JP6905346B2 - 床構造 - Google Patents

Description

本発明は、床構造に関するものである。

従来から、運動施設や競技施設では、階段状に床が形成され、当該床に観客席が設置されている。例えば、踏板に相当する水平部及び蹴込み板に相当する垂直部をプレキャストコンクリート床で１層分形成し、このプレキャストコンクリート床がささら桁に階段状に複数設置されて床が構成されたものが提案されている（下記特許文献１参照）。

特開平８−４３３３号公報

上記の特許文献１では、各プレキャストコンクリート床が緊結されていない場合には、水平部が上下方向に振動しやすい。例えば、観客席の周囲にランニングコースが設置された施設では、加振源となるランニングコースに近接する観客席では、ランニングコースの利用者の走行により、観客席に振動が発生してしまう。床の振動対策として、一般的に同調吸振器（ＴＭＤ，Tuned Mass Damper）が採用されるが、躯体側の固有周期に同調させる必要がある。しかし、観客数により躯体側の固有周期が変動するため、対応させることが難しい。

また、最下段の床（踏板の直下の床）に鉛直上に延びる支持材を設け、当該支持材と踏板とをダンパーで接続して振動を低減することができる。しかし、階段状の観客席の床の直下の空間には支持材が配置されるため、当該空間を通路や倉庫等として使用することができない。また、大梁や小梁に支持材を設け、当該支持材と踏板とをダンパーで接続して振動を低減することもできる。しかし、大梁や小梁の剛性を高める必要があり経済的でないという問題点がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、床の振動低減効果が得られる有効適切な床構造を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る床構造は、躯体に支持された第一床部と、前記躯体に支持された第二床部と、前記第一床部と前記第二床部とを接続するダンパーと、を備え、前記第一床部は、水平面に沿って形成された第一踏板部と、該第一踏板部から立設された第一蹴込み板部と、該第一蹴込み板の上端部から水平方向且つ前記第一踏板部と逆方向に延びる第二踏板部と、該第二踏板部から立設された第二蹴込み板部と、を有し、前記第二床部は、前記第二蹴込み板部の上端部から水平方向且つ前記第二踏板部と逆方向に延びる第三踏板部と、該第三踏板部から立設された第三蹴込み板部と、を有し、前記ダンパーは、前記第二蹴込み板部と前記第三踏板部とを接続し、前記第一床部の固有振動数と前記第二床部の固有振動数とは異なり、前記第一踏板部のうち前記躯体と補剛材で連結された前記第一踏板部の固有振動数と、前記第一踏板部のうち前記躯体と補剛材で連結されていない前記第一踏板部の固有振動数とは、異なることを特徴とする。

このように構成された床構造では、第一床部の固有振動数と第二床部の固有振動数とは異なるため、加振源による第一床部（または第二床部）の変形と第二床部（または第一床部）の変形とは相対的に異なる。よって、これら第一床部と第二床部とを接続するダンパーが有効に機能し、床振動を低減することができる。
また、第一踏板部、第一蹴込み板部、第二踏板部、第二蹴込み板部、第三踏板部及び第三蹴込み板部により階段状に形成された床構造において、床振動を低減することができる。
また、揺れが大きい踏板部と揺れが小さい蹴込み板部とをダンパーで接続するため、ダンパーの大きさを抑えつつ、床振動をより一層低減することができる。

また、本発明に係る床構造では、前記第二床部は、前記躯体と補剛材で連結されていなくてもよい。

このように構成された床構造では、補剛材の有無により第一床部の固有振動数と第二床部の固有振動数とを異ならせることができる。

また、本発明に係る床構造では、前記ダンパーは、ボールねじ機構による回転慣性質量ダンパーであってもよい。

このように構成された床構造では、第一床部と第二床部とを接続するダンパーはボールねじ機構による回転慣性質量ダンパーであるため、ダンパーは第一床部及び第二床部の小さな揺れから作動し、床振動を低減することができる。

本発明に係る床構造によれば、床の振動を有効適切に低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る床構造を示す模式的な側面図である。 本発明の一実施形態に係る床構造において、（ａ）図１のＡ矢視図を模式的に示した図であり、（ｂ）図１のＢ矢視図を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る床構造の解析の対象とする架構を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る床構造の解析の対象とする架構を示す立面図である。 本発明の一実施形態に係る床構造の解析モデルを示す図である。 図５に示す解析モデルにおいて、加振点及び応答評価点を示す図である。 図５に示す解析モデルにおいて、ダンパーを設置しない場合の１／３オクターブバンド解析結果を示すグラフである。 図５に示す解析モデルにおいて、ダンパーを設置した場合の１／３オクターブバンド解析結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係る床構造について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る床構造を示す模式的な側面図である。
図１に示すように、本実施形態の建物１００は、運動施設や競技施設に設置される階段状の観客席を有している。建物１００は、スラブから立設される複数の柱１と、柱１に支持された大梁（躯体）２と、柱１及び大梁２に支持された階段状の床構造３と、を有している。

本実施形態では、階段状の床構造３の上層階を支持する柱１Ａと、床構造３の下層階を支持する柱１Ｂとが設置されている。なお、床構造３の中間階等を支持する柱等が設けられていてもよい。

大梁２は、柱１Ａと柱１Ｂとの間に架設されている。大梁２は、略水平に形成された第一水平部２１と、第一水平部２１の端部から斜め下方に向かって傾斜する傾斜部２２と、傾斜部２２の端部から略水平に形成された第二水平部２３と、を有している。第一水平部２１、傾斜部２２及び第二水平部２３は、一体で形成されている。本実施形態では、大梁２は、Ｈ形鋼で形成されている。

床構造３は、二段床部３０と、一段床部４０と、平板部（デッキスラブ）５０と、を有している。本実施形態では、下層階から順に、二段床部３０が三段（下層階から順に二段床部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとする）、一段床部４０が一段及び平板部５０が一段設置されている。二段床部３０及び一段床部４０は、それぞれプレキャストコンクリートで形成されている。平板部５０は、ランニングコースとして使用され、二段床部３０及び一段床部４０は観客席として使用されている。

各二段床部３０は、二段分の階段状に形成されている。二段床部３０は、第一踏板部３１と、第一蹴込み板部３２と、第二踏板部３３と、第二蹴込み板部３４と、を有している。

第一踏板部３１は、水平面に沿って形成されている。第一蹴込み板部３２は、第一踏板部３１から立設されている。第二踏板部３３は、第一蹴込み板部３２の上端部から水平方向且つ第一踏板部３１と逆方向に延びている。第二蹴込み板部３４は、第二踏板部３３における第一蹴込み板部３２側と反対側から立設されている。

一段床部４０は、一段分の階段状に形成されている。一段床部４０は、第三踏板部４１と、第三蹴込み板部４２と、を有する。第三踏板部４１は、第二蹴込み板部３４の上端部から水平方向且つ第二踏板部３３と逆方向に延びている。第三蹴込み板部４２は、第三踏板部４１における第二蹴込み板部３４側と反対側から立設されている。

一段床部４０と二段床部３０とは、段数が異なるため、鉛直方向に沿った断面形状が異なっている。このため、一段床部４０と二段床部３０とでは、固有振動数が異なる。

二段床部３０の第一踏板部３１、第二踏板部３３及び一段床部４０の第三踏板部４１は、それぞれ大梁２に設けられた支持材２９に支持されている。

平板部５０は、大梁２の第一水平部２１に設置されている。平板部５０は、略水平に形成されている。平板部５０の一端部は柱１Ａに支持され、他端部は大梁２の第一水平部２１よりも一段床部４０側に張り出している。

二段床部３０Ａの第二蹴込み板部３４の上端部と二段床部３０Ｂの第一踏板部３１の端部とは、ダンパー６で接続されている。二段床部３０Ｂの第二蹴込み板部３４の上端部と二段床部３０Ｃの第一踏板部３１の端部とは、ダンパー６で接続されている。二段床部（第一床部）３０Ｃの第二蹴込み板部３４の上端部と一段床部（第二床部）４０の第三踏板部４１の端部とは、ダンパー６で接続されている。

ダンパー６は、ボールねじ機構による回転慣性質量ダンパーを採用することが好ましいが、オイルダンパーや摩擦ダンパーであってもよい。

図２は、床構造３において、（ａ）図１のＡ矢視図を模式的に示した図であり、（ｂ）図１のＢ矢視図を模式的に示した図である。
二段床部３０が連続する箇所において、補剛材７の有無により、連続する二段床部３０の固有振動数を異ならせてもよい。例えば、図２（ａ）に示すように、一方の二段床部（第一床部）３０Ｃの第一踏板部３１（または第二踏板部３３）は大梁２と補剛材７により連結されていて、図２（ｂ）に示すように、他方の二段床部（第二床部）３０Ｂの第一踏板部３１（または第二踏板部３３）には補剛材７が設けられていない構成であってもよい。また、補剛材７を設置位置は適宜設定可能である。

このように構成された床構造３では、二段床部３０の固有振動数と一段床部４０の固有振動数とは異なるため、加振源（例えばランニングコースとして使用される平板部５０）による一段床部４０の変形と二段床部３０の変形とは相対的に異なる。よって、第一踏板部３１、第一蹴込み板部３２、第二踏板部３３、第二蹴込み板部３４、第三踏板部４１及び第三蹴込み板部４２により階段状に形成された床構造３において、これら一段床部４０と二段床部３０とを接続するダンパー６が有効に機能し、床振動を低減することができる。

また、二段床部３０及び一段床部４０を鉛直方向に沿った断面形状が異なるようにプレキャストコンクリートで形成すればよいため、現場での施工性が良い。

また、補剛材７の有無により二段床部３０Ｃの固有振動数と二段床部３０Ｂの固有振動数とを異ならせることができる。

また、揺れが大きい踏板部と揺れが小さい蹴込み板部とをダンパー６で接続するため、ダンパー６の大きさを抑えつつ、床振動をより一層低減することができる。

また、ダンパー６はボールねじ機構による回転慣性質量ダンパーであるため、ダンパー６は二段床部３０及び一段床部４０の小さな揺れから作動し、床振動を低減することができる。

ダンパー６は二段床部３０及び一段床部４０に支持されており、従来のように床構造３の直下の床から立設された支持材等は不要であるため、階段状の床構造３の下方の空間Ｓ（図１参照）を通路や倉庫等として有効活用することができる。また、従来にように大梁２や小梁（不図示）に支持材を設けなくてよいため、大梁２や小梁の剛性を高める必要がない。

（解析例）
次に、上記の床構造を設置した建物において、解析を行った。
図３は、本発明の一実施形態に係る床構造の解析の対象とする架構を示す平面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る床構造の解析の対象とする架構を示す立面図である。
図３及び図４に示すように、Ｘ方向は１スパンの傾斜梁であり、プレキャスト板が階段状に設置され、観客席となっている。観客席の背後にはランニングコースが設けられている。Ｙ方向はアリーナを囲むようにランニングコース及び観客席が数スパンにわたって連続しているが、数値解析では３スパン（図３及び図４に示す解析対象Ｃ）をモデル化する。

図５は、本発明の一実施形態に係る床構造の解析モデルを示す図である。
図５に示すように、柱・梁は梁要素、床・プレキャスト板はシェル要素でモデル化している。ダンパーは、上記実施形態のように、プレキャスト板の蹴込み板部と踏板部とを接続するように、各スパンの中央位置（黒丸印の位置）に、回転慣性質量ダンパーを設置している。

ランニング荷重としては、日本建築学会「荷重指針」に記載のある小走りに相当する荷重を７０ｋｇ×１．５倍（Ｗ＝１０２９Ｎ）として規準化し、応答の評価列を横切るように移動加振として与えた。

図６は、図５に示す解析モデルにおいて、加振点及び応答評価点を示す図である。加振点を矢印で示し、応答評価点を下向き三角で示し、モデルの節点番号（応答評価点）を数字で示す。歩調は、解析モデルの低次から高次に渡る固有周期（１次８．６Ｈｚ〜２８次２５Ｈｚ）を励起させるような倍長波をなるように、０．０１秒刻みに０．３０〜０．３７秒を設定した。当該外乱により、観客席の評価列（７点）で得られた加速度波形を１／３オクターブバンド解析し、応答レベルを評価した。

図７は、図５に示す解析モデルにおいて、ダンパーを設置しない場合の１／３オクターブバンド解析結果を示すグラフである。図８は、図５に示す解析モデルにおいて、ダンパーを設置した場合の１／３オクターブバンド解析結果を示すグラフである。
例として、歩調０．３４秒の場合の１／３オクターブバンド解析による応答レベルを、ダンパー無しについて図７に示し、ダンパー有りについて図８に示す。ダンパー無しの場合、応答は最大Ｖ−７０のレベルであるが、ダンパー有りの場合ではＶ−３０程度となっていることが分かる。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記に示す実施形態では、階段一段分の床と階段二段分の床とを組み合わせているが、段数は適宜設定可能である。また、平板部５０と一段床部４０とをダンパー６で接続してもよい。

１…柱
２…大梁（躯体）
３…床構造
６…ダンパー
７…補剛材
２１…第一水平部
２２…傾斜部
２３…第二水平部
２９…支持材
３０…二段床部（第一床部）
３０Ａ…二段床部
３０Ｂ…二段床部（第二床部）
３０Ｃ…二段床部（第一床部）
３１…第一踏板部
３２…第一蹴込み板部
３３…第二踏板部
３４…第二蹴込み板部
４０…一段床部（第二床部）
４１…第三踏板部
４２…第三蹴込み板部
５０…平板部
１００…建物

Claims (3)

1. 躯体に支持された第一床部と、
   前記躯体に支持された第二床部と、
   前記第一床部と前記第二床部とを接続するダンパーと、を備え、
   前記第一床部は、
   水平面に沿って形成された第一踏板部と、該第一踏板部から立設された第一蹴込み板部と、該第一蹴込み板の上端部から水平方向且つ前記第一踏板部と逆方向に延びる第二踏板部と、該第二踏板部から立設された第二蹴込み板部と、を有し、
   前記第二床部は、
   前記第二蹴込み板部の上端部から水平方向且つ前記第二踏板部と逆方向に延びる第三踏板部と、該第三踏板部から立設された第三蹴込み板部と、を有し、
   前記ダンパーは、前記第二蹴込み板部と前記第三踏板部とを接続し、
   前記第一床部の固有振動数と前記第二床部の固有振動数とは異なり、
   前記第一踏板部のうち前記躯体と補剛材で連結された前記第一踏板部の固有振動数と、前記第一踏板部のうち前記躯体と補剛材で連結されていない前記第一踏板部の固有振動数とは、異なることを特徴とする床構造。
2. 前記第二床部は、前記躯体と補剛材で連結されていないことを特徴とする請求項１に記載の床構造。
3. 前記ダンパーは、ボールねじ機構による回転慣性質量ダンパーであることを特徴とする請求項１または２に記載の床構造。

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