(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であることを特徴とする制振構造の超高煙突。
【請求項２】
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であること、
及び前記支持架台及びダンパーの組み合わせは本来の架台レベル以外の位置にも必要数だけ多く配置してダンパー効果、制振効果を大きくしていることをそれぞれ特徴とする制振構造の超高煙突。
【請求項３】
ダンパーは、金属ダンパー、又はオイルダンパー、又は摩擦ダンパー、又は粘弾性ダンパー、粘性体ダンパーの何れか１種又は複数の組み合わせであることを特徴とする、請求項１又は２に記載した制振構造の超高煙突。
【請求項４】
煙道である内筒の外周を外筒で覆って成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量とすべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持されており、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする制振構造の超高煙突。
【請求項５】
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であること、
及び前記外筒の頂部付近の位置で鉄骨片あるいはコンクリート塊の如き付加重量物が振り子のように吊り下げ支持されており、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象によっても振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする制振構造の超高煙突。
【請求項６】
煙道である内筒の外周を外筒で覆って成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量とすべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持されており、更に同じ外筒の頂部付近の位置で付加重量物が振り子のように吊り下げ支持されており、前記の各振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする制振構造の超高煙突。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、清掃工場や火力発電所などで使用される、地上高さが２００ｍ級の超高煙突、特には外筒が鉄筋コンクリート造として建設される煙突に実施される制振構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市街地に建設される超高煙突は、都市のスカイラインの中で大変目立つ存在となるため、このような都市型の煙突の設計、施工には景観を考慮した設計が必要になってくる。そこで、煙道である内筒の外周を外筒で覆い、外筒の意匠を工夫して周囲の景観と調和する美感を保ち、内筒と外筒の間は高さ方向に３０〜４０ｍ位のピッチで設けた支持架台で両者を連結し一体化する構造の美観煙突が多く採用されている。外筒を鋼構造で構築する超高煙突及びその制振構造が、例えば日本建築学会第４回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集（１９９５年７月１０日）の２２１〜２２３頁に掲載されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
一般に、超高煙突のようにアスペクト比（構造物の高さと幅の比）が大きな鉄筋コンクリート構造物を設計、施工する場合は、強風時及び地震時の振動応答性状が、設計上の重要な問題となる。即ち、強風時及び地震時の設計応力は非常に大きく、また、共振風速による繰り返し疲労の問題が生じ、許容応力度を低減する必要があり、外筒の躯体断面は壁厚、外径共に大きくなる。更に、基礎の断面も大きくなり、不経済でプロポーションの悪い煙突の設計になってしまうからである。
【０００４】
上述したように、外筒を鋼構造とした超高煙突に関しては、ダンパー等により振動エネルギーを吸収する制振構造を採用した美観煙突の設計事例が報告されているが、鋼構造の外筒は半永久的構造物であることを考慮すると錆止め塗装等のメンテナンスに問題があり、鉄筋コンクリート造の超高煙突の要求が高まっている。しかし、高さ２００ｍ級の超高煙突の外筒を鉄筋コンクリート造で設計施工するスレンダーな制振構造の美観煙突を設計した事例は無く、その可能性が研究されているのが現状であり、今後前記問題の解決が急務となっている。煙突の外筒を鉄筋コンクリート造で構築する場合は、現在では剛性、質量共に大きく確保した事例が多く、そのような技術的思想では建設コストの増大と、施工性に問題があり、超高煙突への展開が難しい。
【０００５】
従って、本発明の目的は、地上高さが２００ｍ級の超高煙突の外筒を鉄筋コンクリート造で構築することを可能ならしめること、特には内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等を付加質量としてこれらを外筒とダンパーで連結することにより振動エネルギーを吸収する制振構造、又は内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等、若しくは別途用意した付加重量物を振り子とする所謂チューンドマスダンパー（ＴＭＤ）形式の制振構造を採用することによってスレンダーな美観煙突の設計、施工を可能にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であること、
及び前記支持架台及びダンパーの組み合わせは本来の架台レベル以外の位置にも必要数だけ多く配置してダンパー効果、制振効果を大きくしていることをそれぞれ特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した制振構造の超高煙突において、
ダンパーは、金属ダンパー、又はオイルダンパー、又は摩擦ダンパー、又は粘弾性ダンパー、粘性体ダンパーの何れか１種又は複数の組み合わせであることを特徴とする。
請求項４記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、
煙道である内筒の外周を外筒で覆って成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量とすべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持されており、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、
煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台とを段違い状に組み合わせた構成とされており、前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、外筒側支持架台は外筒の内周面に固定され、内筒側支持架台は内筒、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重、付加重量物などを一体的に支持してそれらの重量をそっくり付加質量として利用し振動エネルギーの吸収を行う構成であること、
及び前記外筒の頂部付近の位置で鉄骨片あるいはコンクリート塊の如き付加重量物が振り子のように吊り下げ支持されており、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象によっても振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、煙道である内筒の外周を外筒で覆って成る超高煙突において、
外筒は鉄筋コンクリート造として構築されており、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量とすべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持され、更に同じ外筒の頂部付近の位置で付加重量物が振り子のように吊り下げ支持され、要するに両者を付加質量に併用し、前記の各振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめることをそれぞれ特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、煙道である内筒の外周を外筒で覆い、内筒と外筒の間を支持する支持架台を設けて成る超高煙突において、その外筒は鉄筋コンクリート造として構築される。従って、将来的なメンテナンスに問題は一切ない構造である。ダンパーによる制振構造を前提とするため、支持架台は外筒の内周面に固定して設けた外筒側支持架台と、内筒側支持架台との組み合わせで構成されている。前記外筒側支持架台と内筒側支持架台とはダンパーを仲介として連結されており、内筒の自重、階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等の自重などを付加質量として利用する他、より一層の制振効果を上げるために、前記付加質量に加えて別途用意した鉄骨片あるいはコンクリート塊の如き重量物を付加質量として用いることによって付加質量を増大して振動エネルギーの吸収を行わしめ制振することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、その基本原理と構成は前記請求項１の発明と共通するが、ダンパーによる制振構造の主要素である、支持架台及びダンパーの組み合わせを、本来の架台レベル以外の位置にも必要数だけ密に配置してダンパー効果、制振効果を大きくしていることを特徴とする。
ところで、上記請求項１又は２記載の制振構造を構成するダンパーとしては、金属ダンパー、又はオイルダンパー、又は摩擦ダンパー、又は粘弾性ダンパー、粘性体ダンパーの何れか１種又は２種以上組み合わせて使用することも特徴とする。
【００１３】
更に、請求項４〜６記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、要するに付加質量の振り子作用を応用したチューンドマスダンパーによる制振構造を採用したものである。その前提条件として、請求項４の発明では、煙道である内筒の外周を外筒で覆って成る超高煙突において、外筒は鉄筋コンクリート造として構築される。そして、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量に利用するべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持され、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめる。この場合には、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は所謂ブラブラの状態に吊り支持される。
【００１４】
請求項５記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、外筒の頂部付近の位置で鉄骨片あるいはコンクリート塊の如き付加重量物が振り子のように吊り下げ支持され、該振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめる。
請求項６記載の発明に係る制振構造の超高煙突は、内筒及びこれに付随する階段、エレベータ、内部鉄骨フレーム等は付加質量とすべく外筒の頂部付近の位置で振り子のように吊り下げ支持され、更に同じ外筒の頂部付近の位置で付加重量物が振り子のように吊り下げ支持され、要するに両者を付加質量に併用し、前記の各振り子の振れの周期を調整して振り子と外筒の共振現象により振動エネルギーの吸収を行わしめる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の図示した実施例を説明する。
図１は地上高さが２１０ｍに及ぶ超高煙突の全体概要を示している。図中の符号１が鉄筋コンクリート造の外筒、２は煙道を構成する内筒であり、これらは地上の基礎構造３の上に建設されている。該煙突の高さ方向に３０ｍ〜４０ｍのピッチで外筒１と内筒２の間を支持する支持架台４が設けられている。
【００１６】
図２と図３は当該超高煙突の構造詳細を示している。支持架台４は段違い状に設けた外筒側支持架台４ａと内筒側支持架台４ｂとの組み合わせで構成され、両者は２次元方向に機能するダンパー５で連結されている。内筒側支持架台４ｂは２本の内筒（煙道）２、２のほか、階段６及びエレベータシャフト７等の施設まで包含して一体的に支持するように、平面形状が正方形に構成されている。従って、ダンパー５は、内筒側支持架台４ｂが支持する内筒２、階段６、エレベータシャフト７等の重量をそっくり付加質量として利用可能である。場合によっては図３に示したように、内筒側支持架台４ｂの下面に別途用意した鉄骨フレーム又はコンクリートブロック等の重量物８を付加質量として併用することも可能である。外筒側支持架台４ａは外筒１の内周面に固定して設けられ、内筒側支持架台４ｂの外形と略同形、同大の中空部を有する。
【００１７】
図４に外筒１と外筒側支持架台４ａとの取り合い構造を示している。図４Ａの実施例は、外筒１の躯体中に埋め込んでアンカーされたアンカーボルト９にベースフレーム１０が固定され、このベースフレーム１０に架台の鉄骨フレーム１１をガセットプレート１２で接合し、鉄骨フレーム１１の上に鉄板又はプレキャストコンクリート板等の床材１３を敷設した構成である。図４Ｂの実施例は、外筒１の躯体中に埋め込んでアンカーされたアンカーボルト９に、架台の鉄骨フレーム１１のベースプレート１４が固定され、鉄骨フレーム１１の上に鉄板又はプレキャストコンクリート板等の床材１３を敷設した構成である。図４Ｃの実施例は、外筒１の躯体中に埋め込んでアンカーされたアンカーボルト９にベースプレート１４が固定され、このベースフレーム１４に受け台１５を設けて、架台の鉄骨フレーム１１の端部を前記受け台１５の上に載せてボルト止めし、鉄骨フレーム１１の上に鉄板又はプレキャストコンクリート板等の床材１３を敷設した構成である。
【００１８】
図５には外筒側支持架台４ａと内筒側支持架台４ｂとをダンパー５を介して連結する構成態様を示している。図２に平面形状を示したように、正方形に形成された内筒側支持架台４ｂの外形縁に沿って略平行な配置で、各辺に１個ずつ合計４個のダンパー５が設けられている。具体的には図５の通り、外筒側支持架台４ａの方に１個、内筒側支持架台４ｂの方に１個ずつブラケット１６ａ，１６ｂを設け、２次元方向に機能する構成のダンパー５の基体と可動軸とがそれぞれブラケットに連結されている。
【００１９】
因みに、ダンパー５には、金属ダンパー、又はオイルダンパー、又は摩擦ダンパー、又は粘弾性ダンパー、粘性体ダンパーの何れか１種を、又は２種以上を適材適所に組み合わせて使用することができる。図６には鉛を利用した鉛ダンパーの例を示している。ダンパー基体を構成するアウターチューブ５ａの中空部内に鉛で形成したインナーチューブ５ｂが装填され、両端を軸受け５ｃ，５ｃで固定されている。前記インナーチューブ５ｂの中に、中央部に大径のこぶ５ｄを備え前記軸受け５ｃでスライド可能に支持された可動軸５ｅが設置されている。可動軸５ｅが基体（アウターチューブ５ａ）に対して相対移動をすると、こぶ５ｄがインナーチューブ５ｂを塑性変形させつつ移動し、鉛の塑性変形（塑性流動抵抗力）に相当するエネルギー吸収が行われるのである。可動軸５ｅの外端の連結具５ｆ、及び基体（アウターチューブ５ａ）の一端部に設けた連結具５ｇがそれぞれ外筒側支持架台４ａ及び内筒側支持架台４ｂのブラケット１６ａ，１６ｂとボルト止めなどの手段で連結されるのである。
【００２０】
図７は、上記構成の超高煙突の制振構造を応答解析を確認する解析モデルとして示したものである。このモデルは外筒１及び内筒２を多質点系の１本棒として表し、内筒支持点レベルにおいてダンパー５で外筒と内筒を連結したモデルとしている。ダンパー５には上記の鉛ダンパーを使用している。地震応答の解析結果を図８Ａ，Ｂ，Ｃに特性曲線で示した。それぞれダンパー有りと無しの場合の比較で示している。もっとも、ダンパーの効果は、外筒と付加質量との質量比、外筒の断面形状（壁厚、固有周期等）、ダンパーの設置位置、（箇所数）、ダンパーの種類等の条件によって異なることを考慮されたい。
【００２１】
例えば、図９ａに示した通常の架台設置ピッチに対して、図９Ｂのように煙突の上部に集中的に架台のピッチを狭めてダンパー機構部を多く設置する場合、又は図９Ｃに示したように煙突の上下方向に略均等に支持架台のピッチを狭めてダンパー機構部を多く設置してダンパー効果の増大を図る手段も好適に実施できるであろう。
【００２２】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る制振構造の超高煙突によれば、外筒を鉄筋コンクリート造で建設するけれども、制振構造による振動エネルギーの吸収効果により、例えば共振風速時における繰り返し疲労に対する問題が解決され、地震時の応答が低減される結果、外筒の鉄筋コンクリート断面（壁厚）を、制振構造無しの場合に７００mm〜２０００mm程度必要であったものが、４５０mm〜１５００mm程度に小さくできる。換言すれば５０〜７０％の壁厚に低減でき、スレンダーな美観煙突とすることができるから、躯体工事費を２０〜３０％削減でき、施工性の向上が図れる。また、躯体の軽量化が基礎及び杭の負担を軽減するので、更に経済的な超高煙突の設計、施工のニーズに応えられるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】超高煙突の全体構造を概念的に示した立面図である。
【図２】前記超高煙突の水平断面図である。
【図３】前記超高煙突の要部の垂直断面図である。
【図４】Ａ，Ｂ，Ｃは外筒側支持架台と外筒との取り合い構造の異なる例を示した説明図である。
【図５】外筒側支持架台と内筒側支持架台をダンパーで連結する構造の詳細を示した斜視図である。
【図６】鉛ダンパーの構造を示した断面図である。
【図７】本発明に係る制振構造の超高煙突の解析モデル図である。
【図８】Ａ，Ｂ，Ｃは前記解析モデルによる地震応答の解析結果をダンパー無しの例と対比して示す特性図である。
【図９】Ａ，Ｂ，Ｃは支持架台のピッチが異なる例のモデル図である。
【符号の説明】
１      外筒
２      内筒
４      支持架台
４ａ    外筒側支持架台
４ｂ    内筒側支持架台
５      ダンパー
８      付加重量物
【図１】
0003665882.tif 000002
【図２】
0003665882.tif 000003
【図３】
0003665882.tif 000004
【図４】
0003665882.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003665882.tif 000008
【図８】
0003665882.tif 000009
【図９】
0003665882.tif 000010