JPH09195583A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大振幅振動時にも優れた制振効果が得られる
有効な制振装置を提供する。 【解決手段】 請求項１に係る発明は、タンク１０の底
面１２の周縁部に中心部よりも低くされた深部１３を設
けることにより、タンクの周縁部における水深を中心部
よりも大きくしてそこで砕波５が生じることを防止す
る。請求項２に係る発明は、タンク底面の外周縁部に上
り勾配となる傾斜部を設けることにより外周縁部の水深
を漸次浅くし、壁面に向かう波が傾斜部を駆け上がるよ
うにして大きな砕波が生じることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高層建築物やタワ
ーあるいは高層煙突等の塔状の構造物に適用され、地震
や風によってそれら構造物に引き起こされる振動を抑制
するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制振装置として、タンク内にお
ける液体の振動すなわちスロッシング現象を利用する所
謂スロッシングダンパー（同調液体ダンパーと称される
こともある）が実用化されている。これは、図６に示す
ように搭状の構造物１たとえば高層建築物等の屋上等
に、図７に示すような直径が数メートル程度の円形ある
いは任意の形状のタンク２を設置し、その内部に水等の
液体３を振動可能に浅く張っただけの構成のものであ
る。このようなスロッシングダンパーは、タンク２内の
液体３の有効質量を制振対象の構造物１の質量の１〜２
％程度に設定するとともに、タンク２内における液体３
のスロッシングの固有振動周期が構造物１の固有振動周
期と同一となるようにタンク２の径寸法や水深を設定し
ておくことのみで、構造物１が振動した際にはタンク２
内の液体３が構造物１と同一周期でかつ１／４周期の位
相差を伴って振動し、その液体３の振動が構造物１の振
動を打ち消すように作用して制振効果が得られるもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なスロッシングダンパーは、風による小振幅の振動に対
しては優れた制振効果を発揮するものであるが、大地震
時等における大振幅の振動に対しては必ずしも充分な制
振効果が得られない嫌いがあった。

【０００４】すなわち、従来一般のスロッシングダンパ
ーでは、制振効率が最大となる最適減衰定数が小振幅振
動領域において発現するものであり、したがって小振幅
時には優れた制振効果が得られるが、構造物１が大振幅
で振動した際にはスロッシングダンパーの減衰定数も増
大して最適値から外れてしまい、振動エネルギを吸収す
る性能が低下して制振効率が大きく損われて有効な制振
効果が得られないものであった。

【０００５】なお、大振幅振動時にも有効な制振効果を
得るためにはタンク２の径寸法を大きくすれば良いこと
が知られているが、大地震時に想定されるような大振幅
振動時において有効な制振効果を得ようとすればタンク
２の所要径寸法は数十メートルにも達してしまい、コス
トや設置スペースの点で非現実的なものとなる。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、大地震時等における大振幅の振動に対しても充分な
制振効果を得ることのできる有効な制振装置を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のスロ
ッシングダンパーが大振幅振動時に有効に機能し得ない
原因を鋭意研究し、それが大振幅振動時におけるタンク
内の液体の非線形的な流体運動に起因すること、具体的
には、大振幅振動時にはタンクの壁面に対して入射され
る波とタンクの壁面から反射する波とが激しく衝突する
ことにより、図７に示すようにタンク壁面付近において
波が砕け散る現象、すなわち砕波が生じることに起因し
ていることを見出した。そして、その知見に基づき、本
発明者は大振幅振動時においても砕波が生じることを防
止して充分なる制振効果が得られる制振装置を実現する
べく、次のような構成を採用した。

【０００８】すなわち、本発明に係る制振装置は、構造
物に設置したタンクの内部に、前記構造物の固有振動周
期と同一の固有振動周期でかつ位相差を伴って振動可能
に液体を貯留し、該液体の振動によって前記構造物の振
動を抑制する構成の制振装置であって、請求項１に係る
発明にあっては、前記タンクの底面の周縁部に中心部よ
りも低くされた深部を設けることにより、静止状態にお
ける前記液体の水深を前記タンク内の中心部よりも周縁
部において相対的に深くしてなることを特徴とするもの
であり、また、請求項２に係る発明にあっては、前記タ
ンクの底面の外周縁部に上り勾配となる傾斜部を設ける
ことにより、静止状態における前記液体の水深を前記タ
ンクの外周縁部において漸次浅くしてなることを特徴と
するものである。

【０００９】一般に、液体が振動する際には水深が小さ
い（浅い）ほど砕波が生じ易く、水深が大きい（深い）
ほど砕波が生じ難いものである。そこで、請求項１に係
る発明では、砕波が生じ易いタンクの周縁部における水
深を中心部より大きく（深く）することで砕波の発生を
防止する。また、波打ち際において水深が徐々に浅くな
っている場合には、進行する波が水底面を駆け上がる所
謂Run-up現象が生じ、それにより波は徐々に破砕されて
大きな砕波現象は生じ難いものである。そこで請求項２
に係る発明ではタンクの外周縁部における底面を上り勾
配で傾斜させることにより、タンク外周縁部においてRu
n-up現象を生ぜしめて大きな砕波が生じることを防止す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、請求項１に係る発明の一実
施例を図１を参照して説明する。図１は本実施例の制振
装置におけるタンク１０の断面図である。本実施例の制
振装置は、基本的には図６および図７に示したスロッシ
ングダンパーと同様に、上記のタンク１０を高層建築物
等の構造物の屋上等に設置してその内部に水等の液体１
１を浅く張り、その液体１１を構造物と同一の固有振動
周期でかつ位相差を伴って振動（スロッシング）するよ
うにした構成のものであるが、本実施例の制振装置が従
来一般のスロッシングダンパーと異なる点はタンク１０
の底面１２の形態にある。

【００１１】すなわち、図７に示した従来一般のスロッ
シングダンパーにおけるタンク２の底面４は単なる水平
な平坦面とされていたのに対し、本実施例の制振装置に
おけるタンク１０の底面１２には、図１に示す如く中心
部よりもその周縁部が低くなるような深部１３が形成さ
れている。本実施例においてはタンク１０の平面形状は
円形とされていて、上記の深部１３は底面１２が環状を
なして下方に膨出する形態で形成され、その深部１３は
タンク１０の中心０と壁面１４との中間点よりやや外側
の位置において最も低くなるようにされている。

【００１２】上記のような深部１３を設けた本実施例の
制振装置では、静止状態におけるタンク１０内の水深が
タンク１０の中心部に比してその周縁部において相対的
に深くなるものであり、したがってタンク１０内の液体
１１が大振幅振動を生じた際にも砕波が生じ難いものと
なる。すなわち、図７に示したような底面４が単なる水
平な平坦面とされている従来一般のスロッシングダンパ
ーにおいては、上述したように大振幅振動を生じた際に
壁面付近で砕波５が生じてしまうのに対し、本実施例の
制振装置では、砕波５が生じやすい位置に水深の大きい
深部１３が形成されているために砕波５の発生が有効に
防止され、実線で示す如く定常的な波６が安定に発生す
るに留まる。（図１には比較のために従来一般のスロッ
シングダンパーにおいて生じる砕波５を破線で示してあ
る。）その結果、本実施例の制振装置では、タンク１０
の径寸法が従来一般のスロッシングダンパーにおけるタ
ンクと同等程度であっても、大振幅振動の際における減
衰定数の増大が回避され、優れた制振効果を得ることが
できるものである。

【００１３】なお、上記実施例ではタンク１０の平面形
状を円形としたが、角形その他任意の形状にすることも
可能である。また、深部１３の形成位置やその形態は砕
波５を防止するうえで効果的な位置、形態で形成すれば
良く、上記実施例に限定されることなくたとえば図２
（ａ）〜（ｄ）に示すような変形が可能である。図２
（ａ）はタンク１０の中心０から下り勾配とされた傾斜
面１３ａと最深部から上り勾配とされた傾斜面１３ｂと
により深部１３を形成したものであり、（ｂ）は中心部
と最外周縁部に水平な平坦面１５を残したもの、（ｃ）
は深部１３の底面を平坦な水平面としたもの、（ｄ）は
深部１３の壁面を傾斜面１６としたものであり、いずれ
も砕波５を有効に防止することができる。

【００１４】さらに、図１および図２に示した各実施例
では、いずれもタンク１０の最外周縁部の水深をタンク
１０の中心部の水深と同等にしているが、最外周縁部の
水深は砕波５を防止するうえでは殆ど係わりがなく、し
たがって図３（ａ）〜（ｃ）に示すような変形例も考え
られる。図３（ａ）は図２（ｄ）における深部１３を壁
面１４まで延長した形態のもの、（ｂ）は中心部に残し
た水平な平坦面１５から下がり勾配の傾斜面１３ｃのみ
で深部１３を形成したもの、（ｃ）は中心０から壁面１
４に向かって底面１２全体を下がり勾配の傾斜面１３ｄ
として深部１３を形成したものであり、いずれも上記各
実施例と同様に砕波５を有効に防止できるとともに、図
１、図２に示したものに比して底面１２の形状の単純化
を図ることができる。

【００１５】次に、図４を参照して請求項２に係る発明
の実施例を説明する。図１〜図３に示した上記各実施例
は砕波５の生じやすいタンク１０の周縁部に深部１３を
設けて砕波５を防止するものであるのに対し、本実施例
の制振装置は、波打ち際において見られるような波の駆
け上がり（Run-up）現象によって大きな砕波５が生じる
ことを防止するようにしたものである。

【００１６】すなわち、本実施例の制振装置は、図４に
示すようにタンク２０の底面２１の中心０から外周縁の
壁面１４にかけて上り勾配となる傾斜部２２が形成され
ていて、静止状態における水深がタンク２０の外周縁部
において漸次浅くなるようにされている。そのような傾
斜部２２が形成されていることにより、本実施例の制振
装置では、壁面１４に向かって進行する波６が傾斜部２
２を駆け上がることでその波６が徐々に破砕されてい
き、したがって一気に大きな砕波５が生じることが有効
に防止され、その結果、大振幅振動の際にも減衰定数の
増大が回避されて優れた制振効果を得ることができるも
のである。

【００１７】なお、本実施例においてもタンク２０の平
面形状は任意であるし、傾斜部２２の傾斜角度やその形
態は砕波５を有効に防止し得るように適宜設定すれば良
く、たとえば図５（ａ）、（ｂ）に示すような変形例が
考えられる。図５（ａ）は底面２１の中心部に水平面２
３を残したもの、（ｂ）は２段の傾斜面２４，２５によ
り傾斜部２２を形成したものであり、いずれも同様の効
果が得られるものである。

【００１８】

【発明の効果】以上で説明したように、請求項１に係る
発明はタンクの底面の周縁部に中心部よりも低くされた
深部を設けてそこでの水深を深くし、また、請求項２に
係る発明はタンク底面の外周縁部に上り勾配となる傾斜
部を設けて外周縁部の水深を漸次浅くしたので、いずれ
も大振幅振動を受けた際における砕波の発生が有効に防
止され、その結果、大振動振幅に対しても優れた制振効
果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明の一実施例である制振装置
を示すタンク断面図である。

【図２】同制振装置の変形例を示す図である

【図３】同制振装置のさらなる変形例を示す図である。

【図４】請求項２に係る発明の一実施例である制振装置
を示すタンク断面図である。

【図５】同制振装置の変形例を示す図である。

【図６】スロッシングダンパーの概要を示す図である。

【図７】スロッシングダンパーにおいて砕波が生じた状
況を示す図である。

【符号の説明】

１０ タンク １１ 液体 １２ 底面 １３ 深部 １４ 壁面 ２０ タンク ２１ 底面 ２２ 傾斜部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物に設置したタンクの内部に、前記
   構造物の固有振動周期と同一の固有振動周期でかつ位相
   差を伴って振動可能に液体を貯留し、該液体の振動によ
   って前記構造物の振動を抑制する構成の制振装置であっ
   て、 前記タンクの底面の周縁部に中心部よりも低くされた深
   部を設けることにより、静止状態における前記液体の水
   深を前記タンク内の中心部よりも周縁部において相対的
   に深くしてなることを特徴とする構造物の制振装置。
2. 【請求項２】 構造物に設置したタンクの内部に、前記
   構造物の固有振動周期と同一の固有振動周期でかつ位相
   差を伴って振動可能に液体を貯留し、該液体の振動によ
   って前記構造物の振動を抑制する構成の制振装置であっ
   て、 前記タンクの底面の外周縁部に上り勾配となる傾斜部を
   設けることにより、静止状態における前記液体の水深を
   前記タンクの外周縁部において漸次浅くしてなることを
   特徴とする構造物の制振装置。