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JP4749599B2 - Damping structure of structures with large spaces - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大空間を有する構造物の振動を抑止するための制震構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大空間を有する構造物の例としては、野球場や、サッカーや陸上競技用トラックを有する競技場などがある。これらの大空間を有する構造物は、その性格上、大空間の内部に柱などを設置できない。このため、ドーム状の野球場などではドーム状の屋根の支持スパンが非常に大きくなることになる。同様に、競技場などでは観客席の上部に大型の屋根が設置され、この大型の屋根が片持ち状の構造とされることが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような大スパンのドーム状の屋根や片持ち状の大型屋根構造などは、風や地震などによる振動に対して不利であることは良く知られている。上述したドーム屋根や片持ち状の大型屋根のみならず、大空間を有する構造物においては大空間の周囲に(水平方向のみならず垂直方向にも)スパンの大きな構造が構築されるため、風や地震などによる振動に対して不利な構造部分を有することとなる。このような状況下、大空間を有する構造物における制震をもっと効果的に行いたいという要望があった。
【0004】
本発明の目的は、大空間を有する構造物において、振動制御を効果的に行うことのできる制震構造を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、大空間と、この大空間の周囲に格子状に配置された中空構造部材とを有する構造物の制震を行うもので、中空構造部材が交差するノード部の内部にチューンドマスダンパを内蔵させたことを特徴としている。
【0006】
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、中空構造部材が大空間を上部から覆う屋根の骨組みであることを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施形態を適用する大空間を有する構造物(大型ドーム構造)の模式図である。図2は、制震機構を組み込んだドーム構造体のノード部(節点)の側面図である。
【0008】
図1に示されるように、本実施形態の制震構造が組み込まれる大型ドーム1は、中空丸形鋼管(中空構造部材)2を格子状に構築したものを基本骨格構造として有している。そして、その基本骨格構造の中央部は隆起された形になり、ドーム状の形態が構築される。なお、図示されないが、このドーム1の上部に膜が張られ、このドーム1自体が野球場の上部に屋根として設置される。
【0009】
このドーム1は、上述した基本骨格構造の周囲だけで支持され、基本骨格構造の中央部分が下方から支持されることはない。基本骨格構造を構成する中空丸形鋼管(中空構造部材)2には、主として、基本骨格構造の節点(ノード)部分に配される交差した形状の鋼管(図2参照:以下、この交差した形状の鋼管をノード部3と言うこととする)と、各ノード部3同士を連結する僅かに湾曲した鋼管との二種類がある。後者の鋼管は、ドーム1の形状に合わせて僅かに湾曲している。なお、図2に示されるノード部3の内部には、後述する制震機構が組み込まれているが、すべてのノード部3に制震機構が必ず組み込まれているということではない。
【0010】
交差した鋼管(ノード部3)と僅かに湾曲した棒状の鋼管の各端部にはそれぞれフランジ3aが形成されており、このフランジ3a同士がボルト・ナットなどで締結される。本実施形態のドーム1は、野球場の屋根として使用されるものであり、各鋼管の直径は2m程度のものである。
【0011】
そして、上述した格子状の中空鋼管の任意の場所には、図2に示されるなマス-バネ系からなるパッシブな制震機構が内蔵されている。本実施形態においては、制震機構はノード部3の内部に組み込まれているが、棒状の中空鋼管の内部に組み込まれてもよい。制震機構を組み込むに際しては、基本骨格構造をあらかじめ構造解析して効果的に制震を行える位置及び数をあらかじめ決定する。また、各制震機構の固有振動数も決定する。
【0012】
制震機構は、チューンドマスダンパ(TMD)であり、重り4とバネ5とからなる。チューンドマスダンパとは、マス-バネ系からなる構造を有しており、このマス-バネ系の固有振動数が設置される構造物の固有振動数と同調(チューン)されているものである。このようなチューンドマスダンパを設置することによって、構造物の振動エネルギーを吸収して構造物の揺れを低減させることができる。
【0013】
重り4には、複数のバネ5の一端が取り付けられており、各バネ5の他端はノード部3となる鋼管の内面に取り付けられている。これより、重り4はノード部3の内部に浮いた状態となっている。なお、このマス-バネ系に用いるバネとしては、積層ゴムなどのゴム部材を用いてもよいし、金属スプリングなどを用いても良く、マス-バネ系のバネとして機能し得るようなものであれば、どのようなものでも構わない。
【0014】
また、最終的に構造物が組み上げられた後に実地で振動解析を行い、その結果に基づいて、各制震機構(チューンドマスダンパ)のチューニングを再度調整する。この場合は、該当部分のノード部3を一旦取り外し、再チューニングの後、取り付け直すこともある。本実施形態の制震構造によれば、大空間を有す構造物においても効果的に振動制御を行うことができる。また、チューンドマスダンパは中空構造部材の内部に組み込まれるため、外観上目に触れることはなく、意匠上からも非常に優れたものとなる。
【0015】
さらに、チューンドマスダンパは中空構造部材の内部に組み込まれているので、太陽光や風雨などに長期的に曝されることによる性能変化などを生じさせる危険性が非常に少ない。また、劣化も抑止できるので耐久性上からも有利である。
【0016】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は野球場のドーム屋根に本発明の制震構造を適用したものであるが、本発明は他の構造物に対しても適用し得る。例えば、競技場などの片持ち状の大型屋根に適用してもよい。この場合は、屋根を支える柱を中空の構造部材とし、この内部にチューンドマスダンパを組み込むなどすればよい。
【0017】
あるいは、ビル内部にアトリウムなどの大きな吹き抜け空間を形成させるような場合に大空間の天井部や側壁部や床部に配設された中空構造部材内に本発明の制震構造を適用してもよい。あるいは、トラスによって大スパンの骨格構造を構築する場合などにトラスを構成する中空構造部材内に本発明の制震構造を適用してもよい。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、チューンドマスダンパによる制震効果を効果的に得ることができるため、優れた振動制御を行うことができる。また、チューンドマスダンパは、中空構造部材内に配設されるために外部から目に触れることはなく、意匠上からも非常に有利である。また、チューンドマスダンパの設置も複数箇所に分散して行うことも可能であり、制震制御の効果を確実に得ることができるような調整を行いやすい。さらに、中空構造部材中にチューンドマスダンパを設置することによって、二次元だけの平面内での振動に対して対応するのではなく、振動に対して三次元的に対応することが容易となる。
【0019】
さらに、本発明の制震構造によれば、その制震効果によって上述した中空構造材の肉厚を薄くすることも可能になる。このため、本発明の制震構造は、原材料の削減にも寄与すると共に、構造材の軽量化による施工性向上、ひいては、工期短縮にも寄与するものとなる。
【0020】
なお、上述した競技場や野球場などの大型の屋根の場合は、競技場などの内部で渦巻いた風などが下から吹き上げるなどして、振動上不利な状況となることが多く、本発明による制震効果は非常に有効である。これらの構造物では、その性格上、必然的の屋根のスパンが大きくなる、あるいは、大型屋根を片持ちで支持することになるので、本発明による制震効果は非常に有効である。
【0021】
また、屋根部分の重量を軽減することにもなるため、下部構造物への負担も軽減(下部構造物の小断面化も可能)できるという利点もある。さらに、大空間の屋根部からはスピーカなどの吊り物が設置される場合が多いが、このような大空間の屋根部に本発明を適用すれば、制震制御上に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制震構造を適用する構造物(大型ドーム構造)の模式図である。
【図2】図1に示すドーム構造体の制震機構を組み込んだノード部(節点)の側面図である。
【符号の説明】
1…ドーム(構造物)、2…中空丸形鋼管(中空構造部材)、3…ノード部、4…(チューンドマスダンパの)重り、5…(チューンドマスダンパの)バネ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration control structure for suppressing vibration of a structure having a large space.
[0002]
[Prior art]
Examples of the structure having a large space include a baseball field and a stadium having a track for soccer and athletics. A structure having such a large space cannot be provided with a pillar or the like inside the large space due to its character. For this reason, in a dome-like baseball field or the like, the support span of the dome-like roof becomes very large. Similarly, in stadiums and the like, a large roof is installed on the upper part of the spectator seat, and this large roof often has a cantilever structure.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
It is well known that such a large-span dome-shaped roof or a cantilevered large roof structure is disadvantageous against vibrations caused by wind or earthquake. Not only the above-mentioned dome roof and cantilevered large roof, but also structures with large spaces, a structure with a large span is built around the large space (not only horizontally but also vertically). It has a structure part that is disadvantageous to vibration caused by earthquakes. Under such circumstances, there has been a demand for more effective seismic control in structures with large spaces.
[0004]
An object of the present invention is to provide a vibration control structure capable of effectively performing vibration control in a structure having a large space.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 dampens a structure having a large space and hollow structural members arranged in a lattice shape around the large space, and is provided for a node portion where the hollow structural members intersect . It is characterized by a built-in tuned mass damper.
[0006]
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the hollow structural member is a roof frame that covers the large space from above.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a structure (large dome structure) having a large space to which an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a side view of the node portion (node) of the dome structure incorporating the vibration control mechanism.
[0008]
As shown in FIG. 1, the large dome 1 in which the vibration control structure of the present embodiment is incorporated has a basic skeleton structure in which hollow round steel pipes (hollow structure members) 2 are constructed in a lattice shape. And the center part of the basic skeleton structure becomes a raised shape, and a dome-like form is constructed. Although not shown, a film is stretched on the top of the dome 1, and the dome 1 itself is installed as a roof on the top of the baseball field.
[0009]
The dome 1 is supported only around the basic skeleton structure described above, and the central portion of the basic skeleton structure is not supported from below. The hollow round steel pipe (hollow structure member) 2 constituting the basic skeletal structure mainly includes cross-shaped steel pipes arranged at the nodes of the basic skeletal structure (see FIG. 2; hereinafter, this crossed shape). There are two types of steel pipes: a slightly curved steel pipe that connects the node parts 3 to each other. The latter steel pipe is slightly curved according to the shape of the dome 1. In addition, although the damping mechanism mentioned later is incorporated in the inside of the node part 3 shown by FIG. 2, it does not necessarily mean that the damping mechanism is incorporated in all the node parts 3. FIG.
[0010]
A flange 3a is formed at each end of the intersecting steel pipe (node part 3) and a slightly curved rod-shaped steel pipe, and the flanges 3a are fastened with bolts and nuts. The dome 1 of this embodiment is used as a roof of a baseball field, and each steel pipe has a diameter of about 2 m.
[0011]
And the passive damping mechanism which consists of a mass-spring system shown by FIG. 2 is incorporated in the arbitrary places of the lattice-shaped hollow steel pipe mentioned above. In the present embodiment, the vibration control mechanism is incorporated in the node portion 3, but may be incorporated in a rod-shaped hollow steel pipe. When incorporating a vibration control mechanism, the position and number of effective vibration control are determined in advance by structural analysis of the basic skeleton structure. Also determine the natural frequency of each seismic control mechanism.
[0012]
The vibration control mechanism is a tuned mass damper (TMD) and includes a weight 4 and a spring 5. The tuned mass damper has a structure composed of a mass-spring system, and the natural frequency of the mass-spring system is synchronized with the natural frequency of the structure to be installed. By installing such a tuned mass damper, the vibration energy of the structure can be absorbed and the vibration of the structure can be reduced.
[0013]
One end of a plurality of springs 5 is attached to the weight 4, and the other end of each spring 5 is attached to the inner surface of a steel pipe that becomes the node portion 3. Accordingly, the weight 4 is in a state of floating inside the node unit 3. The spring used in this mass-spring system may be a rubber member such as laminated rubber, or a metal spring, etc., as long as it can function as a mass-spring system spring. Anything can be used.
[0014]
Moreover, after the structure is finally assembled, vibration analysis is performed on the ground, and the tuning of each vibration control mechanism (tuned mass damper) is adjusted again based on the result. In this case, the node part 3 of the corresponding part may be temporarily removed, and re-tuned and then reattached. According to the vibration control structure of the present embodiment, vibration control can be effectively performed even in a structure having a large space. Further, since the tuned mass damper is incorporated in the hollow structural member, it is not noticeable in appearance and is very excellent in terms of design.
[0015]
Furthermore, since the tuned mass damper is incorporated in the hollow structural member, there is very little risk of causing a change in performance due to long-term exposure to sunlight or wind and rain. Moreover, since deterioration can also be suppressed, it is advantageous from the viewpoint of durability.
[0016]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, although the above-described embodiment applies the vibration control structure of the present invention to a dome roof of a baseball field, the present invention can also be applied to other structures. For example, the present invention may be applied to a cantilevered large roof such as a stadium. In this case, the pillar supporting the roof may be a hollow structural member, and a tuned mass damper may be incorporated in the inside.
[0017]
Alternatively, when a large atrium space such as an atrium is formed inside a building, the vibration control structure of the present invention is applied to a hollow structural member disposed on the ceiling, side wall, or floor of the large space. Good. Alternatively, the seismic damping structure of the present invention may be applied to a hollow structural member constituting a truss when a large-span skeleton structure is constructed with the truss.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the vibration control effect by the tuned mass damper can be obtained effectively, excellent vibration control can be performed. Moreover, since the tuned mass damper is disposed in the hollow structural member, the tuned mass damper is not visible from the outside, and is very advantageous from the viewpoint of design. In addition, the tuned mass dampers can be installed in a plurality of locations, and it is easy to make adjustments that can surely obtain the effect of the vibration control. Furthermore, by installing a tuned mass damper in the hollow structural member, it becomes easier to deal with vibration in three dimensions rather than dealing with vibration in a two-dimensional plane.
[0019]
Furthermore, according to the vibration control structure of the present invention, it is possible to reduce the thickness of the above-described hollow structure material due to the vibration control effect. For this reason, the seismic damping structure of the present invention contributes to the reduction of raw materials and also improves the workability by reducing the weight of the structural material, and thus contributes to the shortening of the construction period.
[0020]
In the case of a large roof such as the above-described stadium or baseball stadium, a swirling wind or the like inside the stadium or the like often blows from below, which is disadvantageous in terms of vibration. The vibration control effect is very effective. In these structures, because of the nature of the structure, a necessary roof span is increased, or a large roof is supported by a cantilever, so that the vibration control effect according to the present invention is very effective.
[0021]
In addition, since the weight of the roof portion is reduced, there is an advantage that the burden on the lower structure can be reduced (the lower structure can be reduced in cross section). Further, a suspended object such as a speaker is often installed from the roof portion of the large space, but if the present invention is applied to the roof portion of such a large space, it is advantageous in terms of vibration control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a structure (large dome structure) to which a vibration control structure of the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view of a node portion (node) incorporating the vibration control mechanism of the dome structure shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dome (structure), 2 ... Hollow round steel pipe (hollow structure member), 3 ... Node part, 4 ... Weight of tuned mass damper, 5 ... Spring of tuned mass damper.

Claims (2)

大空間と該大空間の周囲に格子状に配置された中空構造部材とを有する構造物の制震構造において、
前記中空構造部材が交差するノード部の内部にチューンドマスダンパを内蔵させたことを特徴とする、大空間を有する構造物の制震構造。
In the vibration control structure of a structure having a large space and hollow structural members arranged in a lattice pattern around the large space,
A damped structure for a structure having a large space, wherein a tuned mass damper is built in a node portion where the hollow structural members intersect .
前記中空構造部材が前記大空間を上部から覆う屋根の骨組みであることを特徴とする請求項1に記載の大空間を有する構造物の制震構造。  2. The vibration control structure for a structure having a large space according to claim 1, wherein the hollow structural member is a roof frame that covers the large space from above.
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