(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接して独立している構造物間を、並設したダンパと弾性体とで連結して両構造物間の水平方向振動を制振する連結制振装置において、
前記弾性体が、前記隣接する構造物に両端を固定された第１ケーブルと、該第１ケーブルの任意の位置に一端が係止され、該第１ケーブルに張力を付与して該第１ケーブルを撓ませる第２ケーブルとからなり、
該第２ケーブルはその他端が、前記第１ケーブルの両端間の水平方向の相対変位によって生じる、該第１ケーブルの撓みの変動を吸収して伸縮可能な位置に固定したことを特徴とする構造物の連結制振装置。
【請求項２】
前記第２ケーブルの一端が、前記第１ケーブルの長手方向に沿って移動自在に係止されていることを特徴とする請求項１に記載の構造物の連結制振装置。
【請求項３】
前記第２ケーブルの端部または途中の任意の箇所に弾性体全体としてのバネ定数を調整する調整用のバネ部材を介装したことを特徴とする請求項１若しくは２のいずれかに記載の構造物の連結制振装置。
【請求項４】
前記弾性体とダンパとを複数組で並設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造物の連結制振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層若しくは塔状等の独立して相隣接し立設する構造物同士を、弾性体とダンパとで連結して、相互の水平方向振動を減衰するようにした連結制振装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、独立して相隣接し立設する構造物同士を、弾性体またはダンパで連結して、相互干渉させることにより両構造物に及ぶ地震力を軽減するようにした連結制振に関する技術が、例えば特公昭５４−１３９１号公報等で公知になっている。
【０００３】
また、最近では、図９に示すように、ダンパ１と弾性体３とを構造物２１ａ、２１ｂ同士の間に並列に介装し、これらの減衰係数とバネ定数とを構造物に固有な最適値に調整することによって、更なる制振効果の向上が図れることが明らかとなっている。
【０００４】
しかし、高さ百メートルクラスの高層若しくは搭状の構造物の場合には、最適な弾性体３として、数メートルの伸縮能力を持ち、かつ数〜数十TON/cmのバネ定数を有するものが必要となって、このような弾性体３をコイルスプリングで構成すると巨大なバネとなり、その製作技術の面のみならず、当該弾性体を構造物２１ａ、２１ｂ間に収めること自体が不可能である。
つまり、十分な伸縮能力と最適なバネ定数とを有した弾性体を構造物の間に設置できない。
【０００５】
そこで、本願出願人等は、構造物間にバネ定数と伸縮量とを最適にして弾性体を介装できる連結制振装置を開発し、先に出願した（特願平１０−３０９１０７号）。
【０００６】
図１０にこの先の出願に係る連結制振装置の側断面図を示す。
隣接して独立に立設したふたつの構造物２１ａ、２１ｂの頂部間に連結制振装置７が設けられ、この連結制振装置７によってこれら構造物２１ａ、２１ｂは互いに連結されている。この連結制振装置７は、上記頂部間に互いに並列に介装されたダンパ１と弾性体１１とからなる。
【０００７】
前記弾性体１１にはケーブル１１ａが使用され、このケーブル１１ａはその一端を一方の構造物２１ｂの頂部２１ｃに固定されるとともに、その途中を他方の構造物２１ａの頂部２１ｄに設けられた方向転換軸１１ｂに掛け回されて、その他端を前記一端の固定部位２１ｃと方向転換軸１１ｂとの間に生じる水平方向相対変位を吸収して伸縮可能な位置（図１０にあっては地面Ｇ１）に固定されている。
【０００８】
そして、かかる連結制振装置７によれば、水平方向の長い伸縮量が要求される弾性体１１としてケーブル１１ａを使用し、隣接する構造物２１ａ、２１ｂ間に生じる水平方向の相対変位を、一方の構造物２１ｂに固定した一端部と他方の構造物に設けた方向転換軸１１ｂとによりケーブル１１ａに伝えて、このケーブル１１ａの全長の伸縮で吸収する。このケーブル１１ａは方向転換軸１１ｂにより、その引き回し方向を自由に転換できるから、十分な設置スペースを有する方向（図１０にあっては鉛直下方の地面Ｇ１の方向）に向けて転換して配置できる。
【０００９】
したがって、最適なバネ定数と十分な伸縮量とを有する弾性体１１を、ダンパに並設させるのと等価に設けることができ、弾性体１１とダンパ１とを並設した構造物２１ａ、２１ｂの連結制振装置７を実用化することができるようになっている。
尚、その際には、ケーブル１１ａ全長で均等に一体的に伸縮することによって、該ケーブル１１ａは最適なバネ定数の弾性体１１として機能し所期の制振効果が発現される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記連結制振装置７では、前記水平方向の相対変位をケーブル１１ａの伸縮にて吸収すべく、前記構造物２１ｂの固定部位２１ｃと方向転換軸１１ｂとの間のケーブル（以下、水平ケーブル部１１ｃと記す）の伸縮を、方向転換されたケーブル部（以下、鉛直ケーブル部１１ｄと記す）に、方向転換軸１１ｂに掛け渡すことで伝達しているので、この鉛直ケーブル部１１ｄの伸縮は、方向転換軸１１ｂの回転抵抗力や方向転換軸１１ｂとケーブル１１ａとの間の摺動抵抗力の影響を受けて変化する。
【００１１】
つまり、前記抵抗力が、伸縮による張力と比較して著しく小さい場合には、水平ケーブル部１１ｃの伸縮は、前記方向転換軸１１ｂにて止められずに鉛直ケーブル部１１ｄに伝達されて、該鉛直ケーブル部１１ｄも前記水平ケーブル部１１ｃと一体となって伸縮するが、逆に前記抵抗力が、伸縮による張力と比較して大きい場合には、水平ケーブル部１１ｃの伸縮は、前記方向転換軸１１ｂにて止められてしまい鉛直ケーブル部１１ｄは伸縮し難くなってしまう。
【００１２】
このため、地震時のように構造物２１ａ、２１ｂに作用する外力が大きい場合には、前記抵抗力に対して伸縮による張力が著しく大きいので、前記方向転換軸１１ｂにて伸縮は止められることなく、該伸縮が鉛直ケーブル部１１ｄまで伝達されて、ケーブル１１ａ全長で一体的に均等に伸縮して前記相対変位を吸収することができる。そして、弾性体１１としてのバネ定数は、所期の最適なバネ定数から大きく外れることなく、所期の制振効果を得ることができる。
【００１３】
これに対して、交通振動や風による揺れなどの、居住性の点で問題となるような小さな外力が作用する場合には、前記抵抗力は前記伸縮による張力と比較して大きいので、前記方向転換軸１１ｂにて伸縮は止められてしまって、専ら水平ケーブル部１１ｃでのみで伸縮してしまう傾向が強くなる。つまり、弾性体１１としては水平ケーブル部１１ｃのみが機能するので、そのバネ定数は所期に設計された最適なバネ定数よりも著しく大きくなって、所期の制振効果を得ることができなくなる。
【００１４】
すなわち、上記連結制振装置では、構造物に作用する外力が大きい場合には制振効果を得られるが、小さい場合には得難いという問題がある。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構造物同士を、弾性体とダンパとで連結して、相互の水平方向振動を減衰するようにした連結制振装置において、構造物に作用する外力の大きさに拘わらず、安定した制振効果を得ることができる連結制振装置を提供することにある。
【００１６】
【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、本発明のうち、請求項１記載の発明では、隣接して独立している構造物間を、並設したダンパと弾性体とで連結して両構造物を制振する連結制振装置において、前記弾性体が、前記隣接する構造物に両端を固定された第１ケーブルと、該第１ケーブルの任意の位置に一端が係止され、該第１ケーブルに張力を付与して該第１ケーブルを撓ませる第２ケーブルとからなり、該第２ケーブルはその他端が、前記第１ケーブルの両端間の水平方向の相対変位によって生じる、該第１ケーブルの撓みの変動を吸収して伸縮可能な位置に固定したことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、隣接する構造物に両端を固定された第１ケーブルの任意の位置に、該第１ケーブルに張力を付与して該第１ケーブルを撓ませる第２ケーブルの一端を係止したので、前記構造物間に生じる水平方向の相対変位は、第１ケーブルが撓んで屈曲点となる前記係止端にて第２ケーブルの長手方向の変位に変換されて第２ケーブルに伝えられることになる。また、第２ケーブルは、その他端を、前記相対変位によって生じる前記係止端の変位を吸収して、伸縮可能な位置に固定している。このため、前記相対変位を、該第２ケーブルと前記第１ケーブルの全長の伸縮で吸収することが可能となる。また、この第２ケーブルは、その配置方向を自由に設定できるから、十分な設置スペースを有する方向に向けて張設できる。
【００１８】
そして、前記相対変位をケーブルの伸縮で吸収する際には、ケーブルを方向転換軸に掛け回していないため、変位の方向が転換されて伝達したケーブルが伸縮し難くなることはない。したがって、構造物に作用する外力の大きさによって前記ケーブル全体のバネ定数が変化することはなく、該弾性体は、常時最適なバネ定数を維持できて、並設されたダンパとによって所期の制振効果を奏することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明では、請求項１において、前記第２ケーブルの一端が、前記第１ケーブルの長手方向に沿って移動自在に係止されていることを特徴とする。
上記構成によれば、第１ケーブル上において第２ケーブルの係止点が自在に移動できるので、第１ケーブルおよび第２ケーブルの伸縮による張力がバランスするように、係止点が移動して自動的に調整する。このため、ケーブルに無理な負荷が作用することを防止できて、ケーブルの健全性が高くなる。
【００２０】
請求項３記載の発明では、請求項１若しくは２のいずれかにおいて、前記第２ケーブルの端部または途中の任意の箇所に弾性体全体としてのバネ定数を調整する調整用のバネ部材を介装したことを特徴とする。
上記構成によれば、前記バネを直結することにより弾性体全体としてのバネ定数を微調整することができ、連結制振装置の要の１つである弾性体のバネ定数を最適値に調整することが容易となり、当該連結制振装置の能力を最大限に引き出すことが可能となる。
【００２１】
請求項４記載の発明では、前記請求項１〜３のいずれかにおいて、前記弾性体とダンパとを複数組で並設したことを特徴とする。
上記構成によれば、構造物の高さ方向に複数の振動の腹が存在する場合に、その腹の位置に合わせて本制振装置を複数組設置することにより、腹の振幅を著く低減でき、複雑な高次振動モードにも対応することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
−−−第１実施形態−−−
図１は、本発明の第１実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
隣接して独立に地面Ｇに立設したふたつの構造物２１ａ、２１ｂの頂部間に連結制振装置１３が設けられ、この連結制振装置１３によってこれら構造物２１ａ、２１ｂは互いに連結されている。この連結制振装置１３は、上記頂部間に互いに並列に介装されたダンパ１と弾性体１５とからなる。
【００２４】
前記弾性体１５にはケーブル１５が使用され、このケーブル１５は、前記隣接する構造物２１ａ、２１ｂの頂部に両端を固定された第１ケーブル１５ａと、この第１ケーブル１５ａの略中央に一端を結束されるとともに他端を地面Ｇ１に固定され張設された第２ケーブル１５ｂとからなる。そして、この第２ケーブル１５ｂは、前記第１ケーブル１５ａに張力を付与して、この第１ケーブル１５ａを下方に凸のへの字状に撓ませて屈曲させており、これらケーブル１５は全体としてＹ字状の外観を呈している。
【００２５】
前記弾性体１５は、前記構造物２１ａ、２１ｂ間に生じる水平方向の相対変位を、第１ケーブルの屈曲点１５ｃたる前記係止点１５ｃの上下方向の変位に変換して第２ケーブル１５ｂに伝え、前記相対変位を、該第２ケーブル１５ｂと前記第１ケーブル１５ａの全長の伸縮で吸収することができる。その際、この第２ケーブル１５ｂは、その配置方向を十分なスペースを有する鉛直した方向に向けているので、大きな相対変位にともなう大きな伸縮にも対応することができる。
【００２６】
第１ケーブル１５ａと第２ケーブル１５ｂは、針金の撚線からなるワイヤーを撚り合わせてなり、各々その長手方向に亘って同径であり、その太さは、構造物２１ａ、２１ｂの制振にとって最適なバネ定数となるように適宜設定される。
また、ダンパ１は、所期の最適な減衰係数が設定できるものであれば良く、オイルダンパ、エアーダンパ、摩擦ダンパ等が適用できる。
【００２７】
次に上記連結制振装置１３の制振作用を図２を用いて説明する。地震等により構造物２１ａ、２１ｂに外力が作用した場合、両構造物２１ａ、２１ｂともに水平方向に横揺れし、互いの間に水平方向の相対変位が生じて、特に頂部にてこの変位は大きく変化する。この時、図２（ａ）のように、相対変位が大きくなる、すなわち両構造物２１ａ、２１ｂが互いに離れる際には、下方にへの字状に屈曲した第１ケーブル１５ａが両構造物２１ａ、２１ｂによって左右に引っ張られて、その屈曲点１５ｃが上方に移動する。
その際、この屈曲点１５ｃに一端を係止された第２ケーブル１５ｂは、上方に引っ張られて、前記相対変位を吸収するように伸張する。
一方、図２（ｂ）に示すように、これと逆に相対変位が小さくなる、すなわち、前記両構造物２１ａ、２１ｂが互いに近づく際には、第１ケーブル１５ａの屈曲点１５ｃが下方に移動するとともに、第２ケーブル１５ｂは相対変位を吸収するように短縮する。
つまり、第２ケーブル１５ｂが上下に伸縮することで前記相対変位を吸収することができるようになっている。
【００２８】
そして、第１ケーブル１５ａおよび第２ケーブル１５ｂには方向転換軸が掛け渡されていないので、上記伸縮時には、第１ケーブル１５ａの伸縮が、屈曲点１５ｃの上下方向の移動を介して可及的に第２ケーブル１５ｂに伝達されて、一体的に伸縮することができて、外力によってケーブル１５全体としてのバネ定数が変化することなない。したがい、常に最適なバネ定数が維持されて、前記並設されたダンパ１とによって安定した制振効果を得ることができる。
【００２９】
図３〜６に本発明の第２〜第５実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図を示す。尚、これら第２〜第５実施形態の基本的な構成は前記第１実施形態と同じである。したがい、同図中、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付すとともに、以下ではその相違のみを説明しその詳細な説明は省略する。
【００３０】
−−−第２実施形態−−−
第１実施形態と比較して第２実施形態の連結制振装置は、第１ケーブル１５ａと第２ケーブル１５ｂとが結束されておらず、第２ケーブル１５ｂの一端が、前記第１ケーブル１５ａの長手方向に移動自在に係止されている点で相違する。
すなわち、第１ケーブル１５ａ上に載置されたローラー１５ｄの中心軸１５ｅに、第２ケーブル１５ｂの一端が係止され、その他端は地面Ｇ１に固定されて、第２ケーブル１５ｂに張力を付与することで、第１ケーブル１５ａは下に凸のへの字状に撓んで屈曲している。前記ローラー１５ｄとその中心軸１５ｅとはベアリングなどを介して相対回転自在に構成され、第１ケーブル１５ａ上で前記ローラー１５ｄは移動可能に、すなわち第２ケーブル１５ｂの前記係止端１５ｅが移動できるようになっている。
【００３１】
この構成によれば、第１ケーブル１５ａに対する第２ケーブル１５ｂ端部の係止端１５ｅがローラー１５ｄを介して転動できるので、ケーブル１５の伸縮による張力がバランスするように、係止端１５ｅが移動して自動的に調整して、ケーブル１５に局所的に無理な負荷が作用することを防止できて、ケーブル１５の健全性が高くなる。
【００３２】
−−−第３実施形態−−−
図４に示すように、第３実施形態の連結制振装置は、第２ケーブル１５ｂの端部、またはその途中にバネ部材１７を介装した点で第１実施形態と相違する。
連結制振装置の制振能力を最大限に引き出すには、弾性体１５のバネ定数をその構造物２１ａ、２１ｂに応じた最適値に調整する必要がある。通常はケーブルの仕様はJISなどの規格によって定まっているのでその微調整は難しい。これに対しては、第３実施形態は、第２ケーブル１５ｂの端部、またはその途中に、コイルスプリングや板バネ等の調整用バネ部材１７を直列連結することにより、弾性体１５としてのバネ定数を容易に調整することが可能である。
【００３３】
−−−第４実施形態−−−
図５に示すように、第４実施形態の連結制振装置は、弾性体１５とダンパ１とを一組とする制振装置１３を、構造物２１ａ、２１ｂの高さ方向に二カ所の位置に、つまり前記制振装置１３を二組設けた点で第１実施形態と相違する。
【００３４】
構造物２１ａ、２１ｂによっては、振動モードが１次ではなく、高次になっている場合がある。構造物２１ａ、２１ｂの頂部に振動の腹が一つだけ存在する一次振動モードの場合は、第１実施形態のように制振装置を一カ所に設けて対応できるが、高次振動モードを防止するには、その振動において最も振幅が大きい、すなわち振動の腹の位置に合わせて制振装置を複数組設置する必要がある。
【００３５】
図５に高次振動モードの代表例として、左図に２次の振動モードの相対変位のパターンを、また右図にその際の制振装置１３の設置例を対応して示す。２次モードは腹が二つで、構造物２１ａ、２１ｂの頂部および地面Ｇから構造物２１ａ、２１ｂの高さの約三分の一の位置に存在している。基本的には、腹の部分に制振装置１３を設置すれば良く、構造物２１ａ、２１ｂの頂部に制振装置１３を、および地面Ｇから構造物の高さの約三分の一の位置に制振装置１３を設置すると大きな制振効果が得られる。例として２次の振動モードの場合を示したが、これ以外の高次のモードについても、同様に腹の位置に当該制振装置１３を複数設置すれば良い。また、１次モードと３次モードが複合する等、複数の振動モードが混在する場合は振動状況を調査し、その腹の位置に当該制振装置１３を設置すれば良い。
【００３６】
−−−第５実施形態−−−
図６に示すように、第５実施形態の連結制振装置は、第１ケーブル１５ａの二カ所に各々一本ずつ第２ケーブル１５ｂを係止して、第１ケーブル１５ａに張力を付与して、この第１ケーブル１５ａに二つの屈曲点１５ｃを形成した点で第１実施形態と相違する。そして、このように第２ケーブル１５ｂの本数を増やすことで、弾性体１５全体としてのバネ定数を変化して最適値に容易に調整することができる。
【００３７】
−−−他の構造物への適用例−−−
図７および図８に第１実施形態を他の構造物へ適用した例を示す。
図７は、内塔２３ａと外塔２３ｂとからなる二重円筒構造の高層煙突２３への適用例を示し、その中心位置での側断面図である。
この高層煙突２３の内塔２３ａと外塔２３ｂとの間には、内外塔の円周方向に９０゜刻みに４組の制振装置１３が設置されている。そして、任意の方向の水平振動を制振できるようになっている。
【００３８】
図８は、各々独立して立設した四角柱状の中央架構２５ａと、その周囲を囲繞する外周架構２５ｂとからなるコア建家２５への適用例を示し、その制振装置中心における側断面図である。
中央架構２５ａの四つの外側面と外周架構２５ｂの四つの内側面との間に、第１実施形態の制振装置１３が各々介装されており、任意の方向の水平振動を制振できるようになっている。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
【００４０】
（ａ）本実施形態においては、ケーブルは、針金の撚線からなるワイヤーを撚り合わせたものを使用したが、弾性を有していればこれに限るものではなく、樹脂などでもよい。また、その太さは、第１ケーブルも第２ケーブルも長手方向に亘って同径としたが、長手方向に亘って変化させてもよい。
【００４１】
（ｂ）本第１実施形態においては、第２ケーブルの転換方向は、鉛直下方向の長い空間を利用するため鉛直下方向に引き回したが、別途スペースがあればその方向で良い。
【００４２】
（ｃ）本第１実施形態においては、第１ケーブルに第２ケーブルを結束してケーブル同士を一体化したが、三つ又に予め一体形成されたケーブルを用いてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載の発明では、構造物に作用する外力の大きさによって前記ケーブル全体のバネ定数が変化することはなく、常時最適なバネ定数を維持できて、並設されたダンパとによって所期の制振効果を常に奏することができる。したがい、地震などの大きな外力で生じる横揺れのみならず、交通振動や風などの小さな外力による横揺れにも可及的に制振することができてその居住性を著しく良好にできる。
また、該制振装置はケーブルとダンパという簡単な構成であり、各々汎用製品で製作することが可能のため安価に設置することができる。
【００４４】
請求項２記載の発明では、ケーブルに無理な負荷が作用することを防止できて、ケーブルの健全性を長期に亘って維持できる。
【００４５】
請求項３記載の発明では、連結制振装置の要の１つである弾性体のバネ定数を最適値に調整することが容易となり、当該連結制振法の能力を最大限に引き出すせて、制震性および居住性を向上することができる。
【００４６】
請求項４記載の発明では、高次振動モードにも対応することができ、制震性および居住性を更に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
【図２】第１実施形態の連結制振装置の制振作用を示す構造物の側断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態の連結制振装置を備えた構造物の側断面図である。
【図７】内塔と外塔とからなる高層煙突への第１実施形態の適用例を示す、該高層煙突の側断面図である。
【図８】中央架構と外周架構とからなるコア建家への第１実施形態の適用例を示す、該コア建家の側断面図である。
【図９】隣接する構造物間に並列に介装されたダンパと弾性体とからなる連結制振装置の概念図である。
【図１０】先の出願に係る連結制振装置の側断面図である。
【符号の説明】
Ｇ    地面
１    ダンパ
１３    連結制振装置
１５    弾性体、ケーブル
１５ａ  第１ケーブル
１５ｂ  第２ケーブル
１５ｃ  屈曲点、係止点
２１ａ、２１ｂ  構造物
【図１】
0003736279.tif 000002
【図２】
0003736279.tif 000003
【図３】
0003736279.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003736279.tif 000008
【図８】
0003736279.tif 000009
【図９】
0003736279.tif 000010
【図１０】
0003736279.tif 000011