JP6037726B2 - 振動抑制吊構造 - Google Patents

Description

本発明は、天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器の振動を軽減する振動抑制吊構造に関する。

従来、天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器が、大地震等により落下することがあった。原因を検討すると、吊ボルトの根元（基端部、天井スラブに固定される上端部）に応力が集中し、該根元の降伏後に塑性変形が累積して吊ボルトの根元が破断に至ることがわかった。このような吊ボルトの破断を防止するために、一対の吊ボルトの一方の根元と他方の先端部（吊設備機器に固定される下端部）との間に筋交いを設け、各吊ボルトの変形を抑えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０８６８７号公報

上述のように筋交い等の振れ止め材を設けると、吊ボルトの変形を飛躍的に抑えることができるが、例えば梁跨ぎで吊設備機器を配置するような場合、筋交いを設けることが困難な場合がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器の振動を軽減する振動抑制吊構造において、吊ボルト間の筋交いを無くして設置自由度を高めた上で吊ボルトの変形を抑えることを課題とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器の振動を軽減する振動抑制吊構造において、前記吊ボルトの前記天井スラブ側の基端部に、前記吊設備機器に固定されるボルト本体を吊り下げる連結具を備え、前記連結具が、前記天井スラブに固定されると共に上向き係止面を形成する上ブラケットと、前記ボルト本体に固定されると共に前記上向き係止面に上方から係合する下向き係止面を形成する下ブラケットと、前記上向き係止面及び下向き係止面の一方から突出して他方を揺動可能に当接させると共に前記吊設備機器の荷重を受ける揺動支持部と、前記揺動支持部の周囲に配置されて前記上向き係止面及び下向き係止面の間に挟み込まれるエネルギー吸収体とを有することを特徴とする。

この構成によれば、地震等により吊設備機器が振動すると、吊ボルトの基端部では上ブラケットに対する下ブラケットの動きが揺動支持部の支点を中心にした揺動に変換され、この揺動により揺動支持部の周囲でエネルギー吸収体を撓ませることで、吊設備機器の振動エネルギーの一部を吸収できる。すなわち、吊ボルトの基端部に作用する曲げモーメントを低減して吊ボルトの基端部の変形を低減した上で、吊設備機器の振動エネルギーを吸収して振動を軽減できる。エネルギー吸収体は、合成ゴム等の弾性体や粘弾性体、摩擦ダンパー等の減衰材が考えられる。
また、複数の吊ボルト間に筋交いを設ける場合と比べて、梁跨ぎで吊設備機器を配置するような場合でも設置自由度が高く、振動対策を容易に実施できる。

本発明において、前記下ブラケットにおける前記ボルト本体を貫通させるボルト貫通部と前記ボルト本体に螺着されたナットとの間に、ボルト動エネルギー吸収体が介装される構成であれば、下ブラケットに対するボルト本体の移動をボルト動エネルギー吸収体の撓み等により許容しつつ、ボルト動エネルギー吸収体によっても吊設備機器の振動エネルギーを吸収できる。
本発明において、前記揺動支持部が、前記上向き係止面及び下向き係止面の一方に転動自在に保持された転動体からなる構成であれば、揺動支持部を中心にした揺動がよりスムーズになり、振動エネルギーの一部を良好に吸収することができる。

本発明によれば、天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器の振動を軽減する振動抑制吊構造において、吊ボルト間の筋交いを無くして設置自由度を高めた上で吊ボルトの変形を抑えることができる。

本発明の実施形態における振動抑制吊構造の正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 （ａ）は上記振動抑制吊構造の吊ボルトの連結具の上ブラケットの斜視図、（ｂ）は前記連結具の下ブラケットの斜視図である。 上記連結具の一部断面を含む正面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 上記連結具の水平方向の動きに対する作用を示す図４に相当する正面図である。 上記連結具の鉛直方向の動きに対する作用を示す図４に相当する正面図である。 上記連結具の変形例における一部断面を含む正面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。 図８の連結具の分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１，２に示すように、本実施形態の振動抑制吊構造１は、建造物の天井スラブ２に複数（四本）の吊ボルト５で空調設備等の吊設備機器７を吊り下げた構成を有する。吊設備機器７は例えば直方体状をなし、その上面８を略水平にして配置される。上面８の外周方には、略水平なフランジ９が例えば全周に渡って設けられる。吊設備機器７の平面視（上面視）の四隅には、それぞれ鉛直方向に延びる吊ボルト５の下端部（先端部）がフランジ９を貫通した状態で該フランジ９に締結固定される。図中符号１１，１２は吊ボルト５の下端部に螺着されてフランジ９を挟んで締め込まれる上下ナットを示す。吊設備機器７は天井スラブ２の下面３から下方に離間して配置され、天井スラブ２の下面３よりも下方に張り出す梁４があってもその下方に配置可能である。

振動抑制吊構造１において、吊設備機器７の平面視長方形状の四隅に位置する計四本の吊ボルト５は、それぞれの天井スラブ２側の基端部（上端部）に、上下ブラケット１６，１７を組み合わせた連結具１５を備える。各吊ボルト５は、天井スラブ２に固定されたアンカーボルト１３と、アンカーボルト１３に取り付けられる連結具１５と、連結具１５に吊り下げられるボルト本体１４とを備えている。

図３，４に示すように、連結具１５は、アンカーボルト１３に固定される上ブラケット１６と、ボルト本体１４の上端部に固定される下ブラケット１７と、上ブラケット１６が形成する上向き係止面１６ａの中央部に突設されて下ブラケット１７が形成する上段下向き係止面１７ａを揺動可能に支持する半球状の揺動支持部１８と、揺動支持部１８の周囲で上向き係止面１６ａと上段下向き係止面１７ａの両側に形成された下段下向き係止面１７ｂとの間に挟み込まれるエネルギー吸収体１９とを有する。

連結具１５は、上ブラケット１６に揺動支持部１８を介して下ブラケット１７を係止し、上下ブラケット１６，１７を相対揺動自在にすると共に、揺動支持部１８の周囲に挟み込んだエネルギー吸収体１９を撓ませることで、上下ブラケット１６，１７の相対揺動エネルギーを吸収可能とする。

上ブラケット１６は、複数の鋼材を溶接や締結具等により一体に結合してなる。上ブラケット１６は、略水平に配置されてアンカーボルト１３を貫通させると共に該アンカーボルト１３にナット１３ａにより固定される矩形状の第一板部２１と、第一板部２１の両側端から下方に延びる一対の立板部２３と、一対の立板部２３の下端間に渡り略水平に延びる長方形状の第二板部２４とを有する。以下、前記一対の立板部２３に渡る方向を上ブラケット１６の長手方向ということがある。

下ブラケット１７は、略水平に配置されてボルト本体１４の上端部を貫通させると共に該上端部をナット２７及びボルト動エネルギー吸収体２８により係止する第一板部３１と、第一板部３１の両側端から上側ほど互いに離間するように延びる一対の傾斜板部３２と、一対の傾斜板部３２の上端から上方に延びる一対の立板部３３と、一対の立板部３３の上端間に渡る第二板部３４とを有する。以下、前記帯形状の幅方向を帯幅方向、長さ方向を帯長方向ということがある。

第二板部３４は、一対の立板部３３の上端から帯長方向で互いに接近するように略水平かつ略面一に延びる一対の下段板部３５と、一対の下段板部３５の内側端から上方に延びる一対の上段立板部３６と、一対の上段立板部３６の上端間に渡り略水平に延びる上段板部３７とを有する。

一対の立板部３３の各々は、下ブラケット１７の下部を構成する第一分割体４１が形成する第一立板部３３ａと、下ブラケット１７の上部を構成する第二分割体４２が形成する第二立板部３３ｂとで構成される。第一立板部３３ａは第二立板部３３ｂの外側に重なり、これらが下ブラケット１７の帯幅方向で並ぶ一対のボルト３３ｃにより締結される。第一分割体４１は第一板部３１、一対の傾斜板部３２及び一対の第一立板部３３ａを一体に有し、第二分割体４２は一対の第二立板部３３ｂ及び第二板部３４を一体に有する。第二分割体４２は第一分割体４１よりも板厚を厚くされる。

下ブラケット１７は、ボルト本体１４を上下動自在に挿通する補強パイプ１４ａを有する。補強パイプ１４ａは鋼管からなり、下ブラケット１７の第一板部３１からボルト本体１４の下端部近傍まで延びる。この補強パイプ１４ａにより、長尺のボルト本体１４の曲げに対する補強がなされる。補強パイプ１４ａの上端部は、下ブラケット１７の第一板部３１を貫通してその上方に突出し、この補強パイプ１４ａの上端にナット２７及びボルト動エネルギー吸収体２８が係止される。

図５を併せて参照し、連結具１５の平面視（吊ボルト５の軸方向視に相当）において、下ブラケット１７は、その帯長方向を上ブラケット１６の長手方向と略直交させるように配置される。下ブラケット１７の第二板部３４は、上ブラケット１６の第二板部２４に上方から重なるように配置される。上下ブラケット１６，１７は、それぞれ側面視でループ状をなし、互いに鎖状に繋ぎ合わされる。下ブラケット１７は、第一及び第二分割体４１，４２に分割されることで、上ブラケット１６との繋ぎ合わせを容易にする。

下ブラケット１７の第二板部３４の上段板部３７の中央部は、揺動支持部１８の頂部に当接支持される。上ブラケット１６の第二板部２４における揺動支持部１８の周囲と下ブラケット１７の一対の下段板部３５との間には、例えば板状のエネルギー吸収体１９が挟み込まれる。

エネルギー吸収体１９は、例えば粘弾性体からなり、例えば上ブラケット１６の第二板部２４とほぼ同等の矩形状とされる。エネルギー吸収体１９の中央部には、揺動支持部１８を貫通させる例えば矩形状の貫通孔１９ａが形成される。エネルギー吸収体１９は、例えば接着等により上ブラケット１６の第二板部２４及び下ブラケット１７の一対の下段板部３５に固定される。

図６に示すように、地震等により吊設備機器７が振動した際には、その水平方向の移動がボルト本体１４及び下ブラケット１７の揺動となって連結具１５に伝達される。このとき、エネルギー吸収体１９が上ブラケット１６の第二板部２４及び下ブラケット１７の一対の下段板部３５の間で圧縮及び復元を繰り返すことで、上ブラケット１６に対する下ブラケット１７の揺動が許容されると共に、吊設備機器７の振動エネルギーの一部が吸収される。これにより、吊設備機器７の振動が軽減されると共に、吊ボルト５の基端部への前記振動の伝達が抑えられる。

ボルト本体１４の上端部は、下ブラケット１７の第一板部３１の上方で螺着されたナット２７と、該ナット２７と補強パイプ１４ａの上端との間に挟まれたボルト動エネルギー吸収体２８とにより、下ブラケット１７の第一板部３１に係止される。ボルト動エネルギー吸収体２８は、例えばエラストマー等の弾性体からなり、ナット２７の座金相当の外径を有してボルト本体１４を挿通する円筒状とされる。図７に示すように、ボルト本体１４の上端部は、下ブラケット１７に対して上方へ移動自在であり、かつボルト動エネルギー吸収体２８の撓み分だけ下方及び傾き方向への移動が可能である。

これにより、吊設備機器７の振動はボルト本体１４には直接伝達されるが、ボルト動エネルギー吸収体２８の撓みによって下ブラケット１７への前記振動の伝達が抑えられる。ボルト動エネルギー吸収体２８は、吊設備機器７の荷重を受けるが、ボルト本体１４及び下ブラケット１７間で引っ張って用いるのではなく圧縮して用いるため、切断の虞がなく信頼性が高い。

下ブラケット１７に吊設備機器７の振動が伝達された場合、上ブラケット１６に対して下ブラケット１７が揺動し、このエネルギーが前述の如くエネルギー吸収体１９の撓みによって吸収される。
これら両エネルギー吸収体１９，２８の変形と復元により、吊設備機器７の振動エネルギーの減衰と吸収がなされ、振動が収束し易く、吊ボルト５の基端部の応力集中が緩和されると共に疲労が抑えられる。

以上説明したように、上記実施形態における振動抑制吊構造１は、吊ボルト５の天井スラブ２側の基端部に、上下ブラケット１６，１７を組み合わせた連結具１５を設け、連結具１５の上下ブラケット１６，１７間に、これらを相対揺動可能にすると共に吊設備機器７の荷重を受ける揺動支持部１８を設けると共に、揺動支持部１８の周囲で上下ブラケット１６，１７間に挟み込まれるエネルギー吸収体１９を設けることで、地震等により吊設備機器７が振動すると、吊ボルト５の基端部では上ブラケット１６に対する下ブラケット１７の動きが揺動支持部１８の支点を中心にした揺動に変換され、この揺動により揺動支持部１８の周囲でエネルギー吸収体１９を撓ませることで、吊設備機器７の振動エネルギーの一部を吸収できる。すなわち、吊ボルト５の基端部に作用する曲げモーメントを低減して吊ボルト５の基端部の変形を低減した上で、吊設備機器７の振動エネルギーを吸収して振動を軽減できる。
また、複数の吊ボルト５間に筋交いを設ける場合と比べて、梁跨ぎで吊設備機器７を配置するような場合でも設置自由度が高く、振動対策を容易に実施できる。

また、下ブラケット１７におけるボルト本体１４の上端部が貫通する部位とボルト本体１４の上端部に螺着したナット２７との間に、ボルト動エネルギー吸収体２８が介装されることで、下ブラケット１７に対するボルト本体１４の相対移動をボルト動エネルギー吸収体２８により許容しつつ、ボルト動エネルギー吸収体２８によっても吊設備機器７の振動エネルギーを吸収できる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、エネルギー吸収体１９の上下ブラケット１６，１７への固定は接着に限らず、例えば締結具やブラケット等の固定具を用いてもよい。一方、エネルギー吸収体１９を上下ブラケット１６，１７の少なくとも一方に固定せず、上ブラケット１６に対して下ブラケット１７を上方へ移動自在にしてもよい。この場合、ボルト本体１４を下ブラケット１７に固定してもよい。
本実施形態において、揺動支持部１８は上ブラケット１６に一体形成されるが、上ブラケット１６とは別体の揺動支持部１８を上向き係止面１６ａに固設してもよい。また、揺動支持部１８を下ブラケット１７に設けて上ブラケット１６の上向き係止面１６ａに当接支持させてもよい。また、上下ブラケット１６，１７とは別体の例えば球状の揺動支持部１８を上下ブラケット１６，１７に固定せずに挟み込んでもよい。また、下ブラケット１７の第二板部３４を段差形状ではなく平坦形状にして上下係止面１７ａ，１７ｂを平坦にしてもよい。

以下、連結具１５の変形例を図８〜図１０を参照して説明する。
この変形例の連結具１５’は、前記連結具１５に対して、揺動支持部１８に代わり鋼球（転動体）１８’を有する点で異なり、その他の、前記実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。

連結具１５’は、前記下ブラケット１７に対して平坦形状の第二板部３４’を有する下ブラケット１７’と、下ブラケット１７’を上下反転した構成を有する上ブラケット１６’と、上ブラケット１６’の平坦な上向き係止面１６ａ’及び下ブラケット１７’の平坦な下向き係止面１７ａ’の間に挟みこまれて吊設備機器７の荷重を受ける鋼球１８’と、鋼球１８’を転動自在に遊嵌させる中央孔３８ａを有して下向き係止面１７ａ’に下方から当接する保持プレート３８と、保持プレート３８の下面と上向き係止面１６ａ’との間に挟み込まれるエネルギー吸収体１９とを有する。

上ブラケット１６’は天井スラブ２の下面３から離間し、アンカーボルト１３に上下一対のナット１３ａにより固定される。補強パイプ１４ａの上端部は下ブラケット１７’の第一板部３１の上方に突出せず、第一板部３１の上面にはダブルナット固定されたナット２７及びボルト動エネルギー吸収体２８が係止される。上ブラケット１６’及び下ブラケット１７’の第一分割体４１及び第二分割体４２は、それぞれ互いに略同一の板厚とされる。

この構成によれば、上記実施形態の作用効果に加え、揺動支持部１８に代わり、下向き係止面１７ａ’に転動自在に保持される鋼球１８’を有することで、揺動支持部（鋼球１８’）を中心にした揺動がよりスムーズになり、振動エネルギーの一部を良好に吸収することができる。なお、上向き係止面１６ａ’に保持プレート３８を介して鋼球１８’を保持してもよい。

そして、上記実施形態及び変形例における構成は本発明の一例であり、各構成を適宜組み合わせる等、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 振動抑制吊構造
２ 天井スラブ
５ 吊ボルト
７ 吊設備機器
１４ ボルト本体
１４ａ 補強パイプ（ボルト貫通部）
１５，１５’ 連結具
１６，１６’ 上ブラケット
１６ａ，１６ａ’ 上向き係止面
１７，１７’ 下ブラケット
１７ａ，１７ａ’ 上段下向き係止面
１８ 揺動支持部
１８’ 鋼球（揺動支持部）
１９ エネルギー吸収体
２８ ボルト動エネルギー吸収体
３１ 第一板部（ボルト貫通部）

Claims (3)

1. 天井スラブに吊ボルトで吊り下げられた吊設備機器の振動を軽減する振動抑制吊構造において、
   前記吊ボルトの前記天井スラブ側の基端部に、前記吊設備機器に固定されるボルト本体を吊り下げる連結具を備え、
   前記連結具が、前記天井スラブに固定されると共に上向き係止面を形成する上ブラケットと、前記ボルト本体に固定されると共に前記上向き係止面に上方から係合する下向き係止面を形成する下ブラケットと、前記上向き係止面及び下向き係止面の一方から突出して他方を揺動可能に当接させると共に前記吊設備機器の荷重を受ける揺動支持部と、前記揺動支持部の周囲に配置されて前記上向き係止面及び下向き係止面の間に挟み込まれるエネルギー吸収体とを有することを特徴とする振動抑制吊構造。
2. 前記下ブラケットにおける前記ボルト本体を貫通させるボルト貫通部と前記ボルト本体に螺着されたナットとの間に、ボルト動エネルギー吸収体が介装されることを特徴とする請求項１に記載の振動抑制吊構造。
3. 前記揺動支持部が、前記上向き係止面及び下向き係止面の一方に転動自在に保持された転動体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動抑制吊構造。

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