JP2018145627A

JP2018145627A - 床構造

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Publication number: JP2018145627A
Application number: JP2017039303A
Authority: JP
Inventors: 孝行曽根; Takayuki Sone; 貴博木下; Takahiro Kinoshita; 弘樹濱口; Hiroki Hamaguchi; 山本　雅史; Masafumi Yamamoto; 雅史山本; 崇宏待永; Takahiro Machinaga; 西村　章; Akira Nishimura; 章西村
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: JP6895274B2

Abstract

【課題】床振動に対して制振ダンパーの減衰力を効果的に発揮させる。【解決手段】周縁を支持構造体によって支持された矩形平面形状の床部と、前記床部の前記周縁に前記床部と前記支持構造体との縁を切って設けられた自由端部と、前記自由端部と前記支持構造体とを繋ぐ制振ダンパーと、を有する床構造。【選択図】図１

Description

本発明は、床振動を低減する床構造に関する。

粘性系ダンパーや粘弾性ダンパー等の制振ダンパーを用いて床振動を低減する床制振方法がある。例えば、特許文献１には、構造物を構成する上下の床に両端部をそれぞれピン接続することによって、床振動を低減する粘弾性ダンパーが開示されている。

制振ダンパーを用いて床振動を低減する床制振方法において、効率良く高い制振効果を発揮させるためには、床振動の振幅が最も大きくなる床中央部付近と、床周辺部を支持するあまり振動しない支持構造体（梁や柱）とを繋ぐように制振ダンパーを設けるのが有効である。

しかし、この場合、制振ダンパーのダンパー長（制振ダンパーの設置間水平距離）が長くなり、且つ、高さ方向に対して狭い床下空間（天井裏空間）内に制振ダンパーを配置しなければならない。

よって、制振ダンパーは、小さな傾斜で傾けて配置されることになり、このため制振ダンパーの変位量が大きくならないので、床に発生する上下振動に対して制振ダンパーの減衰力を効果的に発揮させることができなくなってしまう。

特開平６−４９９２３号公報

本発明は係る事実を考慮し、床振動に対して制振ダンパーの減衰力を効果的に発揮させることを課題とする。

第１態様の発明は、周縁を支持構造体によって支持された矩形平面形状の床部と、前記床部の前記周縁に前記床部と前記支持構造体との縁を切って設けられた自由端部と、前記自由端部と前記支持構造体とを繋ぐ制振ダンパーと、を有する床構造である。

第１態様の発明では、床部の周縁に自由端部を設けることにより、床部の振動モードにおいて大きく振動する位置を床部の自由端部側へつくり、この自由端部と支持構造体とを制振ダンパーで繋ぐことによって、制振ダンパーにより床振動を効率よく低減することができる。

また、床中央部付近と支持構造体とを繋ぐように制振ダンパーを設置するのと比較して、制振ダンパーの設置間水平距離が短くなるので、床部に発生する上下振動に対して減衰力を効果的に発揮させられるように制振ダンパーを配置することができる。すなわち、床振動に対して制振ダンパーの減衰力を効果的に発揮させることができる。

第２態様の発明は、第１態様の床構造において、前記自由端部は、対向して２つ設けられている。

第２態様の発明では、床部に自由端部を２つ設けることにより、床部の振動モードにおいて大きく振動する位置を２つの自由端部側へ分散させることができる。これにより、減衰力の小さい制振ダンパーを用いることができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の床構造において、前記自由端部に沿って設けられ該自由端部を支持する梁を有する。

第３態様の発明では、自由端部に沿って設けられこの自由端部を支持する梁により、静的荷重下における自由端部の撓みを低減することができる。

本発明は上記構成としたので、床振動に対して制振ダンパーの減衰力を効果的に発揮させることができる。

本発明の実施形態に係る床構造を示す平面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の実施形態に係る制振ダンパーの取り付け状況を示す側面図である。従来の床構造を示す平面図である。従来の床構造を示す側面断面図である。従来の床構造を示す平面図である。図６のＢ−Ｂ断面図である。従来の床スラブのモデルを示す斜視図である。従来の床スラブのモデルに対して数値シミュレーションにより求めた１次振動モード形を示す斜視図である。自由端部が設けられた床スラブのモデルを示す斜視図である。自由端部が設けられた床スラブのモデルに対して数値シミュレーションにより求めた１次振動モード形を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る床構造に基づく床スラブのモデルを示す斜視図である。本発明の実施形態に係る床構造に基づく床スラブのモデルと、従来の床スラブのモデルとに対して数値シミュレーションにより求めた、振動数に対する伝達関数のゲインの値を示す線図である。本発明の実施形態に係る制振ダンパーのバリエーションを示す側面断面図である。本発明の実施形態に係る制振ダンパーのバリエーションを示す側面断面図である。本発明の実施形態に係る床構造のバリエーションを示す平面図である。本発明の実施形態に係る床構造のバリエーションを示す平面図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る床構造について説明する。

図１の平面図、及び図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、本実施形態の床構造１０は、床部としての矩形平面形状の床スラブ１２（一点鎖線で囲まれた部分）と、床スラブ１２の周縁に設けられた自由端部１４と、制振ダンパーとしての粘性系ダンパー１６と、を有して構成されている。

床スラブ１２は、躯体となる柱を構成する支持構造体としての柱１８と、躯体となる周辺梁を構成する支持構造体としての大梁２０とに、周縁を支持されている。床スラブ１２及び柱１８は、鉄筋コンクリートによって形成されており、大梁２０は、Ｈ形鋼によって形成されている。

本実施形態では、矩形平面形状の床スラブ１２の全周縁の内の、平面視にて対向する二辺を構成する周縁部２２、２４と、平面視にて周縁部２２、２４の端部同士をつなぐ一辺を構成する周縁部２６とが、柱１８と大梁２０とによって支持されている。このように、床部としての床スラブ１２は、床スラブ１２全体が支持されるように床スラブ１２の全周縁の一部が支持されていればよい。

床スラブ１２は、柱１８及び大梁２０による支持間距離が大スパンとなる大スパン床を構成している。また、床スラブ１２は、両端が柱１８に支持された小梁２８と、一端が柱１８に支持された小梁３０とに支持されている。小梁２８、３０は、Ｈ形鋼により形成されており、格子状に配置されている。

平面視にて周縁部２６と対向する床スラブ１２の周縁部３４には、スリット３２が形成されており、これによってこの周縁部３４が自由端部１４となっている。すなわち、自由端部１４は、床スラブ１２の周縁に、支持構造体（柱１８及び大梁２０）と、床スラブ１２との縁を切って設けられている。また、床スラブ１２の自由端部１４は、この自由端部１４に沿って設けられた梁としての小梁３６によって支持されている。小梁３６は、Ｈ形鋼によって形成されている。

図３に示すように、粘性系ダンパー１６は、支持構造体としての大梁２０と、床スラブ１２の自由端部１４を支持する（床スラブ１２の自由端部１４が上端部に固定された）小梁３６とを繋ぐようにして１つ配置されている。すなわち、床スラブ１２の自由端部１４と大梁２０とを粘性系ダンパー１６によって繋いでいる。

粘性系ダンパー１６の下端部３８は、大梁２０の下端部に設けられたガセットプレート４０にピン連結され、粘性系ダンパー１６の上端部４２は、小梁３６の上端部に設けられたガセットプレート４４にピン連結されている。これによって、粘性系ダンパー１６は、粘性系ダンパー１６の向き４６（粘性系ダンパー１６の作動方向）が大きな傾斜となるように配置されている。

次に、本発明の実施形態に係る床構造の作用と効果について説明する。

本実施形態の床構造１０では、図１及び図２に示すように、床スラブ１２に自由端部１４を設けることにより、床スラブ１２の振動モードにおいて大きく振動する位置を床スラブ１２の自由端部１４側へつくり、この自由端部１４と、床スラブ１２の振動モードにおいてほとんど振動を生じない大梁２０とを粘性系ダンパー１６で繋ぐことによって、粘性系ダンパー１６により床スラブ１２の床振動を効率よく低減することができる。

図４の平面図、及び図５の側面断面図には、粘性系ダンパー等の制振ダンパー４８を用いて床スラブ５０（一点鎖線で囲まれた部分）の床振動を低減する従来の床構造５２の例が示されている。

床構造５２のように、制振ダンパー４８を用いて、床スラブ５０に対して効率良く高い制振効果を得るためには、床スラブ５０の振動モードにおいて床スラブ５０の床振動の振幅が最も大きくなる床中央部５４付近と、床スラブ１２の振動モードにおいてほとんど振動を生じない、床スラブ５０の周縁を支持する支持構造体としての大梁２０や柱１８と、を繋ぐように制振ダンパー４８を設けるのが有効である。図４では、床中央部５４付近と、床スラブ５０の四隅に配置された柱１８とを繋ぐように制振ダンパー４８が設けられている例が示されている。

しかし、この床構造５２では、制振ダンパー４８のダンパー長（制振ダンパー４８の設置間水平距離ｄ）が長くなり、且つ、高さ方向に対して狭い床下空間５６（天井裏空間）内に制振ダンパー４８を配置しなければならない。

よって、制振ダンパー４８は、小さな傾斜で傾けて配置されることになり、このため制振ダンパー４８の変位量が大きくならないので、床スラブ５０に発生する上下振動に対して制振ダンパー４８の減衰力を効果的に発揮させることができなくなってしまう。

これに対して、本実施形態の床構造では、図３に示すように、床中央部５４付近と支持構造体（柱１８）とを繋ぐように制振ダンパー４８を設置する床構造５２（図４及び図５を参照のこと）と比較して、粘性系ダンパー１６の設置間水平距離が短くなるので、床スラブ１２に発生する上下振動に対して減衰力を効果的に発揮させられるように粘性系ダンパー１６を配置することができる（図３の例では、粘性系ダンパー１６の向き４６（粘性系ダンパー１６の作動方向）を鉛直方向に近くすることができる）。すなわち、床スラブ１２の床振動に対して粘性系ダンパー１６の減衰力を効果的に発揮させることができる。

また、本実施形態の床構造１０では、図１及び図２に示すように、自由端部１４に沿って設けられこの自由端部１４を支持する小梁３６により、静的荷重下における自由端部１４の撓みを低減することができる。

図６の平面図、及び図６のＢ−Ｂ断面図である図７には、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）５８を用いて床スラブ５０の床振動を低減する従来の床構造６０の例が示されている。

ＴＭＤ５８は、床スラブ５０の下面にフランジ６６を介して取り付けられた板状の粘弾性ゴム部材６２と、粘弾性ゴム部材６２の下面に設けられた質量体６４と、を有して構成され、床下空間５６に配置されている。

また、ＴＭＤ５８は、床スラブ５０の固有振動数に同調するように粘弾性ゴム部材６２の剛性が設定されている。これにより、床スラブ５０の振動に質量体６４を共振させて大きく振動させ、床スラブ５０の振動エネルギーを吸収することによって床スラブ５０の振動を低減することができる。

床構造６０のようにＴＭＤ５８を用いて床スラブ５０の床振動を低減する場合、床スラブ５０の振動モードにおいて床スラブ５０の床振動の振幅が最も大きくなる床中央部５４付近にＴＭＤ５８を設置するのが好ましいが、床スラブ５０の静的なたわみ量は、床中央部５４付近に載荷するほど大きくなる。このため、床スラブ５０や小梁２８、３０の構造断面を大きくするなどして床スラブ５０の剛性を高めなければならない。

床スラブ５０は、スパンが大きくなるほど面積が広くなり、振動する床スラブ５０の重量（有効重量）が大きくなる。よって、ＴＭＤ５８の質量体６４の重量を大きくしないと床スラブ５０の床振動を効果的に低減できなくなる。しかし、ＴＭＤ５８の質量体６４の重量を大きくすると、床スラブ５０の静的なたわみ量が大きくなってしまうので、床スラブ５０の剛性をさらに高めなければならない。

また、質量体６４の重量を大きくすると、質量体６４の大きさも大きくなるので、床下空間５６にＴＭＤ５８を納められなくなることが懸念され、さらに、床スラブ５０からＴＭＤ５８が落下してしまわないように、床スラブ５０にＴＭＤ５８を強固に取り付けなければならなくなる。

これに対して、本実施形態の床構造１０では、図２に示すように、床スラブ１２の振動モードにおいて大きく振動する位置を床スラブ１２の自由端部１４側へつくり、この自由端部１４と、床スラブ１２の振動モードにおいてほとんど振動を生じない大梁２０とを粘性系ダンパー１６で繋ぐことによって、粘性系ダンパー１６により床スラブ１２の床振動を効率よく低減するので、床スラブ５０や小梁２８、３０の構造断面を大きくするなどして床スラブ５０の剛性を高めなくても、床スラブ５０の床振動を低減する十分な効果を得ることができる。

また、床構造６０のようにＴＭＤ５８を用いて床スラブ５０の床振動を低減する場合、床スラブ５０の固有振動数に対してＴＭＤ５８の固有振動数がずれると、床振動の低減効果は大きく低下してしまう。

特に、イベントプラザなどのような多くの人が出入りしたり、イベント機材等が入れ替わったりする広場の床スラブは、積載重量の変動が大きくなる。このため、床スラブ５０の固有振動数が変動して、ＴＭＤ５８の固有振動数とすれてしまうことが懸念される。

これに対して、本実施形態の床構造１０では、図２に示すように、制振対象とした振動モードにおいて、部材間変位差が大きくなる箇所同士（柱１８と自由端部１４）を粘性系ダンパー１６で繋ぐことにより、床スラブ１２の床振動を効率よく低減するものなので、図６の床構造６０とは異なり、制振対象とした振動モードの固有振動数の変動によって床スラブ１２の床振動を低減する効果が大きく低下することがない。

ここで、本実施形態の床構造１０の床振動低減効果を、数値シミュレーションを用いて検証した結果について説明する。

図８の斜視図には、大型商業施設のイベントプラザ空間を想定した、縦２７ｍ、横２７ｍの大スパン床のモデルとなる床スラブ７０が示されている。

床スラブ７０は、厚さを１５０ｍｍとし、減衰を１次減衰定数を２％とした剛性比例型減衰としている。また、床スラブ７０は、Ｈ形鋼（H-1000×400×19×36）からなる梁７２により支持されており、これによって、周縁部２２、２４、２６、３４の全てが固定端となっている。

図９の斜視図に示すように、数値シミュレーションにより求めた床スラブ７０の１次振動モード形７４は、床スラブ７０の中央部７６が盛り上がった（最も大きく振動する）形状となっている。また、このときの１次振動数は、５．４Ｈｚとなっている。

図１０の斜視図には、図８に示された床スラブ７０の周縁部３４を自由端にしたモデルとなる床スラブ７８が示されている。他の構成は、床スラブ７０と同じになっている。

図１１の斜視図に示すように、数値シミュレーションにより求めた床スラブ７８の１次振動モード形８０は、床スラブ７８の周縁部３４のスパン方向中央部８２付近が盛り上がった（最も大きく振動する）形状となっている。また、このときの１次振動数は、４．４Ｈｚとなっている。

図１２の斜視図には、図１０に示された床スラブ７８の周縁部３４（自由端）のスパン方向中央部８２付近に制振ダンパー８６を設置したモデルとなる床スラブ８４が示されている。他の構成は、床スラブ７８と同じになっている。また、制振ダンパー８６は、減衰係数Ｃ＝３００Ｎ・ｓ／ｍｍの線形特性を持つものと仮定している。

図１３のグラフは、床スラブ７０と床スラブ８４との各モデルにおいて、１次モード形状が最も大きくなる点（床スラブ７０では中央部７６、床スラブ８４では周縁部３４のスパン方向中央部８２付近）を鉛直方向に加力したときの同位置における床スラブ７０、８４の振動数（横軸）に対する変位の伝達関数のゲイン(縦軸)の値８８、９０を示したものである。床スラブ７０の値を値８８とし、床スラブ８４の値を値９０としている。

この値８８、９０から、従来の床である床スラブ７０のモデルに対し、本実施形態の床構造１０に基づく床スラブ８４のモデルは、伝達関数のゲインのピーク値が約３０％低減されていることがわかる。

以上、本発明の実施形態について説明した。

なお、本実施形態では、図３に示すように、制振ダンパーを粘性系ダンパー１６とした例を示したが、制振ダンパーは、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体とに繋いで減衰を付与できるダンパーであればよい。例えば、制振ダンパーを、粘性系ダンパー、粘弾性ダンパー、超塑性亜鉛アルミ合金制震ダンパー、又は摩擦系ダンパーとしてもよい。図１４の側面図には、制振ダンパーを粘性系ダンパー９２とした例が示され、図１５の側面図には、制振ダンパーを粘弾性ダンパー９４とした例が示されている。

本実施形態の床構造１０では、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体とを制振ダンパーで繋ぐので、図１４に示す例のように、粘性系ダンパー９２の向き６８（粘性系ダンパー９２の作動方向）が鉛直方向となるように粘性系ダンパー９２を配置することができる。このようにすれば、床スラブ１２の床振動に対して粘性系ダンパー９２の減衰力をより効果的に発揮させることができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての大梁２０とを粘性系ダンパー１６で繋いだ例を示したが、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体とを制振ダンパーで繋げばよく、例えば、図１６の平面図に示す床構造９６のように、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての柱１８とを粘性系ダンパー１６で繋ぐようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての大梁２０とを１つの粘性系ダンパー１６で繋いだ例を示したが、図１６に示す床構造９６のように、複数の制振ダンパーで繋ぐようにしてもよい。床構造９６では、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての大梁２０とを２つの粘性系ダンパー１６で繋ぐとともに、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての柱１８とを２つの粘性系ダンパー１６で繋いでいる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、矩形平面形状の床スラブ１２の全周縁の内の１つの周縁部３４を自由端部１４とした例を示したが、図１７の平面図に示す床構造９８のように、矩形平面形状の床スラブ１２の全周縁の内の対向する２つの周縁部３４、２６を自由端部としてもよい。すなわち、床スラブ１２に自由端部１４、１００を対向して２つ設けてもよい。

図１７の床構造９８では、床スラブ１２の周縁部２６にスリット１０２が形成されており、これによってこの周縁部２６が自由端部１００となっている。また、床スラブ１２の自由端部１４と支持構造体としての大梁２０とが１つの粘性系ダンパー１６で繋がれ、床スラブ１２の自由端部１００と支持構造体としての大梁２０とが１つの粘性系ダンパー１６で繋がれている。さらに、床スラブ１２の自由端部１００は、この自由端部１００に沿って設けられた小梁３６によって支持されている。

このようにすれば、床スラブ１２に自由端部１４、１００を２つ設けることにより、床スラブ１２の振動モードにおいて大きく振動する位置を２つの自由端部１４、１００側へ分散させることができる。これにより、減衰力の小さい制振ダンパーを用いることができる。

また、本実施形態では、図１及び図２に示すように、自由端部１４に沿ってこの自由端部１４を支持する小梁３６を設けた例を示したが、静的荷重下における自由端部１４の撓みが問題とならない場合には、この小梁３６は無くてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０、９６、９８床構造
１２床スラブ（床部）
１４、１００自由端部
１６、９２粘性系ダンパー（制振ダンパー）
２０大梁（支持構造体）
３６小梁（梁）
９４粘弾性ダンパー（制振ダンパー）

Claims

周縁を支持構造体によって支持された矩形平面形状の床部と、
前記床部の前記周縁に前記床部と前記支持構造体との縁を切って設けられた自由端部と、
前記自由端部と前記支持構造体とを繋ぐ制振ダンパーと、
を有する床構造。
前記自由端部は、対向して２つ設けられている請求項１に記載の床構造。
前記自由端部に沿って設けられ該自由端部を支持する梁を有する請求項１又は２に記載の床構造。