JP7044350B2

JP7044350B2 - 防振床構造

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Publication number: JP7044350B2
Application number: JP2017218888A
Authority: JP
Inventors: 耕司山本; 利明伊藤; 昭広宮下; 将也青山; 竜太井上; 裕樹松永
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: JP2019090211A

Description

本発明は、防振床構造に関する。

特許文献１には、防振床構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、構造物および地盤と縁が切られた床版が、支持部材によって支持基盤上に支持された状態で構造物内に配置され、支持部材には地盤への伝達を遮断する振動遮断手段が設けられている。

特許文献２には、フィールド部と、フィールド部を囲む客席部と、を備えたアリーナに関する技術が開示されている。この先行技術では、アリーナは、フィールド部の床版を地盤表面から浮かせた状態で支持する支持杭と、上端部がフィールド部の床版と隙間をあけて設けられ支持杭を隙間をあけて囲む筒材と、を有している。

特許文献３には、床スラブ上に緩衝体を配設し、かつ、緩衝体の上に床部を配設して、床部の荷重を緩衝体を介して支持するように構成してある浮床構造に関する技術が開示さえている。この先行技術では、緩衝体を多数の独立気泡を備えた発泡体で構成し、かつ、発泡体よりクリープ変形の小さい耐水性の弾性体を床スラブと床部との間に介装するとともに、床部からの荷重による発泡体の圧縮変形に伴って、弾性体が前記荷重を支持するように構成している。

特許文献４には、構造物の防振基礎に関する技術が開示されている。この先行技術では、地盤に支持される基礎スラブと、当該基礎スラブの上方に配置され、構造物本体が載置される浮き基礎スラブと、当該基礎スラブと当該浮き基礎スラブとの間に介装された弾性体と、当該基礎スラブに植え込まれ当該基礎スラブと当該浮き基礎スラブとの連結に供されるアンカーボルトと、当該アンカーボルトを締結するナットとを具えたことを特徴としている。

特開２００７－１０７２０８号公報特開２０１６－０８９４５５号公報特開２００１２－００６２９号公報特開平０５－１６３７４２号公報

近年、コンサートホール等で観客が飛び跳ねる所謂縦ノリによる振動が、周辺の建物に伝播することが問題になっている。先行技術では、床部又は基礎スラブを浮き構造とすることで、周辺の建物に伝播する振動を低減している。しかし、周辺の建物に伝播する振動を更に低減することが求められている。

本発明は、周辺の建物に伝播する振動を効果的に低減することが課題である。

第一態様は、底版に設置された防振装置で支持された浮床と、地盤に設置された複数の杭で構成され、前記底版を支持し、前記浮床の下方領域が、それ以外の領域よりも鉛直剛性が高い杭群と、を備えた防振床構造である。

第一態様に記載の防振床構造では、浮床の下方領域の杭群は、それ以外の領域よりも、鉛直剛性が高くされている。このため、防振装置を通じて底版及び杭へ伝達される浮床の振動が、地盤を通じて周辺に伝達され難くなる。よって、周辺の建物に伝播する振動が低減する。

第二態様は、前記浮床の固有振動数は、１Ｈｚ以下に設定されている、第一態様に記載の防振床構造である。

第二態様に記載の防振床構造では、浮床の固有振動数を１Ｈｚ以下の低振動数に設定することで、所謂縦ノリの固有振動数である２Ｈｚ～３．５Ｈｚに対する浮床の応答が低減する。よって、浮床から底版へ振動の伝達が低減し、この結果、構造物の周辺の建物に伝播する振動が低減する。

第三態様は、前記浮床は、前記底版よりも質量が小さい、第一態様又は第二態様に記載の防振床構造である。

第三態様に記載の防振床構造では、浮床は、底版よりも質量が小さいので、浮床の質量が底版の質量よりも大きい場合と比較し、底版の振動が低減する。よって、周辺の建物に伝播する振動が低減する。

本発明によれば、構造物の周辺の建物に伝播する振動を効果的に低減することができる。

防振構造が適用された構造物を模式的に示す構成図である。図１の構造物の要部の断面図である。空気バネの正面図である。防振装置の他の例を一部断面で示す正面図である。振動伝達率と振動数比との関係を示す両対数グラフである。（Ａ）は第一例の拘束機構の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の６Ｂ－６Ｂ線の水平断面図である。（Ａ）は第二例の拘束機構の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の７Ｂ－７Ｂ線の水平断面図である。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態の構造物について説明する。

［構造］
先ず、本実施形態の構造物の構造について説明する。

図１に示すように、構造物１０は、地盤２０上に構築され、地盤２０内に設置された複数の杭５０、５２によって支持されている。本実施形態の構造物１０は、コンサートホールである。構造物１０の内部には、アリーナ１２や階段状の客席１５等が設けられている。アリーナ１２を構成するスラブ３０の一部は、浮床７０になっている。

図１及び図２に示すように、浮床７０は、構造物１０の躯体３２を構成する底版３６に設置された防振装置の一例としての複数の空気バネ１００によって支持されている。なお、本実施形態では、底版３６に設けられた架台３８に空気バネ１００が設置されている。

図２及び図３に示すように、空気バネ１００は、圧縮空気の弾力性を利用したバネ装置であり、ゴム製で袋状のベロース１０２と、筒状の補充タンク１０４と、を有している。

図２に示すように、スラブ３０の外周部３０Ａと浮床７０の外周部７０Ａとの隙間は、エキスパンションジョイント８０を構成する可動板８２によって覆われている。

また、スラブ３０の外周部３０Ａと浮床７０の外周部７０Ａとの間は、水平拘束材の一例としての積層ゴム８４で連結されている。

このような構成により、図１に示す浮床７０は、構造物１０のスラブ３０に対して、水平方向に対しては移動が拘束されているが、上下方向に対しては微小変動可能となっている。なお、本実施形態では、浮床７０は上下方向に２０ｍｍ程度、変動可能となっている。また、浮床７０の上下方向の振動は、空気バネ１００の減衰機能によって、減衰する。

本実施形態では、浮床７０の質量は、躯体３２を構成する底版３６の質量よりも小さい。また、浮床７０の固有振動数は、１Ｈｚ以下に設定されている。

前述したように、構造物１０は、地盤２０に設置された複数の杭５０、５２によって支持されている。浮床７０の下方領域Ｒの複数の杭５２は、他の領域の杭５０よりも太く、且つ杭長が延伸され、先端部５２Ａは支持層２２に根入れされている。

なお、下方領域Ｒの複数の杭５２を杭群５４とし、他の領域の複数の杭５０を杭群５６とする。そして、下方領域Ｒの杭群５４は、他の領域の杭群５６よりも単位面積当たりの杭数（本数）が多くなっている。

よって、浮床７０の下方領域Ｒに設置された複数の杭５２で構成された杭群５４は、それ以外の領域の杭群５６よりも鉛直剛性が高くなっている。なお、図１に示す本実施形態の防振床構造１４は、底版３６に設置された防振装置の一例である空気バネ１００で支持された浮床７０と、地盤２０に設置された複数の杭５２で構成された杭群５４と、を含んで構成されている。

ここで、本実施形態における浮床７０の下方領域Ｒとは、浮床７０の直下領域を少なくとも含む領域である。また、本実施形態では、浮床７０の下側外縁７０Ｂ（図２も参照）から水平線に対して下側斜め４５°の仮想線Ｓが底版３６の下面３６Ａに交わる領域である。

なお、浮床７０の下方領域Ｒは、これに限定されるものではない。例えば、浮床７０の直下から杭５０、５２の１スパン又はそれ以上の領域であってもよい。或いは、下方領域Ｒは、浮床７０の直下領域のみであってもよい。更に、下方領域Ｒは、浮床７０の直下領域の一部とその周辺領域で構成されていてもよいし、浮床７０の直下領域の一部のみで構成されていてもよい。つまり、下方領域Ｒは、浮床７０の直下領域の少なくとも一部が含まれていればよい。しかし、下方領域Ｒには、浮床７０の直下領域の全域が含まれていることが望ましい。

［作用及び効果］
次に本実施形態の作用及び効果について説明する。

浮床７０の下方領域Ｒの杭５２で構成された杭群５４は、それ以外の領域の杭５０で構成された杭群５６よりも、鉛直剛性が高くされている。このため、空気バネ１００を通じて底版３６及び杭５２へ伝達される浮床７０の振動が、地盤２０を通じて構造物１０の周辺に伝達され難くなる。よって、構造物１０の周辺の建物３００、３０２に伝播する振動が低減する。

また、浮床７０は、底版３６よりも質量が小さいので、浮床７０の質量が底版３６の質量よりも大きい場合と比較し、底版３６の振動が低減する。よって、構造物１０の周辺の建物３００、３０２に伝播する振動が低減する。

ここで、前述したように、本実施形態の構造物１０は、コンサートホールであり、アリーナ１２（スラブ３０）を構成する浮床７０には、観客が着席又は立席している。コンサート（ライブ）中には、アップテンポの音楽のリズムに合わせて、浮床７０の観客が垂直に体を動かすヘッドバンギングや飛び跳ね（跳躍着地）等の縦ノリが発生することがある。そして、多数の観客が縦ノリを行うと振動（以降「縦ノリ振動」）が発生する。

本実施形態では、上述のように、構造物１０の周辺の建物３００、３０２への浮床７０の振動の伝播が低減されている。よって、この浮床７０上で発生する縦ノリ振動の構造物１０の周辺の建物３００、３０２への伝播が低減されている。

さて、この縦ノリ振動の固有振動数は、２Ｈｚ～３．５Ｈｚとされている、そして、本実施形態の浮床７０の固有振動数は、１Ｈｚ以下に設定されている。

図５のグラフは、浮床７０の固有振動数１Ｈｚの振動伝達率（Ｔｒ）と振動数比（ｆ／ｆｎ）との関係を示す両対数グラフである。なお、減衰比ζは、０、０．０５、０．１、０．２、０．５、１．０である。そして、振動数比は、√２（約１．４）以上であれば、振動伝達率が１以下となり、防振効果があると判断される。

前述したように縦ノリ振動の固有振動数は２Ｈｚ～３．５Ｈｚであり、浮床７０の固有振動数１Ｈｚに対する振動数比が√２（約１．４）以上である。よって、浮床７０は、縦ノリ振動に対する防振効果があると判断される。また、減衰比０．１における縦ノリ振動の固有振動数２Ｈｚでの振動伝達率は０．５であり、縦ノリ振動の固有振動数３．５Ｈｚでの振動伝達率は０．２であり、十分に小さく、高い防振効果があると判断される。

このように、縦ノリ振動の固有振動数の２Ｈｚ～３．５Ｈｚに対して、浮床７０の固有振動数を１Ｈｚ以下の低振動数に設定することで、縦ノリ振動の浮床７０への応答が低減する。よって、浮床７０から底版３６へ振動の伝達が低減し、この結果、構造物１０の周辺の建物に伝播する振動が低減する。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、防振装置は、空気バネ１００であったが、これに限定されない。空気バネ１００以外の防振装置であってもよい。例えば、図４に示すコイルばね２０２とダンパー２０４とを有する防振装置２００であってもよい。

例えば、上記実施形態では、図３に示すように、スラブ３０の外周部３０Ａと浮床７０の外周部７０Ａとの間を積層ゴム８４で連結されることで、浮床７０がスラブ３０に対して、水平方向に対しては移動が拘束され、上下方向に対しては微小変動可能となっていたが、これに限定されない。積層ゴム８４以外の水平拘束材又は拘束機構であってもよい。

例えば、図６に示す凸部材４１０とストッパー４２０とを備えた第一例の拘束機構４００であってもよい。

凸部材４１０は、浮床７０の下面から凸状に形成された平面視矩形状の鉄筋コンクリート造の柱状の部材である。凸部材４１０内には、上下方向に延びる凸部主筋４１２、凸部主筋４１２の周りを囲むように設けられた凸部帯筋４１４と、が配筋されている。凸部主筋４１２は、上部はスラブ７０に延在している。また、スラブ７０内には、図示してない主筋とは別に、凸部主筋４１２を補強する補強筋７１（図6（Ａ）参照）が配筋されている。なお、凸部主筋４１２及び凸部帯筋４１４の一部は、図が煩雑になるのを避けるために線画にしている。

ストッパー４２０は、鋼製とされ、底版３６の上面における凸部材４１０の各側面に近接して、設けられている。ストッパー４２０は、鋼製のプレート４２２に、リブ４３２を有するＬ字状の構成のアングル４３０が溶接された構造となっている。ストッパー４２０は、プレート４２２のスタッド４２４（図６（Ａ）参照）が底版３６に埋設されることで、底版３６に固定されている。

なお、本例では、アングル４３０と凸部材４１０の側面との間には、図示していなフッ素樹脂製のシートが挟まれている。

このような拘束機構４００により、浮床７０がスラブ３０（図２参照）に対して、水平方向に対しては移動が拘束され、上下方向に対しては微小変動可能となっている。

或いは、図７（Ａ）に示す内筒部材５１０と外筒部材５２０とを備えた第二例の拘束機構５００であってもよい。

内筒部材５１０は、鋼管５１２の端部にベースプレート５１４が設けられた構成であり、ベースプレート５１４に設けられたアンカー５１６が底版３６に埋設されることで、浮床７０の下面に接合されている。

外筒部材５２０は、鞘菅５２２の端部にベースプレート５２４が設けられた構成であり、ベースプレート５２４がアンカーボルト５２６にボルト締結されることで底版３６の上面に接合されている。

そして、外筒部材５２０の鞘菅５２２に内筒部材５１０の鋼管５１２が挿入されている（図７（Ｂ）も参照）。

このような拘束機構５００により、浮床７０がスラブ３０（図２参照）に対して、水平方向に対しては移動が拘束され、上下方向に対しては微小変動可能となっている。

また、例えば、上記実施形態では、浮床７０の下方領域Ｒの杭５２（杭群５４）は、他の領域の杭５０よりも太く且つ杭長が延伸され先端部５２Ａは支持層２２に根入れされ、更に単位面積当たりの杭数（本数）を多くすることで、鉛直剛性を高くしているが、これに限定されない。杭の太さ、支持層２２への根入れ及び単位面積当たりの杭数（本数）の少なくとも一以上によって鉛直剛性を高くしてもよい。或いは、他の方法で杭群５４の鉛直剛性を高めてもよい。

また、上記実施形態では、浮床７０を支持する底版３６は分割されていないが、これに限定されない。底版３６における浮床７０を支持する領域が分割され、エキスパンションジョイント等で連結されている構造であってもよい。なお、これは、底版３６を分割することで、振動が底版３６を介して地盤２０に伝達される領域を小さくし、地盤２０に伝達される振動を抑制する効果を期待するものである。

また、例えば、上記実施形態では、構造物１０は、コンサートホールであったが、これに限定されない。また、浮床７０の振動源は、アップテンポの音楽のリズムに合わせて観客が垂直に体を動かすヘッドバンギングや飛び跳ね（跳躍着地）等の縦ノリによる縦ノリ振動であったが、これに限定されない。エアロビクス等の運動や各種機械が振動源である場合に対しても本発明を適用することができる。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１０構造物
１４防振床構造
２０地盤
３６底版
５２杭
５４杭群
７０浮床
１００空気バネ（防振装置の一例）
２００防振装置
Ｒ下方領域

Claims

構造物の躯体を構成し、地盤に設置された複数の杭で支持された底版と、
前記底版に設置された防振装置で支持された浮床と、
を備え、
前記底版における前記浮床の下方領域を支持する前記杭の一の杭群は、前記底版における前記下方領域以外を支持する前記杭の他の杭群よりも鉛直剛性が高い、
防振床構造。
前記浮床の固有振動数は、１Ｈｚ以下に設定されている、
請求項１に記載の防振床構造。
前記浮床は、前記底版よりも質量が小さい、
請求項１又は請求項２に記載の防振床構造。
前記防振装置は、空気バネを有して構成されている、
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の防振床構造。
前記防振装置は、前記底版と前記浮床とに接続されたコイルばねとダンパーとを有して構成されている、
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の防振床構造。
前記浮床を上下方向に対しては微小変動可能なように水平方向に対する移動を拘束する機構を有している、
請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の防振床構造。
前記一の杭群の前記杭の先端部は支持層に根入れされ、
前記他の杭群の前記杭は前記支持層に根入れされていない、
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の防振床構造。
前記一の杭群の前記杭は、
前記他の杭群の前記杭よりも太い、
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の防振床構造。
前記底版は、前記浮床を支持する領域が分割されている、
請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の防振床構造。