JPH112048A - 単層からなる大空間構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単層トラスに生じる面外方向の振動をＴＭＤ
を用いて有効に吸収減衰させることができる単層からな
る大空間構造物の制振装置を提供する。 【解決手段】 ＴＭＤユニット１４は平面トラス４Ａ中
央のほぼ図心位置に配されて面外方向に鉛直に沿って延
び、その両端はそれぞれ平面トラス４Ａの各節点６に延
びる４本のトラス斜材１６によって当該平面トラス４Ａ
に支持される。各トラス斜材１６は平面トラス４Ａの節
点６にピン結合され、また各トラス斜材１６とＴＭＤユ
ニット１４との接続も節点６ａでのピン結合とされる。
ＴＭＤユニット１４が組み込まれる平面トラス４Ａは架
構の所要部位に配され、トラス斜材１６が接合されてい
ることで矩形立体構造のユニットとなっているが、トラ
スの架構全体としては、平面トラス４，４Ａによって形
成される一層の骨組による構面を有するだけであり、基
本的に単層トラスのままである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基本要素となる最
小単位の平面トラスを多数網の目状に骨組して、全体と
して構面が一層の所望形態の架構に形成した単層トラス
に生じる面外方向の振動を、チューンド・マス・ダンパ
ユニットを用いて吸収減衰させるようにした単層からな
る大空間構造物の制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大空間構造物の屋根等に複層
トラスが多く採用されている。この複層トラスは、基本
要素をなす最小単位の立体トラスを多数網の目状に組み
立てて作る架構の骨組構造を言い、その架構の構面を形
成する骨組が２層以上で構成されている。

【０００３】この立体トラスを最小単位として２層以上
の構面を有する複層トラスは、個々のトラス部材におけ
る力の伝達は２方向であり、架構全体に荷重が伝達され
るので、大きな集中荷重や非対称荷重に対して有利であ
り、軽量で大きな面内剛性が得られる。また、不静定次
数が高いので、一部に大きなダメージが生じても構造全
体の崩壊に至ることがなく、その構造信頼性が高い。

【０００４】基本要素をなす最小単位の立体トラスの形
状としては、三角錐、四角錐等があり、これらの基本要
素を組み上げて形成する架構全体の屋根形状としては、
図８に示すように平板、切妻、方形、寄棟、
部分円筒、球殻状のドーム等の各種形態がある。

【０００５】また、架構の構面を形成する骨組みが一層
でなり、立体的なトラス部材を持たないものとして単層
トラスがある。この単層トラスは、平面的に組んだ最小
単位の平面トラスを基本要素として、これらを単層の網
の目状に多数組み立てて作る架構の骨組構造であり、複
層のものに比べて曲げに対する剛性が低く、個々のトラ
ス部材の座屈耐力が全体座屈耐力に及ぼす影響が大きい
ので、従来あまり採用されていなかったが、複層のもの
よりもさらに軽量化が図れ、かつ複合部の単純化等が可
能であることから、近年注目を集め始めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大空間構造
物のスパンがより長大化されつつある昨今では、地震や
風などによる振動が単層トラスの面外方向に及ぼす影響
を考慮する必要性が強まってきており、その振動の動的
応答についての検討が数学的解析によってなされてい
る。そして、その検討結果として単層トラスに面外方向
の振動を吸収して減衰させるチューンド・マス・ダンパ
（以後、ＴＭＤと略記する）を組み込むことが制振対策
上有効であることが報告されている。

【０００７】ここで、複層トラスに関しては、これにＴ
ＭＤユニットを組み込んだ制振装置として、例えば特開
平５−３３２０５０号公報に示される技術が提案されて
いる。すなわち、この提案には、大空間構造物の屋根に
おいて２層の構面を形成するトラス梁の上弦材と下弦材
とに両端を支持させて、それらの間に面外方向の振動を
吸収して減衰させるＴＭＤユニットを取り付けることが
示されている。

【０００８】しかしながら、構面が１層で上・下弦材を
持たない単層トラスについては、これにＴＭＤユニット
を組み込むための実現性のある具体案が未だ示されてお
らず、複層のものに比べて曲げに対する剛性が低く、個
々のトラス部材の座屈耐力が全体座屈耐力に及ぼす影響
が大きい当該単層トラスでは、その面外方向の制振性の
向上は複層トラス以上に重要な課題となっている。

【０００９】本発明は、以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、単層トラスに生じる面外
方向の振動をＴＭＤを用いて有効に吸収減衰させること
ができる単層からなる大空間構造物の制振装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る単層からなる大空間構造物の制振装
置では、基本要素となる最小単位の平面トラスを多数網
の目状に骨組みして、全体として構面が一層の所望形態
の架構に形成する単層トラスにおいて、該単層トラスの
所要部位における前記最小単位の平面トラスの中央部
に、該平面トラスの面外方向の振動を吸収して減衰する
ＴＭＤユニットを配し、該ＴＭＤユニットを面外に設け
た節点を介してて該最小単位の平面トラスに支持させた
ことを特徴とするものである。

【００１１】この単層からなる大空間構造物の制振装置
によれば、ＴＭＤユニットが組み込まれる平面トラスは
その面外方向に延びるＴＭＤユニットの両端部を面外の
節点で支持することから、矩形立体構造のユニットとな
るが、架構全体としては平面トラスによって形成される
一層の骨組による構面を有するだけで、基本的に単層ト
ラスのままであり、複層トラスのような上弦材と下弦材
とを有していなくとも面外方向の振動を吸収減衰させる
ＴＭＤユニットを組み込むことができる。従って、単層
トラスの利点である部品数の少なさやこれによる軽量さ
を阻害するすことなく、当該単層トラスにＴＭＤユニッ
トを組み込んで有効に制振作用を発揮させることがで
き、単層トラスの実用化を促進し得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る単層トラス
の制振装置の好適な実施形態について添付図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明に係る制振装置が組み込まれ
た単層トラスによって構築される大空間構造物のドーム
屋根の全体架構を概念的に示す概略斜視図であり、図２
はその単層トラスによる架構の基本要素となる最小単位
の平面トラスを概略的に示す斜視図、図３はその単層ト
ラスにより構築されたドーム屋根の所要部位に配設され
るＴＭＤユニットが組み込まれた平面トラスの概略斜視
図、図４はそのＴＭＤユニットの概略構成を示す側面図
である。

【００１４】図示するように、ドーム屋根２は基本要素
である最小単位の平面トラス４が多数縦横に網の目状に
組み合わされて、全体として構面が一層の湾曲したドー
ム状の架構に形成されている。

【００１５】ここで、本実施形態の単層トラスにおける
基本要素の平面トラス４は、４本のトラス部材４１を節
点６でピン接合した矩形状をその基本形態とし（図２
（ａ）参照）、この平面トラス４が多数縦横に連結され
て構面が単層の骨組でなる湾曲した架構構造のドーム屋
根２に形成されるが、当該矩形の不安定構造の平面トラ
ス４には、その自己釣り合いがとれてしかも曲げに対す
る剛性を高める得る構造体として、張力安定トラス８が
付加されていて、当該ドーム屋根２はハイブリッド単層
トラス構造とされている。

【００１６】すなわち、この張力安定トラス８は、図２
（ｂ）に示すように、基本形態をなす矩形状の平面トラ
ス４の中央に面外方向両側に延びるポスト部材１０を配
し、このポスト部材１０をその両端からそれぞれ平面ト
ラス４の４つの節点６に渡したケーブル１２でこれに張
力を導入して支持し、かつこのケーブル１２に膜（図示
せず）を張設してなるものであり、平面トラス４と複合
して矩形立体構造のユニットを形成する。ただし、ドー
ム屋根２の架構全体としては、平面トラス４によって形
成される一層の骨組による構面を有しているだけであ
り、基本的に単層のトラスとなっている。

【００１７】そして、平面トラス４と張力安定トラス８
とを複合させた上記ユニットでは、ケーブル１２及び膜
の張力と、ポスト部材１０及びトラス部材４１の軸圧縮
力との組み合わせで外力に抵抗し、曲げ抵抗を軸力抵抗
に転換する機能を持っていて、しかも自己釣り合いが完
結されており、面内・外の剛性が大きく、座屈荷重に対
して安定性の高い構造物を構築し得る。

【００１８】ところで、上記ドーム屋根２には地震や風
などに起因して面外方向の振動が生ずるが、その面外方
向の振動を低減させるために所要部位の平面トラス４に
は、上記張力安定トラス８に代えてＴＭＤユニットを組
み込んだものを配設している。このＴＭＤユニットを組
み込んだ平面トラス４Ａを図３，４に示す。

【００１９】同図３に示すように、ＴＭＤユニット１４
は平面トラス４Ａ中央のほぼ図心位置に配されて面外方
向に鉛直に沿って延び、その両端はそれぞれ平面トラス
４Ａの各節点６に延びる４本のトラス斜材１６，１６…
によって当該平面トラス４Ａに支持されている。ここ
で、各トラス斜材１６，１６…は平面トラス４Ａの節点
６にピン結合され、また各トラス斜材１６，１６…とＴ
ＭＤユニット１４との接続も節点６ａでのピン結合とさ
れている。すなわち、ＴＭＤユニット１４は平面トラス
４Ａの面外方向両側に設けられた節点６ａ，６ａに連結
されてこれを介して平面トラス４Ａに支持される。

【００２０】従って、このＴＭＤユニット１４が組み込
まれる平面トラス４Ａはトラス斜材１６，１６…が接合
されることにより矩形立体構造のユニットとなる。ただ
し、上記張力安定トラス８を組み込んだ場合と同様に、
ドーム屋根２の架構全体としては、平面トラス４，４Ａ
によって形成される一層の骨組による構面を有するだけ
であり、基本的に単層トラスのままになっている。

【００２１】上記ＴＭＤユニット１４は、図４に示すよ
うに、付加質量体１８と、この付加質量体１８を面外方
向（図４における紙面上下方向）に移動可能に弾性支持
する弾性体２０と、この付加質量体１８の移動を抑制す
る緩衝部材２２とからなり、付加質量体１８が平面トラ
ス４Ａのほぼ図心位置に配されて、その面外方向の両側
部に接続された２つの弾性体２０，２０によって面外方
向に振動可能に弾性支持されていて、その振動は弾性体
２０，２０に並設された緩衝部材２２によって吸収・減
衰されるようになっている。

【００２２】図５は上記ＴＭＤユニット１４の具体的な
一構成例を示すものである。図示するように、付加質量
体１８の対向する２つの端面にはそれぞれ上記緩衝部材
２２を構成する伸縮自在なエアダンパー２４を取り付け
ている。このエアダンパー２４は空気室２６を形成する
シリンダ２８と、このシリンダ２８に摺動自在に嵌合さ
れるピストンロッド３０とからなり、シリンダ２８には
空気室２８と大気とを連通させるオリフィス３２が形成
されている。

【００２３】また、シリンダ２８とピストンロッド３０
とにはそれぞれスプリングシート３４，３６が径方向外
方に拡径形成されていて、これらのスプリングシート３
４，３６間に挟まれて上記弾性体１８を構成するコイル
スプリング３８が取り付けられている。そして、付加質
量体１８にはピストンロッド３０が、当該ピストンロッ
ド３０の端部に設けられた上記スプリングシート３６を
介して一体的に固設され、シリンダ２８はその端部が上
記４本のトラス斜材１６，１６…の接合点である節点６
ａにピン結合されるようになっている。なお、ここでエ
アダンパ２４に代えてオイルダンパあるいは摩擦式ダン
パを採用することもできる。

【００２４】そして、このＴＭＤユニット１４はドーム
屋根２の面外方向の振動によって付加質量体１８が移動
して振動し、その振動をエアダンパー２４が減衰させて
当該ＴＭＤユニット１４が組み込まれた部位の平面トラ
ス４Ａの面外方向への振動を低減させる。

【００２５】図６，７はそれぞれ上記ＴＭＤユニット１
４を組み込んだ平面トラス４Ａの、ドーム屋根２への配
置形態の一例を示すもので、湾曲したドーム屋根２を平
坦に展開して示した平面図である。同図６，７において
紙面に縦横に実線で示される小さな矩形が各々平面トラ
ス４，４Ａであり、平面トラス４Ａの矩形中に斜めの実
線で示されるのがトラス斜材１６で、このトラス斜材１
６の交点に白丸で示されるのがＴＭＤユニット１４であ
る。また、平面トラス４の矩形中に斜めの破線で示され
るのが張力安定トラス８のケーブル１２で、このケーブ
ル１２の交点に黒丸で示されるのがポスト部材である。

【００２６】図６に示す配置形態では、ＴＭＤユニット
１４が組み込まれた平面トラス４Ａと張力安定トラス８
が組み込まれた平面トラス４とをドーム屋根２の全面に
亘って縦横に交互に市松模様状に配設しており、その全
面に亘って制振効果を発揮させるようにしている。

【００２７】また、図７の配置形態では、ドーム屋根２
全体に生じる面外方向の振動パターンにおいて、その振
動が大きくなる部位の平面トラス４ＡにＴＭＤユニット
１４を組み込むようにしており、この図示例ではドーム
屋根２の中心と、これを取り巻くように環状に配設して
いる。すなわち、このように特に面外方向の振動が大き
くなる部位の平面トラス４ＡのみにＴＭＤユニット１４
を組み込むようにすれば、ドーム屋根２の構成部品点数
やその全体重量の増加を可及的に抑えて、合理的な制振
が行え、建造コストの低減化をより一層図れる。なお、
ここで図７の図示例においては、環状に配されるＴＭＤ
ユニット１４は連続して設けられているが、これに限ら
れることはなく、適宜必要に応じて間隔をあけて配設す
ることができる。

【００２８】また、以上の説明では、単層トラスの基本
要素となる最小単位の平面トラスを矩形に形成した場合
を述べたが、その最小単位の平面トラスの形状は三角形
でもあっても又は六角形であっても良く、その形状は任
意の多角形状とすることができる。

【００２９】また、単層トラスで形成する架構形状もド
ームに限らず、図８に示すような平板状、切妻状、方形
状、寄棟状、部分円筒状等の他、トラスで形成し得る任
意の形状とすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明に係
る単層からなる大空間構造物の制振装置によれば、ＴＭ
Ｄユニットが組み込まれる平面トラスはその面外方向に
延びるＴＭＤユニットの両端部を面外の節点を介して支
持することから、矩形立体構造のユニットとなるが、架
構全体としては平面トラスによって形成される一層の骨
組による構面を有するだけで、基本的に単層トラスのま
まであり、複層トラスのような上弦材と下弦材とを有し
ていなくとも面外方向の振動を吸収減衰させるＴＭＤユ
ニットを組み込むことができる。従って、単層トラスの
利点である構成部品数の少なさやこれによる軽量さを可
及的に阻害することなく、当該単層トラスにＴＭＤユニ
ットを組み込んで有効に制振作用を発揮させることがで
き、単層トラスの実用化を促進し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制振装置が組み込まれた単層トラ
スによって形成されたドーム屋根の全体架構を概念的に
示す概略斜視図である。

【図２】（ａ）は上記単層からなる大空間架構の基本要
素となる最小単位の平面トラスを概略的に示す斜視図で
あり、（ｂ）はその平面トラスに張力安定トラスを付加
した複合ユニットを示す斜視図である。

【図３】上記単層トラスによるドーム屋根の所要部位に
配設されるＴＭＤユニットが組み込まれた平面トラスを
概略的に示す斜視図である。

【図４】ＴＭＤユニットの概略構成を示す側面図であ
る。

【図５】ＴＭＤユニットの具体的な構成例を示す側断面
図である。

【図６】ＴＭＤユニットを組み込んだ平面トラスの配置
態様の一例を示す平面図である。

【図７】ＴＭＤユニットを組み込んだ平面トラスの配置
態様の他の例を示す平面図である。

【図８】従来の大空間構造物の屋根の形態を概略的に示
す斜視図である。

【符号の説明】

２ ドーム屋根 ４，４Ａ 平面トラス ６，６ａ 節点 ８ 張力安定トラス １０ ポスト部材 １２ ケーブル １４ ＴＭＤユニット １６ トラス斜材 １８ 付加質量 ２０ 弾性体 ２２ 緩衝部材 ２４ エアダンパ ３８ コイルスプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本要素となる最小単位の平面トラスを
   多数網の目状に骨組みして、全体として構面が一層の所
   望形態の架構に形成する単層トラスにおいて、 該単層トラスの所要部位における前記最小単位の平面ト
   ラスの中央部に、該平面トラスの面外方向の振動を吸収
   して減衰するチューンド・マス・ダンパユニットを配
   し、該チューンド・マス・ダンパユニットを面外に設け
   た節点を介して該最小単位の平面トラスに支持させたこ
   とを特徴とする単層からなる大空間構造物の制振装置。