(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一階・二階・三階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、該通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に一階・二階・三階の分断柱１２・１５・１６を接続する、鉄骨構造により躯体を構成した梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅において、前記通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に接合する分断された柱である一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を、各階において必要な数の柱を配設し、上方階へ行くに連れて分断柱の数を少なくし、各階における住宅のバランスを取り、水平方向に対するバランスおよび剛性を高くし、振動を水平に受け止め可能に構成し、該梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅の上部に動吸振器２６を配設し、該動吸振器２６は、住人が感じやすい２〜５Ｈｚの周波数の住宅の揺れを低減すべく構成し、建物の形状が一方向に長くなっており、長手方向ＬＤと短手方向ＳＤが存在する場合に、該動吸振器２６は短手方向ＳＤへの振動を吸収すべく、平面視において住宅の重心とラップする位置より短手方向ＳＤへ重心ライン上で配置をずらして配設したことを特徴とする梁勝ちラーメン三階建て住宅の動吸振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量鉄骨Ｈ型鋼により鉄骨躯体を構成し、交通振動を低減すべく振動抑制装置である動吸振器を配した三階建て住宅の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人口の密集化および地価の高騰等により、市街地の狭小地に２世代、若しくは３世代住宅を目的とした三階建て住宅が建設される傾向がある。
人口の密集化は、建設作業の増加、工場および事業所周辺の宅地化、交通量の増加を招き、振動公害が問題視されてきている。振動公害は主に、建設作業、工場、事業所、道路交通を発生源とするものである。これらの振動が建物に伝達され建物内の住人に違和感を与える場合がある。
構造物に加わる振動を低減する方法としては、特開平９−１３７４０号公報に示す基礎と構造物の間に減衰装置を配するものや、特開平１０−８２２０８号公報に示す建物の屋上に振動制御を配置するものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、ラーメン工法の鉄骨構造躯体を用いた三階建て住宅は周知とされているが、これらはマンションや集合住宅等のような、多数の家族が居住するような建物に関するものであり、一戸建ての三階建て住宅の場合には、それに見合ったコストと、構造の三階建て住宅の設計とプランニングが必要となってくるのである。
前述の特開平９−１３７４０号公報に示す技術では、十分な振動除去を行うのが困難であり、地震による建物への負荷を軽減できても、交通振動などの振動公害に適応するのは困難である。
【０００４】
さらに、特開平１０−８２２０８号公報に示す技術では、ビルなどの質量の大きな建物の振動制御を行うものであり、振動制御を住宅に配設しただけでは、住宅のようなビルよりはるかに質量の小さい建物において、特に交通振動等の微振動を除去するのは困難である。
上記のように、従来の技術では立地条件に左右されず、自由な居住空間の設計ができ、住人が快適に生活を行える住宅を建設するのは困難である。
【０００５】
本発明は、様々な形状、バリエーションの住宅に対して、居住空間の設計に制限を与えることなく、耐振動構造を実現するための動吸振器の最適配置方法に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための構成を説明する。
【０００７】
交通振動などにより住宅に振動が伝達した場合には、住宅の躯体構造だけでなく、内装および外装が、揺れに抵抗する。このため、住宅に配設する動吸振器は、住宅の躯体構造のみならず、該動吸振器を配設する住宅の外装および内装の構造を考慮して配設することにより、制振を効率的に行える。
以下に、住宅の躯体構造、外装、および内装の構成を考慮して、効率的に動吸振器の制振効果を発揮するための動吸振器の配置構造を示す。
【０００８】
一階・二階・三階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、該通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に一階・二階・三階の分断柱１２・１５・１６を接続する、鉄骨構造により躯体を構成した梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅において、前記通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に接合する分断された柱である一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を、各階において必要な数の柱を配設し、上方階へ行くに連れて分断柱の数を少なくし、各階における住宅のバランスを取り、水平方向に対するバランスおよび剛性を高くし、振動を水平に受け止め可能に構成し、該梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅の上部に動吸振器２６を配設し、該動吸振器２６は、住人が感じやすい２〜５Ｈｚの周波数の住宅の揺れを低減すべく構成し、建物の形状が一方向に長くなっており、長手方向ＬＤと短手方向ＳＤが存在する場合に、該動吸振器２６は短手方向ＳＤへの振動を吸収すべく、平面視において住宅の重心とラップする位置より短手方向ＳＤへ重心ライン上で配置をずらして配設したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
図１は三階建て住宅の構成を示す俯瞰図、図２は本発明に用いる住宅の通し梁１ａと、一階柱１２と二階柱１５の部分の柱・梁接合部を構造を示す斜視図、図３は住宅の振動の受け止め方を示した模式図、図４は動吸振器の作動構成を示す模式図、図５は動吸振器の制振機構を示す模式図、図６は屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図、図７は同じく平面図、図８はペントハウスのある屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図、図９は同じく平面図、図１０は短手方向の一端に開口部のある住宅に動吸振器を配設した斜視図、図１１は長手方向の一端に開口部のある住宅に動吸振器を配設した斜視図、図１２は同じく平面図、図１３は長手方向の一端側の間仕切幅が大きい住宅の間取り図である。
【００１０】
図１および図２において、本発明に用いる三階建て住宅のラーメン工法について説明する。
基礎２５上には柱１２が立設されており、該柱１２上には通し梁１ａが固設されている。そして、通し梁１ａの上には柱１５が立設されており、柱１５の上端には通し梁１ｂが横設されている。さらに、通し梁１ｂ上には柱１６が立設されており、柱１６の上端には通し梁１ｃが横設されている。
本発明に用いる三階建て住宅のラーメン工法は、図１において、その要部が図示されているように、通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体とする構成としている。通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６は、分断された柱であり、図２の如く、通し梁１ａの上下に接合される構造であるので、一階柱１２の上に、二階柱１５があり、二階柱１５の上に三階柱１６がある必要がない。各階で必要な柱の本数を決めるので、上方階へ行くに連れて、分断柱の数を少なくすることが出来るのである。
【００１１】
次に、本発明に用いる住宅の耐振動構成について説明する。
まず、梁勝ち構造による耐振特性について、図３を用いて説明する。
バランスの悪い住宅２１ｂにおいては、振動を受けた場合には、建物にねじれが生じやすい。この場合に発生する振動にはねじれの要素が加わるため、振動の成分が多くなるとともに、時間的な変化が複雑であり、振動を抑制することが困難である。また、住宅にかかる負荷が大きい。
梁勝ち構造の住宅２１では、各階において必要な数の柱を配設し、各階における住宅のバランスを取りやすい構成になっている。梁に沿って柱が配設されるため、水平方向に対するバランスおよび剛性が高く、振動を水平に受け止めることが容易となる。
これにより、住宅の受ける振動を単純化でき、該振動を容易に抑制することができる。また、住宅の受ける負荷を軽減でき、住宅の耐久性を向上できる。
【００１２】
住宅の上部には、図４に示す如く動吸振器２６が配設されており、振動源から地盤を介して住宅に伝達される振動が動吸振器２６により解消されるものである。このとき、動吸振器２６は住宅の揺れに対して最適に調整されている。
動吸振器２６による振動の解消機構について説明する。
図４（ａ）に示す状態の住宅に、図４（ｂ）に示すような振動が伝達されると図４（ｃ）に示すように住宅が揺れ始める。住宅が揺れることにより、動吸振器２６に揺れが伝達され、図４（ｄ）に示すように、動吸振器２６が伝達された揺れを利用した慣性力を住宅に与えるため、図４（ｅ）に示すように住宅の揺れを解消できるのである。
【００１３】
次に、動吸振器の構成について説明する。
動吸振器は、一般的に弾性部材Ｓ、減衰部材Ｄおよび質量体Ｍにより構成されており、その結合方法は図５（ａ）に示す、弾性部材Ｓ、減衰部材Ｄおよび質量体Ｍを直線的に接続することも可能である。また、図５（ｂ）に示す、弾性部材Ｓと減衰部材Ｄを並列に接続して、質量体Ｍに接続する方法などがある。また、一般に、質量対Ｍの質量は住宅の１パーセントとされている。
さらには、図５（ａ）および（ｂ）に示す１方向の振動を吸収する動吸振器を２つ配設し、前後左右方向の振動を吸収させることも可能である。
もしくは、図５（ｃ）に示す、１つの質量体Ｍに前後左右方向にそれぞれ一対の弾性部材Ｓおよび減衰部材Ｄを接続し、１つの動吸振器により、前後左右方向の振動を吸収することもできる。１つの質量体に前後左右方向に作用する一対の弾性部材Ｓおよび減衰部材Ｄを接続したものを用いることにより、動吸振器の配置スペースを小さくでき、設置が容易になる。
本発明は動吸振器を特に限定するものではなく、住宅に配置可能であり、交通振動などの振動を効率的に吸収できるものであれば良い。
【００１４】
前述の、動吸振器は一般的に弾性部材、減衰部材および質量体により構成されるため、一定の周波数特性を有する。周波数特性は、質量体が変位しやすい周波数であり、弾性部材および減衰部材の特性（弾性係数、摩擦係数もしく粘度）を変化させることにより、調節できるものである。
また、減衰部材により、振動を摩擦力もしくは粘性抵抗を通じて熱エネルギーに変換して、振動の低減を行うため、該減衰部材が作動するための、ある程度のストロークを必要とするものである。また、質量体に発生する慣性力によって振動を打ち消すためにも、ある程度のストロークが必要となる。
このため、動吸振器により吸収を行う振動は、ある程度周期の大きいものとなる。振動公害の対象範囲は、一般に１〜８０Ｈｚのものとされている。動吸振器はこの範囲の周波数において、特に、住人が感じやすい２〜５Ｈｚの周波数に対応するものであれば良い。この範囲において、住宅の揺れが動吸振器により低減されるものである。
【００１５】
次に、本発明に係る動吸振器２６の配設位置について説明する。
図６はフラット屋根の住宅の屋上３１に動吸振器２６を配置した一実施例であり、動吸振器２６を住宅のもっとも高い位置に配設している。振動伝達により住宅に発生する振幅は、基礎部より上方になるにつれて大きくなる。このため、動吸振器２６を住宅のもっとも高い位置に配設することにより、住宅に伝播される振動を効率的に吸収することができる。
動吸振器２６の振動吸収力を最大限活用するためには、このようにフラット屋根の住宅の屋上３１に配置する他、屋上の床下に収納することも可能であるし、また、勾配屋根の住宅においては、小屋裏や屋根上など様々な配置が可能であり、同様の効果が得られるものである。
【００１６】
また、図６及び図７で示す住宅のように、建物の形状が一方向に長くなっている場合、建物は長手方向ＬＤに比べると短手方向ＳＤへの揺れに弱く、振動を受けやすい。このため、短手方向ＳＤの建物の振動を優先的に吸収することが望ましい。そこで、このような住宅の屋上に、１方向の振動を吸収する動吸振器配２６を配設するのであれば、動吸振器２６は短手方向ＳＤへの振動を吸収するよう配置（若しくは、設定）している。
このような構成とすることにより、一方向の振動を吸収する動吸振器を一台設置することで、優先的に吸収する必要のある短手方向ＳＤの振動を効率よく吸収できる構成となる。つまり、高層ビルやマンションとは異なり、一戸建ての住宅においては耐振動構造に多大なコストを掛けるわけにはいかないので、本発明のように、最小限の構成において高い効果を発揮するような動吸振器の配置方法が重要となるのである。もちろんコスト面での支障がない場合、若しくは、住宅の構造上、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤの両方向への振動を充分に吸収する必要がある場合には、前述の如く、動吸振器２６を２台設置して、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤの両方向への振動を吸収するよう構成してもよい。
【００１７】
さらに、住宅の振動を最も効率的に吸収し、建物の揺れを低減させるためには、動吸振器２６の配置は、平面視において建物の重心とラップする位置が望ましい。そこで、前述した図６、図７で示した実施例においては、動吸振器２６を屋上３１の重心位置Ｇに配置するよう構成している。
このようにして、動吸振器２６を住宅の最も高い位置である屋上等に設置することが可能であり、且つ、平面視において建物の重心とラップする重心位置Ｇに配置可能な場合であれば、動吸振器２６が振動を吸収する最適な位置に配置されることとなる。ところが、建物の屋上はまた、様々な用途に利用される場合がある。例えば、図８で示すように、建物の屋上３１にペントハウス４０が設けられている場合がある。（他にも、給水・排気装置などを収容するために設けた塔屋、倉庫、若しくはガーデニングスペース等が屋上３１に設けられる場合が考えられる。）
【００１８】
この場合、ペントハウス４０の上部、内部、若しくは下部に動吸振器２６を設置することが可能な場合には、前述の如く動吸振器２６を最適な位置に配置可能となるが、それが不可能な場合には、図８及び図９で示すように、動吸振器２６を重心位置Ｇから短手方向ＳＤに偏心させるようにしている。つまり、前述の如く、住宅は長手方向ＬＤに比べて短手方向ＳＤへの揺れを受けやすいため、動吸振器２６は短手方向ＳＤの振動を吸収すべく設定されているので、短手方向ＳＤへ重心ライン上で配置をずらすことで、動吸振器２６の配置は重心位置Ｇから外れるが、重心ライン上に設置するため振動の吸収ロスが殆どない構成としているのである。
【００１９】
このように構成することにより、様々な用途に利用可能な屋上スペースに制約を加えることなく、動吸振器２６が配置可能となり、且つ、充分な耐振動構造を実現することが可能となった。このため、耐振動構造を備えた機能面と、屋上スペースを有効利用可能な快適性の両方を兼ね備えた住宅が提供可能となり、また、前述の如く、住宅が振動を受けやすい短手方向の振動を吸収する最小限の構成で動吸振器２６を構成しているので、経済性にも優れた住宅を提供可能としているのである。
【００２０】
次に、図１０乃至図１２を用いて住宅の一部に開口空間が形成されている場合の動吸振器の配設位置の決定方法について説明する。
まず、図１０の如く、住宅の短手方向ＳＤの一端に開口部４１Ｓが形成されている場合は、前述した実施例と同様に、動吸振器２６を重心位置Ｇより短手方向ＳＤにずらして配設すればよい。このような配置を行うことにより、開口部４１Ｓの形成によって振動をさらに受けやすい構造となる住宅において、短手方向ＳＤの振動を充分に吸収することが可能となる。
【００２１】
また、図１１の如く、住宅１階部の長手方向ＬＤの一端に開口部４１Ｌが形成されている場合を考える。この場合においても、住宅は短手方向ＳＤへの振動を受けやすい構造となり、さらに開口部４１Ｌが形成されている一端側において、耐振動要素が少なくなるため剛心位置が開口と反対側の一端側にずれ、ねじれが発生する。つまり、図１２で示すように、開口部４１Ｌが設けられている一端側４２は逆側４３に比べて内装および外装が少ないので、住宅に伝達される振動に対して揺れを抑制する効果が少なくなり、振動吸収体の減少により一端側４２は振動が大きくなっているのである。そこで、本発明においては、動吸振器２６を図で示すように、重心位置Ｇより開口部４１Ｌ側に寄せて配置するようにしている。
【００２２】
このような配置とすることで、短手方向ＳＤに対する振動及びねじれ振動を効率的に吸収し、さらに開口部４１Ｌの形成により耐振動構造を強化する必要のある一端側４２に重点を置いた動吸振器２６の配置構造となり、全体として耐振動構造に優れた構成となるのである。
また、住宅の間取りにより長手方向ＬＤの一端側で耐振動要素が少なくなる場合がある。つまり、図１３で示すように、住宅の一端側４２は、逆側４３に比べると間仕切幅が大きくなっているため、住宅に伝達される振動に対して揺れを抑制する効果が少なくなり、一端側４２は振動が大きくなっているのである。この場合にも図１２で示した実施例と同様に、動吸振器２６を重心位置Ｇより一端側４２に寄せて配置するようにしている。
このように、本発明にかかる動吸振器２６の最適配置を行うことにより、最小限の構成で、精度の高い耐振動構造を確保可能となり、一戸建ての住宅に投入可能なコストの中で耐振動構造に優れた住宅が提供可能となった。また、昨今の住宅は機能面だけでなく、あらゆる面でゆとりある設計が望まれているが、本発明の動吸振器２６の配置構成によれば、住宅を様々なバリエーションのある形状としても対応可能であり、住宅のデザインに制約を加えることなく自由な設計の中で耐振動構造を確保可能とした。
【００２３】
上記の動吸振器２６は前述の如く、受け身的に振動を吸収するものであり、受動型のものである。質量体に振動が伝達されて発生する慣性力及び、減衰部材により振動エネルギーを吸収するものである。
しかし、動吸振器としては質量体およびモータにより構成される能動型のものも存在する。この動吸振器はセンサにより住宅に伝達された振動を検知し、この振動を、質量体をモータにより駆動し、変位させることにより、解消するものである。この動吸振器においては、質量体を能動的に駆動するため、該質量体の質量を小さくできる。本実施例においては、動吸振器を受動型のものから能動型のものに取り替えることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので以下のような効果を奏するものである。
一階・二階・三階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、該通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に一階・二階・三階の分断柱１２・１５・１６を接続する、鉄骨構造により躯体を構成した梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅において、前記通し梁１ａ・１ｂ・１ｃの上下に接合する分断された柱である一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を、各階において必要な数の柱を配設し、上方階へ行くに連れて分断柱の数を少なくし、各階における住宅のバランスを取り、水平方向に対するバランスおよび剛性を高くし、振動を水平に受け止め可能に構成し、該梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅の上部に動吸振器２６を配設し、該動吸振器２６は、住人が感じやすい２〜５Ｈｚの周波数の住宅の揺れを低減すべく構成し、建物の形状が一方向に長くなっており、長手方向ＬＤと短手方向ＳＤが存在する場合に、該動吸振器２６は短手方向ＳＤへの振動を吸収すべく、平面視において住宅の重心とラップする位置より短手方向ＳＤへ重心ライン上で配置をずらして配設したので、次のような効果を奏するものである。
バランスの悪い住宅２１ｂにおいては、振動を受けた場合には、建物にねじれが生じやすい。この場合に発生する振動にはねじれの要素が加わるため、振動の成分が多くなるとともに、時間的な変化が複雑であり、振動を抑制することが困難である。また、住宅にかかる負荷が大きい。
梁勝ち構造の住宅２１では、各階において必要な数の柱を配設し、各階における住宅のバランスを取りやすい構成になっている。梁に沿って柱が配設されるため、水平方向に対するバランスおよび剛性が高く、振動を水平に受け止めることが容易となる。
これにより、住宅の受ける振動を単純化でき、該振動を容易に抑制することができる。また、住宅の受ける負荷を軽減でき、住宅の耐久性を向上できる。
【００２５】
また、鉄骨構造により躯体を構成した梁勝ちラーメン構造の三階建て住宅において、住宅上部に動吸振器を配設し、該動吸振器を住宅の短手方向の振動を吸収するよう設定し、長手方向の一端側が振動に抵抗する要素が少ない場合には、平面視において住宅の重心とラップする位置より動吸振器を該一端側にずらして配設したので、短手方向の振動を効率よく吸収するとともに、動吸振器を最適な位置に配置することとなり、耐振動構造に優れた構成となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  三階建て住宅の構成を示す俯瞰図。
【図２】  本発明に用いる住宅の通し梁１ａと、一階柱１２と二階柱１５の部分の柱・梁接合部を構造を示す斜視図。
【図３】  住宅の振動の受け止め方を示した模式図。
【図４】  動吸振器の作動構成を示す模式図。
【図５】  動吸振器の制振機構を示す模式図。
【図６】  屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図。
【図７】  同じく平面図。
【図８】  ペントハウスのある屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図。
【図９】  同じく平面図。
【図１０】  短手方向の一端に開口部のある住宅に動吸振器を配設した斜視図。
【図１１】  長手方向の一端に開口部のある住宅に動吸振器を配設した斜視図。
【図１２】  同じく平面図。
【図１３】  長手方向の一端側の間仕切幅が大きい住宅の間取り図。
【符号の説明】
２６    動吸振器
３１    屋上
４０    ペントハウス
４１Ｓ  （短手方向の）開口部
４１Ｌ  （長手方向の）開口部
Ｇ      重心位置
ＬＤ    長手方向
ＳＤ    短手方向
【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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