JP6547519B2 - 木鋼合成床構造 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築物の床構造として設けられる木鋼合成床構造に関する。

従来から、大きなスパンの鋼製梁を用いて床を支持する場合に、床の居住性を確保するために、床の上下方向の振動の速やかな減衰を可能とし、簡単な構造で低コストかつ容易に施工可能とすることを目的として、特許文献１、２に開示される制振床構造等が提案されている。

特許文献１に開示される制振床構造は、平板状の床材が互いに間隔をあけて配列された複数の鋼製横架材により支持された床構造本体の上下方向の振動を減衰させる制振床構造であって、前記鋼製横架材の下側に、前記床構造本体の当該鋼製横架材以外の部分に支持された受け部材が設けられ、当該受け部材と当該鋼製横架材との間に減衰材が設けられていることを特徴とする。

特許文献２に開示される床の構造は、２条で１組をなす鋼製帯状のテンション構造体を平行に配設した複数の床根太の軸方向と直交方向に設置し、かつ、隣り合う床根太の間で交差させてブレース状に設けたうえ、各床根太の上下部を狭持するように緊張して配設することで、当該テンション構造体を介して各床根太を一体化し、床に作用する衝撃力に対し、床根太全体にて抵抗できる構成としたことを特徴とする。

特開２０１１−３８２７７号公報 特開２００２−３６４１１０号公報

特許文献１に開示される制振床構造は、受け部材と鋼製横架材との間に粘弾性材料からなる減衰材が設けられることで、床構造本体の上下方向の振動を減衰材で減衰させるものとなる。このため、特許文献１に開示される制振床構造は、粘弾性材料からなる減衰材が経時劣化することで、長期的な振動減衰性能の確保が困難になるという問題点があった。

特許文献２に開示される床の構造は、各床根太の上下部を狭持するように、鋼製帯状のテンション構造体を緊結することで、複数の床根太を一体化させて振動を抑制するものである。このため、特許文献２に開示される床の構造は、テンション構造体を緊結するための施工に要するイニシャルコストの増大や、テンション構造体が緩んだときの再緊結等のメンテナンスコストの増大が懸念されるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、木造建築物において、床材同士を一体化させて床振動を抑制するとともに、床梁間の位相差を解消してうなりの発生を抑制して、居住性に優れた木鋼合成床構造を提供することにある。

第１発明に係る木鋼合成床構造は、木造建築物の床構造として設けられる木鋼合成床構造であって、建築物の外周に架設されて木材が用いられる複数の胴差材と、前記胴差材同士の間に架設されて鋼材が用いられる複数の床梁材と、前記床梁材同士の間に略直交して架設されて前記床梁材と同形の鋼材が用いられる直交横架材とを備え、前記床梁材は、前記胴差材に接続される接続端部から、所定のスパン長で建築物の内部に向けて延びて形成されて、前記直交横架材は、前記床梁材と略直交した交差部が、前記床梁材の前記接続端部から所定のピッチで離間して設けられて、前記交差部で前記床梁材と互いに接合されており、前記交差部では、前記床梁材と前記直交横架材とが、互いにボルト止めされて連結されていることを特徴とする。

第２発明に係る木鋼合成床構造は、第１発明において、前記床梁材及び前記直交横架材は、前記床梁材の前記接続端部から、前記床梁材の前記接続端部に隣り合った前記直交横架材の前記交差部までのピッチ、及び、複数の前記直交横架材が設けられる場合に、隣り合った前記直交横架材の前記交差部を互いに離間させたピッチを、前記床梁材のスパン長で除した値が、０．２５以上、０．５以下となることを特徴とする。

第３発明に係る木鋼合成床構造は、第１発明又は第２発明において、木鋼合成床構造の床振動評価値を示す模擬評価値ＶＩ(２)が、木鋼合成床構造の１次モード質量Ｍmode1と、木鋼合成床構造の１次モード剛性Ｋmode1との関係から、下記（１）式により規定される関係を満足することを特徴とする。

第１発明〜第３発明によれば、１箇又は複数の直交横架材を設けることで、直交横架材が設けられない従来の床構造と比較すると、床振動評価値ＶＩ(２)を−０．８以下となるまで低減させると同時に、１次振動モードに対する２次振動モードの振動数比率を１．５倍〜２倍程度まで高めることができる。これにより、第１発明〜第３発明によれば、床全体の面外の曲げ剛性を向上させることにより床振動評価値ＶＩ(２)を低減させて床振動を抑制すると同時に、振動数比率を高めて振動の位相差を解消してうなりの発生を抑制することで、床構造の環境性能を十分に向上させることが可能となる。

特に、第２発明によれば、１箇以上、３箇以下の直交横架材を設けるものとすることで、単位重量当たりの床振動評価値ＶＩ(２)が小さくなると同時に、単位重量当たりの振動数比率が大きくなり、環境性能を十分に向上させた木鋼合成床構造を経済的に提供することが可能となる。

特に、第３発明によれば、従来の方法で床振動評価値ＶＩ(２)を算出することを必要とすることなく、環境性能の指標となる模擬評価値ＶＩ(２)を、計算負荷の低いモード解析のみから、上記（１）式により簡易に算出して、木造建築物の床構造の設計を容易に実施することが可能となる。

本発明を適用した木鋼合成床構造が導入される木造建築物を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した木鋼合成床構造で３箇の直交横架材を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した木鋼合成床構造で１箇の直交横架材を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した木鋼合成床構造で２箇の直交横架材を設けた状態を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した木鋼合成床構造で直交横架材の交差部を示す側面図であり、（ｂ）は、その底面図である。 本発明を適用した木鋼合成床構造で直交横架材の交差部の変形例を示す側面図である。 「建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説」における床振動評価値ＶＩ(２)と「気になり具合評価尺度」との関係を示すグラフである。 本発明を適用した木鋼合成床構造の解析モデルを示す斜視図である。 本発明を適用した木鋼合成床構造の解析モデルで負荷される加振力を示すグラフである。 （ａ）は、過渡応答解析の結果として０．２秒までの変位と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、その加速度と時間との関係を示すグラフである。 （ａ）は、過渡応答解析の結果として１．６秒までの変位と時間との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、その加速度と時間との関係を示すグラフである。 （ａ）は、Ｐ／Ｌに対する床振動評価値ＶＩ(２)を示すグラフであり、（ｂ）は、その単位重量当たりの床振動評価値ＶＩ(２)を示すグラフである。 （ａ）は、Ｐ／Ｌに対する振動数比率（ｆ２／ｆ１）を示すグラフであり、（ｂ）は、その単位重量当たりの振動数比率（ｆ２／ｆ１）を示すグラフである。 Ｐ／Ｌに対する単位重量当たりの床振動評価値ＶＩ(２)、及び、単位重量当たりの振動数比率（ｆ２／ｆ１）を示すグラフである。 （ａ）は、１次モード質量の逆数と最大加速度との関係、（ｂ）は、１次モード剛性の逆数と最大変位との関係、（ｃ）は、加速度が１４．１ｃｍ／ｓｅｃ²まで減衰するまでの時間と最大加速度との関係を示すグラフである。 振動固有値解析から算定される模擬評価値ＶＩ(２)と過渡応答解析結果の床振動評価値ＶＩ(２)との関係を示すグラフである。

以下、本発明を適用した木鋼合成床構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、図１に示すように、住宅又は事務所等の木造建築物８に導入されるものである。本発明を適用した木鋼合成床構造１は、特に、店舗併用住宅又は介護老人保健施設等、比較的規模の大きい木造建築物８の床構造として設けられる。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、例えば、２階建又は３階建の建築物等、複数の階層からなる木造建築物８において、上階から下階まで連続する柱材８１、各々の階層の耐力壁等の壁材８２及び木材の根太８３等とともに設けられて、上階と下階とを隔てる床構造となる。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、建築物の外周８ａに架設される胴差材２と、胴差材２に架設されて建築物の内部８ｂに向けて延びる床梁材３と、床梁材３と略直交して架設される直交横架材４とを備えて、例えば、平面方向で略矩形状に形成される。

胴差材２は、無垢材又は集成材、ＬＶＬ、ＣＬＴ等の木質材料が用いられる。胴差材２は、例えば、断面形状が略矩形状に形成されて、図２に示すように、木鋼合成床構造１の四辺の各々に設けられる。胴差材２は、建築物の幅方向Ｘに隣り合って高さ方向Ｚに延びる複数の柱材８１、及び、建築物の奥行方向Ｙに隣り合って高さ方向Ｚに延びる複数の柱材８１に架設される。

胴差材２は、図２（ａ）に示すように、木鋼合成床構造１の四辺の各々で、建築物の幅方向Ｘ及び奥行方向Ｙに一対となって設けられる。胴差材２は、幅方向Ｘ及び奥行方向Ｙで、一対となった胴差材２が互いに離間するとともに、互いに略平行に延びて設けられる。

床梁材３は、Ｈ形鋼又は溝形鋼等の鋼材が用いられる。床梁材３は、建築物の幅方向Ｘ又は奥行方向Ｙに延びて設けられる。床梁材３は、例えば、複数の床梁材３が幅方向Ｘに延びて設けられる場合に、奥行方向Ｙに一対となった胴差材２の間で、複数の床梁材３が奥行方向Ｙで互いに略等間隔に離間して設けられる。

床梁材３は、図２（ｂ）に示すように、幅方向Ｘに延びて設けられる場合に、幅方向Ｘに一対となった各々の胴差材２に架設される。床梁材３は、各々の胴差材２に架設される幅方向Ｘの両端の各々が、胴差材２に接続される接続端部３ａとなる。

床梁材３は、幅方向Ｘの一端の接続端部３ａから、幅方向Ｘの他端の接続端部３ａまで、所定のスパン長Ｌで延びて形成される。床梁材３は、特に、店舗併用住宅又は介護老人保健施設等で、比較的大きいスパン長Ｌの木鋼合成床構造１に用いられて、６ｍ以上、１０ｍ以下のスパン長Ｌ、さらに限定して言うと、７ｍ以上、９ｍ以下のスパン長Ｌで延びて形成される。

直交横架材４は、Ｈ形鋼又は溝形鋼等の鋼材が用いられる。直交横架材４は、床梁材３と略直交して、建築物の奥行方向Ｙ又は幅方向Ｘに延びて設けられる。直交横架材４は、例えば、床梁材３が幅方向Ｘに延びて設けられる場合に、幅方向Ｘに一対となった胴差材２の間で、奥行方向Ｙに延びる１又は複数の直交横架材４が設けられる。

直交横架材４は、床梁材３の接続端部３ａから幅方向Ｘに離間した位置が、床梁材３と略直交する交差部４ａとなり、交差部４ａで床梁材３と互いに接合されて床梁材３に支持される。直交横架材４は、図２に示すように、３箇の直交横架材４が設けられる場合に、例えば、奥行方向Ｙに延びる４箇の根太８３が設けられる。ただし、根太８３の本数は、必ずしも同図に示す本数である必要はなく、基本的には、床面材上の荷重、床面の板厚、及びその強度に応じて決定されるものとする。

直交横架材４は、床梁材３の両端の接続端部３ａと、床梁材３の各々の接続端部３ａに隣り合った直交横架材４の交差部４ａとの間、及び、互いに隣り合った直交横架材４の各々の交差部４ａの間において、各々の根太８３が直交横架材４と交互に設けられる。

直交横架材４は、図３に示すように、１箇の直交横架材４が設けられる場合に、床梁材３の両端の接続端部３ａと、床梁材３の各々の接続端部３ａに隣り合った直交横架材４の交差部４ａとの間において、例えば２箇の根太８３が直交横架材４と交互に設けられる。

また、直交横架材４は、図４に示すように、２箇の直交横架材４が設けられてもよい。このとき、直交横架材４は、床梁材３の接続端部３ａと、床梁材３の接続端部３ａに隣り合った直交横架材４の交差部４ａとの間、及び、互いに隣り合った直交横架材４の各々の交差部４ａの間において、例えば３箇の根太８３が直交横架材４と交互に設けられる。

直交横架材４は、図２〜図４に示すように、奥行方向Ｙに一対となった各々の胴差材２に、奥行方向Ｙの両端の各々が接続されて支持される。直交横架材４は、幅方向Ｘに一対となった各々の胴差材２から幅方向Ｘに離間することで、床梁材３と略直交する交差部４ａが、床梁材３の接続端部３ａから所定のピッチＰで離間して設けられるものとなる。

直交横架材４は、床梁材３の接続端部３ａから、床梁材３の接続端部３ａに隣り合った直交横架材４の交差部４ａまで、床梁材３の両端の接続端部３ａからの各々のピッチＰが互いに略同一となる。このとき、直交横架材４は、図３に示すように、１箇の直交横架材４が設けられる場合に、幅方向Ｘの略中央に１箇の直交横架材４が配置される。

直交横架材４は、図２、図４に示すように、複数の直交横架材４が設けられる場合に、隣り合った直交横架材４の交差部４ａを互いに離間させたピッチＰも、床梁材３の両端の接続端部３ａからの各々のピッチＰと略同一となる。このとき、直交横架材４は、複数の直交横架材４が設けられる場合に、複数の直交横架材４が略等間隔に配置される。なお、これらのピッチＰは、略同一となるものに限らず、略同一でなくてもよい。

床梁材３及び直交横架材４は、例えば、図３に示すように、直交横架材４を１箇とした場合に、床梁材３の両端の接続端部３ａからの各々のピッチＰを、床梁材３のスパン長Ｌで除した値が０．５となる。また、床梁材３及び直交横架材４は、図２、図４に示すように、床梁材３の接続端部３ａからのピッチＰ、及び、直交横架材４の交差部４ａを互いに離間させたピッチＰを、床梁材３のスパン長Ｌで除した値が、直交横架材４を２箇とした場合に０．３３となり、直交横架材４を３箇とした場合に０．２５となる。

このとき、床梁材３及び直交横架材４は、図２〜図４に示すように、１箇〜３箇の直交横架材４が設けられる場合に、床梁材３の接続端部３ａから、床梁材３の接続端部３ａに隣り合った直交横架材４の交差部４ａまでの各々のピッチＰ、及び、複数の直交横架材４が設けられる場合に、隣り合った直交横架材４の交差部４ａを互いに離間させたピッチＰを、床梁材３のスパン長Ｌで除した値が、０．２５以上、０．５以下となる。

床梁材３及び直交横架材４は、断面略Ｈ形状に形成されたＨ形鋼が用いられて、又は、断面略Ｃ形状に形成された一対の溝形鋼を背中合わせにして用いられて、図５に示すように、断面略Ｈ形状のＨ形鋼材５が各々に用いられる。

Ｈ形鋼材５は、平面方向で略平板状に延びる上部フランジ５１及び下部フランジ５２と、高さ方向Ｚで略平板状に延びるウェブ５３とを有する。また、Ｈ形鋼材５は、上部フランジ５１及び下部フランジ５２が互いに略平行に設けられるとともに、上部フランジ５１及び下部フランジ５２の略中央にウェブ５３が連設される。

Ｈ形鋼材５は、直交横架材４のＨ形鋼材５のウェブ５３が、床梁材３のＨ形鋼材５の上部フランジ５１及び下部フランジ５２の間まで延びるものとなる。Ｈ形鋼材５は、これに限らず、図６に示すように、直交横架材４のＨ形鋼材５のウェブ５３が、床梁材３のＨ形鋼材５の上部フランジ５１及び下部フランジ５２の間まで延びないものでもよい。

床梁材３及び直交横架材４は、各々のＨ形鋼材５の上部フランジ５１を、互いに略直交するように配置して、直交横架材４の交差部４ａで互いに接合される。床梁材３及び直交横架材４は、例えば、合板、石膏ボード及びフローリング等の床面材６が、Ｈ形鋼材５の上部フランジ５１の上方に載置されて、平面方向に連続して床面材６が設けられる。

床梁材３及び直交横架材４は、平面方向に連続して設けられる床面材６に、各々のＨ形鋼材５の上部フランジ５１が、例えば、複数のねじ５０や釘等による接合で取り付けられて、単一の連続する床面材６を介して、直交横架材４の交差部４ａで互いに接合されるものとなる。

床梁材３及び直交横架材４は、直交横架材４の交差部４ａで、床梁材３のＨ形鋼材５を幅方向Ｘに連続させるとともに、床梁材３のＨ形鋼材５が、直交横架材４のＨ形鋼材５の端部５ａで挟み込まれて、床梁材３と略直交して直交横架材４が架設される。

床梁材３及び直交横架材４は、各々のＨ形鋼材５のウェブ５３がＬ形金具５４をボルト止めすることで互いに連結されて、また、各々のＨ形鋼材５の下部フランジ５２が平鋼板５５をボルト止めすることで互いに連結されるものとなる。床梁材３及び直交横架材４は、必要に応じて、各々のＨ形鋼材５の上部フランジ５１が、下部フランジ５２と同様に、平鋼板５５をボルト止めすることで連結されてもよい。

建築物の床構造は、幅方向Ｘ、奥行方向Ｙの剛性、及び、高さ方向Ｚの長期変形耐力等の構造性能に加えて、上階と下階との遮音性能及び床上歩行時の振動に対する環境性能が、床構造の設計における重要な考慮要素となる。

床上歩行時の振動については、特に、日本建築学会環境基準、ＡＩＪＥＳ−Ｖ００１−２００４、「建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説」により、下記（２）式に規定される床振動評価値ＶＩ(２)に基づいて、建築物の床構造の環境性能が評価される。

ここで、Ｄｍａｘ：高さ方向Ｚの最大変位時の変位の絶対値、Ｖｍ：最大変位時の変位の絶対値を最大変位時までの時間で除した値（＝Ｄｍａｘ／Ｔｍ）、Ｔｈ：高さ方向Ｚの加速度が１４．１ｃｍ／ｓｅｃ²まで減衰するまでの時間とする。

「建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説」においては、図７に示すように、床振動評価値ＶＩ(２)が−０．８以下の範囲で、「気になり具合評価尺度」が４．５以上となり、床上歩行時の振動音が「全く気にならない」、又は、ほとんど気にならない状態となる。これに対して、床振動評価値ＶＩ(２)が−０．８を超えて大きくなる範囲では、床上歩行時の振動音が「やや気になる」から「かなり気になる」に推移し、床振動評価値ＶＩ(２)が０．８のときに、床上歩行時の振動音が「非常に気になる」状態となる。

ここで、本発明を適用した木鋼合成床構造１については、床上歩行時の振動に係る環境性能を検討するために、直交横架材４が設けられない従来の床構造と、１箇、３箇、５箇又は７箇の直交横架材４が設けられる木鋼合成床構造１とを比較する過渡応答解析を実施した。

解析モデルでは、図８に示すように、７箇の床梁材３が設けられるものとして、各々の床梁材３のスパン長Ｌを７２８０ｍｍとした。床梁材３及び直交横架材４の各々は、部材成４００ｍｍ、フランジ幅１３５ｍｍ、フランジ板厚６ｍｍ及びウェブ板厚４．５ｍｍのＨ形鋼として、床梁材３の両端がピン支持されるものとした。

床面材６は、幅寸法及び奥行寸法の各々を７２８０ｍｍとして、板厚２４ｍｍの合板、板厚１２．５ｍｍの石膏ボード及び板厚１２ｍｍのフローリングを重ね合わせたうえで、面材全周をピン支持とした。なお、床梁材３及び直交横架材４と、床面材６とのねじ接合は、実験結果と解析結果とが一致するように、所定のばね定数に設定した。

この解析では、床梁材３と直交横架材４とが直交する箇所の上方から、幅寸法及び奥行寸法で床面材６の中央となる位置に、図９に示すように、所定の時間の経過毎に大きさを変化させる加振力Ｅを負荷するものとした。そして、この解析では、加振力Ｅを負荷する床面材６の中央の位置で、木鋼合成床構造１の高さ方向Ｚの変位、加速度を計測した。

過渡応答解析の結果、図１０に示すように、加振力Ｅの負荷を開始した時点から、０．０２５秒経過した時点で、木鋼合成床構造１の変位及び加速度が最大となった。最大変位時までの時間Ｔｍは、直交横架材４が設けられない従来の床構造、及び、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の何れにおいても、０．０２５ｓｅｃとなる。

また、最大変位時の変位の絶対値Ｄｍａｘは、図１０（ａ）に示すように、従来の床構造で０．００７６ｃｍ、直交横架材４を３箇とした木鋼合成床構造１で０．００２５ｃｍとなる。なお、最大変位時における最大加速度の絶対値ＡＣＣｍａｘは、図１０（ｂ）に示すように、従来の床構造で１１２．２ｃｍ／ｓｅｃ²、直交横架材４を３箇とした木鋼合成床構造１で４０．８ｃｍ／ｓｅｃ²となる。

また、加速度が１４．１ｃｍ／ｓｅｃ²まで減衰するまでの時間Ｔｈは、図１１に示すように、従来の床構造で１．１４００ｓｅｃ、直交横架材４を３箇とした木鋼合成床構造１で０．４２７５ｓｅｃとなる。従来の床構造、及び、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の各々については、表１に示すように、解析モデル及び過渡応答解析の結果が、振動の１次モード及び２次モードの固有値解析の結果とともに示される。

従来の床構造、及び、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の各々については、過渡応答解析の結果から、Ｄｍａｘ、Ｖｍ及びＴｈの各々を、上記（２）式に代入することで、床振動評価値ＶＩ(２)が算出される。このとき、上記（２）式により算出される床振動評価値ＶＩ(２)は、直交横架材４のピッチＰを床梁材３のスパン長Ｌで除した値（＝Ｐ／Ｌ）との関係で、図１２に示すようにプロットされる。

ここで、上記（２）式により算出される床振動評価値ＶＩ(２)は、図１２（ａ）に示すように、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の各々で、Ｐ／Ｌ＝０．１２５以上、０．５以下となり、床振動評価値ＶＩ(２)≦−０．８となるため、図７に示すように、「気になり具合評価尺度」が４．５以上となって、床上歩行時の振動音が「全く気にならない」、又は、ほとんど気にならない状態となる。

これに対して、従来の床構造（Ｐ／Ｌ＝１．０）では、上記（２）式により算出される床振動評価値ＶＩ(２)が−０．５程度となるため、「気になり具合評価尺度」が４．５を下回り、床上歩行時の振動音が「やや気になる」状態に接近する。

さらに、上記（２）式により算出される床振動評価値ＶＩ(２)は、７箇の床梁材３及び１箇〜７箇の直交横架材４を併せた鋼材重量Ｗで割り返すと、図１２（ｂ）に示すように、特に、直交横架材４が１箇以上、３箇以下の木鋼合成床構造１（０．２５≦Ｐ／Ｌ≦０．５）で、単位重量当たりの床振動評価値ＶＩ(２)が小さくなることがわかる。

また、従来の床構造、及び、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の各々については、表１に示すように、固有値解析の結果から、２次モードの振動数ｆ２を１次モードの振動数ｆ１で除することで、振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）が算出される。このとき、振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）は、直交横架材４のピッチＰを床梁材３のスパン長Ｌで除した値（Ｐ／Ｌ）との関係で、図１３に示すようにプロットされる。

ここで、振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）は、図１３（ａ）に示すように、従来の床構造（Ｐ／Ｌ＝１．０）で、振動数比率がほぼ１となる（ｆ２≒ｆ１）。これに対して、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１については、ｆ２／ｆ１＝１．４５〜１．９５となり、従来の床構造よりも、１次モードの振動数（＝ｆ１）に対する２次モードの振動数（＝ｆ２）が、１．５倍〜２倍程度まで高められた状態となる。

さらに、振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）は、７箇の床梁材３及び１箇〜７箇の直交横架材４を併せた鋼材重量Ｗで割り返すと、図１３（ｂ）に示すように、直交横架材４が１箇以上、３箇以下の木鋼合成床構造１で、単位重量当たりの振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）が大きくなることがわかる。なお、図１３（ｂ）は、単位重量当たりの振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）を示すものであるため、直交横架材４が１箇以上、７箇以下の木鋼合成床構造１においても、鋼材重量Ｗで割り返した結果、振動数比率が１を下回る値となっている。

このように、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、１箇又は複数の直交横架材４を設けることで、直交横架材４を設けられない従来の床構造と比較すると、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示すように、床振動評価値ＶＩ(２)を−０．８以下となるまで低減させると同時に、振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）を１．５倍〜２倍程度まで高めることができる。

これにより、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、床全体の面外の曲げ剛性を向上させることにより、床振動評価値ＶＩ(２)を−０．８以下まで低減させて床振動を抑制すると同時に、振動数比率を１．５倍〜２倍程度まで高めて振動の位相差を解消してうなりの発生を抑制することで、床構造の環境性能を十分に向上させることが可能となる。

特に、図２〜図４に示す直交横架材４が１箇以上、３箇以下の木鋼合成床構造１（０．２５≦Ｐ／Ｌ≦０．５）では、図１４に示すように、単位重量当たりの床振動評価値ＶＩ(２)が小さくなると同時に、単位重量当たりの振動数比率（＝ｆ２／ｆ１）が大きくなるため、環境性能を十分に向上させた木鋼合成床構造１を経済的に提供することが可能となる。

ここで、従来の床構造、及び、直交横架材４が１箇、３箇、５箇又は７箇の木鋼合成床構造１の各々については、表１に示すように、振動の１次モード及び２次モードの固有値解析の結果として、１次モード質量Ｍmode1及び１次モード剛性Ｋmode1が示される。

特に、本発明を適用した木鋼合成床構造１については、図１５（ａ）に示すように、床振動の最大加速度の絶対値ＡＣＣｍａｘが、１次モード質量Ｍmode1の逆数の９７．１６４倍となる。また、床振動の最大速度の絶対値Ｄｍａｘは、図１５（ｂ）に示すように、１次モード剛性Ｋmode1の逆数の１００．６倍となる。さらに、床振動の加速度が１４．１ｃｍ／ｓｅｃ²まで減衰するまでの時間Ｔｈは、図１５（ｃ）に示すように、床振動の最大加速度の絶対値ＡＣＣｍａｘの０．０１０５倍となる。

したがって、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、過渡応答解析の結果から、Ｄｍａｘ＝１００．６×（１／Ｋmode1）、Ｖｍ＝（Ｄｍａｘ／Ｔｍ）＝（１００．６／Ｋmode1）／０．０２５、及び、Ｔｈ＝ＡＣＣｍａｘ×０．０１０５＝９７．１６４×（１／Ｍmode1）×０．０１０５＝（９７．１６４／Ｍmode1）×０．０１０５となることがわかる。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、上記（２）式において、Ｄｍａｘ＝１００．６／Ｋmode1、Ｖｍ＝（１００．６／Ｋmode1）／０．０２５、及び、Ｔｈ＝（９７．１６４／Ｍmode1）×０．０１０５となり、木鋼合成床構造１の床振動評価値を示す模擬評価値ＶＩ(２)が、木鋼合成床構造１の１次モード質量Ｍmode1と、木鋼合成床構造１の１次モード剛性Ｋmode1との関係から、下記（１）式により規定される関係を満足するものとなる。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、従来の上記（２）式によって床振動評価値ＶＩ(２)を算出することを必要としないで、固有値解析から算出される木鋼合成床構造１の１次モード質量Ｍmode1、及び、木鋼合成床構造１の１次モード剛性Ｋmode1に基づいて、木鋼合成床構造１の模擬評価値ＶＩ(２)を、上記（１）式により簡易に算出することができる。

なお、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、図１６に示すように、振動の固有値解析から算定される模擬評価値ＶＩ(２)と、過渡応答解析の結果の床振動評価値ＶＩ(２)とが、約１対１の割合で対応することから、上記（１）式により算出される模擬評価値ＶＩ(２)が、環境性能を示す指標として十分な精度を有することが検証された。

これにより、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、環境性能の指標となる木鋼合成床構造１の模擬評価値ＶＩ(２)を、計算負荷の低いモード解析のみから簡易に算出して、図１に示す木造建築物８の床構造の設計を容易に実施することが可能となる。

本発明を適用した木鋼合成床構造１は、図２〜図４に示すように、特に、店舗併用住宅又は介護老人保健施設等において、６ｍ以上、１０ｍ以下の比較的大きいスパン長Ｌの床梁材３に、１又は複数の直交横架材４を略直交させるものとする。

これにより、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、特に、従来から振動対策が懸念されていた比較的大きいスパン長Ｌの建築物においても、長期的な振動減衰性能の確保が困難となる減衰材、又は、イニシャルコスト及びメンテナンスコストの高いテンション構造体を用いずに、環境性能を十分に向上させた木鋼合成床構造１を提供することが可能となる。

また、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、図５に示すように、床梁材３及び直交横架材４となる各々のＨ形鋼材５の上部フランジ５１が、単一の平面方向に連続する床面材６を介して、直交横架材４の交差部４ａで簡易に接合される。これにより、本発明を適用した木鋼合成床構造１は、床梁材３と直交横架材４とを交差部４ａで接合するときの施工性を向上させて、環境性能を十分に向上させた木鋼合成床構造１を容易に提供することが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：木鋼合成床構造
２ ：胴差材
３ ：床梁材
３ａ ：接続端部
４ ：直交横架材
４ａ ：交差部
５ ：Ｈ形鋼材
５ａ ：端部
５０ ：ねじ
５１ ：上部フランジ
５２ ：下部フランジ
５３ ：ウェブ
５４ ：Ｌ形金具
５５ ：平鋼板
６ ：床面材
８ ：木造建築物
８ａ ：外周
８ｂ ：内部
８１ ：柱材
８２ ：壁材
８３ ：根太
Ｘ ：幅方向
Ｙ ：奥行方向
Ｚ ：高さ方向

Claims (3)

1. 木造建築物の床構造として設けられる木鋼合成床構造であって、
   建築物の外周に架設されて木材が用いられる複数の胴差材と、前記胴差材同士の間に架設されて鋼材が用いられる複数の床梁材と、前記床梁材同士の間に略直交して架設されて前記床梁材と同形の鋼材が用いられる直交横架材とを備え、
   前記床梁材は、前記胴差材に接続される接続端部から、所定のスパン長で建築物の内部に向けて延びて形成されて、
   前記直交横架材は、前記床梁材と略直交した交差部が、前記床梁材の前記接続端部から所定のピッチで離間して設けられて、前記交差部で前記床梁材と互いに接合されており、前記交差部では、前記床梁材と前記直交横架材とが、互いにボルト止めされて連結されていること
   を特徴とする木造建築物の床構造。
2. 前記床梁材及び前記直交横架材は、前記床梁材の前記接続端部から、前記床梁材の前記接続端部に隣り合った前記直交横架材の前記交差部までのピッチ、及び、複数の前記直交横架材が設けられる場合に、隣り合った前記直交横架材の前記交差部を互いに離間させたピッチを、前記床梁材のスパン長で除した値が、０．２５以上、０．５以下となること
   を特徴とする請求項１記載の木鋼合成床構造。
3. 木鋼合成床構造の床振動評価値を示す模擬評価値ＶＩ(２)が、木鋼合成床構造の１次モード質量Ｍmode1と、木鋼合成床構造の１次モード剛性Ｋmode1との関係から、下記（１）式により規定される関係を満足すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の木鋼合成床構造。
   

   

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