JP4919673B2 - 建物用制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物の上階床部にて生じた振動に起因した下階天井部での音の発生を防止又は軽減するため建物用制振構造に関する。

例えば、下記特許文献１に開示された構造では、防振支持脚の支持ボードに支持された床下地パネルに、断面台形状の空洞が床面平行方向に複数形成されている。床下地パネルの表面から伝搬してきた振動は、空洞の領域と中実の領域との境界で反射し、更に、空洞の領域を繰り返し通過する。これにより、振動が減衰し、床下地パネルの下方に設けられているスラブに伝わる振動エネルギーが低減される。これにより、床衝撃音レベルを低減できる。
特開２００３−１７２０２０号公報

このように、特許文献１に開示された構造では、床下地パネルの振動が低減されるが、このような床構造を建物の上階の床に適用した場合、上階の床下地パネルの振動が下階の天井に伝わったり、共振したりすることがあり、これにより、下階天井部で音が発生することがある。このため、上階床部にて生じた振動に起因する下階天井部での音の発生を防止又は効果的に抑制する構造が切望されていた。

本発明は、上記事実を考慮して、上階床部の振動を防止又は効果的に抑制しつつも、この上階床部にて生じた振動に起因する下階天井部の振動を防止又は効果的に抑制できる建物用制振構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る建物用制振構造は、上階床部に設けられて前記上階床部の振動に対して逆位相で振動することで前記上階床部の振動を低減するダンパと、前記上階床部の下方に設けられる天井本体を有する下階天井部と、材質又は厚さが前記天井本体と同じ部材を有する平板部材により構成されて前記下階天上部を構成すると共に、前記下階天井部の上側で前記天井本体に設けられて前記天井本体に質量を付加し、前記天井本体の固有振動数を前記ダンパの固有振動数とは異なる値にずらす質量体と、前記上階床部の一部として前記上階床部の下側で前記下階天井部側から上側へ離間した状態で設けられ、前記上階床部が振動することにより生じて前記下階天井部へ伝わる音の少なくとも一部を吸収する吸音材と、を備えている。

請求項１に記載の本発明に係る建物用制振構造では、上階床部の下方には天井本体を有する下階天上部が設けられる。この下階天井部を構成する天井本体に質量体が付加される。これにより、天井本体、ひいては、下階天井部全体の固有振動数がダンパの固有振動数、すなわち、ダンパが相殺する上階床部の振動（例えば、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動）の振動数とは異なる値にずらされる。
建物の上階床部に強制外力が入力されて、これにより、上階床部が振動すると、この上階床部の所定の振動（例えば、上階床部の特定の振動数の振動で、一例としては振動数が４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動）に対してダンパが逆位相で振動する。このように、ダンパが相殺する上階床部の振動の振動数とは異なる値に下階天井部全体の固有振動数がずれていることで、上記のように下階天井部の振動が励起されることを防止又は効果的に抑制できる。これにより、下階天井部の振動に起因した下階天井部での音の発生を防止又は効果的に抑制できる。

一方で、上階床部に強制外力が入力されると、これに伴い上階床部の下側で生じる空気の圧力等によって下階天井部で振動が励起され、これにより下階天井部で音が発生する。ここで、本発明に係る建物用制振構造では、ダンパの固有振動数、すなわち、ダンパが相殺する上階床部の振動（例えば、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動）の振動数とは異なる値に下階天井部の固有振動数が設定される（すなわち、下階天井部の固有振動数が上階床部における振動の特定の振動数とはずれている）ため、上記のような下階天井部の振動が励起されることを防止又は効果的に抑制できる。これにより、下階天井部の振動に起因した下階天井部での音の発生を防止又は効果的に抑制できる。
しかも、上階床部の下側で下階天井部に対して上側に離間した状態で吸音材が設けられる。このため、上記のように上階床部に強制外力が入力され、これにより、上階床部が振動して音が発生すると、この音の少なくとも一部が吸音材により吸収される。これにより、下階天井部への音の伝播が少なくなり、又は、下階天井部へ音が伝播しない。このため、この音による下階天井部の振動が防止又は効果的に抑制され、下階天井部が振動することに起因した音の発生が防止又は効果的に抑制される。
さらに、下階天井部の上側に厚さ又は材質が天井本体と同じ部材を有する平板部材を質量体として設ける構造とすることで、天井本体に従来から用いられてきた下階天井部を適用できる。これにより、本発明を適用する建物の天井本体と、本発明を適用しない建物の下階天井部とを同一の部材とすることができ、コストを安価にできる。

請求項２に記載の本発明に係る建物用制振構造は、請求項１に記載の本発明において、前記質量体を板状又はシート状に形成している。

請求項２に記載の本発明に係る建物用制振構造では、天井本体に設けられる下階天井部を構成する質量体が板状又はシート状とされているため、天井本体上に質量体を設けた際に天井本体の一部に質量体の荷重が偏ることがない。

請求項３に記載の本発明に係る建物用制振構造は、請求項１又は請求項２に記載の本発明において、前記下階天井部の全体的な質量を前記天井本体の質量の２倍としている。

請求項３に記載の本発明に係る建物用制振構造によれば、下階天井部の全体的な質量が天井本体の質量の２倍とされ、天井本体と共に下階天井部を構成する平板部材によって下階天井部全体の固有振動数がダンパの固有振動数、すなわち、ダンパが相殺する上階床部の振動（例えば、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動）の振動数とは異なる値にずらされる。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る建物用制振構造では、上階床部の振動を防止又は効果的に抑制でき、しかも、上階床部にて生じた振動に起因する下階天井部の振動を防止又は効果的に抑制でき、下階天井部での音の発生を防止又は効果的に抑制できるうえ、天井本体の材料コストを低減できる。

請求項２に記載の本発明に係る建物用制振構造では、天井本体の一部に質量体の荷重が偏ることがなく、荷重バランスを簡単にとることができる。

請求項３に記載の本発明に係る建物用制振構造では、上階床部が振動することにより生じた音が下階天井部に伝播することを防止又は効果的に抑制でき、より一層効果的に下階天井部の振動、ひいては、この振動に起因した音の発生を防止又は効果的に抑制できる。

＜第１の実施の形態の構成＞
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物としてのスチールハウス１０の要部の構成の断面が概略的に示されている。

この図に示されるように、このスチールハウス１０は、下階天井部としての１階天井部１２を備えている。１階天井部１２は天井本体１４を備えている。天井本体１４は、例えば、石膏ボード等の平板材により形成されており、スチールハウス１０の１階居室の天井を事実上構成している。なお、天井本体１４の構成は石膏ボードに限定されるものではなく、他の平板状部材を適用しても構わない。この天井本体１４の上側には、質量体としての平板部材１６が載置されている。本実施の形態では、平板部材１６は材質や厚さが天井本体１４と同一の部材とされており、これにより、１階天井部１２は全体的に天井本体１４の２倍の質量を有している。

以上の構成の１階天井部１２の上側には空間１３が形成されており、床根太１８が１階天井部１２に対してスチールハウス１０の上下方向に離間した状態で配置されている。床根太１８は図１の紙面奥行き方向及び手前方向に沿って長手で且つ断面形状が長手方向に対して直交した１方向に開口したリップ型鋼とされている。床根太１８を構成する上側のフランジ２０上には上階床部としての２階床部２２を構成する床下地パネル２４が配置されており、この床下地パネル２４が下方から床根太１８に支持されている。床下地パネル２４は、例えば、木質微小片を合成樹脂材にて固めることで形成された所謂「パーチクルボード」で構成されている。

なお、床下地パネル２４の構成がこのようなパーチクルボードに限定されるものではなく、他の平板状部材を適用しても構わない。床下地パネル２４上には平板状又はシート状の床表面材２６が載置されている。

ここで、２階床部２２の全体的な固有振動数（例えば、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動の振動数）は、例えば、１階天井部１２を構成する天井本体１４の固有振動数に略等しい。但し、上記のように、天井本体１４上には平板部材１６が載置されているため、１階天井部１２は全体的に天井本体１４の２倍の質量を有し、これにより、１階天井部１２全体的な固有振動数が２階床部２２の全体的な固有振動数とは異なる値となっている。

一方、床下地パネル２４の下側には吸音材２８が配置されている。吸音材２８は、例えば、所謂「グラスウール」により形成されている。但し、通常、断熱材として用いられるグラスウールは、１立方メートル当たり１０ｋｇ程度であるが、本実施の形態で吸音材２８として用いられるグラスウールは、１立方メートル当たり３５ｋｇ程度と、断熱材として用いられる場合よりも高密度に設定されている。

また、図１に示されるように、上記の床根太１８を構成するウェブ３０には断面Ｌ字形状のダンパベース３２が固定されている。このダンパベース３２上には、ダンパとしてのダイナミックダンパ３４を構成する弾性体としてのゴム部３６が取り付けられている。ゴム部３６は、例えば、ブチルゴムによりスチールハウス１０の少なくとも上下方向、好ましくは、上下方向を含めた複数方向に弾性変形可能なブロック状に形成されている。

なお、ゴム部３６の材質はブチルゴムに限定されるものではなく、天然ゴムや他の合成樹脂材により形成してもよい。また、弾性部材の材質がこのような天然ゴムや合成樹脂材に限定されるものではなく、スチールハウス１０の上下方向に弾性変形可能であれば金属スプリング等を適用してもよい。更に言えば、弾性部材は、上記の床下地パネル２４の材質や大きさ等、床下地パネル２４の固有振動数に影響する各パラメータに応じた弾性係数を有する材質を適宜に選定すればよい。

このゴム部３６上には、ダイナミックダンパ３４における付加質量体としてのマスブロック３８が載置されている。マスブロック３８は、例えば、鉄等の金属によってブロック状又は板状に形成されている。マスブロック３８の長手方向、幅方向、及び、厚さ方向の各寸法や質量は、床下地パネル２４の材質や大きさ等、床下地パネル２４の固有振動数に影響する各パラメータに応じて設定されている。

なお、本実施の形態では、マスブロック３８の材質を鉄等の金属としたが、マスブロック３８の材質が金属に限定されるものではなく、床下地パネル２４の固有振動数に影響する各パラメータに基づき、マスブロック３８として適した寸法と必要な質量に応じてマスブロック３８の材質は適宜に選定すればよい。

＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、本実施の形態の作用並びに効果について説明する。本実施の形態では、床表面材２６上を人が歩行したり、床表面材２６上に物が落とされたりすることに起因した上部強制外力が床表面材２６の表面に付与されると、この上部強制外力が床表面材２６から床下地パネル２４に伝わり、床下地パネル２４が振動する。床下地パネル２４が振動すると、この床下地パネル２４の振動のうち、特定の振動数の振動（一例として、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動）に共振してマスブロック３８がゴム部３６を弾性変形させつつ、上記の特定の振動数の振動に対して逆位相で振動する。この逆位相の振動によって床下地パネル２４の振動が防止又は効果的に抑制される。

ここで、図２には２階床部２２に強制外力が入力された際の周波数毎の床根太１８の上下方向の振動レベル分布が示されており、図３には２階床部２２に強制外力が入力された際の周波数毎の床根太１８の左右方向（水平方向のうち、床根太１８の長手方向に対して直交する方向）の振動レベル分布が示されている。これらのグラフにおいて、点線は従来構造の場合を示し、実線は本実施の形態の場合を示している。

これらのグラフからもわかるように、本実施の形態を適用した場合には、４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の振動の振動レベルのピークを低減でき、しかも、６３Ｈｚの極近傍における周波数の振動レベルを低減できる。このように、本実施の形態では２階床部２２に強制外力が入力された際に衝撃音の原因となる６３Ｈｚ帯域における床根太１８の振動レベルのピークを低減でき、衝撃音の原因となる帯域の床下地パネル２４の振動を抑制できる。

一方で、天井本体１４に設けられた平板部材１６を天井本体１４の一部とみなすと、天井本体１４の質量が２倍程度に増加している。これにより、平板部材１６を含む天井本体１４全体の固有振動数が、天井本体１４単独での固有振動数とは異なる値となる。上記のように、２階床部２２の全体的な固有振動数が天井本体１４単独での固有振動数に等しいのであれば、平板部材１６を含む天井本体１４全体、すなわち、１階天井部１２の固有振動数は、２階床部２２の全体的な固有振動数（すなわち、ダイナミックダンパ３４が相殺させる２階床部２２の振動の振動数）とは異なる値となる。

このため、上部強制外力が床下地パネル２４に入力されることで床下地パネル２４が振動し、これにより、空間１３内の空気に圧力が生じ、この空気の圧力により１階天井部１２で振動が励起されても、１階天井部１２の振動が防止又は振動が極めて効果的に抑制される。これにより、天井本体１４の振動に起因した音の発生を防止又は極めて効果的に抑制できる。

また、１階天井部１２の固有振動数をずらすという観点からすれば、平板部材１６ではなく、例えば、ブロック状の質量体を天井本体１４に適宜に取り付ければよい。しかしながら、本実施の形態では、質量体としての平板部材１６が平板状であるため、天井本体１４の一部に平板部材１６の荷重が偏ることがなく、荷重バランスを簡単にとることができる。

さらに、上記のように、１階天井部１２の固有振動数をずらすという観点からすれば、平板部材１６を設けずに、天井本体１４そのものの板厚を変えて質量を増加させて対応してもよい。これに対して本実施の形態では、敢えて天井本体１４に平板部材１６を設ける構成とすることで、天井本体１４に関しては従来の１階天井板を適用することができる。このため、本実施の形態（本発明）を適用しない１階天井板と本実施の形態における天井本体１４とを併用でき、コストを安価にできる。

一方で、上記のように、床下地パネル２４に上部強制外力が入力されて床下地パネル２４が振動し、これにより生じた音は、床下地パネル２４の下側に設けられた吸音材２８によりその一部又は全部が吸収される。これにより、上記の音が空間１３内の空気を介して１階天井部１２に伝播することを防止又は極めて効果的に抑制できる。このため、この音に起因した天井本体１４の振動が防止又は効果的に抑制され、ひいては、天井本体１４が振動することに起因した音の発生を防止又は効果的に抑制できる。

ここで、図４には２階床部２２に強制外力が入力された際の周波数毎の１階室内音の音圧レベル分布が示されている。このグラフにおいて、点線は従来構造の場合を示し、実線は本実施の形態の場合を示している。

このグラフに示されるように、本実施の形態を適用した場合には、極一部の周波数域で例外はあるものの、基本的に４４．５Ｈｚから８９．１Ｈｚまでの６３Ｈｚ帯域の音圧レベルを低くでき、特に、６３Ｈｚの極近傍の周波数の音圧レベルを低くできる。このように、本実施の形態を適用することで、６３Ｈｚ帯域で特に６３Ｈｚ及びの極近傍の周波数の音圧レベルを抑制でき、１階室内の静粛性を向上できる。

しかも、６３Ｈｚの音に対して倍音の関係となる周波数の音又はこの帯域の音（例えば、１２６Ｈｚ及びその極近傍の周波数の音）もまた、６３Ｈｚ帯域の音と共に音圧レベルが抑制される。これにより、１階室内の静粛性を更に向上できる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するにあたり、前記第１の実施の形態を含めて説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位に関しては、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。

図５には、本発明の第２の実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物としてのスチールハウス５０の要部の構成の断面が概略的に示されている。

このスチールハウス５０は、１階天井部１２に代わり下階天井部としての１階天井部５２を備えている。１階天井部５２は天井本体１４及び平板部材１６を備えている点では前記第１の実施の形態における１階天井部１２と同じである。但し、１階天井部５２は加圧材としての吸音材５４を備えている。吸音材５４は、例えば、けい酸分と酸化カルシウム分を主成分とした人造鉱物繊維である所謂「ロックウール」により構成されている。

また、図５に示されるように、スチールハウス５０は２階床部２２に代わる上階床部としての２階床部５６を備えている。２階床部５６は吸音材２８を備えていない点で２階床部２２とは構成が異なる。なお、本実施の形態では、吸音材２８を備えない２階床部５６を適用したが、吸音材２８を備える２階床部２２を２階床部５６に代えて適用しても構わない。

すなわち、以上の構成の本実施の形態は、２階床部５６が吸音材２８を備えておらず、代わりに吸音材５４を備える構成である。前記第１の実施の形態における吸音材２８も、本実施の形態における吸音材５４も天井本体１４と床下地パネル２４との間に設けられていることに変わりはない。このため、本実施の形態も前記第１の実施の形態と基本的に同様の作用を奏し、前記第１の実施の形態と基本的に同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

図６には本実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物としてのユニット工法仕様の住宅７０の要部の構成の断面が概略的に示されている。

この図に示されるように、住宅７０では、床根太１８に代わり床下地パネル２４を支える断面矩形筒状の床小梁７２の下端部には、平板状の支持板７４が固定されている。支持板７４は床小梁７２の幅方向に沿った中央部で床小梁７２に固定されており、床小梁７２よりもその幅方向両側に延出された部分にはそれぞれダンパベース３２が取り付けられており、各ダンパベース３２にダイナミックダンパ３４が取り付けられている。

以上の構成の本実施の形態は、ダイナミックダンパ３４の配置態様が前記第１の実施の形態とは異なるものの、基本的には前記第１の実施の形態と同様の構成であるため、本実施の形態でも前記第１の実施の形態と同様の作用を奏し、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物の構成の概略を示す断面図である。 上階床部に強制外力が入力された際の周波数毎の床根太の上下方向の振動レベル分布を示すグラフである。 上階床部に強制外力が入力された際の周波数毎の床根太の左右方向の振動レベル分布を示すグラフである。 上階床部に強制外力が入力された際の下階室内の音圧レベル分布を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物の構成の概略を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る建物用制振構造を適用した建物の構成の概略を示す断面図である。

符号の説明

１０ スチールハウス（建物）
１２ １階天井部（下階天井部）
１３ 空間
１４ 天井本体
１６ 平板部材（質量体）
２２ ２階床部（上階床部）
２８ 吸音材
３４ ダイナミックダンパ（ダンパ）
５０ スチールハウス（建物）
５２ １階天井部（下階天井部）
５４ 吸音材
５６ ２階床部（上階床部）
７０ 住宅（建物）

Claims (3)

1. 上階床部に設けられて前記上階床部の振動に対して逆位相で振動することで前記上階床部の振動を低減するダンパと、
   前記上階床部の下方に設けられる天井本体を有する下階天井部と、
   材質又は厚さが前記天井本体と同じ部材を有する平板部材により構成されて前記下階天上部を構成すると共に、前記下階天井部の上側で前記天井本体に設けられて前記天井本体に質量を付加し、前記天井本体の固有振動数を前記ダンパの固有振動数とは異なる値にずらす質量体と、
   前記上階床部の一部として前記上階床部の下側で前記下階天井部側から上側へ離間した状態で設けられ、前記上階床部が振動することにより生じて前記下階天井部へ伝わる音の少なくとも一部を吸収する吸音材と、
   を備える建物用制振構造。
2. 前記質量体を板状又はシート状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の建物用制振構造。
3. 前記下階天井部の全体的な質量を前記天井本体の質量の２倍とした請求項１又は請求項２に記載の建物用制振構造。

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