特許 6754688 床構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6754688

(24)【登録日】2020年8月26日

(45)【発行日】2020年9月16日

(54)【発明の名称】床構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 5/43 20060101AFI20200907BHJP

   E04B 1/98 20060101ALI20200907BHJP

【ＦＩ】

   E04B5/43 H

   E04B1/98 K

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-246562(P2016-246562)

(22)【出願日】2016年12月20日

(65)【公開番号】特開2018-100522(P2018-100522A)

(43)【公開日】2018年6月28日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】福田 優輝

(72)【発明者】

【氏名】井上 竜太

【審査官】 新井 夕起子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１２８６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４９３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００６−００７０７４７（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ ５／４３

Ｅ０４Ｂ １／９８

Ｅ０４Ｈ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物を構成する床スラブと、
前記床スラブに生じる第１固有モードの第１腹領域と前記床スラブに生じる第２固有モードの第２腹領域との重なる重複領域に配置されるように前記床スラブに設置され、前記第１固有モードと前記第２固有モードの振動数に同調させた２質点系のＴＭＤと、
を有する床構造。

【請求項2】

前記床スラブの平面形状は、長方形となっている請求項１に記載の床構造。

【請求項3】

前記第１固有モード及び前記第２固有モードの振動数は、４５Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下である請求項１又は２に記載の床構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重量床衝撃音を低減する床構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）を用いて集合住宅等の建物の床スラブに生じる振動を低減し、この床スラブの下階で発生する重量床衝撃音を低減する技術がある。例えば、特許文献１には、床スラブに生じる固有モードの腹にＴＭＤを配置した床構造が開示されている。

【0003】

しかし、この床構造においては、振動低減の対象となる振動数帯域に複数の固有モードが存在する場合、各固有モードの腹に各固有モードの振動数に応じたＴＭＤをそれぞれ配置するようにして床スラブにＴＭＤを設置しなければならないので、設置するＴＭＤの数が多くなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−８５７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は係る事実を考慮し、床スラブに設置するＴＭＤの数を減らすことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様の発明は、建物を構成する床スラブと、前記床スラブに生じる第１固有モードの第１腹領域と前記床スラブに生じる第２固有モードの第２腹領域との重なる重複領域に配置されるように前記床スラブに設置され、前記第１固有モードと前記第２固有モードの振動数に同調させた２質点系のＴＭＤと、を有する床構造である。

【0007】

第１態様の発明では、第１腹領域と第２腹領域の重なる重複領域に、第１固有モードと第２固有モードの振動数に同調させた２質点系のＴＭＤを配置することによって、床スラブに生じる第１固有モードと第２固有モードの振動をＴＭＤにより低減し、床スラブの下階で発生する重量床衝撃音を低減することができる。

【0008】

また、第１腹領域と第２腹領域の重なる重複領域に２質点系のＴＭＤを配置することによって、第１腹領域と第２腹領域にＴＭＤをそれぞれ配置するのと比べて、床スラブに設置するＴＭＤの数を減らすことができる。

【0009】

第２態様の発明は、第１態様の床構造において、前記床スラブの平面形状は、長方形となっている。

【0010】

第２態様の発明では、第１固有モード及び第２固有モードの腹領域が、床スラブの長辺方向へ複数並んだ配置となるので、重複領域を形成し易くすることができる。

【0011】

第３態様の発明は、第１又は第２態様の床構造において、前記第１固有モード及び前記第２固有モードの振動数は、４５Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下である。

【0012】

第３態様の発明では、集合住宅等の建物の床スラブの下階で発生する重量床衝撃音を効果的に低減することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明は上記構成としたので、床スラブに設置するＴＭＤの数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る床構造を示す平面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る床スラブに生じる第１固有モードを示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る床スラブに生じる第２固有モードを示す平面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る第１固有モードの腹領域と、第２固有モードの腹領域との重複領域を示す平面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る第１固有モードの第１腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図6】本発明の実施形態に係る第２固有モードの第２腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図7】本発明の実施形態に係るＴＭＤを示す平面図である。

【図8】図７のＡ−Ａ断面図である。

【図9】本発明の実施形態に係るＴＭＤの振動系モデルを示す正面図である。

【図10】本発明の実施形態に係る床構造を評価するためのケース１〜５において、床スラブ上に設置するＴＭＤの配置を示す表である。

【図11】本発明の実施形態に係る第１固有モードの第１腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図12】本発明の実施形態に係る第２固有モードの第２腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図13】本発明の実施形態に係る第１固有モードの第１腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図14】本発明の実施形態に係る第２固有モードの第２腹領域の中央部におけるアクセレランスを示す線図である。

【図15】本発明の実施形態に係る床スラブに生じる固有モードを示す平面図である。

【図16】本発明の実施形態に係る第１固有モードの腹領域と、固有モードの腹領域との重複領域を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る床構造について説明する。

【0016】

図１の平面図に示すように、本実施形態の床構造１０は、集合住宅としての建物１２を構成する鉄筋コンクリート製の床スラブ１４と、ＴＭＤ（Tuned Mass Damper）１６とを有して構成されている。

【0017】

床スラブ１４は、平面形状が略長方形となっており、床スラブ１４の四隅に配置された鉄筋コンクリート製の柱１８により支持されている。

【0018】

ＴＭＤ１６は、集合住宅を構成する床スラブの下階に発生する重量床衝撃音の一般的な決定帯域とされている６３Ｈｚ帯域（４５Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下）で床スラブ１４に生じる固有モードである、第１固有モード２０の第１腹領域２２（図２の平面図を参照のこと）と、第２固有モード２４の第２腹領域２６（図３の平面図を参照のこと）との重なる重複領域２８（図４の平面図を参照のこと）に配置されるように床スラブ１４上に設置されている。本例では、図４の設置点Ｐ₃の位置に１つのＴＭＤ１６が設置されている。

【0019】

パラメトリックスタディでは、図１に示すように、床スラブ１４の短辺方向Ｙの長さを６．５ｍ、厚さを２５０ｍｍに固定した状態で、床スラブ１４の長辺方向Ｘの長さを、板状集合住宅における一般的な長さである１０．５ｍ〜１３．５ｍの範囲で推移させた場合、床スラブ１４の長辺方向Ｘに対して３つに割れる固有モードの振動数は、４５Ｈｚ〜６０Ｈｚとなり、床スラブ１４の長辺方向Ｘに対して４つに割れる固有モードの振動数は、５９Ｈｚ〜７７Ｈｚとなる。

【0020】

図２及び図３の例では、床スラブ１４に主に生じる２つの固有モードの腹領域の内、振幅が最も大きい腹領域を第２腹領域２６とするとともにこの第２腹領域２６を有する一方の固有モードを第２固有モード２４としている。そして、他方の固有モードを第１固有モード２０とするとともに、第２腹領域２６の最も近くに位置する第１固有モード２０の腹領域を第１腹領域２２としている。このとき、第１固有モード２０の振動数ｆ₁は５０Ｈｚ、第２固有モード２４の振動数ｆ₂は６８Ｈｚとなっている。すなわち、第１固有モード２０及び第２固有モード２４の振動数は、４５Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下となっている。

【0021】

図２及び図３の例は、ＴＭＤを設置していない状態の１スパンの床スラブ１４を解析モデルにして行われた解析結果を示したものである。解析モデルでは、床スラブ１４の短辺方向Ｙの長さを６．５ｍ、長辺方向Ｘの長さを１１．５ｍ、厚さを２５０ｍｍとしている。

【0022】

図２及び図３の例に示されているように、６３Ｈｚ帯域において、床スラブ１４には、長辺方向Ｘに対して３つに割れる第１固有モード２０と、長辺方向Ｘに対して４つに割れる第２固有モード２４とが生じる。そして、第１固有モード２０と第２固有モード２４とは、振幅が大きくなる腹領域（第１腹領域２２、第２腹領域２６）の位置が近接している。

【0023】

図５のグラフの値３０は、第１固有モード２０の第１腹領域２２の中央部Ｐ₁（図２を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、第１腹領域２２の中央部Ｐ₁に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を示したものである。図６のグラフの値３２は、第２固有モード２４の第２腹領域２６の中央部Ｐ₂（図３を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、中央部Ｐ₂に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を示したものである。アクセレランスは、中央部Ｐ₁、Ｐ₂をハンマー等で打撃したときに中央部Ｐ₁、Ｐ₂に発生する振動の加速度を、この打撃の打撃力で割った値である。

【0024】

図５のグラフの値３０に示すように、図２に示す第１固有モード２０の第１腹領域２２の中央部Ｐ₁におけるアクセレランスは、５０Ｈｚ（ｆ₁）でピーク値となっている。さらに、図６のグラフの値３２に示すように、図３に示す第２固有モード２４の第２腹領域２６の中央部Ｐ₂におけるアクセレランスは、６８Ｈｚ（ｆ₂）でピーク値となっている。

【0025】

ＴＭＤ１６は、図７の平面図、及び図７のＡ−Ａ断面図である図８に示すように、板状の粘弾性ゴム部材３４と、粘弾性ゴム部材３４上に設けられた質量体３６と、質量体３６の上面に形成された溝部３８の底面上に設けられた板状の粘弾性ゴム部材４０と、粘弾性ゴム部材４０上に設けられた質量体４２とを有して構成されている。すなわち、ＴＭＤ１６は、２質点系のＴＭＤを構成している。ＴＭＤ１６は、床スラブ１４上に構築される二重床の懐に納めるために、質量体３６に溝部３８を設けるとともに溝部３８内に粘弾性ゴム部材４０及び質量体４２を収容して、２質点系のＴＭＤの高さを抑える構成としている。

【0026】

ＴＭＤ１６をモデル化した図９に示すように、粘弾性ゴム部材４０のバネ定数をｋ₁、減衰係数をＣ₁、質量体４２の質量をｍ₁、粘弾性ゴム部材３４のバネ定数をｋ₂、減衰係数をＣ₂、質量体３６の質量をｍ₂としたときに、第１固有モード２０の振動数ｆ₁（５０Ｈｚ）と第２固有モード２４の振動数ｆ₂（６８Ｈｚ）に同調するように、ｋ₁、ｋ₂、ｍ₁、ｍ₂を設定する。

【0027】

例えば、パラメトリックスタディでは、床スラブ１４の短辺方向Ｙの長さを６．５ｍ、厚さを２５０ｍｍに固定した状態で、床スラブ１４の長辺方向Ｘの長さを、板状集合住宅における一般的な長さである１０．５ｍ〜１３．５ｍの範囲で推移させたときに、ｆ₂／ｆ₁が１．２５〜１．４０範囲で推移するので、これに基づいて、ｍ₁／ｍ₂が０．０５〜０．１５となるように、質量体４２、３６の質量ｍ₁、ｍ₂を設定する。

【0028】

次に、本発明の実施形態に係る床構造の作用と効果について説明する。

【0029】

本実施形態の床構造１０では、図２、図３、及び図４に示すように、第１固有モード２０の第１腹領域２２と第２固有モード２４の第２腹領域２６との重なる重複領域２８に、第１固有モード２０と第２固有モード２４の振動数に同調させた２質点系のＴＭＤ１６を配置することによって、床スラブ１４に生じる第１固有モード２０と第２固有モード２４の振動をＴＭＤ１６により低減し、床スラブ１４の下階で発生する重量床衝撃音を低減することができる。

【0030】

また、第１固有モード２０の第１腹領域２２と、第２固有モード２４の第２腹領域２６との重なる重複領域２８に２質点系のＴＭＤ１６を配置することによって、第１腹領域２２と第２腹領域２６にＴＭＤをそれぞれ配置するのと比べて、床スラブ１４に設置するＴＭＤの数、種類、及びトータルとしての質量を減らすことができる。

【0031】

ここで、図１０の表に示す、比較例としてのケース１〜４と、本実施形態の床構造１０としてのケース５との振動低減効果を評価した例を示す。この評価は、図２及び図３に示すような、第１固有モード２０と第２固有モード２４が生じる床スラブ１４に対して行ったものである。図４に示す中央部Ｐ₁と中央部Ｐ₂とは約５３０ｍｍ離れており、設置点Ｐ₃は、中央部Ｐ₁と中央部Ｐ₂との中央（中央部Ｐ₁から設置点Ｐ₃までの距離と、中央部Ｐ₂から設置点Ｐ₃までの距離とは同じ）に位置している。図１０の表中の丸印は、ＴＭＤが設定されていることを意味している。

【0032】

ケース１は、床スラブ１４上にＴＭＤを設置していないケースであり、ケース２は、床スラブ１４上の中央部Ｐ₁に１４１ｋｇの質量体を有する１質点系のＴＭＤ（以下、「１質点系ＴＭＤ」とする）を１つ設置したケースであり、ケース３は、床スラブ１４上の中央部Ｐ₂に１質点系ＴＭＤを１つ設置したケースであり、ケース４は、床スラブ１４上の中央部Ｐ₁と中央部Ｐ₂とに１質点系ＴＭＤをそれぞれ１つ設置したケースである。また、ケース５は、床スラブ１４上の設置点Ｐ₃に２質点系のＴＭＤ１６を設置したケースである。ＴＭＤ１６の質量体３６と質量体４２との合計質量が１４１ｋｇとなっている。

【0033】

図１１のグラフに示す値４４、４６、４８は、ケース１、２、５において、床スラブ１４上の第１腹領域２２の中央部Ｐ₁（図２を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、中央部Ｐ_１に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を数値解析により求めて示したものである。アクセレランスは、中央部Ｐ₁をハンマー等で打撃したときに中央部Ｐ₁に発生する振動の加速度を、この打撃の打撃力で割った値である。ケース１の値が値４４、ケース２の値が値４６、ケース５の値が値４８となっている。

【0034】

図１１の値４６、４８より、５０Ｈｚ付近において、ケース５（値４８）はケース２（値４６）と同等の振動低減効果が得られることがわかる。

【0035】

図１２のグラフに示す値５０、５２、５４は、ケース１、３、５において、床スラブ１４上の第２腹領域２６の中央部Ｐ₂（図３を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、中央部Ｐ₂に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を数値解析により求めて示したものである。アクセレランスは、中央部Ｐ₂をハンマー等で打撃したときに中央部Ｐ₂に発生する振動の加速度を、この打撃の打撃力で割った値である。ケース１の値が値５０、ケース３の値が値５２、ケース５の値が値５４となっている。

【0036】

図１２の値５２、５４より、６８Ｈｚ付近において、ケース５（値５４）はケース３（値５２）と同等の振動低減効果が得られることがわかる。

【0037】

図１３のグラフに示す値５６、５８、６０は、ケース１、４、５において、床スラブ１４上の第１腹領域２２の中央部Ｐ₁（図２を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、中央部Ｐ₁に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を数値解析により求めて示したものである。アクセレランスは、中央部Ｐ₁をハンマー等で打撃したときに中央部Ｐ₁に発生する振動の加速度を、この打撃の打撃力で割った値である。ケース１の値が値５６、ケース４の値が値５８、ケース５の値が値６０となっている。

【0038】

図１３の値５８、６０より、５０Ｈｚ付近において、ケース５（値６０）はケース４（値５８）と同等の振動低減効果が得られることがわかる。

【0039】

図１４のグラフに示す値６２、６４、６６は、ケース１、４、５において、床スラブ１４上の第２腹領域２６の中央部Ｐ₂（図３を参照のこと）をハンマー等で打撃したときの、中央部Ｐ₂に発生する振動の振動数（横軸）に対するアクセレランス（縦軸）を数値解析により求めて示したものである。アクセレランスは、中央部Ｐ₂をハンマー等で打撃したときに中央部Ｐ₂に発生する振動の加速度を、この打撃の打撃力で割った値である。ケース１の値が値６２、ケース４の値が値６４、ケース５の値が値６６となっている。

【0040】

図１４の値６４、６６より、６８Ｈｚ付近において、ケース５（値６６）はケース４（値６４）と同等の振動低減効果が得られることがわかる。

【0041】

また、図１３の値５８、６０、及び図１４の値６４、６６より、第１固有モード２０の第１腹領域２２の中央部Ｐ₁と、第２固有モード２４の第２腹領域２６の中央部Ｐ₂とに１質点系ＴＭＤをそれぞれ１台設置する、すなわち２台の１質点系ＴＭＤ（２台分の質量２８２ｋｇ）を設置するのと同等の振動低減効果を、床スラブ１４上の設置点Ｐ₃に１台のＴＭＤ１６（１台分の質量１４１ｋｇ）を設置することによって得ることができることがわかる。これにより、ケース５は、ＴＭＤの質量を削減することができ、コストダウンや省スペース化を図ることがわかる。

【0042】

さらに、本実施形態の床構造１０では、図２及び図３に示すように、第１固有モード２０及び第２固有モード２４の腹領域が、床スラブ１４の長辺方向Ｘへ複数並んだ配置となるので、図４に示すように、重複領域２８を形成し易くすることができる。

【0043】

また、本実施形態の床構造１０では、第１固有モード２０及び第２固有モード２４の振動数を、４５Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下とすることにより、集合住宅等の建物の床スラブの下階で発生する重量床衝撃音を効果的に低減することができる。

【0044】

以上、本発明の実施形態について説明した。

【0045】

なお、本実施形態では、図２及び図３に示すように、２つの固有モード（第１固有モード２０、第２固有モード２４）が生じる床スラブ１４に床構造１０を適用した例を示したが、３つ以上の固有モードが生じる床スラブに本実施形態の床構造１０を適用してもよい。この場合には、３つ以上の固有モードの中から、２つの固有モードを適宜選択し、その２つの固有モードを第１固有モードと第２固有モードにすればよい。選択する２つの固有モードは、例えば、最大振幅が大きい腹領域を有する固有モードや、振動低減したい振動数の固有モードとすればよい。

【0046】

また、本実施形態では、図４に示すように、第１固有モード２０の第１腹領域２２と、第２固有モード２４の第２腹領域２６との重なる重複領域２８に配置されるように、床スラブ１４上にＴＭＤ１６を設置した例を示したが、固有モードの腹領域（第１固有モード２０の第１腹領域２２、第２固有モード２４の第２腹領域２６）は、基準振幅値を適宜決めこの基準振幅値よりも振幅が大きくなる領域を腹領域とすればよい。例えば、基準振幅値を振幅のピーク値の１／２としてもよい。

【0047】

さらに、本実施形態では、図２及び図３に示すように、長辺方向Ｘに対して３つに割れる第１固有モード２０と、長辺方向Ｘに対して４つに割れる第２固有モード２４とが床スラブ１４に生じる例を示したが、例えば、６３Ｈｚ帯域において、図２に示すような長辺方向Ｘに対して３つに割れる第１固有モード２０と、図１５の平面図に示すような長辺方向Ｘに対して２つ割れるとともに短辺方向Ｙに対して２つ割れる固有モード６８とが床スラブ１４に生じる場合がある。

【0048】

この場合においては、固有モード６８を第２固有モードとし、図１６の平面図に示すように、固有モード６８の腹領域７０を第２腹領域として、第１固有モード２０の第１腹領域２２（図２を参照のこと）と、固有モード６８の腹領域７０との重なる重複領域７２に配置されるように、床スラブ１４上にＴＭＤ１６を設置すればよい。図１６では、重複領域７２の設置点Ｐ₅の位置に配置されるように、床スラブ１４上にＴＭＤ１６を設置する。図１５及び図１６では、腹領域７０の中央部を中央部Ｐ₄としている。

【0049】

また、本実施形態では、図１に示すように、第１固有モード２０の第１腹領域２２と、第２固有モード２４の第２腹領域２６との重なる重複領域２８に配置されるように、床スラブ１４上の設置点Ｐ₃の位置に１つのＴＭＤ１６を設置した例を示したが、重複領域２８に同じ種類のＴＭＤ１６を複数配置してもよいし、重複領域２８に異なる種類のＴＭＤ１６を複数配置してもよい。この場合、複数のＴＭＤ１６からなる領域の代表点が重複領域２８に位置するようにすればよい。この代表点は、複数のＴＭＤ１６が効果的に振動低減できる位置とするのがよい。

【0050】

また、本実施形態では、鉄筋コンクリート製の床スラブ１４に床構造１０を適用した例を示したが、プレキャストコンクリート製の床スラブ等の他の構成の床スラブに本実施形態の床構造１０を適用してもよい。

【0051】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、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ことは勿論である。

【符号の説明】

【0052】

１０ 床構造
１２ 建物
１４ 床スラブ
１６ ＴＭＤ
２０ 第１固有モード
２２ 第１腹領域
２４ 第２固有モード
２６ 第２腹領域
２８、７２ 重複領域
６８ 固有モード（第２固有モード）
７０ 腹領域（第２腹領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】