JP2006104798A - 建物制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 重りが粘弾性部材とスプリングバネを介して水平方向に振動可能に取り付けられた建物制振装置を改良して、低温でも建物を振動し難くしたり、振動しても直ぐに振動が収めることのできる建物制振装置を提供することである。
【解決手段】 重り７が粘弾性部材５と複数のスプリングバネ６を介して前後左右や上下に振動可能に取り付けられた建物制振装置３であって、前記複数のスプリングバネ６の少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネ６２である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、建物が振動し難く、しかも、振動しても、この振動を直ぐに収めることができる建物制振装置に関する。

自動車、鉄道車両、飛行機等が通過したり、地震が発生すると、建物が振動するが、この建物の振動で建物の居住性が著しく害される。特に、一般の住宅、特に、プレハブ住宅やユニット住宅等の小規模建物においては、この振動が大きい。従って、この建物を振動し難くすることが重要である。

従来、建物を振動し難くする方法が種々知られている。
例えば、特許文献１に記載あるように、重りが粘弾性部材とスプリングバネを介して取り付けられた建物制振装置が知られている。そして、この建物制振装置を建物の柱と柱の間や梁と梁の間や床下や天井裏等に設置すると、地震や自動車等の通過によって建物が振動しても、この建物制振装置の固有振動数と建物の固有振動数が異なるので建物が振動し難いし、建物が振動しても、粘弾性部材とスプリングバネの粘弾性の作用でこの振動が直ぐに収まるのである。

特開平８−１２８２２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている重りが粘弾性部材とスプリングバネを介して取り付けられた建物制振装置は、この建物制振装置を設置した建物が振動し難くなるし、振動しても直ぐに収まるので、極めて好ましい装置であるが、冬期等で気温が低下すると、粘弾性部材が固くなり、粘弾性を失って、建物が振動し難くしたり、振動したときに、この振動を直ぐに収める作用が著しく低下するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、建物が振動し難く、振動しても直ぐに収まる作用を有する重りが取付部材に粘弾性部材とスプリングバネを介して取り付けられた建物制振装置を改良して、低温でも建物を振動し難くしたり、振動しても直ぐに収めることのできる建物制振装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、重りが粘弾性部材と複数のスプリングバネを介して水平方向に振動可能に取り付けられた建物制振装置であって、前記複数のスプリングバネは、少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネである。
本発明における粘弾性部材とは、ゴムや合成樹脂等の粘性と弾性とを合わせ有するもので、減衰作用を有するものである。

ゴムとしては、天然ゴムや、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、ニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム等の合成ゴム等がある。
合成樹脂としては、軟質ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等がある。
更に、ゴム板と鉄板等を幾重にも層状に積み重ねた積層ゴムでもよい。この積層ゴムは積層方向の圧縮に対して強く、鉄板同士の剪断方向にたいしては容易に変形して減衰作用を有する。従って、重い重りを載せても粘弾性特性が少ししか低下しない。このように、積層ゴムは単独の粘弾性部材とは異なる粘弾性特性を示す。従って、粘弾性部材の上に重りを載せる場所に設ける粘弾性部材としてこの積層ゴムを使用することが好ましい。

このように積層ゴムがその他の粘弾性部材と性質が異なるので、積層ゴム以外の粘弾性部材を積層ゴムと区別する際には、その他の粘弾性部材を減衰材と称することにする。
そして、取付部材に取り付けられた粘弾性部材の上に重りを載せ、重りと取付部材のその他の場所、例えば、側面や上面とにスプリングバネを差し渡して取り付けると、重りが粘弾性部材やスプリングバネを介して取り付けられ、その結果、重りが水平方向に振動可能になるので好ましい。

この際、この重りを載せる粘弾性部材として積層ゴムや減衰材を単独に使用してもよいが、両者を並列に並べると、積層ゴムが主に重りの荷重を支持し、この重りを載せたときに低下する粘弾性を制振材が補う作用をするので、好ましい。
本発明の建物制振装置を建物の中に設ける場所は適宜でよいが、床下や、壁の中や、天井裏や、小屋裏等の見えない場所に設けることが好ましい。特に、建物の上方は揺れ易いので、建物の上方、例えば、小屋裏に設けることが好ましい。

そして、この建物の床下や、壁の中や、天井裏や、小屋裏等は狭いので、本発明の建物制振装置としてはコンパクトなものが好ましい。
このように、建物制振装置をコンパクトにするには、建物に建物制振装置を取り付ける部材、例えば、取付部材を筒状短尺体とし、この２個の筒状短尺体の取付部材を一定の距離を隔てて開口部を向かい合わせにして設置し、この２個の取付部材の筒状の下側壁の上に粘弾性部材を取り付け、この粘弾性部材の上に重りを載せるとよい。このようにすると、重りの端面より内側に取付部材が位置して、その結果、建物制振装置が重りより長くならないし、重りの側面にスプリングバネを取り付け易くなる。また、重りの側面にスプリングバネを取り付けても重りの幅が重りより若干大きくだけである。従って、この建物制振装置はコンパクトになるので好ましい。

また、積層ゴムと減衰材とを並列に並べる場合には、積層ゴムの略中心に上面から下面に到る通孔を設け、この通孔の中に減衰材を挿入すると、積層ゴムと減衰材とが一体になり、この一体になった部材を取り付けるだけで、積層ゴムと減衰材の両方を取り付けることができ、便利である。

本発明におけるスプリングバネは、少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネであるが、これは、一部が形状記憶合金であり、その他が汎用の金属製のスプリングバネであってもよいし、全部が形状記憶合金であってもよいこと意味している。
この際の汎用のスプリングバネとは、従来よく知られている金属製のスプリングバネであって、鋼等の鉄製のスプリングバネや真鍮製のスプリングバネ等がある。特に、請求項２に記載の発明のように、鉄製のスプリングバネは機械的強度が大きく好ましい。ここで鉄製のスプリングバネとは鋼製のスプリングバネや、鉄を主成分とする合金製のスプリングバネ等をいう。
また、形状記憶合金製のスプリングバネとは、形状記憶合金をスプリングバネの形状に成形したものであり、一定温度（変態点）以下では柔らかく、粘弾性部材に似た粘弾性を有し、変態点以上になると、スプリングバネと同様な弾性を有するものである。

そして、この粘弾性部材が硬化する温度近傍に変態点を有する形状記憶合金を使用してスプリングバネにすると、粘弾性部材が硬化したときに、この形状記憶合金製のスプリングバネが粘弾性部材の替わりの働きをする。従って、複数のスプリングバネの一部を汎用のスプリングバネとし、残りを粘弾性部材が硬化する温度にり若干高い温度に変態点を有する形状記憶合金製のスプリングバネにすると、粘弾性部材が硬化したときには、既に、形状記憶合金が粘弾性を有するものになっていて、この粘弾性部材の代わりをするようになり、好ましい。

なお、複数のスプリングバネの一部を汎用のスプリングバネとし、残りのスプリングバネを形状記憶合金製のスプリングバネとする場合の比率は適宜でよいが、略１：１が好ましい。
そして、使用する粘弾性部材の種類によってこの変態点は異なるが、通常の粘弾性部材が硬化する温度は略０℃であるので、この０℃より若干高い２℃に変態点を有する形状記憶合金が好ましい。かかる形状記憶合金としては、ニッケル−チタン合金を挙げることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明に係り、前記粘弾性部材が積層ゴムと減衰材を並列に並べたものであり、前記複数のスプリングパネルの一部が鉄製のスプリングバネであり、前記形状記憶合金製のスプリングバネがニッケル−チタン合金製のスプリングバネである。
（作用）

請求項１に記載の発明では、重りが粘弾性部材と複数のスプリングバネを介して水平方向に振動可能に取り付けられた建物制振装置であるので、この建物制振装置を取り付けた建物は、土地が振動し、この土地に固定されている床梁が振動しても、建物制振装置の固有振動数と建物の固有振動数の違いによって建物全体が振動し難いし、振動しても、建物制振装置のスプリングバネや粘弾性部材の粘弾性の作用で直ぐに収まる。
しかも、この請求項１に記載の発明では、前記複数のスプリングバネは、少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネであるので、この建物制振装置の粘弾性特性が低温まで延長され、一年中いつでも、この建物制振装置を取り付けた建物は振動し難く、振動しても直ぐに収まる。

このことを、図６を参照しながら、説明する。
発明者等の研究の結果、建物の大きさや建物制振装置の性能等によって多少異なるが、通常の建物では、固有振動数が３〜４ヘルツ／秒の建物制振装置を取り付けたときに建物が最も振動し難く、しかも、直ぐに収まることが判明した
そして、従来の汎用のスプリングバネを取り付けた従来の建物制振装置の固有振動数を測定すると、図６の細いＸ線で示すように、０℃と４０℃の間で３〜４ヘルツ／秒の範囲の中に入るが、０℃以下では、４ヘルツ／秒以上になる。一方、スプリングバネの半数を変態点が２℃の形状記憶合金製のスプリングバネに替えた建物制振装置は、図６の太いＹ線で示すように、固有振動数の３〜４ヘルツ秒の範囲が−５℃まで延長される。

そして、通常、建物の中の温度は−５℃〜４０℃であるので、建物の中にスプリングバネの半数を変態点が２℃の形状記憶合金製のスプリングバネに替えた建物制振装置を設置した建物は、冬期の寒いときや、夏期の暑いときでも、即ち、一年中いつでも、地震や自動車等の交通によって土地が振動しても、振動が小さく、振動しても直ぐに収まる。従って、この建物の居住性はよい。

請求項２記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明に係り、前記粘弾性部材が積層ゴムと減衰材を並列に並べたものであり、前記複数のスプリングバネの一部が鉄製のスプリングバネであり、前記形状記憶合金製のスプリングバネがニッケル−チタン合金製のスプリングバネであるので、粘弾性部材と、スプリングバネが最も優れた組み合わせになっていて、極めて良好な建物制振装置である。

以上説明したように、請求項１に記載の発明は、重りが粘弾性部材と複数のスプリングバネを介して水平方向に振動可能に取り付けられた建物制振装置であって、前記複数のスプリングバネは、少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネである建物制振装置であるから、この建物制振装置を取り付けた建物は、地震や自動車等の交通によって土地が前後左右や上下に振動しても、建物制振装置の固有振動数と建物の固有振動数の違いによって建物が振動し難いし、振動しても、スプリングバネや粘弾性部材の粘弾性の作用で直ぐに収まるし、この粘弾性の作用が低温まで延長され、一年中いつでも、建物が振動し難く、振動してもこの振動は直ぐに収まる。従って、この建物制振装置を取り付けた建物の居住性はよい。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明に係り、前記粘弾性部材が積層ゴムと減衰材を並列に並べたものであり、前記複数のスプリングバネの一部が鉄製のスプリングバネであり、前記形状記憶合金製のスプリングバネがニッケル−チタン合金製のスプリングバネであるから、粘弾性部材とスプリグバネが最適な組み合わせになっていて、極めて良好な建物制振装置である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例で示す。

図１〜図５は、本発明の建物制振装置を鉄骨系のユニット建物に取り付けた一実施例を示すものであって、図１は建物の斜視図、図２は建物ユニットを示す一部切欠斜視図、図３は建物制振装置を示すもので、（ａ）は一部切欠正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、図４は建物ユニットの天井梁に建物制振装置が取り付けられた状態の主要部を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図５は粘弾性部材を示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

図１〜図５において、Ｕは、鉄骨系の３階建てのユニット建物であり、この建物ユニット建物Ｕは、基礎９の上に４個の建物ユニット１が据え付けられて１階が形成され、この１階の建物ユニット１の上に４個の建物ユニット１が据え付けられて２階が形成され、この２階の建物ユニット１の上に４個の建物ユニット１が据え付けられて３階が形成され、この３階の建物ユニット１の上に屋根パネル２が取り付けられたものである。
そして、３階の４個の建物ユニット１の天井梁１３のそれぞれには、図４に示すように、建物制振装置３が取り付けられている。

建物ユニット１は、図２に示すように、平面視矩形状の四隅に立設された４本の鋼製の四角筒状の柱１１と、この柱１１の下端部を矩形状の辺に沿って連結した４本の鋼製の断面コ字形長尺体の床梁１２と、柱１１の上端部を矩形状の辺に沿って連結した４本の鋼製の断面コ字形長尺体の天井梁１３とからなる骨格を有する。
そして、この建物ユニット１は、この骨格の相対する長辺の床梁１２に鋼製の四角筒状長尺体の床小梁１４を差し渡し、この床小梁１４の上に木製の床根太１５を取り付け、この床根太１５の上にパーチクルボード製の床面材１６を取り付けて床を構成し、骨格の長辺の天井梁１３に木製の天井野縁１７を差し渡し、この天井野縁１７の下面に石膏ボードの天井面材１８を取り付けて天井を構成したものである。

なお、外壁を設ける場所には、床梁１２と天井梁１３に鋼製の断面コ字形の間柱１９を差し渡し、この間柱１９の屋外側に図示しない外壁パネルを、また、間柱１９の屋内側には図示しない内壁パネルをそれぞれ取り付け、この外壁パネルと内壁パネルの間に図示しないガラスウールの断熱材を取り付けて外壁を形成する。
建物制振装置３は、図３に示すように、取付部材４と、粘弾性部材５と、スプリングバネ６と、重り７とからなる。

取付部材４は鋼板の基板４１と鋼製の四角筒状短尺体の本体４２とからなる。そして、この基板４１には、この取付部材４を取り付け易いように左右に２個の取付孔４１１が、また、本体４２には、取付部材４を取り付け易いように前後に２個の取付孔４２１がそれぞれ設けられている。なお、この２種類の取付孔４１１、４２１が設けられているのは、建物制振装置３を設置場所の上に載置して取り付ける場合には、基板４１を設置場所の上に載せ、取付孔４１１にビスを通して設置することができるようにするためであり、設置場所に吊り下げて取り付ける場合には、本体４２の上側面を設置場所の下面に当接させ、本体４２の取付孔４２１にビスを通して設置することができるようにするためである。

この取付部材４には、スプリングバネ６が取り付け易いように本体４２の両側に取付片４４が設けられている。
粘弾性部材５は、図５に示すように、積層ゴム５１と減衰材５２と取付板５３とからなる。
積層ゴム５１は６枚の円盤状の天然ゴム板５１２と５枚の円盤状の鋼板５１３とが交互に積層されたものであり、この積層ゴム５１の中心部分には上下に貫通する通孔が設けられている。

減衰材５２は、シリコーンゴム製の柱状体であって、積層ゴム５１の略中心部分に設けられている通孔の中に挿入されている。
取付板５３は、積層ゴム５１と減衰材５２の両端面に取り付けられた鋼製の板体である。
スプリングバネ６は、鋼製のスプリングバネ６１とニッケル−チタン合金製のスプリングバネ６２とからる。

重り７は、長さが略２２０３ｍｍ（平面視矩形状の建物ユニット１の相対する長辺の天井梁間の距離より若干短い）、幅が略１６２ｍｍ、厚みが略７５ｍｍであって、２２０ｋｇの鋼製の塊である。
この重り７には、スプリングバネ６を取り付けるための取付片７１が両端部の両側面に１箇所宛合計４個設けられているし、また、両端面に取付片７２が１個宛、合計２個設けられている。即ち、合計６個の取付片７１、７２が設けられている。また、設置する場合に吊り上げる易いように係止片７５が両側に２個ずつ合計４個設けられている。

そして、この重り７を筒状短尺体の取付部材４に取り付けた後に、この重り７が取付部材４から外れないように、四角筒状の取付部材４の本体４２の幅より長いストッパー８が重り７の端面に取り付けられている。
そして、この建物制振装置３は、次に示すようにして製造される。
即ち、図３に示すように、２個の取付部材４を、一定距離（取付部材の中心から中心までの距離が略２１２３ｍｍ）隔てて開口部を向かい合わせに設置し、この取付部材４の本体４２の四角筒状短尺の下側片４２１の上に粘弾性部材５を載せてビス４５で取り付ける。

そして、係止片７５にフックを架けて重り７を吊り上げ、この重り７の両端部を取付部材４の四角筒状短尺の中に挿入しながら下ろして、重り７の両端部を粘弾性部材５の上に載せる。すると、重り７が２個の取付部材４に架け渡される。
そして、この重り７の両側面に設けられている取付片７１と取付部材４の取付片４４の内側とに、スプリングバネ６をそれぞれ２個ずつ差し渡して取り付ける。この際、上方のスプリングバネ６を鋼製のスプリングバネ６１とし、下方のスプリングバネ６をニッケル−チタン合金製のスプリングバネ６２とする。

すると、両端部の両側に４個ずつ合計８個のスプリングバネ６が重り７の長手方向に９側面に沿って取り付けられる。
従って、このように取り付けられたスプリングバネ６の半数は鋼製のスプリングバネ６１であり、残りの半数が形状記憶合金製のスプリングバネ６２である。
次に、重り７の端面に設けられている取付片７２と取付部材４の取付片４４の外側とに、スプリングバネ６をそれぞれ２個ずつ差し渡して取り付ける。この際、上方のスプリングバネ６を鋼製のスプリングバネ６１とし、下方のスプリングバネ６をニッケル−チタン合金製のスプリングバネ６２とする。

すると、両端に４個ずつ合計８個のスプリングバネ６が重り７の短手方向に端面に沿って取り付けられる。
従って、このように取り付けられたスプリングバネ６の半数は鋼製のスプリングバネ６１となるし、また、残りの半数が形状記憶合金製のスプリングバネ６２となる。
このようにすると、重り７は、スプリングハネ６と粘弾性部材５を介して取り付けられ、この重り７は前後左右と上下に振動可能になる。

最後に、重り７の端面に、四角筒状の取付部材４の本体４２の幅より長いストッパー８を取り付ける。すると、重り７が取付部材４から外れなくなる。
このようにして製造された建物制振装置３は、粘弾性部材５に、最も好ましい積層ゴム５１と、減衰材５２を使用し、スプリングバネ６の半数を鋼製のスプリングバネとし、残りの半数をニッケル−チタン合金製のスプリングバネにして使用するので、この粘弾性部材５とスプリングバネ６の組み合わせが最も優れていて、この建物制振装置３を設置した建物は、低温でも振動し難いし、振動しても、直ぐに収まるので、極めて好ましい。

次に、このユニット建物Ｕの施工方法について説明する。
工場で建物ユニット１や屋根パネル２を製造する。
この際、３階に据え付ける建物ユニット１の天井梁１３には、建物制振装置３を取り付ける。

この建物制振装置３を取り付ける方法は、図３に示すように、３階の建物ユニット１の平面視略矩形状の相対する長辺の天井梁１３に建物制振装置３を差し渡し、天井梁１３の上側フランジ１３１に取付部材４の四角筒状短尺の上側片４２２を当接させ、ビスで、上側片４２２と天井梁１３の上側フランジ１３１とを固定する。
このようにすると、３階の建物ユニット１の天井梁１３に建物制振装置３が吊り下げられて取り付けられる。
なお、この建物制振装置３はコンパクトであり、ユニット建物Ｕの天井梁１３に取り付け易い。

このようにして製造した建物ユニット１や屋根パネル２を施工現場に運搬する。
施工現場では、予め、設けられている基礎９の上に４個の建物ユニット１を据え付けて、１階を形成し、この１階の建物ユニット１の上に４個の建物ユニット１を据え付けて２階を形成し、この２階の建物ユニット１の上に４個の建物制振装置３が取り付けられた建物ユニット１を据え付けて３階を形成し、この３階の建物ユニット１の上に屋根パネル２を取り付ける。
更に、種々な仕上げを行うと、ユニット建物Ｕが完成する。

このようにして完成したユニット建物Ｕでは、建物制振装置３が３階の天井梁１３に取り付けられているので、土地が振動し、この土地に固定されている床梁１２が振動しても、ユニット建物Ｕの固有振動数と建物制振装置３の固有振動数の違いによってユニット建物Ｕが振動し難く、しかも、振動しても、この振動はスプリングバネ６や粘弾性部材５の粘弾性の作用で直ぐに収まる。

しかも、この複数のスプリングバネ６の半数が鋼製のスプリングバネ６１であり、残りの半数が形状記憶合金製のスプリングバネ６２であるので、この建物制振装置３の粘弾性特性が低温まで延長され、一年中いつでも、地震や自動車の交通等で地面が振動しても、このユニット建物Ｕが振動し難く、振動しても直ぐに収まり、居住性のよい建物である。

この実施例では、建物制振装置を鉄骨系のユニット建物に取り付けた場合について説明したが、その他の建物であってもよい。例えば、実施例と異なった鉄骨系建物でもよいし、木造の建物でもよい。また、戸建て住宅でもよいし、共同住宅でもよい。
また、建物制振装置を３階の建物の天井裏、即ち、小屋裏に取り付けた場合について説明したが、この建物制振装置を取り付ける場所は適宜でよい。例えば、１階の天井と２階の床との間に取り付けてもよいし、壁の中に取り付けてもよいし、１階の床下に取り付けてもよい。

また、この建物制振装置を平面視矩形状の長辺方向の相対する天井梁に差し渡して取り付けたが、この建物制振装置の方向は適宜でよい。例えば、長辺の天井梁に沿って平行に取り付けてもよい。
また、積層ゴムの中に制振材を挿入した制振部材を使用したが、積層ゴムの隣に制振材を設置してもよい。また、積層ゴムだけでもよいし、制振材だけでもよい。
また、スプリングバネとしては、汎用のスプリングバネと形状記憶合金製のスプリングバネの比率を１：１にしたが、この比率は適宜でよい。例えば、２：１でもよいし、１：２でもよい。

また、汎用のスプリングバネとして、鋼製のスプリングバネを使用したが、この汎用のスプリングバネの種類は適宜でよい。また、形状記憶合金製のスプリングバネとしてニッケル−チタン合金製のスプリングバネを使用したが、その他の形状記憶合金製のスプリングバネでもよい。

実施例の建物の斜視図である。 実施例の建物ユニットを示す一部切欠斜視図である。 実施例の建物制振装置を示すもので、（ａ）は一部切欠正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 実施例の建物ユニットの天井梁に建物制振装置が取り付けられた状態の主要部を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 実施例の粘弾性部材を示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 建物制振装置の温度による固有振動数の変化を示す図表である。

符号の説明

Ｕ 建物（ユニット建物）
１ 建物ユニット
３ 建物制振装置
４ 取付部材
５ 粘弾性部材
５１ 積層ゴム
５２ 制振材
６ スプリングバネ
６１ 鋼製のスプリングバネ
６２ 形状記憶合金製のスプリングバネ
７ 重り

Claims (2)

1. 重りが粘弾性部材と複数のスプリングバネを介して水平方向に振動可能に取り付けられた建物制振装置であって、前記複数のスプリングバネは、少なくとも一部が形状記憶合金製のスプリングバネであることを特徴とする建物制振装置。
2. 前記粘弾性部材が積層ゴムと制振材を並列に並べたものであり、前記複数のスプリングバネの一部が鉄製のスプリングバネであり、前記形状記憶合金製のスプリングバネがニッケル−チタン合金製のスプリングバネであることを特徴とする請求項１に記載の建物制振装置。

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