(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにすることを特徴とする構造物居住区の免振方法。
【請求項２】
塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにすることを特徴とする構造物居住区の免振方法。
【請求項３】
塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有することを特徴とする構造物居住区の免振装置。
【請求項４】
塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有することを特徴とする構造物居住区の免振装置。
【請求項５】
支持フレーム上に支持してなる居住区の外周と上側を覆うフレームを設けて、上記居住区に風外力が直接作用しないようにした請求項３又は４記載の構造物居住区の免振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塔状の構造物における居住区の風外力等の外力による揺れを低減できるようにするために用いる構造物居住区の免振方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、塔状の構造物は、減衰が小さい柔軟構造物であるため、風外力により揺れが生じ易く、このような塔状構造物の揺れが生じると、該塔状構造物の居住区（キャビン）内の人が酔ってしまうことがある。しかも、構造物は、高さが高くなると、地震荷重よりも風荷重による揺れの方が問題となり易い。そのため、塔状構造物では居住区の風揺れを低減することが重要な技術課題となっている。
【０００３】
従来、塔状構造物のような高さの高い構造物に生じる揺れを低減するための対策としては、制振対象となる構造物の上部等に、水平方向に移動可能な可動マスを具備してなるマスダンパ方式の制振装置を設置することが提案されてきている。
【０００４】
上記マスダンパ方式の制振装置は、可動マスを駆動するアクチュエータの有無によりアクティブ方式とパッシブ方式に分類されている。このうち、パッシブ方式の制振装置は、水平方向に移動可能な可動マスにばね要素及びダンパ要素を取り付けて振動系を構成し、この振動系の固有振動数を、制振対象となる構造物の固有振動数と等しくなるように設定したものである。かかる構成としてあるパッシブ方式の制振装置によれば、構造物が揺れると、その揺れに伴われて可動マスが自然に動くことで、該構造物の揺れを低減できるようにしてある。
【０００５】
一方、アクティブ方式の制振装置は、制振対象構造物の揺れをセンサで検出し、その検出信号に基いて、アクチュエータを用いて可動マスを積極的に駆動させることで、構造物の揺れを低減させるようにしてある（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
上記アクティブ方式、パッシブ方式のいずれのマスダンパ方式の制振装置においても、通常、可動マスの質量は、制振対象となる構造物の一般化質量の０．５％〜１％程度で済み、可動マスがコンパクトであるため、多くの構造物に適用されるようになってきている。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２６２１４６号公報
【特許文献２】特開平４−２６６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記のようなマスダンパ方式の制振装置の実際の適用に際しては、制振対象となる構造物の揺れに応じて可動マスを水平方向に往復移動させるときのストローク分を見込んだ設置スペースが必要であり、特に構造物の高さが増加するにつれて、必要とされる可動マスのストロークが大きくなることから、内部がエレベータ等の機械設備によって占有されているような狭隘な塔状構造物では、設置スペースを確保することが難しいというのが実状である。
【０００９】
又、風揺れの低減を目的とする場合、構造物の下部よりも上部の方が作用する風外力が大きくて風揺れが大きくなることに鑑みて、上記マスダンパ方式の制振装置は、構造物の上部に設置することが望ましいが、制約上、構造物の中間部や下部に設置する必要が生じる場合は、可動マスの質量を大きくする必要が生じるか、又は、性能の低下を招いてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、マスダンパ方式の制振装置によることなく塔状の構造物の居住区に生じる揺れを低減でき、しかも、居住区が塔状の構造物の上部、中間部、下部のいずれに位置する場合であっても、該居住区の揺れを抑えることが可能な構造物居住区の免振装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法とする。
【００１２】
又、請求項２に対応して、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法とする。
【００１３】
請求項３に対応して、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とする。
【００１４】
又、請求項４に対応して、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とする。
【００１５】
上記各免振装置の構成において、支持フレーム上に支持してなる居住区の外周と上側を覆うフレームを設けて、上記居住区に風外力が直接作用しないようにした構成とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構造物居住区の免振方法及び装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法、及び、塔状の構造物本体に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置としてあるので、構造物本体より居住区を振動絶縁することができて、構造物本体に風外力によるいかなる揺れが生じようとも、居住区の揺れを抑えることができるため、該居住区内の人を風揺れから保護することが可能になる。更に、上記居住区の揺れの低減は、構造物自体の揺れの低減に依存するものではないため、構造物自体に風外力等により生じる揺れを速やかに減衰させるためのマスダンパ方式の制振装置は不要なものとすることができる。
（２）塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、上記構造物本体と一体に上記支持フレームが風外力による揺れにより水平方向の変位を生じるときに、上記支持フレームと居住区との間に介在させた上記各アクチュエータにより、上記支持フレームの揺れの絶対変位と同等振幅、逆位相で支持フレームに対し上記居住区を相対変位させることで、上記居住区の絶対空間における変位を小さくするようにする構造物居住区の免振方法、及び、塔状の構造物本体に昇降駆動可能に取り付けた支持フレームの上面に中間プレートを水平方向の一つの方向へ相対移動できるように載置させて、該支持フレームと中間プレートとの間に介装させたアクチュエータにより上記中間プレートを相対移動させるようにすると共に、該中間プレートの上面に居住区を、上記中間プレートの移動方向と直交する水平方向へ相対移動できるように載置させて、該中間プレートと居住区との間に介装させた別のアクチュエータにより上記居住区を相対移動させるようにして、上記支持フレームに居住区を水平方向に変位可能に支持させ、更に、上記構造物本体と一緒に風外力で揺れる上記支持フレームの揺れを検出するセンサと、該センサからの入力信号を基に上記各アクチュエータへ上記居住区の絶対空間における変位を小さくするように制御指令を与える制御器を備えてなる構成を有する構造物居住区の免振装置とすると、上記（１）と同様の効果に加えて、居住区が支持フレームと共に構造物本体のいかなる高さ位置に配された状態であっても、装置構成の変更や調整を要することなく該居住区の風揺れを確実に抑えることが可能となる。
（３）支持フレーム上に支持してなる居住区の外周と上側を覆うフレームを設けて、上記居住区に風外力が直接作用しないようにした構成とすることにより、制御器による各アクチュエータの制御則をより単純なものとする点で有利な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１乃至図４は本発明の構造物居住区の免振装置の実施の一形態として、上下方向に延びる塔状の構造物本体２の外周に、環状の居住区（キャビン）３を昇降可能に備えてなる形式の展望タワーのような塔状構造物１に適用する場合を示すもので、概説すると、上記塔状構造物本体２の外周に、環状の支持フレーム４を配置して、該支持フレーム４を、上記塔状構造物本体２に昇降駆動可能に取り付ける。更に、上記支持フレーム４の上側に、上記環状の居住区３を、水平面内の全方位に変位可能に支持させると共に、上記支持フレーム２と居住区３との間にアクチュエータ５を介在させるように設けて、該アクチュエータ５の駆動により、上記支持フレーム２上にて上記居住区３を水平面内の全方位へ相対移動させることができるようにする。更に、上記塔状構造物本体２の揺れに伴われて一緒に揺れる上記支持フレーム４の揺れを検出するためのセンサ６と、該センサ６からの入力信号に応じて上記アクチュエータ５へ制御指令を与える制御器７を備えてなる構成とする。
【００１９】
以下、詳述する。
【００２０】
上記支持フレーム４は、環状としてある上記居住区３の平面形状より内周側及び外周側にそれぞれ所要寸法ずつ張り出す形状、具体的には、上記塔状構造物本体２の揺れに伴われて一緒に揺れることとなる上記支持フレーム４に想定される最大振幅に応じた寸法ずつ上記居住区３の平面形状より内径側及び外径側にそれぞれ張り出すリング形状としてある。
【００２１】
上記支持フレーム４の内周端部には、該支持フレーム４の上側に支持させる上記居住区３の上端部よりもやや高い位置まで上下方向に延びる筒状の内周フレーム４ａが設けてあり、該内周フレームの４ａの内周面の所要個所、たとえば、周方向等間隔の４個所における上下両端部にそれぞれ設置したガイドブロック８を、上記塔状構造物本体２の外周面の周方向等間隔の４個所に設けた上下方向のガイドレール９にそれぞれスライド可能に取り付けた構成としてある。
【００２２】
更に、上記支持フレーム４の昇降駆動機構１０として、たとえば、上記支持フレーム４の内周フレーム４ａの上端部に取り付けてある各ガイドブロック８に一端部を接続し、他端部を上記塔状構造物本体２の内側に昇降可能に配したカウンターウェイト１１に接続したワイヤロープ１２を、上記塔状構造物本体２の頂部に設けて図示しない駆動装置により正逆転駆動できるようにしてある駆動滑車１３に掛け回した構成を有する昇降駆動機構１０を設けて、上記図示しない駆動装置により上記駆動滑車１３を正逆転駆動させることで、上記ワイヤロープ１２を介して上記支持フレーム４を、上記塔状構造物本体２の外面に沿わせて昇降させることができるようにしてある。
【００２３】
上記支持フレーム４の上面には、所要個所、たとえば、図４（イ）に示すような周方向の４個所に、リニアガイド１４ａを、水平面内で直交する２方向（ｘｙ方向）のうちの一方の方向（図４（イ）の左右方向、以下ｘ方向と云う）に沿わせてそれぞれ設置すると共に、該各リニアガイド１４ａのスライダ１５上に、上記居住区３の底面形状と同様のリング形状としてある中間プレート１６を載置して取り付ける。更に、該中間プレート１６の上面における所要個所、たとえば、図４（ロ）に示すような周方向の４個所に、リニアガイド１４ｂを、水平面内で直交する２方向（ｘｙ方向）のうちの他方の方向（図４（ロ）の上下方向、以下ｙ方向と云う）に沿わせてそれぞれ設置すると共に、該各リニアガイド１４ｂのスライダ１５上に、上記居住区３を載置して取り付ける。これにより、上記支持フレーム４上における各リニアガイド１４ａを介した上記中間プレート１６のｘ方向へのスライドと、該中間プレート１６上における各リニアガイド１４ｂを介した上記居住区３のｙ方向へのスライドとを組み合わせることで、該支持フレーム１１上にて居住区３を任意のｘｙ方向、すなわち、水平面内の全方位へ変位可能としてある。
【００２４】
又、上記支持フレーム４の上面における所要個所、たとえば、図４（イ）に示すような周方向に１８０度対向する２個所には、アクチュエータ５ａとして、駆動モータ１７と、その出力軸に連結したねじ軸１８と、該ねじ軸１８に螺号させたナット１９を具備して、上記駆動モータ１７による上記ねじ軸１８の正逆転駆動により上記ナット１９を上記ねじ軸の軸心方向へ移動させることができるようにしてあるボールねじ形式のアクチュエータ５ａを、それぞれｘ方向に沿わせて設けておき、該各アクチュエータ５ａのナット１９を、上記中間プレート１６の下面の対応する位置にそれぞれ取り付ける。且つ該中間プレート１６の上面における所要個所、たとえば、図４（ロ）に示すような周方向に１８０度対向する２個所に、上記アクチュエータ５ａと同様の構成としてあるボールねじ形式のアクチュエータ５ｂを、それぞれｙ方向に沿わせて設けて、該各アクチュエータ５ｂのナット１９を、上記居住区３の下面の対応する位置にそれぞれ取り付ける。これにより、上記アクチュエータ５ａによる上記中間プレート１６の上記支持フレーム４上でのｘ方向に沿う方向への駆動と、上記アクチュエータ５ｂによる上記居住区３の上記中間プレート１６上でのｙ方向に沿う方向への駆動とを組み合わせることで、上記居住区３に対し、上記支持フレーム４に対して任意のｘｙ方向、すなわち、水平面内の任意の方向へ制御力を印加できるようにしてある。
【００２５】
更に、上記支持フレーム４上に設けてある居住区３に対して風が直接当たることを防止して、風外力の直接の作用による居住区３の運動（挙動）を無視できるようにするために、図１に示す如く、上記支持フレーム４の外周端部に、上記居住区３の外周側を覆って該居住区３の上端部よりもやや高い位置まで上下方向に延びる筒状の外周フレーム２０の下端部を取り付けると共に、上記外周フレーム２０と上記内周フレーム４ａの上端部同士の間に、上記居住区の上方を覆うリング形状の天井フレーム２１を取り付けた構成としてある。
【００２６】
なお、図２、図３、図４（イ）（ロ）における上記各リニアガイド１４ａ，１４ｂ及び各アクチュエータ５ａ，５ｂの長さ寸法（ストローク）、居住区３及び中間プレート１６の内周端部と支持フレーム４の内周フレーム４ａの間隔、居住区３及び中間プレート１６の外周端部と外周フレーム２０の間隔は、いずれも図示するための便宜上のものであり、実際の寸法を反映したものではない。
【００２７】
上記支持フレーム４の揺れを検出するためのセンサ６としては、該支持フレーム４の所要個所に加速度センサ６を設置するようにしてある。
【００２８】
上記制御器７は、上記加速度センサ６より上記支持フレーム４の加速度の検出信号が入力されると、上記居住区３の揺れを低減させるべく、以下のような制御理論に基いて上記各アクチュエータ５ａ，５ｂへ制御指令を与えるようにしてある。なお、上記制御器７は、支持フレーム４上における居住区３の相対変位の方向や、変位量、変位速度については、各アクチュエータ５ａ，５ｂの駆動モータ１７の回転数、すなわち、ねじ軸１８の回転数に基くナット１９の位置、移動方向、移動速度から検出できるようにしてあるものとする。
【００２９】
すなわち、上記塔状構造物本体２及び支持フレーム４と、居住区３を、図５に示す如く、居住区３の質量をｍ１、塔状構造物本体２及び支持フレーム４の質量をｍ２とした二自由度系の構成のモデルとし、上記各アクチュエータ５ａ，５ｂは両質点の間に挿入され、制御力をｆｃとする。なお、図５では、アクチュエータ５ａ，５ｂと並列にばね要素ｋ１と減衰要素ｃ１を組み合わせているが、アクチュエータ５ａ，５ｂのみでもよい。
【００３０】
風外力ｆが塔状構造物本体２及び支持フレーム４の質量をｍ２に作用する場合、上記居住区３の揺れをアクティブ制御によって低減させる場合を考える。
【００３１】
上記図５のモデルの運動方程式は次式で与えられる。
【数１】
0005282416.tif 000002
【数２】
0005282416.tif 000003
【００３２】
上記式（１）及び式（２）で、状態変数Ｘ及び制御入力ｕを、それぞれ、
【数３】
0005282416.tif 000004
【数４】
0005282416.tif 000005
と定義し、状態空間表示すると次式となる。
【数５】
0005282416.tif 000006
【００３３】
よって、上記式（３）に対して制御系を設計する。制御系には、たとえば、ＬＱ制御理論を適用する。ＬＱ制御理論によれば、重み関数Ｊ、
【数６】
0005282416.tif 000007
を最小にする制御入力ｕは、次式の状態フィードバックで与えられる。
【数７】
0005282416.tif 000008
ここで、Ｑ及びｒは、状態変数にかかる重み行列、制御入力に係る重み係数である。又、Ｐはリカッチ方程式の解である。
【００３４】
図６に計算結果を示す。ｍ１とｍ２の質量比を１．０にとり、ｍ２に正弦波ｆ＝Ｆｓｉｎ（ωｔ）の強制力を入力したときの時刻歴応答波形を示したもので、線ａは塔状構造物本体２と一緒に揺れる支持フレーム４の絶対変位を、又、線ｂは居住区３の支持フレーム４に対する相対変位を、線ｃは居住区３の絶対変位を、それぞれ示している。
【００３５】
上記図６から明らかなように、上記居住区３の支持フレーム４に対する相対変位を、塔状構造物本体２と一緒に揺れる支持フレーム４の絶対変位に対して同等振幅、逆位相にすることで、上記居住区３の絶対空間上での変位、すなわち、居住区３の揺れを小さくできていることが分かる。
【００３６】
したがって、上記制御器７では、上記塔状構造物本体２の揺れに伴われて一緒に揺れる支持フレーム４の揺れが上記加速度センサ６により検出されて入力されると、上記各アクチュエータ５ａ，５ｂに対し、上記居住区３を、支持フレーム４に対して、該支持フレーム４の絶対変位と同等振幅、逆位相で相対変位させるように制御指令を与えるようにしてある。
【００３７】
以上の構成としてある構造物居住区の免振装置によれば、塔状構造物本体２が風外力等の外力を受けて揺れ始めると、該塔状構造物本体２と一緒に揺れる支持フレーム４に設けた加速度センサ６より制御器７へ入力される信号に基いて、該制御器７より上記各アクチュエータ５ａ，５ｂに対し制御指令が与えられて、該各アクチュエータ５ａ，５ｂにより、上記支持フレーム４上にて、上記居住区３が、支持フレーム４の絶対変位と同等振幅、逆位相で相対変位させられるようになることから、該居住区３の絶対変位が抑えられる。したがって、上記塔状構造物本体２の揺れにかかわらず、上記居住区３の揺れは大幅に低減されるようになる。
【００３８】
このように、本発明の構造物居住区の免振方法及び装置によれば、塔状構造物本体２より居住区３を振動絶縁することで、塔状構造物本体２にいかなる揺れが生じようとも、居住区３の揺れを抑えることができて、該居住区３内の人を揺れから保護することが可能になる。
【００３９】
しかも、居住区３が、支持フレーム４と共に塔状構造物本体２に沿って昇降させられることで、該居住区３が上記塔状構造物本体２の上部、中間部、下部のいずれに配された状態であっても、居住区３と一緒に上記塔状構造物本体２の上部、中間部、下部に配される支持フレーム４が塔状構造物本体２の上部、中間部、下部の揺れに応じて揺れるときの該支持フレーム４の絶対変位を相殺するように、居住区３を該支持フレーム４上で相対変位させることができるため、上記居住区３が上記塔状構造物本体２のいかなる高さ位置に配されていても、装置構成の変更や調整を要することなく該居住区３の揺れを確実に抑えることが可能となる。
【００４０】
更に、塔状構造物１自体の揺れを低減させるためのマスダンパ方式の制振装置は不要なものとすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、居住区３に対する風外力の直接の影響を阻止して、制御器７による各アクチュエータ５ａ，５ｂの制御則をより単純なものとする観点からすると、居住区３の外周側を覆う外周フレーム２０及び居住区３の上方を覆う天井フレーム２１を設けることが好ましいが、図７に示すように、上記外周フレーム２０と天井フレーム２１とを省略した構成としてもよい。この場合は、上記風外力が居住区３に直接作用することで該居住区３に対して作用する力を考慮した上で、該居住区３の絶対空間における変位の応答が小さくなるように、制御器７による各アクチュエータ５ａ，５ｂの制御則を導くようにすればよい。
【００４２】
又、上記のように、外周フレーム２０と天井フレーム２１を省略する場合、支持フレーム４は、居住区３を全方位へ変位可能に支持でき且つ居住区３との間に介在させるためのアクチュエータ５ａ，５ｂと、加速度センサ６とを設置できるようにしてあれば、該支持フレーム４の外周側端部は、必ずしも居住区３の外周側へはみ出させる必要はない。したがって、上記支持フレーム４の外周側端部の形状は、適宜変更してもよい。更に、この場合は、上記支持フレーム４の内周端部に取り付ける内周フレーム４ａは、その上端部が居住区３の上端部より低くなっていてもよい。
【００４３】
又、上記実施の形態では、塔状構造物本体２に、居住区３が昇降可能に取り付けてある形式の塔状構造物１に適用したものについて示したが、図８に示す如く、塔状構造物本体２の所要高さ位置に、図１乃至図６の実施の形態と同様の支持フレーム４を固定し、該支持フレーム４の上側に、図１乃至図６の実施の形態と同様に、居住区３を、水平面内の全方位に変位可能に支持させると共に、上記支持フレーム２と居住区３との間にアクチュエータ５を介在させるように設けて、該アクチュエータ５の駆動により、上記支持フレーム２上にて上記居住区３を水平面内の全方位へ相対移動させることができるようにし、更に、上記支持フレーム４の揺れを検出するための加速度センサ６と、該センサ６からの入力信号に応じて上記アクチュエータ５へ制御指令を与える制御器７を備えてなる構成としてもよい。
【００４４】
制御器７による各アクチュエータ５ａ，５ｂを制御するための制御則は、居住区３の絶対空間における変位の応答を小さくすることができるようにしてあれば、ＬＱ制御理論以外の制御理論に基いて導出してもよい。
【００４５】
支持フレーム４の揺れを検出するためのセンサとしては加速度センサ６を示し、又、支持フレーム４上における居住区３の相対変位の方向や、変位量、変位速度については、各アクチュエータ５ａ，５ｂの駆動モータ１７の回転数から検出するものとして示したが、支持フレームの揺れと、支持フレーム４上における居住区３の相対変位の方向、変位量、変位速度をそれぞれ検出できるようにしてあれば、任意のセンサを採用してよい。
【００４６】
図１乃至図４の実施の形態における支持フレーム４の昇降駆動機構１０は、ラック、ピニオン形式やその他、図示した以外のいかなる形式の昇降駆動機構を採用してもよい。
【００４７】
塔状構造物本体２に、該塔状構造物本体２に発生する揺れを速やかに低減させるためのマスダンパ方式やその他、任意の方式の制振装置を設けてもよい。又、塔状構造物本体２に高次モードの振動が生じる場合は、モードの腹となる塔状構造物本体２の高さ方向の中央部に、マスダンパ方式やその他、任意の方式の制振装置を設けるようにしてもよい。
【００４８】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の構造物居住区の免振装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１の装置における支持フレームと居住区の部分を拡大して示す概略切断正面図である。
【図３】図１の装置における支持フレームと居住区の部分を拡大して示す概略切断側面図である。
【図４】（イ）は図２のＡ−Ａ方向矢視図、（ロ）は図２のＢ−Ｂ方向矢視図である。
【図５】図１の装置における居住区と、塔状構造物本体及び支持フレームとを二自由度系のモデルに示した図である。
【図６】図５のモデルを用いて算出した塔状構造物本体と一緒に揺れる支持フレームの絶対変位と、居住区の支持フレームに対する相対変位と、居住区の絶対変位の時刻歴応答波形を示す図である。
【図７】本発明の実施の他の形態を示す図である。
【図８】本発明の実施の更に他の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
２  塔状構造物本体（構造物本体）
３  居住区
４  支持フレーム
５ａ，５ｂ  アクチュエータ
６  加速度センサ（センサ）
７  制御器
１６  中間プレート
２０  外周フレーム（フレーム）
２１  天井フレーム（フレーム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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