JP5405940B2 - アクティブマスダンパーの防音支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、建物の上層部に配設されるアクティブマスダンパーの防音支持装置に関する。

アクティブマスダンパー（制振装置）は、建物（高層ビル等）の上層階において水平面内で移動可能に支持された重りと、建物の揺れ（振動）を検知するセンサと、センサで検出した振動に基づいてその振動を減衰させるように重りを移動させるアクチュエータとを備えており、強風や地震等により建物に生じた振動を、重りを水平面内で移動させることによる慣性力でアクティブに減衰させるものである（特許文献１、２参照）。

図１に示すように、制振装置４は、建物２の上層階（屋上等）の床面３に設置され建物の振動を減衰させるように重りを水平面内で移動させる装置であり、この制振装置４とそれが設置される建物２の床面３との間には、弾性部材５ｊが介設されている。この弾性部材５ｊは、制振装置４内の重りを移動させることに伴って制振装置４から建物２に伝わる振動の内、建物２の振動を減衰させる周波数（例えば０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）の振動を伝えると共に、その周波数よりも高い建物２内の居室の騒音の原因となる周波数（例えば２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度）の振動を遮断するために設けられる。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、制振装置４と建物２の床面（コンクリート）３との間には、上述の弾性部材５ｊが介設されている。詳しくは、床面３には、設置プレート６が固定されており、設置プレート６と制振装置４の下面の四隅との間に、弾性部材５ｊが介設されている。また、設置プレート６には、鉛直に支持プレート７が設けられており、支持プレート７と制振装置４の側面との間にも、上述の弾性部材５ｊが介設されている。

図３に示すように、建物２の床面３には、設置プレート６を固定するためのアンカープレート８が埋め込まれている。アンカープレート８にはアンカー鉄筋９が取り付けられており、このアンカー鉄筋９が床面３の内部の鉄筋１０に絡められた状態で、コンクリートが打設されている。アンカープレート８の四隅には、スタッドボルト１１が立設されている。これらスタッドボルト１１は、設置プレート６の四隅に形成された挿通穴１２に挿通され、夫々にナット１３が締め込まれている。

設置プレート６と制振装置４の基台フレームとしてのＩ型鋼若しくはＨ型鋼（Ｈ型鋼を寝かせたもの）等１４との間には、弾性部材５ｊを金属板１５で挟んだ弾性部材ユニット１６が介設されている。すなわち、弾性部材ユニット１６の下部の金属板１５が、ボルト等で設置プレート６に固定され、弾性部材ユニット１６の上部の金属板１５が、ボルト等でＩ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａに固定されている。

以上の構成により、制振装置４の重りを水平面内で移動させることに伴って制振装置４にて生じた振動は、弾性部材５ｊを介して建物２の床面３に伝わることになる。

特開平７−２６７８５号公報 特開平１１−２９４５２１号公報

ところで、弾性部材５ｊは、上述したように、制振装置４の重りを移動させることに伴って制振装置４から建物２に伝わる振動の内、建物２の振動を減衰させる周波数（０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）の振動（制御力）を伝えると共に、建物２内の居室の騒音の原因となる周波数（２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度）の振動（騒音振動）を遮断するために設けられるものであるが、従来、弾性部材５ｊには、天然ゴム由来の成分を主成分としたものが用いられていた。

この素材を使用した弾性部材５ｊは、図４に破線で示すように、自身の固有振動数の２倍以上の周波数の振動の領域にて（図４の横軸は強制振動数と固有振動数との比）、減衰特性が著しく悪化し、周波数が高まっても伝達率が小さくならないという特性を有する。ここで、弾性部材５ｊの固有振動数は通常１０Ｈｚ程度に設定されているため、２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度の騒音振動を十分に遮断することができなかった。この結果、制振装置４から弾性部材５ｊを介して騒音振動（固体伝播音）が建物２に伝わってしまい、建物２の居室の壁がこの騒音振動によって振動し、騒音が発生していた。

なお、弾性部材５ｊの固有振動数は１０Ｈｚ程度であることから、周波数が０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度の制御力は、図４にて横軸が１の部分（発振領域）よりも遙かに低周波数の領域にあり、その領域では制振装置４から建物２への伝達率（縦軸）は１となっている。よって、制振装置４で生成された制御力（０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）は、弾性部材５ｊを介して的確に建物２の床面３に伝達され、建物２の振動が減衰されることになる。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、制振装置から建物に伝わる騒音振動（固体伝播音）を効率よく遮断できるアクティブマスダンパーの防音支持装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係るアクティブマスダンパーの防音支持装置は、建物の床面に設置され前記建物の振動を減衰させるように重りを水平面内で移動させる制振装置と該制振装置が設置される前記建物の床面との間に、前記制振装置から前記建物の床面に伝わる振動の内、前記建物の振動を減衰させる周波数の振動（制御力）を伝えると共に、該周波数よりも高い前記建物の居室にて騒音の原因となる周波数の振動を遮断するための弾性部材を介設し、該弾性部材が、ポリウレタンエラストマーから成り、前記制振装置は、下面がフラットな基台フレームを有し、該基台フレームの下面と前記建物の床面との間に、前記弾性部材を板状に形成して成る弾性板を介設したアクティブマスダンパーの防音支持装置において、前記基台フレームは、Ｉ型鋼を有し、該Ｉ型鋼の下部フランジの下面に、前記弾性板を配設し、前記下部フランジを、複数のアンカーによって前記床面に取り付け、該アンカーは、前記下部フランジに形成された装着穴に隙間を空けて挿通され、下端が前記床面に固定されたアンカーボルトと、該アンカーボルトと前記装着穴との隙間に設けられたポリウレタンエラストマー製の弾性カラーと、前記下部フランジの上面に、前記装着穴を覆うように載置されたポリウレタンエラストマー製の弾性ワッシャーと、該弾性ワッシャーの上面に載置された金属製ワッシャーと、前記弾性ワッシャー及び前記金属製ワッシャーを挿通した前記アンカーボルトに締め込まれたナットとを備えたものである。

前記弾性板、前記弾性カラー及び前記弾性ワッシャーが、発泡ポリウレタンエラストマーから成るものであってもよい。

本発明に係るアクティブマスダンパーの防音支持装置によれば、制振装置と建物の床面との間に介設される弾性部材にポリウレタンエラストマーを用いているので、高周波数領域にて高い減衰特性が得られ、制振装置から建物に伝わる騒音振動（固体伝播音）を効率よく遮断できる。

制振装置と建物との間に防音用の弾性部材を介設したアクティブマスダンパーの防音支持装置の概要を示す説明図である。 従来例を示すアクティブマスダンパーの防音支持装置の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 図２（ａ）の部分拡大図である。 弾性部材の周波数−ゲイン特性を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブマスダンパーの防音支持装置の説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 図５（ａ）の部分拡大図である。 図６のVII−VII線断面図である。

本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、制振装置４と建物（高層ビル等）２の屋上等の上層階の床面（コンクリート）３との間には、弾性部材５が介設されている（図１参照）。

制振装置４は、既述のように、水平面内で移動可能に支持された重りと、建物２の揺れ（振動）を検知するセンサと、センサで検出した振動に基づいてその振動を減衰させるように重りを移動させるアクチュエータとを備えており、強風や地震等により建物２に生じた振動を、重りを水平面内で移動させることによる慣性力でアクティブに減衰させるものである。

弾性部材５は、制振装置４の重りを移動させることに伴って制振装置４から建物２の床面３に伝わる振動の内、建物２の振動を減衰させる周波数（例えば０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）の振動（制御力）を伝えると共に、その振動よりも高い建物２内の居室の騒音の原因となる周波数（例えば２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度）の振動（騒音振動）を遮断するために設けられる。

本実施形態の特徴は、弾性部材５がポリウレタンエラストマーから成っている点にある。ポリウレタンエラストマーとしては、エーテル系の発泡ポリウレタンエラストマー樹脂等が用いられる。この種の発泡ポリウレタンエラストマー樹脂は、材質がポリウレタンエラストマーであることにより、後述するように自身の固有振動数よりも高い周波数領域において高い減衰特性を有する他、内部が微小多孔構造となっていることから、圧縮された際に横方向に膨らみ難い、即ちポアソン比が小さいという特性をも有する。

ポリウレタンエラストマーから成る本実施形態の弾性部材５は、図４に実線で示すように、自身の固有振動数の２倍程度の周波数以上の周波数の振動領域にて、従来例の天然ゴム由来の成分の弾性部材５ｊよりも高い減衰特性が得られ、周波数が高まるにつれて伝達率が小さくなるという特性を有する。ここで、弾性部材５の固有振動数は１０Ｈｚ程度に設定されているため、本実施形態の弾性部材５は、２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度或いはそれ以上の周波数の騒音振動を、従来例の弾性部材５ｊと比べ十分に遮断することができる。

すなわち、本実施形態のポリウレタンエラストマーから成る弾性部材５は、建物２内の居室の騒音の原因となる比較的高い周波数の振動（騒音振動）の領域にて、従来例の天然ゴム由来の成分の弾性部材５ｊよりも高い減衰特性が得られ、周波数が高まるにつれて伝達率が小さくなるという特性を有するので、騒音振動（固体伝播音）を効率よく遮断できる。この結果、制振装置４から弾性部材５を介して騒音振動、即ち固体伝播音が建物２の床面３に伝わることが抑制され、建物２の居室の壁がこの騒音振動によって振動することによる騒音を抑制できる。

また、弾性部材５の固有振動数が１０Ｈｚ程度であることから、周波数が０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度の制御力は、図４にて横軸が１の部分（発振領域）よりも遙かに低周波領域にあり、その領域では制振装置４から建物２への伝達率（縦軸）は１となっている。従って、制振装置４で生成された制御力（０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）は、弾性部材５を介して的確に建物２の床面３に伝達される。よって、建物２の振動は、的確に減衰される。

以下、上述した弾性部材５を制振装置４と建物２の床面３との間に配設する具体的な構造について述べる。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、制振装置４の下面と建物２の床面３との間には、上述の弾性部材５を矩形の板状に形成してなる弾性板５０が、制振装置４の幅方向に間隔を隔てて一対介設されている。また、建物２の床面３には、制振装置４の一方の幅方向の両脇とそれに直交する他方の幅方向の両脇とに、夫々設置プレート２０がボルトナット等の締結具２１で固定されており、各設置プレート２０には、鉛直に支持プレート２２が設けられている。支持プレート２２と制振装置４の側面との間にも、上述の弾性部材５を板状に形成してなる弾性板５０が介設されている。

以上の構成により、制振装置４の重りを水平面内で移動させることに伴って制振装置４にて生じた振動は、弾性部材５（弾性板５０）を介して建物２の床面３に伝わる。

図６、図７に示すように、制振装置４は、下面がフラットな基台フレーム２３を有する。基台フレーム２３は、Ｉ型鋼（或いはＨ型鋼を９０度寝かせたもの、Ｉ型鋼の概念にはＨ型鋼を含むものとする）等１４を有し、制振装置４の一方の幅方向に間隔を隔てて一対配設されている。そして、各Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下面と建物２の床面３との間に、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下面の略全面を覆うように細長い矩形に形成された弾性板５０を挟んだ状態で、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａが建物２の床面３に複数のアンカー２５によって所定範囲で移動可能に取り付けられている。

アンカー２５は、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａに形成された装着穴２６に隙間を空けて挿通され下端が建物２の床面３に固定されたアンカーボルト２７と、アンカーボルト２７と装着穴２６との隙間に設けられたポリウレタンエラストマー製の弾性カラー２８と、下部フランジ１４ａの上面に装着穴２６を覆うように載置されたポリウレタンエラストマー製の弾性ワッシャー２９と、弾性ワッシャー２９の上面に載置された金属製ワッシャー３０と、これら弾性ワッシャー２９及び金属製ワッシャー３０を挿通したアンカーボルト２７に締め込まれたナット３１とを備えている。

アンカーボルト２７は、その下部が床面３に固定され、中程が弾性板５０、弾性カラー２８，弾性ワッシャー２９及び金属製ワッシャー３０を貫通し、上部にナット３１が螺合されている。アンカーボルト２７には、ケミカルアンカー等の後打ちアンカーが用いられる。

その理由は、図５（ｂ）に示すように、アンカー２５を細長い弾性板５０の長手方向に間隔（例えば５０ｃｍ間隔）を隔てて複数配設しているので、個々のアンカー２５の分担荷重が図２（ｂ）に示すように設置プレート６の四隅のみにスタッドボルト１１を配設した従来例と比べると減り、このため、後打ちアンカータイプのアンカーボルト２７であっても抜けることなく十分荷重を保持できるからである。

よって、本実施形態に係るアクティブマスダンパー１の防音支持装置によれば、図３に示す従来例では必要であった、アンカープレート８、アンカー鉄筋９及びスタッドボルト１１等から成る埋込金物を建物２のコンクリート製の床面３に埋設することが不要となり、低コストで設置することができる。

また、図６、図７において、弾性カラー２８は、ポリウレタンエラストマー（エーテル系の発泡ポリウレタンエラストマー樹脂等）から成り、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａに形成した装着穴２６とそれを貫通するアンカーボルト２７との隙間を充填するように円筒状に形成され、装着穴２６に嵌め込まれ（圧入され）ている。

弾性ワッシャー２９は、ポリウレタンエラストマー（エーテル系の発泡ポリウレタンエラストマー樹脂等）から成り、装着穴２６を覆う大きさに形成され、下部フランジ１４ａの上面に、装着穴２６を覆うと共にアンカーボルト２７を挿通して載置されている。

金属製ワッシャー３０は、ステンレスや鉄等の金属から成り、弾性ワッシャー２９と略同径に形成され、弾性ワッシャー２９の上面に、アンカーボルト２７を挿通して載置されている。

ナット３１は、ステンレスや鉄等の金属から成り、弾性ワッシャー２９及び金属製ワッシャー３０を挿通したアンカーボルト２７に螺合され、金属製ワッシャー３０に所定の力で着座するように締め込まれている。

以上の構成によれば、制振装置４のＩ型鋼１４の下部フランジ１４ａから建物２の床面３に伝達される振動は、Ｉ型鋼１４の装着穴２６から弾性カラー２８、弾性ワッシャー２９及びアンカーボルト２７を介して建物２の床面３に伝わるルートと、Ｉ型鋼１４の下面から弾性板５０を介して建物２の床面３に伝わるルートとにより、床面３に伝達される。

ここで、弾性板５０、弾性カラー２８及び弾性ワッシャー２９は、上述したように、ポリウレタンエラストマーから成っているので、制振装置４で生成された制御力（０．０５Ｈｚ〜１．０Ｈｚ程度）を的確に建物２の床面３に伝え、制振装置４の騒音振動（２０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度以上）を大幅に減衰して建物２の床面３に伝える（図４参照）。よって、建物２の振動は減衰され、且つ、騒音振動（固体伝播音）によって建物２の居室の壁が振動することによる騒音を抑制できる。

本実施形態の弾性板５０は、エーテル系の発泡ポリウレタンエラストマー樹脂を素材としているので、板厚方向に圧縮された際、圧縮された素材が内部の微小多孔構造によって吸収され、横方向に膨らみ難い。従って、板状に形成されていても、板厚方向の圧縮に伴って弾性係数が高まることはない。よって、弾性板５０は、制振装置４の振動によって板厚方向に圧縮されても、弾性係数が設計値からずれて高まってしまうことはなく、制振装置４で生成された制御力を設計通り適切に建物２の床面３に伝えると共に、制振装置４から建物２の床面３へ伝わろうとする騒音振動（固体伝播音）を設計通り的確に遮断できる。

また、弾性板５０をＩ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａの下面の長手方向に沿った略全面を覆う形状とし、その弾性板５０を建物２の床面３に載置しているので、図２（ｂ）、図３に示すようにＩ型鋼１４の長手方向の両端のみを弾性部材ユニット１６で支持する従来例と比べると、制振装置４をコンクリート製の床面３に容易に精度良く水平に設置できる。すなわち、制振装置４の水平レベル出しが容易となる。

加えて、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の下部フランジ１４ａの下面の長手方向に沿った略全面を弾性板５０によって支持することで、図２（ｂ）に示す従来例のようにＩ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の長手方向の両端のみを支持するタイプと比べると、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の荷重負担が小さくなり、Ｉ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の小型化・軽量化が可能となる。すなわち、図２（ｂ）に示す従来例では両端荷重となるためＩ型鋼若しくはＨ型鋼等１４の撓みを考慮して設計する必要があるが、本実施形態では略均等荷重となるのでその必要はない。

１ アクティブマスダンパー
２ 建物
３ 床面
４ 制振装置
５ 弾性部材
１４ Ｉ型鋼
１４ａ 下部フランジ
２３ 基台フレーム
２５ アンカー
２６ 装着穴
２７ アンカーボルト
２８ 弾性カラー
２９ 弾性ワッシャー
３０ 金属製ワッシャー
３１ ナット
５０ 弾性板

Claims (2)

1. 建物の床面に設置され前記建物の振動を減衰させるように重りを水平面内で移動させる制振装置と該制振装置が設置される前記建物の床面との間に、
   前記制振装置から前記建物の床面に伝わる振動の内、前記建物の振動を減衰させる周波数の制御力を伝えると共に、該周波数よりも高い前記建物の居室にて騒音の原因となる周波数の振動を遮断するための弾性部材を介設し、
   該弾性部材が、ポリウレタンエラストマーから成り、
   前記制振装置は、下面がフラットな基台フレームを有し、
   該基台フレームの下面と前記建物の床面との間に、前記弾性部材を板状に形成して成る弾性板を介設したアクティブマスダンパーの防音支持装置において、
   前記基台フレームは、Ｉ型鋼を有し、
   該Ｉ型鋼の下部フランジの下面に、前記弾性板を配設し、
   前記下部フランジを、複数のアンカーによって前記床面に取り付け、
   該アンカーは、
   前記下部フランジに形成された装着穴に隙間を空けて挿通され、下端が前記床面に固定されたアンカーボルトと、
   該アンカーボルトと前記装着穴との隙間に設けられたポリウレタンエラストマー製の弾性カラーと、
   前記下部フランジの上面に、前記装着穴を覆うように載置されたポリウレタンエラストマー製の弾性ワッシャーと、
   該弾性ワッシャーの上面に載置された金属製ワッシャーと、
   前記弾性ワッシャー及び前記金属製ワッシャーを挿通した前記アンカーボルトに締め込まれたナットとを備えたことを特徴とするアクティブマスダンパーの防音支持装置。
2. 前記弾性板、前記弾性カラー及び前記弾性ワッシャーが、発泡ポリウレタンエラストマーから成る請求項１に記載のアクティブマスダンパーの防音支持装置。

Images