(57)【要約】【課題】床スラブに設置するＴＭＤの数を減らす。【解決手段】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。【選択図】図１
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【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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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