特開 2023-64304 格子状構造物の風騒音低減装置、手摺子及び格子状構造物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023064304

(43)【公開日】2023-05-11

(54)【発明の名称】格子状構造物の風騒音低減装置、手摺子及び格子状構造物

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/14 20060101AFI20230501BHJP

   E04F 11/18 20060101ALI20230501BHJP

   E04H 17/16 20060101ALI20230501BHJP

   E04B 1/00 20060101ALI20230501BHJP

   E04B 1/82 20060101ALI20230501BHJP

   G10K 11/168 20060101ALI20230501BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20230501BHJP

【ＦＩ】

E04H9/14 G

E04F11/18

E04H17/16 104

E04B1/00 501J

E04B1/82 N

G10K11/168

G10K11/16 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021174509

(22)【出願日】2021-10-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】加藤 優輝

(72)【発明者】

【氏名】黒木 拓

【テーマコード（参考）】

2E001

2E139

2E142

2E301

5D061

【Ｆターム（参考）】

2E001DF07

2E001FA09

2E001GA02

2E001GA12

2E001HB02

2E001HB04

2E001HC01

2E001HD11

2E001HE01

2E139AA05

2E139AC19

2E139BA24

2E142AA01

2E142AA03

2E142AA10

2E142HH01

2E301GG00

2E301GG06

2E301HH15

2E301HH18

2E301HH21

2E301JJ07

2E301JJ13

2E301NN06

5D061BB12

5D061BB18

(57)【要約】

【課題】格子状構造物の風騒音を低減するための新たな風騒音低減装置、風騒音低減装置が取り付けられた手摺子、及び手摺子を備える格子状構造物を提供すること。
【解決手段】矩形断面の複数の中空の手摺子12を備える格子状構造物10に適用される風騒音低減装置14は、手摺子の内部に配置される互いに相対する一対の板部材であって手摺子の内部において手摺子の伸長方向へ伸びる一対の板部材22と、両板部材間にこれらの長さ方向に互いに間隔をおいて配置されまた両板部材に固定され両板部材に手摺子の内壁面に当接するように押圧力を及ぼす複数のばね部材とを備える。両板部材は、格子状構造物が風を受けて手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における振幅のピークの箇所において手摺子の内壁面に当接可能である長さ寸法を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形の断面形状を有する複数の中空の手摺子を備える手摺又は柵からなる格子状構造物に適用される風騒音低減装置であって、
各手摺子の内部に配置される互いに相対する一対の板部材であって前記手摺子の内部において前記手摺子の伸長方向へ伸びる一対の板部材と、
両板部材間に両板部材の長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されまた両板部材に固定された複数のばね部材であって各手摺子の内部において両板部材に対して両板部材がそれぞれ各手摺子の内壁面に当接するように押圧力を及ぼす複数のばね部材とを備え、
両板部材は、前記格子状構造物が風を受けて各手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における振幅のピークの箇所において各手摺子の内壁面に当接可能である長さ寸法を有する、風騒音低減装置。

【請求項2】

両板部材はそれぞれ各手摺子の長さ寸法の１０／１２に相当する長さ寸法を有する、請求項１に記載の風騒音低減装置。

【請求項3】

両板部材は、その両端の一方及び他方が、それぞれ、前記手摺子の両端の一方及び他方から前記手摺子の長さ寸法の１／１２に相当する間隔をおいて配置されている、請求項２に記載の風騒音低減装置。

【請求項4】

前記複数のばね部材は、両板部材の両端の近傍にそれぞれ位置する２つのばね部材と、前記２つのばね部材の位置の中間に位置する１つのばね部材とからなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の風騒音低減装置。

【請求項5】

前記ばね部材は、圧縮コイルばねからなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の風騒音低減装置。

【請求項6】

手摺又は柵からなる格子状構造物の製造に供される手摺子であって、
矩形の断面形状を有する管部材と、
前記管部材の内部に配置された、請求項１～５のいずれか１項に記載の風騒音低減装置を備える、手摺子。

【請求項7】

複数の手摺子を有する手摺又は柵からなる格子状構造物であって、
各手摺子が請求項６に記載の手摺子からなる、格子状構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物の窓、ベランダ、バルコニー、屋上、非常階段等に設置される手摺又は土地、家屋等の境界に設置される柵からなる格子状構造物が風を受けて発する固体音（以下、風騒音という。）の大きさの低減に向けられている。

【背景技術】

【0002】

前記格子状構造物は互いに間隔をおいて配置され縦、横又は斜めに直線的に伸びる複数の手摺子を備える。前記風騒音は、前記格子状構造物の手摺子相互間を風が吹き抜けるときに発生するカルマン渦の卓越振動数と手摺子の固有振動数とが一致するとき、又は、カルマン渦の卓越振動数が手摺子の固有振動数に近いときに生じる共振現象（渦励振）により発生する。

【0003】

従来、前記格子状構造物の１つである縦格子手摺における前記風騒音の大きさを低減するために、矩形の断面形状を有する中空の手摺子内の下部に、互いに部分的に相対する一対の金属プレートを配置する試みがなされている。各金属プレートはボルトにより手摺子に固定され手摺子の下端から上方に向けて伸び、また手摺子の内壁面に接している。しかし、この試みは、風騒音の発生防止上、十分でないとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－３０３６４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、前記従来の事情に鑑み、格子状構造物の風騒音を低減するための新たな風騒音低減装置、前記風騒音低減装置が取り付けられた手摺子、及び前記手摺子を備える格子状構造物を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明（第１の発明）は矩形の断面形状を有する複数の中空の手摺子を備える手摺又は柵からなる格子状構造物に適用される風騒音低減装置に係る。前記風騒音低減装置は、各手摺子の内部に配置される互いに相対する一対の板部材であって前記手摺子の内部において前記手摺子の伸長方向へ伸びる一対の板部材と、両板部材間に両板部材の長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されまた両板部材に固定された複数のばね部材であって各手摺子の内部において両板部材に対して両板部材がそれぞれ各手摺子の内壁面に当接するように押圧力を及ぼす複数のばね部材とを備える。両板部材は、前記格子状構造物が風を受けて各手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における振幅のピークの箇所において各手摺子の内壁面に当接可能である長さ寸法を有する。

【0007】

本発明において、「前記格子状構造物が風を受けて各手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき」とするのは、前記格子状構造物に日常的に作用する風の速度（風速）は５～１５ｍ／ｓの範囲内にあり、この風速の範囲内おける各手摺子の振動は１～３次振動モードのうちの１つ以上の振動モードの振動であるとの知見に基づく。

【0008】

本発明（第２の発明）は、手摺又は柵からなる格子状構造物の製造に供される手摺子に係る。前記手摺子は、矩形の断面形状を有する管部材と、前記管部材の内部に配置された前記風騒音低減装置とを備える。

【0009】

本発明（第３の発明）は、複数の手摺子を有する手摺又は柵からなる格子状構造物に係る。前記格子状構造物は、その手摺子が前記第２の発明に係る手摺子からなる。

【0010】

本発明に係る風騒音低減装置は、その一対の板部材を互いに他の一方に向けて圧迫して、両板部材間の複数のばね部材を圧縮した状態とし、製造前の格子状構造物の手摺子の両端の一方から他方に向けて前記手摺子の内部に差し込むことにより、前記手摺子の内部に配置することができる。両板部材は、前記手摺子の内部において、圧縮された複数のばね部材の弾性復帰力である押圧力を受けて前記手摺子の内壁面に当接し、前記手摺子の内壁面に対して密接した状態におかれる。

【0011】

本発明によれば、前記風騒音低減装置が取り付けられた複数の手摺子を備える格子状構造物が風を受けて各手摺子に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じると、各手摺子はこれに生じた振動に対応する弾性変形をする。このとき、各手摺子内の２つの板部材は、前記手摺子に生じた振動における振幅のピークの箇所において各手摺子の内壁面に当接した状態にあり、このために各手摺子からその弾性変形による外力を受けて前記手摺子の内壁面に沿った弾性変形をする。また、このとき、両板部材は各ばね部材を支点とした振動をし、前記手摺子の内壁面上を僅かに滑動する。その結果、前記手摺子の内壁面と両板部材との間に摩擦が生じ、この摩擦の発生により、前記手摺子の振動エネルギが消散し、前記手摺子の振動とこれに伴う風騒音とが低減される。

【0012】

前記板部材の長さ寸法は、好ましくは、各手摺子の長さ寸法の１０／１２に相当する大きさに設定される。ここにおいて、両板部材は、両板部材の両端の一方及び他方が、それぞれ、前記手摺子の両端の一方及び他方から前記手摺子の長さ寸法の１／１２に相当する間隔をおいて配置される。これによれば、前記手摺子の振動時に前記風騒音低減装置がその自重により前記手摺子の内部を該手摺子の下端まで滑り落ちることがあっても、両板部材は、前記手摺子の振動における振幅のピークの箇所において各手摺子の内壁面に当接可能の状態にあるように維持される。

【0013】

また、前記複数のばね部材は、好ましくは、両板部材の両端の近傍にそれぞれ位置する２つのばね部材と、前記２つのばね部材の位置の中間に位置する１つのばね部材とからなる。前記ばね部材は、例えば圧縮コイルばねからなる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る格子状構造物の１つである縦格子手摺の斜視図である。

【図2】風騒音低減装置と、該風騒音低減装置が取り付けられた手摺子とを示す概略的な縦断面図である。

【図3】図２に示す風騒音低減装置及び手摺子の平面図である。

【図4】（ａ）は非振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｂ）は１次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｃ）は２次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。（ｄ）は３次振動モードの振動時における手摺子及びその内部の風騒音低減装置の概略的な縦断面図である。

【図5】風洞実験による風騒音低減の検証結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は、建物の窓、ベランダ、バルコニー、屋上、非常階段等に設置される手摺（縦格子手摺、横格子手摺、斜め格子手摺等）、又は土地、家屋等の境界に設置される柵からなる格子状構造物の風騒音の低減に向けられている。

【0016】

図１を参照すると、本発明が適用された格子状構造物の一例である縦格子手摺が全体に符号１０で示されている。縦格子手摺１０は複数の手摺子１２と、各手摺子１２に取り付けられた風騒音低減装置１４（図２及び図３）とを備える。

【0017】

図示の縦格子手摺１０は、縦方向（上下方向）へ伸びる一対の支柱１６と、両支柱１６に固定され横方向へ伸びる上下２つの弦部材１８とを備える。複数の手摺子１２は両弦部材１８間に互いに間隔をおいて配置され縦方向へ伸びている。各手摺子１２、各支柱１６、各弦部材１８は、例えばアルミニウムの押出形材からなる。

【0018】

図２及び図３に示すように、手摺子１２は矩形の断面形状を有する管部材からなる。手摺子１２は互いに相対する上端１２ａ及び下端１２ｂを有し、上下両端１２ａ、１２ｂにおいて上下の両弦部材１８に固定されている。また、手摺子１２は、互いに相対する二対の外壁面（外側面）１２ｃ、１２ｄと、互いに相対する二対の内壁面（内側面）１２ｅ、１２ｆとを有する（図２及び図３参照）。手摺子１２の一対の外壁面１２ｃは、隣接する手摺子１２又は支柱１６に面している。また、他の一対の外壁面１２ｄはそれぞれ縦格子手摺１０の正面の側及び背面の側にそれぞれ面している。

【0019】

風騒音低減装置１４は、手摺子１２の内部に配置される互いに相対する一対の板部材２２と、複数（図示の例において３つ）のばね部材２４とを備える。両板部材２２は手摺子１２の内部において、手摺子１２の伸長方向へ伸びまたばね部材２４のばね力を受けて手摺子１２の両内壁面１２ｅに当接する。また、複数のばね部材２４は、両板部材２２間にこれらの長さ方向へ互いに間隔をおいて配置されている。

【0020】

風騒音低減装置１４の一対の板部材２２は、それぞれ、例えばアルミニウム製や鋼製のような金属製の平板、木製、合成樹脂製又はゴム製の平板からなる。板部材２２は、手摺子１２の長さ寸法Ｌ１より短い長さ寸法Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）を有する（図３参照）。また、手摺子１２は、手摺子１２の内壁面１２ｅの幅寸法より小さい幅寸法を有する（図３参照）。また、板部材２２は、その弾性変形性（湾曲性）を考慮して、好ましくは０．５～３．０ｍｍの範囲の厚さ寸法を有する。なお、両板部材２２の当接対象を一対の内壁面１２ｅとする図示の例に代えて、他の一対の内壁面１２ｄとすることができる。

【0021】

板部材２２の長さ寸法Ｌ２は、縦格子手摺１０が風を受けて、縦格子手摺１０の手摺子１２相互間を風が吹き抜け、これにより手摺子１２に１次振動モード（図４（ｂ））、２次振動モード（図４（ｃ））及び３次振動モード（図４（ｄ））のうちの１以上の振動モードの振動が生じたとき、生じた振動における山の頂又は谷の底である振幅のピークの箇所（１次振動モードにおける１つのピークＰ１の箇所、２次振動モードにおける２つのピークＰ２及びＰ３の箇所、３次振動モードにおける３つのピークＰ４～Ｐ６の箇所）において手摺１２子の内壁面１２ｅに当接可能である長さ寸法を有する。ここに、格子状構造物１０が風を受けて各手摺子１２に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じたときとするのは、格子状構造物１０に日常的に作用する風の速度（風速）は５～１５ｍ／ｓの範囲内にあり、この風速の範囲内おける各手摺１２子の振動は１～３次振動モードのうちの１以上の振動モードの振動であるとの知見に基づく。

【0022】

図示の例において、前記１次振動モードの振動における振幅の１つのピークの箇所Ｐ１は、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の６／１２＝１／２（図４（ｂ）参照）に相当する距離を隔てた位置、すなわち手摺子１２の長さ方向における中央位置にある。また、前記２次振動モードの振動における振幅の２つのピークの箇所Ｐ２及びＰ３は、それぞれ、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の３／１２＝１／４（図４（ｃ）参照）に相当する距離を隔てた位置にある。さらに、前記３次振動モードの振動における振幅の３つのピークの箇所のうちの２つのピークの箇所Ｐ４及びＰ６は、それぞれ、手摺子１２の上端１２ａ及び下端１２ｂから、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の２／１２＝１／６（図４（ｄ）参照）に相当する距離を隔てた位置にあり、また、残りのピークの箇所Ｐ５は、手摺子１２の長さ寸法Ｌ２の６／１２＝１／２に相当する距離を隔てた位置すなわち手摺子１２の長さ方向における中央位置にある。

【0023】

風騒音低減装置１４の３つのばね部材２４は、図示の例においては、両板部材２２の両端の近傍にそれぞれ位置する２つのばね部材２４と、１つのばね部材２４とからなる。前記１つのばね部材２４は、前記２つのばね部材２４の位置の中間、すなわち手摺子１２の長さ方向における中央（図４（ｂ）参照）に位置する。図示のばね部材２４は圧縮コイルばねからなり、その両端部２４ａにおいて両板部材２２に固定されている。両板部材２２は、これにより、３つのばね部材２４を介して互いに連結されている。

【0024】

風騒音低減装置１４は、その一対の板部材２２を互いに他の一方に向けて圧迫し、両板部材２２間の複数のばね部材２４を圧縮した状態にして、縦格子手摺１０の製造に供される手摺子１２の上下両端１２ａ、１２ｂの一方から他方に向けて手摺子１２の内部に差し込むことができ、これにより、手摺り子１２の内部に配置することができる。両板部材２２は手摺子１２の内部において、圧縮された複数のばね部材２４の弾性復帰力である押圧力を受けて、手摺子１２の両内壁面１２ｅにそれぞれ当接し、手摺子１２の両内壁面１２ｅに対してそれぞれ密接した状態におかれる。

【0025】

風騒音低減装置１４が取り付けられた複数の手摺子１２を備える縦格子手摺１０が風を受けて手摺子１２に１次振動モード、２次振動モード及び３次振動モードの振動のうちの１以上の振動モードの振動が生じ、手摺子１２がこれに生じた振動に対応する弾性変形（湾曲状の変形）をすると、手摺子１２の両内壁面１２ｅに密接した状態にある両板部材２２が、手摺子１２からその弾性変形による外力を受けて湾曲した手摺子１２の内壁面１２ｅに沿った弾性変形をする。このとき、両板部材２２は各ばね部材２４を支点とする振動をし、また、手摺子１２の両内壁面１２ｅ上を僅かに滑動する。その結果、手摺子１２の内壁面１２ｅと両板部材２２との間に摩擦が生じる。この摩擦の発生により、手摺子１２の振動エネルギが消散し、手摺子１２の振動とこれに伴う風騒音とが低減される。

【0026】

図示の例において、板部材２２の長さ寸法Ｌ２が各手摺子の長さ寸法Ｌ１の１０／１２に設定され（図４（ａ））、また、板部材２２の上下両端１２ａ、１２ｂがそれぞれ手摺子１２の上下両端１２ａ、１２ｂから手摺子１２の長さ寸法Ｌ１の１／１２の間隔をおいて配置されている。図示の例によれば、手摺子１２の振動時に風騒音低減装置１４がその自重により手摺子１２の内部を該手摺子の下端１２ｂまで滑り落ちることがあっても、両板部材２２は、１次振動モードの１つのピークの箇所Ｐ１において、２次振動モードの２つのピークの箇所Ｐ２、Ｐ３において、また、３次振動モードの３つのピークの箇所Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６において、手摺子１２の内壁面１２ｅに当接可能の状態に維持される。

【0027】

図５は、風騒音低減装置１４による風騒音の低減の効果を検証するために行った３つの縦格子手摺についての風洞実験の結果についてのグラフを示す。各縦格子手摺は、矩形の断面形状を有する２２本の手摺子１２を備え、これらの手摺子１２は２５ｍｍの相互間隔をおいて配置されている。前記風洞実験は、各縦格子手摺に対して、その正面の側からその背面の側に向けて、日常的に作用する風である風速５～１５ｍ／ｓの風を吹き当てることにより行った。

【0028】

図上、風騒音低減装置１４が取り付けられていない１つの縦格子手摺について「対策なし」と標記されている。また、風騒音低減装置１４が取り付けられた２つの縦格子手摺について、それぞれ、「対策あり（１ｍｍ）」及び「対策あり（２ｍｍ）」と標記されている。括弧内の１ｍｍ及び２ｍｍは、それぞれ、風騒音低減装置１４の板部材２２の厚みを示す。

【0029】

前記縦格子手摺の手摺子１２はアルミニウムの押出形材からなる。前記縦格子手摺の外壁面１２ｃ及び外壁面１２ｄの幅寸法がそれぞれ３０ｍｍ及び１５ｍｍであり、その長さ寸法Ｌ１が１０５５ｍｍであり、また、その厚みが０．８５ｍｍである。

【0030】

風騒音低減装置１４の各板部材２２は鋼板からなり、１５ｍｍの幅寸法及び１０００ｍｍの長さ寸法Ｌ２を有する。また、各ばね部材２４はピアノ線（ＳＷＰ‐Ａ）からなり、１２ｍｍの外径、１．２ｍｍの線径及び５．０５Ｎ／ｍｍのばね定数を有する。風騒音低減装置１４は、図４（ａ）に示すと同様に配置されている。

【0031】

図５のグラフは、「対策あり（１ｍｍ）」及び「対策あり（２ｍｍ）」のＡ特性音圧レベルが、風速６ｍ／ｓ及び風速８ｍ／ｓにおいて、「対策なし」のＡ特性音圧レベルと同等以上であり、他の風速において、「対策なし」のＡ特性音圧レベルより低いことを示している。

【0032】

そこで、この原因を探ってみたところ、風速６ｍ／ｓ及び風速８ｍ／ｓにおいては、図１で見て縦格子手摺１０の左方の支柱１６と該支柱に隣接する手摺子１２との間を通り抜ける風により、前記固体音とは異なる笛吹き音が発生し、この笛吹き音がＡ特性音圧レベルを上昇させていることが判明した。

【0033】

以上のことから、「対策あり（１ｍｍ）」及び「対策あり（２ｍｍ）」のＡ特性音圧レベルが、５～１５ｍ／ｓのいずれの風速においても、「対策なし」のＡ特性音圧レベルより低く、風騒音低減効果が現れていることが確認された。

【符号の説明】

【0034】

１０ 縦格子手摺
１２ 手摺子
１４ 風騒音低減装置
２２ 板部材
２４ ばね部材
Ｐ１～Ｐ６ 振動のピークの箇所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】