JP2024073208A - ユニット建物の防振構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】建物ユニットにおいて少ない部材により上下及び水平何れの方向においても振動を抑制することができるようにするためのユニット建物の防振構造を提供する。【解決手段】建物ユニットを左右及び上下に複数、隣接させて構成されるユニット建物の防振構造である。防振構造は、上階建物ユニットの床梁と下階建物ユニットの天井梁との間に配置される平板型防振部材と、左右に隣接する建物ユニット間の隙間を挟んだ両側の床梁の上面間に架け渡される上面部と、隙間を挟んだ両側の天井梁の下面間に差し渡される下面部と、上面部と下面部とを隙間において接続させる接続部とを有する接続治具と、接続治具を挟んで平板型防振部材の反対側に配置される結合部材とを備えている。結合部材は、左右方向において下階建物ユニット同士を連結する連結部と、連結部の上面側に設けられて上階建物ユニットの床梁の下面に接触させる防振部とを有する。【選択図】図4

Description

本発明は、ユニット建物の防振構造に関し、特に上下方向に重ねられた建物ユニット同士及び水平方向に隣接する建物ユニット同士の間で発生する振動を抑制することができるユニット建物の防振構造に関するものである。
従来、工場で製作された複数の建物ユニットを縦(上下)に積み重ねてユニット建物を構築するに際して、上側の建物ユニットの床梁と下側の建物ユニットの天井梁との間に防振部材を介在させて振動の発生を抑制することが行われている(特許文献1-3参照)。
例えば、特許文献1乃至3には、下階の建物ユニットの天井梁と上階の建物ユニットの床梁との間に防振材を挟むことにより、上階の建物ユニットで発生した振動が下階の建物ユニットに伝わり難くなる構成が開示されている。
特開2000-80729号公報 特開2012-207454号公報 特開2016-44465号公報
ところで、ユニット建物においては、上下方向における建物ユニット間のみならず、水平方向における建物ユニット間においても振動が発生する。即ち、隣接する建物ユニット同士において、上方の建物ユニットの振動が下方の建物ユニットに伝わるだけでなく、右側の建物ユニットの振動が左側の建物ユニット(あるいはその逆)に伝わることもある。しかしながら、上記各特許文献に記載の構成では、水平方向において発生する振動を効果的に抑制することは困難であった。
そこで、本発明は、建物ユニットにおいて少ない部材により上下及び水平何れの方向においても振動を抑制することができるユニット建物の防振構造を提供することを目的としている。
上記課題に対して、本発明は、梁材と柱材とによって骨組みが形成される建物ユニットを左右及び上下に複数、隣接させて構成されるユニット建物の防振構造であって、上階建物ユニットの床梁と下階建物ユニットの天井梁との間に配置される平板型防振部材と、左右に隣接する前記建物ユニット間の隙間を挟んだ両側の前記床梁の上面間に架け渡される上面部と、前記隙間を挟んだ両側の前記天井梁の下面間に差し渡される下面部と、前記上面部と前記下面部とを前記隙間において接続させる接続部とを有する接続治具と、前記接続治具を挟んで前記平板型防振部材の反対側に配置される結合部材とを備え、前記結合部材は、左右方向において前記下階建物ユニット同士を連結する連結部と、前記連結部の上面側に設けられて前記上階建物ユニットの前記床梁の下面に接触させる防振部とを有して構成されるユニット建物の防振構造を特徴とする。
本発明によれば、上記構成によって、建物ユニットにおいて少ない部材により上下及び水平何れの方向においても振動を抑制することができる。
本実施の形態にかかる防振構造を適用したユニット建物を構築する建物ユニットの骨格構造を示す斜視図である。 ユニット建物の防振構造を示す断面図である。 ユニット建物の防振構造を示す他の断面図である。 実施の形態にかかる防振構造の構築過程を示す分解斜視図である。 実施の形態にかかる防振構造の構築過程を示す図であって、上下階防振ジョイントのロッド部材の回転前の状態を示す斜視図である。 実施の形態にかかる防振構造の構築過程を示す図であって、上下階防振ジョイントのロッド部材の回転後の状態を示す斜視図である。 結合部材が桁屋根大梁に取り付けられた状態を部分的に示す斜視図である。 (a)は締結ネジが挿入されていない状態の結合部材を示す平面図、(b)は締結ネジを取り付ける前の状態の結合部材を示す側面図である。 実施の形態にかかる防振構造による効果を説明するための模式図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(ユニット建物及び建物ユニットの構成)
まず、本実施の形態にかかるユニット建物の防振構造(以下、単に「防振構造」という)を適用する建物ユニット1について説明する。なお、この建物ユニット1が複数組み合わされることにより、ユニット建物が構成される。
建物ユニット1は、図1に示すように、ボックス形のラーメン構造体である。すなわち、建物ユニット1は、矩形の四隅に配置される柱材11と、柱材11の下端同士を連結する一対の桁床大梁12a及び一対の妻床梁12bと、柱材11上端同士を連結する一対の桁屋根大梁(天井梁)13a及び一対の妻屋根梁13bとにより直方体の骨組構造体を備える。
柱材11は、角形鋼管により形成されている。また、梁材となる桁床大梁12a,妻床梁12b、桁屋根大梁13a,妻屋根梁13bは、断面形状が略コ字形の溝形鋼材によって形成されている。そして、柱材11と各梁材(12a,12b,13a,13b)とは、接合枠材14を介して溶接接合されている。
一対の桁床大梁12a,12aの間には、複数の床小梁15が平行に架け渡されて結合されている。また、床小梁15は、取付金具15aを介して桁床大梁12aに固定されている。そして、建物ユニット1の下部の全面が、床小梁15の上方位置で床板17により覆われている。
同様に、一対の桁屋根大梁13a,13aの間には、複数の天井根太16が平行に架け渡され、結合されている。さらに、建物ユニット1の上部の全面が、天井根太16の下方位置で天井板18により覆われている。
上述した建物ユニット1は、工場で製作される。そして、複数の建物ユニット1を建築現場に搬送し、建物ユニット1同士を結合してユニット建物が構築される。
この場合、下階建物ユニットとなる複数の建物ユニット1を水平方向に並べて下層階(例えば、1階)を形成し、さらに、下層階の上に、上階建物ユニットとなる複数の建物ユニット1を載せ、建物ユニット1同士を上下方向及び横方向に結合して上層階(例えば、2階)を形成する。これにより、複数階層のユニット建物を構築することができる。
<防振構造の構成>
以下、本実施の形態にかかる防振構造を図2乃至4を参照して説明する。防振構造は、上下階防振ジョイント(接続治具)2、防振プレート(平板型防振部材)3及び結合部材4を備える。先ず、下層階と上層階との間の上下階(上下方向)防振構造について説明し、次に水平方向において隣接する建物ユニット間の水平方向の防振構造について説明する。
図2は、下層階の水平方向に隣り合う建物ユニット(下階建物ユニット)1,1の桁屋根大梁13A,13Bと、上層階の水平方向に隣り合う建物ユニット(上階建物ユニット)1,1の桁床大梁12A,12Bとの間で構築される防振構造を示す。なお、図示のように、水平方向に隣り合う建物ユニット1,1の間には、隙間101が形成されている。
この上下階の防振機能は、上下階防振ジョイント2、防振プレート3及び結合部材4により実現される。
防振プレート3は、隙間101を挟んで隣り合う桁屋根大梁13A,13Bの上面と、桁床大梁12A,12Bの下面との間で、水平方向に跨り、上下方向で介在されている。この防振プレート3は、平板状の防振部材であり、一般構造用圧延鋼材などの鋼板と粘弾性体との積層板などが使用できる。また、積層板の粘弾性体には、ゴム系、アスファルト系、シリコン系、アクリル系などの材料が使用できる。
さらに、防振プレート3は、その幅寸法が、桁屋根大梁13A,13Bの上面及び桁床大梁12A,12Bの下面を形成するフランジの幅の2倍の寸法に隙間101の幅寸法を加えた寸法の帯板状に形成されている。具体的には、防振プレート3は、桁屋根大梁13A,13Bに架け渡すことができる程度の大きさを有している。
上下階防振ジョイント2は、桁屋根大梁13A,13B及び桁床大梁12A,12Bの長手方向の略中央であって、防振プレート3と結合部材4との略中央に配置されている。
以下に、上下階防振ジョイント2について説明する。
上下階防振ジョイント2は、図2及び図3に示すように、上側部材(上面部)21と下側部材(下面部)22とロッド部材(接続部)23とを備える。
上側部材21は、隙間101よりも広い幅の平面視で長方形の鋼板によって形成されており、下面には一対のブチルテープ21a,21aが長手方向に分割して貼り付けられている。このブチルテープ21aは、粘着性を帯びた加硫ゴムシートで、上側部材21を桁床大梁12aの上面に密着させる機能と、振動を吸収する緩衝材としての機能とを有している。
下側部材22は、鋼板により形成され、底板部22bと一対の補強リブ22a,22aとにより略コの字断面形状に形成されている。そして、底板部22bは、平面視で上側部材21と略同じ大きさの帯板状に形成されている。補強リブ22a,22aは、底板部22bの長辺側の両側縁を下方に向けて折り曲げて形成されている。
さらに、底板部22bの略中央に中央孔22dが貫通して形成され、かつ、中央孔22dを挟んで底板部22bの長手方向の両端付近に一対の取付孔22e,22eが貫通して形成されている。取付孔22e,22eは、下側部材22を桁屋根大梁13A,13Bの下フランジのねじ孔にドリルねじ22cを締結する際に、これを貫通させるのに用いる。
ロッド部材23は、丸棒状に形成され、隙間101に挿通可能であるとともに、中央孔22dに挿通可能な外径に形成され、かつ、桁床大梁12A及び桁屋根大梁13Aとを足し合わせた上下方向寸法よりも長い軸方向寸法を有する。そして、ロッド部材23の上端部が、上側部材21に埋め込まれて溶接で接合されており、下端部の所定の範囲には、雄ねじが形成された雄ねじ部23bが設けられている。また、中央孔22dを挿通して底板部22bから下方に突出された雄ねじ部23bに、座金23dを装着しナット23cを締結することで、上側部材21が桁床大梁12A,12Bに上方から押し付けられるようになっている。
なお、ロッド部材23の上端部23aの上側部材21への固定位置は、上側部材21の長手方向の中央であって、長手方向に直交する幅方向では、一端の近傍に配置されている。したがって、上側部材21は、ロッド部材23を回転変位させることにより、図5に示すように、一対の桁床大梁12A,12Bの一方のみの上方に配置された状態と、図6に示すように、一対の桁床大梁12A,12Bの両方に跨って上方に配置された状態とに変移可能となっている。
次に、水平方向(左右方向)における防振構造について説明する。水平方向における防振機能は、主に結合部材4によって実現される。
図3に示すように、結合部材4は、桁屋根大梁13A,13Bの上面と、桁床大梁12A,12Bの下面との間で、水平方向に跨り、上下方向で介在されている。結合部材4は、防振プレート3とほぼ同じ厚みを有するように形成されている。また、結合部材4は、桁屋根大梁13A,13Bに架け渡すことができる程度の寸法に形成されている。
図7は、結合部材4が桁屋根大梁13A,13Bに取り付けられた状態を示す斜視図である。図7に示すように、結合部材4は、連結部41と防振部42とを有して構成されている。連結部41は、下階建物ユニット1同士を連結する。防振部42は、連結部41の上面側に設けられて上階建物ユニット1の床梁(桁床大梁12a,妻床梁12b)の下面に接触させる。なお、結合部材4は、連結部41と防振部42とを一体化する締結ネジ43を有してもよい。結合部材4の厚み(上下方向における寸法)、即ち連結部41と防振部42とを足し合わせた上下方向寸法は、防振プレート3の厚みとほぼ等しくなるように構成されている。
図8(a)は、締結ネジ43が挿入されていない状態の結合部材4の平面図であり、図8(b)は締結ネジ43を取り付ける前の状態の結合部材4の側面図である。図8(a)及び図8(b)に示すように、連結部41は平面視略長方形状に形成された板状部材であり、例えば金属製の固定金具とされる。連結部41の大きさは、特に限定されるものではないが、桁屋根大梁13A,13Bに架け渡すことができる程度の大きさを有していればよい。
連結部41には、複数の第1貫通孔41aが対をなした状態で形成されている。具体的には、連結部41には、連結部41を桁屋根大梁13A,13Bに架け渡す方向(架け渡し方向)に沿って離間した一対の第1貫通孔41aが、架け渡し方向と直交する方向(桁屋根大梁13A,13Bの延伸方向)に沿って3組形成されている。なお、連結部41に形成される第1貫通孔41aの個数は、特に限定されるものでない。
図4、図8(a)及び図8(b)に示すように、防振部42は、架け渡し方向に延びる長尺状に形成された部材であり、平面視において連結部41と重ならない程度の大きさを有している。防振部42は、桁屋根大梁13A,13Bの延伸方向において、平面視で連結部41の中央に配置されている。このような構成を有することにより、結合部材4に対して上下方向に発生する負荷を左右均等に分散させることができる。
防振部42は、防振プレート3と同様の素材により構成される防振機能を有する部材である。具体的には、防振部42は、一般構造用圧延鋼材などの鋼板と粘弾性体との組合せであればよく、積層板の粘弾性体には、ゴム系、アスファルト系、シリコン系、アクリル系などの材料が使用できる。防振部42の大きさは特に限定されるものではないが、防振機能を向上させるためには平面視で連結部41に収まる範囲内で可能な限り大きいことが望ましい。連結部41上を占める防振部42の面積が大きければ大きいほど結合部材4全体の防振機能を向上させることができる。
防振部42には、一対の第2貫通孔42aが連結部41の架け渡し方向に沿って形成されている。具体的には、図8(a)に示すように、連結部41上に防振部42が配置された場合に、一対の第2貫通孔42aは、何れかの一対の第1貫通孔41aに平面視で一致する位置に形成されている。
図8(b)に示すように、連結部41と防振部42が重ねて配置された場合には、第1貫通孔41aと第2貫通孔42aが連通状態となる。締結ネジ43は、連通した第1貫通孔41a及び第2貫通孔42aに挿入され、これらを貫通する。ここで、締結ネジ43は、連結部41及び防振部42を併せた厚みよりも長いものとされる。締結ネジ43により、連結部41と防振部42とが一体化され、結合部材4として桁屋根大梁13A,13Bに固定される。
<上下階防振構造の構築手順>
次に、上下階防振構造の構築手順について説明する。
建築現場では、図4に示すように、隙間101を挟んで下層階の建物ユニット1、1を水平方向に並べて設置する。そして、下層階の建物ユニット1、1の隙間101を挟んで配置された一対の桁屋根大梁13A,13Bの上面に防振プレート3と結合部材4を配置する。結合部材4は、桁屋根大梁13A,13Bの延伸方向において、上下階防振ジョイント2を挟んで防振プレート3の反対側に配置されている。防振プレート3と結合部材4は、桁屋根大梁13A,13Bの延伸方向において上下階防振ジョイント2を挟んで対称な位置に配置されていることが望ましい。このような構成により、上下方向に発生する負荷を左右均等に分散させることができ、防振機能を向上させることができる。
結合部材4は、桁屋根大梁13A,13Bを跨ぐように配置され、桁屋根大梁13A,13Bの何れにも締結ネジ43により固定される。一部の締結ネジ43は連結部41及び防振部42の何れも貫通し、他の締結ネジ43は連結部41のみを貫通する。結合部材4は、水平方向(架け渡し方向)において桁屋根大梁13A,13B同士を結合させる。
さらに、下層階の建物ユニット1,1の上に、上層階の建物ユニット1を設置する。この上層階の建物ユニット1において、隙間101を挟んで配置される一対の建物ユニット1,1の一方の桁床大梁12Bの側面に上下階防振ジョイント2のロッド部材23を仮固定しておく。この仮固定は、上側部材21が、下面のブチルテープ21a,21aが桁床大梁12Bの上面(上フランジ)から上方に離隔した状態で、接着テープ23eにより接着する。
したがって、上下階防振ジョイント2を仮固定した建物ユニット1を下層階の建物ユニット1の上に設置した際には、仮固定されたロッド部材23が、隙間101に上方から挿入され、隙間101から下層階の桁屋根大梁13A,13Bの間の下方に突出する。そして、そのロッド部材23の雄ねじ部23bに、中央孔22dを挿通させて下側部材22を装着する。続いて下側部材22を、ドリルねじ22c,22cによって桁屋根大梁13A,13Bの下フランジに固定する。さらに、座金23dとナット23cとを、ロッド部材23の下端の雄ねじ部23bに装着する。
次に、先に設置した上層階の建物ユニット1の隣に、別の建物ユニット1を設置する。図5は、この時点での上層階の建物ユニット1,1の桁床大梁12A,12Bを、斜め上方から見た斜視図である。この時点では、上下階防振ジョイント2の上側部材21は、一方の建物ユニット1の桁床大梁12Bのみの上方に配置されている。
上層階の建物ユニット1,1の設置後、作業者は、下層階の桁屋根大梁13A,13Bから下方に突出したロッド部材23の下端部を摘んで90度回転させ、図6に示すように、上側部材21を、一対の桁床大梁12A,12Bの両方に跨ってその上方に配置させる。
次に、ロッド部材23を下方に引き下げ、ブチルテープ21a,21aを桁床大梁12A,12Bの上面に密着させる。その後、ナット23cを締結し、上側部材21と下側部材22とにより、上層階の一対の桁床大梁12A,12Bと、下層階の一対の桁屋根大梁13A,13Bとを上下から挟み、防振プレート3及び結合部材4に圧着させた状態とする。
<防振構造の作用>
上下階防振ジョイント2により、桁床大梁12A,12Bの下面と桁屋根大梁13A,13Bの上面との間隔が広がるような変形が生じにくくなり、床振動などが発生した際に防振プレート3及び結合部材4の防振部42を桁床大梁12A,12Bに密着させて機能させ続けることができる。
したがって、上層階の建物ユニット1の床板17の上を走ったり、物を落下させたりして鉛直荷重が床面に作用し、床小梁15や桁床大梁12A,12Bが撓んだ際には、桁床大梁12A,12Bにあっては、長手方向の略中央の変位が最も大きくなる。このような挙動に対して、上下階防振ジョイント2の上下の両部材21,22によって桁床大梁12A,12Bとその下方の桁屋根大梁13A,13Bとを挟持し、両者の上下方向の間隔を一定に抑えることができる。したがって、桁床大梁12A,12Bとその下方の桁屋根大梁13A,13Bとの長手方向の略中央に配置した防振プレート3及び結合部材4の防振部42を一定の形状に保ち、所定の防振性能を得ることができる。
また、結合部材4のうち連結部41が、水平方向において隣接する建物ユニット1の桁屋根大梁13A,13Bに固定される。このようにして左右の建物ユニット1,1同士が締め付けられた状態で連結されると、左右に隣接する桁床大梁12A,12Bの間隔が広がるような変形の発生を抑えることができる。
さらに、結合部材4は防振機能を有する防振部42を有している。即ち、水平方向における防振機能を有する連結部41と上下方向における防振機能を有する防振部42が一体化されて構成されている。このように、水平方向における防振機能を有する部材と上下方向における防振機能を有する部材が一体化された単一の部材を用意して建物ユニット1に取り付けることができるため、簡易な構成により上下方向及び水平方向の何れの方向においても防振機能を得ることができる。
図9は、本実施の形態にかかる防振構造による効果を説明するための模式図である。この図は、固有振動数(Hz)と、振動が発生してから0.2秒後の振動加速度レベル(db)との関係を示すグラフであり、固有振動数を横軸に、加速度レベルを縦軸にしたものである。グラフ中において、防振構造の効果の有無を示すための基準線(実線)Lを示す。具体的には、基準線Lより下方側の範囲が概ね防振効果を有する状態に対応し、基準線Lより上方側の範囲が十分な防振効果が得られない状態に対応している。グラフ中、基準線Lから上側に遠ざかるに従い防振効果が減少し、基準線Lから下側に遠ざかるに従い防振効果が増大する。建物ユニット1の固有振動数が10Hz前後までは、固有振動数が増加しても振動加速度はほとんど変化がみられない。一方、固有振動数が10Hzを超えた辺りから、固有振動数が増加するに従い振動加速度も増加する傾向がみられた。
グラフ中、符号Aで示す領域は、防振構造を備えないユニット建物に対して振動を与えた状態に対応する。防振構造を備えない建物ユニット1は、当然ながら防振効果が得られず、基準線Lより上方側の範囲に含まれる。符号Bで示す領域は、本実施の形態にかかる防振構造のうち、上下階防振ジョイント2のみを備えた建物ユニット1に対して振動を与えた状態に対応する。符号Cで示す領域は、本実施の形態にかかる防振構造を備えた建物ユニット1に対して振動を与えた状態に対応する。上下階の防振構造のみを備えた建物ユニット1及び本実施の形態にかかる防振構造を備えた建物ユニット1は、何れも概ね防振効果の基準を満たす状態ではあるが、本実施の形態にかかる防振構造を備えた建物ユニット1の方が、より強い防振効果を示すこととなった。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、防振部42は、平面視で連結部41内に収まる範囲以内の寸法であることとしたが、これに限定されるものではなく、平面視で連結部41よりも大きな寸法であってもよい。また、連結部41上には、複数の防振部42が配置されてもよい。
また、前記実施の形態では、連結部41と防振部42は締結ネジ43により一体化されることとしたが、これに限定されるものではなく、両者の一体化は、例えば接着剤や両面テープによるものであってもよい。また、防振部42に形成される第2貫通孔42aの個数は、1つでもよく、3以上であってもよい。
1 建物ユニット
2 上下階防振ジョイント(接続治具)
3 防振プレート(平板型防振部材)
4 結合部材
11 柱材
12a 桁床大梁(床梁)
12b 妻床梁(床梁)
13a 桁屋根大梁(天井梁)
13b 妻屋根梁(天井梁)
14 接合枠材
21 上側部材(上面部)
22 下側部材(下面部)
23 ロッド部材(接続部)
41 連結部
41a 第1貫通孔
42 防振部
42a 第2貫通孔
43 締結ネジ

Claims (4)

  1. 梁材と柱材とによって骨組みが形成される建物ユニットを左右及び上下に複数、隣接させて構成されるユニット建物の防振構造であって、
    上階建物ユニットの床梁と下階建物ユニットの天井梁との間に配置される平板型防振部材と、
    左右に隣接する前記建物ユニット間の隙間を挟んだ両側の前記床梁の上面間に架け渡される上面部と、前記隙間を挟んだ両側の前記天井梁の下面間に差し渡される下面部と、前記上面部と前記下面部とを前記隙間において接続させる接続部とを有する接続治具と、
    前記接続治具を挟んで前記平板型防振部材の反対側に配置される結合部材とを備え、
    前記結合部材は、左右方向において前記下階建物ユニット同士を連結する連結部と、前記連結部の上面側に設けられて前記上階建物ユニットの前記床梁の下面に接触させる防振部とを有して構成されることを特徴とするユニット建物の防振構造。
  2. 請求項1に記載のユニット建物の防振構造であって、
    前記平板型防振部材と前記結合部材は、前記天井梁の延伸方向において前記接続治具を挟んで対称な位置に配置されていることを特徴とするユニット建物の防振構造。
  3. 請求項1または請求項2に記載のユニット建物の防振構造であって、
    前記連結部は、前記天井梁に取り付けられるための板状部材であり、
    前記防振部は、前記連結部の平面視において前記連結部の中央に配置されていることを特徴とするユニット建物の防振構造。
  4. 請求項1または請求項2に記載のユニット建物の防振構造であって、
    前記結合部材はさらに締結ネジを有し、
    前記連結部には、前記締結ネジが貫通する第1貫通孔が形成され、
    前記防振部には、前記締結ネジが貫通する第2貫通孔が形成され、
    平面視において一致した前記第2貫通孔と前記第1貫通孔に前記締結ネジが貫通した状態で、前記連結部と前記防振部が前記締結ネジにより一体化されることを特徴とするユニット建物の防振構造。
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