特開2021-195976(P2021-195976A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-195976(P2021-195976A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】動吸振装置
(51)【国際特許分類】
   F16F 15/02 20060101AFI20211129BHJP
   E04H 9/02 20060101ALI20211129BHJP
【FI】
   F16F15/02 C
   F16F15/02 N
   E04H9/02 351
   E04H9/02 341D
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2020-101360(P2020-101360)
(22)【出願日】2020年6月11日
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和彦
【テーマコード(参考)】
2E139
3J048
【Fターム(参考)】
2E139AA01
2E139AB11
2E139AC01
2E139BA12
2E139BB02
2E139BB34
2E139BB43
3J048AD07
3J048BF10
3J048DA07
3J048EA38
(57)【要約】
【課題】安価で簡便な構成とすることができる動吸振装置を提供する。
【解決手段】構造物2に設置された支持部3と、支持部3に吊り下げられて振り子運動する振り子部4と、を有し、振り子部4の振り子運動の固有周期を構造物2の固有周期に同調させて構造物2の振動を低減させる動吸振装置1において、振り子部4は、錘5と、支持部3と錘5とを連結する吊り材6と、を有し、吊り材6は、支持部3に第1水平方向に延びる第1軸線71a回りに回転可能に連結された上吊り材61と、上吊り材61に第1水平方向と交差する第2水平方向に延びる第2軸線72a回りに回転可能に連結され、錘5が連結された下吊り材62と、を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造物に設置された支持部と、
前記支持部に吊り下げられて振り子運動する振り子部と、を有し、
前記振り子部の振り子運動の固有周期を前記構造物の固有周期に同調させて構造物の振動を低減させる動吸振装置において、
前記振り子部は、
錘と、
前記支持部と前記錘とを連結する吊り材と、を有し、
前記吊り材は、
前記支持部に第1水平方向に延びる第1軸線回りに回転可能に連結された上吊り材と、
前記上吊り材に前記第1水平方向と交差する第2水平方向に延びる第2軸線回りに回転可能に連結され、前記錘が連結された下吊り材と、を有することを特徴とする動吸振装置。
【請求項2】
前記吊り材は、複数設けられ、
前記錘は、複数の前記吊り材それぞれの前記下吊り材に回転自在に接合されていることを特徴とする請求項1に記載の動吸振装置。
【請求項3】
前記錘と前記構造物との間に設けられ、前記構造物に対する前記錘の揺れを減衰させる減衰装置を有することを特徴とする請求項1または2に記載の動吸振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動吸振装置に関する。
【背景技術】
【0002】
風や地震による構造物の揺れを低減する装置として、動吸振装置(TMD:Tuned Mass Damper)が知られている。
動吸振装置は、構造物上にばね機構で支持された錘を設置し、この錘とばね機構からなる固有周期を構造物の固有周期に同調させることで、構造物の応答(揺れ)を大幅に低減するものである(例えば、特許文献1および2参照)。ばね機構には、積層ゴムを用いたり、錘を吊り下げた振り子の復元力を利用したりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−48187号公報
【特許文献2】特開平10−266626号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
構造物の固有周期が水平2方向(X方向、Y方向)で異なる場合には、動吸振装置を各方向の固有周期に同調させるために、各方向それぞれに対して錘とばね機構を設置したり、1方向だけに有効となるばねや質量(マス)を追加したりする必要がある。このため、構造物の固有周期が水平2方向で異なる場合には、動吸振装置が複雑な構成になるとともに、コストがかかるという問題がある。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、安価で簡便な構成とすることができる動吸振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る動吸振装置は、構造物に設置された支持部と、前記支持部に吊り下げられて振り子運動する振り子部と、を有し、前記振り子部の振り子運動の固有周期を前記構造物の固有周期に同調させて構造物の振動を低減させる動吸振装置において、前記振り子部は、錘と、前記支持部と前記錘とを連結する吊り材と、を有し、前記吊り材は、前記支持部に第1水平方向に延びる第1軸線回りに回転可能に連結された上吊り材と、前記上吊り材に前記第1水平方向と交差する第2水平方向に延びる第2軸線回りに回転可能に連結され、前記錘が連結された下吊り材と、を有することを特徴とする。
【0007】
本発明では、振り子部の固有周期を第1水平方向と第2水平方向とで異なる値に設定することができる。これにより、第1水平方向と第2水平方向とで固有周期が異なる構造物において、その構造物の第1水平方向の固有周期および第2水平方向の固有周期に、振り子部の第1水平方向の固有周期および第2水平方向の固有周期を同調させることで、風邪や地震などによる構造物の第1水平方向および第2水平方向それぞれの揺れを低減することができる。
このように、本発明では、構造物の第1水平方向および第2水平方向それぞれの揺れを同一の動吸振装置で低減させることができる。このため、構造物の第1水平方向および第2水平方向それぞれの揺れに対して、それぞれ動吸振装置を設置する場合や、それぞれ付加ばねや付加質量を設置する場合と比べて、動吸振装置を安価で簡便な構成とすることができる。また、動吸振装置を簡便な構成とすることができるため、動吸振装置の小型化や、動吸振装置の設置スペースの縮小化を図ることができる。
【0008】
また、本発明に係る動吸振装置では、前記吊り材は、複数設けられ、前記錘は、複数の前記吊り材それぞれの前記下吊り材に回転自在に接合されている。
このような構成とすることにより、錘が複数の吊り材に支持される場合に、第1軸線回りに振り子部が回転し、複数の吊り材それぞれの上吊り材が第1軸線回りに回転する際に、錘が複数の下吊り材に対して第1軸線と平行となる軸線回りに回転する。これにより、上吊り材の第1軸線回りの回転が阻止されることがなく、上吊り材と下吊り材との連結部に曲げモーメントが生じることを抑制することができる。
【0009】
また、本発明に係る動吸振装置では、前記錘と前記構造物との間に設けられ、前記構造物に対する前記錘の揺れを減衰させる減衰装置を有していてもよい。
このような構成とすることにより、構造物に対する錘の揺れ(振幅)を適切に制御することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、動吸振装置を安価で簡便な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の第1実施形態による動吸振装置の一例を示すY方向から見た図である。
図2】本発明の第1実施形態による動吸振装置の一例を示すX方向から見た図である。
図3】振り子部の斜視図である。
図4】本発明の第2実施形態による動吸振装置の一例を示すY方向から見た図である。
図5】本発明の第2実施形態による動吸振装置の一例を示すX方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態による動吸振装置について、図1図3に基づいて説明する。
図1および図2に示すように、第1実施形態による動吸振装置1は、建物などの構造物2の上に設置され、風や地震による振動を低減させるように構成されている。以下では、交差する2つの水平方向をX方向(図面の矢印Xの方向、第2水平方向)およびY方向(図面の矢印Yの方向、第1水平方向)をとする。図面では、鉛直方向を矢印Zの方向で示す。X方向とY方向とは直交する方向である。
本実施形態では、構造物2の固有周期は、X方向とY方向とで異なっている。X方向の固有周期をT、Y方向の固有周期をT、T>Tとする。
【0013】
動吸振装置1は、構造物2に設置された支持部3と、支持部3に吊り下げられて振り子運動する振り子部4と、を有している。動吸振装置1は、振り子部4の振り子運動の固有周期を構造物2の固有周期に同調させ、構造物2の振動を低減させるように構成されている。
支持部3は、X方向およびY方向に間隔をあけて設置した複数の柱材31と、柱材31の上端部間に架設した梁材32と、を有している。梁材32は、柱材31に架設された梁材32間に架設されていてもよい。本実施形態では、支持部3は、櫓となっている。
【0014】
図1図3に示すように、振り子部4は、梁材32に吊り下げられている。振り子部4は、錘5と、梁材32と錘5とを連結する吊り材6と、を有している。錘5は、所定の質量を有している。
吊り材6は、上吊り材61と下吊り材62と、を有している。上吊り材61と下吊り材62とは、それぞれ板状や棒状に形成されている。
【0015】
上吊り材61は、一方の端部(第1端部61aとする、図3参照)が第1軸部71を介して梁材32に連結され、他方の端部(第2端部61bとする、図3参照)が第1端部61aよりも梁材32から離れる位置に配置されている。
下吊り材62は、一方の端部(第1端部62aとする、図3参照)が第2軸部72を介して上吊り材61の第2端部61bに連結され、他方の端部(第2端部62bとする、図3参照)が第1端部62aよりも上吊り材61から離れる位置に配置されている。下吊り材62の第2端部62bには、錘5が連結されている。
【0016】
第1軸部71は、梁材32に固定され、上吊り材61をY方向に延びる第1軸線71a回りに回転可能に支持している。第1軸部71は、例えば回転ピンなどで構成されている。
上吊り材61は、振り子部4が静止している初期状態では第1端部61aが上側、第2端部61bが下側となる向きに設置される。上吊り材61は、構造物2(支持部3)に対して、第1軸線71a回り以外の回転はしないように構成されている。
第2軸部72は、上吊り材61の第2端部61bに固定され、下吊り材62をX方向に延びる第2軸線72a回りに回転可能に支持している。第2軸部72は、例えば回転ピンなどで構成されている。
下吊り材62は、振り子部4が静止している初期状態では第1端部62aが上側、第2端部62bが下側となる向きに設置される。下吊り材62は、第2軸線72a回り以外の回転はしないように構成されている。
初期状態における第1軸部71から錘5の芯までの長さをLとし、第2軸部72から錘5の芯までの長さをLとすると、L>Lとなる。
【0017】
錘5は、下吊り材62の第2端部62bに接合されている。本実施形態では、錘5と下吊り材62とは剛接合され、一体化されている。1つの錘5は、1つの吊り材6に接合され支持されている。
本実施形態では、錘5と構造物2との間にオイルダンパー等の減衰装置8が設けられている。
【0018】
振り子部4は、錘5にX方向の外力が作用し錘5がX方向に変位すると、錘5が第1軸部71を中心に回動する(揺れる)。上吊り材61は、第1軸部71を中心に回動する。下吊り材62は、上吊り材61とともに第1軸部71を中心に回動する。このとき、錘5の振り子長さは、Lとなる。
振り子部4は、錘5にY方向の外力が作用し錘5がY方向に変位すると、錘5が第2軸部72を中心に回動する。下吊り材62は、第2軸部72を中心に回動する。上吊り材61は、変位しない。このとき、錘5の振り子長さは、Lとなる。
【0019】
錘5がX方向に回動する(第1軸部71を中心に回動する)場合、振り子部4の固有周期Tは、重力加速度をgとすると以下の式(1)となる。
【0020】
【数1】
【0021】
錘5がY方向に回動する(第2軸部72を中心に回動する)場合、振り子部4の固有周期Tは、重力加速度をgとすると以下の式(2)となる。
【0022】
【数2】
【0023】
このように、振り子部4は、X方向およびY方向で異なる固有周期をもつこととなる。本実施形態では、L>Lとなるため、振り子部4の固有周期Tは、固有周期Tよりも大きい値となる(T>T)。
振り子部4のX方向の固有周期Tを構造物2のX方向の固有周期Tに同調させ、振り子部4のY方向の固有周期Tを構造物2のX方向の固有周期Tに同調させるように、L1およびL2の長さを設定する。これにより、動吸振装置1は、構造物2の固有周期に同調し、構造物2に生じる風や地震による振動を低減させることができる。
【0024】
次に、第1実施形態による動吸振装置1の作用・効果について説明する。
第1実施形態による動吸振装置1では、振り子部4の固有周期がX方向とY方向とで異なる値に設定することができることにより、X方向およびY方向で固有周期が異なる構造物2のX方向およびY方向それぞれの揺れを1台で低減させることができる。このため、X方向およびY方向それぞれの揺れに対応して複数の動吸振装置1を設置する場合や、付加ばねや付加質量を設置する場合と比べて、動吸振装置1を安価で簡便な構成とすることができる。また、動吸振装置1をコンパクトな装置とすることができる。
【0025】
第1実施形態による動吸振装置1では、錘5と構造物2との間にオイルダンパー等の減衰装置8を設けることにより、構造物2と錘5の揺れ(振幅)を適切に制御することができる。
なお、この最適な減衰量については、定点理論などで設定できる。
【0026】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第1実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第1実施形態と異なる構成について説明する。
図1および図2に示す第1実施形態の動吸振装置1では、1つの錘5を1つの吊り材6を介して支持部3に接続している。これに対し、図4および図5に示すように、第2実施形態の動吸振装置1Bでは、1つの錘5を2つの吊り材6を介して支持部3に接続している。
第2実施形態においても、錘5にX方向の外力が作用し錘5がX方向に変位した場合の、錘5の振り子長さは、Lとなり、錘5にY方向の外力が作用し錘5がY方向に変位した場合の錘5の振り子長さは、Lとなる。
錘5は、2つの吊り材6それぞれの下吊り材62の下端部に回転自在に接合されている。錘5を下吊り材62に回転自在に接合するためには、X軸およびY軸まわりの回転を拘束しないユニバーサル継手や短いワイヤー等を採用することが好ましい。これにより、錘5の自重が吊り材6に円滑に伝達されるように構成されている。
錘5は、下吊り材62に対して回転自在な状態であるため、X方向またはY方向の変位とともに下吊り材62に対して回転自在に変位する。
【0027】
上記の第2実施形態による動吸振装置1Bでは、第1実施形態と同様の効果を奏する。
そして、第2実施形態による動吸振装置1Bでは、錘5は、2つの下吊り材62に回転自在に接合されている。これにより、第1軸線71a回りに振り子部4が回転し、2つの吊り材6それぞれの上吊り材61が第1軸線71a回りに回転する際に、錘5が2つの下吊り材62に対して第1軸線71aと平行となる軸線回りに回転することができる。これにより、2つの上吊り材61の第1軸線回71a回りの回転が阻止されることがなく、上吊り材61と下吊り材62との連結部に曲げモーメントが作用することを抑制することができる。なお、第2軸線72a回りに振り子部4が変位した場合には、錘5が下吊り材62に対して回転することにより、上吊り材61と支持部3との連結部に第2軸線72a回りの曲げモーメントが作用するが、鉛直方向に対する吊り材6の傾斜角が小さいため、曲げモーメントも小さい。このため、上吊り材61と梁材32との接合部を第2軸線72a回りの曲げモーメントに対応するように設計することは容易である。
また、1つの錘5を複数の吊り材6で支持できることにより、錘5の重量や形状に合わせて吊り材6の数量を変更すればよく、吊り材6の耐力や構成を変更する必要が無い。
【0028】
以上、本発明による動吸振装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、錘5と構造物2との間にオイルダンパー等の減衰装置8を設けているが、減衰装置8を設けなくてもよい。この場合には錘5の変位が過大にならないようストッパー等の変位制限機構を別途追加する。また、減衰装置8を設置する場所は、支持部3の柱31と錘5との間など、上記以外であってもよい。
【0029】
上記の実施形態では、X方向の固有周期をTが、Y方向の固有周期をTよりも大きいが、Y方向の固有周期をTが、X方向の固有周期をTよりも大きくてもよい。このような場合は、動吸振装置1,1BのX方向およびY方向の向きを変えて、振り子部4のY方向の固有周期Tが振り子部4のX方向の固有周期Tよりも大きくなるようにする。
【0030】
上記の実施形態では、動吸振装置1,1Bを構造物2の上に設置しているが、これは必ずしも構造物2の頂部に設置することを意味しない。動吸振装置1,1Bを高層建物などの構造物2の頂部(屋上)に設置しても良いが、構造物2の途中階の建物内部に設置しても構わない。ただし、動吸振装置1,1Bは、設置位置での加速度で錘5が揺れることを利用した制振装置であるため、揺れが小さい低層階よりも高層階に設置する方が、制振効果が高いことに留意し設置位置を設定する必要がある。
【0031】
上記の第1実施形態では、1つの錘5を1つの吊り材6を介して支持部3に接続し、第2実施形態では、1つの錘5を2つの吊り材6を介して支持部3に接続している。これに対し、1つの錘5を3つ以上の吊り材6を介して支持部3に接続してもよい。
上記の実施形態では、支持部3は、柱材31と梁材32とからなる櫓であるが、構造物2に支持されて、振り子部4を支持可能であれば、上記以外の構成であってもよい。
【0032】
上記の実施形態では、第1軸線71aが延びる第1水平方向がY方向となり、第2軸線72aが延びる第2水平方向がX方向となり、第1水平方向と第2水平方向とが直交しているが、第1水平方向と第2水平方向とは必ずしも直交していなくてもよい。
なお、本実施形態では、一般的な建物の水平面内で主軸となるX方向とY方向とが直交していることから、第1水平方向および第2水平方向を建物のX方向およびY方向とすることで、振り子部の固有周期を建物のX方向およびY方向の固有周期に同調させることができる。
【0033】
上記の第1実施形態では、錘5と下吊り材62とは剛接合されているが、回転自在に接合されていてもよい。
【符号の説明】
【0034】
1,1B 動吸振装置
2 構造物
3 支持部
4 振り子部
5 錘
6 吊り材
8 減衰装置
61 上吊り材
62 下吊り材
71a 第1軸線
72a 第2軸線
図1
図2
図3
図4
図5