(57)【要約】【課題】ロッキング振動の抑制を図る上で有利な建築物の制振装置を提供する。【解決手段】地震発生が検知されると、回転制御部３６により電力供給部３４からスピンモータ２８に電力を供給してフライホイール２６および回転軸２４を回転させるため、フライホイール２６および回転軸２４のジャイロ効果により高層建築物１０の揺れを抑制して制振効果が発揮される。例えば塔状比が４以上の細長い高層建築物１０であっても、ロッキング振動を抑制でき、高層建築物１０が地盤Ｇから浮き上がることを抑制し、高層建築物１０の損傷を防止する上で有利となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の制振装置であって、
鉛直方向に延在し回転可能に前記建築物に支持された回転軸と、
前記回転軸と同心状にかつ前記回転軸に一体回転可能に設けられたフライホイールと、
前記フライホイールに回転力を与えるスピンモータと、
地震発生を検知する地震検知部と、
前記スピンモータに電力を供給する電力供給部と、
前記地震検知部が地震発生を検知すると前記電力供給部から前記スピンモータに電力を供給することで前記スピンモータにより前記フライホイールを回転させる回転制御部と、
を備えることを特徴とする建築物の制振装置。
【請求項２】
前記建築物に当たる風の風速を検知する風速検知部と、
前記回転制御部は、前記風速検知部によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、前記スピンモータに電力を供給することで前記スピンモータにより前記フライホイールを回転させる、
ことを特徴とする請求項１記載の建築物の制振装置。
【請求項３】
前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体と、
前記回転軸の回転により発電を行なう発電機とを備え、
前記電力供給部は、前記発電機で発電された電力により充電される二次電池を含んで構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の建築物の制振装置。
【請求項４】
前記建築物は塔状比が４以上の塔状建物である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の建築物の制振装置。
【請求項５】
前記塔状建物は鉄塔である、
ことを特徴とする請求項４記載の建築物の制振装置。
【請求項６】
前記制振装置は、前記建築物の鉛直方向に間隔をおいて複数個設けられている、
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の建築物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塔状比は、建築物の高さを建築物の幅で割った値であり、建築物がどの程度細長いかを示している。
塔状比が４以上の建築物は塔状建物と呼ばれ、鉄塔、タワー、高層建築物などが該当する。
このような塔状建物は、台風による強い風を受けることで、あるいは、地震動による力を受けることにより大きな揺れを生じやすく、建築物全体が浮き上がる現象（ロッキング振動）によって建築物が損傷することが懸念される。
一方、従来からダンパーやＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）として機能する制振用の重りなどを建築物の複数箇所に設けて建物の制振を行なうことが提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３６２０８号公報
【特許文献２】特開２００８−３１７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ダンパーや制振用の重りを塔状比が高い建築物に適用した場合、ロッキング振動を抑制する効果がそれほど高くないため、建築物の高さが大きくなるほど顕著となる鉛直部材の浮上りによる建築物のロッキング振動を効果的に抑制する上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ロッキング振動の抑制を図る上で有利な建築物の制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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、建築物の制振装置であって、鉛直方向に延在し回転可能に前記建築物に支持された回転軸と、前記回転軸と同心状にかつ前記回転軸に一体回転可能に設けられたフライホイールと、前記フライホイールに回転力を与えるスピンモータと、地震発生を検知する地震検知部と、前記スピンモータに電力を供給する電力供給部と、前記地震検知部が地震発生を検知すると前記電力供給部から前記スピンモータに電力を供給することで前記スピンモータにより前記フライホイールを回転させる回転制御部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記建築物に当たる風の風速を検知する風速検知部と、前記回転制御部は、前記風速検知部によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、前記スピンモータに電力を供給することで前記スピンモータにより前記フライホイールを回転させることを特徴とする。
また、本発明は、前記回転軸に取着され風を受けることにより前記回転軸を回転させる羽根体と、前記回転軸の回転により発電を行なう発電機とを備え、前記電力供給部は、前記発電機で発電された電力により充電される二次電池を含んで構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記建築物は塔状比が４以上の塔状建物であることを特徴とする。
また、本発明は、前記塔状建物は鉄塔であることを特徴とする。
また、本発明は、前記制振装置は、前記建築物の鉛直方向に間隔をおいて複数個設けられていることを特徴とする
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、地震発生が検知されると、回転制御部により電力供給部からスピンモータに電力を供給してフライホイールおよび回転軸を回転させるため、フライホイールおよび回転軸のジャイロ効果により建築物の揺れを抑制して制振効果が発揮される。
また、風速検知部によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、回転制御部により電力供給部からスピンモータに電力を供給することでスピンモータによりフライホイールを回転させるようにすると、台風などにより風が強く、建築物に作用する風圧が高くなり、建築物が揺れる場合にフライホイールおよび回転軸のジャイロ効果により、制振効果を発揮し、建築物の損傷を防止する上で有利となる。
また、回転軸を回転させる羽根体と、回転軸の回転により発電を行なう発電機とを設け、電力供給部として発電機で発電された電力により充電される二次電池を用いると、二次電池を充電するコストが低減され、省エネルギーを図る上で有利となる。また、商用電源の停電が発生しても制振装置を稼働させることができ、地震や台風による電力施設の稼働状況の如何に拘わらず制振効果を発揮することができる。また、台風などのように強い風が吹く場合、風が羽根体によって回転軸を回転させるため、回転軸の回転がより高速となり、フライホイールおよび回転軸によるジャイロ効果が促進されるため、制振効果を発揮する上でより有利となる。
また、制振装置を塔状建物に設けると、地震動や台風による塔状建物の揺れ、ロッキング振動を効果的に抑制でき、塔状建物の損傷を防止する上で有利となる。
また、塔状建物が鉄塔であると、地震動や台風による鉄塔の揺れ、ロッキング振動を効果的に抑制でき、鉄塔の損傷を防止する上で有利となる。
また、制振装置を建築物の鉛直方向に間隔をおいて複数個設けると、各制振装置によってフライホイールおよび回転軸によるジャイロ効果が奏されるため、制振効果がより強く発揮され、建築物の損傷を防止する上でより有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態の建築物の制振装置が適用された高層建築物の正面図である。
【図２】第１の実施の形態の建築物の制振装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施の形態の建築物の制振装置が適用された鉄塔の正面図である。
【図４】第２の実施の形態の建築物の制振装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
第１の実施の形態では、本発明の建築物の制振装置（以下単に制振装置という）が高層建築物（高層ビル）に適用された場合について説明する。
図１に示すように、高層建築物１０は、塔状比が４以上の塔状建物である。
このような高層建築物１０は細長い構造となっているため、台風による強い風を受けることで、あるいは、地震動による力を受けることにより大きな揺れを生じやすく、建築物全体が浮き上がる現象（ロッキング振動）が生じやすい。
高層建築物１０は、建物躯体１０Ａを有し、建物躯体１０Ａで区画された内部空間の外周が外壁１２で覆われている。
また、床スラブ（天井スラブ）１４により各階１５が区画されている。
本実施の形態では、高層建築物１０の最上階１５Ａに本実施の形態の制振装置が設けられており、符号１４Ａは最上階１５Ａの天井スラブ、符号１４Ｂは最上階１５Ａの床スラブを示す。
【０００９】
図１、図２に示すように、本実施の形態の制振装置２２Ａは、回転軸２４と、フライホイール２６と、スピンモータ２８と、地震検知部３０と、風速検知部３２と、電力供給部３４と、回転制御部３６とを含んで構成されている。
回転軸２４は、鉛直方向に直線状に延在し、回転軸２４の上端は天井スラブ１４Ａに設けられた上側軸受部３８に回転可能に支持され、回転軸２４の下端は床スラブ１４Ｂに設けられた下側軸受部４０に回転可能に支持され、したがって、回転軸２４はそれら軸受部３８、４０を介して高層建築物１０に回転可能に支持されている。
回転軸２４の長さは、高層建築物１０（建築物）の高さに所定の係数を乗算して決定することができる。
この場合、高層建築物１０の高さが大きいほど回転軸２４の高さが大きくなるため、後述する回転軸２４のジャイロ効果を確保する上で有利となる。
【００１０】
フライホイール２６は、回転軸２４と同心状にかつ回転軸２４に一体回転可能に設けられており、本実施の形態では、回転軸２４の長手方向の中間部に位置している。
フライホイール２６は、金属材料から円盤状に形成されている。
このような金属材料として、鉄、アルミ、鉛などを用いることができる。
また、フライホイール２６の重量は、高層建築物１０（建築物）の総重量に所定の係数を乗算して決定することができる。
この場合、高層建築物１０の重量が大きいほどフライホイール２６の重量が大きくなるため、後述するフライホイール２６および回転軸２４のジャイロ効果を確保する上で有利となる。
【００１１】
スピンモータ２８は、フライホイール２６に回転力を与えるものである。
本実施の形態では、スピンモータ２８の出力軸は、その回転を増速する例えば歯車列からなる増速機構を含む動力伝達機構４２に連結され、フライホイール２６は動力伝達機構４２を介してスピンモータ２８の回転駆動力が伝達されて回転される。
なお、スピンモータ２８の回転駆動力は、フライホイール２６に伝達しても、回転軸２４に伝達してもよい。
また、スピンモータ２８の出力軸を動力伝達機構４２を介することなく回転軸２４に直結するようにしてもよく、その場合は、構成の簡素化を図る上で有利となる。
【００１２】
地震検知部３０は、高層建築物１０が設置された地盤Ｇにおける地震発生を検知するものである。
本実施の形態では、地震検知部３０は、高層建築物１０の基部の近傍の地盤Ｇ上に設置され、最初に到来する地震波のＰ波を加速度センサを用いて検知し、このＰ波に基づいて地震発生を検知する。
あるいは、地震検知部３０は、インターネットや通信網を介して地震発生の警報情報を発信する地震警報システムから地震発生の警報情報を受信し、この警報情報に基づいて地震発生を検知するものであってもよい。このようにすると、震源が高層建築物１０から離れている場合であってもより早期に地震発生の警報情報を受信することができ、後述する回転制御部３６によるフライホイール２６の回転を早期に行なう上で有利となる。
本実施の形態では、地震検知部３０は、地震発生を検知すると、その検知結果を無線回線３１を介して後述する回転制御部３６に伝達する。
図中、符号３００２は地震検知部３０のアンテナ、符号３６０２は回転制御部３６のアンテナを示す。
なお、地震検知部３０から回転制御部３６に対する検知結果の伝達は、無線回線３１に代えて通信ケーブルで構成される有線回線を用いてもよいが、本実施の形態のようにすると、通信ケーブルを配設する作業が不要となり、設置作業の簡略化を図る上で有利となる。
【００１３】
風速検知部３２は、建築物に当たる風の風速を検知し、その検知結果を後述する回転制御部３６に伝達するものであり、本実施の形態では、高層建築物１０の上部の外壁１２に取り付けられている。
【００１４】
電力供給部３４は、スピンモータ２８に電力を供給するものであり、本実施の形態では、床スラブ１４Ｂ上に設置されている。
電力供給部３４として、商用電源、発電機、二次電池が使用可能であり、それらを組み合わせて使用してもよい。
本実施の形態では、電力供給部３４として商用電源で充電される二次電池３４Ａを用いている。
【００１５】
回転制御部３６は、コンピュータおよびスピンモータ２８のモータ駆動回路を含んで構成され、コンピュータのＣＰＵが制御プログラムを実行することによって機能するものであり、本実施の形態では、床スラブ１４Ｂ上に設置されている。
回転制御部３６は、地震検知部３０から地震発生の検知結果を受け付けると、電力供給部３４から上記モータ駆動回路を介してスピンモータ２８に電力を供給することでスピンモータ２８によりフライホイール２６を回転させる。
また、回転制御部３６は、風速検知部３２によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、電力供給部３４から上記モータ駆動回路を介してスピンモータ２８に電力を供給することでスピンモータ２８によりフライホイール２６を回転させる。
フライホイール２６と共に回転軸２４が一体的に回転すると、そのジャイロ効果により回転軸２４は鉛直方向に延在する姿勢を保とうする。
すなわち、地震動や風圧によって高層建築物１０が揺れようとしても高層建築物１０の姿勢を元の姿勢に復元するようにフライホイール２６および回転軸２４のジャイロ効果が作用する。
【００１６】
本実施の形態によれば、地震発生が検知されると、回転制御部３６により電力供給部３４からスピンモータ２８に電力を供給してフライホイール２６および回転軸２４を回転させるため、フライホイール２６および回転軸２４のジャイロ効果により高層建築物１０の揺れを抑制して制振効果が発揮される。
そのため、例えば塔状比が４以上の細長い高層建築物１０であっても、ロッキング振動を抑制でき、高層建築物１０が地盤Ｇから浮き上がることを抑制し、高層建築物１０の損傷を防止する上で有利となる。
【００１７】
また、本実施の形態では、建築物に当たる風の風速を検知する風速検知部３２を設け、風速検知部３２によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、回転制御部３６により電力供給部３４からスピンモータ２８に電力を供給することでスピンモータ２８によりフライホイール２６を回転させるようにしたので、台風などにより風が強く、高層建築物１０に作用する風圧が高くなり、高層建築物１０が揺れる場合にフライホイール２６および回転軸２４のジャイロ効果により、制振効果を発揮し、高層建築物１０の損傷を防止する上で有利となる。
また、本実施の形態では、電力供給部３４として二次電池３４Ａを用いているので、商用電源の停電が発生しても制振装置２２Ａを稼働させることができ、地震や台風による電力施設の稼働状況の如何に拘わらず制振効果を発揮することができる。
【００１８】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、本発明の制振装置が鉄塔に適用された場合について説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について重点的に説明する。
図３に示すように、鉄塔１６は、塔状比が４以上の塔状建物であり、例えば、送電線を支持したり、あるいは、放送用電波や通信用電波を送受信するアンテナを支持するものである。
このような鉄塔１６は細長い構造となっているため、台風による強い風を受けることで、あるいは、地震動による力を受けることにより大きな揺れを生じやすく、建築物全体が浮き上がる現象（ロッキング振動）が生じやすい。
鉄塔１６は、上下方向に延在する４つの主柱材１８と、水平方向に延在し隣り合う主柱材１８の間を連結する水平材２０と、水平方向に対して傾斜する方向に延在し隣り合う主柱材１８の間を連結する斜材（不図示）を含んで構成されている。
各主柱材１８の基部は地盤Ｇに打設された基礎コンクリート１９に埋設され、各主柱材１８は、それらの上部側が互いに近接するように傾斜しており、平面視したとき各主柱材１８の基部は矩形の四隅に位置している。
本実施の形態では、最上部に位置する４つの第１水平材２００２に、それら４つの第１水平材２００２の輪郭と同じ形状の矩形の天井板２１Ａが取り付けられ、第１水平材２００２の下方に隣接する４つの第２水平材２００４に、それら４つの第２水平材２００４の輪郭と同じ形状の矩形の床板２１Ｂが取り付けられ、天井板２１Ａと床板２１Ｂは上下方向の間隔をおいて対向し水平面上を延在している。
電力供給部３４、回転制御部３６は、床板２１Ｂ上に設置され、風速検知部３２は、鉄塔１６の上部の主柱材１８に取り付けられている。
【００１９】
図３に示すように、第２の実施の形態の制振装置２２Ｂでは、床板２１Ｂの上に発電機４６が設けられ発電機４６から鉛直上方に向かって発電機４６の入力軸を構成する回転軸４８が突設されている。
回転軸４８の上端は、天井板２１Ａに設けられた上側軸受部３８によって回転可能に支持されている。
したがって、回転軸４８は、上側軸受部３８および発電機４６を介して鉄塔１６に回転可能に支持されている。
回転軸４８の上部には、複数の羽根体４４が回転軸４８の周方向に間隔をおいて取着されており、羽根体４４が風を受けることにより回転軸４８を回転させ、これにより発電機４６が発電を行なうように構成されている。
図４に示すように、発電機４６で発電された電力は、充電装置５０を介して二次電池３４Ａに供給され、二次電池３４Ａが充電される。
【００２０】
第２の実施の形態では、地震検知部３０により地震の発生が検知された場合は、第１の実施の形態と同様に、回転制御部３６により電力供給部３４からスピンモータ２８に電力を供給することでスピンモータ２８によりフライホイール２６を回転させるので、フライホイール２６および回転軸４８のジャイロ効果により、制振効果を発揮し、地震による鉄塔１６の損傷を防止する上で有利となる。
また、第２の実施の形態では、風が羽根体４４に当たって回転軸４８を回転させることで発電機４６が発電を行ない、その発電により二次電池３４Ａが充電されるため、二次電池３４Ａを充電するコストが低減され、省エネルギーを図る上で有利となる。
また、第２の実施の形態では、台風などのように強い風が吹き、風速検知部３２によって検知された風速が予め定められた値以上である場合に、スピンモータ２８に電力を供給することでスピンモータ２８によりフライホイール２６を回転させることは無論のこと、風が羽根体４４によって回転軸４８を回転させるため、回転軸４８の回転がより高速となり、フライホイール２６および回転軸４８によるジャイロ効果が促進されるため、制振効果がより強く発揮され、鉄塔１６の損傷を防止する上でより有利となる。
【００２１】
なお、実施の形態では、制振装置を設ける建築物が塔状比が４以上の塔状建物である高層建築物１０、鉄塔１６である場合について説明したが、制振装置を設ける建築物は塔状建物に限定されない。
また、塔状建物が鉄塔１６である場合は、地震動や台風による鉄塔１６の揺れ、ロッキング振動を効果的に抑制でき、鉄塔１６の損傷を防止する上で有利となる。
また、実施の形態では、１つの建築物に１つの制振装置を設けた場合について説明したが、制振装置を建築物の鉛直方向に間隔をおいて複数個設けても良く、この場合は、各制振装置２２によってフライホイール２６および回転軸４８によるジャイロ効果が奏されるため、制振効果がより強く発揮され、建築物の損傷を防止する上でより有利となる。
また、実施の形態では、鉄塔１６が地盤Ｇの上に設けられている場合について説明したが、ビルなどの構造物の上に鉄塔が設けられた塔状建物もあり、このような塔状建物においても本発明の制振装置が適用可能であり、地震動や台風による鉄塔１６の揺れ、ロッキング振動を効果的に抑制でき、鉄塔１６の損傷を防止する上で有利となることは無論である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  高層建築物（建築物、塔状建物）
１６  鉄塔（建築物、塔状建物）
２２Ａ、２２Ｂ  制振装置
２４、４８  回転軸
２６  フライホイール
２８  スピンモータ
３０  地震検知部
３２  風速検知部
３４  電力供給部
３４Ａ  二次電池
３６  回転制御部
４４  羽根体
４６  発電機
４８  回転軸
【図１】
2020193474.tif 000003
【図２】
2020193474.tif 000004
【図３】
2020193474.tif 000005
【図４】
2020193474.tif 000006