JP7265454B2 - 通路構造物の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、上方に配置される手摺りが、手摺り支持体を介して下方に配置される歩行用の通路構造物に支持される通路構造物の制振構造に関する。

このような通路構造物としては階段や歩道橋などがあり、例えば、階段を例にとると、従来、階段の歩行振動を低減するための専用の質量体と、ばねとして機能する弾性体とで構成される制振装置が、階段梁の内側などに取り付けられた制振構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０８４１７２号公報

しかしながら、この従来の制振構造では、制振装置そのものが、制振専用の特別な質量体を必要とし、かつ、階段の外側に取り付ける外付け構造であるため、たとえ階段梁の内側などの比較的目立たぬ箇所に取り付けるとは言え、完全に目立たぬようにはできず外観的に問題があり、この点に改良の余地がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、通路構造物をスッキリとした外観に維持しながら、通路構造物に生じる歩行振動を確実に低減することが可能な通路構造物の制振構造を提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、上方に配置される手摺りが、手摺り支持体を介して下方に配置される歩行用の通路構造物に支持される通路構造物の制振構造であって、前記通路構造物が、前記手摺り支持体を支持するササラ桁を備え、その手摺り支持体が、前記通路構造物の歩行振動を低減するための質量体に設定され、前記ササラ桁に内装されて制振用のばねとして機能する弾性支持部材を介して当該ササラ桁に支持される点にある。

本構成によれば、手摺りを支持するための手摺り支持体、つまり、手摺りの支持に必要不可欠で、そのため、外観的に目立つことのない手摺り支持体が、通路構造物の歩行振動を低減するための質量体に設定されるので、従来のような制振専用の特別な質量体を必要とせず、したがって、階段や歩道橋などの通路構造物をスッキリとした外観に維持することができる。
そして、その手摺り支持体が、制振用のばねとして機能する弾性支持部材を介してササラ桁に支持されるので、通路構造物に生じる歩行振動を確実に低減することができるとともに、その弾性支持部材も、ササラ桁に内装されるので、外観的に目立つことはなく、通路構造物をスッキリとした外観に維持することが可能となる。

本発明の第２特徴構成は、前記通路構造物の固有振動数ｆが、２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚとなる場合、前記手摺り支持体の鉛直１次固有振動数が前記ｆと近似するように、前記手摺り支持体の質量と前記弾性支持部材の鉛直剛性が設定される点にある。

本構成によれば、通路構造物の固有振動数ｆが、２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚとなる場合、つまり、階段や歩道橋などの通路構造物において、その通路構造物に歩行動作などにより多発する２Ｈｚ～１５Ｈｚの振動に対応し、手摺り支持体の鉛直１次固有振動数がそのｆと近似するように、手摺り支持体の質量と弾性支持部材の鉛直剛性が設定されるので、階段や歩道橋などの通路構造物に多発する不快な振動を効果的に低減することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記手摺り支持体が、前記ササラ桁に沿って配置される複数の手摺り支持体部位により構成されて、複数の弾性支持部材を介して各別に前記ササラ桁に支持され、それら複数の弾性支持部材の鉛直剛性が各別に設定される点にある。

本構成によれば、手摺り支持体が、ササラ桁に沿って配置される複数の手摺り支持体部位により構成されて、複数の弾性支持部材を介して各別にササラ桁に支持されるので、通路構造物が大規模になればなるほど、その施工性が大幅に向上する。
更に、各手摺り支持体部位に対応する弾性支持部材の鉛直剛性が各別に設定されるので、言い換えると、各手摺り支持体部位の鉛直１次固有振動数が各別に設定されるので、例えば、通路構造物の設計時における鉛直１次固有振動数を考慮して、各手摺り支持体部位の鉛直１次固有振動数をその前後に設定することで、たとえ通路構造物の実際の振動数が設計時の値と多少ずれていても対応可能となるなど、通路構造物の実際の振動に即した合理的な制振が可能となる。また、通路構造物の鉛直１次固有振動数に限らず、鉛直２次固有振動数に対して同様の設定をすることで、実際の振動に即した合理的な制振が可能となる。

通路構造物の制振構造を示す部分側面図 通路構造物の制振構造を示す要部の縦断正面図 効果確認のためのグラフ 通路構造物の制振構造を示す模式的側面図

本発明による通路構造物の制振構造に関し実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の通路構造物の制振構造は、例えば、階段を例にとると、図１に示すように、通路構造物としての階段１が、左右一対のササラ桁２とそれらササラ桁２の間に亘って配置支持される複数段の踏み板３を備えて構成される。
階段１の上方には、手摺り４が階段１に沿って左右に配置され、その上方に配置される左右の手摺り４が、それぞれ左右の手摺り支持体５を介して下方に配置されるササラ桁２に支持され、その左右の手摺り支持体５が、階段１の歩行振動を低減するための制振用の質量体（質量Ｍ）に設定される。

図１の実施形態では、質量体に設定される手摺り支持体５が、透明な複数枚の板ガラスをササラ桁２に沿って並べた板状体で構成される。ただし、それは単なる一例であって、例えば、半透明または不透明な複数枚の板ガラスで構成するのはもちろんのこと、金属製や合成樹脂製の板状体で構成することも可能である。更に、その形態に関しても、特に板状体に限るものではなく、種々のデザインの格子状など、周囲の雰囲気に応じて適宜変更可能である。
なお、手摺り支持体５の質量Ｍに関し、厳密には、この質量Ｍの中に手摺り４の質量も含まれるが、手擦り４の質量が手摺り支持体５の質量に比べて極端に小さいため、本明細書においては、手摺り支持体５の質量をＭとして記述する。

左右一対のササラ桁２は、その断面形状が、図２に示すように、それぞれ上方が開口するＵ字状に構成され、そのＵ字状のササラ桁２の内側底部に沿ってゴムや合成樹脂などの粘弾性体からなる弾性支持部材６が連続的に、つまり、ササラ桁２の内側底部に沿って連続した状態で内装される。
左右の手摺り支持体５は、その下端部がＵ字状のササラ桁２の内側にそれぞれ挿入されて、階段１を構成する左右のササラ桁２に内装の弾性支持部材６、つまり、制振用のばね（鉛直剛性Ｋ）として機能する弾性支持部材６を介して階段１のササラ桁２にそれぞれ支持される。そして、断面形状がＵ字状の各ササラ桁２の上方開口部には、手摺り支持体５との間の隙間をシールするゴムや合成樹脂などの粘弾性体からなるシーリング７が介装される。

このような構成の制振構造によれば、階段１に生じる歩行振動は、制振用の質量体に設定される手摺り支持体５と、制振用のばねとして機能する弾性支持部材６との協働作用により確実に低減される。この点に関し、本発明者らは、効果確認のために種々の実験と解析を試みたので、その一部について言及する。
まず、通路構造物である階段１の固有振動数ｆに関しては、２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚの範囲内に設定すれば、ｆが小さくなる長スパンの階段１に関して対応可能であり、ｆが大きくなる比較的短スパンの階段１に関しては人間が感じやすい体感振動に対応可能である。言い換えると、手摺り支持体５の鉛直１次固有振動数が、上述した階段１の固有振動数ｆと近似するように、手摺り支持体５の質量Ｍと弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋが設定されれば、階段１の長さにかかわらず、階段１に多発する２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚの固有振動数ｆに起因する人間が感じやすい体感振動が低減できることが確認された。
例えば、図１の実施形態の場合、１枚の板ガラスの大きさが１ｍ×１ｍで厚さ０．０１２ｍであれば、質量Ｍは０．０１２ｍ^３×２．５ｔ／ｍ^３＝０．０３ｔで、手摺り支持体５の鉛直１次固有振動数を２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚの範囲に設定すると、弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋは４．７４ｋＮ／ｍ≦Ｋ≦２６６．２１ｋＮ／ｍとなる。このような鉛直剛性Ｋを満たす部材としては、例えば、硬度３０以下の柔らかいゴムやスポンジなどが該当すると考えられる。

更に、手摺り支持体５が弾性支持部材６を介してササラ桁２に支持される階段１の解析モデルを使用し、階段１の鉛直１次固有振動数ｆが７．６Ｈｚのときに階段１の中央に鉛直方向にパルス波を入力して、階段１の振動低減効果の確認を行った。
その結果が、図３に示すグラフであり、破線は「通常の階段モデル（弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋを無限大に設定）」を示し、実線は「本発明の階段モデル（弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋを階段１の鉛直１次固有振動数と共振するように設定）」を示す。なお、縦軸は揺れやすさ（アクセレランス）（ｇａｌ／Ｎ）を示し、横軸は振動数（Ｈｚ）を示す。
このグラフは、階段１の減衰定数を２％としたとき、手摺り支持体５の減衰定数を３倍の６％とした場合の結果を示し、通常の階段モデルでは鉛直１次固有振動数の７．６Ｈｚあたりで大きな揺れのピークが見られるが、本発明の階段モデルではそのピークが１／３程度に低減していることが確認できる。

また、図１の実施形態では、弾性支持部材６が、ササラ桁２の内側底部に沿って連続した状態で内装された例を示したが、弾性支持部材６をササラ桁２の内側底部に沿って断続的に内装することもでき、その場合、手摺り支持体５を構成する各板ガラスに弾性支持部材６をそれぞれひとつずつ配置するのが好ましい。
例えば、図４に模式的に示すように、手摺り支持体５が、ササラ桁２に沿って配置される合計８枚の手摺り支持体部位としての板ガラス５ａ～５ｈにより構成される場合、各板ガラス５ａ～５ｈが、合計８個の弾性支持部材６を介して各別にササラ桁２に支持されるように構成することができる。
その場合、各弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋを同じ値に設定することも可能であるが、各弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋを各別に設定することも可能である。

すなわち、階段１の鉛直１次固有振動数ｆが８Ｈｚになるように設計したとしても、実際に８Ｈｚになるとは限らず、多少ずれる可能性もある。その場合、図４を参照して、各板ガラス５ａ～５ｈの鉛直１次固有振動数が８Ｈｚと近似する値、例えば、５ｃが７．４Ｈｚ、５ｄが７．８Ｈｚ、５ｅが８．２Ｈｚ、５ｆが８．６Ｈｚとなるように、各板ガラス５ｃ～５ｆの質量とそれに対応する各弾性支持部材６の鉛直剛性Ｋを設定することにより、階段１の鉛直１次固有振動数ｆが８Ｈｚから１割程度ずれた場合においても、いずれかの板ガラスが制振効果を発揮することになり、実情に即した合理的な制振が可能となる。その場合、階段１の制振に寄与する板ガラスはいずれかの板ガラスに限定されるが、一枚の板ガラスの質量が階段１の総質量の１～２％あれば十分な制振効果が期待できる。
なお、板ガラス５ｃ～５ｆの他の板ガラス５ａ、５ｂ、５ｇ、５ｈに関しては、鉛直１次固有振動数が８Ｈｚと近似する値になるように設定することも可能であるが、図４の例では、ササラ桁２に固定されている。

更に、両端部が建物の躯体に支持された階段１では、階段１の鉛直１次固有モードで振動する際に、階段１の中央部ほど揺れが大きく、端部ほど揺れが小さくなるため、揺れの小さい箇所に設置した板ガラスによる制振効果も小さくなる。したがって、このような揺れの実情を考慮して、板ガラス５ｃ～５ｆの鉛直１次固有振動数が８Ｈｚと近似する値となるように設定し、板ガラス５ａ、５ｂ、５ｇ、５ｈについてはササラ桁２に固定するなど、種々の対応が可能となる。
いずれにせよ、各板ガラス５ａ～５ｈの鉛直１次固有振動数を各別に設定することにより、揺れの実情に即した合理的な制振が可能となり、更に、階段１の鉛直１次固有振動数に加えて、階段１の鉛直２次固有振動数にも対応可能となる。
例えば、階段１の鉛直１次固有振動数が５Ｈｚで、鉛直２次固有振動数が８Ｈｚの場合、階段１が１次モードで励起されると、鉛直１次固有振動数が５Ｈｚ近くに設定された板ガラスが、また、２次モードで励起されると、８Ｈｚ近くに設定された板ガラスが制振効果を発揮することになり、より広範囲にわたる制振効果が期待できる。
なお、図４の例では、各板ガラス５ａ～５ｈの質量が同一に設定されているが、各板ガラス５ａ～５ｈの質量に関しても、例えば、階段１の端部ほど小に中央部ほど大になるように設定するなどの変更が可能である。

〔別実施形態〕
先の実施形態では、通路構造物として階段１を例示して説明したが、階段１以外にも、歩道橋や渡り廊下などのような各種の通路構造物に適用可能である。
また、その通路構造物としての階段１の固有振動数ｆとして、具体的に２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚの範囲を例示したが、この固有振動数ｆの範囲に関しては、通路構造物の具体的な構造や規模などに応じて適宜設定可能である。

１ 通路構造物としての階段
２ ササラ桁
３ 踏み板３
４ 手摺り
５ 手摺り支持体
５ａ～５ｈ 手摺り支持体部位
６ 弾性支持部材
Ｍ 手摺り支持体の質量
Ｋ 弾性支持部材の鉛直剛性

Claims (3)

1. 上方に配置される手摺りが、手摺り支持体を介して下方に配置される歩行用の通路構造物に支持される通路構造物の制振構造であって、
   前記通路構造物が、前記手摺り支持体を支持するササラ桁を備え、その手摺り支持体が、前記通路構造物の歩行振動を低減するための質量体に設定され、前記ササラ桁に内装されて制振用のばねとして機能する弾性支持部材を介して当該ササラ桁に支持される通路構造物の制振構造。
2. 前記通路構造物の固有振動数ｆが、２Ｈｚ≦ｆ≦１５Ｈｚとなる場合、前記手摺り支持体の鉛直１次固有振動数が前記ｆと近似するように、前記手摺り支持体の質量と前記弾性支持部材の鉛直剛性が設定される請求項１に記載の通路構造物の制振構造。
3. 前記手摺り支持体が、前記ササラ桁に沿って配置される複数の手摺り支持体部位により構成されて、複数の弾性支持部材を介して各別に前記ササラ桁に支持され、それら複数の弾性支持部材の鉛直剛性が各別に設定される請求項１または２に記載の通路構造物の制振構造。
   
   

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