得ることができる。
回転体に、特定の軸周りの角速度を与えると、この角速
度ベクトルに直交する軸周りにモーメントが発生すると
いう角運動量の原理を組み合わせて、構造物に風、地震
等の外力による回転変形が生じた場合、この回転変形を
高速回転体が直接感知して追随作動することにより、外
力の方向とは逆方向のモーメントが発生するように構成
しているから、構造物の回転変形をセンサー等により検
出して、その検出量に対応する角速度を回転体に与える
という操作ないしは制御手段を用いることなく、きわめ
て精度の高い制振効果を得ることができる。
また、この発明によれば、回転体の重量と回転角速度と
を適当に選定することにより、必要とするモーメントの
大きさを任意に設定することができるとともに、広い周
期範囲に亘る制動制御が可能となるだけでなく、制振力
を得るために必要な回転体の重量は、構造物の重量に比
べてきわめて軽量のもので足りるから、経済的にも安価
なコストで実施することができる効果がある。
を適当に選定することにより、必要とするモーメントの
大きさを任意に設定することができるとともに、広い周
期範囲に亘る制動制御が可能となるだけでなく、制振力
を得るために必要な回転体の重量は、構造物の重量に比
べてきわめて軽量のもので足りるから、経済的にも安価
なコストで実施することができる効果がある。
さらに、この発明は、外力により曲げ変形が卓越して生
じる高層構造物と、外力により剪断変形が卓越して生じ
る中低層構造物との何れに適用しても有効な制振効果が
得られるから、構造物の種類を問わず、適用範囲の広い
振動制御方法が得られる。
じる高層構造物と、外力により剪断変形が卓越して生じ
る中低層構造物との何れに適用しても有効な制振効果が
得られるから、構造物の種類を問わず、適用範囲の広い
振動制御方法が得られる。
なお、連層壁を有する高層構造物にこの発明を適用した
場合は、連層壁の全層が耐震架構として有効に働くため
、補強部材を設置する必要がなくなり、周辺部材の合理
的設計が可能になるとともに、平面的空間の利用を限定
されることがなくなる。
場合は、連層壁の全層が耐震架構として有効に働くため
、補強部材を設置する必要がなくなり、周辺部材の合理
的設計が可能になるとともに、平面的空間の利用を限定
されることがなくなる。
第1図は高層構造物に生じた水平変形と回転変形とを示
す側面図、第2図はこの発明の方法により生じた水平変
形を示す側面図、第3図はこの発明の方法に使用する制
振装置を示す平面図、第4図は第3図のI−1線断面図
、第5図は第3図の■−■線断面図、第6図は高層構造
物に外力が加えられた状態を示す口面図、第7図(a)
、 (b)は中低層構造物に生じた剪断変形と部材の回
転変形とを示す側面図、第8図は梁に設置した制振装置
を示す平面図、第9図は第8図のI−1線断面図、第1
0図は第8図の■−■線断面図、第11図は柱に設置し
た制振装置を示す平面図、第12図は第11図のI−1
線断面図、第13図は第11図の■−■線断面図、第1
4図は高層構造物における制振装置の設置例を示す平面
図、第15図は第14図のI[[−III線断面図、第
16図および第17図は、それぞれ連層壁を有する高層
構造物における制振装置の設置例を示す側面図、第18
図および第19図はそれぞれ中低層構造物における制振
装置の設置例を示す側面図である。 図中、1は構造物、2は梁、3は柱、5は連層壁1.1
0は制振装置、16は回転軸、17は回転体、Pは構造
物頂部に加えられる外力、δ、は外力によって構造物に
生じる水平変形1、θ、は外力によって構造物または梁
、柱に生じる回転変形、δ、は制振装置によって構造物
に生じる水平変形である。 第 図 ゐ 図 第 図 第 図 第 O 図 ア 、J 和 貨 以
す側面図、第2図はこの発明の方法により生じた水平変
形を示す側面図、第3図はこの発明の方法に使用する制
振装置を示す平面図、第4図は第3図のI−1線断面図
、第5図は第3図の■−■線断面図、第6図は高層構造
物に外力が加えられた状態を示す口面図、第7図(a)
、 (b)は中低層構造物に生じた剪断変形と部材の回
転変形とを示す側面図、第8図は梁に設置した制振装置
を示す平面図、第9図は第8図のI−1線断面図、第1
0図は第8図の■−■線断面図、第11図は柱に設置し
た制振装置を示す平面図、第12図は第11図のI−1
線断面図、第13図は第11図の■−■線断面図、第1
4図は高層構造物における制振装置の設置例を示す平面
図、第15図は第14図のI[[−III線断面図、第
16図および第17図は、それぞれ連層壁を有する高層
構造物における制振装置の設置例を示す側面図、第18
図および第19図はそれぞれ中低層構造物における制振
装置の設置例を示す側面図である。 図中、1は構造物、2は梁、3は柱、5は連層壁1.1
0は制振装置、16は回転軸、17は回転体、Pは構造
物頂部に加えられる外力、δ、は外力によって構造物に
生じる水平変形1、θ、は外力によって構造物または梁
、柱に生じる回転変形、δ、は制振装置によって構造物
に生じる水平変形である。 第 図 ゐ 図 第 図 第 図 第 O 図 ア 、J 和 貨 以
Claims (5)
- (1)構造物内に設置した回転体を外力の方向に対して
所定の角度をもつ回転軸の周りに高速回転させ、X軸方
向から加わる外力により構造物ならびに回転体に角速度
Ω_1の回転変形を生じた場合、この角速度ベクトルと
直交する軸周りにモーメントM_1を発生させ、更にこ
のモーメントM_1により回転体の当該軸周りに角速度
Ω_2を生じさせることによって、この角速度ベクトル
と直交するY軸周りにモーメントM_2を発生させ、こ
のモーメントM_2により構造物の回転変形とは逆方向
に回転変形を生じさせることを特徴とする構造物の振動
制御方法。 - (2)外力により曲げ変形が卓越して生じる高層構造物
の少なくとも屋上階において、鉛直な回転軸の周りに回
転体を高速回転させ、構造物の曲げによる回転変形とは
逆方向の回転変形を生じさせる請求項(1)記載の構造
物の振動制御方法。 - (3)連層壁を有する高層構造物の連層壁の最上層と中
間層との少なくとも一方において回転体を高速回転させ
る請求項(2)記載の構造物の振動制御方法。 - (4)外力により剪断変形が卓越して生じる中低層構造
物の梁上において、鉛直な回転軸の周りに回転体を高速
回転させ、構造物の剪断によって梁に生じた回転変形と
は逆方向の回転変形を生じさせる請求項(1)記載の構
造物の振動制御方法。 - (5)外力により剪断変形が卓越して生じる中低層構造
物の柱の側部において、水平な回転軸の周りに回転体を
高速回転させ、構造物の剪断によって柱に生じた回転変
形とは逆方向の回転変形を生じさせる請求項(1)記載
の構造物の振動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239458A JPH086501B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-09-14 | 構造物の振動制御方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-136727 | 1989-05-30 | ||
| JP13672789 | 1989-05-30 | ||
| JP1239458A JPH086501B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-09-14 | 構造物の振動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381476A true JPH0381476A (ja) | 1991-04-05 |
| JPH086501B2 JPH086501B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=26470229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239458A Expired - Lifetime JPH086501B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-09-14 | 構造物の振動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086501B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05141976A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-08 | Taisei Corp | 制振力発生装置 |
| JPH0754356A (ja) * | 1993-08-13 | 1995-02-28 | Kajima Corp | 構造物の耐震構造 |
| JPH0754357A (ja) * | 1993-08-20 | 1995-02-28 | Kajima Corp | 構造物の耐震構造 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4761347B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2011-08-31 | 株式会社フジタ | 建物の制振システム。 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01244001A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-28 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 高層建造物の制振方法及びその装置、並びにこの装置を制御する方法 |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP1239458A patent/JPH086501B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01244001A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-28 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 高層建造物の制振方法及びその装置、並びにこの装置を制御する方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05141976A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-08 | Taisei Corp | 制振力発生装置 |
| JPH0754356A (ja) * | 1993-08-13 | 1995-02-28 | Kajima Corp | 構造物の耐震構造 |
| JPH0754357A (ja) * | 1993-08-20 | 1995-02-28 | Kajima Corp | 構造物の耐震構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH086501B2 (ja) | 1996-01-24 |
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