制振システム
【課題】鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する有効適切な制振システムを提供する。
【解決手段】山形ラーメン架構１における柱３と梁２との剛接合点の近傍位置に回転慣性質量ダンパー７を設置し、その回転慣性質量ダンパーに対して山形ラーメン架構の振動を伝達するための線状体８を柱および梁に沿って配設して、その線状体を柱の脚部および梁の中央部と回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、回転慣性質量ダンパーと線状体とにより構成される制振機構６の固有振動数を制振対象の山形ラーメン架構の固有振動数に同調させる。
【解決手段】山形ラーメン架構１における柱３と梁２との剛接合点の近傍位置に回転慣性質量ダンパー７を設置し、その回転慣性質量ダンパーに対して山形ラーメン架構の振動を伝達するための線状体８を柱および梁に沿って配設して、その線状体を柱の脚部および梁の中央部と回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、回転慣性質量ダンパーと線状体とにより構成される制振機構６の固有振動数を制振対象の山形ラーメン架構の固有振動数に同調させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物の架構を対象とする制振システム、特に鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物等の構造物を対象とする制振システムとしては、たとえば特許文献１に示されているような動吸振器を用いるものが知られている。これは一般にはチューンド・マス・ダンパー（Tuned Mass Damper：ＴＭＤ）と称されるもので、構造物に付加バネを介して付加質量を接続し、それら付加バネと付加質量により定まる固有振動数を構造物の固有振動数に同調させることによって共振点近傍における応答を低減可能なものである。
【０００３】
また、特許文献２には、建物の梁を対象とする振動低減機構として、本体梁に対して付加梁を設置してそれらの間に回転慣性質量ダンパーを介装することにより、小質量の回転錘により得られる大きな回転慣性質量を付加質量として利用してＴＭＤとして機能させる構成の振動低減機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１５６１７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１１５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される従来一般のＴＭＤを建物の架構を対象とする振動低減機構として利用する場合、充分な振動低減効果を得るためには付加質量を充分に大きくする必要があり、必然的に大型大重量でコスト高とならざるを得ない。
また、振動低減を目的とするとはいえ架構にあまり大きな質量を付加することは応力が増加することから基本的に好ましいことではないし、ＴＭＤが大型大重量になるほど設置位置や設置スペースに関しての制約も大きくなるので、通常は付加質量を制振対象の架構の質量の１〜３％程度とすることが現実的であり、したがって振動低減効果にも自ずと限界がある。
【０００６】
一方、特許文献２に示されるような回転慣性質量を利用する振動低減機構は実際の付加質量を軽減できるが、特許文献２に示される振動低減機構では実質的に梁を二重（ダブル）に設ける必要があるので、そのために架構全体が複雑化してしまうし、付加梁の設置スペースを確保するために通常は階高を大きくしなければならないから、一般的な建物には適用し難い。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は建物の架構を対象とする制振システム、特に梁間方向の大スパン架構として一般的な鉄骨造の山形ラーメン架構に適用してその振動を低減させ減衰させ得る有効適切な制振システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中央部が上に凸の山形をなす梁を柱間に架設してなる鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムであって、前記山形ラーメン架構における前記柱と前記梁との剛接合点の近傍位置に該山形ラーメン架構の振動により作動する回転慣性質量ダンパーを設置するとともに、該回転慣性質量ダンパーに対して前記山形ラーメン架構の振動を伝達して該回転慣性質量ダンパーを作動させるための線状体を前記柱および前記梁に沿って配設して、該線状体を前記柱の脚部および前記梁の中央部と前記回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、前記回転慣性質量ダンパーと前記線状体とにより構成される制振機構の固有振動数を前記山形ラーメン架構の固有振動数に同調させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制振システムは、制振対象の山形ラーメン架構を主振動系としてそれに回転慣性質量ダンパーと線状体とによる構成される制振機構を付加振動系として付加し、その制振機構の固有振動数を山形ラーメン架構の固有振動数に同調させることにより、山形ラーメン架構が振動して変形を生じた際には制振機構がＴＭＤとして機能してその振動を有効に抑制し低減させ、優れた制振効果が得られる。
特に、回転慣性質量ダンパーは小質量の錘の数百倍以上もの回転慣性質量が得られるから、小質量の錘を備えた小型軽量の回転慣性質量ダンパーであっても大質量の付加質量を必要とする通常のＴＭＤと同等以上の制振効果が得られ、制振対象の山形ラーメン架構に対して大きな負荷がかかることもない。
また、本発明の制振システムは回転慣性質量ダンパーと線状体とによる簡便な構成の制振機構を付加するのみで優れた制振効果が得られるから、その制振機構を設置するために要するコストは些少であるし、回転慣性質量ダンパーおよび線状体はいずれも柱幅および梁成の範囲に収めた状態で設置可能であってそれを設置するために格別のスペースを確保する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の制振システムの適用対象である山形ラーメン架構を示す図であって、（ａ）は梁間方向を示す正面図、（ｂ）は桁行き方向を示す側面図であるる。
【図２】本発明の制振システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を図１〜図２を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の制振システムが適用される鉄骨造の山形ラーメン架構１を示すものである。これは、中央部が上に凸の山形をなすＨ形鋼からなる梁２の端部が、同じくＨ形鋼からなる柱３の頂部に剛接合された構成とされ、各種建物の梁間方向の大スパン架構として機能するものである。
本実施形態では、それら山形ラーメン架構１を図１（ｂ）に示すように所定間隔をおいて桁行方向に複数並設し、各山形ラーメン架構１どうしを桁行方向の梁４により連結するとともに要所にブレース５を設置することによって、それらの全体でたとえば工場等を用途とする建物の架構を構成し、かつ中央部を棟とする両流れの屋根面を構成するものである。
【００１２】
本発明の制振システムは、上記の山形ラーメン架構１の全てあるいは一部を対象としてそれに制振機能を付加するものであって、図２に示すように制振対象の山形ラーメン架構１に対して回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる制振機構６を付加し、その制振機構６をＴＭＤとして機能せしめることを主眼とする。
【００１３】
具体的には、制振対象の山形ラーメン架構１における柱３と梁２との剛接合点の近傍位置に回転慣性質量ダンパー７を設置するとともに、その回転慣性質量ダンパー７に対して山形ラーメン架構１の振動を伝達してそれを作動させるための線状体８を柱３および梁２に沿って配設したものとされている。
回転慣性質量ダンパー７としては、たとえば特許文献２に示されるように、小質量の回転錘（フライホイール）をボールネジ機構を利用して回転させることで大きな慣性質量が得られる構成のものが好適に採用可能である。
線状体８としては引張強度に優れたＰＣ鋼線や小断面の鋼棒、帯鋼等が好適に採用可能であり、山形ラーメン架構１の面内水平変形を回転慣性質量ダンパー７に対して効率的に伝達するために、図示例のように一連の線状体８を柱３および梁２の側部においてそれらの軸線に対して斜めに配設し、その両端部を柱脚部と梁中央部に対して定着するとともに、線状体８の中間部を回転慣性質量ダンパー７に連結した状態で張設すれば良い。
【００１４】
そして、上記の回転慣性質量ダンパー７と線状体８とにより構成される付加振動系としての制振機構６の固有振動数を、制振対象の主振動系としての山形ラーメン架構１の固有振動数に同調させることにより、その制振機構６が主振動系に対してＴＭＤとして機能して優れた制振効果が得られる。
すなわち、山形ラーメン架構１が振動を生じてたとえば図２に破線で示すように面内において倒れ込むような水平変形を生じた際には、柱３および梁２に対して両端が定着されている線状体８が柱３や梁２に対してずれるような相対変位が生じ、したがって山形ラーメン架構１の変形が線状体８を介して回転慣性質量ダンパー７に伝達されてそれが作動し、それにより山形ラーメン架構１の振動が抑制され速やかに減衰せしめられる。
【００１５】
なお、制振機構６の同調は回転慣性質量ダンパー７による慣性質量と線状体８自体のバネ剛性を適切に設定することにより可能である（つまり、線状体８がそれ自体で同調バネとして機能する）が、回転慣性質量ダンパー７と線状体８との連結部に適宜の付加バネ（たとえば皿バネ等）を介装し、その付加バネのバネ剛性を調整することによっても同様の同調が可能である。
【００１６】
以上のように、本発明の制振システムは、制振対象の山形ラーメン架構１に対して回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる制振機構６を付加してその固有振動数を山形ラーメン架構１の固有振動数に同調させてＴＭＤとして機能させることにより、優れた制振効果が得られるものである。
【００１７】
特に、回転慣性質量ダンパー７は小質量の錘の数百倍以上もの回転慣性質量が得られるから、小型軽量の回転慣性質量ダンパー７であっても大質量の付加質量を必要とする通常のＴＭＤと同等以上の制振効果が得られ、制振対象の山形ラーメン架構１に対して大きな負荷がかかることはない。
しかも、本発明の制振システムは、回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる簡易な構成の制振機構６を付加するのみで優れた制振効果が得られるから、その制振機構６を設置するために要するコストは些少であるし、回転慣性質量ダンパー７および線状体８はいずれも柱幅および梁成の範囲に収めた状態で設置可能であってそれを設置するために格別のスペースを確保する必要もない。
以上のことから、本発明の制振システムは山形ラーメン架構１を主体とする各種の建物全般に広く適用することが可能であるし、新築建物のみならず既存建物に対しても支障なく適用することが可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 山形ラーメン架構
２ 梁
３ 柱
４ 梁
５ ブレース
６ 制振機構
７ 回転慣性質量ダンパー
８ 線状体
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物の架構を対象とする制振システム、特に鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物等の構造物を対象とする制振システムとしては、たとえば特許文献１に示されているような動吸振器を用いるものが知られている。これは一般にはチューンド・マス・ダンパー（Tuned Mass Damper：ＴＭＤ）と称されるもので、構造物に付加バネを介して付加質量を接続し、それら付加バネと付加質量により定まる固有振動数を構造物の固有振動数に同調させることによって共振点近傍における応答を低減可能なものである。
【０００３】
また、特許文献２には、建物の梁を対象とする振動低減機構として、本体梁に対して付加梁を設置してそれらの間に回転慣性質量ダンパーを介装することにより、小質量の回転錘により得られる大きな回転慣性質量を付加質量として利用してＴＭＤとして機能させる構成の振動低減機構が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１５６１７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１１５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される従来一般のＴＭＤを建物の架構を対象とする振動低減機構として利用する場合、充分な振動低減効果を得るためには付加質量を充分に大きくする必要があり、必然的に大型大重量でコスト高とならざるを得ない。
また、振動低減を目的とするとはいえ架構にあまり大きな質量を付加することは応力が増加することから基本的に好ましいことではないし、ＴＭＤが大型大重量になるほど設置位置や設置スペースに関しての制約も大きくなるので、通常は付加質量を制振対象の架構の質量の１〜３％程度とすることが現実的であり、したがって振動低減効果にも自ずと限界がある。
【０００６】
一方、特許文献２に示されるような回転慣性質量を利用する振動低減機構は実際の付加質量を軽減できるが、特許文献２に示される振動低減機構では実質的に梁を二重（ダブル）に設ける必要があるので、そのために架構全体が複雑化してしまうし、付加梁の設置スペースを確保するために通常は階高を大きくしなければならないから、一般的な建物には適用し難い。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は建物の架構を対象とする制振システム、特に梁間方向の大スパン架構として一般的な鉄骨造の山形ラーメン架構に適用してその振動を低減させ減衰させ得る有効適切な制振システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中央部が上に凸の山形をなす梁を柱間に架設してなる鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムであって、前記山形ラーメン架構における前記柱と前記梁との剛接合点の近傍位置に該山形ラーメン架構の振動により作動する回転慣性質量ダンパーを設置するとともに、該回転慣性質量ダンパーに対して前記山形ラーメン架構の振動を伝達して該回転慣性質量ダンパーを作動させるための線状体を前記柱および前記梁に沿って配設して、該線状体を前記柱の脚部および前記梁の中央部と前記回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、前記回転慣性質量ダンパーと前記線状体とにより構成される制振機構の固有振動数を前記山形ラーメン架構の固有振動数に同調させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制振システムは、制振対象の山形ラーメン架構を主振動系としてそれに回転慣性質量ダンパーと線状体とによる構成される制振機構を付加振動系として付加し、その制振機構の固有振動数を山形ラーメン架構の固有振動数に同調させることにより、山形ラーメン架構が振動して変形を生じた際には制振機構がＴＭＤとして機能してその振動を有効に抑制し低減させ、優れた制振効果が得られる。
特に、回転慣性質量ダンパーは小質量の錘の数百倍以上もの回転慣性質量が得られるから、小質量の錘を備えた小型軽量の回転慣性質量ダンパーであっても大質量の付加質量を必要とする通常のＴＭＤと同等以上の制振効果が得られ、制振対象の山形ラーメン架構に対して大きな負荷がかかることもない。
また、本発明の制振システムは回転慣性質量ダンパーと線状体とによる簡便な構成の制振機構を付加するのみで優れた制振効果が得られるから、その制振機構を設置するために要するコストは些少であるし、回転慣性質量ダンパーおよび線状体はいずれも柱幅および梁成の範囲に収めた状態で設置可能であってそれを設置するために格別のスペースを確保する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の制振システムの適用対象である山形ラーメン架構を示す図であって、（ａ）は梁間方向を示す正面図、（ｂ）は桁行き方向を示す側面図であるる。
【図２】本発明の制振システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を図１〜図２を参照して説明する。
図１（ａ）は本発明の制振システムが適用される鉄骨造の山形ラーメン架構１を示すものである。これは、中央部が上に凸の山形をなすＨ形鋼からなる梁２の端部が、同じくＨ形鋼からなる柱３の頂部に剛接合された構成とされ、各種建物の梁間方向の大スパン架構として機能するものである。
本実施形態では、それら山形ラーメン架構１を図１（ｂ）に示すように所定間隔をおいて桁行方向に複数並設し、各山形ラーメン架構１どうしを桁行方向の梁４により連結するとともに要所にブレース５を設置することによって、それらの全体でたとえば工場等を用途とする建物の架構を構成し、かつ中央部を棟とする両流れの屋根面を構成するものである。
【００１２】
本発明の制振システムは、上記の山形ラーメン架構１の全てあるいは一部を対象としてそれに制振機能を付加するものであって、図２に示すように制振対象の山形ラーメン架構１に対して回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる制振機構６を付加し、その制振機構６をＴＭＤとして機能せしめることを主眼とする。
【００１３】
具体的には、制振対象の山形ラーメン架構１における柱３と梁２との剛接合点の近傍位置に回転慣性質量ダンパー７を設置するとともに、その回転慣性質量ダンパー７に対して山形ラーメン架構１の振動を伝達してそれを作動させるための線状体８を柱３および梁２に沿って配設したものとされている。
回転慣性質量ダンパー７としては、たとえば特許文献２に示されるように、小質量の回転錘（フライホイール）をボールネジ機構を利用して回転させることで大きな慣性質量が得られる構成のものが好適に採用可能である。
線状体８としては引張強度に優れたＰＣ鋼線や小断面の鋼棒、帯鋼等が好適に採用可能であり、山形ラーメン架構１の面内水平変形を回転慣性質量ダンパー７に対して効率的に伝達するために、図示例のように一連の線状体８を柱３および梁２の側部においてそれらの軸線に対して斜めに配設し、その両端部を柱脚部と梁中央部に対して定着するとともに、線状体８の中間部を回転慣性質量ダンパー７に連結した状態で張設すれば良い。
【００１４】
そして、上記の回転慣性質量ダンパー７と線状体８とにより構成される付加振動系としての制振機構６の固有振動数を、制振対象の主振動系としての山形ラーメン架構１の固有振動数に同調させることにより、その制振機構６が主振動系に対してＴＭＤとして機能して優れた制振効果が得られる。
すなわち、山形ラーメン架構１が振動を生じてたとえば図２に破線で示すように面内において倒れ込むような水平変形を生じた際には、柱３および梁２に対して両端が定着されている線状体８が柱３や梁２に対してずれるような相対変位が生じ、したがって山形ラーメン架構１の変形が線状体８を介して回転慣性質量ダンパー７に伝達されてそれが作動し、それにより山形ラーメン架構１の振動が抑制され速やかに減衰せしめられる。
【００１５】
なお、制振機構６の同調は回転慣性質量ダンパー７による慣性質量と線状体８自体のバネ剛性を適切に設定することにより可能である（つまり、線状体８がそれ自体で同調バネとして機能する）が、回転慣性質量ダンパー７と線状体８との連結部に適宜の付加バネ（たとえば皿バネ等）を介装し、その付加バネのバネ剛性を調整することによっても同様の同調が可能である。
【００１６】
以上のように、本発明の制振システムは、制振対象の山形ラーメン架構１に対して回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる制振機構６を付加してその固有振動数を山形ラーメン架構１の固有振動数に同調させてＴＭＤとして機能させることにより、優れた制振効果が得られるものである。
【００１７】
特に、回転慣性質量ダンパー７は小質量の錘の数百倍以上もの回転慣性質量が得られるから、小型軽量の回転慣性質量ダンパー７であっても大質量の付加質量を必要とする通常のＴＭＤと同等以上の制振効果が得られ、制振対象の山形ラーメン架構１に対して大きな負荷がかかることはない。
しかも、本発明の制振システムは、回転慣性質量ダンパー７と線状体８とによる簡易な構成の制振機構６を付加するのみで優れた制振効果が得られるから、その制振機構６を設置するために要するコストは些少であるし、回転慣性質量ダンパー７および線状体８はいずれも柱幅および梁成の範囲に収めた状態で設置可能であってそれを設置するために格別のスペースを確保する必要もない。
以上のことから、本発明の制振システムは山形ラーメン架構１を主体とする各種の建物全般に広く適用することが可能であるし、新築建物のみならず既存建物に対しても支障なく適用することが可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 山形ラーメン架構
２ 梁
３ 柱
４ 梁
５ ブレース
６ 制振機構
７ 回転慣性質量ダンパー
８ 線状体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部が上に凸の山形をなす梁を柱間に架設してなる鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムであって、
前記山形ラーメン架構における前記柱と前記梁との剛接合点の近傍位置に該山形ラーメン架構の振動により作動する回転慣性質量ダンパーを設置するとともに、該回転慣性質量ダンパーに対して前記山形ラーメン架構の振動を伝達して該回転慣性質量ダンパーを作動させるための線状体を前記柱および前記梁に沿って配設して、該線状体を前記柱の脚部および前記梁の中央部と前記回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、
前記回転慣性質量ダンパーと前記線状体とにより構成される制振機構の固有振動数を前記山形ラーメン架構の固有振動数に同調させてなることを特徴とする制振システム。
【請求項１】
中央部が上に凸の山形をなす梁を柱間に架設してなる鉄骨造の山形ラーメン架構に適用する制振システムであって、
前記山形ラーメン架構における前記柱と前記梁との剛接合点の近傍位置に該山形ラーメン架構の振動により作動する回転慣性質量ダンパーを設置するとともに、該回転慣性質量ダンパーに対して前記山形ラーメン架構の振動を伝達して該回転慣性質量ダンパーを作動させるための線状体を前記柱および前記梁に沿って配設して、該線状体を前記柱の脚部および前記梁の中央部と前記回転慣性質量ダンパーとの間に張設し、
前記回転慣性質量ダンパーと前記線状体とにより構成される制振機構の固有振動数を前記山形ラーメン架構の固有振動数に同調させてなることを特徴とする制振システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１５３４９５（Ｐ２０１１−１５３４９５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６８７５（Ｐ２０１０−１６８７５）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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