(57)【要約】【課題】振動低減床側からその支持構造物に作用する加振力を低減することができ、かつ支持構造物への付加を増加させることなく、振動低減床の応答も実用的な範囲内に収めることが可能となる床の加振力低減構造を提供する。【解決手段】支持構造物１０上に、加振力吸収部材１１を間に介して振動低減床１２を支持し、かつこの振動低減床１２と支持構造物１０との間に、振動低減床１２の鉛直方向の変位によって回転することにより振動低減床に付加質量を付与する回転慣性質量ダンパー１３を設け、かつ回転慣性質量ダンパー１３による付加質量をΔＭ、加振力吸収部材１１が支持する振動低減床１２の総質量をＭとしたときに、ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．３〜０．７の範囲に設定したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造物上に、加振力吸収部材を間に介して振動低減床を支持し、かつこの振動低減床と上記支持構造物との間に、上記振動低減床の鉛直方向の変位によって回転することにより上記振動低減床に付加質量を付与する回転慣性質量ダンパーを設けてなり、
かつ、上記回転慣性質量ダンパーによる上記付加質量をΔＭ、上記加振力吸収部材が支持する上記振動低減床の総質量をＭとしたときに、ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．３〜０．７の範囲に設定したことを特徴とする床の加振力低減構造。
【請求項２】
上記回転慣性質量ダンパーは、軸線を鉛直方向に沿わせて回転自在に設けられたボールネジと、このボールネジの外周に固定された円盤と、上記振動低減床の上下動を上記ボールネジの回転運動に変換する変換機構とを備えるとともに、上記ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）が０．３〜０．７の範囲になるように、上記円盤の質量、半径および上記ボールネジのリードを設定したことを特徴とする請求項１に記載の床の加振力低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気バネ等を間に介して支持された振動低減床上から作用する、多数の人の動き等に起因して作用する加振力を低減化させるための床の加振力低減構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンサートホールやエアロビクス等を行うスポーツジムのスタジオ等の、多数の人が同時に特定の振動数で動作する建物の床においては、上記動作が加振力となって当該床から基礎に加わり、これが同じ階における別の床や、上下階の床に伝わって振動障害を引き起こすことがある。
【０００３】
また、上記加振力に起因する振動が、上記建物の基礎から地盤を介して隣接する建物に伝わり、同様の振動障害を招くこともある。
そこで、一般にこの種の床に対しては、図１１に示すように、建物の梁やスラブ等の支持構造物１上に、コイルスプリングや空気バネ等のバネ２を介して振動低減床３を構築する加振力低減構造が採用されている。
【０００４】
このような加振力低減構造によれば、振動低減床３上で動作する多数の人による鉛直方向の加振力Ｆをバネ２によって吸収して、支持構造物１に作用する加振力ｆを低減させる（Ｆ＞ｆ）ことにより、上述した隣接する床や建物等における振動障害の発生を抑制することができる。ちなみに、支持構造物１に作用する加振力ｆを、振動低減床３に作用する加振力Ｆよりも小さくするためには、バネ２の剛性を低く設定して、振動吸収床３の固有周期を加振周期よりも１．４倍以上長くする必要がある。
【０００５】
ところで、上記加振力低減構造にあっては、振動低減床３の固有周期を長くするほど、加振力の低減効果は高くなるが、逆に振動低減床３の応答（揺れ）ｈが大きくなるために、多数の人が動作する床の加振力低減構造としては、実用的でなくなってしまう。
【０００６】
そこで、通常、振動低減床３の質量を大きくすることにより、当該振動低減床３の応答（揺れ）ｈを小さくすることにより対応しているものの、面積が大きい振動低減床３にあっては、その総重量が嵩むものになるために、別途支持構造物１の補強等が必要になるという問題点がある。
【０００７】
一方、下記特許文献１においては、図１２に示すように、振動低減床３の下方に、平常時においては振動低減床３に接触せず、衝撃的な外乱が付加されて振動低減床３に大きな応答が生じた際に、当該振動低減床３に接触して、その下方への運動量の一部を吸収することにより、振動低減床３の応答ｈ´を低減させる制振装置４を設けた衝撃の吸収構造が提案されている。
【０００８】
しかしながら、上記衝撃の吸収構造は、衝撃的な外乱を対象とするものであって、かつ制振装置４も下方への運動量のみを吸収する片効きのダンパーであるために、定常的に上下方向に繰り返される振動低減床３の振動に対しては、効率が悪いうえに、さらに制振装置４の作動・解除の繰り返しによって、振動低減床３の応答が不規則になることから、上述した床上で多数の人が運動するような振動低減床３としては、実用的でないという問題点がある。
【０００９】
他方、下記特許文献２においては、床等の免震対象構造物を、鉛直免震部を介してその下方の支持構造物で支持するとともに、免震対象構造物と支持構造物との間に、免震対象構造物の上下動に連動することで上下振動に関与する慣性質量を増加させる質量付加機構を設けることにより、免震対象構造物の上下振動を長周期化する上下免震装置が提案されている。
【００１０】
ここで、質量付加機構は、所定の質量を有する円盤と、免震対象構造物の上下動に連動して円盤を回転させるボールネジ式の運動変換機構とからなり、円盤の回転慣性モーメントにより、免震対象構造物の上下振動に関与する慣性質量を増加させることにより、上記免震対象構造物の鉛直方向周期を長期化するものである。
【００１１】
ところが、上記上下免震装置は、地震時に支持構造物側から伝達する振動に対して、床等の免震対象構造物の固有周期を長期化して免震化するものであって、免震対象構造物側から作用する加振力を減少させることを目的とするものではない。このため、そのまま上記加振力低減構造に適用しても、同様に免震対象構造物から支持構造物側に作用する加振力の低減効果は高めることができるものの、これに対応して免震対象構造物における応答（揺れ）が大きくなってしまうことを解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４０９５６８９号公報
【特許文献２】特開２００４−４４７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、振動低減床側からその支持構造物に作用する加振力を低減することができ、かつ支持構造物への付加を増加させることなく、振動低減床の応答も実用的な範囲内に収めることが可能となる床の加振力低減構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の床の加振力低減構造は、支持構造物上に、加振力吸収部材を間に介して振動低減床を支持し、かつこの振動低減床と上記支持構造物との間に、上記振動低減床の鉛直方向の変位によって回転することにより上記振動低減床に付加質量を付与する回転慣性質量ダンパーを設けてなり、かつ、上記回転慣性質量ダンパーによる上記付加質量をΔＭ、上記加振力吸収部材が支持する上記振動低減床の総質量をＭとしたときに、ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．３〜０．７の範囲に設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、上記加振力吸収部材としては、空気バネやコイルスプリング等の各種バネが好適である。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記回転慣性質量ダンパーが、軸線を鉛直方向に沿わせて回転自在に設けられたボールネジと、このボールネジの外周に固定された円盤と、上記振動低減床の上下動を上記ボールネジの回転運動に変換する変換機構とを備えるとともに、上記ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）が０．３〜０．７の範囲になるように、上記円盤の質量、半径および上記ボールネジのリードを設定したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１または２に記載の発明によれば、振動低減床上から加振力が作用すると、その鉛直方向の変位によって回転慣性質量ダンパーが回転して付加質量を発生し、この付加質量によって振動低減床を含めた全体の慣性質量が増加することにより、支持構造物に作用する加振力を、振動低減床に作用する加振力よりも低減させることができるとともに、同時に振動低減床の応答を、上記回転慣性質量ダンパーを設けない場合と比較して小さくすることができる。
【００１８】
この際に、振動低減床の質量に回転慣性質量ダンパーによる付加質量を加えた全質量に対して、上記付加質量が占める割合を大きくすると、相対的に上記振動低減床の質量を小さくすることができるが、上記加振力の低減効果が低下してしまう。
これに対して、上記付加質量が占める割合を小さくすると、上記加振力の低減効果を高めることができるものの、相対的に上記振動低減床の質量の低減効果は小さくなってしまう。
【００１９】
この点、本発明においては、上記回転慣性質量ダンパーによる付加質量をΔＭ、上記加振力吸収部材が支持する振動低減床の総質量をＭとしたときに、ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．３〜０．７の範囲に設定しているために、後述するように、振動低減床の質量を過度に増加させることなく、支持構造物に作用する加振力については、振動低減床からの加振力の０．７以下に低減させることが可能になる。
【００２０】
ここで、上記回転慣性質量ダンパーとしては、請求項２に記載の発明のように、軸線を鉛直方向に沿わせて回転自在に設けられたボールネジと、このボールネジの外周に固定された円盤と、上記振動低減床の上下動を上記ボールネジの回転運動に変換する変換機構とを備えたものを用いることができる。この場合には、上記円盤の質量、半径および上記ボールネジのリードを適宜設定することにより、容易に上記ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を０．３〜０．７の範囲にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る床の加振力低減構造の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の回転慣性質量ダンパーの諸元を示す図である。
【図３】本発明の作用効果を検証するための実施例１に用いた加振力低減構造の諸元を示す概略構成図である。
【図４】上記実施例１に用いた従来の加振力低減構造の諸元を示す概略構成図である。
【図５】上記実施例１における加振力の低減率の結果を示すグラフである。
【図６】上記実施例１において加振力に対する変位の低減率の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例２に用いた加振力低減構造の諸元を示す概略構成図である。
【図８】上記実施例２に用いた従来の加振力低減構造の諸元を示す概略構成図である。
【図９】本発明の実施例３における加振力の低減率の結果を示すグラフである。
【図１０】上記実施例３において加振力に対する変位の低減率の結果を示すグラフである。
【図１１】従来の加振力低減構造を示す概略構成図である。
【図１２】従来の他の加振力低減構造を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１および図２は、本発明に係る床の加振力低減構造の一実施形態を示すものであり、図３〜図１０は、その作用効果を実施例として示すものである。
図１および図２に示すように、この加振力低減構造は、コンサートホールやスポーツジム等の建物の床に適用したものであり、上記建物の梁やスラブ等の支持構造物１０上に、コイルスプリングや空気バネ等のバネからなる加振力吸収部材１１によって振動低減床１２を支承するとともに、支持構造物１０と振動低減床１２との間に、回転慣性質量ダンパー１３を設けたものである。
【００２３】
ここで、多数の人が同時に動作することによって振動低減床１２に生じる振動の加振周期は、概ね０．３〜０．５秒（２〜３Ｈｚ）であることから、振動低減床１２の固有周期は、上記加振周期の１．４倍以上である１秒前後に設定されている。
【００２４】
また、回転慣性質量ダンパー１３は、軸線を鉛直方向に沿わせて配設されたボールネジ１４と、このボールネジ１４の外周に固定された円盤１５とを備えており、ボールネジ１４の下端部が、支持構造物１０に設けられた軸受け１６によって回転自在に支承されている。また、このボールネジ１４の上端部は、振動低減床１２の下面に固定されたナット１７に螺合されている。
【００２５】
これにより、これら軸受け１６およびナット１７によって、振動低減床１２の鉛直方向の変位をボールネジ１４の回転運動に変換する変換機構が構成されている。
なお、ナット１７を支持構造物１０上に固定し、軸受け１６を振動低減床１２の下面に設けても同様の作用効果を得ることが可能である。
【００２６】
そして、回転慣性質量ダンパー１３のボールネジ１４および円盤１５が回転することによって生じる付加質量ΔＭは、図２に示すように、円盤１５の質量をｍｐ、円盤１５の半径をＲ、ボールネジ１４のリードをＬとしたときに、
ΔＭ＝２×ｍｐ×（π×Ｒ／Ｌ）2 
によって算出することができる。
【００２７】
このように、上記回転慣性質量ダンパー１３によれば、小さな質量の円盤１５によって、大きな付加質量ΔＭを得ることができるために、振動低減床１２の質量を増加させることなく、その応答（揺れ）を低減させることができる。なお、上記付加質量ΔＭをさらに大きくしたい場合には、円盤１５の質量ｍｇや半径Ｒを増加させ、リードＬを小さくすることによって対応することができる。
【００２８】
そして、この加振力低減構造においては、回転慣性質量ダンパー１３における円盤１５の質量ｍｐ、半径Ｒおよびボールネジ１４のリードＬの諸元が、回転慣性質量ダンパー１３による付加質量をΔＭ、加振力吸収部材１１によって支持されている振動低減床１２の総質量をＭとしたときに、振動低減床１２の総質量Ｍと付加質量ΔＭとを加えた全質量（Ｍ＋ΔＭ）に対する付加質量ΔＭの割合（比率）ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）が０．３〜０．７の範囲になるように設定されている。
【００２９】
次に、ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）が、０．３〜０．７の範囲になるように設定した根拠について、実施例１〜３に基づいて説明する。
（実施例１）
先ず、回転慣性質量ダンパー１３の効果を確認するために、図１および図２に示した本実施形態に係る回転慣性質量ダンパー１３を設けた加振力低減構造と、図１１に示した回転慣性質量ダンパー１３が設けられていない従来の加振力低減構造とにおける加振力の低減率（ｆ／Ｆ）および振動低減床３、１２における変位周波数応答を解析した。
【００３０】
まず、構造モデルにおいては、図３に示す本実施形態および図４に示す従来構造ともに、振動低減床３、１２の質量を３０００ｋｇｆ、その固有周期を１秒、加振力を５４００ｋｇｆの同一条件とした。また、本実施形態においては、回転慣性質量ダンパー１３の付加質量ΔＭを３０００ｋｇｆとした。
【００３１】
図５に示す加振力の低減率の解析結果の対比から、対象とした２Ｈｚ以上の振動数において、両者ともに０．５倍以下を確保し得ることが判る。これに対して、図６に示す振動低減床１２の変位周波数応答の解析結果から明らかなように、本実施形態によれば、振動低減床１２の応答（揺れの変位）が、従来構造と比較してほぼ半減している。
【００３２】
以上のことから、上記回転慣性質量ダンパー１３を設けた本実施形態の加振力低減構造にあっては、振動低減床１２の質量を増加させることなく、当該振動低減床１２地震の揺れを低減させ得ることが確認された。
【００３３】
（実施例２）
そこで次に、振動低減床１２の１０ｍ2当たりに、５４００ｋｇｆの鉛直方向の加振力（２．０Ｈｚ）が作用した場合に、加振力の低減率を０．５倍、振動低減床３、１２の揺れ（変位）を２．３ｃｍ以下にするための加振力低減構造を、本実施形態および従来構造について設計した。
【００３４】
図７は、本実施形態の加振力低減構造における設計例を示すもので、図８は、従来の加振力低減構造における設計例を示すものである。
これらの図から、従来構造においては、振動低減床３の１０ｍ2あたりの質量を１８０００ｋｇｆにする必要があるのに対して、本実施形態における振動低減床１２では、従来の半分の９０００ｋｇｆでよいために、支持構造物１０への負荷を大幅に低減できることが確認された。
【００３５】
（実施例３）
次に、本実施形態の加振力低減構造において、振動低減床１２の固有周期と、振動低減床１２の総質量Ｍおよび付加質量ΔＭの総和（Ｍ＋ΔＭ）を一定とした条件の下に、付加質量ΔＭの比率ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を２０％から８０％まで、１０％間隔で変化させた場合の、加振力の低減率と振動低減床１２の変位周波数応答の変化を検証した。
【００３６】
図９および図１０は、その解析結果を示すものである。
先ず、振動低減床１２の揺れ（変位）については、振動低減床１２の総質量Ｍおよび付加質量ΔＭの総和（Ｍ＋ΔＭ）と固有周期（加振力吸収部材１１のバネ定数）が同じであるために、付加質量ΔＭの比率ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）によらず全て同じ値となる。図１０は、そのうちの付加荷重の比率が３０％である場合について示すものである。
【００３７】
これに対して、図８に示すように、付加質量の比率が低下するにしたがって、加振力の低減率は小さく、すなわち加振力の低減効果が高くなることが判る。そして、上記低減率を所望とする０．７以下にするためには、振動低減床１２との総和（Ｍ＋ΔＭ）に対する付加質量ΔＭの比率ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．７以下にする必要がある。
【００３８】
ところが、付加質量ΔＭの比率を過度に小さくすると、上記加振力の低減効果を高めることができるものの、Ｍ＋ΔＭが一定であることから、相対的に振動低減床１２の質量Ｍを大きくする必要があり、この結果振動低減床１２の質量低減効果は小さくなってしまう。
【００３９】
このため、加振力の低減効果と、振動低減床１２の質量低減効果とを両立させるためには、付加質量ΔＭの比率を０．３〜０．７の範囲に設定する必要がある。さらに、加振力の低減効果として０．５程度を確保しつつ、なおかつ有効な振動低減床１２の質量低減効果を得るためには、付加質量ΔＭの比率を０．４〜０．６の範囲に設定することが好ましい。
【００４０】
以上のように、上記構成からなる床の加振力低減構造によれば、振動低減床１２上から加振力Ｆが作用した際に、その鉛直方向の変位によって回転慣性質量ダンパー１２の円盤１５が回転して付加質量ΔＭを発生し、この付加質量ΔＭによって振動低減床１２を含めた全体の慣性質量が増加することにより、支持構造物１０に作用する加振力ｆを、振動低減床１２から作用する加振力Ｆよりも低減させることができるとともに、同時に振動低減床１２の応答（揺れｈ）を、回転慣性質量ダンパー１３を設けない場合と比較して小さくすることができる。
【００４１】
加えて、振動低減床１２の総質量Ｍと付加質量ΔＭとを加えた全質量（Ｍ＋ΔＭ）に対する付加質量ΔＭの比率ΔＭ／（Ｍ＋ΔＭ）を、０．３〜０．７の範囲に設定しているために、振動低減床１２の質量Ｍを過度に増加させることなく、支持構造物１０に作用する加振力ｆについては、振動低減床１２からの加振力Ｆの０．７以下に低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
空気バネ等を間に介して支持された振動低減床上に、多数の人の動き等に起因して作用する加振力を低減化させるための床の加振力低減構造として利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  支持構造物
１１  加振力吸収部材
１２  振動低減床
１３  回転慣性質量ダンパー
１４  ボールネジ
１５  円盤
１６  軸受け
１７  ナット
【図１】
2011017396.tif 000003
【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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