JPS63138077A

JPS63138077A - 構造物の振動抑制装置

Info

Publication number: JPS63138077A
Application number: JP28348586A
Authority: JP
Inventors: 孝典佐藤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1988-06-10
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH0756184B2

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、地震や虱等によって構造物に引き起こされる
振動を抑制するようにした振動抑制装置に関するもので
ある。

「従来の技術およびその問題点」高強度材料の開発、工作技術の進歩、並びに、電算機に
よる構造解析技術の発展等の要因により近年の構造物は
、大形化、形式の多様化、軽量化か進むとともに、フレ
キシビリティに富む構造となってきている。そして、こ
のように軽量で柔軟な構造物においては、固有振動数が
低く、振動減衰ら小さくなる傾向があり、このため、風
による空力的外力の影響により予期し得ない種々の振動
が発生する可能性がある。

このため、この種の振動源を断つという目的から、構造
物の外形に空力的対策を兎すことが考えられるが、構造
物の外形には、機能上、あるＬ弓よ、デザイン的な面か
ら種々の制約があり、この空力的対策だけに頼ることは
困難である。

そこで、本願発明者は、特頼昭６０−２４１０４５号明
細書において、構造物の所要の位置に、構造物の固有の
振動周期と同一の周期で、しから位相差を伴って振動す
る液体を貯留する貯留タンクを設け、この液体の振動に
よって構造物の振動を抑制することができる振動抑制装
置を提案し、ｎη述の問題を解消している。

前述の明細書において示した振動抑制装置の一実施例は
、構造物の屋上に筒形の貯留タンクを設け、この貯留タ
ンクに液体を貯留しｆこ構造であった。ところで、この
貯留タンクに貯留する液体は、構造物の固有振動周期と
同一の振動周期を存して、所定の位相ずれを生じるよう
な所定量を確保する必要があるが、貯留タンク内の液体
は蒸発による減水や雨水のよる増水により、その里が変
化することが考えられ、その対策が必要である。

本発明は、前記問題に鑑み、先に本願発明者が提案して
いる振動抑制装置を発展さけてなされたもので、振動抑
制用貯留タンク内の液体を常に所定量確保することがで
きろようにして、常に確実な振動抑制効果を発揮するよ
うにした振動抑制装置の提供を目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明は、前記問題点を解決するために、構造物の所定
の位置に貯留タンクを設け、この貯留タンクの内部に、
前記構造物の固有の振動周期と同一の固有振動周期で構
造物固有の振動と所要の位相差を伴って振動′４−る液
体を貯留するとともに、前記貯留タンクに補助タンクを
付設し、前記貯留タンクと補助タンクの間で液体の出入
を行う排液装置ηと給液装置を貯留タンクに付設したし
のである。

「作用　」風等により構造物に振動か作用した場合、貯留タンクに
貯留された液体が構造物の振動周期と同一周期で所要の
位相ずれした状態で振動し、構造物の横揺れを中心とす
る振動を抑制する。ま几、山による増水や蒸発による減
水に対応して給液装置と排液装置を作動させることによ
り貯留タンク内の液体を所定量に常に維持する。

「実施例」第１図ないし第５図は、本発明の一実施例に係る振動抑
、制装置を備えた高層構造物等の構造物を示すもので、
この実施例の構造物Ｉには、風によって引き起こされる
振動に対して最も効果があると想定できる屋上に振動抑
制を行う貯留タンク３か設置されている。なおこの貯留
タンク３を設置する際に、ゴム等の弾性体と鋼板との積
層構造からなる柔構造の支持台を介して貯留タンク３を
屋上に設けることもできる。

前記貯留タンク３は、構造物Ｉの飲料水、あるいは、防
火用水を貯留するため等の目的に用いられる筒状、また
は、これらの目的とは別途に設置された筒状の貯留タン
クであって、前記構造物１の振動周期と同一の振動周期
となる如き条件に液体Ｗを貯留することにより、風等に
よって引き起こされる構造物の振動を抑制する。なお、
必要に応じて貯留タンク３を複数に分割して構成しても
差し支えない。

また、前記構造物ｌの屋上であって、貯留タンク３の両
側方には、補助タンクＩ　Ｏ，１０が設けられている。

そして、補助タンク１０．１０に隣接する貯留タンク３
の側壁において、液体Ｗの所要の液面レベルより若干高
い位置には、吸排液管１２が形成されている。この吸排
液管１２は、貯留タンク３内の液体Ｗと補助タンクＩＯ
を連通し、前記吸排液管１２．１２には各々ポンプＩ６
が組み込まれている。また、貯留タンク３の内部には、
所要の液面レベルを検出するための液面検出器１７が設
置されている。この液面検出器１７は前記ポンプ１６の
作動制御部に連結されていて、この液面検出器１７の出
力する信号により前記ポンプ１６が作動して補助タンク
１０の液体Ｗを供排液管１２を介して貯留タンク３に供
給できるようになっている。即ち、前記給排液管１２と
ポンプ１６と液体検出器１７により給排液装置２０が構
成されている。

次に前記のように構成された振動抑制装置の作用につい
て説明する。

貯留タンク３の液体Ｗは、構造物ｌの振動周期と同一の
振動周期となる如き深さに貯留されることによって、風
により引き起こされる構造物１の振動と１７２周期の位
相ずれをおこして振動４”るので、構造物Ｉの振動を抑
制する。

また、雨等の原因により貯留タンク３の液体が増加した
場合、蒸発等の東回により、貯留タンク３の液体が減少
した場合、液面検出器１７がこれを検知してポンプ１６
を作動させ、補助タンクＩＯの液体Ｗを所要の高さまで
供給する。以上の如く液面検出器Ｉ７が作動して貯留タ
ンク内３の液体〜Ｖｆｆｉを所要の深さに調整する。こ
れによって貯留タンク３に常に一定量の液体Ｗを貯留す
ることができ、振動抑制装置は常に所定の振動抑制効果
を発揮する。なお、液体〜Ｖの振動中に、液体Ｗの形成
する波の谷の部分が一時的に液面検出器１７の下まで達
することが考えられるが、液面検出器１７が所定の時間
にわｉ二り、連続して液体Ｗの液面レベル低下を検出し
た場合のみポンプ１６を作動させる構成にするならばこ
の問題を解消することができる。

ところで、構造物ｌの屋上に設ける補助タンク１０に貯
留する液体Ｗの量は、貯留タンク３に貯留した液体〜■
の振動抑制効果を阻害しないような量に設定する。

なお、以下に特願昭６０−２４１０４５−号明細吉にお
いて行った構造物Ｉと貯留タンクの振動解析を記述する
。

ます、貯留タンク３と＋１が造物Ｉは第３図に示す振動
モデルに近似した振動特性を呈する。

第３図に示す振動モデルは、ばね定数Ｋ。のばね４　Ａ
に質Ｍ〜ｉｏの物体５Ａを支持させろととしに、減衰率
り。のダッシュボット６Ａを付加するようにした振動系
Ａ（構造物の振動モデル）と、ばね定ｒｉ！１．に１の
ばね４Ｂに質量質量Ｍ１の物体５Ｂを支持させるととも
に、減衰率り、のダッシュポット６Ｂを付加するように
した振動系Ｂ（貯留タンク内の振動モデル）とから構成
されている。

そして、このような振動モデルにおいて、物体４　Ａに
加わる外力によって振動系Ａが振動を開始ずろと、振動
系Ｂはｌ／２周期の位相差を乙って振動を開始ずろから
、振動系Ａ−Ｈの振動周期を一致させることにより、振
動系Ａの振動を抑制することができる。

ここで、振動系の振動周期は、の式で与えられ、また、構築物ｌの振動周期Ｔ。

は、構造設計上の見地から定められた質量Ｍ。、および
、ばね定数Ｋ。により一義的に定まるから、貯留タンク
３に貯留された液体Ｗの振動周期Ｔ。

を前記Ｔ。と一致させるべく、貯留タンク３の寸法およ
び容量を設定して両者を一致させるようになっている。

即ち、貯留タンク内の貯留液の挙動について成立するハ
ウスナ−（Ｈｏｕｓｎｅｒ）理論によれば、図示例の如
く貯留タンク３内で移動可能な自由水有効質虫（振動体
として作用する質Ｉ）Ｍ、、は、下記（２）式により与
えられる。

ただし、ｌ］・・・・・・貯留タンク３の底部から水面までの距
離Ｒ・・・・・・貯留タンク３の半径Ｍ・・・・・・貯留タンク３内に実際に貯留されている
液体　　　　の質量また、前記貯留液Ｗの固有振動ω（いわゆるスロッシン
グの固有振動数）は、下記の（３）式によさらに、前記
固有振動数ωより、下記の（４）式に示す如く振動周期
Ｔが求められる。

なお、前記各パラメータに、例えば、Ｒ＝１５ｍｆ−２ｍＭ＝１・１１４　ｔ（２式よりＭ＝８１２ｔ）を代入す
ると、Ｔ＝１１．７秒となる。

そして、前記式にて得られる貯留タンク内の液体二つ振
動周期と構造物の振動周期Ｔ。との間に、Ｔ、＝Ｔ、　
　・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）式が成立
する如く、貯留タンク３の各寸法および貯留量を設定す
る。

なお、振動数の変化に対する振動抑制効果の変化のンユ
ミレーションの結果、第４図と第５図に示す如き特性が
得られた。第４図は貯留タンクに液体（水）を貯留した
状態で行ったシュミレーション結果を示し、第５図は貯
留タンクを空の状態にした状態で行ったシュミレーショ
ン結果を示す。

即ち、第４図に示す如く固有振動数に近い振動数で大き
な振幅を有する構造物に貯留タンクを設け、液体を貯留
することにより、第５図に示す如く振動を抑制すること
ができる。

更に、シュミレーションの結果、液体Ｗの有効質量Ｍ、
と構造物ｌの質量Ｍとの比率をＭ　１／　Ｍ　＝　１／
　５０〜ｌ／　１００・・・・・・・・・・・・（６）
式に設定した場合に有効に振動抑制効果を発揮すること
ができた。ここで、有効質量が１／１００以下では、十
分な制振効果が得られず、１７５０以上では、液体の質
量が構造物の構造設計上の影響が大きくなって、再度構
造物の構造設計を行う必要かあるために、ＭとＭｌとの
比率を前記（６）式の如く設定する必要が生じるのであ
る。

更に、種々の要因から、前記貯留タンク内の液体を固定
状態（密閉貯留タンクにち密に充填されｆこ状態）とす
ることが必要な場合には、前記（２）式に代えて、を採用し、この（２）式で得られた結果から貯留タンク
の容積池、乙種数値を決定すれば良い。

なお、貯留タンク３の形状は前記実施例に示すような円
筒状に限るものではなく、平面４角形、球形、平面楕円
状等、設置条件に応じて種々の形状に変更しても良い。

この場合、ハウスナーの理論をそれぞれ応用し、その形
状に応じた式に基いて振動周期と質量を設定すれば良い
。

「発明の効果」以上説明したように本発明は、構造物の所要位置に設け
た貯留タンクに構造物と同一周期でもって位相差を有し
て振動する液体を貯留した構成であり、液体の振動が構
造物の振動を抑制するために、主として地震に対する強
度を高めている構造物において、地震の振動数と異なる
振動を引き起こす風に対する振動抑制効果を得ることが
できる。

また、吸排液装置を用いて、貯留タンクの液体を補助タ
ンクに排出するか、補助タンクの液体を貯留タンクに供
給して貯留タンクの液体を所定量に維持できるために、
常に所定の振動抑制効果を発揮させて構造物の振動を抑
制することができる効果がある。

更に、構造物に備えられる給液貯留タンクや防火用水用
貯留タンクを振動抑制用貯留タンクとして用いろならば
、貯留タンクを特別に設置ケる必要らなくなり、設備コ
ストの面で有利な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、本発明の一実施例を示すしので、第
１図は振動抑制装置を備えた＋１■造物の正面図、第２
図は貯留タンクの断面図、第３図は構造物の振動モデル
の正面図、第４図は本発明の振動減衰装置を備えた振動
減衰状況を示す断面図、第５図は空の貯留タンクを備え
た構造物の振動状況を示す断面図である。Ｗ・・・・・・液体、１・・・・・・構造物、　　　２・・・・・・支持台、
３・・・・・貯留タンク、１０・・・・・・補助タンク
、１２・・・・給排液管、１６・・・ポンプ、１７・・
・・・・液体検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

構造物の所定の位置に貯留タンクが設けられ、この貯留
タンクの内部に、前記構造物の固有の振動周期と同一の
振動周期で、構造物固有の振動と所要の位相差を伴って
振動する液体が貯留されるとともに、前記貯留タンクに
補助タンクが付設され、前記貯留タンクには補助タンク
と貯留タンクとの間で液体の出入を行う給排液装置が付
設されてなることを特徴とする構造物の振動抑制装置。