JP4838088B2

JP4838088B2 - 制振機能を持つ合成床版

Info

Publication number: JP4838088B2
Application number: JP2006276338A
Authority: JP
Inventors: 誠増田; 雅史山本; 満竹内
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: JP2008095334A

Description

本発明は、デッキプレートを用いた制振機能を持つ合成床版に関する。

従来、建築構造物の床における人の跳びはね、走行、歩行による上下振動の低減を目的として、床用ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）を床スラブ下に備えた制振床がある。

ＴＭＤは、振動を制御したい建物又は機械に対してバネを介しておもりを設置したものであり、おもりの重量や固有振動数を最適に調整することによって、建物又は機械の振動時におもりが揺れて振動を低減する。

しかしながら、床用ＴＭＤは、取付け時に床スラブの固有振動数に合わせるための同調作業が必要となり、施工に手間が生じコスト高であった。

また、他の制振床としては、床スラブとデッキプレートとの間に粘弾性体層を設けたもの（例えば、特許文献１参照）や、制振層を設けたもの（例えば、特許文献２参照）があり、いずれも、床スラブとデッキプレートとの間に挟まれた部材で振動を吸収して減衰させている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の制振床は、コンクリート床全面に粘弾性体層又は制振層が形成されているため、粘弾性体量を多く必要とし、コストアップ、床の重量増、施工が煩雑という問題点があった。
特開平３−１５１４３４特開２００２−７０２００

本発明は、床の振動を低減し、施工が簡素化できる制振機能を持つ合成床版を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る制振機能を持つ合成床版は、梁部材に架け渡されたデッキプレートと、前記デッキプレートに形成された凹部と、前記デッキプレートの上面に形成される床版と一体とされ、前記凹部へ挿入される板材と、前記凹部の壁面と前記板材の側面に挟まれた粘弾性体と、前記床版と前記デッキプレートの間に設けられ、前記床版が振動したときに、前記床版と前記デッキプレートの間に滑りを発生させる滑り面と、を有することを特徴としている。

上記構成によれば、歩行等により床版が曲げ変形すると、デッキプレートと床版の界面では、曲げ変形に伴うせん断力が作用する。

この時、板材の側面と凹部の壁面とで挟まれた粘弾性体がせん断変形し、床版の上下動により生じる振動エネルギーを吸収するので、床版の振動を低減できる。

また、施工時に、床用ＴＭＤでは必要であった、床版の固有振動数に合わせてのおもりやバネの同調作業を行う必要が無いので、施工が簡素化され工期短縮が可能となり、低コスト化が可能となる。

本発明の請求項２に係る制振機能を持つ合成床版は、前記凹部が前記デッキプレートの桁長方向へ延びたリブであることを特徴としている。

上記構成によれば、デッキプレートに設けられているリブを、粘弾性体を取付ける凹部として利用することで、別途凹部を形成する必要がなくなる。

本発明の請求項３に係る制振機能を持つ合成床版は、前記板材と前記粘弾性体が、前記床版の鉛直荷重によって発生するせん断力分布に基づいて配置されたことを特徴としている。

上記構成によれば、床版とデッキプレートの界面におけるせん断力が大きくなる箇所には粘弾性体と板材を設け、せん断力が小さい箇所はそれらを設けず滑り面とすることで、粘弾性体と板材を床版全体に設ける必要がなくなり、低コスト化できる。

本発明は、上記構成としたので、床の振動を低減し、施工を簡素化できる。

本発明の制振機能を持つ合成床版の実施形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、構造物において床部１０と梁部１１とが構築されている。床部１０は、主にデッキプレート１６、コンクリート床２４で構成され、梁部１１は、大梁１２と小梁１４で構成されている。

大梁１２及び小梁１４はＨ形鋼であり、大梁１２の桁長方向と小梁１４の桁長方向とが直交するように、図示しないボルト、ナット等の接合手段で組付けられている。

大梁１２及び小梁１４の上面には、デッキプレート１６が載置されている。

デッキプレート１６は、水平方向に広がる平坦部１７と、折曲加工によって平坦部１７から鉛直下方向に突設された複数のリブ１８とで構成されている。

リブ１８は、図３に示すように、断面が凹形状となっており、リブ１８の上方側に形成された断面略矩形状の内部空間を有する挟持部１９と、リブ１８の下方側に形成された断面略三角形状の内部空間を有する拡巾部２０とで構成されている。

挟持部１９には、鉛直方向に鋼板２６の一部が挿入されている。鋼板２６は、デッキプレート１６上に打設されたコンクリート床２４と一体化されており、下端部が拡巾部２０の内壁と接触しないように、予め配置されている。

鋼板２６の側面と、挟持部１９の内壁との間には、板状の粘弾性体３４が挟まれている。

粘弾性体３４の材料としては、ジエン系ゴム、ブチル系ゴム、アクリル系、ウレタンアスファルト系ゴム等が用いられる。

粘弾性体３４は、加硫接着によって、鋼板２６及び挟持部１９の内壁に接着されている。また、床版の上下振動によって生じる振動エネルギーは、鋼板２６とリブ１８が相対移動して板状の粘弾性体３４がせん断変形することにより吸収される。

次に、床部１０の断面について説明する。

図２は、床部１０のコンクリート床２４及びデッキプレート１６を図１の矢印Ａ方向から見た縦断面状態を示している。

図２に示すように、小梁１４上にデッキプレート１６が架設されている。また、コンクリート床２４の内部に設けられたスタッド３０によって、小梁１４上にコンクリート床２４が固定されている。

デッキプレート１６のリブ１８には、鉛直方向に鋼板２６が挿入されている。

鋼板２６は、予めシミュレーション等により求められたコンクリート床２４とデッキプレート１６の界面のせん断力分布に基づいて、コンクリート床２４の桁長方向の領域Ｌ１〜Ｌ５のうち、曲げによるせん断力が大きいＬ２とＬ４の２箇所に配置されている。

なお、曲げに伴う界面のせん断応力度τは、図５に示す曲げによるせん断力をＱ、断面１次モーメントをＳ、幅をｂ、断面２次モーメントをＩとすると、τ＝Ｑ・Ｓ／（ｂ・Ｉ）となる。

すなわち、せん断応力度τは、図５に示す曲げによるせん断力Ｑに従い増える。また、粘弾性体に作用するせん断応力度は、上記τに従い増える。したがって、粘弾性体に作用するせん断応力度は、Ｑに従い増える。

ゆえに、床版の支持点に近い端部に粘弾性体を設置すると効率的である。

コンクリート床２４とデッキプレート１６の界面で、鋼板２６が設けられていない領域には、剥離材層２８が形成されている。

剥離材層２８は、各種の鉱油、グリース等からなり、液状又は固体状の公知の剥離材をデッキプレート１６上に塗布することによって形成される。

ここで、剥離材層２８において、コンクリート床２４とデッキプレート１６は一体化されないため、コンクリート床２４とデッキプレート１６の界面に沿って相対変形が可能となっている。

一方、図３は、コンクリート床２４及びデッキプレート１６を図１の矢印Ｂ方向から見た横断面状態を示している。

図３に示すように、大梁１２上にデッキプレート１６の端部が固定されている。また、コンクリート床２４の内部に設けられたスタッド３２によって、大梁１２上にコンクリート床２４が固定されている。

ここで、デッキプレート１６におけるリブ１８の挟持部１９から拡巾部２０にかけて、鋼板２６が鉛直方向に挿入されている。

鋼板２６の左右の側面と挟持部１９の内壁との間には、前述の板状の粘弾性体３４が挟まれ、加硫接着されている。

一方、コンクリート床２４とデッキプレート１６との界面には、前述の剥離材層２８が形成されている。

剥離材層２８は、コンクリート床２４の桁短方向の領域Ｌ６〜Ｌ８のうち、デッキプレート１６の平坦部１７に相当するＬ６とＬ８に設けられている。

次に、コンクリート床２４及びデッキプレート１６の施工手順について説明する。

図１に示すように、まず、大梁１２及び小梁１４がボルトにより接合される。

続いて、予め挟持部１９に鋼板２６が挿入され、挟持部１９の内壁と鋼板２６との隙間に板状の粘弾性体３４が加硫接着されたデッキプレート１６が、大梁１２及び小梁１４の上面に載置され、デッキプレート１６の端部が、アークスポット溶接もしくは隅肉溶接等で固定される。

続いて、デッキプレート１６の平坦部１７上に、前述の剥離材が塗布され、剥離材層２８が形成される。

続いて、必要に応じてデッキプレート１６の上方にワイヤーメッシュ、鉄筋等が配設される。デッキプレート１６を捨型枠としてコンクリートが打設され、コンクリートの硬化後、コンクリート床２４が完成する。

このようにして、大梁１２及び小梁１４からなる梁部１１上に、主にデッキプレート１６、コンクリート床２４で構成される床部１０が形成される。

次に、本発明の実施形態の作用について説明する。

まず、一般的な事例として、床に振動が与えられたときのせん断力の発生状態について説明する。

図４に示すように、一対の支持部４０上に上層３６及び下層３８からなる２層の床が配置されている。

ここで、歩行等により床が曲げ変形すると、上層３６と下層３８の界面において、上層３６側のすべり面では矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向のせん断力が作用し、下層３８の滑り面では矢印Ｅ方向及び矢印Ｆ方向のせん断力が作用する。つまり、滑り面での上層３６と下層３８の界面において曲げに伴うせん断力が発生する。

次に、本発明の作用について説明する。

図６ａに示すように、床部１０の静止時において、コンクリート床２４とデッキプレート１６との界面には、せん断力は作用していない。

続いて、図６ｂ及び図６ｃに示すように、コンクリート床２４の上を人が歩行するなどして振動が与えられ、鉛直下方に力Ｆ１が作用すると、コンクリート床２４及び鋼板２６には矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向のせん断力が生じ、デッキプレート１６には矢印Ｅ及び矢印Ｆ方向のせん断力が生じる。

ここで、コンクリート床２４とデッキプレート１６は、剥離材層２８によって相対移動可能となっているため、鋼板２６の側面に接着された板状の粘弾性体３４（図３参照）がせん断変形する。

板状の粘弾性体３４は、床の上下振動によって生じる振動エネルギーをせん断変形することで吸収及び減衰し、床部１０の振動が低減される。

このようにして、床部１０の制振が行われる。

次に、本発明の制振効果を確認するため、効果の試算を行う。

図７に示すように、コンクリート床２４の厚さを１５０ｍｍとし、３０ｍ×１５ｍのコンクリート床２４を考える。重量は３００ｔとし、有効質量ｍは０．１０ｔ・ｓ^２／ｃｍとする。

コンクリート床２４の振動数をｆ＝８Ｈｚとすると、等価剛性Ｋ＝ｍ×（２πｆ）^２＝２５８ｔ／ｃｍと求まる。

ここで、図７に示すように１列について粘弾性体３４を１２箇所に配置する。粘弾性体３４の面積Ａ＝２×１５×１００×１５００／３０×１２＝１．８×１０^６ｃｍ^２となる。また、粘弾性体３４の等価せん断係数Ｇ＝５ｋｇ／ｃｍ^２、等価減衰定数ｈ＝０．２８、厚みＴ＝０．５ｍｍとする。

このとき、粘弾性体３４のせん断剛性Ｋ＝ＧＡ／Ｔ＝（５×１０^−３×１．８×１０^６）／０．０５＝１．８×１０^５ｔ／ｃｍとなり、減衰係数Ｃ＝ｈＫ／（πｆ）＝０．２８×１．８×１０^５／（３．１４×８）＝２００６ｔ・ｓ／ｃｍとなる。

コンクリート床２４の中央部が１５ｍｍ変形するとき、粘弾性体３４はδ＝１５０／１０００＝０．１５ｍｍ変形する。すなわち、コンクリート床２４の中央部の変形と粘弾性体３４の変形の比率は１００：１である。

よって、コンクリート床２４全体に対する減衰係数Ｃ’＝Ｃ／１００／１００＝０．２ｔ・ｓ／ｃｍと求められる。

これは、３０ｍ×１５ｍのコンクリート床２４に、付加減衰２％を与えたものと同等である。

ここで、横軸を振動数、縦軸を振動の加速度として試算したところ、図８のグラフが得られた。

図８において、曲線Ａは、床の減衰が１％の状態を示しており、曲線Ｂは、本発明の付加減衰２％の状態、曲線Ｃは、ＴＭＤを用いて付加減衰２％とした状態を示している。

図８の曲線Ｂ、Ｃから明らかなように、本発明は、ＴＭＤを用いた制振機構と同等の加速度低減効果が得られ、振動の低減効果があることが分かる。

ここで、同等の振動低減効果が得られる本発明とＴＭＤの単位面積あたりの設置費用を試算すると、本発明は、ＴＭＤの約半分以下となった。

これは、床部１０の各箇所における固有振動数に合わせておもりやバネを調整しながら設置することが不要であり、また、既存のリブ付きデッキプレートが利用可能なため従来工法で施工でき、ＴＭＤに比べて施工が簡素化できることによる。

以上説明したように、本発明は、歩行等により床版が曲げ変形すると、デッキプレートと床版の界面では、曲げ変形に伴うせん断力が作用する。

また、施工時に、床版の固有振動数に合わせておもりやバネの同調作業を行う必要が無いので、施工が簡素化され工期短縮が可能となり、低コスト化が可能となる。

さらに、デッキプレートに設けられているリブを粘弾性体を取付ける凹部として利用することで、別途凹部を形成する必要がなくなる。そして、床版とデッキプレートの界面におけるせん断力が大きくなる箇所には粘弾性体と板材を設け、せん断力が小さい箇所は公知の剥離材を用いて滑り面とすることで、粘弾性体と板材を床版全体に設ける必要がなくなり、低コスト化できる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。また、板状の粘弾性体３４と、鋼板２６、挟持部１９との接着は、加硫接着によるものに限定されない。公知の接着剤による方法、粘弾性体の自己接着性による方法等でもよい。

拡巾部２０の断面形状は、三角形状だけでなく、丸形、多角形状であってもよい。また、挟持部１９の鉛直方向の長さは、本実施形態よりも短いものであってもよい。

鋼板２６の設置位置は、せん断力分布に基づいて曲げによるせん断力の大きな箇所に、１箇所又は複数箇所のいずれかが選択できる。

本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版の全体図である。本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版の縦断面図である。本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版の横断面図である。振動によるせん断力発生の状態を示した模式図である。曲げモーメントとせん断力の分布状態を示した模式図である。本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版の振動時の状態を示す断面図及び斜視図である。本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版を試算用にモデル化した模式図である。本発明の実施形態に係る制振機能を持つ合成床版の制振効果を示すグラフである。

符号の説明

１０床部（制振機能を持つ合成床版）
１１梁部（梁部材）
１６デッキプレート（デッキプレート）
１８リブ（凹部、リブ）
２４コンクリート床（床版）
２６鋼板（板材）
２８剥離材層（滑り面、剥離材）
３４粘弾性体（粘弾性体）

Claims

梁部材に架け渡されたデッキプレートと、
前記デッキプレートに形成された凹部と、
前記デッキプレートの上面に形成される床版と一体とされ、前記凹部へ挿入される板材と、
前記凹部の壁面と前記板材の側面に挟まれた粘弾性体と、
前記床版と前記デッキプレートの間に設けられ、前記床版が振動したときに、前記床版と前記デッキプレートの間に滑りを発生させる滑り面と、
を有することを特徴とする制振機能を持つ合成床版。
前記凹部が前記デッキプレートの桁長方向へ延びたリブであることを特徴とする請求項１に記載の制振機能を持つ合成床版。
前記板材と前記粘弾性体が、前記床版の鉛直荷重によって発生するせん断力分布に基づいて配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制振機能を持つ合成床版。