JP6105101B2 - 天井構造 - Google Patents

Description

本発明は、床衝撃音対策用の天井構造に関する。

床衝撃音は、衝撃加振するものの柔らかさと衝撃時間に応じて、広い周波数成分の振動が発生し、これが伝搬して下階室にて観測される音であって、マンション等の集合住宅においてトラブルの原因となる場合がある。このような床衝撃音には、家具の引き摺りや小物類の落下等により生じる軽量床衝撃音と、人の飛び跳ね、飛び降り等により生じる重量床衝撃音とに分けられる。

従来、床衝撃音の低減化対策構造は、多数開発されている。
例えば、特許文献１，２には、天井スラブと、天井スラブの下方に設けられた吸音用孔あきボードと、孔あきボードに敷き詰められた袋詰めの炭とからなる天井構造が開示されている。

特許文献１の炭は、９０重量％以上が長径１５ｍｍ以下で、嵩密度が０．１０４〜０．１５１ｋｇ／ｌであり、特許文献２の炭は、長径が４．７５ｍｍ以上であるものの割合が全体の２０重量％未満であり、長径が４．７５〜２．３６ｍｍの範囲にあるものの体積割合が、長径が２．３６ｍｍ以下の範囲にあるものの体積割合よりも大きくなっている。

また、特許文献３には、床板の下面に、枠材と、この枠材の内側に架け渡された中空の梁材と、梁材の中空部に収容された粒状体とを配置してなる床構造が開示されている。

さらに、特許文献４には、天井スラブと、天井スラブの下方に設けられた天井材と、天井材の上面に設置された厚みが５ｍｍ以下の粉体層とを備える天井構造が開示されている。この天井構造では、粉体として、平均粒径が０．１〜１０００μｍの範囲にあり、嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３の範囲にあるものを使用するのが望ましいとしている。

特許第４５５０６０９号公報 特開２０１０−３１５９９号公報 特開２００６−１２５１９５号公報 特開平９−２２８５３５号公報

特許文献１および特許文献２に記載の天井構造は、天井裏に配設された炭が可燃物であるため、耐火・不燃構造の建物では採用し難かった。

また、特許文献３の床構造は、コンクリート製の床スラブ（天井スラブ）を備えた建物には採用することができなかった。

さらに、特許文献４の天井構造は、床衝撃音レベルが１２５〜５００Ｈｚの軽量衝撃音の周波数帯域では効果的であるものの、重量床衝撃音の６３Ｈｚの周波数帯域においては効果がほとんど得られなかった。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、耐火性・不燃性に優れていて、かつ、新築時だけでなくリニューアル時にも適用可能な上階の床衝撃音の低減効果が高い天井構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る天井構造は、上部構造体と、前記上部構造体の下方に形成された天井と、前記天井に上載された吸音体とを備えてなる天井構造であって、前記吸音体は、粒状体と、前記粒状体を収容する容器とを有し、前記粒状体は、パーライト、天然ガラス発泡体、砂、または、これらのうちの少なくとも２つを混合したものであり、前記容器は吊りボルトを避けて、前記天井の天井板に所定の間隔をあけて列状に上載されていることを特徴としている。

かかる天井構造によれば、粒状体が振動により容器内を移動することで振動エネルギーを減衰させるため、床衝撃音を効果的に低減させることができる。
また、粒状体として、不燃材料を使用しているため、耐火性・不燃性に優れた天井構造を構築することができる。

前記粒状体が、少なくとも第一粒状体と第二粒状体とを混合したものであり、前記第一粒状体は、嵩比重が０．２以下で、かつ、平均粒径が１１．２ｍｍ以上１６．２ｍｍ以下の範囲内であるパーライトであり、前記第二粒状体は、嵩比重が０．２以上で、かつ、平均粒径が０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内であるパーライトであれば、小さな振動でも粒状体が移動するため、より効果的に振動エネルギーを減衰させることができる。

前記吸音体を、式１を満足するように配置することで、より効果的に床衝撃音の低減効果を得ることができる。
Ｍ＞Ｅ／４０５０π２・１／ｄ−ρ・ｔ ・・・ 式１
ここで、Ｍ：吸音体の単位面積当りの質量（ｋg／ｍ２）
Ｅ：空気の体積弾性率（Ｎ／ｍ２）
ｄ：上部構造体と天井との間隔（ｍ）
ρ：天井を構成する天井板の密度（ｋg／ｍ３）
ｔ：天井板の厚さ（ｍ）

また、前記容器を、前記天井の野縁を跨いだ状態で前記天井の天井板に上載すると、下地材の振動も減衰させることが可能となり、より効果的な床衝撃音の低減化を図ることができる。

さらに、前記容器が、ガラスクロスからなる袋であれば、より耐火性に優れた天井構造を構成することができる。

本発明の天井構造によれば、耐火性・不燃性に優れていて、かつ、上階の床衝撃音の低減効果が高い天井を構築することができる。

本発明の実施形態に係る天井構造の概要を示す断面図である。 図１の天井構造を示す斜視図である。 （ａ）は天井（吸音体を省略した天井構造）を示す平面図、（ｂ）は天井構造を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、他の形態に係る天井構造の平面図である。 （ａ）は実証実験に使用した小型天井試験体の平面図、（ｂ）は同立面図である。 実証実験結果を示す図であって、粒状体の平均粒径の違いによる振動加速度レベル低減量の違いを示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、実証実験結果を示す図であって、吸音体の容器の有無による床衝撃音レベルの違いを示すグラフである。

本実施形態の天井構造１は、図１に示すように、上部構造体２と、上部構造体２の下方に形成された天井３と、天井３に上載された吸音体４とを備えている。

上部構造体２は、天井スラブや梁等からなる建物の躯体部分である。本実施形態の上部構造体２は、鉄筋コンクリート造材である。なお、上部構造体は鉄筋コンクリート造材に限定されるものではない。
上部構造体２には、複数の吊りボルト５，５が垂設されている。

吊りボルト５は、上端が上部構造体２に固定されているとともに、下端が天井３に固定されていることで、天井３を吊持している。
なお、吊りボルト５の本数や配置は限定されるものではなく、例えば、天井３の重量等に応じて適宜設定すればよい。

天井３は、吊りボルト５により吊持されたいわゆる二重天井（吊り天井）であって、上部構造体２との間に隙間（ふところ）を有した状態で、水平に配設されている。なお、天井２は、必ずしも水平である必要はなく、傾斜していてもよい。

本実施形態の天井３は、図２に示すように、天井板３１と、野縁３２と、野縁受け材３３とを備えている。
天井板３１は、天井３の下面を覆う板材である。なお、天井板３１の材質は限定されるものではないが、軽量で、遮音性に優れたものが望ましい。

野縁３２は、天井板３１を保持する棒状部材であって、天井板３１の上面に固定されている。
本実施形態の野縁３２は、ＪＩＳ Ａ ６５１７ 建築用鋼製下地材（壁・天井）に規定された鋼製下地材や、一般に使用されている角型スタッド等の鋼製下地材である。なお、野縁３２を構成する形材の種類は限定されるものではなく、例えば、断面Ｃ字状、断面コ字状、断面Ｌ字状、断面ロ字状等の形材を使用することができる。また、野縁３２の材質も限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼、木質材等であってもよい。

野縁受け材３３は、野縁３２を保持する棒状部材であって、本実施形態では、取付金具（図示省略）を介して野縁３２の上面に固定されている。なお、野縁３２と野縁受け材３３との固定方法は限定されるものではなく、例えば、直接、ビスなどの締結用部品により固定してもよいし、溶接により固定してもよい。

野縁受け材３３は、吊りボルト５により吊持されている。なお、野縁受け材３３を支持する部材は、吊りボルト５に限定されるものではない。

野縁受け材３３は、ＪＩＳ Ａ ６５１７ 建築用鋼製下地材（壁・天井）に規定された鋼製下地材や、一般に使用されている角型スタッド等の鋼製下地材である。
なお、野縁受け材３３を構成する形材の種類は限定されるものではなく、例えば、断面Ｃ字状、断面コ字状、断面Ｌ字状、断面ロ字状等の形材を使用することができる。また、野縁受け材３３の材質も限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金やステンレス鋼や木質材等であってもよい。

野縁受け材３３は、図３の（ａ）に示すように、野縁３２と交差する向きに配設されている。つまり、天井３は、野縁３２と野縁受け材３３により形成された、格子状の天井下地を備えている。

吸音体４は、図１に示すように、粒状体４１と、粒状体４１を収容する容器４２とを有している。
本実施形態の粒状体４１は、パーライト（ガラス質火山岩を加熱して得た発泡体）の一種である黒曜石系パーライトにより構成されている。なお、粒状体４１を構成する材料はこれに限定されるものではなく、例えば、真珠岩系パーライト、天然ガラス発泡体、砂、または、これらのうちの少なくとも２つを混合したもので構成すればよい。

粒状体４１は、嵩比重が０．２以下で、かつ、粒度分布が３ｍｍ以上２５ｍｍ以下（平均粒径が１１．２ｍｍ〜１６．２ｍｍ）の範囲内であるパーライト（第一粒状体）と、嵩比重が０．２以上で、かつ、粒度分布が１．２ｍｍ未満（平均粒径が０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍ）の範囲内であるパーライト（第二粒状体）とが混合されている。本実施形態では、第一粒状体と第二粒状体とを１０：９の割合で混合するが、第一粒状体と第二粒状体の配合は限定されるものではなく、第一粒状体：第二粒状体＝１：１〜４：１の範囲内で、かつ、第一粒状体≧第二粒状体となるように配合するのが望ましい。

容器４２には、ガラスクロスからなる袋を採用している。なお、容器４２を構成する材料は限定されるものではないが、振動した際に内部の粒状体が移動することを阻害することない材料であって、不燃性・耐火性の材質が望ましい。

本実施形態では、図３の（ｂ）に示すように、天井３の全面に吸音体４を配置している。
なお、吸音体４は必ずしも天井全面に並べる必要はなく、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、部分的に吸音体４を配置してもよい。例えば、図４の（ａ）に示すように、野縁受け材３３を避けるように配置してもよいし、図４の（ｂ）に示すように、所定の間隔をあけて列状に配置してもよい。また、図４の（ｃ）に示すように、吊りボルト５を避けるように配置してもよい。

吸音体４は、図１および図２に示すように、野縁３２を跨いだ状態で、天井板３１に当接している。つまり、容器４２の中心部は野縁３２上に位置し、容器４２の両脇は野縁３２の両側において、天井板３１の上面に載置されている。

図２に示すように、野縁受け材３３が配設された位置では、野縁受け材３３を挟んで両側に吸音体４を配設している。
なお、粒状体４２の質量は、式１により決定する。

なお、式１は、以下に示すように、共振周波数ｆの式（式２）を展開することにより導きだされた式である。

本実施形態の天井構造１によれば、天井３の上面に配設された吸音体４の粒状体４１が、わずかな振動でも移動して振動エネルギーを吸収する。また、天井３を構成する野縁３２や野縁受け材３３、天井３はもともとそれ自体の内部減衰が小さいため、床衝撃音を効果的に低減させることができる。粒状体４１は、振動が加わると容器４２内で移動することで、粒子同士または粒子と容器４２の摩擦や衝突により振動エネルギーを減衰させる。

また、天井構造１によれば、床衝撃音の最終的な放射面となる天井板３１の上面において振動エネルギーを減衰させるため、二重天井が設置されることによって生じる床衝撃音の増幅を抑制し、設置前と比較して大きな低減効果を得ることができる。

粒状体４１として、嵩比重や平均粒径が異なる複数の材料（第一粒状体と第二粒状体）の混合物を利用しているため、効果が得られる周波数領域が広い。そのため、軽量床衝撃音と重量床衝撃音の両方に対して効果を発現することができる。

また、粒状体４１の質量を、天井ふところｄ（ｍ）と、天井板３１の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）と、天井板の厚さｔ（ｍ）により算出しているため、天井構造１の質量と天井ふところの空気ばねで決定する共振現象による増幅範囲が、一般的な重量床衝撃音の決定周波数帯域である６３Ｈｚ帯域より低周波数帯域に定まり、効果の再現性が高い。

野縁３２を跨いだ状態で吸音体４を配設しているため、下地材（野縁３２および野縁受け材３３））の振動も減衰させることができる。

吸音体４として、不燃材であるパーライトを粒状体４１とし、不燃材であるガラスクロスからなる袋を容器４２としているため、吸音体４の耐火性・不燃性が高い。

天井構造１は、吸音体４を天井３の上面に並べるだけで床衝撃音の低減効果を得られるため、既設、新設を問わず、受音室（下階室）側から床衝撃音低減対策を行うことができる。また、適用可能な建物の構造形式（鉄筋コンクリート造、鉄骨構造、木造等）に限定されることなく、採用することができる。

また、ダンパー等のように、事前にチューニングを行う必要はなく、多くの物件に短時間で施工することができる。
天井板３１に有孔板等の特殊な部材を使用する必要がないため、室内側の意匠の自由度が制限されることがない。

本実施形態の天井構造１は、新築時だけでなくリニューアル時にも適用可能な床衝撃音低減技術であり、特に床スラブ厚さや梁の追加・位置変更等の構造仕様と密接に関係する重量床衝撃音に対して、構造仕様の変更を必要としない床衝撃音低減技術である。

次に、吸音体の振動低減効果を確認するために実施した実証実験結果を示す。
本実験では、図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、壁柱６，６を用いて形成された小型天井試験体において、重量衝撃源で床スラブ７に衝撃Ｐを与え、天井３に伝播された振動加速度レベルを測定した。

まず、粒度分布が３．０〜２５．０ｍｍ（平均粒径が１１．２ｍｍ〜１６．２ｍｍ）の範囲内にあるパーライト（試料Ａ：太平洋マテリアル株式会社製「太平洋パーライト特Ｍ−１」）と、粒度分布が３．１〜１５．０ｍｍ（平均粒径が３．７ｍｍ〜７．７ｍｍ）の範囲内にあるパーライト（試料Ｂ：太平洋マテリアル株式会社製「太平洋パーライトＭ−１」）と、粒度分布が５．０ｍｍ未満（平均粒径が１．２ｍｍ〜２．４ｍ）であるパーライト（試料Ｃ：太平洋マテリアル株式会社製「太平洋パーライトＭ−２」）と、粒度分布が１．２ｍｍ未満（平均粒径が０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍ）であるパーライト（試料Ｄ：太平洋マテリアル株式会社製「太平洋パーライト５号」）について、それぞれ振動加速度レベルの低減効果について測定した。
結果を図６に示す。

図６に示すように、全ての材料で低減効果が得られる結果となった。
特に、低い周波数帯域（周波数が９０Ｈｚ以下）では、平均粒径が３ｍｍ以上の試料Ａと試料Ｂが効果的で、高い周波数帯域（周波数が９０Ｈｚ以上）では、平均粒径が３ｍｍ未満の試料Ｃと試料Ｄが効果的であるという結果となった。

この結果から、粒状体４１として、平均粒径が３ｍｍ以上の粒状体と、平均粒径が３ｍｍ未満の粒状体とを混合すると、幅広い周波数帯域に対して振動低減効果を得られることが実証された。

次に、一般的な天井のみを施工した場合（粒状体４１や容器４２が配置されていない場合、試験Ｅ１，Ｅ２）と、粒状体４１を容器４２に入れた状態の吸音体４を天井３の上面に配置した場合（試験Ｆ１，Ｆ２）における床衝撃音を測定した。
結果を図７に示す。なお、図７の（ａ）は、吸音体４を天井３の全面に配置した場合で、（ｂ）は吸音体４を部分的に配置した場合である。

図７（ａ）および（ｂ）に示すように、粒状体４１を容器４２に入れた状態で天井３に配置した試験Ｆ１，Ｆ２の方が、一般天井よりも床衝撃音が低減される結果となった。

１ 天井構造
２ 上部構造体
３ 天井
４ 吸音体
４１ 粒状体
４２ 容器

Claims (5)

1. 上部構造体と、
   前記上部構造体の下方に形成された天井と、
   前記天井に上載された吸音体と、を備えてなる天井構造であって、
   前記吸音体は、粒状体と、前記粒状体を収容する容器とを有し、
   前記粒状体は、パーライト、天然ガラス発泡体、砂、または、これらのうちの少なくとも２つを混合したものであり、
   前記容器は吊りボルトを避けて、前記天井の天井板に所定の間隔をあけて列状に上載されていることを特徴とする、天井構造。
   
2. 前記粒状体が、少なくとも第一粒状体と第二粒状体とを混合したものであり、
   前記第一粒状体は、嵩比重が０．２以下で、かつ、平均粒径が１１．２ｍｍ以上１６．２ｍｍ以下の範囲内であるパーライトであり、
   前記第二粒状体は、嵩比重が０．２以上で、かつ、平均粒径が０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内であるパーライトであることを特徴とする、請求項１に記載の天井構造。
   
3. 前記吸音体を、式１を満足するように配置することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の天井構造。
   Ｍ＞Ｅ／４０５０π２・１／ｄ−ρ・ｔ ・・・ 式１
   ここで、Ｍ：吸音体の単位面積当りの質量（ｋg／ｍ２）
   Ｅ：空気の体積弾性率（Ｎ／ｍ２）
   ｄ：上部構造体と天井との間隔（ｍ）
   ρ：天井を構成する天井板の密度（ｋg／ｍ３）
   ｔ：天井板の厚さ（ｍ）
4. 前記容器が、前記天井の野縁を跨いだ状態で、前記天井の天井板に上載されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の天井構造。
5. 前記容器が、ガラスクロスからなる袋であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の天井構造。

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