JPH0434186A - 流体を利用した制振装置 - 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〕 本発明は流体を利用した制振装置、より詳しくは高層建
築物の振動を抑制するために使用される液体を利用した
制振装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近来、建造される高層建造物には、風や地震による建造
物の振動を抑制するために、流体振動を利用した制振装
置が配置される例がある。これらの流体振動を利用した
制振装置は、第９図に示すような付加振動体による動吸
振器と同様な原理で作動している。なお、第９図の記号
は下記の通りである。

Ｍｄ　：付加振動体 Ｋｙ　：付加振動体のハネ係数 Ｃｄ　：付加振動体の減衰係数 Ｍｊ　：構造物の質量 Ｋｓ　：構造物のバネ係数 Ｃｓ　　・構造物の減衰係数 従って、動吸振器と同様に流体の固有振動数を構造物の
固有振動数に同調させるようにしなければならない。ま
た、付加振動体の減衰係数Ｃｄによっては第１０図のよ
うに構造物の応答が変化するため、付加振動体の減衰係
数Ｃｄを最適に調整する必要がある。なお、第１０図は
横軸にω／ωＳを、縦軸に構造物の応答を取って描いた
図であって、波形の中心にω／ωＳが１．０の位置を示
している。

そして曲線ｍが減衰係数Ｃｄが程度な時、曲線すが大き
い時、更に曲線Ｓが小さい時、また、曲線ｅが減衰装置
が設けられていない時の構造物の応答状況をそれぞれ示
している。なお、第１０図において、ωは構造物に作用
する加振力を、ωＳは構造物の円振動数＝ＴＦ７Σ７を
それぞれ示している。

従来は、付加振動体として水等の流体を収容する容器と
して第１１図の如く、振動方向に直径２Ｒで　液深がＨ
の円形断面の容器１、あるいは振動方向に長さがＬで液
深がＨの矩形断面の容器２を採用している。この場合、
矩形容器２内の流体の従って、構造物の固有振動数に流
体の固有振動数を調整するためには、容器の長さしと液
深Ｈとによって調整することになる。

また、容器内の流体の減衰定数ｈｄは、第１２図のよう
に振動振幅りと容器の長さしとの比Ｄ／Ｌに依存する性
質を有している。なお、最適減衰係数Ｃｄは、 Ｃｄ＝４π・Ｍｄ　　−ｆｄ　　−ｈｄである。

従って、実用振幅範囲内で最適減衰係数Ｃｄが得られる
ように容器の長さしを調整し、振動数は液深Ｈで調整す
る方法が考えられる。

しかし、流体としては水が使用される例が多いが、水の
場合は減衰が小さいために、減衰定数ｈｄの最適値を得
るためには、Ｌを小さくする必要がある。従って液深Ｈ
も小さく、流体の重量が軽くなるので、所要の付加振動
体質量を得るためには容器の数が著しく多くなる欠点が
ある。

このような問題点を避けるために、第１３図に示すよう
に容器３の長さしと液深Ｈを大きくし、更に流体に減衰
を付加するために、ネット４等の抵抗体を挿入した例が
ある。

前記制振方法は、容器３の数を大幅に少なくすることが
できる反面、容器３の内部構造が若干複雑となる点と、
耐久性に劣るという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したように、振動数によって流体を使用した動吸振
器は、容器の長さしと液深Ｈの関係が規制されるために
、流体の減衰調整には容器数が増加し、その結果、広い
据付面積を必要となる上に、容器の構造が複雑ζなり、
容器の製作費が増加する等の問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記したような従来の問題点を解決するため
になされたものであって、平面長方形となる容器内に液
面を形成するように液体を注入し、この容器の長手方向
を構造物の振幅方向に配置するとともに、容器を横断面
（水平断面）において液面下の上部と下部でその断面積
が異なるように構成した液体を利用した制振装置を提供
するものである。

本発明は液深の異なる点で切断した容器の横断面積に変
化を与えることによって流体の固有振動数に幅を持たせ
たことを特徴とするものであってその具体的な容器とし
ては、例えば、縦断面が円形又は逆三角形を有する如く
構成される。

〔作　用〕

かかる容器とすれば高層物に生じる振動により制振装置
にはスロッシング効果が生ずるとともに内部液体に断面
変化により上下の流れが発生し、それに伴なって渦流が
生じ、その結果、流体には大きな減衰が付加されること
になる。

〔実　施　例〕

以下第１図乃至第８図に基づき本発明による制振装置の
一実施例を説明する。

第１図は制振装置１１の斜視図であり、この制振袋２１
１は円筒状の容器１２の内部に液体１３を液面Ｉ４を形
成するように注入して形成される。

このようにして構成された制振装置１１は、第２図に示
されるように高層建築物１５の上部に、その振幅方向と
容器１２の長手方向とが一致するように配置される。

このような状態において、全高層建築物１５にＡ−入方
向の振動が作用したとき、第３図に示すように容器１２
内の液体１３にスロッシングが生じるとともに、第４図
に示すように液体１３に渦流■が生じエネルギーが散逸
される。

即ち、容器１２は円筒断面であるため、第５図のＸ方向
（直径方向）で水深が変わるため全体の水が一時に動く
ことはなく、周波数応答は第６図に点線で示すようにな
だらかに変化することとなる。

そのため、高層建築物の振動周波数の広範囲に渡って対
応することができる。なお、この第６図に実線で示す曲
線は従来の矩形の容器とした場合の周波数応答を示すも
のである。

このような応答性を２質点系のモデルに置き換えると第
７図に示すとおりとなる。この図において、 ｋ＋１ｋｇ・・・バネ係数 １１１＋　Ｆｔ・・・質点質量 ＣＩ＋　Ｃ２，・・・減衰係数 ｃ＋ｚ　　　・・・渦による減衰係数 である。なお、実際には連続的に断面係数を徐々に変化
することで更に多質点系のモデルに置き換えることがで
きる。

第８図（ａ）、　（ｂ）は、何れも制振装置に用いられ
る容器１２の他の実施例の斜視図であって、（ａ）図は
平面が矩形で、断面の底部の両側に円弧部が形成され、
側壁の直立部と円弧で連続しており、全体として船底形
の断面に形成されている。また、の）図は両壁部が並行
な直線で、底部が逆三角形に縮小された、角形の船底形
である。

このような水深の変化に伴う横断面積が次第に変化する
容器１２においても収容されている流体が振動する際に
、上下の層の間で流れが異なるために、渦流が発生し、
流体には減衰作用が与えられてこの制振装置を設置した
建造物の振動を抑制することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による制振装置
によれば、容器１２内の液面下の断面が上部と下部にお
いて異なるようになっており、そのため、長手方向にス
ロッシングが生じたとき渦流が生じ、そのため横方向に
も液面が変化することになり、その結果、周波数応答は
なだらかに変化する。

したがって、簡単な手段によって流体に減衰を付加でき
、制振効果を向上することが可能となり、所要流体質量
容器数を減少することができる。

また、容器の構造の単純化、据付面積の縮小に伴ない、
建築費を低減させせることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図（ａ）、　（ｂ）は本発明による制
振装置の実施例を示すものであって、第１図は制振装置
斜視図、第２図は同制振装置の配置説明図、第３図は液
体の波が発生している状況を示す側面図、第４図は液体
の波が発生している際の流速分布図、第５図は制振装置
の横断面図の一例である。 第６図は矩形断面と円筒からなる制振装置の周波数応答
線図、第７図は容器内流体力の質点系モデル図、第８図
（ａ）、（ハ）は制振装置の他の実施例の斜視図である
。 第９図は高層建造物の振動モデルの図、第１０図は外部
加振力と構造物の応答性の関係を示す図、第１１図は制
振装置を構成する容器の例を示す斜視図、第１２図は容
器の寸法と流体の減衰定数との関係を示す図、第１３図
は内部に抵抗体を設けた制振装置のモデルの斜視図であ
る。 １．１２・・・容器 ３．１４・・・液面 １５・・・高層建造物 ２．１３・・・液体 １１・・・制振装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平面長方形となる容器内に液面を形成するように液体を
   注入し、該容器の長手方向を構造物の振幅方向に配置す
   るとともに、前記容器を横断面において前記液面下の上
   部と下部とで断面積が異なるように構成した流体を利用
   した制振装置。