(57)【要約】【課題】スプリングおよびダンパーが錘部材の変位よりも小さな変位によって追従することができ、よってこれらの設計が容易になるとともに、錘部材のストッパー機能も奏することが可能になるＴＭＤを提供する。【解決手段】構造物の床面３上に滑り支承または転がり支承２を介して水平方向に移動自在に設けられた平面視方形の錘部材１と、錘部材１の４側面４ａ、４ｂと床面３との間に正面視において床面に対して傾斜して設けられたスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂとを備え、スプリングおよびダンパーは、各々上記平面視において錘部材１の対辺１ａ、１ｂの中心線に対して対称となる位置に配置され、上端部が側面４ａ、４ｂに固定され、下端部がスプリングおよびダンパーの延在方向と交差する方向に移動自在に床面３側に連結されている。【選択図】図２
2018017260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の床面上に滑り支承または転がり支承を介して水平方向に移動自在に設けられた平面視方形の錘部材と、この錘部材の４側面と上記床面との間に正面視において上記床面に対して傾斜して設けられたスプリングおよびダンパーとを備えてなり、
上記スプリングおよび上記ダンパーは、各々上記平面視において上記錘部材の対辺の中心線に対して対称となる位置に配置されるとともに、上端部が上記側面に連結され、かつ下端部が上記スプリングおよび上記ダンパーの延在方向と交差する方向に移動自在に上記床面側に連結されていることを特徴とするチューンド・マス・ダンパー。
【請求項２】
上記対称となる位置に配置された上記スプリングは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられ、上記対称となる位置に配置された上記ダンパーは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のチューンド・マス・ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高層建物等の屋上などの床面に設置されて地震時等における揺れを抑制するためのチューンド・マス・ダンパーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、強風時や地震時における揺れを抑制するために、屋上にパッシブ制振の一種であるチューンド・マス・ダンパー（Tuned Mass Damper、以下、ＴＭＤと略す。）を設置した高層建物等が多く建設されている。
【０００３】
このＴＭＤは、例えば下記特許文献１に見られるように、上記高層建物等の屋上に錘部材をスプリングおよびダンパーを介して連結するとともに、これらを高層建物等の固有周期に同調するように調整したものである。
【０００４】
上記ＴＭＤによれば、電力等のエネルギーを要することなく、安定的に広帯域の振動数範囲の揺れに対して、制振効果を発揮することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４１０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記ＴＭＤにあっては、大地震時に錘部材が非常に大きく変位するために、これに追従できるスプリングおよびダンパーを設計することが難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スプリングおよびダンパーが錘部材の変位よりも小さな変位によって追従することができ、よってこれらの設計が容易になるとともに、錘部材のストッパー機能も果たすことが可能になるＴＭＤを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係るＴＭＤは、構造物の床面上に滑り支承または転がり支承を介して水平方向に移動自在に設けられた平面視方形の錘部材と、この錘部材の４側面と上記床面との間に正面視において上記床面に対して傾斜して設けられたスプリングおよびダンパーとを備えてなり、上記スプリングおよび上記ダンパーは、各々上記平面視において上記錘部材の対辺の中心線に対して対称となる位置に配置されるとともに、上端部が上記側面に連結され、かつ下端部が上記スプリングおよび上記ダンパーの延在方向と交差する方向に移動自在に上記床面側に連結されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記対称となる位置に配置された上記スプリングは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられ、上記対称となる位置に配置された上記ダンパーは、上記床面との間の傾斜角度が同一になるように設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１または２に記載の発明によれば、スプリングおよびダンパーを錘部材と床面との間に、床面（水平面）に対して傾斜させて配置しているために、地震時等に錘部材が水平移動する際の移動量よりもスプリングおよびダンパーに生じる伸縮量が小さくなる。このため、上記スプリングやダンパーとしてストロークが小さい汎用のものを用いることができ、設計が容易になるとともに経済性にも優れる。
【００１１】
また、上記スプリングおよびダンパーを、各々平面視において錘部材に対して対称となる位置に配置しているために、錘部材の水平変位が大きくなると、一方の側面に設置したスプリング等は伸びが大きくなるとともに傾きが水平に近づいて反力が上昇し、他方の側面に設置したスプリング等は、縮みつつ鉛直に近づいて反力が低下するために、全体としての反力の大きさの変化が小さく、よって線形と見なせる範囲が大きくなって特性に影響を及ぼすおそれがない。
【００１２】
加えて、上記傾斜角度を適宜設定することにより、剛性や線形域を自由に設定することができる。しかも、錘部材の水平変位がさらに大きくなって、両側のスプリング等の等価周期が非線形域になると、上記スプリング等の反力は増加するために、上記錘部材に対するストッパー機能を奏することも可能になる。
【００１３】
また、上記スプリング等の下端部を、当該スプリング等の延在方向と交差するする方向に移動自在となるように床面に連結しているために、上記スプリング等を錘部材の水平Ｘ−Ｙ方向の各々の変位に対して個別に調整することができ、よってＴＭＤを建物の水平Ｘ−Ｙ方向の各周期に同調するように調整することができる。
【００１４】
さらに、請求項２に記載の発明のように、対称となる位置に配置されたスプリング同士の傾斜角度を等しくし、また上記対称となる位置に配置されたダンパー同士の傾斜角度を等しくすれば、上記線形域の範囲を最も広く確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るＴＭＤの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】錘部材が水平変位した際の対称位置のスプリングの伸びを示すグラフである。
【図４】錘部材が水平変位した際の対称位置のスプリングの等価周期の変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係るＴＭＤの他の実施形態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２は、本発明に係るＴＭＤの一実施形態を示すもので、図中符号１が錘部材である。
この錘部材１は、平面視方形の板状に形成されたもので、本実施形態においてはキャスター（転がり支承）２によって高層建物の屋上（床面）３にＸ−Ｙ方向に移動自在に設けられている。なお、上記キャスター２に代えて、滑り支承によって錘部材１を屋上３に移動自在に設けてもよい。
【００１７】
そして、この錘部材１のＸ方向に沿う２側面４ａおよびＹ方向に沿う２側面４ｂと屋上３との間に、それぞれスプリング５ａ、５ｂが配設されている。ここで、Ｘ方向に沿う２側面４ａには、各々の角隅部の近傍に２本のスプリング５ａが設けられており、これら２側面４ａに設けられた各２本のプリング５ａは、当該側面４ａに隣接する側面４ｂの対辺１ｂの中心線ＣＹに対して線対称となる位置に配置されている。
【００１８】
また、Ｙ方向に沿う２側面４ｂにも、各々の角隅部の近傍に２本のスプリング５ｂが設けられている。そして、これら２本のスプリング５ｂも、同様に当該側面４ｂに隣接する側面４ａの対辺１ａの中心線ＣＸに対して線対称となる位置に配置されている。
【００１９】
そして、側面４ａ、４ｂと屋上３との間には、これらスプリング５ａ、５ｂの内側に隣接して、各々２本のダンパー６ａ、６ｂが配置されている。これらダンパー６ａ、６ｂも、各々対辺１ｂ、１ａの中心線ＣＹ、ＣＸに対して線対称となるように配置されている。
【００２０】
上記スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂは、図２に示すように、正面視において床面３との間に同じ角度θを挟んで傾斜して設けられている。そして、これらスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの上端部は、それぞれ側面４ａ、４ｂに連結されている。
【００２１】
他方、床面３上の錘部材１から所定間隔をおいた位置には、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってレール７ａ、７ｂが固定されており、各レール７ａ、７ｂにスライダー８ａ、８ｂが各レール７に沿ったＸ方向およびＹ方向のみに移動自在に設けられている。そして、これらスライダー８ａ、８ｂに、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの下端部が連結されている。
【００２２】
以上の構成からなるＴＭＤにおいては、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂを錘部材１と屋上３との間に、屋上３に対して傾斜角度θとなるように傾斜させて配置しているために、地震時等に錘部材１がＸ−Ｙ方向に移動する際の移動量よりもスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂに生じる伸縮量が小さくなる。このため、上記スプリング５ａ、５ｂやダンパー６ａ、６ｂとして、ストロークが短い汎用のものを用いることができ、設計が容易になるとともに経済性にも優れる。
【００２３】
また、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂを、各々平面視において錘部材１の対辺１ａ、１ｂの中心線ＣＹ、ＣＸに対して対称となる位置に配置しているために、図２（ｂ）に示すように、錘部材１の変位が大きくなると、図中左方の側面４ｂに設置したスプリング５ｂ等は伸びが大きくなるとともに傾斜角度が水平に近づいて反力が上昇し、図中右方の側面４ｂに設置したスプリング５ｂ等は、縮みつつ鉛直に近づいて反力が低下するために、全体としての反力の大きさの変化が小さく、よって線形と見なせる範囲が大きくなって特性に影響を及ぼすおそれがない。
【００２４】
加えて、上記傾斜角度を適宜設定することにより、剛性や線形域を自由に設定することができる。しかも、錘部材の水平変位がさらに大きくなって、両側のスプリング等の等価周期が非線形域になると、上記スプリング等の反力は増加するために、上記錘部材に対するストッパー機能を奏することも可能になる。
【００２５】
また、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの下端部を、スライダー８ａ、８ｂによって屋上３に固定したレール７ａ、７ｂに沿って当該スプリング５ａ、５ｂ等の延在方向と直交する方向に移動自在に設けているために、錘部材１のＸ−Ｙ方向の各々の変位に対してスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂを個別に調整することができる。
【００２６】
すなわち、錘部材１のＸ方向の変位に対しては、これによって伸縮するスプリング５ｂおよびダンパー６ｂを調整し、錘部材１のＹ方向の変位に対しては、これによって伸縮するスプリング５ａおよびダンパー６ａを調整することができ、この結果、ＴＭＤを高層建物のＸ−Ｙ方向の各周期に同調するように調整することができる。
【００２７】
特に、本実施形態においては、対称となる位置に配置されたスプリング５ａ、５ｂ同士およびダンパー６ａ、６ｂ同士の傾きを、いずれも角度θに設定しているために、上述した線形域の範囲を最も広く確保することができる。ただし、本発明においては、必ずしもスプリングとダンパーとの傾斜角度を同じにしなくてもよい。
【実施例】
【００２８】
図３は、錘部材の両側面にＨ＝３．０ｍ、Ｗ＝１．５ｍのスプリングを設けて、錘部材を±２０００ｍｍ水平変位させた際の上記スプリングの引張側および圧縮側の伸縮量を解析した結果を示すものである。図中実線は一方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、点線は他方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を示すものである。
【００２９】
同図に見られるように、錘部材が２０００ｍｍ変位したときのスプリングの伸び量は約１２００ｍｍであり、よって錘部材の変位量よりも伸びが小さい規格のスプリングを用いることができる。
【００３０】
また、図４は、同様の錘部材が２０００ｍｍ変位したときの等価周期の変化を示すもので、図中実線は一方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、点線は他方の側面に設けたスプリングの伸縮変化を、太実線は両者を合成した変化を示すものである。
同図によれば、合成した等価周期は、錘部材の約±１４００ｍｍの変位の範囲内において線形を示すことが判る。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、床面３上のＸ方向およびＹ方向に沿ってレール７ａ、７ｂを固定し、各レール７ａ、７ｂにスライダー８ａ、８ｂを各レール７に沿ったＸ方向およびＹ方向のみに移動自在に設けるとともに、これらスライダー８ａ、８ｂに、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの下端部を連結した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
すなわち、図５は、本発明の他の実施形態を示すもので、このＴＭＤにおいては、床面３上の錘部材１から所定間隔をおいた位置に複数本の支柱１０がＸ方向およびＹ方向に間隔をおいて立設され、これら支柱１０上にＸ方向およびＹ方向に沿ってレール７ａ、７ｂが固定されている。
【００３３】
これらのレール７ａ、７ｂは、上下面にＸ方向またはＹ方向に沿って溝部が形成された角筒状の部材で、各レール７ａ、７ｂ内にスライダー８ａ、８ｂが各レール７に沿ったＸ方向およびＹ方向のみに移動自在に設けられている。ここで、レール７ａ、７ｂは、スライダー８ａ、８ｂの軸線が錘部材１の重心Ｇと同レベルとなる高さに配置されている。
【００３４】
そして、これらスライダー８ａ、８ｂの上面側に、スプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの下端部が連結されている。さらに、スライダー８ａ、８ｂの下面側に、他のスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの上端部が連結され、これらスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂの下端部が錘部材１の側面４ａ、４ｂの下部に連結されている。
【００３５】
上記構成からなるＴＭＤによれば、図１および図２に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、レール７ａ、７ｂが錘部材１の重心Ｇと同レベルに配置されているために、錘部材１の変位に対応して、円滑にスプリング５ａ、５ｂおよびダンパー６ａ、６ｂを作動させることができるという効果も得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１  錘部材
１ａ、１ｂ  対辺
２  キャスター（転がり支承）
３  屋上（床面）
４ａ、４ｂ  側面
５ａ、５ｂ  スプリング
６ａ、６ｂ  ダンパー
７ａ、７ｂ  レール
８ａ、８ｂ  スライダー
θ  傾斜角度
【図１】
2018017260.tif 000003
【図２】
2018017260.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018017260.tif 000006
【図５】
2018017260.tif 000007