特許 7061912 防振床構造

(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】

(24)【登録日】2022-04-21

(45)【発行日】2022-05-02

(54)【発明の名称】防振床構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 5/43 20060101AFI20220422BHJP

   E04F 15/18 20060101ALI20220422BHJP

   E04B 1/98 20060101ALI20220422BHJP

【ＦＩ】

E04B5/43 H

E04F15/18 601C

E04B1/98 E

E04F15/18 601L

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018068660

(22)【出願日】2018-03-30

(65)【公開番号】P2019178555

(43)【公開日】2019-10-17

【審査請求日】2021-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】磯田 和彦

【審査官】伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０７８８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０３９８２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ ９／０２

Ｅ０４Ｂ ５／４３

Ｅ０４Ｂ １／９８

Ｅ０４Ｆ １５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体に設けられた凹部の内部にばね軸を上下方向に向けて設けられたばね部材と、前記ばね部材の上端を接続して支持され、前記凹部に設けられた浮き床とを備えてなる防振床構造であって、
前記浮き床を、前記構造体に対して鉛直変位を阻害することなく水平変位を拘束するための変位制御装置を備え、
前記変位制御装置が、レール及び該レールに案内されて前記レールの延設方向に移動自在に支持されたガイドからなり、前記レールを前記構造体の凹部を形成する側壁部に前記延設方向を鉛直方向に向けて設置され、前記鉛直変位に対応するリニアガイドと、
前記リニアガイドの前記ガイドに一端側を接続し、前記浮き床の側端部に他端側を接続して設けられ、水平変位に対応するゴム支承と、を備えて構成されていることを特徴とする防振床構造。

【請求項2】

請求項１記載の防振床構造において、
前記ガイドに一体に接続された設置プレートに、前記ゴム支承の他端に設けられたベースプレートをボルト接合して、前記ゴム支承と前記ガイドが接続され、
且つ、弾性変形してボルトに作用する引張力を緩和させる引張り緩和機構を備えることを特徴とする防振床構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防振床構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ライブハウスやコンサートホールで観客が音楽に合わせて動くタテノリに起因する振動によって周囲の建物が揺れたり、輪転機などの鉛直振動を生じる機器の振動が周囲に伝播するなど、床上で生じる加振力によって振動が周囲に伝わり、振動問題を起こすケースがある。

【0003】

従来、このような振動問題に対応する技術として、ばね部材を介して加振源を支持してなる防振床（防振架台や浮き基礎などを含む）が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。

【0004】

例えば、図１０に示すように、構造体１を部分的に凹ませ、ばね支持された浮き床２を設けたものがある。
浮き床２は構造体１に対して鉛直方向に相対変位する必要があり、支持ばね３の変位で対応している。防振効果を高めるためには支持ばね３が柔らかいほど良いが、柔らかすぎると所謂ふかふかばね状態となり使いづらくなってしまうので、一般的には浮き床２の鉛直固有振動数を１Ｈｚ程度以上とし、通常使用時の鉛直変位が１～２ｃｍ程度以下となるようにしている。

【0005】

また、浮き床２が構造体に対して円滑に相対変位できるように浮き床２と構造体１との間に所定の大きさの隙間を設け、これらを絶縁している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－８２５４１号公報

【文献】特開平０９－１７７８７５号公報

【文献】特開２００９－２０３６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、浮き床と構造体との間に所定の大きさの隙間を設けて絶縁し、互いが離間したままでは浮き床が水平方向に勝手に移動してしまい、都合が悪い。また、地震時に作用する水平力によって浮き床が構造体に衝突して損傷するおそれもある。

【0008】

なお、特許文献３においては、防振床に対する水平拘束材が記載されているが、これは、ばね（防振材）で支持されたデッキ床形式の浮き床を、フラットバーなどの可撓性のある拘束材を介して下部構造床に固定して水平拘束しただけのものであり、地震時における浮き床の横滑りを簡易に防止しようとするものだが、拘束材の上部に位置する浮き床はせいぜい数ｃｍのコンクリートであり僅かな鉛直変位を対象にしたものにすぎない。

【0009】

このため、例えば、加振力を数分の１に低減させる本格的な防振床構造が必要な場合、厚さ１ｍ程度の巨大なＲＣ造の浮き床を対象に、浮き床と構造体側壁との間に設置して浮き床の鉛直方向変位を阻害せず水平変位を拘束できる手法の開発が強く望まれている。

【0010】

本発明は、上記事情に鑑み、浮き床の防振性能を阻害することなく、水平移動を拘束することを可能にした防振床構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

【0012】

本発明に係る防振床構造は、構造体に設けられた凹部の内部にばね軸を上下方向に向けて設けられたばね部材と、前記ばね部材の上端を接続して支持され、前記凹部に設けられた浮き床とを備えてなる防振床構造であって、前記浮き床を、前記構造体に対して鉛直変位を阻害することなく水平変位を拘束するための変位制御装置を備え、前記変位制御装置が、レール及び該レールに案内されて前記レールの延設方向に移動自在に支持されたガイドからなり、前記レールを前記構造体の凹部を形成する側壁部に前記延設方向を鉛直方向に向けて設置され、前記鉛直変位に対応するリニアガイドと、前記リニアガイドの前記ガイドに一端側を接続し、前記浮き床の側端部に他端側を接続して設けられ、水平変位に対応するゴム支承と、を備えて構成されていることを特徴とする。

【0014】

本発明に係る防振床構造においては、前記ガイドに一体に接続された設置プレートに、前記ゴム支承の他端に設けられたベースプレートをボルト接合して、前記ゴム支承と前記ガイドが接続され、且つ、弾性変形してボルトに作用する引張力を緩和させる引張り緩和機構を備えることがより望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の防振床構造によれば、浮き床の防振性能を阻害することなく、水平移動を拘束することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る防振床構造を示す断面図である。

【図2】図１のａ－ａ線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る防振床構造を示す平面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る防振床構造の変位制御装置を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る防振床構造の変位制御装置を示す図である。

【図5】図４のｂ－ｂ線矢視図である。

【図6】図４のｃ－ｃ線矢視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る防振床構造の変位制御装置の引張り緩和機構を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る防振床構造の変位制御装置の引張り緩和機構の皿ばねを示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る防振床構造の変位制御装置の引張り緩和機構の変更例を示す図である。

【図10】従来の防振床構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係る防振床構造について説明する。

【0018】

本実施形態の防振床構造Ａは、図１及び図２に示すように、構造体（構造躯体）１を部分的に凹ませ、この凹部１ａの底面にばね軸方向下端を接続して凹部１ａ内に設けられたばね部材（ばね装置／支持ばね）３と、ばね部材３の上端を接続し、ばね部材３で支持して凹部１ａに設けられたＲＣ造などの浮き床２を備えて構成されている。

【0019】

浮き床２は、その上面が凹部１ａの周囲の床面と略同一平面を形成するように配設されている。

【0020】

浮き床２は、構造体１に対して円滑に相対変位できるように浮き床２と構造体１の側壁部１ｂとの間に所定の隙間をあけて設けられている。

【0021】

浮き床２は、構造体１に対して鉛直方向に相対変位できるようばね部材３で支持されており、例えば、浮き床２の鉛直固有振動数を１Ｈｚ程度以上、通常使用時の鉛直変位が１～２ｃｍ程度以下となるように設定されている。

【0022】

一方、本実施形態の防振床構造Ａにおいては、巨大な浮き床２を、構造体１に対し鉛直変位を阻害することなく水平変位を拘束するための変位制御装置５を備えている。

【0023】

本実施形態の変位制御装置５は、図３から図６に示すように、リニアガイド６と積層ゴム（ゴム支承）７を直列してなるハイブリッド支承であり、構造体１の側壁部１ｂと浮き床２の側端部との間に設けられている。

【0024】

リニアガイド６は、レール６ａとレール６ａに案内されてレール６ａの延設方向に移動自在に支持されたガイド６ｂからなり、レール６ａがその延設方向を鉛直方向Ｔ１に配して構造体１の側壁部１ｂに取り付けられている。ガイド６ｂは、積層ゴム７のベースプレート７ａと設置プレート６ｃを介して連結し、積層ゴム７の他方のベースプレート７ｂを浮き床２にボルト固定して設けられている。なお、浮き床２に袋ナットを埋め込み、隙間をグラウト後にボルト締結している。このようなリニアガイド６としては、例えばＴＨＫ株式会社製のＬＭガイド（登録商標：ＮＲＬＢ、Ｃ_０＝８００ｋＮ、２連として２台のガイドを直列配置）などが好適に採用可能である。

【0025】

ここで、本実施形態の防振床構造Ａの具体的な仕様の一例について説明する。

【0026】

本実施例の防振床構造Ａでは、浮き床２の鉛直方向Ｔ１の相対変位をリニアガイド６で対応し、水平方向変位を積層ゴム７で対応するように構成されている。１台のリニアガイド６と積層ゴム７からなる変位制御装置５に作用する短期許容圧縮力Ｐは、例えば、Ｐ＝３．２ＭＮ＝３２００ｋＮ≒３２０ｔｏｎｆである。

【0027】

ちなみに、短期引張り力ＴはＴ＝９１０ｋＮで軸剛性も圧縮より桁違いに小さいため圧縮のみで評価する。また、限界圧縮荷重Ｐ_ｃｒは、Ｐ_ｃｒ＝５３４４ｋＮであり、積層ゴム７はそれ以上なので、全水平耐力は１０６８８ｋＮとなる。１台のリニアガイド６と積層ゴム７に作用する直交せん断力Ｑは、床の水平変位＜５ｍｍからＱ≦Ｋ_ｈ×５ｍｍとなる。ここで、Ｋ_ｈを積層ゴム（ゴム支承）７のせん断剛性（０．５４ｋＮ／ｍｍ）とすると、ＱはＱ≦２．７ｋＮとなる。

【0028】

次に、相対変位への対応について説明する。

【0029】

構造体１の側壁部１ｂに対する浮き床２の鉛直方向（Ｚ方向）Ｔ１相対変位については、リニアガイド６で円滑に追従でき、浮き床２の水平変位（Ｘ方向）については、積層ゴム７とリニアガイド６の圧縮で対応する。双方とも圧縮剛性が高いため、わずかな変形しか生じず、水平変位を拘束できる。

【0030】

また、構造体１の側壁部１ｂに沿った浮き床２の水平方向変位（Ｙ方向）については、積層ゴム７のせん断変形で対応する。積層ゴム７のせん断剛性が小さいので、Ｙ方向変位に対して円滑に追従できる。

【0031】

ガイドレール６ａの鉛直方向Ｔ１の設置精度については、ガイドレール６ａ間のズレを積層ゴム７の変形で吸収する。側壁部１ｂの厚さ方向の相対ズレに対しては積層ゴム７の軸変形、側壁部１ｂに沿った水平方向の相対ズレに対しては積層ゴム７のせん断変形により吸収できる。

【0032】

積層ゴム（ゴム支承）７の具体的構成の一例を示す。

【0033】

積層ゴム７は外径５００φの支承（天然ゴムＧ０．３４、厚３．７５×３３層、せん断剛性Ｋ_ｈ＝０．５４ｋＮ／ｍｍ、軸剛性Ｋｖ＝１４６０ｋＮ／ｍｍ）が好適に採用可能である。

【0034】

ここで、リニアガイド６の軸剛性（荷重Ｎとこれによる変位δの比：Ｋ_ｖ＝Ｎ／δ）はＫ_ｖ≒１５０００ｋＮ／ｍｍと極めて高く、支承部での軸変形はほとんど期待できない。このため、浮き床２にとりつく複数のガイドレール６ａが精度よく鉛直に設置されていないと、浮き床２の鉛直変位に伴いレール６ａとガイド６ｂに一体化された浮き床２との寸法が変化してしまい、この寸法変化δに軸剛性Ｋ_ｖを乗じた力が作用することになる。

【0035】

一般的な施工精度だとレール可動長さ１ｍとして寸法誤差δ＝２ｍｍ程度であり、積層ゴム７を直列すれば変位制御装置（支承）５に作用する力は３０００ｋＮ程度となり問題なく対処できるが、リニアガイド６だけではこの１０倍にもなり、可動システムにならない。

【0036】

したがって、本実施形態のようにリニアガイド６に積層ゴム７を直列して変位制御装置５を構成することは非常に合理的であると言える。

【0037】

ここで、図７、図８に示すように、設置プレート６ｃと積層ゴム７の他端のベースプレート７ａとのボルト接合部に設けた皿ばね（弾性部材）９を備え、このばね９が弾性変形してボルト８に作用する引張力を緩和させる引張り緩和機構１０を採用し、変位制御装置５に過大な引張り力が作用しないようにすることがより好ましい。また、皿ばね９を安定して支持するため、各プレート６ｃ、７ａに皿ばね９が係合／嵌合する凹部（ザグリ）１１を設けることが好ましい。

【0038】

例えば、締結ボルトＭ３０（符号８）を用いた場合、ＭＤＳ皿ばね（符号９）は、標準仕様（材質ＳＵＰ１０：ばね用鋼材）の呼び名称３０－３、外径Ｄ＝８０ｍｍ、内径ｄ＝３１ｍｍ、板厚ｔ＝２．５ｍｍ、可撓高ｈ＝２．８ｍｍ、全高Ｈ＝５．３ｍｍとする。取り付け時には、皿ばね９をｈ／４＝０．７ｍｍずつ縮めて緩み止めする（導入軸力＝３．８７ｋＮ）。ボルト本数８本で全予張力＝３１ｋＮとなり、この引張り力以下では離間しない。また、皿ばね９が潰れるときの力は１本当たり８．４９ｋＮで、変形量（離間寸法）は４．２ｍｍとなる。

【0039】

また、図９に示すように、上記の皿ばね９を用いる替わりに、ゴムリング１２を用いた製品（例えば、昭和電線ホールディングス株式会社製のＳＷＣＣリングなど）を用いてもよい。この場合においても、上記と同様、一定以上の引張り力が作用するとプレート６ｃ、７ａに離間が生じ、過大な引張り応力が生じない仕組みになっている。なお、図９に示すように、設置プレート６ｃと積層ゴム７のベースプレート７ａとを引張り力が作用した際に所定方向のみに離間させるための嵌合機構１３が設けられていることが好ましい。

【0040】

そして、上記のように構成した本実施形態の防振床構造Ａでは、浮き床２と構造体１の側壁部１ｂとの鉛直方向Ｔ１相対変位に対し、リニアガイド６による極めて小さな摩擦抵抗（摩擦係数μ≒０．００６）を実現しており、浮き床２を円滑に抵抗なく上下に移動できる。

【0041】

また、構造体１の側壁部１ｂとの水平方向相対変位に対しては、リニアガイド６と積層ゴム７を直列した変位制御装置５の軸剛性（計算例では１箇所あたりＫ_ｖ＝１４００ｋＮ／ｍｍ程度でかなり大きな値）で抵抗するため、大地震時でも浮き床２が数ｍｍ程度しか変位せず、浮き床２の水平方向変位をほぼ拘束できる。

【0042】

よって、本実施形態の防振床構造Ａによれば、鉛直方向Ｔ１への変位を阻害することなく、水平方向の変位を確実且つ効果的に拘束することが可能になる。

【0043】

また、リニアガイド６と直列する積層ゴム７を備えて変位制御装置５を構成したことにより、リニアガイド６のみによる場合に比べて軸剛性Ｋ_ｖを１／１０程度に低下させることができる。

【0044】

これにより、複数のリニアガイド６を設置した場合でも浮き床２の鉛直変位が阻害されにくくなる。すなわち、積層ゴム７を備えることによって、リニアガイド６間の設置ばらつきによる相対変位に軸剛性Ｋ_ｖを乗じた力が生じ、これが過大になってリニアガイド６が円滑に移動できなくなるという不都合を解消することができる。

【0045】

さらに、浮き床２と周囲に位置する構造体１の間に温度差が生じる場合もあるが、コンクリートの熱膨張係数は１０^－５（１／℃）であることから、例えば、浮き床２の平面寸法が３０ｍ×３０ｍで温度差１０℃とした場合に片側の伸縮量が１．５ｍｍ（全長３０ｍに対する伸縮量は３ｍｍであるため、その半分）である。変位制御装置５に作用する温度応力はこの伸縮量に上記Ｋ_ｖを乗じたものとなるため、積層ゴム７を設置した場合は問題ないといえるが、リニアガイド６のみによる場合には過大な応力が生じることになる。

【0046】

設置プレート６ｃとベースプレート７ａとのボルト接合に、ばね９を併用した引張り緩和機構１０を設けることにより、変位制御装置５に生じる大きな引張応力を回避できる。リニアガイド６や積層ゴム７は圧縮に比べて引張り耐力が桁違いに小さく、これに対応するためにもこの引張り緩和機構１０は効果的である。構造体１の側壁部１ｂ（本体構造）に対する浮き床２の水平変位は大地震時でも５ｍｍ以下と小さく、設置プレート６ｃとベースプレート７ａとにわずかでも離間が生じれば、支承となる変位制御装置５のリニアガイド６や積層ゴム７に引張りは生じなくなる。

【0047】

さらに、精密機械部品であるリニアガイド６でＹ方向とＺ方向の２方向変位に対応する場合よりも、変位量の小さいＹ方向に安価な積層ゴム７を適用した方がローコストになる。

【0048】

リニアガイド６のレール６ａを側壁部１ｂの下方まで延長しておけば、施工時に積層ゴム７等の部材を上下移動させる際にも利用できる。

【0049】

ここで、積層ゴム７やリニアガイド６や鋼板等で構成される変位制御装置５の重量は数百ｋｇであり、浮き床２の施工後に取付工事を行うため、浮き床２と構造体１の側壁部１ｂの間にある狭隘な空間での揚重作業となる。また、一般に、ガイド６ｂとレール６ａは鋼球（ベアリング）を介して組み付けてあるため、現場でガイド６ｂとレール６ａとを分離したり接合したりすることができない。そのため、リニアガイド６と積層ゴム７および接合鋼板等は工場で一体化して製作後、現場に搬入され、浮き床２の外周面に取り付けることとなる。

【0050】

これに対し、レール６ａを側壁部１ｂの下方の基礎版上まで延長し、現場搬入して基礎板上に設置した積層ゴム７及びガイド６ｂをレール６ａに沿って上方に移動させ、積層ゴム７を浮き床２の側面に固定することで、精度良く変位制御装置５を取り付けることができる。また、万一変位制御装置５の部材を交換する場合にも、このレール６ａを使って取り外した部材を基礎板上に降ろして撤去し、新たな部材を基礎板上から揚重して取り付け、容易に交換することもできる。

【0051】

以上、本発明に係る防振床構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ 構造体（構造躯体）
１ａ 凹部
１ｂ 側壁部
２ 浮き床
３ ばね部材
５ 変位制御装置
６ リニアガイド
６ａ レール
６ｂ ガイド
６ｃ 設置プレート
７ 積層ゴム（ゴム支承）
７ａ ベースプレート
８ ボルト
９ 皿ばね
１０ 引張り緩和機構
１１ 凹部（ザグリ）
１２ ゴムリング
１３ 嵌合機構
Ａ 防振床構造
Ｔ１ 鉛直方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】