JPH05214838A - 構造物の制振方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】柱を通して伝達される上下振動（縦波）を効果
的に低減させる構造物の制振方法を提供することを目的
としている。 【構成】地盤１上に設けられた基礎２の上に、角型鋼管
柱３が立設し、その柱３の中空部に液体４が充填されて
いる。角型鋼管柱３の中空部の柱底部上面３ａには、上
下方向に弾性力を作用するバネ８の下端部が固定され、
そのバネ８の上端部に、液体平に配置された四角形状の
可動板９が連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地震等の外力によって
発生し柱を通して構造物の上部に伝達させる上下方向の
振動（縦波）を低減する構造物の制振方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物に対する制振は、例えば、
構造物の頂部に構造物重量の約１％に相当する付加質量
を水平移動可能に配設し、その付加質量を駆動するアク
チュエータ、入力地震動や構造物の揺れを検出するセン
サー、及びセンサーからの信号を分析して上記アクチュ
エータに駆動指令を供給する制御コンピュータを備えて
構成されて、地震や風等による構造物の揺れをセンサー
によって検出し、コンピュータがその振動を分析・判断
して、アクチュエータを介して付加質量を作動し、その
反力で構造物の横揺れを減衰させている。

【０００３】または、液体を収納した液体容器が構造物
に配設されて制振装置を構成し、構造物に入力され振動
を、液体容器自身が揺れることで、その容器内の液体の
慣性力や粘性力によって減衰させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の制振方法は、水平方向の振動（横振れ）を
制振制御することを目的とするものばかりであり、上下
方向の振動を効果的に制御することが出来ないという問
題がある。特に、構造物が高くなるにつれて、水平振動
はもとより上下振動も構造物の耐力上無視出来ないと思
われる。

【０００５】また、上記制振方法の装置は、設置するた
めの特別な専有空間を設ける必要がある。なお、上記液
体による制振方法は、揺れることによって生じるスロッ
シング効果を利用して横振動を効果的に制振するもので
あり、その効果は、液体の高さが低く幅が大きいものほ
ど有効で、柱のように高さに比べて幅の小さい場所に設
置したのでは効果が期待できない。

【０００６】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、柱を通して伝達される上下振動（縦
波）を効果的に低減させる構造物の制振方法を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構造物の制振方法は、中空の柱を備えた構
造物において、その柱の中空部に液体を収納したことを
特徴としている。このとき、上記柱内部に収納された液
体内に、柱に固定されて上下方向に弾性力を作用するバ
ネ系とそのバネ系に連結して上下動可能な可動板とを備
えるとよい。

【０００８】

【作用】地震等の外力によって構造物の柱に上下方向の
振動（縦波）が入力されると、その縦波は、柱自体を通
して上方に伝達されると共に該柱内の液体にも入力され
る。このとき、柱自体を通して伝達される縦波の進行速
度に比べて，液体中を伝達する縦波の進行速度が遅いた
めに、液体と柱内周面との間の粘着力や摩擦力等による
上下方向の抵抗力が発生し、柱を伝達する縦波の上方へ
の伝達を液体が妨げる。

【０００９】また、上記柱自体を伝達する縦波と液体内
を伝達する縦波との間に、上記進行速度の差等による位
相差が液体と柱との接触面に生じていると、柱を通して
伝達する上下振動と液体に発生している上下振動とが、
両者の接触面に発生する上記上下方向の抵抗力を介して
干渉し、上記両振動が共に減衰される。上記振動の減衰
を効果的に行うには、両者の接触面での位相差が１８０
度に近い方がよい。上記位相差が１８０度に近づけるた
めに、請求項２に記載のように、液体内にバネを介して
構造物に固定された可動板を備えるとよい。

【００１０】この可動板及びバネ系の作用を以下に説明
する。地震波等による外力が構造物に入力されると、そ
の外力は、液体及びバネを介して可動板にも入力され、
該可動板は上下方向に往復運動する。この往復運動によ
って液体に上下方向の放射波が入力され、該液体の振動
が、構造物から直接入力された縦波とこの放射波からの
上下振動との重ね合わせたものとなり、上記放射波の位
相によって液体に発生する縦波の位相が変更される。

【００１１】上記可動板による放射波の位相はバネ系の
弾性定数によって決定されるため、このバネ系の弾性定
数を適当に選択することで、液体に発生させる縦波と柱
を伝達する縦波とを、上記抵抗力が発生する両者の接触
位置での位相差を理想的な値に設定することができ、上
記柱を通して伝達する縦波を有効に減衰することができ
る。

【００１２】もちろん、上記位相差が、可動板及びバネ
系を用いなくても両者の接触位置で理想的な位相差が発
生するようであれば、可動板及びバネ系は設置する必要
はない。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず構成を説明すると、図１及び図２に示すように、地
盤１上に設けられた基礎２の上に、中空部を有する柱，
例えば角型鋼管柱３が立設し、その柱３の中空部に液体
４，例えば水が充填されている。その柱３の所定高さ位
置には、夫々梁５が水平に接合されている。

【００１４】そして、最上部に位置する梁５の上には、
液体４を収納した液体タンク６が設置され、その液体タ
ンク６内と角型鋼管柱３の中空部が連通管７を介して連
通している。この液体タンク６は、柱３内の液体が蒸発
した際に補給するために設けられているものである。上
記角型鋼管柱３の中空部の柱底部上面３ａには、上下方
向に弾性力を作用するバネ８の下端部が固定され、その
バネ８の上端部に、液体平に配置された四角形状の可動
板９が連結されている。これにより、可動板９がバネ８
のバネ定数によって決定される位相で上下に振動可能と
なる。このバネ８のバネ定数は、液体４の振動と柱３を
伝達する縦波の位相との間に，できるだけ理想的な位相
差を発生するような放射波を液体４に供給できるものを
選択しておく。

【００１５】上記のような構成の柱３を有する構造物
に、地盤１から地震等の外力による縦波が入力すると、
その縦波が柱３を通して上部に伝達される。このとき、
上記外力は、構造物からバネ８及び液体４を介して可動
板９にも入力されて該外力に応じた振幅で且つバネ８の
バネ定数に比例した位相で上下に往復運動して、柱３内
の液体４に上下方向の放射波を与える。

【００１６】これにより、柱３内の液体４には、構造物
の基礎２から直接入力された地震による上下振動と上記
可動板９によって発生した放射波の両振動を入力し、も
って両振動を重ね合わせた振幅及び位相の縦波を上部に
向かって伝達する。この液体４に発生している縦波と柱
３自身を通して伝達される縦波は同一方向，即ち上部に
向かって伝達されるが、該液体４の縦波の進行速度が柱
３を通して伝達される縦波の進行波より遅いため、液体
４と柱３内面との接触面に発生する粘着力や摩擦力等の
上下方向の抵抗力によって、柱１を通して上部に伝達さ
れる縦波の伝達を液体４が妨げる。

【００１７】また、液体４に発生した縦波は、上記のよ
うに、柱３自身を通して伝達する縦波とは進行速度が違
ううえに位相も違うため、該液体４と柱３内面との接触
面において位相差が生じることが多くなる。位相差があ
る接触面においては、柱３の縦波の山と液体４の縦波の
谷が重なり合う現象が生じ、上記抵抗力を通してお互い
の振動が減衰する。

【００１８】その結果、基礎２から柱３を通して上部に
伝達される縦波が低減される。なお、構造物の規模や形
状などによっては、可動板９及びバネ８を設置しなくて
も、充填した液体４に発生した縦波と柱を伝達する縦波
との間に両接触位置において理想的な位相差が発生する
場合があり、この場合には上記可動板９及びバネ８の設
置は不要となる。

【００１９】また、上記実施例においては、柱３内に収
納する液体４として水を使用しているが、これに限るこ
とではなく、液体と柱３内面との接触面に発生する抵抗
力は大きい方がよいから粘着力や付着力などの上記抵抗
が大きくなる，油等の液体を選択した方がより効果的に
柱３を伝達する縦波を低減可能になる。また、上記液体
４と柱３内面の上下方向の抵抗力を大きくする方法とし
ては、粘着の大きい液体を用いる他に、図３に示すよう
に、液体４と接触する柱３の内面に複数の突起部１０を
水平に設けて、液体４の上下振動した際の液体４と柱３
内面間の抵抗力を大きくしてもよい。

【００２０】また、上記実施例においては柱３の頂部３
ｂ近傍まで液体４を充填しているが、柱の頂部３ｂ近傍
まで液体４を充填する必要はなく、構造物の規模や形状
等によっては、図４に示すように柱底部３ａから所定の
高さまでに液体４を収納することで、その高さ位置まで
に柱３を通して伝達する縦波を低減させてもよい。ま
た、図５に示すように、柱３中空部の所定高さに上下空
間を仕切る仕切り板１２を設けその板１２の上に可動板
９をバネ８を介して設置し、そこに液体４を収納させて
おいて、柱３を通して伝達されてきた縦波を上記所定高
さ位置で低減して、それより上部に縦波を伝達しないよ
うにしてもよい。

【００２１】上記図４や図５のような構造にした場合に
は、連通管７にバルブ１１を設けて所定のタイミングで
液体４を柱３の中空部内に補給して、中空部内の液体４
を所定以下にならないようにしている。上記制振方法に
あっては、柱３の中空部に収納する液体４として水を使
用する場合には、柱３に耐火被覆を施さなくとも該柱３
を耐火構造にすることができる。

【００２２】例えば、図６及び図７に示すように、柱３
の中空部内に、熱伝導率が小さく両端が開口した筒部材
１２を軸を上下にして遊嵌し二重管形状にして、その筒
部材１２を柱３の内周面に繋ぎ部材１３を介して固定す
る。このとき、筒部材１２の上端開口部が、柱３の中空
部に充填した水４の上面よりも低い位置にくるように配
設する。

【００２３】他の構成は上記実施例と同様な構成であ
り、入力された縦波の制振については上記実施例と同様
な作用及び効果を有する。さらに、この構成では、柱３
が火災にさらされ、柱３内の液体４の温度が上昇する
と、筒部材１２内の水４に比べて筒部材１２の外周にあ
る水４が高温になり、筒部材１２内の水４が下方（図６
中，矢印Ｄ）に移動すると共に筒部材１２の外周側にあ
る水４が上方（図６中，矢印Ｃ）に移動して柱３内の水
４が筒部材１２を介して循環し、もって柱３は耐火構造
を備えたことになる。

【００２４】なお、図６中、１４は蒸気逃がし栓であ
り、水温が上昇して発生した蒸気を逃がすためのもので
ある。また、上記全実施例において、柱３内の液体４の
補給用に液体タンク６が設置してあるが、このタンク６
内の液体が、スロッシング現象によって構造物に入力さ
れる横振動を低減可能であるため、本実施例の制振方法
においては、構造物に入力された縦波と制振すると共に
横振動の制振も同時に実施される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の構造
物の制振方法では、構造物に入力される上下振動（縦
波）を安価な方法で低減できるという効果がある。この
とき、可動板を所定位置に復元させるバネ系のバネ定数
を調整することで上記上下振動を効果的に制振可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の構造物の制振方法を
示す概略図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明に係る第２実施例の構造物の制振方法を
示す概略図である。

【図４】本発明に係る第３実施例の構造物の制振方法を
示す概略図である。

【図５】本発明に係る第４実施例の構造物の制振方法を
示す概略図である。

【図６】本発明に係る第５実施例の構造物の制振方法を
示す概略図である。

【図７】図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

３ 柱 ４ 液体 ６ 液体タンク ８ バネ ９ 可動板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空の柱を備えた構造物において、その
   柱の中空部に液体を収納して、上記柱を通して伝達され
   る縦波を上記液体で低減することを特徴とする構造物の
   制振方法。
2. 【請求項２】 上記柱内部に収納された液体内に、柱に
   固定されて上下方向に弾性力を作用するバネ系とそのバ
   ネ系に連結して上下動可能な可動板とを備えたことを特
   徴とする請求項１記載の構造物の制振方法。