JP6052572B2 - Ｔｍｄディバイス及びそれを用いた重量床衝撃音の低減構造 - Google Patents

Description

本発明はTuned Mass Damper（ＴＭＤ）と称される動吸振器に用いるのに適したディバイス及びこのディバイスを応用した重量床衝撃音の低減構造に関する。

集合住宅等において人の移動や子供の飛び跳ね等により生じる重量床衝撃音は、スラブ内を通過して居室に放射される空気伝搬音と異なり、スラブや壁等の振動による音響放射により発生する。
軽量物の落下などにより発生する音、いわゆる軽量床衝撃音に対しては、床仕上材として一部実用化されているものの、重量床衝撃音にはほとんど効果がない。
一部に重量床衝撃音低減効果を持つ床仕上材として提案されているようであるが、低減効果は小さく、またコストが高いため一般的に使用されていない。
これまで、可聴領域よりも低い振動数に対しては制振装置として開発されているが、特別な制振装置を振幅の大きいスラブの中央に設置する必要があるため、居室の利用が制限され好ましくない。

特許文献１，２にボイドスラブによる重量床衝撃音の低減構造が開示されているが、いずれも施工性に劣る。

特開２００６−３４２６４５号公報 特開平８−１７０３９８号公報

本発明は振動低減効果が高く、施工性に優れたＴＭＤディバイスの提供を目的とする。
また、このＴＭＤディバイスを用いた重量床衝撃音の低減構造の提供を目的とする。

本発明に係るＴＭＤディバイスは、質量部材を弾性部材で被覆したことを特徴とする。
ここで、質量部材は棒状体であり、弾性部材は棒状体の周囲を被覆するものであってもよい。
弾性部材で棒状体の周囲を被覆する場合に、弾性部材の材質の他にこの弾性部材の厚さを変えるか又は周廻り方向の引張り応力を負荷することで、ＴＭＤディバイスの固有振動数を調整することができる。
他の方法としては、質量部材を上下の弾性部材で支持又は挟持したことを特徴とする。
この場合に、質量部材と弾性部材との間に固有振動数調整部材を介在させるのが好ましい。
ここで、ＴＭＤディバイスとは、Tuned Mass Damper（動吸振器）に適用するのに適したディバイスをいい、本発明においては重量床衝撃音の低減に効果的なディバイスをいう。
ＴＭＤの原理は、おもりとなる質量部材をばね部材等で支持した状態で構造物に取り付け、この質量部材の固有振動数を構造物の固有振動数に一致させると、構造物の揺れに対して慣性力により質量部材が反対方向に動き、構造物の振動を抑えるものである。
本発明は、このＴＭＤの原理を応用すべく鋼材等のおもりとして作用する比重が大きい質量部材を、この質量部材が構造物の揺れとは反対方向に揺れるのを許容する弾性部材で被覆又は、上下の弾性部材で質量部材を支持、挟持した点に特徴がある。
弾性部材には、発泡性の樹脂部材やゴム状の部材が例として挙げられる。
ＴＭＤディバイスには、建築物を構成する床等のスラブの固有振動に一致させやすいように固有振動数の調整機能が要求される。
そこで、質量部材を棒状体にし、この棒状体の周囲を被覆する弾性部材に周廻り方向の引張り応力を負荷した点にも特徴がある。
棒状体の長さ及び弾性部材に予め負荷する引張り応力により、固有振動数を変化させることができるからである。
なお、弾性部材の材質や厚みを変えることで固有振動数を調整できることは、先に述べたとおりである。
また、質量部材を上下の弾性部材で支持又は挟持する場合には、この質量部材と弾性部材との間に剛性部材を介在させることで、固有振動数を調整することができる。

本発明に係るＴＭＤディバイスを建築物の床を構成するスラブの内部又は上下面のいずれかに設けると重量床衝撃音の低減を図ることができる。

本発明に係るＴＭＤディバイスは、構造が簡単で且つ固有振動数の調整が容易であり、現場での施工性に優れる。
本発明に係るＴＭＤディバイスを建築物のスラブ内に配設すると、ボイドスラブとして、スラブ厚さを厚くすることなく重量床衝撃音が低減でき、その結果として建築物全体の重量の増加を抑えることができ、建築物の構築費がその分安価になる。
また、ＴＭＤディバイスをスラブ内に配設できないときは、スラブの一面に取り付けてもよい。

本発明に係るＴＭＤディバイスの構造例を示す。（ａ）は質量部材に弾性部材を被覆する前、（ｂ）は質量部材に弾性部材を被覆した状態、（ｃ）は弾性部材に周廻り方向の引張り応力を負荷した状態を示す。 ＴＭＤディバイスの断面構造例を示す。（ａ）は引張り応力を負荷する前、（ｂ）はその負荷後の状態を示す。 ＴＭＤディバイスの第２の実施例を示す。 本発明に係るボイドスラブの構造例を示す。 試験装置の構成を示す。 ＴＭＤディバイスに負荷した荷重と変位の関係を示す。 パラメータに対するばね定数の変化を示す。

本発明に係るＴＭＤディバイスの第１の構造例を図１に示す。
鉄、銅、鉛等のおもりとなる質量部材１１を発泡材からなる弾性部材１２で被覆した構造になっている。
固有振動数は質量部材１１の径、長さ、及び弾性部材１２の厚み、弾性率等によっても調整可能であるが、本実施例は図２に断面図を示すように円筒状の発泡ポリエチレン管を長手方向に沿って部分的に削除し、この内側に棒状体からなる質量部材を挿入し［図１（ａ）→（ｂ）］、自然状態では隙間部１２ａが形成されるようになっている。
次に、図２（ｂ）に示すように隙間部１２ａが狭くなるように、あるいは両側の端部が繋がるように周廻りに引張る。
これにより、弾性部材１２には周廻り方向の引張り応力が負荷され、ＴＭＤの固有振動数が高くなる。
よって、周廻り方向の引張り応力を調整することで、固有振動数を調整することができる。

図３にＴＭＤディバイスの第２の構造例を示す。
質量部材１１の上下に鋼性部材１４ａ，１４ｂを介在させて、断面略コ字形状の弾性部材１３ａ，１３ｂを相互に突き合せるようにして、内側の質量部材１１を支持又は挟持させた。
これにより、同じ径の棒状体からなる質量部材に対して、鋼性部材１４ａ，１４ｂの幅を変えることで固有振動数を調整することができる。

質量部材として鉄筋を用い、弾性部材として発泡ポリエチレン製の円筒部材を用いて評価したので説明する。
おもりとして直径約１９ｍｍの異形鉄筋（Ｄ１９）を、弾性部材として発泡ポリエチレン製の保護管を使用した。
ＴＭＤディバイスの固有振動数は、ＴＭＤディバイスの長さ及び弾性部材の円周方向の初期ひずみを変化させることにより調整した。
弾性部材の初期ひずみ（引張り応力）とは、短くした弾性部材の周長に対する切断面を繋いだ際の伸びの比で調整した。
初期ひずみを変化させることにより弾性部材の円周方向に初期引張り応力を与え、弾性部材の半径方向の剛性を変化させてＴＭＤの固有振動数を調整したものである。
実験パラメータは異形鉄筋を覆う弾性部材の周長及びＴＭＤディバイスの長さである。
弾性部材の周長は初期周長９８ｍｍのもの及び、周長を６ｍｍずつ短縮させた９２，８６，８０ｍｍの弾性部材の隙間端部をつないだ４種類を実験した。
ＴＭＤディバイスの長さは５０，１００，１５０，２００ｍｍの４種類で実験した。

図５に実験装置の構成を示す。
万力によりＴＭＤディバイスに変形を与え、ＴＭＤディバイスが圧縮される変位を両側に設置したダイヤルゲージにより、またそのときの作用荷重を実験装置の下部に設置したデジタル計量器によりそれぞれ測定した。
なお、実験では０．９８Ｎずつ加力し１９．６Ｎまでの計２０回の測定を行った。

得られた荷重と変位の関係から線形回帰してばね定数を算出した。
図６に元の弾性部材周長が９８ｍｍ、ＴＭＤディバイスの長さが５０と１００ｍｍの場合の荷重と変位のグラフの例を示す。
図７に弾性部材の元の周長とばね定数の関係を示す。
弾性部材の元の周長が短くなるにしたがい剛性が高くなることが分かる。
また、ＴＭＤディバイスの長さが長くなるにしたがい剛性が高くなっている。
このことから、質量部材の長さ及び弾性部材の周廻りの引張り応力によりＴＭＤの固有振動数の調整が可能であることが分かる。
本発明に係るＴＭＤディバイスは、建築物の床を構成するスラブ内に設置することで、重量床衝撃音の低減に効果がある。
図４にその一例を示す。
例えば、床の施工方法として床の部分にハーフＰＣ板を架け渡し、その上に本発明に係るＴＭＤディバイスを敷き詰める。
ＴＭＤディバイスを敷き詰め、その後にコンクリートを打設し、スラブ２０を形成する。
このようにすると、従来のようなスラブ厚さを厚くすることなく、重量床衝撃音低減が可能になる。

１０ ＴＭＤディバイス
１１ 質量部材
１２ 弾性部材
１２ａ 隙間部
２０ スラブ

Claims (2)

1. 長手方向全長にわたって部分的に側壁を削除した円筒状の弾性部材の内側に棒状体からなる質量部材を挿入した状態で、前記削除した隙間部の寸法を調整し、周廻り方向に引張り応力が負荷されていることを特徴とするＴＭＤディバイス。
2. 請求項１に記載のＴＭＤディバイスをスラブの内部又は上下面のいずれかに設けたことを特徴とする重量床衝撃音の低減構造。